JP2010141848A - 光電変換装置、撮像システム、及び光電変換装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画素から適正なノイズ信号を出力回路へ転送するための期間を短縮する。
【解決手段】読み出し画素を選択するための選択期間における第１の期間に、読み出し画素において第１のリセット部により第１の電荷電圧変換部がリセットされた後に第１の出力部が信号線へ第１の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力し、駆動補助要素において第２のリセット部により第２の電荷電圧変換部がリセットされた後に第２の出力部が信号線へ第２の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力し、選択期間における第１の期間に続く第２の期間に、第２の出力部が信号線へのノイズ信号の出力を停止するように、複数の画素と駆動補助要素とを駆動し、読み出し画素における第１の出力部が信号線へ出力したノイズ信号を、第２の期間に出力回路へ転送する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光電変換装置、撮像システム、及び光電変換装置の駆動方法に関する。

近年、光電変換装置の中でもとりわけ増幅型の光電変換装置の１種であるＣＭＯＳセンサは、高画質高解像度が実現できる為、デジタルカメラやビデオカメラに広く用いられている。ＣＭＯＳセンサでは、太陽を撮影する場合のように非常に強い光が照射されると、強い光が照射された画素におけるフォトダイオードからフローティングディフュージョン（以下ＦＤとする）へ電荷が漏れることがある。これにより、強い光が照射された画素における増幅トランジスタがＦＤの電圧に応じて信号線へ出力する信号が急激に減衰することにより、その信号に対応した画像信号（図１０に示すΔＶＯＵＴ参照）のレベルが黒階調のレベルへ沈むことがある。この現象は高輝度黒沈み現象と呼ばれている。

それに対して、特許文献１には、特許文献１の図１に示すように、信号線の電位を保持し、保持した電位を画素の増幅トランジスタの閾値電圧に応じた分だけ上昇シフトさせてクリップ部２３０のトランジスタのゲートへ供給することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、ＦＤへの電荷の少量の漏れこみも精度よく検知して信号線の電位のクリップ動作を行なうことが可能となるので、信号線の電位に対応した画素の階調が黒階調へ沈むことを十分に回避できるとされている。
特開２００８−４２６７６号公報

一方、光電変換装置の多画素化に伴い、画素の寸法の微細化も進んでいる。現在では、例えば、画素サイズ２μｍ以下、画素数１０００万画素以上のＣＭＯＳセンサが製品化されている。また、同時に、ＣＭＯＳセンサを用いたカメラに求められる機能も増え、中でも、高速連写機能の需要は高くなっている。そのため、ＣＭＯＳセンサには、画素から信号を読み出すための読み出し期間を短縮することが求められている。

それに対して、光電変換装置の多画素化が進むと、信号線に接続される画素の数も多くなることに伴い信号線が長くなるので、信号線に寄生する容量は大きくなる。加えて、画素の寸法が微細化することに伴い、信号線の配線幅が縮小し信号線に寄生する抵抗が増大する。そのため、トランジスタが信号線の電位を所定の電位まで持ち上げるように駆動する際の時定数が大きくなり、その駆動に要する時間が長くなる。この場合、画素におけるＦＤ（電荷電圧変換部）がリセットされた状態で増幅トランジスタ（出力部）がＦＤの電圧に応じた適正なノイズ信号を信号線へ出力するための時間が長くなる。これにより、画素から適正なノイズ信号をＣＤＳ回路（出力回路）へ転送するための期間も長くなる。

本発明の目的は、画素から適正なノイズ信号を出力回路へ転送するための期間を短縮することにある。

本発明の第１側面に係る光電変換装置は、複数の画素と、駆動補助要素と、前記複数の画素と前記駆動補助要素とが接続された信号線と、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動する駆動部と、前記駆動部により選択された読み出し画素から前記信号線へ出力された信号を処理して、処理した信号を出力する出力回路とを備え、前記複数の画素のそれぞれは、第１の電荷電圧変換部と、前記第１の電荷電圧変換部をリセットする第１のリセット部と、前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する第１の出力部とを含み、前記駆動補助要素は、第２の電荷電圧変換部と、前記第２の電荷電圧変換部をリセットする第２のリセット部と、前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する第２の出力部とを含み、前記駆動部は、前記読み出し画素を選択するための選択期間における第１の期間に、前記読み出し画素において前記第１のリセット部により前記第１の電荷電圧変換部がリセットされた後に前記第１の出力部が前記信号線へ前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力するとともに前記駆動補助要素において前記第２のリセット部により前記第２の電荷電圧変換部がリセットされた後に前記第２の出力部が前記信号線へ前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力し、前記選択期間における前記第１の期間に続く第２の期間に、前記駆動補助要素における前記第２の出力部が前記信号線へのノイズ信号の出力を停止するように、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動し、前記読み出し画素における前記第１の出力部が前記信号線へ出力したノイズ信号は、前記第２の期間に、前記出力回路へ転送されることを特徴とする。

本発明の第２側面に係る撮像システムは、本発明の第１側面に係る光電変換装置と、前記光電変換装置の撮像面へ像を形成する光学系と、前記光電変換装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部とを備えたことを特徴とする。

本発明の第３側面に係る光電変換装置の駆動方法は、複数の画素と、駆動補助要素と、前記複数の画素と前記駆動補助要素とが接続された信号線と、前記複数の画素における信号を読み出すために選択された読み出し画素から前記信号線へ出力された信号を処理して、処理した信号を出力する出力回路とを有する光電変換装置の駆動方法であって、前記複数の画素のそれぞれは、第１の電荷電圧変換部と、前記第１の電荷電圧変換部をリセットする第１のリセット部と、前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する第１の出力部とを含み、前記駆動補助要素は、第２の電荷電圧変換部と、前記第２の電荷電圧変換部をリセットする第２のリセット部と、前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する第２の出力部とを含み、前記駆動方法は、前記読み出し画素において前記第１のリセット部により前記第１の電荷電圧変換部がリセットされた後に前記第１の出力部が前記信号線へ前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力するとともに前記駆動補助要素において前記第２のリセット部により前記第２の電荷電圧変換部がリセットされた後に前記第２の出力部が前記信号線へ前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力するように、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動する第１のステップと、前記駆動補助要素における前記第２の出力部が前記信号線へのノイズ信号の出力を停止するように、前記駆動補助要素を駆動する第２のステップとを備え、前記第２のステップでは、前記読み出し画素における前記第１の出力部が前記信号線へ出力したノイズ信号が、前記出力回路へ転送されることを特徴とする。

本発明によれば、画素から適正なノイズ信号を出力回路へ転送するための期間を短縮することができる。

本明細書において、画素とは、１つの光電変換部及びこの光電変換部から信号線へ信号を読み出すための素子集合の最小単位を指す。隣接する複数の光電変換部について素子を共有することにより素子集合の最小単位を形成することも可能であるが、この場合にも、その素子集合の最小単位を、１つの光電変換部の信号を読み出すための素子集合の最小単位とみなし、画素と定義づける。

まず、画素から適正なノイズ信号を出力回路へ転送するための期間を短縮できない場合について、具体的に説明する。

特許文献１に記載された技術では、読み出し期間に、画素の増幅トランジスタとクリップ部２３０のトランジスタとのいずれかが信号線に接続された定電流源とともにソースフォロワ動作を行うことにより、信号線の電位を所定の電位にしている。この場合、画素の増幅トランジスタとクリップ部２３０のトランジスタとのいずれか１つのトランジスタが信号線の電位を所定の電位まで持ち上げるのに時間がかかる傾向にあり、画素から出力回路へ信号を転送するための期間を短縮することが困難になる。

例えば、光電変換装置の多画素化が進むと、信号線の電位変化は図１０に示すようになる。図１０において、タイミングＴ１〜Ｔ５ｂの期間をリセット期間ＲＰと呼ぶ。タイミングＴ３ａ〜Ｔ５ｂの期間をノイズ読み出し期間ＮＰと呼ぶ。タイミングＴ５ｂ以降の期間を信号読み出し期間ＳＰと呼ぶ。ノイズ読み出し期間ＮＰでは、画素がリセットされた状態で画素からノイズ信号が信号線へ読み出される。信号読み出し期間ＳＰでは、期間Ｔ５ｂ〜Ｔ８において画素における光電変換部からＦＤへ電荷が転送された後、その転送された状態におけるＦＤの電圧に応じた光信号が画素から信号線へ読み出される。

図１０において、ＰＳＥＬ〜ＶＯＵＴの波形は、特許文献１の図２を引用したものであり、ＶＯＵＴ１の波形は、光電変換装置の多画素化が進んだ場合における信号線の電位の変化を示している。図１０では、比較のためにＶＯＵＴ１の実線で示した波形に重ねてＶＯＵＴの波形を破線で示している。

光電変換装置の画素数がそれほど多くなければ、サンプルホールドパルスＳＨＰがアクティブレベルにあるＴ１〜Ｔ３ａの期間において、図１０に破線で示すように、信号線の電位ＶＯＵＴがＦＤの電圧に対応した電位で安定する。一方、光電変換装置の多画素化が進み信号線の寄生容量が増大し、画素の寸法が微細化して信号線の寄生抵抗が増大すると、信号線の電位ＶＯＵＴ１は図１０に実線で示すような変化をし、Ｎ読みクリップレベルがずれる。この場合、高輝度黒沈み現象を十分に抑制できない。

一方、サンプルホールドパルスＳＨＰをアクティブレベルにする期間の終わりをＴ３ａからＴ３ｂに延ばせば、図１０に一点鎖線で示すように、信号線の電位ＶＯＵＴ１がＦＤの電圧に対応した電位で安定する。すなわち、高輝度黒沈み現象を十分に抑制するための信号線の電位のクリップ動作を適切に行うためには、サンプルホールドパルスＳＨＰをアクティブレベルにする期間（リセット期間ＲＰからノイズ読み出し期間ＮＰを除いた期間）を延ばすことが必要となる。これは、画素からの信号を読み出す動作を高速化する妨げとなり、画素から信号を読み出すための期間（リセット期間ＲＰと信号読み出し期間ＳＰとを合わせた期間）を短縮することを困難にする。

次に、本発明の第１実施形態に係る光電変換装置１００を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換装置１００の回路構成を示す図である。

光電変換装置１００は、複数の画素１−１〜１−Ｎ、複数の駆動補助画素２、複数の信号線３、垂直走査回路（駆動部）２０、複数の保持部６、複数のシフト部７、及び複数のスイッチ部８を備える。光電変換装置１００は、複数のクリップ部５、及び複数のＣＤＳ回路（出力回路）９を備える。

複数の画素１−１〜１−Ｎと複数の駆動補助画素２とは、行方向及び列方向に配列され、画素配列ＰＡを形成している。行方向は、画素配列ＰＡにおける行に沿った方向である。列方向は、画素配列ＰＡにおける列に沿った方向である。図１では、説明の簡略化のために、画素配列ＰＡにおける１列分の回路だけを示している。

画素配列ＰＡの各列において、複数の画素１−１〜１−Ｎと駆動補助画素（駆動補助要素）２とは、列方向に隣接して配されている。複数の画素１−１〜１−Ｎ及び駆動補助画素２のそれぞれは、同様の構成をしており、例えば、図２に示す構成をしている。図２は、本発明の第１実施形態における画素又は駆動補助画素の構成を示す図である。

図２に示す画素（１−１〜１−Ｎ又は２）は、光電変換部１０、転送部１１、電荷電圧変換部１５、リセット部１２、出力部１３、及び選択部１４を含む。

光電変換部（各画素の第１の光電変換部、駆動補助画素２の第２の光電変換部）１０は、光に応じた電荷を発生させて蓄積する。光電変換部１０は、例えば、フォトダイオードである。

転送部（各画素の第１の転送部、駆動補助画素２の第２の転送部）１１は、光電変換部１０の電荷を電荷電圧変換部１５へ転送する。転送部１１は、例えば、転送トランジスタであり、垂直走査回路２０からアクティブレベルの転送制御信号ＰＴＸがゲートに供給された際にオンすることにより、光電変換部１０の電荷を電荷電圧変換部１５へ転送する。

電荷電圧変換部（各画素の第１の電荷電圧変換部、駆動補助画素２の第２の電荷電圧変換部）１５は、転送された電荷を電圧に変換する。電荷電圧変換部１５は、例えば、フローティングディフュージョン（浮遊拡散容量）である。

リセット部（各画素の第１のリセット部、駆動補助画素２の第２のリセット部）１２は、電荷電圧変換部１５をリセットする。リセット部１２は、例えば、リセットトランジスタであり、垂直走査回路２０からアクティブレベルのリセット制御信号ＰＲＥＳがゲートに供給された際にオンすることにより、電荷電圧変換部１５をリセットする。

出力部（各画素の第１の出力部、駆動補助画素２の第２の出力部）１３は、電荷電圧変換部１５の電圧に応じた信号を信号線３へ出力する。出力部１３は、例えば、増幅トランジスタであり、信号線３に接続された定電流源４とともにソースフォロワ動作を行うことにより、電荷電圧変換部１５の電圧に応じた信号を信号線３へ出力する。すなわち、出力部１３は、リセット部１２により電荷電圧変換部１５がリセットされた状態で電荷電圧変換部１５の電圧に応じたノイズ信号を信号線３へ出力する。出力部１３は、転送部１１により光電変換部１０の電荷が電荷電圧変換部１５へ転送された状態で電荷電圧変換部１５の電圧に応じた光信号を信号線３へ出力する。

選択部（各画素の第１の選択部、駆動補助画素２の第２の選択部）１４は、画素を選択状態／非選択状態にする。各画素１−１〜１−Ｎの選択部（第１の選択部）１４は、例えば、選択トランジスタであり、垂直走査回路２０からアクティブレベルの選択制御信号ＰＳＥＬ＿１がゲートに供給された際にオンすることにより、画素を選択状態にする。各画素１−１〜１−Ｎの選択部１４は、垂直走査回路２０からノンアクティブレベルの選択制御信号ＰＳＥＬ＿１がゲートに供給された際にオフすることにより、画素を非選択状態にする。同様に、駆動補助画素２の選択部（第２の選択部）１４は、例えば、選択トランジスタであり、垂直走査回路２０からアクティブレベルの選択制御信号ＰＳＥＬ＿２がゲートに供給された際にオンすることにより、画素を選択状態にする。駆動補助画素２の選択部１４は、垂直走査回路２０からノンアクティブレベルの選択制御信号ＰＳＥＬ＿２がゲートに供給された際にオフすることにより、画素を非選択状態にする。

複数の信号線３は、画素配列ＰＡにおける複数の列に対応している。各信号線３は、画素配列ＰＡにおける対応する列の画素に接続されている。信号線３は、画素から出力された信号（ノイズ信号、光信号）を伝達する。図１には、画素１−１〜１−Ｎ及び駆動補助画素２に接続された信号線３が示されている。

垂直走査回路２０は、画素配列ＰＡを垂直方向（列方向）に走査することにより、画素配列ＰＡにおける信号を読み出すべき行（以下、読み出し行とする）を選択し、画素から信号が出力されるように読み出し行の画素（読み出し画素）を駆動する。

複数の保持部６は、複数の信号線３に対応している。各保持部６は、対応する信号線３に接続されている。保持部６は、信号線３の電位を保持する。保持部６は、保持した信号線３の電位に応じた電圧をシフト部７へ出力する。

複数のシフト部７は、複数の保持部６に対応している。各シフト部７は、対応する保持部６に接続されている。シフト部７は、保持部６の出力電圧を受けて、受けた保持部６の出力電圧をシフトする。シフト部７は、そのシフトした電圧をスイッチ部８へ出力する。 複数のスイッチ部８は、複数のシフト部７に対応している。各スイッチ部８は、対応するシフト部７に接続されている。スイッチ部８は、シフト部７及びクリップ部５が接続された第１の状態とグランド電源及びクリップ部５が接続された第２の状態とを切り替える。具体的には、スイッチ部８は、Ｎ読み端子８１、Ｓ読み端子８２及び接続端子８３を含む。スイッチ部２６０は、画素からノイズ信号を読み出すための期間（図３に示す第２の期間ＴＰ２参照）において、Ｎ読み端子８１と接続端子８３とを接続することにより第１の状態に切り替える。スイッチ部２６０は、画素から光信号を読み出すための期間（図３に示す第３の期間ＴＰ３参照）において、Ｓ読み端子８２と接続端子８３とを接続することにより第２の状態に切り替える。スイッチ部２６０は、第１の状態において、シフト部７の出力電圧をクリップ部５へ転送し、第２の状態において、グランド電圧をクリップ部５へ転送する。

複数のクリップ部５は、複数のスイッチ部８に対応している。各クリップ部５は、対応するスイッチ部８に接続されている。クリップ部５は、第１の状態において、シフト部７の出力電圧を受ける。クリップ部５は、受けたシフト部７の出力電圧に応じて、信号線３の電位をクリップする。例えば、クリップ部５は、スイッチ部８から転送された電圧をゲートで受けるＮＭＯＳトランジスタを含む。このＮＭＯＳトランジスタは、ドレインで電源電圧を受けて、ゲートで受けたシフト部７の出力電圧から閾値電圧分低下したソースの電位をクリップ電位として信号線３の電位をクリップする。すなわち、クリップ部５は、信号線３の電位がクリップ電位以下に低下した場合に、定電流源４とともにソースフォロワ動作を行うことにより、信号線３の電位をクリップ電位まで持ち上げてクリップする。ここで、クリップ電位は、理想的なノイズ信号のレベルより低く光信号のレベルより高い範囲で任意に設定されるような電位である。一方、クリップ部５は、第２の状態において、グランド電圧を受ける。クリップ部５は、受けたグランド電圧に応じて、オフする。

複数のＣＤＳ回路９は、複数の信号線３に対応している。各ＣＤＳ回路９は、対応する信号線３に接続されている。ＣＤＳ回路９は、画素からノイズ信号を読み出すための期間において、信号線３により伝達されたノイズ信号を受けて一時的に保持する。ＣＤＳ回路９は、画素から光信号を読み出すための期間において、画素から出力され信号線３により伝達された光信号を受けて一時的に保持する。ＣＤＳ回路９は、相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）処理を行うことにより、ノイズ信号と光信号との差分信号ΔＶＯＵＴを生成して出力する。これにより、出力回路（図示せず）は、ＣＤＳ回路９から出力された差分信号ΔＶＯＵＴに応じて、画像信号を生成して出力する。ここで、ノイズ信号と光信号とは、差分がとられることにより画像信号を生成するための信号となっている。

次に、本発明の第１実施形態に係る光電変換装置１００の動作を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る光電変換装置１００の動作を示すタイミングチャートである。

図３において、ＰＳＥＬ＿１は、垂直走査回路２０が読み出し行の画素へ供給するための選択制御信号であり、ＰＳＥＬ＿２は、垂直走査回路２０が駆動補助画素２へ供給するための選択制御信号である。ＰＲＥＳは、垂直走査回路２０が読み出し行の画素へ供給するためのリセット制御信号であり、ＰＴＸは、垂直走査回路２０が読み出し行の画素へ供給するための転送制御信号である。ＳＨＰは、保持部６が信号線３の電位を取り込むように制御するために、垂直走査回路２０又は外部のタイミング発生部９８（図６参照）から保持部６へ供給される制御信号である。ＦＤは、読み出し行の画素における電荷電圧変換部の電位を表しており、ＶＯＵＴは、信号線３の電位を表している。以下では、読み出し行の画素が画素１−１である場合について、例示的に説明する。

時刻Ｔ１において、画素１−１の選択部（選択トランジスタ）１４のゲートへ供給する選択制御信号ＰＳＥＬ＿１をアクティブレベルにして、画素１−１を選択状態にする。画素１−１のリセット部（リセットトランジスタ）１２のゲートへ供給するリセット制御信号ＰＲＥＳをアクティブレベルにし、画素１−１をリセットされた状態にする。同様に、駆動補助画素２の選択部（選択トランジスタ）１４のゲートへ供給する選択制御信号ＰＳＥＬ＿２をアクティブレベルにして、駆動補助画素２を選択状態にする。駆動補助画素２のリセット部（リセットトランジスタ）１２のゲートへ供給するリセット制御信号ＰＲＥＳをアクティブレベルにし、駆動補助画素２をリセットされた状態にする（第１のステップ）。

また、同時に、制御信号ＳＨＰをアクティブレベルにし、保持部６が信号線３の電位を取り込むようにする。これにより、画素１−１の出力部（増幅トランジスタ）１３と駆動補助画素２の出力部（増幅トランジスタ）との両方が定電流源４とともにソースフォロワ動作を行う。このため、画素１−１における電荷電圧変換部１５の電圧に応じた電位になるように信号線３の電位を高速に駆動することができる。

時刻Ｔ２において、駆動補助画素２の選択部（選択トランジスタ）１４のゲートへ供給する選択制御信号ＰＳＥＬ＿２をノンアクティブレベルにして、駆動補助画素２を非選択状態にする。これにより、駆動補助画素２の出力部（増幅トランジスタ）がソースフォロワ動作を停止する（第２のステップ）ので、駆動補助画素２の出力が読み出し行の画素から出力された信号に影響を及ぼさないようにすることができる。これにより、画素１−１の出力部１３が適正なノイズ信号を信号線３へ出力することが容易になる。

時刻Ｔ３において、画素１−１のリセット部（リセットトランジスタ）１２のゲートへ供給するリセット制御信号ＰＲＥＳをノンアクティブレベルにし、画素１−１のリセットを完了する。画素１−１はリセットされた状態を保っている。また、制御信号ＳＨＰをノンアクティブレベルにし、保持部６が信号線３の電位を取り込む動作を完了する。同時に、スイッチ部８におけるＮ読み端子８１と接続端子８３とを接続することにより、第１の状態に切り替える。これにより、保持部６は、保持した信号線３の電位に応じた電圧をシフト部７へ出力する。シフト部７は、保持部６の出力電圧を受けて、受けた保持部６の出力電圧をシフトする。シフト部７は、そのシフトした電圧をスイッチ部８へ出力する。スイッチ部２６０は、第１の状態において、シフト部７の出力電圧をクリップ部５へ転送する。クリップ部５は、受けたシフト部７の出力電圧に応じて、信号線３の電位をクリップする。

時刻Ｔ３〜Ｔ４の期間において、画素１−１の出力部１３が、リセット部１２により電荷電圧変換部１５がリセットされた状態で電荷電圧変換部１５の電圧に応じたノイズ信号を信号線３へ出力する（第２のステップ）。

ここで、画素１−１に輝度の大きい光が照射されていると、画素１−１における転送部１１がオフしているにもかかわらず光電変換部１０から電荷電圧変換部１５へ電荷が漏れることがある。この場合、図３にＦＤとして示されるように、画素１−１における電荷電圧変換部１５の電位がリセットレベルから減衰していくことにともない画素１−１の出力部１３が信号線３へ出力するノイズ信号のレベルも減衰するので、信号線３の電位が低下し始める。この場合でも、クリップ部５は、信号線３の電位がクリップ電位Ｖｃｌｉｐ以下に低下したことに応じて、クリップ動作（ソースフォロワ動作）を開始して信号線３の電位をクリップ電位Ｖｃｌｉｐまで持ち上げてクリップする。これにより、信号線３の電位がクリップ電位Ｖｃｌｉｐより低い電位まで減衰することを回避できる。すなわち、信号線３の電位が理想的なノイズ信号のレベルから大幅に減衰することを回避できる。

一方、クリップ部５は、信号線３の電位がクリップ電位Ｖｃｌｉｐより高い場合に、クリップ動作を行わない。この場合、信号線３の電位は、画素１−１から出力されたノイズ信号に応じた電位になっている。

そして、ＣＤＳ回路９は、垂直走査回路２０又はタイミング発生部９８（図６参照）からアクティブレベルのＮ読み制御信号（図示せず）を受けて、信号線３により伝達されたノイズ信号を受けて一時的に保持する。すなわち、ＣＤＳ回路９は、クリップ部５がクリップ動作を行った場合、クリップ電位Ｖｃｌｉｐに応じた信号をノイズ信号として受けて一時的に保持する。ＣＤＳ回路９は、クリップ部５がクリップ動作を行わなかった場合、画素１−１から出力され信号線３により伝達されたノイズ信号を受けて一時的に保持する。

時刻Ｔ４において、画素１−１の転送部（転送トランジスタ）１１のゲートへ供給する転送制御信号ＰＴＸをアクティブレベルにして、画素１−１における光電変換部１０の電荷を電荷電圧変換部１５へ転送する。一方、駆動補助画素２の転送部（転送トランジスタ）１１のゲートへ供給する転送制御信号がノンアクティブレベルのままであり、駆動補助画素２における光電変換部１０の電荷は電荷電圧変換部１５へ転送されない。

時刻Ｔ５において、画素１−１の出力部１３が、転送部１１により光電変換部１０の電荷が電荷電圧変換部１５へ転送された状態で電荷電圧変換部１５の電圧に応じた光信号を信号線３へ出力する（第３のステップ）。そして、ＣＤＳ回路９は、垂直走査回路２０又はタイミング発生部９８（図６参照）からアクティブレベルのＳ読み制御信号（図示せず）を受けて、信号線３により伝達された光信号を受けて一時的に保持する。ＣＤＳ回路９は、相関二重サンプリングを行うことにより、ノイズ信号と光信号との差分信号ΔＶＯＵＴを生成して出力する。これにより、出力回路（図示せず）は、ＣＤＳ回路９から出力された差分信号ΔＶＯＵＴに応じて、画像信号を生成して出力する。

このように、画素（読み出し画素）１−１を選択するための選択期間における第１の期間ＴＰ１に、画素１−１の出力部１３と駆動補助画素（駆動補助要素）２の出力部１３との両方がノイズ信号を信号線３へ出力する（第１のステップ）。選択期間における第１の期間ＴＰ１に続く第２の期間ＴＰ２に、駆動補助画素２の出力部１３が信号線３へのノイズ信号の出力を停止するとともに、画素１−１の出力部１３が信号線３へ出力したノイズ信号がＣＤＳ回路９へ転送される（第２のステップ）。選択期間における第３の期間ＴＰ３に、画素１−１が信号線３へ出力した光信号がＣＤＳ回路９へ転送される（第３のステップ）。

すなわち、第１の期間ＴＰ１において、画素１−１の出力部（増幅トランジスタ）１３と駆動補助画素２の出力部（増幅トランジスタ）との両方が定電流源４とともにソースフォロワ動作を行う。このため、１つの出力部（増幅トランジスタ）が定電流源４とともにソースフォロワ動作を行う場合に比べて、画素１−１における電荷電圧変換部１５の電圧に応じた電位になるように信号線３の電位を高速に駆動することができる。言い換えると、第１の期間ＴＰ１を短くした場合でも、信号線３の電位を、画素１−１における電荷電圧変換部１５の電圧に応じた電位になるようにできる。また、第２の期間ＴＰ２において、駆動補助画素２の出力部（増幅トランジスタ）がソースフォロワ動作を停止するので、駆動補助画素２の出力が読み出し行の画素から出力された信号に影響を及ぼさないようにすることができる。これにより、画素１−１の出力部１３が適正なノイズ信号を信号線３へ出力することが容易になる。

これにより、信号線３の電位を、画素１−１における電荷電圧変換部１５の電圧に応じた電位になるようにした場合でも、画素１−１から適正なノイズ信号を読み出すための期間（ＴＰ１及びＴＰ２）を短縮することができる。すなわち、画素から適正なノイズ信号を出力回路へ転送するための期間を短縮することができる。

また、第２の期間ＴＰ２が始まるタイミングで信号線３の電位が画素１−１における電荷電圧変換部１５の電圧に応じた電位になっているので、その後、信号線３の電位が低下しても信号線３の電位を適切なクリップ電位Ｖｃｌｉｐでクリップできる。すなわち、信号線の電位が読み出し行の画素における電荷電圧変換部の電圧に対応した電位まで十分に上昇していないことにともなうクリップ電位のずれを回避することができるので、高輝度黒沈み現象を十分に抑制することができる。

したがって、本実施形態によれば、高輝度黒沈み現象を抑制することができるとともに画素から信号（ノイズ信号及び光信号）をＣＤＳ回路へ転送するための期間（ＴＰ１〜ＴＰ３）を短縮することができる。

なお、画素配列ＰＡにおける駆動補助画素は、複数行あってもよい。すなわち、信号線３には、駆動補助画素が複数接続されていてもよい。この場合、垂直走査回路２０は、第１の期間ＴＰ１に、読み出し行の画素の出力部と複数の駆動補助画素のそれぞれの出力部とがノイズ信号を信号線３へ出力するように、複数の画素及び複数の駆動補助画素を駆動する。垂直走査回路２０は、第２の期間ＴＰ２に、複数の駆動補助画素のそれぞれの出力部が信号線へのノイズ信号の出力を停止するように、複数の駆動補助画素を駆動する。このように画素配列を駆動することにより、画素の出力部（増幅トランジスタ）が信号線の電位を駆動する能力が上がり、より高速の読み出し動作に対応できる。

また、画素配列ＰＡにおける画素及び駆動補助画素のそれぞれは、図４に示す構成をしていても良い。図４に示す画素では、２つの光電変換部１０−１，１０−２と２つの転送部１１−１，１１−２とに対して電荷電圧変換部１５、リセット部１２、出力部１３、及び選択部１４が共通化されている。この場合、画素配列ＰＡにおける素子（トランジスタ）の数を低減できるため、画素配列ＰＡにおける１つの光電変換部あたりの面積を低減することが容易になるので、画素配列ＰＡを多画素化することが容易になる。なお、図４は、本発明の第１実施形態の変形例における画素又は駆動補助画素の構成を示す図である。

また、駆動補助画素の構成は、複数の画素１−１〜１−Ｎのそれぞれの構成と異なっていても良い。例えば、駆動補助画素は、遮光画素であり、光電変換部１０が遮光されていても良い。あるいは、例えば、駆動補助画素における転送部（転送トランジスタ）１１のゲートは、オフレベルの電位（例えばグランド電位）に固定されていても良い。あるいは、例えば、駆動補助画素２ｉは、図５に示すように、光電変換部１０及び転送部１１（図２参照）を含まない構成であっても良い。これらの場合でも、駆動補助画素は、蓄積した信号を出力する必要がなく、信号線の電位を駆動するために用いられればよいので、問題ない。また、光電変換部（フォトダイオード）がない駆動補助画素２ｉは電荷のブルーミングが起こらないので、入射光の強度によらず増幅トランジスタの駆動力が得られる利点がある。なお、図５は、本発明の第１実施形態の別の変形例における画素又は駆動補助画素の構成を示す図である。

さらに、光電変換装置は、例えばラインセンサであってもよい。この場合、画素配列における複数の画素は列方向に配列されるとともに１つの信号線に接続される。

次に、本発明の光電変換装置を適用した撮像システムの一例を図６に示す。

撮像システム９０は、図６に示すように、主として、光学系、撮像装置８６及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター９１、レンズ９２及び絞り９３を備える。撮像装置８６は、光電変換装置１００を含む。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６、画像信号処理部９７、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、タイミング発生部９８、全体制御・演算部９９、記録媒体８８及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を備える。なお、信号処理部は、記録媒体８８を備えなくても良い。

シャッター９１は、光路上においてレンズ９２の手前に設けられ、露出を制御する。

レンズ９２は、入射した光を屈折させて、撮像装置８６の光電変換装置１００の撮像面に被写体の像を形成する。

絞り９３は、光路上においてレンズ９２と光電変換装置１００との間に設けられ、レンズ９２を通過後に光電変換装置１００へ導かれる光の量を調節する。

撮像装置８６の光電変換装置１００は、光電変換装置１００の撮像面に形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像装置８６は、その画像信号を光電変換装置１００から読み出して出力する。

撮像信号処理回路９５は、撮像装置８６に接続されており、撮像装置８６から出力された画像信号を処理する。

Ａ／Ｄ変換器９６は、撮像信号処理回路９５に接続されており、撮像信号処理回路９５から出力された処理後の画像信号（アナログ信号）を画像信号（デジタル信号）へ変換する。

画像信号処理部９７は、Ａ／Ｄ変換器９６に接続されており、Ａ／Ｄ変換器９６から出力された画像信号（デジタル信号）に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、全体制御・演算部９９及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４などへ供給される。

メモリ部８７は、画像信号処理部９７に接続されており、画像信号処理部９７から出力された画像データを記憶する。

外部Ｉ／Ｆ部８９は、画像信号処理部９７に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、外部Ｉ／Ｆ部８９を介して外部の機器（パソコン等）へ転送する。

タイミング発生部９８は、撮像装置８６、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７に接続されている。これにより、撮像装置８６、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７へタイミング信号を供給する。そして、撮像装置８６、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７がタイミング信号に同期して動作する。

全体制御・演算部９９は、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に接続されており、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を全体的に制御する。

記録媒体８８は、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を介して記録媒体８８へ記録する。

以上の構成により、光電変換装置１００において良好な画像信号が得られれば、良好な画像（画像データ）を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る光電変換装置２００を、図７を用いて説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る光電変換装置２００の回路構成を示す図である。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

光電変換装置２００は、複数の画素２０１−１〜２０１−Ｎ、複数の駆動補助画素２０２、垂直走査回路（駆動部）２２０を備える。

複数の画素２０１−１〜２０１−Ｎ及び駆動補助画素（駆動補助要素）２０２のそれぞれは、同様の構成をしており、例えば、図８に示す構成をしている。図８は、本発明の第２実施形態における画素又は駆動補助画素の構成を示す図である。

図８に示す画素（１−１〜１−Ｎ又は２）は、光電変換部１０−１、光電変換部１０−２、転送部１１−１、転送部１１−２、及びリセット部２１２を含み、リセット部１２及び選択部１４（図２参照）を含まない。図８に示す画素では、２つの光電変換部１０−１，１０−２と２つの転送部１１−１，１１−２とに対して電荷電圧変換部１５、リセット部２１２、及び出力部１３が共通化されているとともに選択部１４が省略されている。図８に示す画素では、電荷電圧変換部１５の電位により画素の選択状態／非選択状態が制御される。この場合、画素配列ＰＡ２００における素子（トランジスタ）の数を低減できるため、画素配列ＰＡ２００における１つの光電変換部あたりの面積を低減することが容易になるので、画素配列ＰＡ２００を多画素化することが容易になる。

光電変換部１０−１は、光に応じた電荷を発生させて蓄積する。光電変換部１０−１は、例えば、フォトダイオードである。

転送部１１−１は、光電変換部１０−１の電荷を電荷電圧変換部１５へ転送する。転送部１１−１は、例えば、転送トランジスタであり、垂直走査回路２０からアクティブレベルの第１の転送制御信号ＰＴＸ１がゲートに供給された際にオンすることにより、光電変換部１０−１の電荷を電荷電圧変換部１５へ転送する。

光電変換部１０−２は、光に応じた電荷を発生させて蓄積する。光電変換部１０−２は、例えば、フォトダイオードである。

転送部１１−２は、光電変換部１０−２の電荷を電荷電圧変換部１５へ転送する。転送部１１−２は、例えば、転送トランジスタであり、垂直走査回路２０からアクティブレベルの第２の転送制御信号ＰＴＸ２がゲートに供給された際にオンすることにより、光電変換部１０−２の電荷を電荷電圧変換部１５へ転送する。なお、光電変換部１０−１の電荷と光電変換部１０−２の電荷とを電荷電圧変換部１５において加算する場合、第１の転送制御信号ＰＴＸ１及び第２の転送制御信号ＰＴＸ２の波形は、いずれも、図３に示す転送制御信号ＰＴＸと同様になる。光電変換部１０−１の電荷と光電変換部１０−２の電荷とを電荷電圧変換部１５において加算しない場合、第１の転送制御信号ＰＴＸ１及び第２の転送制御信号ＰＴＸ２の波形は、第３の期間ＴＰ３における異なるタイミングでアクティブレベルになる。

リセット部２１２は、画素を選択状態かつリセットされた状態にする第１の電位と画素を非選択状態にする第２の電位とのいずれかの電位に電荷電圧変換部１５の電位を設定する。各画素２０１−１〜２０１−Ｎのリセット部２１２は、例えば、リセットトランジスタであり、垂直走査回路２２０からアクティブレベルの設定制御信号ＰＳＥＴ＿１がゲートに供給された際にオンする。これにより、各画素２０１−１〜２０１−Ｎのリセット部２１２は、対応する切替回路からドレインにリセットＨｉｇｈ電圧ＶＲＥＳＨが供給された場合、電荷電圧変換部１５を第１の電位に設定する。各画素２０１−１〜２０１−Ｎのリセット部２１２は、切替回路からドレインにリセットＬｏｗ電圧ＶＲＥＳＬが供給された場合、電荷電圧変換部１５を第２の電位に設定する。同様に、駆動補助画素２０２のリセット部２１２は、例えば、設定トランジスタであり、垂直走査回路２２０からアクティブレベルの設定制御信号ＰＳＥＴ＿２がゲートに供給された際にオンする。これにより、各画素２０１−１〜２０１−Ｎのリセット部２１２は、切替回路からドレインにリセットＨｉｇｈ電圧ＶＲＥＳＨが供給された場合、電荷電圧変換部１５を第１の電位に設定する。各画素２０１−１〜２０１−Ｎのリセット部２１２は、切替回路からドレインにリセットＬｏｗ電圧ＶＲＥＳＬが供給された場合、電荷電圧変換部１５を第２の電位に設定する。

ここで、図７に示す複数の切替回路２３１−１〜２３１−Ｎは、複数の画素２０１−１〜２０１−Ｎに対応している。各切替回路２３１−１〜２３１−Ｎは、対応する画素２０１−１〜２０１−Ｎのリセット部２１２のドレインに接続されている。各切替回路２３１−１〜２３１−Ｎは、垂直走査回路２２０からアクティブレベルの選択制御信号ＰＳＥＬ＿１がゲートに供給された際にリセットＨｉｇｈ電圧ＶＲＥＳＨを画素に供給することにより、その画素を選択状態かつリセットされた状態にする。各切替回路２３１−１〜２３１−Ｎは、垂直走査回路２２０からノンアクティブレベルの選択制御信号ＰＳＥＬ＿１がゲートに供給された際にリセットＬｏｗ電圧ＶＲＥＳＬを画素に供給することにより、その画素を非選択状態にする。なお、選択制御信号ＰＳＥＬ＿１の波形は、図３に示されたものと同様である。

また、図７に示す切替回路２３２は、駆動補助画素２０２のリセット部２１２のドレインに接続されている。切替回路２３２は、垂直走査回路２２０からアクティブレベルの選択制御信号ＰＳＥＬ＿２がゲートに供給された際にリセットＨｉｇｈ電圧ＶＲＥＳＨを画素に供給することにより、その画素を選択状態かつリセットされた状態にする。切替回路２３２は、垂直走査回路２２０からノンアクティブレベルの選択制御信号ＰＳＥＬ＿２がゲートに供給された際にリセットＬｏｗ電圧ＶＲＥＳＬを画素に供給することにより、その画素を非選択状態にする。なお、選択制御信号ＰＳＥＬ＿２の波形は、図３に示されたものと同様である。

垂直走査回路２２０は、第１の期間ＴＰ１（図３参照）において読み出し行の画素のリセット部２１２が電荷電圧変換部１５の電位を第１の電位に設定するように、画素配列ＰＡ２００を駆動する。それとともに、垂直走査回路２２０は、第１の期間ＴＰ１において駆動補助画素２０２のリセット部２１２が電荷電圧変換部１５の電位を第１の電位に設定するように、画素配列ＰＡ２００を駆動する。これにより、垂直走査回路２２０は、第１の期間ＴＰ１において読み出し行の画素及び駆動補助画素を選択状態にするとともに読み出し行の画素及び駆動補助画素をリセットされた状態にする。

垂直走査回路２２０は、第２の期間ＴＰ２（図３参照）において駆動補助画素２０２のリセット部２１２が電荷電圧変換部１５の電位を第２の電位に設定するように、画素配列ＰＡ２００を駆動する。読み出し行の画素では、リセット部２１２により電荷電圧変換部１５の電位が第１の電位に設定された状態である。このとき、垂直走査回路２２０は、第２の期間ＴＰ２において読み出し行の画素の出力部１３が第１の電位に設定された電荷電圧変換部１５の電圧に応じたノイズ信号を信号線３へ出力するように、画素配列ＰＡ２００を駆動する。これにより、垂直走査回路２２０は、第２の期間ＴＰ２において駆動補助画素を非選択状態にするとともに読み出し行の画素がノイズ信号を信号線３へ出力するようにする。

垂直走査回路２２０は、第３の期間ＴＰ３（図３参照）において、次のように画素配列ＰＡ２００を駆動する。垂直走査回路２２０は、読み出し行の画素の出力部１３が、転送部１１−１により光電変換部１０−１の電荷が電荷電圧変換部１５へ転送された状態で電荷電圧変換部１５の電圧に応じた光信号を信号線３へ出力するように、駆動する。垂直走査回路２２０は、読み出し行の画素の出力部１３が、転送部１１−２により光電変換部１０−２の電荷が電荷電圧変換部１５へ転送された状態で電荷電圧変換部１５の電圧に応じた光信号を信号線３へ出力するように、駆動する。これにより、垂直走査回路２２０は、第３の期間ＴＰ３において読み出し行の画素が光電変換部１０−１に対する光信号と光電変換部１０−２に対する光信号との加算信号を信号線３へ出力するように、駆動する。あるいは、垂直走査回路２２０は、第３の期間ＴＰ３において読み出し行の画素が光電変換部１０−１に対する光信号と光電変換部１０−２に対する光信号とをそれぞれ異なるタイミングで信号線３へ出力するように、駆動する。

なお、リセット部（リセットトランジスタ）１２のドレイン電圧を変化させることで画素を選択する代わりに、出力部（増幅トランジスタ）１３のドレイン電圧を変化させて画素を選択をする構成であってもよい。あるいは、信号線３の電位を変化させて画素選択を行う構成であっても良い。このような構成でも同様な駆動が可能で同様な効果が得られることは当該技術に詳しい者であれば容易に理解される。

また、複数の画素２０１−１〜２０１−Ｎ及び駆動補助画素２０２のそれぞれは、第１の実施形態における画素と同様の構成であっても良い。あるいは、複数の画素２０１−１〜２０１−Ｎ及び駆動補助画素２０２のそれぞれは、３以上の光電変換部と３以上の転送部とに対して電荷電圧変換部、リセット部、出力部、及び選択部が共通化されていてもよい。この場合、画素配列ＰＡ２００における素子（トランジスタ）の数をさらに低減できるため、画素配列ＰＡ２００における１つの光電変換部に対応した部分の面積を低減することが容易になるので、画素配列ＰＡ２００を多画素化することが容易になる。

次に、本発明の第３実施形態に係る光電変換装置３００を、図９を用いて説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係る光電変換装置３００の回路構成を示す図である。以下では、第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。

光電変換装置３００は、複数の画素３０１−１〜３０１−Ｎ、垂直走査回路（駆動部）３２０を備え、複数の駆動補助画素２（図１参照）を備えない。画素配列ＰＡ３００における全ての画素が読み出し対象となる通常画素で構成されている。

ここで、図９に示す複数の切替回路３３１−１〜３３１−Ｎは、複数の画素３０１−１〜３０１−Ｎに対応している。各切替回路３３１−１〜３３１−Ｎは、対応する画素３０１−１〜３０１−Ｎのリセット部（リセットトランジスタ）２１２（図８参照）のドレインに接続されている。各切替回路３３１−１〜３３１−Ｎは、ＰＳＥＬ＿１、ＰＳＥＬ＿２、ＧＮＤ（Ｌｏｗ固定）の３種類の動作を切り替えて行う。各切替回路３３１−１〜３３１−Ｎは、垂直走査回路２２０から選択制御信号ＰＳＥＬ＿１が供給された際に、対応する画素３０１−１〜３０１−Ｎを読み出し行の画素（読み出し画素）として動作させる。各切替回路３３１−１〜３３１−Ｎは、垂直走査回路２２０から制御信号ＧＮＤが供給された際に、対応する画素を非読み出し行の画素（非読み出し画素）とする。各切替回路３３１−１〜３３１−Ｎは、垂直走査回路２２０から選択制御信号ＰＳＥＬ＿２が供給された際に、対応する画素３０１−１〜３０１−Ｎを非読み出し行の画素（非読み出し画素）かつ駆動補助画素（駆動補助要素）として動作させる。図９には、切替回路３３１−１に選択制御信号ＰＳＥＬ＿１が供給され、切替回路３３１−２に選択制御信号ＰＳＥＬ＿２が供給され、切替回路３３１−３〜３３１−Ｎに制御信号ＧＮＤが供給された状態が示されている。すなわち、図９には、画素３０１−１が読み出し行の画素であり、画素３０１−２が非読み出し行の画素かつ駆動補助画素として動作する画素であり、画素３０１−３〜３０１−Ｎが非読み出し行の画素である場合が示されている。

このように、画素３０１−１の選択期間における駆動補助画素として動作していた画素３０１−２を読み出し画素として動作させるための他の選択期間が設けられている。この他の選択期間における第１の期間に、画素３０１−２の出力部１３と駆動補助画素としての例えば画素（少なくとも１つの非読み出し画素）３０１−３の出力部１３との両方がノイズ信号を信号線３へ出力する（第４のステップ）。他の選択期間における第１の期間に続く第２の期間に、画素３０１−３の出力部１３が信号線３へのノイズ信号の出力を停止するとともに、画素３０１−２の出力部１３が信号線３へ出力したノイズ信号がＣＤＳ回路９へ転送される（第５のステップ）。他の選択期間における第３の期間に、画素３０１−２が信号線３へ出力した光信号がＣＤＳ回路９へ転送される。

なお、選択制御信号ＰＳＥＬ＿２で動作させる画素を２行以上増やすことで、より高速の読み出しを行うことが出来る。しかし、選択制御信号ＰＳＥＬ＿２で動作させる画素を増やしすぎると、逆に時刻Ｔ１（図３参照）の時点でオンするリセット部（リセットトランジスタ）が多くなり、ＶＯＵＴ電圧を大きく変化させてしまうので動作速度が遅くなる可能性もある。よって選択制御信号ＰＳＥＬ＿２で動作させる画素の数は数画素程度が好ましい。

本発明の第１実施形態に係る光電変換装置１００の回路構成を示す図。 本発明の第１実施形態における画素又は駆動補助画素の構成を示す図。 本発明の第１実施形態に係る光電変換装置１００の動作を示すタイミングチャート。 本発明の第１実施形態の変形例における画素又は駆動補助画素の構成を示す図。 本発明の第１実施形態の別の変形例における画素又は駆動補助画素の構成を示す図。 第１実施形態に係る光電変換装置を適用した撮像システムの構成図。 本発明の第２実施形態に係る光電変換装置２００の回路構成を示す図。 本発明の第２実施形態における画素又は駆動補助画素の構成を示す図。 本発明の第３実施形態に係る光電変換装置３００の回路構成を示す図。 課題を説明するための図。

符号の説明

９０ 撮像システム
１００、２００、３００ 光電変換装置

Claims (17)

1. 複数の画素と、
   駆動補助要素と、
   前記複数の画素と前記駆動補助要素とが接続された信号線と、
   前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動する駆動部と、
   前記駆動部により選択された読み出し画素から前記信号線へ出力された信号を処理して、処理した信号を出力する出力回路と、
   を備え、
   前記複数の画素のそれぞれは、
   第１の電荷電圧変換部と、
   前記第１の電荷電圧変換部をリセットする第１のリセット部と、
   前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する第１の出力部と、
   を含み、
   前記駆動補助要素は、
   第２の電荷電圧変換部と、
   前記第２の電荷電圧変換部をリセットする第２のリセット部と、
   前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する第２の出力部と、
   を含み、
   前記駆動部は、前記読み出し画素を選択するための選択期間における第１の期間に、前記読み出し画素において前記第１のリセット部により前記第１の電荷電圧変換部がリセットされた後に前記第１の出力部が前記信号線へ前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力するとともに前記駆動補助要素において前記第２のリセット部により前記第２の電荷電圧変換部がリセットされた後に前記第２の出力部が前記信号線へ前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力し、前記選択期間における前記第１の期間に続く第２の期間に、前記駆動補助要素における前記第２の出力部が前記信号線へのノイズ信号の出力を停止するように、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動し、
   前記読み出し画素における前記第１の出力部が前記信号線へ出力したノイズ信号は、前記第２の期間に、前記出力回路へ転送される
   ことを特徴とする光電変換装置。
2. 前記複数の画素のそれぞれは、前記画素を選択状態又は非選択状態にする第１の選択部をさらに含み、
   前記駆動補助要素は、前記駆動補助要素を選択状態又は非選択状態にする第２の選択部をさらに含み、
   前記駆動部は、前記第１の期間に、前記読み出し画素における前記第１の選択部が前記読み出し画素を選択状態にするとともに前記駆動補助要素における前記第２の選択部が前記駆動補助要素を選択状態にし、前記第２の期間に、前記駆動補助要素における前記第２の選択部が前記駆動補助要素を非選択状態にするように、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記第１のリセット部は、前記第１の電荷電圧変換部の電位を第１の電位に設定することにより、前記第１の電荷電圧変換部をリセットするとともに前記画素を選択状態にし、前記第１の電荷電圧変換部の電位を第２の電位に設定することにより、前記画素を非選択状態にし、
   前記第２のリセット部は、前記第２の電荷電圧変換部の電位を前記第１の電位に設定することにより、前記第２の電荷電圧変換部をリセットするとともに前記駆動補助要素を選択状態にし、前記第２の電荷電圧変換部の電位を前記第２の電位に設定することにより、前記駆動補助要素を非選択状態にし、
   前記駆動部は、前記第１の期間に、前記読み出し画素において前記第１のリセット部が前記第１の電荷電圧変換部の電位を前記第１の電位に設定するとともに前記駆動補助要素において前記第２のリセット部が前記第２の電荷電圧変換部の電位を前記第１の電位に設定し、前記第２の期間に、前記駆動補助要素における前記第２のリセット部が前記第２の電荷電圧変換部の電位を前記第２の電位に設定するように、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
4. 前記複数の画素のそれぞれは、
   第１の光電変換部と、
   前記第１の光電変換部の電荷を前記第１の電荷電圧変換部へ転送する第１の転送部と、
   をさらに含み、
   前記駆動部は、前記選択期間における第３の期間に、前記読み出し画素における前記第１の出力部が前記第１の転送部により前記第１の光電変換部の電荷が前記第１の電荷電圧変換部へ転送された状態で前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じた光信号を前記信号線へ出力するように、前記複数の画素を駆動する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の光電変換装置。
5. 前記駆動補助要素は、光電変換部を含まない、あるいは、遮光された第２の光電変換部を含む、あるいは、第２の光電変換部を含み前記第２の光電変換部の電荷が前記第２の電荷電圧変換部へ転送されない
   ことを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
6. 前記駆動補助要素は、
   第２の光電変換部と、
   前記第２の光電変換部の電荷を前記第２の電荷電圧変換部へ転送する第２の転送部と、
   をさらに含み、
   前記駆動部は、前記選択期間において前記駆動補助要素を前記出力回路へ信号が転送されない非読み出し画素として駆動し、他の選択期間において前記駆動補助要素を前記読み出し画素として駆動するとともに非読み出し画素を前記駆動補助要素として駆動する
   ことを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
7. 前記駆動補助要素は、前記信号線に複数接続され、
   前記駆動部は、前記第１の期間に、前記複数の前記駆動補助要素のそれぞれにおいて前記第２のリセット部により前記第２の電荷電圧変換部がリセットされた状態で前記第２の出力部が前記信号線へ前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力し、前記第２の期間に、前記複数の前記駆動補助要素のそれぞれにおいて前記第２の出力部が前記信号線へのノイズ信号の出力を停止するように、前記複数の前記駆動補助要素を駆動する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
8. 前記第２の期間に前記読み出し画素から前記信号線へノイズ信号が出力された状態で、前記信号線の電位を保持する保持部と、
   前記保持部の出力電圧をシフトするシフト部と、
   前記シフト部の出力電圧に応じて、前記信号線の電位をクリップするクリップ部と、
   をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
   前記光電変換装置の撮像面へ像を形成する光学系と、
   前記光電変換装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
   を備えたことを特徴とする撮像システム。
10. 複数の画素と、駆動補助要素と、前記複数の画素と前記駆動補助要素とが接続された信号線と、前記複数の画素における信号を読み出すために選択された読み出し画素から前記信号線へ出力された信号を処理して、処理した信号を出力する出力回路とを有する光電変換装置の駆動方法であって、
    前記複数の画素のそれぞれは、
    第１の電荷電圧変換部と、
    前記第１の電荷電圧変換部をリセットする第１のリセット部と、
    前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する第１の出力部と、
    を含み、
    前記駆動補助要素は、
    第２の電荷電圧変換部と、
    前記第２の電荷電圧変換部をリセットする第２のリセット部と、
    前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する第２の出力部と、
    を含み、
    前記駆動方法は、
    前記読み出し画素において前記第１のリセット部により前記第１の電荷電圧変換部がリセットされた後に前記第１の出力部が前記信号線へ前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力するとともに前記駆動補助要素において前記第２のリセット部により前記第２の電荷電圧変換部がリセットされた後に前記第２の出力部が前記信号線へ前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力するように、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動する第１のステップと、
    前記駆動補助要素における前記第２の出力部が前記信号線へのノイズ信号の出力を停止するように、前記駆動補助要素を駆動する第２のステップと、
    を備え、
    前記第２のステップでは、前記読み出し画素における前記第１の出力部が前記信号線へ出力したノイズ信号が、前記出力回路へ転送される
    ことを特徴とする光電変換装置の駆動方法。
11. 前記複数の画素のそれぞれは、前記画素を選択状態又は非選択状態にする第１の選択部をさらに含み、
    前記駆動補助要素は、前記駆動補助要素を選択状態又は非選択状態にする第２の選択部をさらに含み、
    前記第１のステップでは、前記読み出し画素における前記第１の選択部が前記読み出し画素を選択状態にするとともに前記駆動補助要素における前記第２の選択部が前記駆動補助要素を選択状態にするように、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動し、
    前記第２のステップでは、前記駆動補助要素における前記第２の選択部が前記駆動補助要素を非選択状態にするように、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置の駆動方法。
12. 前記第１のリセット部は、前記第１の電荷電圧変換部の電位を第１の電位に設定することにより、前記第１の電荷電圧変換部をリセットするとともに前記画素を選択状態にし、前記第１の電荷電圧変換部の電位を第２の電位に設定することにより、前記画素を非選択状態にし、
    前記第２のリセット部は、前記第２の電荷電圧変換部の電位を前記第１の電位に設定することにより、前記第２の電荷電圧変換部をリセットするとともに前記駆動補助要素を選択状態にし、前記第２の電荷電圧変換部の電位を前記第２の電位に設定することにより、前記駆動補助要素を非選択状態にし、
    前記第１のステップでは、前記読み出し画素において前記第１のリセット部が前記第１の電荷電圧変換部の電位を前記第１の電位に設定するとともに前記駆動補助要素において前記第２のリセット部が前記第２の電荷電圧変換部の電位を前記第１の電位に設定するように、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動し、
    前記第２のステップでは、前記駆動補助要素における前記第２のリセット部が前記第２の電荷電圧変換部の電位を前記第２の電位に設定するように、前記駆動補助要素を駆動する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置の駆動方法。
13. 前記複数の画素のそれぞれは、
    第１の光電変換部と、
    前記第１の光電変換部の電荷を前記第１の電荷電圧変換部へ転送する第１の転送部と、
    をさらに含み、
    前記駆動方法は、
    前記読み出し画素における前記第１の出力部が前記第１の転送部により前記第１の光電変換部の電荷が前記第１の電荷電圧変換部へ転送された状態で前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じた光信号を前記信号線へ出力するように、前記複数の画素を駆動する第３のステップをさらに備えた
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光電変換装置の駆動方法。
14. 前記駆動補助要素は、光電変換部を含まない、あるいは、遮光された第２の光電変換部を含む、あるいは、第２の光電変換部を含み前記第２の光電変換部の電荷が前記第２の電荷電圧変換部へ転送されない
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置の駆動方法。
15. 前記駆動補助要素は、
    第２の光電変換部と、
    前記第２の光電変換部の電荷を前記第２の電荷電圧変換部へ転送する第２の転送部と、
    をさらに含み、
    前記駆動方法は、
    前記読み出し画素としての前記駆動補助要素において前記第２のリセット部により前記第２の電荷電圧変換部がリセットされた状態で前記第２の出力部が前記信号線へ前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力するとともに少なくとも１つの非読み出し画素において前記第１のリセット部により前記第１の電荷電圧変換部がリセットされた状態で前記第１の出力部が前記信号線へ前記第１の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力するように、前記複数の画素と前記駆動補助要素とを駆動する第４のステップと、
    前記少なくとも１つの非読み出し画素における前記第１の出力部が前記信号線へのノイズ信号の出力を停止するように、前記複数の画素を駆動する第５のステップと、
    をさらに備え、
    前記第５のステップでは、前記駆動補助要素における前記第２の出力部が前記信号線へ出力したノイズ信号が、前記出力回路へ転送される
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置の駆動方法。
16. 前記駆動補助要素は、前記信号線に複数接続され、
    前記第１のステップでは、前記複数の前記駆動補助要素のそれぞれにおいて前記第２のリセット部により前記第２の電荷電圧変換部がリセットされた状態で前記第２の出力部が前記信号線へ前記第２の電荷電圧変換部の電圧に応じたノイズ信号を出力するように、前記複数の前記駆動補助要素を駆動し、
    前記第２のステップでは、前記複数の前記駆動補助要素のそれぞれにおける前記第２の出力部が前記信号線へのノイズ信号の出力を停止するように、前記複数の前記駆動補助要素を駆動する
    ことを特徴とする請求項１０から１５のいずれか１項に記載の光電変換装置の駆動方法。
17. 前記信号線の電位を保持する保持部と、
    前記保持部の出力電圧をシフトするシフト部と、
    前記シフト部の出力電圧に応じて、前記信号線の電位をクリップするクリップ部と、
    をさらに備え、
    前記第２のステップでは、前記保持部が、前記読み出し画素から前記信号線へノイズ信号が出力された状態で、前記信号線の電位を保持する
    ことを特徴とする請求項１０から１６のいずれか１項に記載の光電変換装置の駆動方法。

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