JP2000253314A - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣接画素の蓄積電荷の影響を受けない精度の
よいＦＰＮ除去の実現可能な固体撮像装置の駆動方法を
提供する。 【解決手段】 画素１を二次元状に配置した光電変換部
４と、該光電変換部の垂直及び水平方向の画素の選択、
読み出しを行う垂直走査回路２及び水平走査回路３とを
備えた固体撮像装置において、３行３列の画素構成の場
合、１行目の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の
画素のリセット直後に、２行目の画素の暗時ＦＰＮ信号
読み出しは１，３行目の画素のリセット直後に、３行目
の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の画素のリセ
ット直後にそれぞれ行い、隣接画素に電荷が蓄積されて
いない状態で暗時ＦＰＮ信号を読み出すように駆動す
る。これにより、隣接画素の蓄積電荷の影響を受けず高
精度のＦＰＮ除去を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固体撮像装置の
駆動方法、特に暗時ＦＰＮ（ Fixed Pattern Noise :固
定パターンノイズ）信号の読み出しを改良した固体撮像
装置の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に固体撮像装置には、ＦＰＮと呼ば
れる雑音があり、画質を劣化させてしまう。中でも内部
増幅型固体撮像素子を画素とした固体撮像装置では、画
素毎の特性ばらつきが起因して信号出力に影響を及ぼす
ＦＰＮが顕著である。

【０００３】このＦＰＮは、暗時ＦＰＮ信号のオフセッ
ト補正を行うことで改善されることが知られている。オ
フセット補正は、フレームメモリ等の記憶手段を設け、
記憶手段に各画素毎の暗時ＦＰＮ信号を記憶し、固体撮
像装置から出力される明時信号から、各画素に対応する
暗時ＦＰＮ信号を減算してビデオ信号を得る方法であ
る。

【０００４】本件出願人は、従来２つのオフセット補正
方法を提案している。その第１は、特開昭６４−３９１
７１号公報において開示されている図10に示すような構
成のオフセット補正手法である。このオフセット補正手
法は、被写体の光学像をレンズ100 を介して固体撮像装
置101 の光電変換面に結像する。シャッター102 を閉じ
た場合には、固体撮像装置101 への光入射が遮断される
ため、暗時信号が出力される。この暗時信号を暗時ＦＰ
Ｎ信号としてフレームメモリ103 に記憶しておき、被写
体を撮像した時に得られる明時信号と、フレームメモリ
103 に記憶しておいた暗時ＦＰＮ信号とを差動増幅器10
4 に同時に入力し、差信号を求める。このようにして固
体撮像装置101 から出力される暗時ＦＰＮ信号を除去し
た信号を得るようにしている。なお図10において、105
はクロック信号発生回路で、固体撮像装置101 とフレー
ムメモリ103 を制御している。プロセス回路106 は、明
時信号から暗時ＦＰＮ信号を除去した信号を通常のビデ
オ信号に処理する。また、スイッチＳ１は、暗時ＦＰＮ
信号を差動増幅器104 に入力するか固体撮像装置101 の
信号をそのまま差動増幅器104 から出力させるかを切り
換え、スイッチＳ２は、暗時ＦＰＮ信号をフレームメモ
リ103 に記憶するか差動増幅器104 の出力信号をプロセ
ス回路106 に入力させるかを切り換えるためのものであ
る。

【０００５】しかし、この手法では、機械的な遮光手段
であるシャッター102 が必要であり、システムの規模、
重量、コストを増大させる問題がある。また、温度変化
等により暗時ＦＰＮ信号が変化した場合、これに追従で
きず、常に安定したオフセット補正ができない。温度変
化に追従するために、頻繁に暗時ＦＰＮ信号をフレーム
メモリ103 に記憶しようとすると、その都度１フレーム
分の時間を割り当てる必要があり、ビデオ信号が途切れ
た状態となり、使用上大きな問題となる。

【０００６】そこで、本件出願人は特開平７−１５６６
６号公報において、シャッター等の機械的な遮光手段を
用いずにオフセット補正を実現する第２の手法を開示し
た。これは、画素の蓄積電荷をリセットした直後に読み
出した信号を暗時ＦＰＮ信号としてフレームメモリに記
憶する手法である。この手法を適用した固体撮像装置の
信号読み出し処理装置の構成を図11に、タイミングチャ
ートを図12に示す。図11において、107 は内部増幅型固
体撮像素子からなる画素108 を二次元に配列してなる光
電変換部109 を備えたＸＹアドレス型固体撮像装置で、
説明を簡単にするため光電変換部は３行３列の構成とし
ている。Ｘ方向に配列をなす画素108 の行毎に接続して
いる垂直選択線Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は、画素の状態を制御
する機能を持つ垂直走査回路110 と接続している。水平
走査回路111 は、読み出し状態にある画素行の画素信号
を順番に読み出す機能を有する。固体撮像装置107 の出
力信号（ノードＡにおける信号）は増幅器112 で増幅さ
れ、Ａ／Ｄ変換器113 でＡ／Ｄ変換されて、１Ｈ（Ｈは
水平期間）ディレイライン114 と切換スイッチ115のｂ
端子とＦＰＮメモリ116 にそれぞれ入力される。切換ス
イッチ115 は、入力端子117 から入力される制御信号Φ
Ｇにより、入力端子ａ，ｂ，ｃに入力された信号を選択
出力する。減算器118 は、切換スイッチ115 で選択され
た信号からＦＰＮメモリ116 の出力信号を減算する。減
算器118 の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器119 でＤ／Ａ変換
され、ビデオ信号として出力される。

【０００７】次に、図12のタイミングチャートを用いて
動作について説明する。固体撮像装置107 において、垂
直走査回路110 から信号読み出し電位ＶＲＤを信号読み
出しを行う選択行に印加する。水平走査回路111 を駆動
することで、ＶＲＤが印加されている画素行の画素信号
を順番に読み出す。このとき、非選択行には蓄積電位Ｖ
ＡＣが印加されている。１行分の信号読み出し終了後に
は、水平ブランキング期間にリセット電位ＶＲＳが印加
され、画素に蓄積されていた電荷がリセットされる。ま
た、ブルーミング抑圧のため、非選択行には水平ブラン
キング期間にオーバーフロー電位ＶＯＦを印加し、過剰
な蓄積電荷を掃き出す。ＶＲＤ，ＶＡＣ，ＶＲＳ，ＶＯ
Ｆは、垂直走査回路110 から出力される。図12におい
て、垂直選択線Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３に印加するパルスを各
々Ｇ(1) ，Ｇ(2) ，Ｇ(3) で、明時信号を１Ｓ，２Ｓ，
３Ｓで、暗時ＦＰＮ信号を１Ｄ，２Ｄ，３Ｄで示してい
る。

【０００８】第１フレームでは、ｔ₀ 〜ｔ₁ の期間に１
行目の明時信号１Ｓを読み出し、ｔ ₁ で蓄積電荷をリセ
ットした後、再度ｔ₂ 〜ｔ₃ の期間に暗時信号１Ｄを読
み出す。ｔ₂ 〜ｔ₃ の期間で読み出した暗時信号は、画
素に電荷がほとんど蓄積されていない状態での読み出し
であるので、暗時ＦＰＮ信号を読み出したことになり、
この信号をＦＰＮメモリ116 に記憶する。同様にして、
第２フレームでは２行目の暗時ＦＰＮ信号２Ｄを読み出
し、２ＤをＦＰＮメモリ116 に記憶する。第３フレーム
では３行目の暗時ＦＰＮ信号３Ｄを読み出し、３ＤをＦ
ＰＮメモリ116に記憶する。第４フレーム以降は前記第
１，第２，第３フレームの動作を繰り返す。したがっ
て、暗時ＦＰＮ信号についてみると、第１，第４，・・
・・・フレームにおいて１行目の暗時ＦＰＮ信号１Ｄ
が、第２，第５，・・・・・フレームにおいて２行目の
暗時ＦＰＮ信号２Ｄが、第３，第６，・・・・・フレー
ムにおいて３行目の暗時ＦＰＮ信号３ＤがＦＰＮメモリ
116 に更新され記憶されることになる。なお、図12にお
いては、説明を簡単にするため垂直ブランキング期間は
記述していない。

【０００９】切換スイッチ115 は、入力端子117 に印加
する電位によって制御され、入力端子ａ，ｂ，ｃのいず
れか１つに接続する。減算器118 で、切換スイッチ115
から出力される明時信号１Ｓ，２Ｓ，３Ｓから各々暗時
ＦＰＮ信号１Ｄ，２Ｄ，３Ｄを減算し、Ｄ／Ａ変換器11
9 で変換されたビデオ信号が出力される。図12に示した
ように、３行分の暗時ＦＰＮ信号をＦＰＮメモリ116 に
記憶するためには、３フレームの時間を必要とする。よ
って、電源投入後に、完全なオフセット補正が機能する
までに３フレームの時間を必要とするが、例えば、オー
バーフロー電位ＶＯＦをリセット電位ＶＲＳと等しく
し、全画素行において暗時ＦＰＮ信号が出力される状態
にして、３行分連続してＦＰＮメモリ116 に記憶するこ
とで１フレームに短縮することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来提案の
上記手法では、隣接する画素の寄生容量については考慮
されておらず、画素サイズの縮小に伴って画素の信号電
荷蓄積容量に対し蓄積電極間の結合容量の比率が増加す
ると、オフセット補正の精度すなわちＦＰＮ除去精度が
低下するという不具合があった。次に、蓄積電極間の結
合容量がオフセット補正の精度に及ぼす影響について説
明する。

【００１１】図13は、上下に隣接する２個の画素120 ，
121 を拡大して示したものである。各画素120 ，121
は、容量とフォトトランジスタから構成され、信号電荷
として蓄積電極に正孔を蓄積する例を示している。画素
120 及び画素121 は、各々垂直選択線Ｙ１，Ｙ２に接続
されている。画素120 の蓄積電極122 と画素121 の蓄積
電極123 との間に、寄生容量124 が存在している場合に
ついて説明する。図14は、画素120 ，121 に印加するパ
ルスＧ(1) ，Ｇ(2) と、画素120 の蓄積電極122の電位
変化φＧ(1) と、画素121 の蓄積電極123 の電位変化φ
Ｇ(2) を示したものである。図14において、説明を簡単
にするため、画素120 の蓄積電極122 が寄生容量124 に
よって画素121 の蓄積電極123 に与える電位変化は無視
した。また、オーバーフロー電位ＶＯＦを省略した。時
刻ｔ₁ に読み出し電位ＶＲＤを垂直選択線Ｙ１に印加す
ると、画素120 の蓄積電極122 の電位が上昇し、水平走
査回路を駆動することで明時信号の読み出しを行う。時
刻ｔ₂ にリセット電位ＶＲＳを印加し、ベース−エミッ
タ間を順バイアスして蓄積電荷をリセットする。時刻ｔ
₃ に再度読み出し電位ＶＲＤを印加し、暗時ＦＰＮ信号
を読み出す。時刻ｔ₄にリセットし、ｔ₅ 以降、画素120
は蓄積状態となる。

【００１２】一方、画素121 については、時刻ｔ₅ に読
み出し電位ＶＲＤを垂直選択線Ｙ２に印加し、水平走査
回路を駆動することで明時信号の読み出しを行う。時刻
ｔ₆にリセット電位ＶＲＳを印加し、蓄積電荷をリセッ
トする。図中のΔφＧ(1) ，ΔφＧ(2) は、それぞれ画
素120 の蓄積電極122 と画素121 の蓄積電極123 とに蓄
積されていた正孔による電位変化量を示している。時刻
ｔ₇ 以降の画素121 の蓄積電極123 の電位は、蓄積電荷
がリセットされたため、時刻ｔ₁ 〜ｔ₅ の場合に比べΔ
φＧ(2) 低下する。

【００１３】ここで、寄生容量124 の影響を考える。寄
生容量124 と蓄積電極122 の容量値を各々Ｃ１とＣ２と
する。時刻ｔ₇ 以降、画素121 の蓄積電極123 の電位が
ΔφＧ(2) 低下すると、画素120 が影響を受け、その蓄
積電極122 の電位は｛Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）｝×ΔφＧ
(2) 低下することになる。よって、画素120 から読み出
した暗時ＦＰＮ信号には画素121 に蓄積されている電荷
の影響が含まれることになり、正確な暗時ＦＰＮ信号が
得られず、その結果、オフセット補正の精度を低下させ
る。

【００１４】本発明は、従来提案した暗時ＦＰＮ信号の
オフセット補正を行う方式における上記不具合を解決す
るためになされたもので、隣接画素の蓄積電荷の影響を
受けない、精度のよいオフセット補正、すなわちＦＰＮ
除去を実現することの可能な固体撮像装置の駆動方法を
提供することを目的とするものである。請求項毎の目的
を述べると、次の通りである。すなわち、請求項１〜３
に係る発明は隣接画素の影響を受けない暗時ＦＰＮ信号
の読み出し駆動方法、特に請求項２及び３に係る発明は
正確なオフセット補正を行うための具体的な駆動方法を
提供することを目的とする。また請求項４に係る発明
は、温度変化などによる暗時ＦＰＮ信号の変化に対し
て、より高精度なオフセット補正を行うための暗時ＦＰ
Ｎ信号の読み出し駆動方法を提供することを目的とす
る。また請求項５及び６に係る発明は、オフセット補正
を行いながら電子シャッタ機能を付加するようにした駆
動方法を提供することを目的とする。また請求項７に係
る発明は、蓄積時間をＮＴＳＣ方式において常に１／60
秒にするようにした駆動方法を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、光電変換素子を画素として
二次元状に配置された光電変換部と、該光電変換部の垂
直及び水平方向の画素の選択、読み出しを行う垂直走査
回路及び水平走査回路とを少なくとも備えたＸＹアドレ
ス型固体撮像装置において、前記垂直走査回路及び水平
走査回路による暗時ＦＰＮ信号読み出しは、当該暗時Ｆ
ＰＮ信号読み出し行に隣接する画素行をリセットした直
後に行うことを特徴とするものである。また請求項２に
係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置の駆動方法に
おいて、前記暗時ＦＰＮ信号読み出しは、前記垂直走査
回路のシフトレジスタ部を駆動するクロックパルスを間
引いた特定期間に行うことを特徴とするものである。ま
た請求項３に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置
の駆動方法において、前記暗時ＦＰＮ信号読み出しは、
暗時ＦＰＮ信号読み出し用の専用パルスにより行うこと
を特徴とするものである。

【００１６】このように暗時ＦＰＮ信号の読み出しを、
当該暗時ＦＰＮ信号の読み出し行に隣接する画素行をリ
セットした直後に行うように駆動することにより、隣接
画素の蓄積電荷の影響を受けない、精度のよいオフセッ
ト補正、すなわちＦＰＮ除去を実現することができる。

【００１７】請求項４に係る発明は、請求項２又は３に
係る固体撮像装置の駆動方法において、前記暗時ＦＰＮ
信号読み出しは、前記光電変換部の全画素行について１
フレームの期間内に行うことを特徴とするものである。

【００１８】このような駆動方法により、常に１フレー
ム期間内で全画素行の暗時ＦＰＮ信号読み出しが行わ
れ、各行の暗時ＦＰＮ信号が毎フレームで更新されるた
め、温度変化などによる暗時ＦＰＮ信号の変化に対して
より高精度のオフセット補正ができる。

【００１９】請求項５に係る発明は、請求項２又は４に
係る固体撮像装置の駆動方法において、前記光電変換部
の電荷蓄積時間を可変とすることを特徴とするものであ
る。また請求項６に係る発明は、請求項５に係る固体撮
像装置の駆動方法において、前記電荷蓄積時間の制御
は、前記垂直走査回路のシフトレジスタ部を駆動するス
タートパルスのパルス幅を変更することにより行うこと
を特徴とするものである。

【００２０】このような駆動方法により、隣接画素の蓄
積電荷の影響を受けない、精度のよいオフセット補正を
行いながら、電荷蓄積時間を可変とするいわゆる電子シ
ャッタ機能が可能となり、高輝度の被写体や動画の撮像
に非常に有効となる。

【００２１】請求項７に係る発明は、請求項３又は４に
係る固体撮像装置の駆動方法において、前記光電変換素
子を内部増幅型固体撮像素子として、前記暗時ＦＰＮ信
号読み出しを非破壊読み出しで行うことを特徴とするも
のである。

【００２２】このように光電変換素子として内部増幅型
固体撮像素子を用い、上記のように駆動することによ
り、ＮＴＳＣ方式における電荷蓄積時間を常に１／60秒
にすることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明に係る固体撮像装置の駆動方
法に用いる固体撮像装置の構成を示す図である。図１に
おいて、１は画素、２は垂直走査回路、３は水平走査回
路、４は画素１を二次元状に配列してなる光電変換部、
Ｙ１，Ｙ２及びＹ３はそれぞれ光電変換部の１，２及び
３行目の画素を選択、駆動する垂直選択線である。この
構成は基本的には従来例と同様であり、図２で詳述する
垂直走査回路２の構成が異なるのみである。なお、ここ
では説明を簡単化するため、３行３列の固体撮像装置で
説明すると共に、図２においてはオーバーフロー電位Ｖ
ＯＦは省略してある。また、ＸＹアドレス型の固体撮像
装置であれば、画素としての光電変換素子の種類は問わ
ない。更に、垂直選択線Ｙ１，Ｙ２及びＹ３に印加する
パルスをそれぞれＧ(1) ，Ｇ(2) 及びＧ(3) で示すと共
に、動作を説明するための図３及び図４に示したタイミ
ングチャートでは、１，２，３行目の画素行から読み出
される明時信号を各々１Ｓ，２Ｓ，３Ｓで、暗時ＦＰＮ
信号を各々１Ｄ，２Ｄ，３Ｄで示している。

【００２４】〔第１の発明の実施の形態〕次に、本発明
に係る固体撮像装置の駆動方法の第１の実施の形態につ
いて説明する。図２は図１に示した固体撮像装置の垂直
走査回路の構成を示す図であり、シフトレジスタ部５，
シャッター部６，レベルミックス部７及びスイッチ部８
とから構成されている。シフトレジスタ部５は、２段の
ＣＭＯＳクロックドインバータからなるシフトレジスタ
ユニット回路５−１を５段縦続接続して構成され、スタ
ートパルスφＳＴとクロックパルスφ１，φ２，／φ
１，／φ２を入力し、クロックパルスφ１の立ち上がり
に同期してシフトされたパルスＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ
３，ＳＲ４を出力する。ここで、シフトレジスタユニッ
ト回路５−１は、Ｐチャンネルトランジスタ10，11，1
4，15とＮチャンネルトランジスタ12，13，16，17とか
ら構成されている。シャッター部６は、シャッターユニ
ット回路６−１を４個配列してなり、シフトレジスタ部
５からの出力パルスとパルスφ０とを入力パルスとし、
パルスＳ(1) ，Ｓ(2) ，Ｓ(3) ，Ｓ(4) を出力する。こ
こで、シャッターユニット回路６−１は、Ｐチャンネル
トランジスタ20，24，25とＮチャンネルトランジスタ2
1，22，23，26とから構成されている。

【００２５】レベルミックス部７は、Ｐチャンネルトラ
ンジスタ30とＮチャンネルトランジスタ31とから構成さ
れたレベルミックスユニット回路７−１を４個配列して
なり、シャッター部６の出力パルスとパルスＲＤ／ＲＳ
とを入力パルスとし、それぞれ光電変換素子の電荷蓄
積、読み出し及びリセットを制御する蓄積電位ＶＡＣ，
読み出し電位ＶＲＤ及びリセット電位ＶＲＳが合成され
たパルスＶ(1) ，Ｖ(2)，Ｖ(3) ，Ｖ(4) を出力する。
スイッチ部８は、スイッチ40，41から構成されたスイッ
チユニット回路８−１を３個配列してなり、レベルミッ
クス部７の出力パルスＶ(1) ，Ｖ(2) ，Ｖ(3) ，Ｖ(4)
とパルスＣＯＮＴ，／ＣＯＮＴとを入力パルスとし、パ
ルスＧ(1) ，Ｇ(2) ，Ｇ(3) を出力する。スイッチユニ
ット回路８−１のスイッチ40，41はパルス／ＣＯＮＴ及
びＣＯＮＴにより制御されており、Ｈレベル（ＶＤＤ）
が印加された場合にはオンし、Ｌレベル（ＶＳＳ）が印
加された場合にはオフする。垂直走査回路の出力パルス
Ｇ(1) ，Ｇ(2) ，Ｇ(3) は、それぞれ垂直選択線Ｙ１，
Ｙ２，Ｙ３を介して、それぞれ光電変換部４の１，２，
３行目の画素に印加される。ここで、クロックパルスφ
１，／φ２，／ＣＯＮＴは、それぞれφ１，φ２，ＣＯ
ＮＴの反転パルスである。

【００２６】次に、図３，図４に示すタイミングチャー
トを用いて第１の実施の形態の動作を説明する。図３，
図４のタイミングチャートに示す動作は、いずれもシフ
トレジスタ部５を駆動するクロックパルスφ１のＨレベ
ルをある特定の期間に間引くことにより、この期間で暗
時ＦＰＮ信号を読み出すものである。

【００２７】まず、図３のタイミングチャートに示す信
号読み出し動作について説明する。スタートパルスφＳ
Ｔは、各フレームとも前フレームから当該フレームにか
けての２Ｈ（時刻ｔ₀ 〜ｔ₂ ，ｔ₆ 〜ｔ₈ ，ｔ₁₂〜
ｔ₁₄，Ｈは水平期間）にわたり、シフトレジスタ部５に
入力される。クロックパルスφ１は、第１フレームの第
３Ｈ，第２フレームの第４Ｈ，第３フレームの第５Ｈの
期間のみＨレベルを間引いている。

【００２８】第１フレームの第１Ｈ（時刻ｔ₁ 〜ｔ₂ ）
において、１行目が選択されて１行目の明時信号１Ｓが
読み出された後、１行目のリセットが行われる。第２Ｈ
（時刻ｔ₂ 〜ｔ₃ ）において、２行目が選択されて２行
目の明時信号２Ｓが読み出された後、１，２行目のリセ
ットが行われる。第３Ｈ（時刻ｔ₃ 〜ｔ₄ ）において、
１行目が選択されて、リセットから蓄積時間Ｔ１後に１
行目の信号が読み出され、その後１行目のリセットが行
われる。ここで、蓄積時間Ｔ１は非常に短く、この期間
では電荷がほとんど蓄積されないため入射光の影響は無
視でき、したがって読み出された１行目の信号は、リセ
ット直後の暗時ＦＰＮ信号１Ｄとみなすことができる。
また２行目のリセットからも蓄積時間Ｔ１後であるた
め、２行目のリセット直後での暗時ＦＰＮ信号読み出し
とみなすことができる。第４Ｈ（時刻ｔ₄ 〜ｔ₅ ）にお
いて、３行目が選択されて３行目の明時信号３Ｓが読み
出された後、２，３行目のリセットが行われる。第５Ｈ
（時刻ｔ₅ 〜ｔ₆ ）において、３行目のリセットが行わ
れる。

【００２９】次に第２フレームの第１Ｈ（時刻ｔ₇ 〜ｔ
₈ ）において、１行目が選択されて１行目の明時信号１
Ｓが読み出された後、１行目のリセットが行われる。こ
こで、１行目の電荷蓄積時間は３Ｈとなる。以下、説明
は省略するが、全画素行の全フレームにわたって電荷蓄
積時間は同様に３Ｈとなる。第２Ｈ（時刻ｔ₈ 〜ｔ₉）
において、２行目が選択されて２行目の明時信号２Ｓが
読み出された後、１，２行目のリセットが行われる。第
３Ｈ（時刻ｔ₉ 〜ｔ₁₀）において、３行目が選択されて
３行目の明時信号３Ｓが読み出された後、１，２，３行
目のリセットが行われる。第４Ｈ（時刻ｔ₁₀〜ｔ₁₁）に
おいて、２行目が選択されて、リセットから蓄積時間Ｔ
１後に２行目の信号が読み出されるが、読み出された信
号は１行目と同様に暗時ＦＰＮ信号２Ｄとみなされる。
その後２行目のリセットが行われる。また、前記２行目
の読み出しは１行目及び３行目のリセットからそれぞれ
蓄積時間Ｔ１及びＴ２後の読み出しであるが、Ｔ１は前
述したように、またＴ２もＴ１と同様に非常に短く、い
ずれも無視できる蓄積時間のため、リセット直後の暗時
ＦＰＮ信号読み出しとみなすことができる。第５Ｈ（時
刻ｔ₁₁〜ｔ₁₂）において、３行目のリセットが行われ
る。

【００３０】次に第３フレームの第１Ｈ（時刻ｔ₁₃〜ｔ
₁₄）において、１行目が選択されて１行目の明時信号１
Ｓが読み出された後、１行目のリセットが行われる。第
２Ｈ（時刻ｔ₁₄〜ｔ₁₅）において、２行目が選択されて
２行目の明時信号２Ｓが読み出された後、１，２行目の
リセットが行われる。第３Ｈ（時刻ｔ₁₅〜ｔ₁₆）におい
て、３行目が選択されて３行目の明時信号３Ｓが読み出
された後、全画素行のリセットが行われる。第４Ｈ（時
刻ｔ₁₆〜ｔ₁₇）において、２，３行目のリセットが行わ
れる。第５Ｈ（時刻ｔ₁₇〜ｔ₁₈）において、３行目が選
択されて３行目の信号が読み出されるが、１行目及び２
行目と同様に蓄積時間Ｔ１が非常に短いため、暗時ＦＰ
Ｎ信号３Ｄとみなすことかできる。その後３行目のリセ
ットが行われる。また、２行目のリセットからの蓄積時
間Ｔ１も短いため、２行目のリセット直後の暗時ＦＰＮ
信号読み出しとみなすことができる。第６Ｈ（時刻ｔ₁₈
〜ｔ₁₉）において、３行目のリセットが行われる。第４
フレーム以降は前記第１、２、３フレームの動作が繰り
返される。

【００３１】このように第１フレームでは、１行目の画
素の暗時ＦＰＮ信号１Ｄの読み出しが２行目の画素のリ
セット直後に行われる。第２フレームでは、２行目の画
素の暗時ＦＰＮ信号２Ｄの読み出しが１，３行目の画素
のリセット直後に行われる。第３フレームでは、３行目
の画素の暗時ＦＰＮ信号３Ｄの読み出しが２行目の画素
のリセット直後に行われる。また、ここでは、暗時ＦＰ
Ｎ信号が光電変換部の１，２，３行目の順番に読み出さ
れることになる。

【００３２】なお、ここで、スイッチ部８は、全フレー
ムにわたり光電変換部４の全画素行の電荷蓄積時間を同
一にする役目を果たしている。レベルミックス部７の出
力パルスＶ(1) ，Ｖ(2) ，Ｖ(3) は、リセット後から次
の読み出し動作を開始するまでの時間、すなわち電荷蓄
積時間が異なるため、画素に印加するパルスとして使用
できない。例えば図３においては、パルスＶ(1) の電荷
蓄積時間をみると、第１，２，３フレームで各々３Ｈ，
４Ｈ，４Ｈと異なっている。そこで、スイッチ部８を設
けパルスＣＯＮＴで制御することで、全フレームにわた
り光電変換部４の全画素行の蓄積時間を同一の３Ｈに設
定している。

【００３３】次に、図４のタイミングチャートに示す信
号読み出し動作について説明する。図４は、図３に示し
た場合とは逆に、暗時ＦＰＮ信号を光電変換部４の３，
２，１行目の順番に読み出す場合のタイミングチャート
である。図３に対して、クロックパルスφ１とスイッチ
部８を制御するパルスＣＯＮＴのタイミングを変更して
いる。ここで、クロックパルスφ１は、第１フレームの
第５Ｈ，第２フレームの第４Ｈ，第３フレームの第３Ｈ
の期間のみＨレベルを間引いている。読み出し動作は図
３に示した場合と基本的に同様なため、簡単に説明す
る。

【００３４】第１フレームの第１Ｈ（時刻ｔ₁ 〜ｔ₂ ）
において１行目の明時信号１Ｓを読み出し後、１行目の
リセットが行われる。第２Ｈ（時刻ｔ₂ 〜ｔ₃ ）におい
て２行目の明時信号２Ｓを読み出し後、１，２行目のリ
セットが行われる。第３Ｈ（時刻ｔ₃ 〜ｔ₄ ）において
３行目の明時信号３Ｓを読み出し後、全行のリセットが
行われる。第４Ｈ（時刻ｔ₄ 〜ｔ₅ ）において２，３行
目のリセットが行われる。第５Ｈ（時刻ｔ₅ 〜ｔ₆ ）に
おいて３行目の暗時ＦＰＮ信号３Ｄを読み出し後、３行
目のリセットが行われる。次に第２フレームの第１Ｈ
（時刻ｔ₇ 〜ｔ₈）において１行目の明時信号１Ｓを読
み出し後、１行目のリセットが行われる。ここで、１行
目の電荷蓄積時間は３Ｈとなる。以下、説明は省略する
が、全画素行の全フレームにわたって電荷蓄積時間は同
様に３Ｈとなる。第２Ｈ（時刻ｔ₈〜ｔ₉ ）において２
行目の明時信号２Ｓを読み出し後、１，２行目のリセッ
トが行われる。第３Ｈ（時刻ｔ₉ 〜ｔ₁₀）において３行
目の明時信号３Ｓを読み出し後、全画素行のリセットが
行われる。第４Ｈ（時刻ｔ₁₀〜ｔ₁₁）において２行目の
暗時ＦＰＮ信号２Ｄを読み出し後、２行目のリセットが
行われる。第５Ｈ（時刻ｔ₁₁〜ｔ₁₂）において、３行目
のリセットが行われる。第６Ｈ（時刻ｔ₁₂〜ｔ ₁₃）にお
いて３行目のリセットが行われる。次に第３フレームの
第１Ｈ（時刻ｔ ₁₃〜ｔ₁₄）において、１行目の明時信号
１Ｓを読み出し後、１行目のリセットが行われる。第２
Ｈ（時刻ｔ₁₄〜ｔ₁₅）において、２行目の明時信号２Ｓ
を読み出し後、１，２行目のリセットが行われる。第３
Ｈ（時刻ｔ₁₅〜ｔ₁₆）において、１行目の明時信号１Ｓ
を読み出し後、１行目のリセットが行われる。第４Ｈ
（時刻ｔ₁₆〜ｔ₁₇）において、３行目の明時信号３Ｓを
読み出し後、２，３行目のリセットが行われる。第５Ｈ
（時刻ｔ₁₇〜ｔ₁₈）において、３行目のリセットが行わ
れる。第４フレーム以降は、前記第１、２、３フレーム
の動作を繰り返す。図４のタイミングチャートに示した
動作においては、暗時ＦＰＮ信号を光電変換部４の３，
２，１行目の順番に読み出すことになる。

【００３５】このように第１フレームでは、３行目の画
素の暗時ＦＰＮ信号３Ｄの読み出しが２行目の画素のリ
セット直後に行われる。第２フレームでは、２行目の画
素の暗時ＦＰＮ信号２Ｄの読み出しが１，３行目の画素
のリセット直後に行われる。第３フレームでは、１行目
の画素の暗時ＦＰＮ信号１Ｄの読み出しが２行目の画素
のリセット直後に行われる。また、ここでは、暗時ＦＰ
Ｎ信号が光電変換部４の３，２，１行目の順番に読み出
されることになる。

【００３６】以上図３，４のタイミングチャートに基づ
いて説明したように、本発明の第１の実施の形態によれ
ば、１行目の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の
画素のリセット直後に、２行目の画素の暗時ＦＰＮ信号
読み出しは１，３行目の画素のリセット直後に、３行目
の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の画素のリセ
ット直後に各々行われる。すなわち、暗時ＦＰＮ信号読
み出しは、当該画素行に隣接する画素行をリセットした
直後に行われることになる。したがって、隣接画素に電
荷が蓄積されていない状態で暗時ＦＰＮ信号を読み出す
ことになり、従来例で示したような隣接画素の蓄積電荷
の影響に関する問題が発生しないため、精度のよいオフ
セット補正すなわちＦＰＮ除去を行うことができる。ま
た、各画素行の暗時ＦＰＮ信号は、３フレームに１回更
新されることになる。更に、光電変換部の全画素行の電
荷蓄積時間を同一にすることができる。

【００３７】なお、当該行のリセット動作後から暗時Ｆ
ＰＮ信号を読み出すまでの時間Ｔ１，及び隣接行のリセ
ット動作後から当該行の暗時ＦＰＮ信号を読み出すまで
の時間Ｔ１又はＴ２は非常に短いので、入射光の影響は
無視できる。例えばＮＴＳＣ方式の場合には垂直選択線
が 525行で、 525Ｈ／２が蓄積時間であり、Ｔ１，Ｔ２
は 525Ｈ／２に対し十分短く、この期間では電荷がほと
んど蓄積されないからである。

【００３８】また、３行分の暗時ＦＰＮ信号を読み出す
ためには３フレームの時間が必要であるが、電源投入時
に、例えば、ここでは省略したがオーバーフロー電位Ｖ
ＯＦをリセット電位ＶＲＳと等しくし、３行分連続して
暗時ＦＰＮ信号を読み出すことで１フレームに短縮する
ことができる。更にここでは、光電変換部の画素行につ
いて暗時ＦＰＮ信号を読み出す順番を逆に行う例を示し
たが、読み出しの順番はこれに限定されるものでなく、
クロックパルスφ１を間引くタイミングを変更して、任
意の順番で読み出すことができる。

【００３９】〔第２の発明の実施の形態〕次に、第２の
実施の形態について説明する。本実施の形態は、暗時Ｆ
ＰＮ信号を隣接行をリセットした直後に読み出すと共
に、蓄積時間を可変とする駆動方法である。すなわち、
第１の実施の形態に電子シャッター機能を付加したもの
である。この実施の形態で用いる固体撮像装置における
垂直走査回路の構成は、図２に示した第１の実施の形態
で用いたものと同一であり、駆動方法のみが異なるもの
である。

【００４０】第２の実施の形態の動作を、図５に示すタ
イミングチャートを用いて説明する。ここでは電荷蓄積
時間を２Ｈとして、暗時ＦＰＮ信号を光電変換部の１，
２，３行目の順番に読み出す場合を示している。第１の
実施の形態と同様に、クロックパルスφ１を間引いた期
間に暗時ＦＰＮ信号を読み出すと共に、スタートパルス
φＳＴの幅を変えることで、蓄積時間を可変とするシャ
ッター動作をさせている。クロックパルスφ１は、第１
フレームの第４Ｈ，第２フレームの第５Ｈ，第３フレー
ムの第６Ｈの期間のみ間引く。また、スタートパルスφ
ＳＴは、各フレームとも前フレームから当該フレームに
かけての３Ｈ期間（時刻ｔ₀ 〜ｔ₃ ，ｔ ₆ 〜ｔ₉ ，ｔ₁₂
〜ｔ₁₅）にわたりシフトレジスタ部５に入力する。な
お、ここで、当該行のリセット動作後から暗時ＦＰＮ信
号を読み出すまでの時間Ｔ２，及び隣接行のリセット動
作後から当該行の暗時ＦＰＮ信号を読み出すまでの時間
Ｔ１又はＴ２は非情に短いため、第１の実施の形態と同
様に入射光の影響は無視できる。したがって、これらの
時間に関しては説明を省略する。

【００４１】まず第１フレームの第１Ｈ（時刻ｔ₁ 〜ｔ
₂ ）において、１行目が選択されて１行目の明時信号１
Ｓの読み出し後、１行目のリセットが行われる。第２Ｈ
（時刻ｔ₂ 〜ｔ₃ ）において、２行目が選択されて２行
目の明時信号２Ｓの読み出し後、１，２行目のリセット
が行われる。第３Ｈ（時刻ｔ₃ 〜ｔ₄ ）において、３行
目が選択されて３行目の明時信号３Ｓの読み出し後、全
画素行のリセットが行われる。第４Ｈ（時刻ｔ₄ 〜
ｔ₅ ）において、１行目が選択されて１行目の暗時ＦＰ
Ｎ信号１Ｄの読み出し後、１行目のリセットが行われ
る。第５Ｈ（時刻ｔ₅〜ｔ₆ ）において２行目のリセッ
ト、第６Ｈ（時刻ｔ₆ 〜ｔ₇ ）において３行目のリセッ
トが行われる。

【００４２】次に第２フレームの第１Ｈ（時刻ｔ₇ 〜ｔ
₈ ）において、１行目が選択されて１行目の明時信号１
Ｓの読み出し後、１行目のリセットが行われる。ここ
で、１行目の電荷蓄積時間は２Ｈとなる。以下、説明は
省略するが、全画素行の全フレームにわたって電荷蓄積
時間は同様に２Ｈとなる。第２Ｈ（時刻ｔ₈ 〜ｔ₉ ）に
おいて、２行目が選択されて２行目の明時信号２Ｓの読
み出し後、２行目のリセットが行われる。第３Ｈ（時刻
ｔ₉ 〜ｔ₁₀）において、３行目が選択されて３行目の明
時信号３Ｓの読み出し後、１，３行目のリセットが行わ
れる。第４Ｈ（時刻ｔ₁₀〜ｔ₁₁）において、全画素行の
リセットが行われる。第５Ｈ（時刻ｔ₁₁〜ｔ₁₂）におい
て、２行目が選択されて２行目の暗時ＦＰＮ信号２Ｄの
読み出し後、２行目のリセットが行われる。第６Ｈ（時
刻ｔ₁₂〜ｔ₁₃）において３行目のリセットが行われる。

【００４３】続く第３フレームの第１Ｈ（時刻ｔ₁₃〜ｔ
₁₄）において、１行目が選択されて１行目の明時信号１
Ｓの読み出し後、１行目のリセットが行われる。第２Ｈ
（時刻ｔ₁₄〜ｔ₁₅）において、２行目が選択されて２行
目の明時信号２Ｓの読み出し後、２行目のリセットが行
われる。第３Ｈ（時刻ｔ₁₅〜ｔ₁₆）において、３行目が
選択されて３行目の明時信号３Ｓの読み出し後、１，３
行目のリセットが行われる。第４Ｈ（時刻ｔ₁₆〜ｔ₁₇）
において全画素行のリセットが行われ、第５Ｈ（時刻ｔ
₁₇〜ｔ₁₈）において、２，３行目のリセットが行われ
る。第６Ｈ（時刻ｔ₁₈〜ｔ₁₉）において、３行目が選択
されて３行目の暗時ＦＰＮ信号３Ｄの読み出し後、３行
目のリセットが行われる。第４フレーム以降は前記第
１、２、３フレームの動作を繰り返す。

【００４４】以上のように、本実施の形態によれば、１
行目の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の画素の
リセット直後に、２行目の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出
しは１，３行目の画素のリセット直後に、３行目の画素
の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の画素のリセット直
後に各々行われる。すなわち、暗時ＦＰＮ信号読み出し
は、当該画素行に隣接する画素行をリセットした直後に
行われることになる。したがって、第１の実施の形態と
同様に、隣接画素に電荷が蓄積されていない状態で暗時
ＦＰＮ信号を読み出すことにより、従来例で示したよう
な隣接画素の蓄積電荷の影響に関する問題が発生しない
ため、精度のよいオフセット補正、すなわちＦＰＮ除去
を行うことができる。また、各画素行の暗時ＦＰＮ信号
は、３フレームに１回更新されることになる。

【００４５】更に、第１の実施の形態とは異なり、全画
素行の電荷蓄積時間は２Ｈとなっている。これはスター
トパルスφＳＴのパルス幅を３Ｈとすることにより実現
している。このように、スタートパルスのパルス幅を変
えることにより電荷蓄積時間を任意の時間に設定でき
る。すなわち、スタートパルス幅の制御により電子シャ
ッター動作が可能となる。この電子シャッター機能は、
通常の電荷蓄積時間では画素が飽和してしまうような高
輝度の被写体を撮像する際や、動画を撮像する際に非情
に有効である。

【００４６】〔第３の発明の実施の形態〕次に、第３の
実施の形態について説明する。本実施の形態は、暗時Ｆ
ＰＮ信号を隣接行をリセットした直後に読み出すと共
に、常に１フレームの期間内で光電変換部の全画素行の
暗時ＦＰＮ信号を読み出す駆動方法である。この実施の
形態で用いる固体撮像装置における垂直走査回路の構成
は、図２に示した第１及び第２の実施の形態で用いたも
のと同一であり、駆動方法のみが異なるものである。

【００４７】第３の実施の形態の動作を、図６に示すタ
イミングチャートを用いて説明する。この実施の形態に
おいては、第１及び第２の実施の形態のように、暗時Ｆ
ＰＮ信号読み出しに際してクロックパルスφ１を間引く
必要がない。また、レベルミックス部７に入力するパル
スＲＤ／ＲＳの周期は、第１の実施の形態で示した場合
の半分の１Ｈ／２であり、スイッチ部８に入力するパル
スＣＯＮＴは、周期が１Ｈの規則的なパルスである。シ
フトレジスタ部５には、前フレームの最終期間（時刻ｔ
₀ 〜ｔ₁ ，ｔ₅ 〜ｔ₇ ）にパルス幅１Ｈのスタートパル
スφＳＴを入力するようになっている。

【００４８】次に、信号読み出しの動作について説明す
る。第１フレームの第１Ｈ−Ｆ（前半、時刻ｔ₁ 〜
ｔ₂ ）において、１行目が選択されて１行目の明時信号
１Ｓを読み出した後、１行目のリセットが行われる。第
１Ｈ−Ｌ（後半、時刻ｔ₂ 〜ｔ₃）では１行目のリセッ
トが行われる。第２Ｈ−Ｆ（時刻ｔ₃ 〜ｔ₄ ）におい
て、２行目が選択されて２行目の明時信号２Ｓを読み出
した後、１，２行目のリセットが行われる。第２Ｈ−Ｌ
（時刻ｔ₄ 〜ｔ₅ ）において、１行目が選択されて１行
目の信号を読み出した後、１，２行目のリセットが行わ
れる。ここで読み出された１行目の信号はリセット直後
の信号であるため、暗時ＦＰＮ信号１Ｄとなる。ここ
で、２行目のリセットから１行目の暗時ＦＰＮ信号読み
出しまでの時間はＴ３となる。第３Ｈ−Ｆ（時刻ｔ₅ 〜
ｔ₆ ）において、３行目が選択されて３行目の明時信号
３Ｓを読み出した後、２，３行目のリセットが行われ
る。第３Ｈ−Ｌ（時刻ｔ₆ 〜ｔ₇ ）において、２行目が
選択されて２行目の暗時ＦＰＮ信号２Ｄを読み出した
後、２，３行目のリセットが行われる。このとき、１，
３行目のリセットから２行目の暗時ＦＰＮ信号読み出し
までの時間は、それぞれＴ４，Ｔ３となる。

【００４９】続く第２フレームの第１Ｈ−Ｆ（時刻ｔ₇
〜ｔ₈ ）において、１行目が選択されて１行目の明時信
号１Ｓを読み出した後、１，３行目のリセットが行われ
る。ここで、１行目の電荷蓄積時間は１Ｈ＋Ｔ４とな
る。以下、説明を省略するが、全画素行の全フレームに
わたって電荷蓄積時間は同様に１Ｈ＋Ｔ４となる。第１
Ｈ−Ｌ（時刻ｔ₈ 〜ｔ₉ ）において、３行目が選択され
て３行目の暗時ＦＰＮ信号３Ｄを読み出した後、１，３
行目のリセットが行われる。このとき、２行目のリセッ
トから３行目の暗時ＦＰＮ信号読み出しまでの時間はＴ
４となる。第２Ｈ−Ｆ（時刻ｔ₉ 〜ｔ₁₀）において、２
行目が選択されて２行目の明時信号２Ｓを読み出した
後、１，２行目のリセットが行われる。第２Ｈ−Ｌ（時
刻ｔ₁₀〜ｔ₁₁）において、１行目が選択されて１行目の
暗時ＦＰＮ信号１Ｄを読み出した後、１，２行目のリセ
ットが行われる。第３Ｈ−Ｆ（時刻ｔ₁₁〜ｔ₁₂）におい
て、３行目が選択されて３行目の明時信号３Ｓを読み出
した後、２，３行目のリセットが行われる。第３Ｈ−Ｌ
（時刻ｔ₁₂〜ｔ₁₃）において、２行目が選択されて２行
目の暗時ＦＰＮ信号２Ｄを読み出した後、２，３行目の
リセットが行われる。第３フレーム以降は、前記第２フ
レームの動作を繰り返す。

【００５０】ここで、隣接行のリセット動作後から当該
行の暗時ＦＰＮ信号を読み出すまでの時間Ｔ３又はＴ４
は、第１及び第２の実施の形態でのＴ１又はＴ２と同様
に非常に短く、この期間では電荷がほとんど蓄積されな
いため、入射光の影響は無視できる。

【００５１】したがって、本実施の形態によれば、１行
目の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の画素のリ
セット直後に、２行目の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出し
は１，３行目の画素のリセット直後に、３行目の画素の
暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の画素のリセット直後
に各々行われる。すなわち、暗時ＦＰＮ信号読み出し
は、当該画素行に隣接する画素行をリセットした直後に
行われることになり、隣接画素に電荷が蓄積されていな
い状態で暗時ＦＰＮ信号を読み出すため、従来例で示し
たような隣接画素の蓄積電荷の影響に関する問題は発生
しない。また、光電変換部の全画素行の電荷蓄積時間を
同一にすることができる。

【００５２】更に、１フレームの期間内で光電変換部の
全画素行の暗時ＦＰＮ信号の読み出しが行われるため、
全画素行の暗時ＦＰＮ信号が１フレーム期間内で１回更
新されることになる。一方、第１及び第２の実施の形態
では、各行の暗時ＦＰＮ信号は３フレームに１回更新さ
れており、３フレームの間で温度変化などにより暗時Ｆ
ＰＮ信号が変化した場合には、正確なオフセット補正を
行うのが困難であった。しかしながら、本実施の形態に
おいては、全画素行の暗時ＦＰＮ信号が１フレームで１
回更新されることにより、温度変化などに起因する暗時
ＦＰＮ信号の変化に対して、より高精度なオフセット補
正、すなわちＦＰＮ除去が可能となる。

【００５３】なお本実施の形態では、第１，２の実施の
形態の場合と比べ、読み出し電位ＶＲＤの印加されてい
る時間が１／２となっているが、水平走査回路の駆動速
度を第１，２の実施の形態の場合の２倍にして画素の信
号読み出しを行えばよい。また、スタートパルスの幅を
変更することにより、電荷蓄積時間を任意に設定可能
な、いわゆる電子シャッター動作も可能であることは言
うまでもない。

【００５４】〔第４の発明の実施の形態〕次に、第４の
実施の形態について説明する。この実施の形態に用いる
固体撮像装置における垂直走査回路の構成及びその駆動
方法は、第１から第３の実施の形態における垂直走査回
路の構成及び駆動方法のいずれとも異なるものである。

【００５５】図７に、本実施の形態に用いる固体撮像装
置における垂直走査回路の構成を示す。この垂直走査回
路は、シフトレジスタ部51と、インバータ部52及びレベ
ルミックス部53とからなる。シフトレジスタ部51は、第
１から第３の実施の形態で用いた垂直走査回路と同様の
ＣＭＯＳクロックドインバータ４段からなるシフトレジ
スタユニット回路51−１を縦続接続して構成され、スタ
ートパルスφＳＴとクロックパルスφ１，φ２，／φ１
及び／φ２を入力し、クロックドインバータ２段目すな
わちシフトレジスタユニット回路の中間から、クロック
パルスφ１の立ち上がりに同期してシフトされたパルス
ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３を出力する。シフトレジスタユ
ニット出力パルスＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３は、インバー
タユニット回路52−１を配列してなるインバータ部52を
介してレベルミックス部53に入力される。レベルミック
ス部53は、レベルミックスユニット回路53−１を配列し
てなり、インバータ出力とパルスＲＤ／ＲＳを入力し
て、それぞれ光電変換素子の電荷蓄積、読み出し及びリ
セットを制御する蓄積電位ＶＡＣ，読み出し電位ＶＲＤ
及びリセット電位ＶＲＳが合成された垂直走査回路の出
力パルスＧ(1) ，Ｇ(2) 及びＧ(3) を出力する。出力パ
ルスＧ(1) ，Ｇ(2) 及びＧ(3) は、図１に示した固体撮
像装置の垂直選択線Ｙ１，Ｙ２及びＹ３を介してそれぞ
れ光電変換部４の１，２及び３行目の画素に印加される
ようになっている。ここで、クロックパルス／φ１及び
／φ２は、それぞれφ１及びφ２の反転パルスである。
なお図７において、61，62，65，66，69，70，73，74，
77及び79はＰチャンネルトランジスタ、63，64，67，6
8，71，72，75，76，78及び80はＮチャンネルトランジ
スタである。

【００５６】次に、図８に示すタイミングチャートを用
いて本実施の形態の信号読み出し動作を説明する。本実
施の形態は、垂直シフトレジスタ部51へのスタートパル
スφＳＴを２回入れることにより、一方を明時信号、他
方を暗時ＦＰＮ信号の専用読み出し用パルスとして、各
々画素からの信号を読み出すようにしたものである。ま
た、垂直シフトレジスタ部51を駆動するクロックφ１及
びφ２の１周期は１Ｈ／２期間に対応している。すなわ
ち、駆動周波数を２倍とすることにより、１Ｈ期間を前
半、後半に分けて、前半で明時信号、後半で暗時ＦＰＮ
信号の読み出しを行うものである。なお、第１及び第２
の実施の形態のように、暗時ＦＰＮ信号読み出しに際し
て駆動クロックを間引く必要がない。

【００５７】まず、各フレームとも前フレーム（時刻ｔ
₀ 〜ｔ₁ ，ｔ₆ 〜ｔ₇ ）に明時信号読み出し用の第１の
スタートパルスφＳＴ１を１Ｈ／２期間入力する。その
後、１Ｈ経過後の当該フレーム（時刻ｔ₃ 〜ｔ₄ ，ｔ₉
〜ｔ₁₀）に、暗時ＦＰＮ信号読み出し用の第２のスター
トパルスφＳＴ２を１Ｈ／２期間入力する。ここで、第
１のスタートパルスφＳＴ１は１Ｈ期間内の前半を、第
２のスタートパルスφＳＴ２は１Ｈ期間内の後半をそれ
ぞれシフトしていく。

【００５８】第１フレームの第１Ｈ−Ｆ（前半、時刻ｔ
₁ 〜ｔ₂ ）において、第１行目が選択され、１行目の明
時信号１Ｓが読み出された後、１行目のリセットが行わ
れる。第２Ｈ−Ｆ（前半、時刻ｔ₃ 〜ｔ₄ ）では、第２
行目が選択され、２行目の明時信号２Ｓが読み出された
後、２行目のリセットが行われる。第２Ｈ−Ｌ（後半、
時刻ｔ₄ 〜ｔ₅ ）では第１行目が選択され、１行目の信
号が読み出された後、１行目のリセットが行われる。こ
こで読み出された１行目の信号の蓄積時間はＴ５で１Ｈ
となる。一般的に例えばＮＴＳＣ方式の場合には、垂直
選択線が 525行で、蓄積時間は 525Ｈ／２となり、Ｔ５
は 525Ｈ／２に対して十分短く、この期間では電荷がほ
とんど蓄積されない。したがって、入射光量の影響は無
視でき、読み出された信号はリセット直後の暗時ＦＰＮ
信号１Ｄとみなすことができる。また１行目の暗時ＦＰ
Ｎ信号読み出しは、２行目のリセット直後に行われる。
第３Ｈの前半Ｆ（時刻ｔ₅ 〜ｔ₆ ）では、３行目が選択
され、３行目の明時信号３Ｓが読み出された後、３行目
のリセットが行われる。第３Ｈの後半Ｌ（時刻ｔ₆〜ｔ
₇ ）では、第２行目が選択され、１行目の暗時ＦＰＮ信
号１Ｄと同様に２行目の暗時ＦＰＮ信号２Ｄが読み出さ
れた後、２行目のリセットが行われる。ここで、１行目
のリセットから２行目の暗時ＦＰＮ信号読み出しまでの
期間Ｔ６は１Ｈ／２であり、Ｔ５と同様に非常に短く、
この期間では電荷がほとんど蓄積されないため、入射光
量の影響は無視でき、１行目のリセット直後に２行目の
暗時ＦＰＮ信号が読み出されたとみなすことができる。
一方、２行目の暗時ＦＰＮ信号２Ｄの直前には３行目の
リセットが行われている。

【００５９】第２フレームの第１Ｈ−Ｆ（前半、時刻ｔ
₇ 〜ｔ₈ ）において、１行目が選択され、１行目の明時
信号１Ｓが読み出された後、１行目のリセットが行われ
る。ここで、１行目の電荷蓄積時間は１Ｈとなる。以
下、説明を省略するが、全画素行の全フレームにわたっ
て電荷蓄積時間は同様に１Ｈとなる。第１Ｈの後半（時
刻ｔ₈ 〜ｔ₉ ）では、第３行目が選択され、１行目及び
２行目の暗時ＦＰＮ信号と同様に３行目の暗時ＦＰＮ信
号３Ｄが読み出された後、３行目のリセットが行われ
る。第２Ｈ−Ｆ（時刻ｔ₉ 〜ｔ₁₀）では、２行目が選択
され、２行目の明時信号２Ｓが読み出された後、２行目
のリセットが行われる。第２Ｈ−Ｌ（時刻ｔ ₁₀〜ｔ₁₁）
では第１行目が選択され、１行目の暗時ＦＰＮ信号１Ｄ
が読み出された後、１行目のリセットが行われる。第３
Ｈ−Ｆ（時刻ｔ₁₁〜ｔ₁₂）では、第３行目が選択され、
３行目の明時信号３Ｓが読み出された後、３行目のリセ
ットが行われる。第３Ｈ−Ｌ（時刻ｔ₁₂〜ｔ₁₃）では、
第２行目が選択され、２行目の暗時ＦＰＮ信号２Ｄが読
み出された後、２行目のリセットが行われる。第３フレ
ーム以降は、前記第２フレームの動作が繰り返される。

【００６０】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、１行目の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の
画素のリセット直後に、２行目の画素の暗時ＦＰＮ信号
読み出しは１，３行目の画素のリセット直後に、３行目
の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の画素のリセ
ット直後に各々行われる。すなわち、暗時ＦＰＮ信号読
み出しは、当該画素行に隣接した画素行をリセットした
直後に行われることになり、隣接画素に電荷が蓄積され
ていない状態で暗時ＦＰＮ信号を読み出すため、従来例
で示したような隣接画素の蓄積電荷の影響に関する問題
は発生しない。

【００６１】また、明時信号及び暗時ＦＰＮ信号は、そ
れぞれ１Ｈ期間内の前半及び後半で読み出されると共
に、それぞれの信号読み出しは専用のパルスにより行わ
れている。更に、１フレームの期間内で光電変換部の全
画素行の暗時ＦＰＮ信号の読み出しが行われるため、全
画素行の暗時ＦＰＮ信号が１フレーム期間内で１回更新
されることになり、第３の実施の形態と同様に、温度変
化などに起因する暗時ＦＰＮ信号の変化に対して、より
高精度なオフセット補正、すなわちＦＰＮ除去ができ
る。

【００６２】〔第５の発明の実施の形態〕次に、第５の
実施の形態について説明する。本実施の形態において用
いる固体撮像装置における垂直走査回路の構成は、図７
に示した第４の実施の形態で用いた垂直走査回路と同一
で、暗時ＦＰＮ信号を隣接行をリセットした直後に読み
出すと共に、画素を構成する光電変換素子として非破壊
読み出し可能な増幅型固体撮像素子を用いることによ
り、リセット動作を伴わない非破壊読み出しを行って、
常に光電変換素子の蓄積時間を１／60秒にするものであ
る。

【００６３】次に、図９に示すタイミングチャートを用
いて本実施の形態における信号読み出し動作を説明す
る。本実施の形態では、レベルミックス部のリセット電
位ＶＲＳを、１Ｈ期間内の前半のみに設ける。また、前
述のとおり画素として非破壊読み出し可能な光電変換素
子を用いるものであり、その他は第４の実施の形態の駆
動方法と同様である。

【００６４】まず、各フレームとも前フレーム（時刻ｔ
₀ 〜ｔ₁ ，ｔ₆ 〜ｔ₇ ）に明時信号読み出し用の第１の
スタートパルスφＳＴ１を１Ｈ／２期間入力する。その
後、１Ｈ経過後の当該フレーム（時刻ｔ₃ 〜ｔ₄ ，ｔ₉
〜ｔ₁₀）に、暗時ＦＰＮ信号読み出し用の第２のスター
トパルスφＳＴ２を１Ｈ／２期間入力する。ここで、第
１のスタートパルスφＳＴ１は１Ｈ期間内の前半を、第
２のスタートパルスφＳＴ２は１Ｈ期間内の後半をそれ
ぞれシフトしていく。

【００６５】第１フレームの第１Ｈ−Ｆ（前半、時刻ｔ
₁ 〜ｔ₂ ）において、第１行目が選択され、１行目の明
時信号１Ｓが読み出された後、１行目のリセットが行わ
れる。第２Ｈ−Ｆ（時刻ｔ₃ 〜ｔ₄ ）では、第２行目が
選択され、２行目の明時信号２Ｓが読み出された後、２
行目のリセットが行われる。第２Ｈ−Ｌ（後半、時刻ｔ
₄ 〜ｔ₅ ）では第１行目が選択され、１行目の信号が読
み出される。ここで読み出された１行目の信号の蓄積時
間はＴ５で１Ｈとなる。しかしながら、この蓄積時間Ｔ
５は第４の実施の形態と同様に無視できるため、読み出
された信号はリセット直後の暗時ＦＰＮ信号１Ｄとみな
すことができる。また１行目の暗時ＦＰＮ信号読み出し
は、２行目のリセット直後に行われる。なお、ここでは
非破壊読み出しのためリセット動作は行われない。第３
Ｈの前半Ｆ（時刻ｔ₅ 〜ｔ₆ ）では、第３行目が選択さ
れ、３行目の明時信号３Ｓが読み出された後、３行目の
リセットが行われる。第３Ｈの後半Ｌ（時刻ｔ₆ 〜
ｔ₇ ）では、第２行目が選択され、１行目の暗時ＦＰＮ
信号１Ｄと同様に２行目の暗時ＦＰＮ信号２Ｄが読み出
される。ここで、１行目のリセットから２行目の暗時Ｆ
ＰＮ信号読み出しまでの期間Ｔ７は、Ｔ５と同様に非常
に短く無視でき、１行目のリセット直後に２行目の暗時
ＦＰＮ信号２Ｄが読み出されたとみなすことができる。
一方、２行目の暗時ＦＰＮ信号２Ｄの直前には３行目の
リセットが行われている。なお、この２行目の暗時ＦＰ
Ｎ信号２Ｄの読み出し時でもリセット動作は行われな
い。

【００６６】第２フレームの第１Ｈ−Ｆ（前半、時刻ｔ
₇ 〜ｔ₈ ）において、第１行目が選択され、１行目の明
時信号１Ｓが読み出された後、１行目のリセットが行わ
れる。第１Ｈの後半Ｌ（時刻ｔ₈ 〜ｔ₉ ）では、第３行
目が選択され、１行目及び２行目の暗時ＦＰＮ信号と同
様に３行目の暗時ＦＰＮ信号３Ｄが読み出される。ここ
でもリセット動作は行われない。第２Ｈ−Ｆ（時刻ｔ₉
〜ｔ₁₀）では、第２行目が選択され、２行目の明時信号
２Ｓが読み出された後、２行目のリセットが行われる。
第２Ｈ−Ｌ（時刻ｔ₁₀〜ｔ₁₁）では第１行目が選択さ
れ、１行目の暗時ＦＰＮ信号１Ｄが読み出される。第３
Ｈ−Ｆ（時刻ｔ₁₁〜ｔ₁₂）では、第３行目が選択され、
３行目の明時信号３Ｓが読み出された後、３行目のリセ
ットが行われる。第３Ｈ−Ｌ（時刻ｔ₁₂〜ｔ₁₃）では、
第２行目が選択され、２行目の暗時ＦＰＮ信号２Ｄが読
み出される。第３フレーム以降は、前記第２フレームの
動作が繰り返される。

【００６７】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、１行目の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の
画素のリセット直後に、２行目の画素の暗時ＦＰＮ信号
読み出しは１，３行目の画素のリセット直後に、３行目
の画素の暗時ＦＰＮ信号読み出しは２行目の画素のリセ
ット直後に各々行われる。すなわち、暗時ＦＰＮ信号読
み出しは、当該画素行に隣接する画素行をリセットした
直後に行われることになり、隣接画素に電荷が蓄積され
ていない状態で暗時ＦＰＮ信号を読み出すため、従来例
で示したような隣接画素の蓄積電荷の影響に関する問題
は発生しない。また、明時信号及び暗時ＦＰＮ信号は、
それぞれ１Ｈ期間内の前半及び後半で読み出されると共
に、それぞれの信号読み出しは専用のパルスにより行わ
れている。更に、１フレームの期間内で光電変換部の全
画素行の暗時ＦＰＮ信号の読み出しが行われるため、全
画素行の暗時ＦＰＮ信号が１フレーム期間内で１回更新
されることになり、第３及び第４の実施の形態と同様
に、温度変化などに起因する暗時ＦＰＮ信号の変化に対
して、より高精度なオフセット補正、すなわちＦＰＮ除
去ができる。

【００６８】ところで第１から第４の実施の形態におい
ては、各画素の暗時ＦＰＮ信号を読み出す際に、暗時Ｆ
ＰＮ信号を読み出した後リセット動作を行っているた
め、暗時ＦＰＮ信号読み出し時にそれまで蓄積された信
号電荷は掃き捨てられてしまう。しかし本実施の形態で
は、非破壊読み出し可能な増幅型固体撮像素子を光電変
換素子として用いているため、リセット動作を伴わない
信号読み出し動作を行うことにより、ＮＴＳＣ方式にお
いては全画素の電荷蓄積時間は常に１／60秒となる。

【００６９】なお、第１から第５の実施の形態で用いる
固体撮像装置の垂直走査回路の回路構成は一例であり、
これに限定されるものではなく、同様な機能を有する回
路であればその構成はとわない。また、３行の画素配列
の光電変換部に対応する垂直走査回路の場合について説
明を行ったが、配列する画素数に応じた回路構成にして
同様に駆動できることは言うまでもない。

【００７０】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、暗時ＦＰＮ信号読み出しを当該画
素行に隣接する画素行をリセットした直後に行うように
しているので、隣接画素の蓄積電荷の影響を受けない精
度のよいオフセット補正、すなわちＦＰＮ除去が実現可
能である。また、光電変換部の全画素行の暗時ＦＰＮ信
号を１フレームの期間内で読み出すことにより、各行の
暗時ＦＰＮ信号が毎フレームで更新されるため、温度変
化などによる暗時ＦＰＮ信号の変化に対して、より高精
度なオフセット補正ができる。また、光電変換部の電荷
蓄積時間を可変として電子シャッター機能を付加するこ
とにより、精度のよいオフセット補正ができると共に、
電荷蓄積時間が任意に設定できるため、高輝度の被写体
や動画を撮像する際に非常に有効となる。更に、光電変
換素子として非破壊読み出し可能な増幅型固体撮像素子
を用いて暗時ＦＰＮ信号を非破壊読み出しを行うことに
より、全画素の電荷蓄積時間をＮＴＳＣ方式では常に１
／60秒にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置の駆動方法の第１の
実施の形態に用いる固体撮像装置の構成を示す図であ
る。

【図２】図１に示した固体撮像装置における垂直走査回
路の構成を示す回路構成図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態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】本発明の第１の実施の形態の他の動作を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図５】本発明の第２の実施の形態の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図６】本発明の第３の実施の形態の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図７】本発明の第４の実施の形態に用いる固体撮像装
置における垂直走査回路の構成を示す回路構成図であ
る。

【図８】第４の実施の形態の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。

【図９】本発明の第５の実施の形態の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図10】従来の暗時ＦＰＮ信号のオフセット補正手段を
備えた固体撮像装置の構成例を示すブロック構成図であ
る。

【図11】従来の暗時ＦＰＮ信号のオフセット補正手段を
備えた固体撮像装置の他の構成例を示すブロック構成図
である。

【図12】図11に示した固体撮像装置の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図13】隣接する画素の蓄積電極間の結合容量がオフセ
ット補正の精度に影響を及ぼす態様を示す図である。

【図14】図13に示した隣接画素への印加パルスと蓄積電
極の電位変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 画素 ２ 垂直走査回路 ３ 水平走査回路 ４ 光電変換部 ５ シフトレジスタ部 ５−１ シフトレジスタユニット回路 ６ シャッター部 ６−１ シャッターユニット回路 ７ レベルミックス部 ７−１ レベルミックスユニット回路 ８ スイッチ部 ８−１ スイッチユニット回路 51 シフトレジスタ部 51−１ シフトレジスタユニット回路 52 インバータ部 52−１ インバータユニット回路 53 レベルミックス部 53−１ レベルミックスユニット回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 文樹 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5C024 AA01 CA06 CA17 CA20 FA01 GA01 GA31 GA41 HA09 HA14 HA18 HA24 JA04

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光電変換素子を画素として二次元状に配
   置された光電変換部と、該光電変換部の垂直及び水平方
   向の画素の選択、読み出しを行う垂直走査回路及び水平
   走査回路とを少なくとも備えたＸＹアドレス型固体撮像
   装置において、前記垂直走査回路及び水平走査回路によ
   る暗時ＦＰＮ信号読み出しは、当該暗時ＦＰＮ信号読み
   出し行に隣接する画素行をリセットした直後に行うこと
   を特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
2. 【請求項２】 前記暗時ＦＰＮ信号読み出しは、前記垂
   直走査回路のシフトレジスタ部を駆動するクロックパル
   スを間引いた特定期間に行うことを特徴とする請求項１
   に係る固体撮像装置の駆動方法。
3. 【請求項３】 前記暗時ＦＰＮ信号読み出しは、暗時Ｆ
   ＰＮ信号読み出し用の専用パルスにより行うことを特徴
   とする請求項１に係る固体撮像装置の駆動方法。
4. 【請求項４】 前記暗時ＦＰＮ信号読み出しは、前記光
   電変換部の全画素行について１フレームの期間内に行う
   ことを特徴とする請求項２又は３に係る固体撮像装置の
   駆動方法。
5. 【請求項５】 前記光電変換部の電荷蓄積時間を可変と
   することを特徴とする請求項２又は４に係る固体撮像装
   置の駆動方法。
6. 【請求項６】 前記電荷蓄積時間の制御は、前記垂直走
   査回路のシフトレジスタ部を駆動するスタートパルスの
   パルス幅を変更することにより行うことを特徴とする請
   求項５に係る固体撮像装置の駆動方法。
7. 【請求項７】 前記光電変換素子を内部増幅型固体撮像
   素子として、前記暗時ＦＰＮ信号読み出しを非破壊読み
   出しで行うことを特徴とする請求項３又は４に係る固体
   撮像装置の駆動方法。