(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配列された単位光電変換素子への入射光に対応して生成される光生成電荷を水平方向及び垂直方向に走査して得られる信号を映像信号として読み出し処理する固体撮像素子の信号読み出し処理方式において、
暗時信号抽出の対象とする特定行の前記垂直方向での位置を予め定めた垂直走査期間毎に変化させ、前記特定行の水平ブランキング期間に各画素の光生成電荷をリセットした直後の各画素の暗時信号を読み出す動作を順次変化する特定行毎にくり返して得られる全有効行の各画素の暗時信号をメモリに記憶し、前記予め定めた垂直走査期間毎に、前記メモリに記憶された全有効行の各画素の暗時信号の更新を、前記暗時信号を読み出す直前に読み出した明時信号の明時信号レベルが所定のスレッシュホールドレベルを越えた特定画素以外について行ない、前記メモリから読み出した各行の画素の暗時信号を、対応する各行の画素の明時信号から減算処理することを特徴とする固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【請求項２】
前記メモリの記憶内容の更新は、前記特定画素に対しては、前記メモリから読み出した内容をそのまま記憶する処理である請求項１に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【請求項３】
前記所定のレベルを、水平方向の画素に対して変化させる請求項１に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【請求項４】
前記特定行は単一の行であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【請求項５】
前記特定行は連続した複数の行であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の信号読み出し方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子の信号読み出し処理方式に関し、特に温度変化等による暗時固定パターンノイズの変化に追従し、常に暗時固定パターンノイズを安定に抑圧できるようにした動画撮像も可能な固体撮像素子の信号読み出し処理方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光電変換機能と蓄積電荷の増幅、読み出し及びリセット機能をもつ、例えばＳＩＴ（Static Induction Transistor)、ＡＭＩ（Amplified MOS Imager) 、ＣＭＤ（Charge Modulation Device) で代表される内部増幅型光電変換素子を単位画素として用いた固体撮像素子により画像を再生する装置が知られている。かか る画像再生装置においては、固体撮像素子固有の固定パターンノイズ（以下、ＦＰＮと略称する）をキャンセルするために、各画素毎のＦＰＮを記憶するフレームメモリ等の記憶手段に記憶しておき、固体撮像素子の各画素対応の画像情報から、各画素対応のＦＰＮを減算している。
【０００３】
図７には、かかる内部増幅型光電変換素子による画像再生装置において用いられている、例えば特開昭６４−３９１７１号等に開示されている従来のＦＰＮ抑圧手段のブロック構成図が示されている。
【０００４】
図７において、固体画像素子３１から出力される画像信号は、増幅器３２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３３によりデジタル信号に変換される。入射光を遮断した状態で固体画像素子３１から出力される暗時信号（ＦＰＮ信号）を、切換スイッチ３４をｂ側に接続することによりフレームメモリ等から成るＦＰＮメモリ３５に記憶する。暗時ＦＰＮ記憶作動の終了後、切換スイッチ３４をａ側に切り換え接続して遮断を解除する。これにより、固体撮像素子３１から出力される光生成電荷による明時信号は、Ａ／Ｄ変換器３３でＡ／Ｄ変換され、減算器３６において、ＦＰＮメモリ３５内に記憶されたＦＰＮ信号と繰り返し減算処理され、ＦＰＮが抑圧された画像信号が得られる。この画像信号は、Ｄ／Ａ変換器３７でＤ／Ａ変換されてビデオ信号として出力される。尚、ＦＰＮメモリ３５には、通常、１フレームまたは数フレームの平均化された暗時信号が記憶される。
【０００５】
ここで、暗時ＦＰＮ記憶時に、固体撮像素子を遮光する代わりに、蓄積した光生成電荷をリセットした直後、あるいはリセットしながら固体撮像素子から信号を読み出して得られる暗時信号を暗時ＦＰＮ信号とすることもできる。
【０００６】
ところで、図７に示した従来のＦＰＮ抑圧手段は、暗時のＦＰＮ信号を予めＦＰＮメモリ３５に記憶させておいて、光生成電荷に応じた画像信号から前記暗時ＦＰＮ信号を減算してビデオ信号を出力させるものであるため、温度変化等により暗時ＦＰＮが変化した場合、この変化に追従できず、常に安定したＦＰＮ抑圧効果を得ることができないという問題点がある。
【０００７】
また上記温度変化対策のため、撮像途中で固体撮像素子を間欠的に遮光して暗時ＦＰＮ信号を取り込む方法が知られている。この方法により、連続撮像作動中に、例えば１フレーム分の暗時信号をＦＰＮメモリに記憶するためには、固体撮像素子からは図８の（Ａ）に示すような出力が必要となり、時刻ｔｄにおいて、固体撮像素子からは、光生成電荷の蓄積されていない暗時信号が出力されることになる。この固体撮像素子の出力をそのまま映像出力とすると、図８の（Ｂ）に示すように、時刻ｔｄにおいて、映像出力が得られず、モニタには時刻ｔｄのタイミングで、何も映らない画面のとぎれた状態となる。この画面のとぎれを、図８の（Ｃ）に示すように、直前の撮像画面を繰り返し出力して補間しても、動画に対しては動きが不自然になり、大きな問題となる。
【０００８】
上記問題点を解決するため、本願出願人は、内部増幅型光電変換素子を単位画素とし該単位画素をマトリクス状に配列してなるＸＹアドレス型の固体撮像素子の信号読み出し処理方式において、一水平走査期間のある特定の行の各画素の光生成電荷による明時信号を読み出した後、前記特定行の各画素の光生成電荷をリセットした直後またはリセットしながら光生成電荷のない状態の暗時信号を読み出して前記特定行の各画素の暗時信号を外部メモリに記憶する第１のステップと、前記特定行を一垂直走査期間毎または複数垂直走査期間毎に変化させながら、前記特定行の各画素の暗時信号を外部メモリに記憶する第１のステップを各特定行に対して順次実行し、複数垂直走査期間で全有効行の各画素の暗時信号を外部メモリへ記憶させる第２のステップと、全有効行の各画素の暗時信号を外部メモリへ記憶させる前記複数垂直走査期間毎に、外部メモリへ記憶された全有効行の各画素の暗時信号をリフレッシュさせるか、または前回の記憶ステップで記憶された暗時信号と新たに読み出された暗時信号を所定の比で加算して記憶させる第３のステップと、前記外部メモリに記憶した各行の画素の暗時信号を読み出し、タイミングを合わせて対応する各行の画素の明時信号から減算処理する第４のステップを備える固体撮像素子の信号読み出し処理方式を提案した（特開平７−１５６６６号参照）。
【０００９】
このように構成した信号読み出し処理方式においては、外部メモリに記憶された暗時信号は、複数垂直走査期間毎の短時間毎にリフレッシュまたは平均化されるので、温度変化等により暗時ＦＰＮが変化した場合でも、その変化に十分に追従し常に安定な暗時ＦＰＮ抑圧効果が得られる。また、撮像途中において暗時信号を読み出す期間は、一垂直走査期間中僅か１〜数ライン期間であり、撮像の連続性が損なわれることはなく、動画に対しても何ら問題を生ぜず、十分に対応させることができる。
【００１０】
次に、上記従来例を図９を参照しながら説明する。図９において、固体撮像素子１は、内部増幅型光電変換素子を画素として用い、該画素をマトリクス状に配置した受光部１０１を備える。本例では内部増幅型光電変換素子としてＣＭＤが用いられている。受光部１０１は、説明を簡単にするため、３行×Ｌ列の構成としている。垂直走査回路１０２は、読み出し行を選択する走査信号を送出する。水平走査回路１０３は、読み出し状態にある行のＬ個のＣＭＤ画素を順次出力信号を増幅し、増幅器２で増幅された出力信号は、Ａ／Ｄ変換器３でＡ／Ｄ変換されて、１Ｈデレイライン４と、切換スイッチ５の入力端子ｂと、ＦＰＮメモリ８へそれぞれ供給される。切換スイッチ５は、制御信号入力端子から入力される制御信号Ｇにより、入力端子ａに供給される１Ｈデレイライン４の出力信号、入力端子ｂに供給されるＡ／Ｄ変換器３の出力信号、入力端子ｃに供給されるＧＮＤすなわちデジタル００………０信号のいずれかを選択出力する。減算器６は、切換スイッチ５で選択された信号から、ＦＰＮメモリ８の出力を減算する。減算器６の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器７でＤ／Ａ変換され、ビデオ信号が出力される。
【００１１】
このように構成されている信号読み出し処理装置の動作を図１０及び図１１の各部の信号波形を示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００１２】
固体撮像素子１において、垂直走査回路１０２を駆動して読み出す選択行のＣＭＤ画素を読み出し状態にして、水平走査回路１０３により読み出し状態にある行のＣＭＤ画素の信号を順番に読み出す。垂直走査回路１０２により選択した行のＣＭＤ画素の読み出し状態は、選択した行のＣＭＤ画素の共通ゲートライン電位を読み出し電位ＶRDにすることにより可能になる。このとき、非選択行の共通ゲートライン電位は蓄積電位ＶSTにしている。また、１行分の各画素の蓄積した光生成電荷による信号を読み出した後、蓄電電荷をリセットするために、水平ブランキング期間に共通ゲートライン電位をリセット電位ＶRSTにする。尚、画素としてＣＭＤを用いた場合は、ブルーミング制御のため、水平ブランキング期間で、ゲート電位を蓄積電位ＶSTより高いオーバーフロー電位ＶOFとして、過剰蓄積電荷の掃き出しを行うオーバーフロー動作も行っている。
【００１３】
図１０においては、固体撮像素子１の１〜３行の共通ゲートライン電位波形を、それぞれＡ、Ｂ、Ｃで示している。このゲートライン電位波形Ａ、Ｂ、Ｃからわかるように、本例においては、第１フレームでは、１行目の光生成電荷を蓄積した状態の明時信号をｔ＝０〜１の期間に読み出して、ｔ＝１の時点で、蓄積電荷をリセットした後、再びｔ＝１〜２の期間で１行目の画素の信号を読み出すようにゲートライン電位を制御している。これは、ｔ＝１〜２の期間では光生成電荷の蓄積していない状態の暗時信号を読み出していることに相当する。
【００１４】
内部増幅型光電変換素子は、蓄積電荷を増幅するトランジスタの特性ばらつきによるＦＰＮを発生するが、上記暗時信号の読み出しは暗電流をゼロとした場合の暗時ＦＰＮ（以下、この意味で用いる）を読み出していることになる。暗電流は、最近非常に小さく抑えられており、通常の固体撮像素子の使用条件下では無視できるようになっているため、暗時ＦＰＮはほぼトランジスタの特性のばらつきにより発生しているものを意味する。暗時ＦＰＮは光量に無関係に一定レベル存在し、最初に読み出した光生成電荷に応じた明時信号にオフセット的に重量されている。
【００１５】
次いで、同様にして第２フレームでは２行目の暗時信号を、第３フレームでは３行目の暗時信号を読み出し、第４フレームでは再び１行目の暗時信号を読み出すようにしている。尚、通常は各フレーム間には垂直ブランキング期間が存在するが、図１０においては、各フレームのうち５ラインが垂直ブランキング期間に相当する。垂直走査回路１０２から出力されるこのようなゲートライン電位を印加することにより読み出された、明るさが一様な被写体を撮像した場合の信号波形Ｅ及び次に述べる信号波形Ｆ〜Ｌは、デジタル信号であるが、わかり易いようにアナログ信号として波形を示している。
【００１６】
上記出力信号波形Ｄ、Ｅからわかるように、第１フレームでは、１行目明時信号１Ｓに次いで、１行目暗時信号１Ｆが読み出され、１Ｓ、１Ｆ、２Ｓ、３Ｓの順番で固体撮像素子１から信号が読み出される。尚、１〜３行目の明時信号は１Ｓ、２Ｓ、３Ｓで表し、暗時信号は１Ｆ、２Ｆ、３Ｆで表すことにする。同様に第２フレームでは、１Ｓ、２Ｓ、２Ｆ、３Ｓの順番、第３フレームでは１Ｓ、２Ｓ、３Ｓ、３Ｆの順番となり、第４フレームでは再び第１フレームと同一の信号読み出し順番に戻る。
【００１７】
これらの出力信号Ｅを１Ｈデレイライン４で１ライン遅延した出力信号を図１０のＦで示し、各行の明時信号及び暗時信号にはダッシュを付して示している。
【００１８】
切換スイッチ５は、制御信号Ｇの制御圧力Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃによって、それぞれ入力端子ａ、ｂ、ｃへの出力信号を選択して出力し、図１１において、Ｇで示す制御信号波形を与えることにより、切換スイッチ５の出力端子からは、信号波形Ｈで示すように、暗時信号の抜けた連続明時信号が得られる。
【００１９】
一方、ＦＰＮメモリ８は、メモリライト制御信号入力端子に印加する制御信号ＪがＨレベルの時書き込み動作を行なうが、固体撮像素子１から暗時信号が出力される期間のみ制御信号Ｈレベルが印加され、暗時信号を書き込み記憶するようになっている。すなわち、第１フレームでは１行目の暗時信号１Ｆを、第２、第３の各フレームでは、それぞれ２、３行目の暗時信号２Ｆ、３Ｆを書き込むことになり、したがって第１、第２、第３フレームの期間で全有効行の暗時信号の書き込み記憶動作が完了する。そしてＦＰＮメモリ８からは、切換スイッチ５の出力信号Ｈに、タイミングを一致させて、暗時信号が連続して読み出されるようになっており、このＦＰＮメモリ８から読み出され暗時信号を図１１のＭに示す。減算器６では、切換スイッチ５の出力信号ＨからＦＰＮメモリ９からの暗時信号Ｍを減算し、これにより、暗時ＦＰＮが制御されたビデオ信号Ｎが得られる。
【００２０】
図９に示した従来例では、３フレーム毎にＦＰＮメモリ８に記憶した暗時ＦＰＮがリフレッシュされるが、ＮＴＳＣ方式に対応した行数をもつ通常の固体撮像素子について考えると、暗時ＦＰＮは１フィールドに１行ずつ書き込まれ、５２５フィールドで全行の暗時信号の記憶が完了するから、暗時信号リフレッシュ周期は５２５フィールドとなり、１／６０（秒）×５２５≒９秒である。このリフレッシュ周期は周囲温度変化の時間に比べて十分小さい時間であり、周囲温度変化に対しての暗時ＦＰＮの変化に完全に追従できる。また、９秒毎に完全にＦＰＮメモリに記憶されている信号をリフレッシュせずに、一般的なノイズリデュースの方法を用いて、記憶している信号と新たに読み出した信号を適当な比で加算し、ランダムノイズを抑制して再記憶する方法により高精度なＦＰＮ減算が可能である。
【００２１】
尚、全行の暗時ＦＰＮを取り込むまでに９秒かかるので、電源投入後、暗時ＦＰＮの抑圧された画像信号が出力されるまで９秒かかることになる。この時間は、通常は装置の立ち上げ時間として許容できる範囲であるが、例えば電源投入時にはオーバーフロー電位ＶOFをリセット電位ＶRST に等しくして、水平ブランキング毎にリセット動作を行い、全行の暗時信号が出力する状態にして、連続して暗時信号をＦＰＮメモリに書き込むことによって、最低１フレーム期間（１／３０秒）で、全行の暗時ＦＰＮをＦＰＮメモリに記憶する方法を用いることにより、立ち上げ時間の短縮化を図ることが可能である。
【００２２】
従来例においては、１フレーム期間に１行の暗時信号を読み出すために、明時信号の読み出しの連続性が、１行読み出し期間とぎれることになる。しかし、走査線５２５ラインのＮＴＳＣ方式に対応した一般の固体撮像素子においては、１行の読み出し期間は約６４μsec であり、この期間に行間の読み出しの連続性が損なわれても、視覚的には検知されず問題とならない。すなわち動画撮像上も問題とならない。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
以上により動画撮像も可能なＦＰＮキャンセルが可能となるが、従来例では水平ブランキング期間に光生成電荷をリセットした直後に読み出した信号を暗時信号としている（ＣＭＤ、ＳＩＴ、ＡＭＩに適用した場合、実際の動作はこのようになる）ため以下の問題点が生じる。
【００２４】
すなわち、暗時信号読み出し期間でも、次にリセット動作が行われるまで光生成電荷の蓄積動作は行っているため暗時信号は遮光状態で読み出した場合と異なり、僅かではあるが光生成電荷を含んでしまう。上述の従来例では簡単化のため３行の画素数としているが、一般的な画素数で考えると、ＮＴＳＣ方式に対応した画素数は５２５行となり、明時信号を読み出す行の画素は５２５行走査する時間分蓄積動作を行う。これに対してリセット直後の暗時信号を読み出す行の画素は次の水平ブランキング期間にリセットがおこなわれるまでの一水平走査期間は蓄積動作を行っている。明時信号に比べて蓄積時間は１／５２５であり、通常の被写体では無視できるものの、被写体が高輝度の場合には無視できないレベルになってＦＰＮの誤差成分となってＦＰＮメモリに記憶され、高輝度被写体が無くなっても次にリフレッシュされるまで記憶データは残るから、明時信号からこの誤差成分を減算してしまい偽信号が発生する原因となっている。
【００２５】
この問題点を図１０および図１１を用いて説明する。第２フレーム期間に高輝度被写体が画面に入り画面上の位置は２ラインのｔｈ期間とする。イメージャ出力Ｄ、Ｅの２Ｓには高輝度信号が加わるが、次に読み出される２Ｆにも高輝度信号成分が含まれてしまう。この２ＦはＦＰＮメモリライト信号としてＦＰＮメモリに書き込まれＦＰＮメモリリード信号Ｍとして読み出され、切り換えスイッチ出力Ｈから減算されて減算器出力Ｎが発生する。その結果、減算器出力Ｎの第３フレーム以後の２行信号には偽信号ｎＨが発生してしまう。これは２Ｆがリフレッシュされるまで続く。
【００２６】
そこで本発明の目的は、高輝度被写体があっても高精度にＦＰＮを抑圧出来るようにした動画撮像にも対応可能な固体撮像素子の信号読み出し処理方式を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式は、
マトリクス状に配列された単位光電変換素子への入射光に対応して生成される光生成電荷を水平方向及び垂直方向に走査して得られる信号を映像信号として読み出し処理する固体撮像素子の信号読み出し処理方式において、
暗時信号抽出の対象とする特定行の前記垂直方向での位置を予め定めた垂直走査期間毎に変化させ、前記特定行の水平ブランキング期間に各画素の光生成電荷をリセットした直後の各画素の暗時信号を読み出す動作を順次変化する特定行毎にくり返して得られる全有効行の各画素の暗時信号をメモリに記憶し、前記予め定めた垂直走査期間毎に、前記メモリに記憶された全有効行の各画素の暗時信号の更新を、前記暗時信号を読み出す直前に読み出した明時信号の明時信号レベルが所定のスレッシュホールドレベルを越えた特定画素以外について行ない、前記メモリから読み出した各行の画素の暗時信号を、対応する各行の画素の明時信号から減算処理するように構成されている。
【００２８】
前記特定画素は、前記暗時信号を読み出す直前に読み出した明時信号の明時信号レベルが所定のスレッシュホールドレベルを越えた画素とすることができる。また、前記メモリの記憶内容の更新は、前記特定画素に対しては、前記メモリから読み出した内容をそのまま記憶することができる。また、前記所定のレベルを、水平方向の画素に対して変化させることもでき、前記特定行は単一の行とし、連続した複数の行とすることができる。
【００２９】
このように構成した信号読み出し処理方式においては、高輝度被写体により発生する暗時信号に含まれる光生成電荷が所定のレベルを越えた画素については、外部メモリの暗時信号のデータは変化しないため、偽信号の発生なしに高精度に動画撮像に対応したＦＰＮ抑圧が可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明することにより本発明を明らかにする。
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す構成ブロック図である。図９に示す従来例との対応部分については同一の符号を付してある。図９に対してレベル検出器９、ＡＮＤ回路１０、高輝度判定用スレッシュホールド電圧Ｖｒｅｆが供給されている入力端子Ｐが追加されている。ここでは暗時信号で光生成電荷による信号成分が所定のレベルを越えるかどうかを直前の明時信号から判定している。直前の明時信号と暗時信号とは時間的相関性が非常に強いため、明時信号に高輝度部があれば暗時信号のその部分には高輝度部による光生成電荷が発生していると考えられるからである。
【００３１】
図１に示す実施の形態の動作を図２と図３のタイミングチャートを用いて説明する。レベル検出器９は１ＨＤＬ４の出力と高輝度判定用スレッシュホールド電圧Ｖｒｅｆを比較器９１で比較して、Ｖｒｅｆ電圧よりも大きい場合、パルスを発生する。このパルスは、インバータ９２で反転されて高輝度検出パルスＫが出力される。高輝度検出パルスＫと、ＦＰＮメモリライト制御パルスＪのＡＮＤ出力、すなわちＡＮＤ回路１０からの複合ＦＰＮメモリライト制御信号ＬによりＦＰＮメモリ８を制御する。高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部は、複合ＦＰＮメモリライト制御信号ＬがＬレベルになり、メモリへの再書き込み動作（データの更新）を行わず、ＦＰＮメモリのデータは変化しない。この結果、ＦＰＮメモリライト信号及びリード信号には高輝度部による光生成電荷は含まれず減算器出力Ｎに偽信号は発生しない。
【００３２】
次に、本発明の他の実施の形態としてレベル検出の方法の異なる第２の実施の形態を図４を参照して説明する。図４において図１と同様の部分は同一の符号を付して示し、それらの説明は省略する。本例では、読み出した暗時信号とＦＰＮメモリの出力信号レベルを比較して、暗時信号で光生成電荷による信号成分が所定のレベル（Ｖｒｅｆ）を越えるかどうかを判定している。暗時信号で光生成電荷の有る部分はＦＰＮメモリの出力レベルより大きいからである。
【００３３】
レベル検出器１１では、イメージャ出力Ｅの２ＦからＦＰＮメモリリード信号Ｍを減算器１１１で減算して、その差と高輝度判定用スレッシュホールド電圧Ｖｒｅｆを比較器１１２で比較する。比較の結果、上記差がＶｒｅｆ電圧よりも大きい場合には、パルスを発生する。このパルスは、インバータ１１３で反転されて高輝度検出パルスＫが出力される。高輝度検出パルスＫとＦＰＮメモリライト制御パルスＪのＡＮＤ出力、すなわち、複合ＦＰＮメモリライト制御信号ＬをＡＮＤ回路１０から出力してＦＰＮメモリを制御する。高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部は、複合ＦＰＮメモリライト制御信号ＬがＬレベルになりメモリへの再書き込み動作を行わず、ＦＰＮメモリのデータは変化しない。その結果、ＦＰＮメモリライト信号及びリード信号には高輝度部による光生成電荷は含まれず減算器出力Ｎに偽信号は発生しない。
【００３４】
以上の例では高輝度検出パルスＫを用いてメモリ書き込み動作を停止して高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部のＦＰＮメモリのデータが変化することを防いでいる。これに対して、第３の実施の形態を示す図５では、メモリ書き込み動作を停止せず、高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部については、ＦＰＮメモリ８から読み出した信号を再度ＦＰＮメモリに書き込むことにより、ＦＰＮメモリ８のデータの変化を防いでいる。図５においても、図１及び図４と同様の部分については同一の符号を付してある。スイッチ回路１２の端子ａにはイメージャー出力Ｅを供給し、スイッチ回路１２の端子ｂにはＦＰＮメモリリード信号Ｍを供給する。スイッチ回路１２は、レベル検出器９の出力の高輝度検出パルスＫをスイッチ切換制御電圧としてこのスイッチ切換制御電圧がＨレベルの時にはａ側、Ｌレベルの時にはｂ側に入力された信号を出力するように切り換え制御を行なう。高輝度部による光生成電荷が所定のレベルを越えた画素部では、高輝度検出パルスＫはＬレベルになるため、ＦＰＮメモリ８にはＦＰＮメモリリード信号Ｍが再度書き込まれてデータは変化しない。この結果、ＦＰＮメモリライト信号及びリード信号には高輝度部による光生成電荷は含まれず減算器出力Ｎに偽信号は発生しない。
【００３５】
以上の説明において、リセット直後の暗時信号読み出し期間においても、一水平走査時間光生成電荷の蓄積動作を行うとしてきたが、実際には同一ラインの中でも画素の位置によって蓄積期間は異なる。リセット直後に読み出される画素は、蓄積時間は０でラインの最終画素の蓄積時間が一水平走査時間となる。すなわち、高輝度部が画面のどの位置にあるかによって、暗時信号読み出し期間に蓄積される光生成電荷は異なる。リセット直後に読み出される画素ではレベルが０で、ラインの最終画素の蓄積光生成電荷が最大となる。第１の実施の形態において、暗時信号読み出しの直前の明時信号から高輝度部画素を判定していたが、前記理由により高輝度判定用スレッシュホールド電圧Ｖｒｅｆを画面上の位置に応じて変化させることが有効である。これを図６に示す。Ｖｒｅｆ電圧Ｐを水平走査期間の最初で大きく最後で小さくなるように変化させている。すなわち、水平走査期間の終わりほど高輝度部のスレッシュホールド電圧を小さくして高輝度検出パルスＫを出やすくしている。この結果、蓄積時間の差を考慮した最適な高輝度検出パルスＫの発生が可能となる。ちなみに、第２の実施の形態では、直接暗時信号に含まれる光生成電荷レベルを検出しているためＶｒｅｆ電圧Ｑは一定でも問題は無い。
【００３６】
また、以上の各実施の形態では、１フレームに１行ずつ暗時信号を読み出す場合について説明を行ったが、１フレームに数行ずつ連続して、あるいは間隔をあけて暗時信号を読み出すようにしても構わない。例えば、Ｎ行の受光部をもつ固体撮像素子で１フレームに２行ずつ連続して読み出す場合は、次のように固体撮像素子から信号が読み出される。
第１フレームで１Ｓ、１Ｆ、２Ｓ、２Ｆ、３Ｓ、４Ｓ、５Ｓ……ＮＳ
第２フレームで１Ｓ、２Ｓ、３Ｓ、３Ｆ、４Ｓ、４Ｆ、５Ｓ……ＮＳ
また、１フレームに２行ずつ２行の間隔をあけて読み出す場合は、次のように信号が読み出される。
第１フレームで１Ｓ、１Ｆ、２Ｓ、３Ｓ、４Ｓ、４Ｆ、５Ｓ……ＮＳ
第２フレームで１Ｓ、２Ｓ、２Ｆ、３Ｓ、４Ｓ、５Ｓ、５Ｆ……ＮＳ
【００３７】
以上の本願発明の請求項毎の構成・効果を整理すると以下のようになる。
【００３８】
（１）マトリクス状に配列された単位固体撮像素子への入射光に対応して生成される光生成電荷を水平方向及び垂直方向に走査して得られる信号を映像信号として読み出し処理する固体撮像素子の信号読み出し処理方式において、
前記垂直方向の特定行を予め定めた垂直走査期間毎に変化させ、前記特定行の水平ブランキング期間に各画素の光生成電荷をリセットした直後の各画素の暗時信号を読み出して得られる全有効行の各画素の暗時信号をメモリに記憶し、前記予め定めた垂直走査期間毎に、前記メモリに記憶された全有効行の各画素の暗時信号の更新を、前記各画素対応で得られた暗時信号に含まれる光生成電荷による信号成分レベルが所定のレベルを越えていると判定された特定画素については行わず、前記メモリから読み出した各行の画素の暗時信号を、対応する各行の画素の明時信号から減算処理する固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【００３９】
上記（１）の構成によれば、高輝度被写体があっても高精度に暗時ＦＰＮデータが取り込める。
【００４０】
（２）前記メモリへの記憶及び記憶内容の更新は、明時信号のみの読み出しを行う予め定めた複数の垂直走査期間を挟んで間欠的に行う（１）に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【００４１】
上記（２）の構成によれば、（１）と同様に高輝度被写体があっても高精度に暗時ＦＰＮデータが取り込める。
【００４２】
（３）前記特定画素は、前記暗時信号を読み出す直前に読み出した明時信号の明時信号レベルが所定のスレッシュホールドレベルを越えた画素とすることを特徴とする（１）または（２）に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【００４３】
上記（３）の構成によれば、明時信号の高輝度部を用いるので、レベル検出が容易となる。
【００４４】
（４）前記特定画素は、固体撮像素子から読み出した暗時信号と前記外部メモリに記憶されている対応する暗時信号レベルとを比較してその差が所定のレベルを越えた画素である（１）または（２）に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【００４５】
上記（４）の構成によれば、検出に、直接暗時信号を用いるので高精度なレベル検出が可能となる。
【００４６】
（５）前記メモリの記憶内容の更新は、前記特定画素に対しては、前記メモリから読み出した内容をそのまま記憶する処理である（１）に記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【００４７】
上記（５）の構成によれば、（１）と同様に高輝度被写体があっても高精度に暗時ＦＰＮデータが取り込める。
【００４８】
（６）前記所定のレベルを、水平方向の画素に対して変化させる（１）〜（３）のいずれかに記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【００４９】
上記（６）の構成によれば、（４）のレベル検出がより正確に行える。
【００５０】
（７）前記特定行は単一の行であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【００５１】
上記（７）の構成によれば、動画撮像時の連続性が良くなる。
【００５２】
（８）前記特定行は連続した複数の行であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の固体撮像素子の信号読み出し方式。
【００５３】
上記（８）の構成によれば、ＦＰＮメモリのリフレッシュ周期が短くなり、温度変化等に対する応答性が良くなる。
【００５４】
（９）前記特定行は間隔をおいて複数の行であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の固体撮像素子の信号読み出し処理方式。
【００５５】
上記（９）の構成によれば、（８）と同様にＦＰＮメモリのリフレッシュ周期が短くなり、温度変化等に対する応答性が良くなる。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の固体撮像素子の信号読み出し処理方式によれば、高輝度被写体がある場合でも偽信号の発生なしに高精度な動画撮像にも対応可能なＦＰＮ抑圧が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式の第１の実施形態を示す構成ブロック図である。
【図２】図１に示す構成の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】図１に示す構成の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式の第２の実施形態を示す構成ブロック図である。
【図５】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式の第３の実施形態を示す構成ブロック図である。
【図６】本発明による固体撮像素子の信号読み出し処理方式の第４の実施形態を示す構成ブロック図である。
【図７】従来のＦＰＮ抑圧手段のブロック構成図である。
【図８】図７に示す構成の動作を説明するための図である。
【図９】従来のＦＰＮ抑圧手段の他の例を示すブロック構成図である。
【図１０】従来のＦＰＮ抑圧手段の動作を説明するための各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図１１】従来のＦＰＮ抑圧手段の動作を説明するための各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１，３１            固体撮像素子
２，３２            増幅器
３，３３            Ａ／Ｄ変換器
４                  １Ｈデレイライン
５，３４            切換スイッチ
６，１１１，３６    減算器
７，３７            Ｄ／Ａ変換器
８，３５            ＦＰＮメモリ
９，１１            レベル検出器
１０                ＡＮＤ回路
１２                スイッチ回路
１０１              受光部
１０２              垂直走査回路
１０３              水平走査回路
１１２              比較器
１１３              インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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