JP2006108889A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ストロボ調光用信号、ＡＦ用信号、電子ビューファインダー、動画的撮影などの高速撮像時に露光時間を全画素同時としたＳ／Ｎの高い画像信号を取り出すことを課題とする。
【解決手段】 光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部への電荷転送を制御する転送スイッチ手段と、前記蓄積部をリセットするリセットスイッチ手段と、前記蓄積部の電位を入力とする増幅部と、前記増幅部を選択する選択スイッチ手段とを有する画素を行方向、列方向に二次元的に有する固体撮像装置において、前記光電変換素子を全画素一括リセットし、信号の蓄積時間を開始し、その後蓄積時間を終了し、前記蓄積部に信号電荷を転送し、順次読み出す動作において、
第一の行又は列と第二の行又は列の信号を減算して１行又は１列分の信号を得ることを特徴とする固体撮像装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光電変換素子を有する固体撮像装置とその駆動方法に関し、特にストロボ調光用信号、ＡＦ用信号、電子ビューファインダーなど動画的撮影で、全画素露光時間一定で高速にＳ／Ｎの高い信号を読み出す方法に関するものである。

近年、パーソナルコンピューターの急速な普及により、画像入力機器としての電子スチルカメラの需要が拡大している。

上記電子スチルカメラの画質を決定する要素は幾つかあるが、その中でも撮像素子の画素数は撮影像の解像度を決定する大きな要素である。そのため、最近は１０００万画素以上の多くの画素数を持った電子スチルカメラも幾つか商品化されている。

このような高解像度の撮像素子を利用した撮像系では、撮像素子からの読み出し速度がネックとなるので、構図決定時等に使用するファインダ用の信号としては適していない。

このため、精密撮像モードと高速撮像モードを有する撮像装置で、精密撮像モード時には光信号とノイズ信号を読み出し、差分することでＳ／Ｎの高い画像信号を取り出し、高速撮像モードでは光信号のみを読み出すことにより高速でリアルタイムなビデオ信号を取り出すことを可能にした撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２０００−００４４０３号公報

しかしながら、上記従来例では高速撮像モード時、全画素一括で光電変換素子をリセットし、蓄積時間後、全画素、蓄積部（以後ＦＤと呼ぶ）へ信号電荷を一括転送したあと信号を順次読み出すので、読み出しが後の方の画素は信号のＦＤ保持時間が長く、保持時間中にＦＤの欠陥によって発生するリーク電流（以後ＦＤリークと呼ぶ）、ＦＤに光が当たることによって発生する電荷（以後外光と呼ぶ）により所望の電位を保てず、シェーディングが発生していた。（図１２）
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、露光時間を全画素同時とした、高速読み出し時にシェーディングを無くすことを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部への電荷転送を制御する転送スイッチ手段と、前記蓄積部をリセットするリセットスイッチ手段と、前記蓄積部の電位を入力とする増幅部と、前記増幅部を選択する選択スイッチ手段とを有する画素を行方向、列方向に二次元的に有する固体撮像装置において、前記光電変換素子を全画素一括リセットし、信号の蓄積時間を開始し、その後蓄積時間を終了し、前記蓄積部に信号電荷を転送し、順次読み出す動作において、第一の行又は列と第二の行又は列の信号を減算して１行又は１列分の信号を得ることを特徴とする。

また、本発明の固体撮像装置は、光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部への電荷転送を制御する転送スイッチ手段と、前記蓄積部をリセットするリセットスイッチ手段と、前記蓄積部の電位を入力とする増幅部と、前記増幅部を選択する選択スイッチ手段とを有する画素を行方向、列方向に二次元的に有する固体撮像装置において、前記光電変換素子を全画素一括リセットし、全画素一括で信号の蓄積時間を開始し、その後全画素一括で蓄積時間を終了し、前記蓄積部に信号電荷を一括転送し、順次読み出す動作を行い、得られた二次元的な信号を第一の画像とし、前記蓄積時間を実質０とし、前記と同様に読み出した二次元的な信号を第二の画像とし、前記第一の画像と第二の画像の差分から光画像を取得することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によればストロボ調光用信号、ＡＦ用信号、電子ビューファインダー、動画的撮影などの高速撮像時に露光時間を全画素同時としたＳ／Ｎの高い画像信号を取り出すことができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に述べる。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態の固体撮像装置の回路概念図である。

各画素内には光電変換部のフォトダイオード１と、フォトダイオード１で発生した信号を蓄積するＦＤと、フォトダイオード１からＦＤへの電荷転送を制御する転送スイッチ２と、
ＦＤをリセットするリセットスイッチ３と、ＦＤの電位を入力とする画素アンプ４と、画素アンプを選択する選択スイッチ５とが設けてあり、図１のように接続されている。

また光信号転送ゲート８ａ及びノイズ信号転送ゲート８ｂは光信号転送パルスφＴＳ及びノイズ信号転送パルスφＴＮによって駆動し、選択スイッチ５は行選択パルスφＳＥＬによって駆動し、選択された行の出力が負荷電流源７と画素アンプ４で構成されるソースフォロワ回路により、信号出力線６からラインメモリ１１へ光信号が、また、別のラインメモリ１１にノイズ信号が書き込まれる。ラインメモリ１１に一時記憶された出力は水平走査回路１２によって読み出され、後段の差動アンプ１３で差分演算され、差分が出力する。

この固体撮像素子を図２に示すタイミングチャートの駆動パルスで駆動させた場合、次のように動作する。

光信号読み出し行一括転送パルスφＡＴＸＳ（この説明では光信号読み出し行を偶数行とする。）、ノイズ信号読み出し行一括転送パルスφＡＴＸＮ（この説明ではノイズ信号読み出し行を奇数行とする。）、全画素一括リセットパルスφＡＲＥＳをすべてｈｉｇｈにすることにより、全フォトダイオードが一括リセットされる。その後φＡＴＸＳ、φＡＴＸＮをｌｏｗにし、信号の蓄積時間を開始する。その後φＡＲＥＳをｌｏｗにし、φＡＴＸＳをｈｉｇｈにすることで蓄積時間を終了し、光信号読み出し行のみ信号をＦＤへ一括転送し、ノイズ信号読み出し行は転送しない。時系列的にφＳＥＬによって選択された行を順次、光信号読み出し行の信号をφＴＳにより、ラインメモリ１１に書き込み、ノイズ信号読み出し行の信号をφＴＮにより上記とは別のラインメモリ１１に書き込み、水平走査回路によりその差分が出力部より出力する。その動作終了後、また全フォトダイオードが一括リセットされ、蓄積時間に入る。

上述したφＡＴＸＳ、φＡＴＸＮ、φＳＥＬなどのパルスはＣＰＵなどのコントローラによって駆動されるパルス発生回路から出力される。

このような動作により光信号読み出し行からは蓄積時間にフォトダイオードで発生した光信号（この説明ではＶ_Ｐとする）、ノイズ信号であるＦＤリーク（この説明ではＶ_{ＳＦＤリーク}とする）、外光（この説明ではＶ_Ｓ外光とする）が混ざった信号が読み出される。

光信号読み出し行の信号をＶ_Ｓとして文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ＝Ｖ_Ｐ＋Ｖ_{ＳＦＤリーク}＋Ｖ_Ｓ外光
となる。

ノイズ読み出し行からはＦＤリーク（この説明ではＶ_{ＮＦＤリーク}とする）、外光（この説明ではＶ_Ｎ外光とする）のノイズ信号が読み出される。

ノイズ信号読み出し行の信号をＶ_Ｎとして文字式であらわすと
Ｖ_Ｎ＝Ｖ_{ＮＦＤリーク}＋Ｖ_Ｎ外光
となる。

概念図を図３に示す。

上記光信号読み出し行の信号とノイズ信号読み出し行の信号の差分を文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ−Ｖ_Ｎ＝Ｖ_Ｐ＋Ｖ_{ＳＦＤリーク}＋Ｖ_Ｓ外光−Ｖ_{ＮＦＤリーク}−Ｖ_Ｎ外光
となる。

この実施例では上記光信号読み出し行とノイズ信号読み出し行は偶数行と奇数行であり、隣接している。これにより上記光信号読み出し行のノイズ信号、ノイズ信号読み出し行のノイズ信号はほぼ同じ値であるから
Ｖ_{ＳＦＤリーク}≒Ｖ_{ＮＦＤリーク}
Ｖ_Ｓ外光≒Ｖ_Ｎ外光
である。

よって差分をとることで
Ｖ_Ｓ−Ｖ_Ｎ＝Ｖ_Ｐ
となり、良好な信号を得ることができる。

本発明のポイントは暗電流成分（ＦＤリーク）のみならず遮光層が半導体表面からはなれている三層ＡＬからなるようなＣＭＯＳセンサの特徴的な構造においては特に有効である。

すなわち、ＣＣＤとは異なり、遮光層が高いため、外光の影響が著しく、スメアが発生する強い光以外でも画像に悪影響を及ぼすためである。

また、外光成分を減算するためにはできるだけ近い値となる、近傍の同色画素間で信号を減算することが好ましい。

また、リアルタイムに光信号とノイズ信号の差分を出力しているのでストロボ調光用信号、ＡＦ用信号、電子ビューファインダーなど動画的撮影などの高速撮像に適している。

実施例２の画素部の回路概念図を図１３に示す。ある行に着目しており、Ｇ（ｇｒｅｅｎ）、Ｒ（ｒｅｄ）・・・と交互に配列されている。また、ｎ，ｎ＋１列目はφＡＴＸＳにつながっており、ｎ，ｎ＋２列目はφＡＴＸＮにつながっており、２列周期で交互につながっている。

この固体撮像素子を図４に示すタイミングチャートの駆動パルスで駆動させた場合、次のように動作する。（図４中のＫ行は読み出しが前半の行である。Ｌ行は読み出しが後半の行である。）

光信号読み出し列一括転送パルスφＡＴＸＳ（この説明では光信号読み出し列をｎ列とする。）、ノイズ信号読み出し列一括転送パルスφＡＴＸＮ（この説明ではノイズ信号読み出し列をｎ＋２列とする。）、全画素一括リセットパルスφＡＲＥＳをすべてｈｉｇｈにすることにより、全フォトダイオードが一括リセットされる。（ｎ列とｎ＋２列は同色画素である。）その後φＡＴＸＳのみをｌｏｗにし、光信号読み出し列は蓄積時間１＋２を開始する。その後φＡＴＸＮをｌｏｗにし、φＡＲＥＳをｌｏｗにし、行リセットパルスφＲＥＳをｈｉｇｈにし（φＲＥＳの動作を説明すると、φＲＥＳ ｈｉｇｈ、ｌｏｗに関わらず、選択行以外のリセットスイッチはオンしている。φＲＥＳをｈｉｇｈにすると選択行のリセットスイッチをオンし、φＲＥＳをｌｏｗにすると選択行のみリセットスイッチをオフする）、ノイズ信号読み出し列は蓄積時間２を開始する。光信号読み出し列、ノイズ信号読み出し列ともに、時系列的にφＳＥＬによって選択されて、読み出せる状態になった行はφＲＥＳをｌｏｗにし、行転送パルスφＴＸをｈｉｇｈにし（φＴＸの動作を説明すると、φＴＸ ｈｉｇｈ、ｌｏｗに関わらず、選択行以外の転送スイッチはオフである。φＴＸをｈｉｇｈにすると選択行の転送スイッチをオンし、φＴＸをｌｏｗにすると選択行の転送スイッチをオフする。）、蓄積時間を終了して信号をＦＤへ転送し、φＴＳにより、ラインメモリ１１に書き込み、水平走査回路により基準電圧との差分が出力部より出力する。読み出した信号は固体撮像素子外のメモリに保存し、外部で光信号読み出し列とノイズ信号読み出し列の信号の差分をとる処理を行う。その動作終了後、また全フォトダイオードが一括リセットされ、蓄積時間に入る。

上述したφＡＴＸＳ、φＡＴＸＮ、φＳＥＬなどのパルスはＣＰＵなどのコントローラによって駆動されるパルス発生回路から出力される。

このような動作により光信号読み出し列からは蓄積時間１＋２にフォトダイオードで発生した光信号（この説明ではＶ_Ｐ１＋Ｖ_Ｐ２とする）が読み出される。

光信号読み出し列の信号をＶ_Ｓとして文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ＝Ｖ_Ｐ１＋Ｖ_Ｐ２
となる。

ノイズ読み出し列からは蓄積時間２にフォトダイオードで発生した光信号（この説明ではＶ_Ｐ２’とする）が読み出される。

ノイズ信号読み出し列の信号をＶ_Ｎとして文字式であらわすと
Ｖ_Ｎ＝Ｖ_Ｐ２’
となる。

概念図を図５に示す。

上記光信号読み出し列の信号とノイズ信号読み出し列の信号の差分を文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ−Ｖ_Ｎ＝Ｖ_Ｐ１＋Ｖ_Ｐ２−Ｖ_Ｐ２’
となる。

この実施例では上記光信号読み出し列とノイズ信号読み出し列はそれぞれ同色の隣接している画素であるので蓄積時間２に発生した光信号はほぼ同じ値であるから
Ｖ_Ｐ２≒Ｖ_Ｐ２’
である。

よって差分をとることで
Ｖ_Ｓ−Ｖ_Ｎ＝Ｖ_Ｐ１
となり、良好な信号を得ることができる。

また、近傍の同色画素間で信号を減算しているので、より外光成分を除去することができ、よりＳ／Ｎの高い画像信号を取り出すことができる。

また、リアルタイムに光信号とノイズ信号の差分を出力しているのでストロボ調光用信号、ＡＦ用信号、電子ビューファインダーなど動画的撮影などの高速撮像に適している。

この固体撮像素子を図６に示すタイミングチャートの駆動パルスで駆動させた場合、次のように動作する。

第一の動作で、全画素一括転送パルスφＡＴＸ、全画素一括リセットパルスφＡＲＥＳをｈｉｇｈにすることにより、全フォトダイオードが一括リセットされる。その後φＡＴＸ、φＡＲＥＳをｌｏｗにする。時系列的にφＳＥＬによって選択された行の信号を順次、φＴＳにより、ラインメモリ１１に書き込み、水平走査回路により基準電圧との差分をとり第一の信号が出力部より出力する（蓄積時間はない）。読み出した信号は固体撮像素子外のメモリに第一の画像として保存する。

第二の動作で、全画素一括転送パルスφＡＴＸ、全画素一括リセットパルスφＡＲＥＳをｈｉｇｈにすることにより、全フォトダイオードが一括リセットされる。その後φＡＴＸをｌｏｗにし、蓄積時間を開始する。その後、φＡＲＥＳをｌｏｗにし、φＡＴＸをｈｉｇｈにすることで蓄積時間を終了し、全画素信号をＦＤへ一括転送する。時系列的にφＳＥＬによって選択された行の信号を順次、φＴＳにより、ラインメモリ１１に書き込み、水平走査回路により基準電圧との差分をとり第二の信号が出力部より出力する。読み出した信号は固体撮像素子外のメモリに第二の画像として保存する。

その後、固体撮像素子外で第二の画像から第一の画像を差分して光画像を得る。

第一の動作、第二の動作を繰り返す。

上述したφＡＴＸＳ、φＡＴＸＮ、φＳＥＬなどのパルスはＣＰＵなどのコントローラによって駆動されるパルス発生回路から出力される。

このような動作により第一の信号はＦＤリーク（この説明ではＶ_{ＮＦＤリーク}とする）、外光（この説明ではＶ_Ｎ外光とする）のノイズ信号が読み出される。

第一の信号をＶ_Ｎとして文字式であらわすと
Ｖ_Ｎ＝Ｖ_{ＮＦＤリーク}＋Ｖ_Ｎ外光
となる。

第二の信号は蓄積時間にフォトダイオードで発生した光信号（この説明ではＶ_Ｐとする）、ノイズ信号であるＦＤリーク（この説明ではＶ_{ＳＦＤリーク}とする）、外光（この説明ではＶ_Ｓ外光とする）が混ざった信号が読み出される。

第二の信号をＶ_Ｓとして文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ＝Ｖ_Ｐ＋Ｖ_{ＳＦＤリーク}＋Ｖ_Ｓ外光
となる。

概念図を図７に示す。

上記第二の信号と第一の信号の差分を文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ−Ｖ_Ｎ＝Ｖ_Ｐ＋Ｖ_{ＳＦＤリーク}＋Ｖ_Ｓ外光−Ｖ_{ＮＦＤリーク}−Ｖ_Ｎ外光
となる。

この実施例では上記第二の信号と第一の信号は近い時間のうちに読み出されている。これにより上記第二の信号のノイズ信号、第一の信号のノイズ信号はほぼ同じ値であるから
Ｖ_{ＳＦＤリーク}≒Ｖ_{ＮＦＤリーク}
Ｖ_Ｓ外光≒Ｖ_Ｎ外光
である。

よって差分をとることで
Ｖ_Ｓ−Ｖ_Ｎ≒Ｖ_Ｐ
となり、ＦＤリーク、外光などのノイズ成分を除去することができ、比較的Ｓ／Ｎの高い画像信号を取り出すことができる。

また、リアルタイムに光信号とノイズ信号の差分を出力しているのでストロボ調光用信号、ＡＦ用信号、電子ビューファインダーなど動画的撮影などの高速撮像に適している。

この固体撮像素子を図８に示すタイミングチャートの駆動パルスで駆動させた場合、次のように動作する。

第一の動作で、全画素一括転送パルスφＡＴＸ、全画素一括リセットパルスφＡＲＥＳをｈｉｇｈにすることにより、全フォトダイオードが一括リセットされる。その後φＡＴＸ、φＡＲＥＳをｌｏｗにする。時系列的にφＳＥＬによって選択された行の信号を順次、φＴＳにより、ラインメモリ１１に書き込み、水平走査回路により基準電圧との差分をとり第一の信号が出力部より出力する（蓄積時間はない）。読み出した信号は固体撮像素子外のメモリに第一の画像として保存する。

第二の動作で、全画素一括転送パルスφＡＴＸ、全画素一括リセットパルスφＡＲＥＳをｈｉｇｈにすることにより、全フォトダイオードが一括リセットされる。その後φＡＴＸをｌｏｗにし、蓄積時間を開始する。その後、φＡＲＥＳをｌｏｗにし、φＡＴＸをｈｉｇｈにすることで蓄積時間を終了し、全画素信号をＦＤへ一括転送する。時系列的にφＳＥＬによって選択された行の信号を順次、φＴＳにより、ラインメモリ１１に書き込み、水平走査回路により基準電圧との差分をとり第二の信号が出力部より出力する。読み出した信号は固体撮像素子外のメモリに第二の画像として保存する。

その後、固体撮像素子外で第二の画像から第一の画像を差分して光画像を得る。

第三の動作で、全画素一括転送パルスφＡＴＸ、全画素一括リセットパルスφＡＲＥＳをｈｉｇｈにすることにより、全フォトダイオードが一括リセットされる。その後φＡＴＸをｌｏｗにし、蓄積時間を開始する。その後、φＡＲＥＳをｌｏｗにし、φＡＴＸをｈｉｇｈにすることで蓄積時間を終了し、全画素信号をＦＤへ一括転送する。時系列的にφＳＥＬによって選択された行の信号を順次、φＴＳにより、ラインメモリ１１に書き込み、水平走査回路により基準電圧との差分をとり第三の信号が出力部より出力する。読み出した信号は固体撮像素子外のメモリに第三の画像として保存する。

その後、固体撮像素子外で第三の画像から第一の画像を差分して光画像を得る。

第一の動作、第二の動作、第三の動作を繰り返す。

上述したφＡＴＸＳ、φＡＴＸＮ、φＳＥＬなどのパルスはＣＰＵなどのコントローラによって駆動されるパルス発生回路から出力される。

このような動作により第一の信号はＦＤリーク（この説明ではＶ_{ＮＦＤリーク}とする）、外光（この説明ではＶ_Ｎ外光とする）のノイズ信号が読み出される。

第一の信号をＶ_Ｎとして文字式であらわすと
Ｖ_Ｎ＝Ｖ_{ＮＦＤリーク}＋Ｖ_Ｎ外光
となる。

第二の信号は蓄積時間にフォトダイオードで発生した光信号（この説明ではＶ_Ｐ１とする）、ノイズ信号であるＦＤリーク（この説明ではＶ_{ＳＦＤリーク１}とする）、外光（この説明ではＶ_Ｓ外光１とする）が混ざった信号が読み出される。

第二の信号をＶ_Ｓ１として文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ１＝Ｖ_Ｐ１＋Ｖ_{ＳＦＤリーク１}＋Ｖ_Ｓ外光１
となる。

第三の信号は蓄積時間にフォトダイオードで発生した光信号（この説明ではＶ_Ｐ２とする）、ノイズ信号であるＦＤリーク（この説明ではＶ_{ＳＦＤリーク２}とする）、外光（この説明ではＶ_Ｓ外光２とする）が混ざった信号が読み出される。

第三の信号をＶ_Ｓ２として文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ２＝Ｖ_Ｐ２＋Ｖ_{ＳＦＤリーク２}＋Ｖ_Ｓ外光２
となる。

概念図を図９に示す。

上記第二の信号と第一の信号の差分を文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ１−Ｖ_Ｎ＝Ｖ_Ｐ１＋Ｖ_{ＳＦＤリーク１}＋Ｖ_Ｓ外光１−Ｖ_{ＮＦＤリーク}−Ｖ_Ｎ外光
となる。

上記第三の信号と第一の信号の差分を文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ２−Ｖ_Ｎ＝Ｖ_Ｐ２＋Ｖ_{ＳＦＤリーク２}＋Ｖ_Ｓ外光２−Ｖ_{ＮＦＤリーク}−Ｖ_Ｎ外光
となる。

この実施例では上記第一の信号と第二の信号と第三の信号は近い時間のうちに読み出されている。これにより上記第一の信号のノイズ信号、第二の信号のノイズ信号、第三の信号のノイズ信号はほぼ同じ値であるから
Ｖ_{ＳＦＤリーク１}≒Ｖ_{ＳＦＤリーク２}≒Ｖ_{ＮＦＤリーク}
Ｖ_Ｓ外光１≒Ｖ_Ｓ外光２≒Ｖ_Ｎ外光
である。

よって差分をとることで
Ｖ_Ｓ１−Ｖ_Ｎ≒Ｖ_Ｐ１
Ｖ_Ｓ２−Ｖ_Ｎ≒Ｖ_Ｐ２
となり、ＦＤリーク、外光などのノイズ成分を除去することができ、比較的Ｓ／Ｎの高い画像信号を取り出すことができる。

また、リアルタイムに光信号とノイズ信号の差分を出力しているのでストロボ調光用信号、ＡＦ用信号、電子ビューファインダーなど動画的撮影などの高速撮像に適している。

ノイズ信号の取得のための第一の動作が光信号の取得のための第二、第三の動作回数よりも少ないことでより高速撮像に適している。

この固体撮像素子を図１０に示すタイミングチャートの駆動パルスで駆動させた場合、次のように動作する。

全画素一括転送パルスφＡＴＸ、全画素一括リセットパルスφＡＲＥＳをｈｉｇｈにすることにより、全フォトダイオードが一括リセットされる。その後φＡＴＸ、φＡＲＥＳをｌｏｗにし、蓄積時間を開始する。時系列的にφＳＥＬによって選択された行の信号を順次、φＴＳにより、ラインメモリ１１に書き込み、水平走査回路により基準電圧との差分をとり第一の信号が出力部より出力する（転送していないので読み出される信号の蓄積時間は０である）。読み出した信号は固体撮像素子外のメモリに第一の画像として保存する。

次に、全画素一括リセットパルスφＡＲＥＳをｈｉｇｈにし、蓄積時間中はｈｉｇｈに保つことで全ＦＤが一括リセットされ続ける。その後φＡＲＥＳをｌｏｗにし、φＡＴＸをｈｉｇｈにすることで蓄積時間を終了し、全画素信号をＦＤへ一括転送する。時系列的にφＳＥＬによって選択された行の信号を順次、φＴＳにより、ラインメモリ１１に書き込み、水平走査回路により基準電圧との差分をとり第二の信号が出力部より出力する。読み出した信号は固体撮像素子外のメモリに第二の画像として保存する。

その後、固体撮像素子外で第二の画像から第一の画像を差分して光画像を得る。

その動作終了後、また全フォトダイオードが一括リセットされ、蓄積時間に入る。

上述したφＡＴＸＳ、φＡＴＸＮ、φＳＥＬなどのパルスはＣＰＵなどのコントローラによって駆動されるパルス発生回路から出力される。

このような動作により第一の信号はＦＤリーク（この説明ではＶ_{ＮＦＤリーク}とする）、外光（この説明ではＶ_Ｎ外光とする）のノイズ信号が読み出される。

第一の信号をＶ_Ｎとして文字式であらわすと
Ｖ_Ｎ＝Ｖ_{ＮＦＤリーク}＋Ｖ_Ｎ外光
となる。

第二の信号は蓄積時間にフォトダイオードで発生した光信号（この説明ではＶ_Ｐとする）、ノイズ信号であるＦＤリーク（この説明ではＶ_{ＳＦＤリーク}とする）、外光（この説明ではＶ_Ｓ外光とする）が混ざった信号が読み出される。

第二の信号をＶ_Ｓとして文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ＝Ｖ_Ｐ＋Ｖ_{ＳＦＤリーク}＋Ｖ_Ｓ外光
となる。

概念図を図１１に示す。

上記第二の信号と第一の信号の差分を文字式であらわすと
Ｖ_Ｓ−Ｖ_Ｎ＝Ｖ_Ｐ＋Ｖ_{ＳＦＤリーク}＋Ｖ_Ｓ外光−Ｖ_{ＮＦＤリーク}−Ｖ_Ｎ外光
となる。

この実施例では上記第二の信号と第一の信号は近い時間のうちに読み出されている。これにより上記第二の信号のノイズ信号、第一の信号のノイズ信号はほぼ同じ値であるから
Ｖ_{ＳＦＤリーク}≒Ｖ_{ＮＦＤリーク}
Ｖ_Ｓ外光≒Ｖ_Ｎ外光
である。

よって差分をとることで
Ｖ_Ｓ−Ｖ_Ｎ≒Ｖ_Ｐ
となり、ＦＤリーク、外光などのノイズ成分を除去することができ、Ｓ／Ｎの高い画像信号を取り出すことができる。

また、リアルタイムに光信号とノイズ信号の差分を出力しているのでストロボ調光用信号、ＡＦ用信号、電子ビューファインダーなど動画的撮影などの高速撮像に適している。

ノイズ信号が蓄積時間中に取得されることで、ノイズ信号取得のために時間をかける必要が無いこと、ノイズ信号と、光信号が実施例４、実施例５よりもより近い時間に読み出されることから、より高速に、Ｓ／Ｎの高い画像信号を取り出すことができる。

本発明の実施形態の固体撮像装置の回路構成を示した概念図である。 本発明の実施例１の駆動パルスタイミング図である。 本発明の実施例１の動作概念図である。 本発明の実施例２の駆動パルスタイミング図である。 本発明の実施例２の動作概念図である。 本発明の実施例３の駆動パルスタイミング図である。 本発明の実施例３の動作概念図である。 本発明の実施例４の駆動パルスタイミング図である。 本発明の実施例４の動作概念図である。 本発明の実施例５の駆動パルスタイミング図である。 本発明の実施例５の動作概念図である。 従来技術の動作概念図である。 本発明の実施例２の回路概念図である。

符号の説明

１ フォトダイオード
２ 転送スイッチ
３ リセットスイッチ
４ 画素アンプ
５ 選択スイッチ
６ 信号出力線
７ 負荷定電流源
８ 信号転送ゲート
１１ ラインメモリ
１２ 水平走査回路
φＡＴＸＳ 光信号読み出し行一括転送パルス
φＡＴＸＮ ノイズ信号読み出し行一括転送パルス
φＡＲＥＳ 全画素一括リセットパルス
φＴＳ 光信号の転送パルス
φＴＮ ノイズ信号の転送パルス
φＳＥＬ 行選択パルス
φＲＥＳ 行リセットパルス
φＴＸ 行転送パルス
φＡＴＸ 全画素一括転送パルス

Claims (6)

1. 光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部への電荷転送を制御する転送スイッチ手段と、前記蓄積部をリセットするリセットスイッチ手段と、前記蓄積部の電位を入力とする増幅部と、前記増幅部を選択する選択スイッチ手段とを有する画素を行方向、列方向に二次元的に有する固体撮像装置において、
   前記光電変換素子を全画素一括リセットし、信号の蓄積時間を開始し、その後蓄積時間を終了し、前記蓄積部に信号電荷を転送し、順次読み出す動作において、
   第一の行又は列と第二の行又は列の信号を減算して１行又は１列分の信号を得ることを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置において、
   前記第一の行又は列は、信号電荷が前記光電変換素子から前記蓄積部へ一括転送され、前記第二の行又は列は、信号電荷が転送されず、一括転送される行又は列と、転送されない行又は列の信号を減算して１行又は１列分の信号を得ることを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項１に記載の固体撮像装置において、前記第一の行又は列と前記第二の行又は列は同色の行又は列であり、それぞれ前記蓄積時間が異なっており、前記同色行又は列間で信号を減算して１行又は１列分の信号を得ることを特徴とする固体撮像装置。
4. 光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部への電荷転送を制御する転送スイッチ手段と、前記蓄積部をリセットするリセットスイッチ手段と、前記蓄積部の電位を入力とする増幅部と、前記増幅部を選択する選択スイッチ手段とを有する画素を行方向、列方向に二次元的に有する固体撮像装置において、
   前記光電変換素子を全画素一括リセットし、全画素一括で信号の蓄積時間を開始し、その後全画素一括で蓄積時間を終了し、前記蓄積部に信号電荷を一括転送し、順次読み出す動作を行い、得られた二次元的な信号を第一の画像とし、
   前記蓄積時間を実質０とし、前記と同様に読み出した二次元的な信号を第二の画像とし、前記第一の画像と第二の画像の差分から光画像を取得することを特徴とする固体撮像装置。
5. 請求項４に記載の固体撮像装置において、
   前記第一の画像より前記第二の画像の撮影回数が少ないことを特徴とする固体撮像装置。
6. 請求項４又は５に記載の固体撮像装置において、
   前記第一および第二の画像を撮影する際に、メカシャッタを常時開としていることを特徴とする固体撮像装置。

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