JP4285828B2

JP4285828B2 - 固体撮像装置の駆動方法

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Publication number: JP4285828B2
Application number: JP05493799A
Authority: JP
Inventors: 里志風間; 秀治宮原; 文樹中村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: JP2000253314A

Description

【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６４−３９１７１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ＦＰＮ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104 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７−１５６６６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ΦＧ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ＶＡＣ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，ＶＯＦ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、ｔ₁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ＦＰＮ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119 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φＧ(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ｔ₃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ΔφＧ(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。
【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、該垂直走査回路及び水平走査回路により暗時ＦＰＮ信号を読み出すＸＹアドレス型固体撮像装置の駆動方法において、暗時ＦＰＮ信号読み出しは、暗時ＦＰＮ信号読み出し画素行及び当該画素行に隣接する画素行の明時信号をそれぞれ読み出してから、当該画素行と前記隣接画素行の光電変換部に蓄積された蓄積電荷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。
【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の光電変換部に蓄積された蓄積電荷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】
【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ＶＯＦ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。
【００１８】
〔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，／φ１，／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，ＳＲ３，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10，11，14，15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21，22，23，26とから構成されている。
【００１９】
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φ１，／φ２，／ＣＯＮＴは、それぞれφ１，φ２，ＣＯＮＴの反転パルスである。
【００２０】
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。
【００２１】
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φＳＴ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。
【００２２】
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。
【００２３】
次に第２フレームの第１Ｈ（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Ｔ１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。
【００２４】
次に第３フレームの第１Ｈ（時刻ｔ₁₃〜ｔ₁₄）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ＦＰＮ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。
【００２５】
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ＦＰＮ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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〜ｔ₁₃）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ｔ₁₃〜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２Ｈ（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３Ｈ（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。
【００２９】
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ＦＰＮ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。
【００３０】
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。
【００３１】
なお、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。
【００３２】
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ＶＯＦ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。
【００３３】
〔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ＦＰＮ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。
【００３４】
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φＳＴ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，ｔ₆〜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。
【００３５】
まず第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ＦＰＮ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。
【００３６】
次に第２フレームの第１Ｈ（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。
【００３７】
続く第３フレームの第１Ｈ（時刻ｔ₁₃〜ｔ₁₄）において、１行目が選択されて１行目の明時信号１Ｓ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ｔ₁₇〜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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
〔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ＦＰＮ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。
【００４１】
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ＦＰＮ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ｔ₀〜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。
【００４２】
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。
【００４３】
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１Ｈ−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Ｔ４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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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ＦＰＮ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。
【００４７】
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。
【００４８】
〔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。
【００４９】
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、63，64，67，68，71，72，75，76，78及び80はＮチャンネルトランジスタである。
【００５０】
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。
【００５１】
まず、各フレームとも前フレーム（時刻ｔ₀〜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。
【００５２】
第１フレームの第１Ｈ−Ｆ（前半、時刻ｔ₁〜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ＦＰＮ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〜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。
【００５３】
第２フレームの第１Ｈ−Ｆ（前半、時刻ｔ₇〜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が読み出された後、１行目のリセットが行われる。第３Ｈ−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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
〔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。
【００５７】
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。
【００５８】
まず、各フレームとも前フレーム（時刻ｔ₀〜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。
【００５９】
第１フレームの第１Ｈ−Ｆ（前半、時刻ｔ₁〜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Ｔ５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３Ｈ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ＦＰＮ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ＦＰＮ信号２Ｄの読み出し時でもリセット動作は行われない。
【００６０】
第２フレームの第１Ｈ−Ｆ（前半、時刻ｔ₇〜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３Ｈ−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。
【００６１】
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。
【００６２】
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ＦＰＮ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。
【００６３】
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。
【００６４】
【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の光電変換部に蓄積された蓄積電荷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。
【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

Claims

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、該垂直走査回路及び水平走査回路により暗時ＦＰＮ信号を読み出すＸＹアドレス型固体撮像装置の駆動方法において、暗時ＦＰＮ信号読み出しは、暗時ＦＰＮ信号読み出し画素行及び当該画素行に隣接する画素行の明時信号をそれぞれ読み出してから、当該画素行と前記隣接画素行の光電変換部に蓄積された蓄積電荷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。