CN102388605B - 固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一实施方式的固体摄像装置1为2维排列有包含光电转换元件与像素部用放大部的像素部(P(x、y))，具备：至少1行光学黑色部(Pob(x、y))，其具有与像素部(P(x、y))相同的光电转换元件及像素部用放大部，且具有包覆该光电转换元件的遮光膜；及至少一行光学灰色部(Pog(x、y))，其具有被输入基准电压的与像素部(P(x、y))相同的像素部用放大部；基准电压的值小于饱和状态下的所述光电转换元件的输出信号的值。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明涉及可提高图像质量的固体摄像装置。
背景技术
专利文献1～3中，记载有具备含2维排列的多个像素部的摄像区域的固体摄像装置。
专利文献1所记载的固体摄像装置，是具备与每个摄像区域的列对应的多个端口(输出用放大部)的多端口读出型固体摄像装置，其目的在于补偿在各端口读出的摄像区域的交界的列间的输出的偏差。该固体摄像装置中，对与各端口对应的摄像区域的交界的1列输入基准信号，基于该基准信号而补偿各端口间的输出信号的偏移偏差及增益偏差。
专利文献2所记载的固体摄像装置，在同一基板上具备光学黑色单元及成为饱和电平的基准的光学白色单元。该固体摄像装置使用来自光学白色单元的输出信号而判断有效像素是否为饱和电平。
专利文献3所记载的固体摄像装置基于作为实质上黑暗状态下固体摄像元件(像素部)的输出的重置信号而改变输出放大部的增益。该固体摄像装置基于重置信号电平越高的固体摄像元件灵敏度越低的倾向，补偿由于固体摄像元件的特性偏差所导致的输出信号的偏移偏差及增益偏差。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-009005号公报
专利文献2：日本特开平10-12857号公报
专利文献3：日本特开2002-044370号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，对摄像区域逐列进行图像读出处理的情形会有直纹产生。这被认为是输出信号的偏移(offset)偏差及增益偏差的原因，如专利文献1所记载的固体摄像装置那样，补偿摄像区域的交界的列间的输出信号的偏移偏差及增益偏差很重要。
但是，专利文献1所记载的固体摄像装置中，由于对摄像区域的交界的1列供给基准电压，因此可知其在摄像动作前预先取得修正数据，而于该摄像动作全程中使用该修正数据。但是，摄像动作开始后温度有变动，以预先取得的修正数据无法完全修正。
另外，专利文献3所记载的固体摄像装置中，重置时也设定有输出用放大部的偏移及增益，因此摄像动作开始后一旦温度改变则修正将难以充分进行。另外，由于从重置电平间接地设定输出用放大部的增益，因此修正对重置电平与增益无关的部份无效。
另一方面，专利文献2所记载的固体摄像装置中，可在摄像动作中获得规定来自光学黑色单元的暗电平的信号，及规定来自光学白色单元的饱和电平的信号，但规定暗电平的信号与规定饱和电平的信号中，充分修正增益偏差较困难。
因此，本发明的目的在于提供一种可实时修正对摄像区域的输出信号的偏移偏差及增益偏差的固体摄像装置。
解决问题的技术手段
本发明的固体摄像装置，其2维排列有具有光电转换元件及放大该光电转换元件的输出信号的像素部用放大部的像素部，且具备：至少1行光学黑色部，其具有与像素部相同的光电转换元件及像素部用放大部，且具有包覆该光电转换元件的遮光膜；及至少1行光学灰色部，其具有被输入基准电压的与像素部相同的像素部用放大部；基准电压的值小于饱和状态下的光电转换元件的输出信号的值。
根据该固体摄像装置，光学黑色部生成暗状态时的像素部的输出信号，光学灰色部生成暗状态与饱和状态下的中间状态时的像素部的输出信号。即，利用光学灰色部生成像素部的动态范围内的输出信号。由于这些光学黑色部及光学灰色部位于各列中至少各一个，因此例如逐列依序读出的情况下，在每次读出可连同像素部的输出信号一起获得暗状态下的输出信号与动态范围内的输出信号。因此可实时修正对多个像素部的输出信号的偏移偏差及增益偏差。
上述固体摄像装置优选进一步具备修正电路，其使用光学黑色部的输出信号与光学灰色部的输出信号，修正来自像素部的输出信号。
根据该构成，修正电路基于光学黑色部的输出信号，可固定地修正依序输入的来自像素部的输出信号的偏移值，且基于光学黑色部的输出信号与光学灰色部的输出信号2个值，可固定地修正依序输入的对于来自像素部的输出信号的增益。其结果，可获得偏移偏差及增益偏差被修正的输出信号。
本发明的另一固体摄像装置2维排列有具有光电转换元件及放大该光电转换元件的输出信号的像素部用放大部的像素部，且具备多个光学灰色部，其具有被输入基准电压的与像素部相同的像素部用放大部，所述基准电压的值小于饱和状态下的光电转换元件的输出信号的值，且每行各不相同。
根据该另一固体摄像装置，光学灰色部在暗状态与饱和状态的中间状态下，生成多个不同中间状态时的像素部的输出信号。即，利用光学灰色部而生成像素部的动态范围内的多个输出信号。由于这些光学灰色部位于各列有多个，因此例如逐列依序读出的情况下，在每次读出可连同像素部的输出信号一起获得动态范围内的多个输出信号。因此可实时修正对多个像素部的输出信号的偏移偏差及增益偏差。
上述另一固体摄像装置优选进一步具备修正电路，其使用多行光学灰色部的输出信号，修正来自像素部的输出信号。
根据该结构，修正电路基于多个光学灰色部的输出信号，可固定修正依序输入的来自像素部的输出信号的偏移值，且基于多个光学灰色部的输出信号，可固定修正依序输入的对来自像素部的输出信号的增益。其结果，可获得偏移偏差及增益偏差被修正的输出信号。
另外，上述固体摄像装置及另一固体摄像装置优选进一步具备可变电压产生部，其生成基准电压且改变该基准电压。
根据该结构，不同值的多个基准电压输入至光学灰色部的像素部用放大部，因此利用光学灰色部可生成像素部中动态范围内的多个输出信号。其结果，可使用多个修正值修正增益偏差，可更高精度地修正增益偏差。尤其增益特性为非线形的特性时也可使用多点的修正值而修正增益偏差。
上述光学灰色部优选进一步具备与像素部用放大部的输入侧串联连接的电容元件，且基准电压优选为脉冲电压。
例如，固体摄像装置中，具备CDS(Correlated Double Sampling：相关双采样)电路，基于相关双采样法而除去噪声。但，若对光学灰色部供给直流基准电压，则CDS电路中除去重置时的噪声较困难。
但，根据该结构，由于供给于光学灰色部的电压为脉冲电压，因此利用CDS电路可除去重置时的噪声。
上述固体摄像装置中，优选将由像素部、光学黑色部及光学灰色部2维排列而成的摄像区域在行方向上分成m个块(m为2以上的整数)，且进一步具备m个修正电路，其分别接收来自摄像区域中m个块的输出信号，使用光学黑色部的输出信号与光学灰色部的输出信号，修正来自像素部的输出信号。
另外，上述另一固体摄像装置中，优选将由像素部及多行光学灰色部2维排列而成的摄像区域在行方向上分成m个块(m为2以上的整数)，且进一步具备m个修正电路，其分别接收来自摄像区域中m个块的输出信号，使用多行光学灰色部的输出信号，修正来自像素部的输出信号。
根据这些结构，m个修正部以使各输出信号的偏移及增益固定的方式，逐块地进行相同的修正处理，因此可实时修正可能在块间产生的输出信号的偏移偏差及增益偏差。
发明的效果
根据本发明，可实时修正对固体摄像装置的摄像区域的输出信号的偏移偏差及增益偏差。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的固体摄像装置的电路图；
图2是图1所示的像素部及光学黑色部的主要部分的电路图；
图3是图1所示的光学灰色部的电路图；
图4是图1所示的保持部的电路图；
图5是图1所示的输出用放大部的电路图；
图6是图1所示的修正部的电路图；
图7是利用图6所示的修正部的修正处理的概念图；
图8是显示图1所示的固体摄像装置的各信号波形的时序图；
图9是本发明的第2实施方式的固体摄像装置的电路图；
图10是图9所示的可变电压产生部的电路图；
图11是利用图10所示的可变电压产生部的修正处理的概念图；
图12是本发明的第3实施方式的固体摄像装置的电路图；
图13是图12所示的光学灰色部的电路图；
图14是显示图12所示的固体摄像装置的各信号波形的时序图；
图15是本发明的第4实施方式的固体摄像装置的电路图；
图16是本发明的第5实施方式的固体摄像装置的电路图；
图17是图16所示的修正部的电路图；及
图18是利用图16所示的修正部的修正处理的概念图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。再者，各附图中对相同或相当的部分附加相同符号。
[第1实施方式]
图1是本发明的第1实施方式的固体摄像装置的电路图。图1所示的固体摄像装置1具备受光部10、列并列输出部20、放大部30、修正部40、行选择部50、及列选择部60。
受光部10用于拍摄入射的光的像，具有多个像素部P(x、y)、多个光学黑色部(以下称OB部)Pob(x、y)、及多个光学灰色部(以下称OG部)Pog(x、y)。
多个像素部P(x、y)在行方向及列方向2维排列。各像素部P(x、y)具有共同的结构，具有产生对应于入射光量的量的电荷的光电二极管、及放大对应于该电荷的电压的像素内放大部。
多个OB部Pob(x、y)以包围2维排列的像素部P(x、y)的方式而排列。各OB部Pob(x、y)具有共同的构成，具有与像素部P(x、y)相同的结构。另，各OB部Pob(x、y)具有包覆光电二极管的遮光膜。
多个OG部Pog(x、y)以在列方向夹持2维排列的像素部P(x、y)及OB部Pob(x、y)的方式排列于行方向。各OG部Pog(x、y)具有共同的结构，具有与像素部P(x、y)相同的像素内放大部。在该像素内放大部的输入端子输入有基准电压。
如此构成的受光部10根据从行选择部50输出的控制信号(后述的Vreset(y)信号、Vtrans(y)信号、及Vshift(y)信号)，进行从光电二极管向像素内放大部的电荷的像素内传送，或从像素内放大部向列并列输出部20的电荷的传送。
列并列输出部20具备具有共同的结构的多个保持部H(x)。多个保持部H(x)中的第x个保持部与像素部P(x、y)中的第x列的像素部连接。保持部H(x)依序接收从所连接的1列的像素部P(x、y)传送的电压，并保持该电压值。另，保持部H(x)可保持表示重叠有噪声成分的信号成分的电压值，且也可保持表示噪声成分的电压值。保持部H(x)根据来自列选择部60的控制信号(后述的set_s(x)信号、set_n(x)信号、及Hshift(x)信号)，控制保持时序及读出时序。
放大部30依序接收从列并列输出部20、即从多个保持部H(x)读出的电压，并放大这些电压值。此时，放大部30将从信号成分除去噪声成分的输出信号向修正部40输出。
修正部40使用来自OB部Pob(x、y)的输出信号与来自OG部Pog(x、y)的输出信号，修正来自像素部P(x、y)的输出信号的电压值。
接着，针对受光部10中的像素部P(x、y)、OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)、列并列输出部20中的保持部H(x)、放大部30、修正部40进行详细说明。
图2是像素部P(x、y)的电路图。图2中以多个像素部P(x、y)为代表而显示第x列y行的像素部P(x、y)。像素部P(x、y)采用APS(ActivePixel Sensor：主动像素传感器)方式，且具有光电二极管PD(x、y)、MOS晶体管Tt(x、y)、Tr(x、y)、Ta(x、y)、Tamp(x、y)。此处，晶体管Tamp(x、y)为上述像素内放大部。
在光电二极管PD(x、y)的阴极，经由像素内传送用晶体管Tt(x、y)及晶体管Tr(x、y)输入有基准电压Vr1，并且阳极接地。像素内传送用晶体管Tt(x、y)与晶体管Tr(x、y)间的节点与放大用晶体管Tamp(x、y)的栅极连接。对放大用晶体管Tamp(x、y)的漏极输入基准电压Vr2，源极经由传送用晶体管Ta(x、y)与配线Hline(x)连接。
在晶体管Tt(x、y)的栅极输入Vtrans(y)信号，在晶体管Tr(x、y)的栅极输入Vreset(y)信号。另外，在晶体管Ta(x、y)的栅极输入Vshift(y)信号。这些Vtrans(y)信号、Vreset(y)信号及Vshift(y)信号从行选择部50供给。
Vtrans(y)信号成高电平时，进行对应外部光亮产生于光电二极管PD(x、y)的电荷向放大用晶体管Tamp(x、y)的栅极电容(电荷蓄积部)传送的电荷的像素内传送。并且，Vshift(y)信号成高电平时，对应蓄积于放大用晶体管Tamp(x、y)的栅极电容的电荷量的电压值作为信号成分向配线Hline(x)输出。再者，为从像素部P(x、y)向配线Hline(x)输出噪声成分，而使Vtrans(y)信号为低电平，使Vreset(y)暂时为高电平，重置放大用晶体管Tamp(x、y)的栅极电容的电压后，使Vshift(y)信号为高电平即可。
此处，晶体管Ta(x、y)打开的状态下，通过像素内传送用晶体管Tt(x、y)关闭/打开，存储于光电二极管PD(x、y)的电荷传送/保持于放大用晶体管Tamp(x、y)的栅极电容。此时，光电二极管PD(x、y)中开始下一个存储。由此，可实现大致同时进行在所有像素部的存储的开始、结束的全局快门模式(global shutter mode)的动作。
接着，针对OB部Pob(x、y)进行说明。OB部Pob(x、y)在图2所示的像素部P(x、y)中进一步具有遮光膜。例如该遮光膜在OB部Pob(x、y)中包覆光电二极管PD(x、y)。由此，OB部Pob(x、y)将输出相当于像素部P(x、y)的暗状态的暗信号。
此处，通常受光区域的像素中在相当于光电二极管PD的区域产生的电荷向周围扩散，对邻接像素的正确信号带来影响。为防止此，OB部Pob(x、y)配置于像素部P(x、y)的周边部。
图3为OG部Pog(x、y)的电路图。图3代表多个OG部Pog(x、y)而显示第x列y行的OG部。
OG部Pog(x、y)在像素部P(x、y)中不具备光电二极管PD(x、y)，而输入作为基准电压Vdc的定电压。基准电压Vdc经由晶体管Tt(x、y)而输入至放大用晶体管Tamp(x、y)的栅极。该基准电压Vdc的值设定成像素部P(x、y)中光电二极管PD(x、y)为暗状态时的输出值与饱和时的输出值的中间电平。即，基准电压Vdc的值设定成像素部P(x、y)中光电二极管PD(x、y)的动态范围内的输出值。由此，OG部Pog(x、y)将输出相当于像素部P(x、y)的动态范围内的状态的中间信号。
图4为保持部H(x)的电路图。图4代表多个保持部H(x)而显示第x个保持部。
保持部H(x)具有用于保持从像素部P(x、y)、OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)输出的信号成分的电容元件Cs(x)，及开关SWs1(x)、SWs2(x)。另外，保持部H(x)具有用于保持从像素部P(x、y)、OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)输出的噪声成分的电容元件Cn(x)，及开关SWn1(x)、SWn2(x)。另外，保持部H(x)具有定电流源I(x)。
开关SWs1(x)与开关SWs2(x)串联连接于配线Hline(x)与配线out_s之间。在开关SWs1(x)与开关SWs2(x)间的节点，连接电容元件Cs(x)的一端，电容元件Cs(x)的另一端接地。同样，开关SWn1(x)与开关SWn2(x)连接于配线Hline(x)与配线out_n之间。在开关SWn1(x)与开关SWn2(x)间的节点，连接电容元件Cn(x)的一端，电容元件Cn(x)的另一端接地。
开关Sws1(x)根据set_s(x)信号而开闭，开关Swn1(x)根据set_n(x)信号而开闭。另外，开关Sws2(x)、Swn2(x)根据Hshift(x)信号而开闭。set_s(x)信号、set_n(x)信号、Hshift(x)信号从列选择部60供给。
定电流源I(x)与配线Hline(x)连接。如此，定电流源I(x)不仅设于像素部P(x、y)、OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)的输出级，还设于保持部H(x)的输入级，由此，在像素部P(x、y)、OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)与保持部H(x)间接收电流信号。电流信号与电压信号相比，由于配线等的电容的信号劣化较少，因此根据该结构，可降低因配线Hline(x)等的电容的信号劣化。
该保持部H(x)中，通过开关SWs1(x)根据set_s(x)信号而关闭/打开，从像素部P(x、y)、OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)输出的信号成分存储/保持于电容元件Cs(x)。并且，开关SWs2(x)根据Hshift(x)信号而关闭时，利用电容元件Cs(x)保持的电压值向配线out_s输出。另一方面，通过开关SWn1(x)根据set_n(x)信号而关闭/打开，从像素部P(x、y)、OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)输出的噪音成分存储/保持于电容元件Cn(x)。并且，开关SWn2(x)根据Hshift(x)信号而关闭时，由电容元件Cn(x)保持的电压值向配线out_n输出。
图5为放大部30的电路图。放大部30具有放大器As、An、差动放大器Asn、开关SWs、SWn、及电阻元件R1～R4。
放大器As的输入端子与配线out_s连接，输出端子经由电阻元件R1而与差动放大器Asn的倒相输入端子连接。同样，放大器An的输入端子与配线out_n连接，输出端子经由电阻元件R2而与差动放大器Asn的正相输入端子连接。差动放大器Asn的正相输入端子经由端子元件R3而接地，在差动放大器Asn的正相输入端子，输入将放大器An的输出信号以电阻元件R2、R3的串联电路分压的电压。另外，在差动放大器Asn的输出端子与倒相输入端子间连接有反馈用电阻元件R4，差动放大器Asn的输出端子与影像输出配线Video1连接。
另外，在放大器As、An的输入端子与接地电位间分别连接有开关SWs、SWn。开关SWs、SWn根据Hreset信号而开闭。开关SWs、SWn关闭时，各放大器As、An的输入端子被重置。
开关SWs、SWn打开时，接收从保持部H(x)输出的信号成分及噪声成分，输出利用差动放大器Asn除去噪声成分的信号成分。
图6是修正部40的电路图。修正部40具有存储部41与运算部42。存储部41存储来自OB部Pob(x、y)的暗信号的值、及来自OG部Pog(x、y)的中间信号的值，且将该值向运算部42输出。运算部42使用来自OB部Pob(x、y)的暗信号的值、及来自OG部Pog(x、y)的中间信号的值，修正像素部P(x、y)的输出值。
图7是显示利用修正部40的修正处理的概念图。图7(a)显示不同的列，例如像素部P(3、3)与像素部P(4、3)2个修正前的输入输出特性，图7(b)显示这些像素部P(3、3)及像素部P(4、3)修正后的输入输出特性。例如运算部42基于来自存储于存储部41的OB部Pob(3、2)的暗信号的值，以偏移值成固定的方式，即以输入输出特性的偏移值A成固定的方式，修正像素部P(3、3)的输出值。另外，运算部42基于存储于存储部41的来自OB部Pob(3、2)的暗信号的值与来自OG部Pog(3、1)的中间信号的值的该2个值，以增益成固定的方式，即以输入输出特性的斜率B成固定的方式，修正像素部P(3、3)的输出值。另外，运算部42基于存储于存储部41的来自OB部Pob(4、2)的暗信号的值，以偏移值成固定的方式，即以输入输出特性的偏移值A成固定的方式，修正像素部P(4、3)的输出值。另外，运算部42基于存储于存储部41的来自OB部Pob(4、2)的暗信号的值，与来自OG部Pog(4、1)的中间信号的值的此2个值，以增益成固定的方式，即以输入输出特性的斜率B成固定的方式，修正像素部P(4、3)的输出值。
接着，说明本实施方式的固体摄像装置1的动作。图8是显示固体摄像装置1的各信号波形的时序图。图8显示例如读出第y行时的各信号波形，该动作对各行依序重复。
如图8所示，Vshift(y)信号成高电平后，若Vshift(y)信号、Vreset(y)信号、set_n(x)信号依序成为高电平，则第y行的像素部P(x、y)、来自OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)的噪声成分存储于保持部H(x)的电容元件Cn(x)中。
接着，Vtrans(y)信号成为高电平时，从像素部P(x、y)及OB部Pob(x、y)中的光电二极管PD(x、y)向放大用晶体管Tamp(x、y)的栅极电容进行电荷的像素内传送。另外，OG部Pog(x、y)中，向放大用晶体管Tamp(x、y)的栅极电容供给基准电压Vdc。其后，set_s(x)信号成为高电平时，从像素部P(x、y)、OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)中的放大用晶体管Tamp(x、y)向保持部H(x)的电容元件Cs(x)进行电荷的传送。这些动作从第1列至第x列同时进行。
接着，Hshift(1)～Hshift(x)依序成为高电平时，保持部H(1)～H(x)中来自电容元件Cs(1)～Cs(x)的信号成分在放大部30依序读出，且来自电容元件Cn(1)～Cn(x)的噪声成分在放大部30依序读出。于是通过放大部30可除去来自信号成分的噪声成分并依序输出。
其后，修正部40中，来自OB部Pob(x、y)的暗信号及来自OG部Pog(x、y)的中间信号存储于存储部41。并且，运算部42中，基于存储于存储部41的来自这些OB部Pob(x、y)的暗信号及来自OG部Pog(x、y)的中间信号，以输出信号的偏移及增益成固定的方式，修正依序输入的像素部P(x、y)的输出值。
如此，根据第1实施方式的固体摄像装置1，OB部Pob(x、y)生成暗状态时的像素部P(x、y)的输出信号，OG部Pog(x、y)生成暗状态与饱和状态的中间状态时的像素部P(x、y)的输出信号。即，利用OG部Pog(x、y)，生成像素部P(x、y)中动态范围内的输出信号。这些OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)位于各列至少各一个，因此例如逐列依序读出的情况下，在每次读出可连同像素部P(x、y)的输出信号一起获得暗状态下的输出信号与动态范围内的输出信号。因此，可实时修正对多个像素部P(x、y)的输出信号的偏移偏差及增益偏差。其结果，可对可能在列间产生的摄像区域修正这些偏差，而可降低可能在影像的列的交界产生的直纹。即，可提高图像的画质。
另外，根据第1实施方式的固体摄像装置1，由于利用OG部Pog(x、y)而生成像素部P(x、y)中动态范围内的输出信号，因此可高精度地修正增益偏差。
如上述，根据第1实施方式的固体摄像装置1，从配置于像素部P(x、y)周围的OB部Pob(x、y)及OG部Pog(x、y)获得修正数据，因此可与拍摄同时获得修正数据，可进行实时修正。其结果，拍摄前不需要拍摄完全暗的图像，无需拍摄加入均一光的图像，可简单地进行初期修正。
[第2实施方式]
图9是本发明的第2实施方式的固体摄像装置的电路图。图9所示的固体摄像装置1A在固体摄像装置1中进一步具备可变电压产生部70的结构而与第1实施方式不同。固体摄像装置1A的其它结构与固体摄像装置1相同。
图10是可变电压产生部70的电路图。该可变电压产生部70例如具有产生各自不同的基准电压的3个基准电压产生器71～73，及将这些基准电压产生器71～73的输出电压依序作为基准电压Vdc输出的选择器74。选择器74具有与各基准电压产生器71～73串联连接的3个开关74a～74c，通过依序关闭这些开关74a～74c，而对OG部Pog(x、y)供给3个基准电压Vdc。
图11显示使用可变电压产生部70的修正处理的概念图。如图11所示，OG部Pog(x、y)中，基于依序供给的3个基准电压Vdc，输出像素部P(x、y)的动态范围内的不同的3个中间信号。修正部40中，基于这些动态范围内的3个修正数据，及来自OB部Pob(x、y)的暗状态的修正数据，以增益成固定的方式修正像素部P(x、y)的输出值。
如此，根据第2实施方式的固体摄像装置1A，可使用多点的修正值进行增益偏差的修正，因此可更高精度地修正增益偏差。尤其增益特性为非线性特性时也可使用多点的修正值而修正增益偏差。
[第3实施方式]
图12是本发明的第3实施方式的固体摄像装置的电路图。图12所示的固体摄像装置1B具备取代固体摄像装置1中的受光部10的受光部10B。固体摄像装置1B的其它结构与固体摄像装置1相同。受光部10B具有取代多个OG部Pog(x、y)的多个OG部Pogb(x、y)。受光部10B的其它结构与受光部10相同。
图13为OG部Pogb(x、y)的电路图。图13代表多个OG部Pogb(x、y)而显示第x列y行的OG部Pogb(x、y)。OG部Pogb(x、y)具有经由晶体管Tt(x、y)与放大用晶体管Tamp(x、y)的栅极串联连接的用于AC结合的电容元件Cac(x、y)。并且，在放大用晶体管Tamp(x、y)的栅极，经由该电容元件Cac(x、y)与晶体管Tt(x、y)而输入脉冲状基准电压Vp。OG部Pogb(x、y)的其它结构与OG部pog(x、y)相同。
图14是显示固体摄像装置1B的各信号波形的时序图。图14例如显示读出第y行时的各信号波形，该动作对各行依序重复。
如图14所示，基准电压Vp是Vtrans(y)信号为高电平时电平改变的脉冲电压。该基准电压Vp的电平在Vshift(y)信号回复至低电平后返回。
此处，本实施方式的固体摄像装置1B中，保持部与放大部构成CDS(Correlated Double Sampling：相关双采样)电路，基于相关双采样法而除去噪声。但是，第1及第2实施方式的固体摄像装置1、1B中，由于对OG部Pog(x、y)供给直流基准电压Vdc，因此CDS电路中除去重置时的噪声较困难。
因此，根据第3实施方式的固体摄像装置，将供给于OG部Pogb(x、y)的基准电压Vp作为脉冲电压。例如Vtrans(y)信号为高电平时基准电压Vp的电平改变，从而供给脉冲电压且之后供给固定的电压。由此，利用CDS电路可除去重置时的噪声，且可抽出像素部P(x、y)的动态范围内的中间信号。
[第4实施方式]
图15是本发明的第4实施方式的固体摄像装置的电路图。图15所示的固体摄像装置1C是多端口读出型固体摄像装置。该固体摄像装置1C中，x列y行的受光区域在列方向分割成m个块。图15是显示例如1块以3列构成的固体摄像装置。并且具备与该m个块分别对应的m个放大部30与m个修正部40。固体摄像装置1C的其它结构与固体摄像装置1相同。
该固体摄像装置1C中，m个放大部30及m个修正部40在各块大致同时进行与上述相同的读出处理及修正处理。由此可进行高速读出。
如此的多端口读出型固体摄像装置中，在影像的各块的交界会产生直纹。但根据该第4实施方式的固体摄像装置1C，m个放大部30及m个修正部40以使各输出信号的偏移及增益成固定的方式，逐块地进行相同的修正处理，因此可实时修正可能在块间产生的输出信号的偏移偏差及增益偏差，可降低可能在影像的块的交界产生的直纹，即，可提高图像的画质。
[第5实施方式]
图16是本发明的第5实施方式的固体摄像装置的电路图，图16所示的固体摄像装置1D具备取代固体摄像装置1中的受光部10及修正部40的受光部10D、修正部40D。固体摄像装置1D的其它结构与固体摄像装置1相同。
受光部10D具有取代OB部Pob(x、y)与OG部Pog(x、y)的2行OG部Pog1(x、y)与OG部Pog2(x、y)。受光部10D的其它结构与受光部10相同。在OG部Pog1(x、y)及OG部Pog2(x、y)，分别可应用第1实施方式的OG部Pog(x、y)。对这些OG部Pog1(x、y)及OG部Pog2(x、y)供给值各不相同的基准电压Vdc。这些基准电压Vdc的值设定成各像素部P(x、y)中光电二极管PD(x、y)为暗状态时的输出值与饱和时的输出值的中间电平。即，基准电压Vdc的值设定成各像素部P(x、y)中光电二极管PD(x、y)的动态范围内的输出值。由此，OG部Pog1(x、y)及OG部Pog2(x、y)为相当于像素部P(x、y)的动态范围内的状态的中间信号，分别输出不同的中间信号。
图17是修正部40D的电路图。修正部40D具有存储部41与运算部42D。存储部41存储来自OG部Pog1(x、y)的中间信号的值、及来自OG部Pog2(x、y)的中间信号的值，且将该值向运算部42D输出。运算部42D使用来自OG部Pog1(x、y)的中间信号的值、及来自OG部Pog2(x、y)的中间信号的值，修正像素部P(x、y)的输出值。
图18是显示利用修正部40D的修正处理的概念图。图18(a)为显示不同的列，例如像素部P(3、3)与像素部P(4、3)这2个修正前的输入输出特性，图18(b)显示这些像素部P(3、3)及像素部P(4、3)修正后的输入输出特性。例如运算部42D基于存储于存储部41的来自OG部Pog1(3、2)的中间信号的值，及来自OG部Pog2(3、1)的中间信号的值的这2个值，以偏移值成固定的方式，即以输入输出特性的偏移值A成固定的方式，且同时以增益值成固定的方式，即以输入输出特性的斜率B成固定的方式，修正像素部P(3、3)的输出值。另，运算部42D基于存储于存储部41的来自OG部Pog1(4、2)的中间信号的值，及来自OG部Pog2(4、1)的中间信号的值的这2个值，以偏移值成固定的方式，即以输入输出特性的偏移值A成固定的方式，且同时以增益值成固定的方式，即输入输出特性的斜率B成固定的方式，修正像素部P(4、3)的输出值。
如此，根据第5实施方式的固体摄像装置1D，OG部Pog1(x、y)及OG部Pog2(x、y)在暗状态与饱和状态的中间状态下，生成2个不同中间状态时的像素部P(x、y)的输出信号。即，通过OG部Pog1(x、y)及OG部Pog2(x、y)，可生成像素部P(x、y)的动态范围内的2个输出信号。这些OG部Pog1(x、y)及OG部Pog2(x、y)在各列设有2个，因此在例如逐列依序读出的情形中，每次读出可连同像素部P(x、y)的输出信号一起获得动态范围内的2个输出信号。因此可实时修正对多个像素部P(x、y)的输出信号的偏移偏差及增益偏差。其结果，第5实施方式的固体摄像装置1D也与第1实施方式的固体摄像装置1相同，能够对可能在列间产生的摄像区域修正这些偏差，而能够降低可能在影像的列的交界产生的直纹。即，可提高图像的画质。
另，第5实施方式的固体摄像装置1D中，也通过OG部Pog1(x、y)及OG部Pog2(x、y)，生成像素部P(x、y)的动态范围内的输出信号，因此可高精度地修正增益偏差。
再者，第5实施方式中，具备供给各个不同的基准电压的2行OG部，但也可具备供给各个不同的基准电压的3行以上的OG部。此情形时，修正部40D使用来自这些3个以上OG部的中间信号的值，修正像素部P(x、y)的输出值。
另外，第5实施方式中，与第2实施方式所示的可变电压产生部70相同，也可进一步具备可变电压产生部，其产生各个不同的基准电压，并选择性输出这些基准电压中的2个基准电压，而分别供给至OG部Pog1(x、y)及OG部Pog2(x、y)。
另外，第5实施方式中，作为OG部Pog1(x、y)及OG部Pog2(x、y)，也可分别使用第3实施方式中的Pogb(x、y)。此时，对OG部Pog1(x、y)及OG部Pog2(x、y)，供给值各不相同的脉冲状基准电压Vp。
另外，第5实施方式与第4实施方式相同，也可为多端口读出型固体摄像装置，x列y行的受光区域在列方向分割成m个块，具备分别与这些m个块对应的m个放大部30与m个修正部40D。
再者，本发明不限于上述的本实施方式，可进行各种变形。例如摄像区域中的OG部Pog(x、y)、Pogb(x、y)、Pog1(x、y)、Pog2(x、y)及OB部Pob(x、y)的配置位置不限于本实施方式。例如第1实施方式中具体例示为，OG部Pog(x、y)、Pogb(x、y)配置于比OB部Pob(x、y)更外侧，但OB部Pob(x、y)也可配置于比OG部Pog(x、y)、Pogb(x、y)更外侧。另外，本实施方式中，OB部Pob(x、y)以包围像素部P(x、y)的方式配置，但也可在摄像区域中至少配置1列。另外，本实施方式中，OG部Pog(x、y)、Pogb(x、y)以夹持像素部P(x、y)及OB部Pob(x、y)的方式配置，但也可在摄像区域中至少配置1列。
另外，根据本实施方式，修正部40、40D中的存储部41，在每次输入来自OB部Pob(x、y)的暗信号、来自OG部Pog(x、y)、Pogb(x、y)、Pog1(x、y)、Pog2(x、y)的中间信号时都重新存储，将最新的修正数据输入至运算部42、42D，存储部41也可不每次重新存储这些暗信号、中间信号。由于输出信号的偏移偏差及增益偏差不是经常产生，因此例如存储部41可以以某时间间隔每次重新存储这些暗信号、中间信号。另外，存储部41也可累积存储这些暗信号、中间信号，以某时间间隔切换输出至最新的修正数据。如此，若将OB部数据、OG部数据及图像数据全部保存，则可在之后返回进行修正。
另外，第2实施方式中，利用可变电压产生部70而改变输入至OG部Pog(x、y)的基准电压Vdc，但改变输入至OG部Pog(x、y)的基准电压Vdc的方法不限于此方式。例如也可具备外部连接用端子，使用该外部连接用端子，从外部向OG部Pog(x、y)供给基准电压Vdc，并且改变从外部供给的基准电压Vdc。
另外，第4实施方式中，摄像区域在每m个块具备m个放大部30及修正部40(多端口读出型)，但也可在每x列具备x个放大部30及修正部40(完全列并列读出型)。另，第5实施方式也可为在每x列具备x个放大部30及修正部40D的完全列并列读出型。
另外，根据本实施方式，以模拟型保持部H(x)构成列并列输出部20，但列并列输出部20也可由数据型柱ADC构成。由此，也可修正无法忽视的柱ADC的列间偏差。
产业上的可利用性
本发明可应用于将固体摄像装置中对摄像区域的输出信号的偏移偏差及增益偏差实时修正的用途。
符号说明
1、1A、1B、1C        固体摄像装置
10、10B              受光部
P(x、y)              像素部
Pob(x、y)            光学黑色部(OB部)
Pog(x、y)、Pogb(x、  光学灰色部(OG部)
y)、Pog1(x、y)、
Pog2(x、y)
PD(x、y)             光电二极管(光电转换元件)
Tr(x、y)             晶体管
Tt(x、y)             像素内传送用晶体管
Tamp(x、y)           放大用晶体管(像素部用放大部、像
                     素内放大部)
Ta(x、y)             传送用晶体管
Cac(x、y)            电容元件
20                   列并列输出部
H(x)                 保持部
Cn(x)、Cs(x)         电容元件
SWn1(x)、SWn2(x)     开关
SWs1(x)、SWs2(x)     开关
I(x)                 定电流源
30                   放大部
As、An               放大器
Asn                  差动放大器
R1～R4               电阻元件
SWs、SWn             开关
40                   修正部
41                   存储部
42                   运算部
50                   行选择部
60                   列选择部
70                   可变电压产生部
71～73               基准电压产生器
74                   选择器
74a～74c             开关

Claims (5)

1.一种固体摄像装置，其特征在于，
2维排列有像素部，该像素部具有光电转换元件及放大该光电转换元件的输出信号的像素部用放大部，
所述固体摄像装置具备：
至少1行光学黑色部，具有与所述像素部相同的光电转换元件及像素部用放大部，且具有包覆该光电转换元件的遮光膜；
至少1行光学灰色部，具有被输入基准电压的与所述像素部相同的像素部用放大部，不具备所述光电转换元件；以及
修正电路，其使用所述光学黑色部的输出信号与所述光学灰色部的输出信号，修正来自所述像素部的输出信号，
所述基准电压的值小于饱和状态下的所述光电转换元件的输出信号的值，
所述光学灰色部进一步具备串联连接于所述基准电压与所述像素部用放大部的输入侧之间的电容元件，
所述基准电压为脉冲电压。
2.一种固体摄像装置，其特征在于，
2维排列有像素部，该像素部包含光电转换元件与放大该光电转换元件的输出信号的像素部用放大部，
所述固体摄像装置具备多行光学灰色部，其具有被输入基准电压的与所述像素部相同的像素部用放大部，所述光学灰色部不具备所述光电转换元件，
所述固体摄像装置进一步具备修正电路，其使用多行所述光学灰色部的输出信号，修正来自所述像素部的输出信号，
所述基准电压的值小于饱和状态下的所述光电转换元件的输出信号的值，且每行各不相同，
所述光学灰色部进一步具备串联连接于所述基准电压与所述像素部用放大部的输入侧之间的电容元件，
所述基准电压为脉冲电压。
3.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于，
进一步具备生成所述基准电压且改变该基准电压的可变电压产生部。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
将由所述像素部、所述光学黑色部及所述光学灰色部2维排列而成的摄像区域在行方向上分成m个块，其中，m为2以上的整数，
进一步具备m个修正电路，其分别接收来自所述摄像区域中的m个块的输出信号，使用所述光学黑色部的输出信号与所述光学灰色部的输出信号，修正来自所述像素部的输出信号。
5.如权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，
将由所述像素部及多行所述光学灰色部2维排列而成的摄像区域在行方向上分成m个块，其中，m为2以上的整数，
进一步具备m个修正电路，其分别接收来自所述摄像区域中的m个块的输出信号，使用多行所述光学灰色部的输出信号，修正来自所述像素部的输出信号。
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