JP2008301030A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暗電流の影響を抑えてアンプ部で効果的に信号成分を増幅することが可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】フォトダイオードとその出力を蓄積する蓄積部と蓄積された出力を増幅して画素信号を出力する増幅トランジスタと蓄積部をリセットするリセットトランジスタとを含む画素セル１を２次元的に配列した画素部２と、画素部の読み出し行を選択する垂直走査部３と、列方向の画素の画素信号が出力される垂直信号線と、垂直信号線を介して入力される画素信号に含まれる暗電流成分を抑圧し抑圧後の画素信号を増幅する暗電流抑圧機能付きアンプ部21と、該アンプで増幅された画素信号を水平信号線９に出力する水平走査部７と、水平信号線からの画素信号に基づき暗電流成分を抑圧するための信号を生成し前記アンプ部に印加する暗電流補正信号生成部22とを備えて固体撮像装置を構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、固体撮像装置に係わり、特に増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置に関する。

近年、固体撮像装置として増幅型ＭＯＳセンサと呼ばれる固体撮像装置がモバイル機器向けの低消費電力固体撮像装置や高解像度の電子スチルカメラに搭載されている。現在の増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置では、画素エリアを行単位で読み出し、列毎に設けられた列アンプを用いて並列処理することで、多画素化と高フレームレート及び低ノイズ化を両立させる方法が提案されている。更に、更なる低ノイズ化のために、列アンプでの黒レベル補正が可能な方式が提案されている。

図12は、特開２００５−１４３０７８号公報開示の固体撮像装置を引用して示したものであり、上記方式の列アンプで黒レベル補正可能とした構成の固体撮像装置の一例である。すなわち、図12に示した固体撮像装置は、画素セル１を行方向及び列方向に二次元的に配置した画素部２と、画素部２の読み出し行を選択する垂直走査部３と、画素部２から列単位で画素信号を出力する垂直信号線８と、垂直信号線８と接続し画素信号を増幅する列アンプ部５と、列アンプ部５の動作を制御する列アンプ駆動部４と、列アンプ部５において増幅された信号を出力するための水平選択部６と、水平選択部６の読み出し列を選択する水平走査部７と、水平信号線９-1〜９-nと、水平信号線９-1〜９-nのうち一つを選択するマルチプレクサ11と、マルチプレクサ11で選択した信号を出力するマルチプレクサ出力端子12と、マルチプレクサ出力端子12の黒レベル信号から列アンプ部５に印加する電圧を制御する黒レベル制御部10とから構成されている。なお、図12において、８ａは垂直信号線８に接続されているバイアス用電流源である。

画素セル１は、光電変換部であるフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を読み出し蓄積部ＦＤへ転送する転送トランジスタＭ１と、蓄積部ＦＤに蓄積された電荷信号をリセットするリセットトランジスタＭ２と、読み出した電荷信号を増幅する増幅トランジスタＭ３と各行を選択するための行選択トランジスタＭ４とから成る。

垂直走査回路３は、転送トランジスタＭ１の動作を制御する転送制御信号φＴＸ１〜φＴＸ２と、リセットトランジスタＭ２の動作を制御するリセット制御信号φＲＳ１〜φＲＳ２と、行選択トランジスタＭ４の動作を制御する行選択制御信号φＳＥＬ１〜φＳＥＬ２とを出力する。なお、ここでは、画素部２は２行の画素行で構成されているものを示している。

列アンプ部９は単位列毎に反転アンプＡ11と、画素信号のリセット成分を保持するクランプ容量Ｃ11と、画素信号を増幅するための帰還容量Ｃ12と、クランプ容量Ｃ11と反転アンプＡ11の入力端子を接続するサンプルホールドスイッチＳＷ10と、帰還容量Ｃ12に黒レベル制御部10の出力電圧であるクランプ電圧Ｖcpを印加するためのプリチャージ用スイッチＳＷ12と、クランプ容量Ｃ11をリセットするためのリセットスイッチＳＷ11と、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を接続する帰還容量接続スイッチＳＷ13と、反転アンプＡ11の出力電位を一定値であるホールド電圧源Ｖhdに接続するホールド用スイッチＳＷ14とから成る。

列アンプ駆動部４は、サンプルホールドスイッチＳＷ10の動作を制御するサンプルホールド制御信号φＳＨ10と、反転アンプ用リセットスイッチＳＷ11の動作を制御する反転アンプリセット制御信号φＣＬ11と、プリチャージスイッチＳＷ12の動作を制御するプリチャージ制御信号φＣＬ12と、帰還容量接続スイッチＳＷ13の動作を制御する帰還容量接続制御信号φＳＨ11とを出力する。

図13は、駆動タイミングの概略を示す図である。ここでは、垂直走査部３により上から１行目が選択された場合を示している。初めに、画素セル１からリセットレベルを出力する。すなわち、まず、行選択制御信号φＳＥＬ１＝Ｈとすることで行選択トランジスタＭ４をオンとし、１行目の画素行と垂直信号線８を接続させ、リセット制御信号φＲＳ１＝ＨとしてリセットトランジスタＭ２を一旦オンした後、リセット制御信号φＲＳ１＝ＬとしてリセットトランジスタＭ２をオフとする。これにより、画素のリセットレベルを垂直信号線８に出力する。なお、画素がリセット状態での垂直信号線８の出力電圧（Ｖ８）をＶoff とする。

このときの列アンプ部５の動作を左端の列アンプを例に説明する。まず、水平走査部７から出力される反転アンプバイアス制御信号φＰ１＝Ｈとして反転アンプＡ11を動作状態とし、ホールド用スイッチＳＷ14をオフとし反転アンプＡ11の出力端子ＶＡ11をホールド電源Ｖhdから切り離す。同時に、サンプルホールド制御信号φＳＨ10＝ＨとしてサンプルホールドスイッチＳＷ10をオンさせ、クランプ容量Ｃ11と反転アンプＡ11の入力端子とを接続する。加えて、反転アンプリセット制御信号φＣＬ11＝ＨとしリセットスイッチＳＷ11をオンさせ、反転アンプＡ11の入力端子と出力端子を接続する。更に、プリチャージ制御信号φＣＬ12＝Ｈ及び帰還容量接続制御信号φＳＨ11＝Ｌとして、プリチャージスイッチＳＷ12をオンさせ帰還容量Ｃ12とクランプ電圧Ｖcpを接続する。プリチャージ時には、帰還容量Ｃ12の出力側電圧Ｖc12(pc）と反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11(pc)は次式（１），（２）で示される。ここで、反転アンプＡ11の入力端子と出力端子を接続したときのリセット電圧をＶatとする。
Ｖc12(pc）＝Ｖcp ・・・・・・・・・・・（１）
ＶＡ11(pc)＝Ｖat ・・・・・・・・・・・（２）

このとき、クランプ容量Ｃ11は反転アンプＡ11のリセット電圧Ｖatを基準に、リセット状態の垂直信号線８の出力電圧Ｖoff を保持し、帰還容量Ｃ12は反転アンプＡ11のリセット電圧Ｖatを基準に、クランプ電圧Ｖcpを保持する。その後、反転アンプリセット制御信号φＣＬ11＝ＬとしてリセットスイッチＳＷ11をオフさせ、反転アンプＡ11の入力端子と出力端子を切り離す。同時に、プリチャージ制御信号φＣＬ12＝Ｌとしてプリチャージ用スイッチＳＷ12をオフさせ、帰還容量Ｃ12とクランプ電圧Ｖcpを切り離す。

引き続き、帰還容量接続制御信号φＳＨ11＝Ｈとして帰還容量接続スイッチＳＷ13をオンさせ、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を接続する。このとき、反転アンプＡ11は帰還容量Ｃ12を介して帰還ループが形成され、反転アンプＡ11の入力端子はＶatのままとなり、反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11は帰還容量Ｃ12に蓄積された電圧となる。この状態をリセット状態とすると、リセット状態での反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11(rst）は次式（３）となる。
ＶＡ11(rst）＝Ｖat＋（Ｖcp−Ｖat）＝Ｖcp ・・・・・・・・・・・・（３）

次に、画素セル１から信号レベルが出力される。まず、行選択制御信号φＳＥＬ１＝Ｈを継続し、１行目の画素行と垂直信号線８を接続させたままで、転送制御信号φＴＸ１＝Ｈとして転送トランジスタＭ１をオンとしフォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷を読み出した後、転送制御信号φＴＸ１＝Ｌとして転送トランジスタＭ１をオフとする。これにより、画素の信号レベルが増幅トランジスタＭ３及び行選択トランジスタＭ４を介して垂直信号線８に出力される。なお、リセット状態から信号レベル状態への垂直信号線８の出力電圧の変化分を（−Ｖsig ）とすると、信号レベル状態の垂直信号線８の出力電圧は、（Ｖoff −Ｖsig ）となる。

このときの列アンプ部５の動作を、左端の列アンプを例に説明する。垂直信号線８が（−Ｖsig ）分変化するとき、反転アンプＡ11とクランプ容量Ｃ11と帰還容量Ｃ12は増幅率（−Ｃ11／Ｃ12）のアンプとして動作するため、信号レベル状態の反転アンプの出力電圧ＶＡ11(sig）は次式（４）となる。
ＶＡ11(sig）＝Ｖcp＋（−Ｃ11／Ｃ12）×（−Ｖsig ）
＝Ｖcp＋（Ｃ11／Ｃ12）×（Ｖsig ） ・・・・・・・・・・・（４）

その後、サンプルホールド制御信号φＳＨ10＝ＬとしてサンプルホールドスイッチＳＷ10をオフさせ、クランプ容量Ｃ11と反転アンプＡ11の入力端子とを切り離すことで、画素からの信号読み出し期間を終了する。ここで、黒レベル制御部10の出力電圧であるクランプ電圧Ｖcpを調整することにより、最適な黒レベルに設定することができる。更に、帰還容量Ｃ12の値を可変素子容量とし増幅率を可変にすると、画素信号レベルが小さい場合でも十分な信号振幅が得られ、良好なＳＮを確保することができる。

次に、列アンプ部５から水平信号線９-1〜９-nへの信号読み出しは、水平走査部７からの水平選択信号φＨ１，φＨ２，・・・によって選択された水平選択スイッチＳＷ21を介して、順次各列からの読み出しが行われる。このとき、反転アンプバイアス制御信号φＰ１〜φＰｎを順次Ｈ状態として、各列の反転アンプＡ11を順次オンすることで反転アンプＡ11の出力自体で、水平信号線９-1〜９-nを駆動している。
特開２００５−１４３０７８号公報

しかしながら、図12に示す従来提案されている列アンプでの黒レベル補正可能な固体撮像装置では、長時間露光時など暗電流成分が信号成分に対して無視できない状態のとき、列アンプの入力成分に入射光量に依存しない暗電流成分が混入しているため、列アンプのゲイン設定に制限がかかる。つまり、列アンプの出力ダイナミックレンジを確保するには、暗電流成分が混入した入力信号に対して、ゲイン設定を決める必要があり、信号成分のみを効果的に増幅するのが困難である。

以上のように、従来提案されている列アンプでの黒レベル補正可能な固体撮像装置では、長時間露光時の列アンプのゲイン設定に対して十分な考慮がなされていない。本発明は、従来の列アンプでの黒レベル補正可能な固体撮像装置における上記問題点を解消するためになされたもので、暗電流の影響を抑えて列アンプで効果的に信号成分を増幅することができる増幅型ＭＯＳ型センサを用いた固体撮像装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、光電変換部、前記光電変換部の出力を蓄積する蓄積部、前記蓄積部に蓄積された前記光電変換部の出力を増幅して画素信号を出力する増幅部、及び前記蓄積部をリセットするリセット部を含んだ画素を行方向及び列方向に二次元的に配置した画素部と、前記画素部の読み出し行を選択する垂直走査部と、前記画素部の列に対応して設けられ、列方向に並ぶ画素の画素信号が出力される垂直信号線と、前記垂直信号線を介して入力される画素信号に含まれる前記画素の暗電流成分を抑圧し、抑圧後の前記画素信号を増幅する列アンプ部と、前記列アンプ部により増幅された前記画素信号を選択し水平信号線に出力する水平走査部と、前記水平信号線からの前記画素信号に基づき、前記暗電流成分を抑圧するための信号を生成し前記列アンプ部に印加する暗電流補正信号生成部とを備えて固体撮像装置を構成するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記列アンプ部は、入力端と出力端を有し、前記入力端から入力された前記リセット時の前記画素信号の第１のレベルを基準にし、前記蓄積部に蓄積された前記光電変換部の出力に対応する前記画素信号の第２のレベルとの差信号に応じた出力を増幅し前記出力端より出力するアンプユニットと、前記垂直信号線と前記アンプユニットとの間に直列に配置され、前記差信号生成後、前記入力端に、前記暗電流成分を抑圧するための信号を印加する抑圧信号印加ユニットとを有することを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記列アンプ部は、入力端と出力端を有し、前記入力端から入力された前記リセット時の前記画素信号の第１のレベルを基準にし、前記蓄積部に蓄積された前記光電変換部の出力に対応する前記画素信号の第２のレベルとの差信号に応じた出力を増幅し前記出力端より出力するアンプユニットと、前記差信号に応じた出力の増幅時に、前記入力端近傍の前記アンプユニット内部に、前記暗電流成分を抑圧するための信号を印加する抑圧信号印加ユニットとを有することを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る固体撮像装置において、前記水平信号線から出力される前記画素信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部を更に有し、前記暗電流補正信号生成部は、前記デジタル信号に基づき前記暗電流成分を抑圧するための信号を生成することを特徴とするものである。

請求項１に係る発明によれば、水平信号線からの画素信号に基づき、暗電流成分を抑圧するための信号を生成し、この信号を用いて、垂直信号線を介して入力される画素信号に含まれる画素の暗電流成分を抑圧し、抑圧後の画素信号が増幅されるので、信号成分のみを効果的に増幅することができる。請求項２に係る発明によれば、更に、簡単な回路追加で上記処理動作に対応できる。請求項３に係る発明によれば、更に、簡単な回路追加で上記処理動作に対応でき、且つ、暗電流成分を抑圧するための追加の処理時間も不要である。請求項４に係る発明によれば、更に、暗電流レベルをデジタル信号で取得できるので、複雑な計算も容易に行える。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

（実施例１）
まず、本発明に係る固体撮像装置の実施例１について図面を参照しながら説明する。図１は、実施例１に係る増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置の構成を示すブロック図であり、図12に示した従来例との違いは、列アンプ駆動部４と列アンプ部５と黒レベル制御部10に換えて、列回路制御部23と暗電流抑圧機能付きアンプ部21と暗電流補正信号生成部22とを備えた点である。図１に示した実施例１では、予め暗電流レベルを暗電流補正信号生成部22で検出し、暗電流レベルを抑圧するような信号を暗電流抑圧機能付きアンプ部21に印加し、信号成分のみを列アンプで増幅するようにしている。

図２は、図１に示した実施例１における画素部２と列回路制御部23と暗電流抑圧機能付きアンプ部21と暗電流補正信号生成部22の動作を説明するための回路図である。図12に示した従来例と同じ構成要素については、同一の符号を付して示している。図１及び図２に示すように、この実施例に係る固体撮像装置は、画素セル１が行方向及び列方向に、図２に示した図示例では４行×４列配置した画素部２と、画素部２の読み出し行を選択する垂直走査部３と、画素部２から列単位で画素信号を出力する垂直信号線８と、垂直信号線８と接続し画素信号を増幅する暗電流抑圧機能付きアンプ部21と、暗電流抑圧機能付きアンプ部21の動作を制御する列回路制御部23と、暗電流抑圧機能付きアンプ部21において増幅された信号を出力するための水平選択部６と、水平選択部６の読み出し列を選択する水平走査部７と、水平信号線９と、水平信号線９の黒レベル信号から暗電流抑圧機能付きアンプ部21に印加する電圧を制御する暗電流補正信号生成部22とから構成される。

垂直走査回路３は、画素セル１の転送トランジスタＭ１の動作を制御する転送制御信号φＴＸ１〜φＴＸ４と、リセットトランジスタＭ２の動作を制御するリセット制御信号φＲＳ１〜φＲＳ４と、行選択トランジスタＭ４の動作を制御する行選択制御信号φＳＥＬ１〜φＳＥＬ４とを出力する。

暗電流抑圧機能付きアンプ部21は、単位列毎に画素信号のリセット成分を保持する暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と、リセット成分と信号成分の差電圧をサンプリングする暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32と、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を接続する暗電流抑圧用サンプルスイッチＳＷ31と、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31及び暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を基準電圧ＶＲＥＦ31にリセットするための基準電圧用リセットスイッチＳＷ32と、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31及び暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬにリセットするための暗電流抑圧用リセットスイッチＳＷ33と、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32の電圧を低インピーダンスで出力するフォロアアンプＡ31と、反転アンプＡ11と、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32の信号レベルを保持するクランプ容量Ｃ11と、フォロアアンプＡ31の出力信号の変化分を増幅するための帰還容量Ｃ12と、帰還容量Ｃ12に基準電圧ＶＲＥＦ11を印加するためのプリチャージ用スイッチＳＷ12と、クランプ容量Ｃ11をリセットするための反転アンプ用リセットスイッチＳＷ11と、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を接続する帰還容量接続スイッチＳＷ13とから成る。

なお、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32と、暗電流抑圧用サンプルスイッチＳＷ31と、基準電圧用リセットスイッチＳＷ32と、暗電流抑圧用リセットスイッチＳＷ33と、フォロアアンプＡ31とで、抑圧信号印加ユニット21ａを構成し、また反転アンプＡ11と、クランプ容量Ｃ11と、帰還容量Ｃ12と、プリチャージ用スイッチＳＷ12と、反転アンプ用リセットスイッチＳＷ11と、帰還容量接続スイッチＳＷ13とで、アンプユニット21ｂを構成している。

列回路制御部23は、暗電流抑圧用サンプルスイッチＳＷ31の動作を制御する暗電流抑圧用サンプル制御信号φＳＨ31と、基準電圧用リセットスイッチＳＷ32の動作を制御する基準電圧用リセット制御信号φＣＬ31と、暗電流抑圧用リセットスイッチＳＷ33の動作を制御する暗電流抑圧用リセット制御信号φＣＬ32と、反転アンプ用リセットスイッチＳＷ11の動作を制御する反転アンプリセット制御信号φＣＬ11と、プリチャージスイッチＳＷ12の動作を制御するプリチャージ制御信号φＣＬ12と、帰還容量接続スイッチＳＷ13の動作を制御する帰還容量接続制御信号φＳＨ11とを出力する。

図３〜図５は、上記構成の実施例１において、暗電流成分が多い場合の駆動タイミングの概略を示す図である。ここでは、垂直走査部３により上から１行目のＯＢ画素行２ａ及び２行目の有効画素行２ｂが選択された場合を示している。初めに、ＯＢ画素行２ａを選択したときの動作を説明するための駆動タイミングを図３に示し、その動作について説明する。まず、画素セル１からリセットレベルが出力される。すなわち、行選択制御信号φＳＥＬ１＝Ｈとすることで行選択トランジスタＭ４をオンとして１行目の画素行と垂直信号線８を接続させ、リセット制御信号φＲＳ１＝ＨとしてリセットトランジスタＭ２をオンした後、リセット制御信号φＲＳ１＝ＬとしてリセットトランジスタＭ２をオフとする。これにより、画素のリセットレベルを垂直信号線８に出力する。なお、画素がリセット状態での垂直信号線８の出力電圧（Ｖ８）をＶoff とする。

このときの暗電流抑圧機能付きアンプ部21の動作を、左端の列回路を例として説明する。まず、暗電流抑圧用サンプル制御信号φＳＨ31＝Ｈとして暗電流抑圧用サンプルスイッチＳＷ31をオンすることで、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を接続する。同時に、基準電圧用リセット制御信号φＣＬ31＝Ｈとして基準電圧用リセットスイッチＳＷ32をオンすることで、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を基準電圧ＶＲＥＦ31に接続し、その後、基準電圧用リセット制御信号φＣＬ31＝Ｌとして基準電圧用リセットスイッチＳＷ32をオフすることで、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を基準電圧ＶＲＥＦ31から切り離し、高インピーダンス状態とする。このとき、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32は基準電圧ＶＲＥＦ31を保持している。

次に、画素セル１から暗電流レベルが出力される。まず、行選択制御信号φＳＥＬ１＝Ｈを継続し１行目の画素行と垂直信号線８を接続させたままで、転送制御信号φＴＸ１＝Ｈとして転送トランジスタＭ１をオンとし、フォトダイオードＰＤに蓄積された暗電流成分を読み出した後、転送制御信号φＴＸ１＝Ｌとして転送トランジスタＭ１をオフとする。これにより、画素の暗電流レベルが垂直信号線８に出力される。なお、リセット状態から暗電流レベル状態への垂直信号線８の出力電圧の変化分を（−Ｖdk）とすると、信号レベル状態の垂直信号線８の出力電圧は（Ｖoff −Ｖdk）となる。

このときの暗電流抑圧機能付きアンプ部21の動作を、左端の列回路を例として説明する。暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32の接続点は高インピーダンスとなっているため、垂直信号線８の出力電圧変化量（−Ｖdk）が、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32に容量分割されて暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32に保持される。このときの、暗電流レベルが出力されているときに暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32に保持される電圧Ｖc32(dk）及びフォロアアンプＡ31の出力電圧ＶＡ31は、次式（５）となる。
Ｖc32(dk）＝ＶＡ31＝ＶＲＥＦ31−｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖdk ・・・（５）

この状態において、反転アンプリセット制御信号φＣＬ11＝ＨとしてリセットスイッチＳＷ11をオンさせ、反転アンプＡ11の入力端子と出力端子を接続する。更に、プリチャージ制御信号φＣＬ12＝ＨとしてプリチャージスイッチＳＷ12をオンさせ、帰還容量Ｃ12と基準電圧ＶＲＥＦ11を接続する。加えて、帰還容量接続制御信号φＳＨ11＝Ｌとして帰還容量接続スイッチＳＷ13をオフさせ、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を切り離す。

このとき、クランプ容量Ｃ11は、反転アンプＡ11のリセット電圧Ｖatを基準に、暗電流レベルの暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32に保持される電圧Ｖc32(Vdk)＝ＶＲＥＦ31−｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖdkを保持し、帰還容量Ｃ12は反転アンプＡ11のリセット電圧Ｖatを基準に、基準電圧ＶＲＥＦ11を保持する。その後、反転アンプ用リセット制御信号φＣＬ11＝ＬとしてリセットスイッチＳＷ11をオフさせ、反転アンプＡ11の入力端子と出力端子を切り離す。同時に、プリチャージ制御信号φＣＬ12＝Ｌとしてプリチャージ用スイッチＳＷ12をオフさせ、帰還容量Ｃ12と基準電圧ＶＲＥＦ11を切り離す。

引き続き、帰還容量接続制御信号φＳＨ11＝Ｈとして帰還容量接続スイッチＳＷ13をオンさせ、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を接続する。このとき、反転アンプＡ11には帰還容量Ｃ12を介して帰還ループが形成され、反転アンプＡ11の入力端子はＶatのままとなり、反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11は帰還容量Ｃ12に蓄積された電圧となる。この状態をリセット状態とすると、リセット状態での反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11(rst−OB) は次式（６）となる。
ＶＡ11(rst−OB) ＝Ｖat＋（ＶＲＥＦ11−Ｖat）＝ＶＲＥＦ11 ・・・・・・（６）

更に、基準電圧用リセット制御信号φＣＬ31＝Ｈとして基準電圧用リセットスイッチＳＷ32をオンすることで、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を基準電圧ＶＲＥＦ31に再接続し、その後、基準電圧用リセット制御信号φＣＬ31＝Ｌとして基準電圧用リセットスイッチＳＷ32をオフすることで、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を基準電圧ＶＲＥＦ31から切り離し、高インピーダンス状態とする。このとき、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32は基準電圧ＶＲＥＦ31を保持している。これにより、フォロアアンプＡ31の出力電圧ＶＡ31の出力変化ΔＶＡ31は、次式（７）となる。
ΔＶＡ31＝ＶＲＥＦ31−〔ＶＲＥＦ31−｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖdk〕
＝｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖdk ・・・・・・・・・・・・（７）

同時に、反転アンプＡ11とクランプ容量Ｃ11と帰還容量Ｃ12は増幅率（−Ｃ11／Ｃ12）のアンプとして動作するため、暗電流レベルの反転アンプの出力電圧ＶＡ11(sig−OB）は、次式（８）となる。
ＶＡ11(sig−OB）＝ＶＲＥＦ11＋（−Ｃ11／Ｃ12）×｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖdk ・・・・・・・・（８）

次に、暗電流抑圧機能付きアンプ部21から水平信号線９への信号読み出しは、水平走査部７から出力される水平選択信号φＨ１，φＨ２，・・・によって選択された水平選択スイッチＳＷ21を介して、ＯＢ画素行２ａの暗電流レベルが順次各列から読み出される。ここで、暗電流補正信号生成部22では、暗電流レベルに応じて暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬを、次式（９）に示す値に設定する。
ＶＣＴＬ＝ＶＲＥＦ31−｛（Ｃ31）／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖdk ・・・・・・（９）

次に、その後の有効画素行２ｂを選択したときの動作を説明するための駆動タイミングを図４に示す。有効画素行２ｂの画素セル１からリセットレベルが出力されるときの動作は、行選択制御信号φＳＥＬ２とリセット制御信号φＲＳ２を制御する以外は、ＯＢ画素行２ａの動作と同じなので、その説明を省略する。また、暗電流抑圧機能付きアンプ部21の動作もＯＢ画素行２ａの動作と同じなので、その説明を省略する。

次に、有効画素行２ｂの画素セル１から信号レベルと暗電流レベルが出力される。まず、２行目の画素行と垂直信号線８を接続させたままで、転送制御信号φＴＸ２＝Ｈとして転送トランジスタＭ１をオンとし、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号成分と暗電流成分を読み出した後、転送制御信号φＴＸ２＝Ｌとして転送トランジスタＭ１をオフとする。これにより、有効画素行２ｂの画素セル１の信号レベルと暗電流レベルが垂直信号線８に出力される。なお、リセット状態から信号レベルと暗電流レベル状態への垂直信号線８の出力電圧の変化分を、−（Ｖsig ＋Ｖdk）とすると、信号レベル状態の垂直信号線８の出力電圧は、Ｖoff −（Ｖsig ＋Ｖdk）となる。

このときの暗電流抑圧機能付きアンプ部21の動作を、左端の列回路を例として説明する。まず、暗電流抑圧用サンプル制御信号φＳＨ31＝Ｈとして暗電流抑圧用サンプルスイッチＳＷ31をオンして、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32の接続を継続する。ここで、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32の接続点は高インピーダンスとなっているため、垂直信号線８の出力電圧変化量〔−（Ｖsig ＋Ｖdk）〕が、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32に容量分割されて暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32に保持される。このときの、信号レベルと暗電流レベルが出力されているときに暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32に保持される電圧Ｖc32(sig)及びフォロアアンプＡ31の出力電圧ＶＡ31(sig）は、次式（10）となる。
Ｖc32(sig)＝ＶＡ31(sig) ＝ＶＲＥＦ31−｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×（Ｖsig ＋Ｖdk） ・・・・・・・・（10）

この状態において、反転アンプリセット制御信号φＣＬ11＝Ｈとして反転アンプ用リセットスイッチＳＷ11をオンさせ、反転アンプＡ11の入力端子と出力端子を接続する。更に、プリチャージ制御信号φＣＬ12＝Ｈとしてプリチャージ用スイッチＳＷ12をオンさせ帰還容量Ｃ12と基準電圧ＶＲＥＦ11を接続する。加えて、帰還容量接続制御信号φＳＨ11＝Ｌとして帰還容量接続スイッチＳＷ13をオフさせ、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を切り離す。

このとき、クランプ容量Ｃ11は反転アンプＡ11のリセット電圧Ｖatを基準に、信号レベルと暗電流レベルの暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32に保持される電圧Ｖc32(sig)＝ＶＲＥＦ31−｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×（Ｖsig ＋Ｖdk）を保持し、帰還容量Ｃ12は反転アンプＡ11のリセット電圧Ｖatを基準に、基準電圧ＶＲＥＦ11を保持する。その後、反転アンプリセット制御信号φＣＬ11＝ＬとしてリセットスイッチＳＷ11をオフさせ、反転アンプＡ11の入力端子と出力端子を切り離す。同時に、プリチャージ制御信号φＣＬ12＝Ｌとしてプリチャージ用スイッチＳＷ12をオフさせ、帰還容量Ｃ12と基準電圧ＶＲＥＦ11を切り離す。

引き続き、帰還容量接続制御信号φＳＨ11＝Ｈとして帰還容量接続スイッチＳＷ13をオンさせ、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を接続する。このとき、反転アンプＡ11には帰還容量Ｃ12を介して帰還ループが形成され、反転アンプＡ11の入力端子はＶatのままとなり、反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11は帰還容量Ｃ12に蓄積された電圧となる。この状態をリセット状態とすると、リセット状態での反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11(rst−sig)は次式（11）となる。
ＶＡ11(rst−sig)＝Ｖat＋（ＶＲＥＦ11−Ｖat）＝ＶＲＥＦ11 ・・・・・（11）

続いて、暗電流抑圧用リセット制御信号φＣＬ32＝Ｈとして暗電流抑圧用リセットスイッチＳＷ33をオンすることで、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬに接続し、その後、暗電流抑圧用リセット制御信号φＣＬ32＝Ｌとして暗電流抑圧用リセットスイッチＳＷ33をオフすることで、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬから切り離し、高インピーダンス状態とする。このとき、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32は暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬを保持している。

これにより、フォロアアンプＡ31の出力電圧ＶＡ31の出力変化ΔＶＡ31は、次式（12）となる。
ΔＶＡ31＝ＶＣＴＬ−〔ＶＲＥＦ31−｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×（Ｖsig ＋Ｖdk）〕 ・・・・・・・・（12）
ここで（９）式を代入して整理すると、次式（13）のようになる。
ΔＶＡ31＝｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖsig ・・・・・・・・・・・・（13）

同時に、反転アンプＡ11とクランプ容量Ｃ11と帰還容量Ｃ12は、増幅率（−Ｃ11／Ｃ12）のアンプとして動作するため、信号レベルと暗電流レベルの反転アンプの出力電圧ＶＡ11(sig）は次式（14）となる。
ＶＡ11(sig) ＝ＶＲＥＦ11＋（−Ｃ11／Ｃ12）×｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖsig
・・・・・・・・（14）
(14)式より、信号成分のみを増幅することができることがわかる。

次に、列アンプ部５から水平信号線９への信号読み出しは、水平走査部７から出力される水平選択信号φＨ１，φＨ２，・・・によって選択された水平選択スイッチＳＷ21を介して、有効画素行２ｂの信号レベルが順次各列から読み出される。

以上のように、本実施例によれば、予め暗電流レベルを暗電流補正信号生成部22で検出し、暗電流レベルを抑圧するような信号を暗電流抑圧機能付きアンプ部21に印加することで、長時間露光時でも、アンプ部21において信号成分のみを効果的に増幅することができる。なお、本実施例は、各種の変形が可能である。例えば、暗電流補正信号生成部22の暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬを次式（15）に示す値に設定し、図５に示すような駆動タイミングで動作させることもできる。
ＶＣＴＬ＝ＶＲＥＦ31＋｛（Ｃ31）／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖdk ・・・・・（15）

図５に示す駆動タイミングでは、有効画素行２ｂの画素セル１からリセットレベルが出力されるときの動作は、図４に示した動作と同じである。また、暗電流抑圧機能付きアンプ部21の動作は、暗電流抑圧用リセット制御信号φＣＬ32＝Ｈとして暗電流抑圧用リセットスイッチＳＷ33をオンすることで、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬに接続する。暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32は予め基準電圧ＶＲＥＦ31に対して、暗電流レベルに相当した分｛（Ｃ31）／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖdkだけ高い電位となる。

その後、有効画素行２ｂの画素セル１から信号レベルと暗電流レベルが出力され、垂直信号線８の出力電圧の変化分を〔−（Ｖsig ＋Ｖdk）〕とすると、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32に保持される電圧Ｖc32(sig)及びフォロアアンプＡ31の出力電圧ＶＡ31(sig）は、次式（16）となる。
Ｖc32(sig)＝ＶＡ31(sig) ＝ＶＣＴＬ−｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×（Ｖsig ＋Ｖdk） ・・・・・・・・（16）

その状態において、反転アンプリセット制御信号φＣＬ11＝ＨとしてリセットスイッチＳＷ11をオンさせ、反転アンプＡ11の入力端子と出力端子を接続する。更に、プリチャージ制御信号φＣＬ12＝Ｈとしてプリチャージ用スイッチＳＷ12をオンさせ、帰還容量Ｃ12と基準電圧ＶＲＥＦ11を接続する。加えて、帰還容量接続制御信号φＳＨ11＝Ｌとして帰還容量接続スイッチＳＷ13をオフさせ、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を切り離す。

このとき、クランプ容量Ｃ11は反転アンプＡ11のリセット電圧Ｖatを基準に、信号レベルと暗電流レベルの暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32に保持される電圧Ｖc32(sig)＝ＶＣＴＬ−｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×（Ｖsig ＋Ｖdk）を保持し、帰還容量Ｃ12は反転アンプＡ11のリセット電圧Ｖatを基準に、基準電圧ＶＲＥＦ11を保持する。その後、反転アンプ用リセット制御信号φＣＬ11＝Ｌとして反転アンプ用リセットスイッチＳＷ11をオフさせ、反転アンプＡ11の反転入力端子と出力端子を切り離す。同時に、プリチャージ制御信号φＣＬ12＝Ｌとしてプリチャージ用スイッチＳＷ12をオフさせ、帰還容量Ｃ12と基準電圧ＶＲＥＦ11を切り離す。

引き続き、帰還容量接続制御信号φＳＨ11＝Ｈとして帰還容量接続スイッチＳＷ13をオンさせ、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を接続する。このとき、反転アンプＡ11には帰還容量Ｃ12を介して帰還ループが形成され、反転アンプＡ11の入力端子はＶatのままとなり、反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11は帰還容量Ｃ12に蓄積された電圧となる。この状態をリセット状態とすると、リセット状態での反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11(rst−sig)は、次式（17）となる。
ＶＡ11(rst−sig)＝Ｖat＋（ＶＲＥＦ11−Ｖat）＝ＶＲＥＦ11 ・・・・・（17）

次いで、基準電圧用リセット制御信号φＣＬ31＝Ｈとして基準電圧用リセットスイッチＳＷ32をオンすることで、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を基準電圧ＶＲＥＦ31に接続し、その後、基準電圧用リセット制御信号φＣＬ31＝Ｌとして基準電圧用リセットスイッチＳＷ32をオフすることで、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32を基準電圧ＶＲＥＦ31から切り離し、高インピーダンス状態とする。このとき、暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32は基準電圧ＶＲＥＦ31を保持している。

これにより、フォロアアンプＡ31の出力電圧ＶＡ31の出力変化ΔＶＡ31は、次式（18）となる。
ΔＶＡ31＝ＶＲＥＦ31−〔ＶＣＴＬ−｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×（Ｖsig ＋Ｖdk）〕 ・・・・・・・・（18）
ここで（15）式を代入して整理すると、次式（19）のようになる。
ΔＶＡ31＝｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖsig ・・・・・・・・・・・・（19）

同時に、反転アンプＡ11とクランプ容量Ｃ11と帰還容量Ｃ12は、増幅率（−Ｃ11／Ｃ12）のアンプとして動作するため、信号レベル及び暗電流レベルの反転アンプの出力電圧ＶＡ11(sig）は、次式（20）となる。
ＶＡ11(sig) ＝ＶＲＥＦ11＋（−Ｃ11／Ｃ12）×｛Ｃ31／（Ｃ31＋Ｃ32）｝×Ｖsig
・・・・・・・・（20）
（20）式より、信号成分のみを増幅することができることがわかる。

また、図６の駆動タイミングに示すように、図５に示す駆動タイミングにおいて暗電流成分を抑圧するために行う、基準電圧用リセットスイッチＳＷ32と暗電流抑圧用リセットスイッチＳＷ33の切り替え動作の代わりに、暗電流補正信号生成部22において暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬと基準電圧ＶＲＥＦ31とを生成するようにし、暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬと基準電圧ＶＲＥＦ31が、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ31と暗電流抑圧用サンプル容量Ｃ32との接続点に印加されるタイミングに対応して出力を切り替え、暗電流抑圧用リセット制御信号φＣＬ32をそのタイミングに合わせてパルス状として印加しても、同様の効果が得られる。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。図７は、実施例２に係る増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置における暗電流抑圧機能付きアンプ部の構成を示す図で、実施例１における暗電流抑圧機能付きアンプ部21に対して、引き算回路を利用したものである。なお、その他の構成は図１及び図２に示した実施例１と同様である。すなわち、この実施例２に係る暗電流抑圧機能付きアンプ部21は、単位列毎に反転アンプＡ11と、画素信号のリセット成分を保持するクランプ容量Ｃ11と、画素信号を増幅するための帰還容量Ｃ12と、クランプ容量Ｃ11と反転アンプＡ11の入力端子を接続するサンプルホールドスイッチＳＷ10と、帰還容量Ｃ12に基準電圧ＶＲＥＦ11を印加するためのプリチャージ用スイッチＳＷ12と、クランプ容量Ｃ11をリセットするための反転アンプ用リセットスイッチＳＷ11と、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を接続する帰還容量接続スイッチＳＷ13と、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ41を基準電圧ＶＲＥＦ31に接続する基準電圧用リセットスイッチＳＷ41と、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ41と暗電流補正電圧ＶＣＴＬを接続する暗電流抑圧用リセットスイッチＳＷ42とから成る。

列回路制御部23は、サンプルホールドスイッチＳＷ10の動作を制御するサンプルホールド制御信号φＳＨ10と、反転アンプ用リセットスイッチＳＷ11の動作を制御する反転アンプリセット制御信号φＣＬ11と、プリチャージ用スイッチＳＷ12の動作を制御するプリチャージ制御信号φＣＬ12と、帰還容量接続スイッチＳＷ13の動作を制御する帰還容量接続制御信号φＳＨ11と、基準電圧用リセットスイッチＳＷ41の動作を制御する基準電圧用リセット制御信号φＣＬ41と、暗電流抑圧用リセットスイッチＳＷ42の動作を制御する暗電流抑圧用リセット制御信号φＣＬ42とを出力する。

図８〜図10は、暗電流成分が多い場合の駆動タイミングの概略を示す図である。ここでは、垂直走査部３により上から１行目のＯＢ画素行２ａ及び２行目の有効画素行２ｂが選択された場合を示している。初めに、ＯＢ画素行２ａを選択したときの動作を図８に示す。まず、画素セル１からリセットレベルが出力される。すなわち、行選択制御信号φＳＥＬ１＝Ｈとすることで行選択トランジスタＭ４をオンとし１行目の画素行と垂直信号線８を接続させ、リセット制御信号φＲＳ１＝ＨとしてリセットトランジスタＭ２をオンした後、リセット制御信号φＲＳ１＝ＬとしてリセットトランジスタＭ２をオフとする。これにより、ＯＢ画素行２ａの画素セル１のリセットレベルを垂直信号線８に出力する。なお、画素セル１がリセット状態での垂直信号線８の出力電圧（Ｖ８）をＶoff とする。

このときの暗電流抑圧機能付きアンプ部21の動作を、左端の列回路を例として説明する。まず、サンプルホールド制御信号φＳＨ10＝ＨとしてサンプルホールドスイッチＳＷ10をオンさせ、クランプ容量Ｃ11と反転アンプＡ11の入力端子とを接続する。加えて、反転アンプ用リセット制御信号φＣＬ11＝ＨとしてリセットスイッチＳＷ11をオンさせ、反転アンプＡ11の反転入力端子と出力端子を接続する。更に、プリチャージ制御信号φＣＬ12＝Ｈとしてプリチャージ用スイッチＳＷ12をオンさせ、帰還容量Ｃ12と基準電圧ＶＲＥＦ11を接続する。同時に、基準電圧用リセット制御信号φＣＬ41＝Ｈ（固定）として基準電圧用リセットスイッチＳＷ41をオンし、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ41と基準電圧ＶＲＥＦ31を接続する。

このとき、クランプ容量Ｃ11は反転アンプＡ11のリセット電圧Ｖatを基準に、リセット状態の垂直信号線８の出力電圧Ｖoff を保持し、帰還容量Ｃ12は反転アンプＡ11のリセット電圧Ｖatを基準に、基準電圧ＶＲＥＦ11を保持する。その後、反転アンプ用リセット制御信号φＣＬ11＝ＬとしてリセットスイッチＳＷ11をオフさせ、反転アンプＡ11の反転入力端子と出力端子を切り離す。同時に、プリチャージ制御信号φＣＬ12＝Ｌとしてプリチャージ用スイッチＳＷ12をオフさせ、帰還容量Ｃ12と基準電圧ＶＲＥＦ11を切り離す。

引き続き、帰還容量接続制御信号φＳＨ11＝Ｈとして帰還容量接続スイッチＳＷ13をオンさせ、帰還容量Ｃ12と反転アンプＡ11の出力端子を接続する。このとき、反転アンプＡ11には帰還容量Ｃ12を介して帰還ループが形成され、反転アンプＡ11の入力端子はＶatのままとなり、反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11は帰還容量Ｃ12に蓄積された電圧となる。この状態をリセット状態とすると、リセット状態での反転アンプＡ11の出力電圧ＶＡ11(rst）は、次式（21）となる。
ＶＡ11(rst) ＝Ｖat＋（ＶＲＥＦ11−Ｖat）＝ＶＲＥＦ11 ・・・・・・・（21）

次に、ＯＢ画素行２ａの画素セル１から暗電流レベルが出力される。まず、行選択制御信号φＳＥＬ１＝Ｈとすることで行選択トランジスタＭ４をオンとし、１行目の画素行と垂直信号線８を接続させたままで、転送制御信号φＴＸ１＝Ｈとして転送トランジスタＭ１をオンとし、フォトダイオードＰＤに蓄積された暗電流成分を読み出した後、転送制御信号φＴＸ１＝Ｌとして転送トランジスタＭ１をオフとする。これにより、ＯＢ画素行２ａの画素セル１の暗電流レベルが垂直信号線８に出力される。なお、リセット状態から暗電流レベル状態への垂直信号線８の出力電圧の変化分を（−Ｖdk）とすると、信号レベル状態の垂直信号線８の出力電圧は（Ｖoff −Ｖdk）となる。

このときの暗電流抑圧機能付きアンプ部21の動作を、左端の列回路を例として説明する。垂直信号線８が（−Ｖdk）分変化するとき、反転アンプＡ11とクランプ容量Ｃ11と帰還容量Ｃ12は、増幅率（−Ｃ11／Ｃ12）のアンプとして動作するため、信号レベル状態の反転アンプの出力電圧ＶＡ11(dk)は、次式（22）となる。なお、基準電圧用リセット制御信号φＣＬ41＝Ｈのままなので、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ41は出力に対して影響を与えない。
ＶＡ11(dk)＝ＶＲＥＦ11＋（−Ｃ11／Ｃ12）×（−Ｖdk）
＝ＶＲＥＦ11＋（Ｃ11／Ｃ12）×（Ｖdk） ・・・・・・・・・・（22）

次に、暗電流抑圧機能付きアンプ部21から水平信号線９への信号読み出しは、水平走査部７から出力される水平選択信号φＨ１，φＨ２，・・・によって選択された水平選択スイッチＳＷ21を介して、ＯＢ画素行２ａの暗電流レベルが順次各列から読み出される。ここで、暗電流補正信号生成部22では、暗電流レベルに応じて暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬを、次式（23）に示す値に設定する。
ＶＣＴＬ＝ＶＲＥＦ31＋（Ｃ11／Ｃ41）×Ｖdk ・・・・・・・・・・・・（23）

引き続き、有効画素行２ｂを選択したときの動作を説明するための駆動タイミングを図９に示す。有効画素行２ｂの画素セル１からリセットレベルが出力されるときの動作は、行選択制御信号φＳＥＬ２とリセット制御信号φＲＳ２を制御する以外は、ＯＢ画素行２ａの動作と同じなので、その説明を省略する。また、暗電流抑圧機能付きアンプ部21の動作は、基準電圧用リセット制御信号φＣＬ41＝Ｌとし、暗電流抑圧用リセット制御信号φＣＬ42＝Ｈとする以外はＯＢ画素行２ａの動作と同じであるので、その説明を省略する。

その後、有効画素行２ｂの画素セル１から信号レベルと暗電流レベルが出力される。まず、行選択制御信号φＳＥＬ２＝Ｈとすることで行選択トランジスタＭ４をオンとし、２行目の画素行と垂直信号線８を接続させたままで、転送制御信号φＴＸ２＝Ｈとして転送トランジスタＭ１をオンとしてフォトダイオードＰＤに蓄積された信号成分と暗電流成分を読み出した後、転送制御信号φＴＸＨ＝Ｌとして転送トランジスタＭ１をオフとする。これにより、画素の信号レベルと暗電流レベルが垂直信号線８に出力される。なお、リセット状態から信号レベルと暗電流レベルへの垂直信号線８の出力電圧の変化分を、−（Ｖsig ＋Ｖdk）とすると、信号レベルと暗電流レベル状態のの垂直信号線8 の出力電圧は、Ｖoff −（Ｖsig ＋Ｖdk）となる。

このときの暗電流抑圧機能付きアンプ部21の動作を、左端の列回路を例として説明する。垂直信号線８が〔−（Ｖsig ＋Ｖdk）〕分変化するとき、反転アンプＡ11とクランプ容量Ｃ11と帰還容量Ｃ12は、増幅率（−Ｃ11／Ｃ12）のアンプとして動作するため、信号レベル状態の反転アンプの出力電圧ＶＡ11(sig）は次式（24）となる。また、基準電圧用リセット制御信号φＣＬ41＝Ｌとし、暗電流抑圧用リセット制御信号φＣＬ42＝Ｈすることで、暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ41の入力端子電圧の変化分ΔＶc41 ＝ＶＣＴＬ−ＶＲＥＦ31も、増幅率（−Ｃ41／Ｃ12）のアンプとして動作する。
ＶＡ11(sig）＝ＶＲＥＦ11＋（−Ｃ11／Ｃ12）×（−Ｖsig −Ｖdk）
＋（−Ｃ41／Ｃ12）×（ＶＣＴＬ−ＶＲＥＦ31） ・・・・・（24）

ここで（23）式を代入して整理すると、次式（25）のようになる。
ＶＡ11(sig）＝ＶＲＥＦ11＋（−Ｃ11／Ｃ12）×Ｖsig ・・・・・・・・（25）
（25）式より、信号成分のみを増幅することができることがわかる。

次に、暗電流抑圧機能付きアンプ部21から水平信号線９への信号読出しは、水平走査部７から出力される水平選択信号φＨ１，φＨ２，・・・によって選択された水平選択スイッチＳＷ21を介して、順次各列から読み出される。また、図10に示すように、暗電流成分を抑圧するために行う暗電流抑圧用クランプ容量Ｃ41への印加信号を、基準電圧用リセットスイッチＳＷ41と暗電流抑圧用リセットスイッチＳＷ42の切り替えで行う代わりに、暗電流補正信号生成部22において暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬと基準電圧ＶＲＥＦ31とを生成するようにし、暗電流抑圧電圧ＶＣＴＬ，基準電圧ＶＲＥＦ31がクランプ容量Ｃ11のサンプルホールドスイッチＳＷ10側の端子に印加されるタイミングに対応して、出力を切り替えるようにしても同様の効果が得られる。

以上のように、本実施例によれば、予め暗電流レベルを暗電流補正信号生成部22で検出し、暗電流レベルを抑圧するような信号を暗電流抑圧機能付きアンプ部21に印加することで、長時間露光時でも、上記アンプ部において信号成分のみを効果的に増幅することができる。更に、暗電流抑圧機能付きアンプ部21を引き算回路で実現することにより、素子数の増加を抑えることができる。また、暗電流成分を抑圧するための余分な時間も必要としない。

なお、上記実施例における回路構成及び駆動方式の変更は、請求項の範囲を逸脱しない範囲で広く行うことができる。例えば、図11に示すように、暗電流レベルをＡＤＣ（ＡＤ変換器）41でデジタル信号に変換した後、暗電流補正信号生成部22で検出するように構成することもできる。このとき、アナログ信号では困難な複雑な計算も容易に行える。また暗電流検出時と信号読み出し時で異なるアンプゲインとすることもできる。また、単位画素の構成要素及び駆動方法が変わった場合も、垂直走査回路や暗電流抑圧機能付きアンプ部の回路構成や駆動方法を変更することで対応可能である。

本発明に係る固体撮像装置の実施例１の概略構成を示すブロック図である。 図１に示した実施例１における画素部及び暗電流抑圧機能付きアンプ部の詳細な構成を示す回路構成図である。 図２に示した画素部のＯＢ画素行を選択したときの動作を説明するための駆動タイミングを示す図である。 図２に示した画素部の有効画素行を選択したときの動作を説明するための駆動タイミングを示す図である。 図２に示した画素部の有効画素行を選択したときの動作の他の態様を説明するための駆動タイミングを示す図である。 図２に示した画素部の有効画素行を選択したときの動作の更に他の態様を説明するための駆動タイミングを示す図である。 実施例２に係る固体撮像装置における暗電流抑圧機能付きアンプ部の構成を示す回路図である。 実施例２における画素部のＯＢ画素行を選択したときの動作を説明するための駆動タイミングを示す図である。 実施例２における画素部の有効画素行を選択したときの動作を説明するための駆動タイミングを示す図である。 実施例２における画素部の有効画素行を選択したときの動作の他の態様を説明するための駆動タイミングを示す図である。 実施例１及び実施例２の変形例の概略構成を示すブロック図である。 従来の固体撮像装置の構成例を一部ブロックで示す回路構成図である。 図12に示した従来例の動作を説明するための駆動タイミングを示す図である。

符号の説明

１ 画素セル
２ 画素部
２ａ ＯＢ画素行
２ｂ 有効画素行
３ 垂直走査部
６ 水平選択部
７ 水平走査部
８ 垂直信号線
８ａ 電流源
21 暗電流抑圧機能付きアンプ部
21ａ 抑圧信号印加ユニット
21ｂ アンプユニット
22 暗電流補正信号生成部
23 列回路制御部
41 ＡＤＣ

Claims (4)

1. 光電変換部、前記光電変換部の出力を蓄積する蓄積部、前記蓄積部に蓄積された前記光電変換部の出力を増幅して画素信号を出力する増幅部、及び前記蓄積部をリセットするリセット部を含んだ画素を行方向及び列方向に二次元的に配置した画素部と、
   前記画素部の読み出し行を選択する垂直走査部と、
   前記画素部の列に対応して設けられ、列方向に並ぶ画素の画素信号が出力される垂直信号線と、
   前記垂直信号線を介して入力される画素信号に含まれる前記画素の暗電流成分を抑圧し、抑圧後の前記画素信号を増幅する列アンプ部と、
   前記列アンプ部により増幅された前記画素信号を選択し水平信号線に出力する水平走査部と、
   前記水平信号線からの前記画素信号に基づき、前記暗電流成分を抑圧するための信号を生成し前記列アンプ部に印加する暗電流補正信号生成部とを備える固体撮像装置。
2. 前記列アンプ部は、入力端と出力端を有し、前記入力端から入力された前記リセット時の前記画素信号の第１のレベルを基準にし、前記蓄積部に蓄積された前記光電変換部の出力に対応する前記画素信号の第２のレベルとの差信号に応じた出力を増幅し前記出力端より出力するアンプユニットと、前記垂直信号線と前記アンプユニットとの間に直列に配置され、前記差信号生成後、前記入力端に、前記暗電流成分を抑圧するための信号を印加する抑圧信号印加ユニットとを有することを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
3. 前記列アンプ部は、入力端と出力端を有し、前記入力端から入力された前記リセット時の前記画素信号の第１のレベルを基準にし、前記蓄積部に蓄積された前記光電変換部の出力に対応する前記画素信号の第２のレベルとの差信号に応じた出力を増幅し前記出力端より出力するアンプユニットと、前記差信号に応じた出力の増幅時に、前記入力端近傍の前記アンプユニット内部に、前記暗電流成分を抑圧するための信号を印加する抑圧信号印加ユニットとを有することを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
4. 前記水平信号線から出力される前記画素信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部を更に有し、前記暗電流補正信号生成部は、前記デジタル信号に基づき前記暗電流成分を抑圧するための信号を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に係る固体撮像装置。

Images