JP4561330B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射光量に応じた電気信号を出力する固体撮像装置に関する。

従来より使用されている固体撮像装置には、光電変換素子で発生した光電荷を読み出す手段によってＣＣＤ型とＣＭＯＳ型に大きく分けられる。ＣＣＤ型は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転送するようになっており、又、ＣＭＯＳ型はフォトダイオードのｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通して読み出すようになっている。そして、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置について、本出願人は、そのダイナミックレンジを広くするために入射光量の対数値に比例した電気信号を生成する対数変換動作を行う構成とした固体撮像装置や、入射光量に比例した電気信号を生成する線形変換動作と対数変換動作とを切り換えることが可能な固体撮像装置を提案している（特許文献１、特許文献２参照）。

このような固体撮像装置は、同一行に配置された各画素から出力される画像信号を電圧信号として各行毎にサンプリングするとともにサンプリングされた１行分の画像信号を各列毎に装置外部に出力する読み出し回路が備えられる。即ち、読み出し回路では、１行分の画素からの画像信号が読み出されてサンプリングされるととともに、この１行分の各画素のリセットに起因するノイズ信号が読み出されてサンプリングされる。そして、このサンプリングされた画像信号及びノイズ信号が１画素毎に読み出されて、ノイズ除去された画像信号が装置外部に出力される。

特開平１１−３１３２５７号公報 特開２００２−７７７３３号公報

しかしながら、このような読み出し回路は、バッファ回路やアンプ回路などがＭＯＳトランジスタで構成されるため、構成されるＭＯＳトランジスタの閾値電圧にバラツキが生じることによって、このＭＯＳトランジスタの閾値バラツキが原因となり、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を含むノイズ成分が画像信号に現れる。又、読み出し回路において、複数の読み出し用のバッファ又はアンプを備えて、それぞれのバッファ又はアンプより画像信号を出力するものがある。このような構成の場合、このバッファ又はアンプを構成するＭＯＳトランジスタの閾値バラツキが原因となり、この閾値バラツキによるノイズ成分を備えた信号が出力されることとなる。

このような問題を鑑みて、本発明は、読み出し回路の特性のバラツキに基づく画像信号のノイズ成分を認識することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する光電変換部を備える複数の画素と、所定数の前記画素と接続されるとともに前記画素からの画像信号を時系列に読み出して出力する読み出し回路と、を備える固体撮像装置において、前記読み出し回路に接続され、前記画素と同一の構成であるとともに、受光した光量に依存しない出力信号をダミー信号として出力する複数のダミー画素を備え、前記ダミー画素からの前記ダミー信号が前記読み出し回路によって出力されるとき、前記読み出し回路から出力される前記ダミー信号が前記読み出し回路の特性を反映した値となることを特徴とする。

このような構成の固体撮像装置において、前記ダミー信号が、前記ダミー画素に所定の電圧値が与えられたときの出力信号である。更に、前記複数の画素がマトリクス状に配置されるとき、前記ダミー画素が１行分配置されるものとしても構わないし、前記ダミー画素が２行以上配置されるものとしても構わない。又、前記ダミー画素が１行分であるとき、前記ダミー画素それぞれから前記ダミー信号が複数回出力されることで、複数行分の前記ダミー信号が出力されるとともに、前記ダミー信号を出力される毎に前記ダミー画素に与える電圧値を異なるものとしても構わない。又、前記ダミー画素が２行以上であるとき、各行毎に前記ダミー信号が出力される際に前記ダミー画素に与える電圧値を異なるものとしても構わない。

前記ダミー信号に基づいて前記読み出し回路のオフセット量が確認されるとともに、前記読み出し回路が前記画素から読み出した前記画像信号を出力するとき、当該画像信号が前記読み出し回路のオフセット量に基づいて補正処理が施されるものとしても構わないし、又、前記ダミー信号に基づいて前記読み出し回路のゲイン量が確認されるとともに、前記読み出し回路が前記画素から読み出した前記画像信号を出力するとき、当該画像信号が前記読み出し回路のゲイン量に基づいて補正処理が施されるものとしても構わない。更に、前記ダミー信号に基づいて前記読み出し回路のゲイン量及びオフセット量が確認されるとともに、前記読み出し回路が前記画素から読み出した前記画像信号を出力するとき、当該画像信号が前記読み出し回路のゲイン量及びオフセット量に基づいて補正処理が施されるものとしても構わない。

又、このように補正処理を施すとき、複数の前記ダミー画素の前記ダミー信号の平均値に基づいて前記ゲイン量又は前記オフセット量が求められるものとしても構わない。このとき、前記読み出し回路毎に、前記ダミー信号の平均値が求められる。又、複数行分の前記ダミー信号が出力されるときは、各行毎に、前記ダミー信号の平均値が求められるものとしても構わない。更に、前記読み出し回路を複数備えるものとしても構わない。

本発明によると、読み出し回路から出力されるダミー画素によるダミー信号が、読み出し回路の特性を反映した値となるため、このダミー信号に基づいて読み出し回路の特性を確認することができる。よって、読み出し回路の特性のバラツキに基づいて画像信号に生じるノイズ成分を認識することができる。又、この読み出し回路の特性を確認するとともに、確認した読み出し回路の特性に基づく補正処理を施すことで、読み出し回路の特性のバラツキに基づく画像信号のノイズ成分を低減することができる。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、以下に、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。

（撮像装置の構成）
図１に示す撮像装置は、被写体を撮像することで入射光量に応じた画像信号と出力部のゲイン及びオフセットを表すダミー信号とを出力する固体撮像装置１と、固体撮像装置１から出力される画像信号及びダミー信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２と、Ａ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換されたダミー信号の平均値を求める平均値算出部３と、平均値演算部で得られたダミー信号の平均値に基づいて補正量を設定する補正量演算部４と、補正量演算部４で得られた補正量に基づいてＡ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換された画像信号に対して補正処理を施す補正処理部５と、補正処理部５で補正処理された画像信号に対して各種画像処理を施す画像処理部６と、固体撮像装置１における各信号の電圧値の制御を行う信号制御部７と、を備える。

（固体撮像装置の構成）
このように構成される撮像装置における固体撮像装置１について、図２を参照して説明する。図２の固体撮像装置１は、行列配置（マトリクス配置）されるとともに撮像動作を行う画素Ｇ11〜Ｇmnと、２行分設置されるとともにダミー信号を出力するダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2とを備える。そして、画素Ｇ11〜Ｇmn及びダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2より、垂直走査回路１１によって行毎に信号が行（ライン）１３−ａ，１３−ｂ，１３−１，１３−２，…，１３−ｎに順次与えられることで、各行毎に、各列のダミー画素及び画素の信号が出力信号線１４−１，１４−２，…，１４−ｍそれぞれに出力される。尚、ｍを２以上の偶数とするとともに、ｎを１以上の自然数とする。

このとき、出力信号線１４−１〜１４−ｍそれぞれには、負荷トランジスタとなるＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍのドレインがそれぞれ接続されるため、出力信号線１４−１〜１４−ｍそれぞれに電圧信号が出力される。即ち、出力信号線１４−ｋ（ｋは、１≦ｋ≦ｍの自然数）を代表して説明すると、出力信号線１４−ｋにＭＯＳトランジスタＱａｋのドレインが接続される。そして、このＭＯＳトランジスタＱａｋのゲート及びソースそれぞれに直流電圧ＶＤ，ＶPSが印加されることで、ＭＯＳトランジスタＱａｋそれぞれが負荷トランジスタとして働く。

このように構成されるとき、画素Ｇ11〜Ｇmnには、後述するように、これらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力するＭＯＳトランジスタＴ２が設けられている。このＭＯＳトランジスタＴ２と上記ＭＯＳトランジスタＱａ（図２のＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍに相当する）とが、出力信号線１４（図２の出力信号線１４−１〜１４−ｍに相当する）を介して接続されるとき、ＭＯＳトランジスタＱａは抵抗又は定電流源と等価であり、このＭＯＳトランジスタＴ２，Ｑａによる回路はソースフォロア型の増幅回路となっている。尚、この場合、ＭＯＳトランジスタＴ２から増幅出力されるのは電流であると考えてよい。

このようにソースフォロア型の増幅回路を構成することにより、出力信号線１４よりこの増幅回路がない場合に比べて大きな信号を増幅して出力することができる。従って、画素がダイナミックレンジ拡大のために感光素子から発生する光電流を自然対数的に変換しているような場合は、そのままでは出力信号が小さいが、本増幅回路を設けることにより結果として増幅回路がない場合に比べて大きな信号が得られるため、後続の信号処理回路（図示せず）での処理が容易になる。又、増幅回路の負荷抵抗部分を構成するＭＯＳトランジスタＱａを画素内に設けずに、列方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線１４−１、１４−２、・・・、１４−ｍ毎に設けることにより、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チップ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。

又、出力信号線１４−１〜１４−ｍのそれぞれに、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ及びスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍが接続される。即ち、スイッチＳ１−ｋの一端とスイッチＳ２−ｋの一端とが、ＭＯＳトランジスタＱａｋのドレインに接続される。又、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ及びスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍそれぞれに、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍ及びキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍそれぞれが接続される。即ち、スイッチＳ１−ｋの他端が、他端に直流電圧ＶPSが印加されキャパシタＣ１−ｋの一端に接続されるとともに、スイッチＳ２−ｋの他端が、他端に直流電圧ＶPSが印加されキャパシタＣ２−ｋの一端に接続される。

更に、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍとキャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍの接続ノードがバッファ１５−１〜１５−ｍの入力側に接続されるとともに、スイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍとキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍの接続ノードがバッファ１６−１〜１６−ｍの入力側に接続される。このバッファ１５−ｋ，１６−ｋは、図２及び図３で説明したのと同様に複数のＭＯＳトランジスタで構成されるソースフォロアアンプから成る。そして、バッファ１５−ｋ，１６−ｋそれぞれから出力される画像信号及びノイズ信号が、差動増幅器１７の非反転入力端子及び反転入力端子それぞれに入力される。

よって、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍがＯＮとされることで、出力信号線１４−１〜１４−ｍに電圧信号として現れる画像信号又はダミー信号が、それぞれ、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに与えられてサンプルホールドされる。更に、スイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍがＯＮとされることで、出力信号線１４−１〜１４−ｍに電圧信号として現れるノイズ信号が、それぞれ、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに与えられてサンプルホールドされる。

そして、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに与えられてサンプルホールドされた画像信号又はダミー信号は、それぞれ、水平走査回路１２によってその内部スイッチがＯＮとされるバッファ１５−１〜１５−ｍを介して、差動増幅器１７ａ，１７ｂの非反転入力端子に与えられる。即ち、キャパシタＣ１−１，Ｃ１−３，…，Ｃ１−（ｍ−１）にサンプルホールドされた画像信号又はダミー信号が、バッファ１５−１，１５−３，…１５−（ｍ−１）それぞれを介して差動増幅器１７ａの非反転入力端子に与えられるとともに、キャパシタＣ１−２，Ｃ１−４，…，Ｃ１−ｍにサンプルホールドされた画像信号又はダミー信号が、バッファ１５−２，１５−４，…，１５−ｍそれぞれを介して差動増幅器１７ｂの非反転入力端子に与えられる。

又、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに与えられてサンプルホールドされたノイズ信号は、それぞれ、水平走査回路１２によってその内部スイッチがＯＮとされるバッファ１６−１〜１６−ｍを介して、差動増幅器１７ａ，１７ｂの反転入力端子に与えられる。即ち、キャパシタＣ２−１，Ｃ２−３，…，Ｃ２−（ｍ−１）にサンプルホールドされたノイズ信号が、バッファ１６−１，１６−３，…１６−（ｍ−１）それぞれを介して差動増幅器１７ａの反転入力端子に与えられるとともに、キャパシタＣ２−２，Ｃ２−４，…，Ｃ２−ｍにサンプルホールドされたノイズ信号が、バッファ１６−２，１６−４，…，１６−ｍそれぞれを介して差動増幅器１７ｂの反転入力端子に与えられる。

このように、画像信号又はダミー信号とノイズ信号とが差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれに与えられると、この差動増幅器１７ａ，１７ｂにおいて、同一の画素の画像信号又はダミー信号からノイズ信号を減算する減算処理が行われることで、各画素のリセットに起因するノイズ成分が除去された画像信号又はダミー信号が出力される。この差動増幅器１７ａ，１７ｂよりパラレルに画像信号を出力することで、固体撮像装置１が２つのチャンネルの読み出し回路を備えた構成となる。

（画素の構成例）
この図２のような構成の固体撮像装置１における各画素Ｇ11〜Ｇmn及び各ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2の一構成例を、図３に示す。図３に示す画素は、カソードに直流電圧ＶPSが印加されたフォトダイオードＰＤのアノードにＭＯＳトランジスタＴ１のソースが接続され、このＭＯＳトランジスタＴ１のドレインにＭＯＳトランジスタＴ４のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートが接続される。

そして、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースにＭＯＳトランジスタＴ３のドレインが接続されるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ３のソースが出力信号線１４（図２の出力信号線１４−１〜１４−ｍに相当する）に接続される。このＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４は、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタである。又、ＭＯＳトランジスタＴ４のドレインに信号φＶPDが与えられとともに、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに直流電圧ＶPDが印加される。そして、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ４それぞれのゲートに信号φＴＸ，φＶ，φＲＳが与えられる。

このように構成される画素Ｇ11〜Ｇmn及びダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2を備える固体撮像装置１は、画素Ｇ11〜Ｇmnによる通常の撮像動作と、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2によるダミー信号生成動作とを行う。この通常の撮像動作を行う画素Ｇ11〜Ｇmnにおける各素子の動作タイミングと、ダミー信号生成動作ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2における各素子の動作タイミングは、異なるものとなる。よって、以下では、通常の撮像動作及びダミー信号生成動作それぞれにおける動作について説明する。

（ダミー信号生成動作）
まず、固体撮像装置１のダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2によってダミー信号生成動作が行われるときの各部の動作について、図面を参照して説明する。図４は、固体撮像装置１のダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2とスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍそれぞれに与える信号の状態を示す水平ブランク期間のタイミングチャートである。このダミー信号生成動作は、水平ブランク期間毎に、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2が、Ｇｘ11〜Ｇｘm1、Ｇｘ12〜Ｇｘm2の順で、各行毎にダミー信号生成動作を行って、各ダミー画素からのダミー信号が出力される。

このとき、各ダミー画素Ｇｘ1q〜Ｇｘmq（ｑ＝１，２）において、まず、信号φＶPDをハイの状態として、この信号φＶPDによる電圧値を、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接続される浮遊拡散層（ＦＤ：Floating Diffusion）をリセットするための電圧値とする。そして、ハイとなる信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートをリセットする。そして、信号φＲＳをローとした後に、ハイとなるパルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２と出力信号線１４とを接続する。このようにＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接続されるＦＤをリセットした値に応じた電流が出力信号線１４に流れる。

よって、出力信号線１４に接続されるＭＯＳトランジスタＱａ（図２のＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍに相当する）及びＭＯＳトランジスタＴ２によってソースフォロアアンプを構成するため、出力信号線１４には、リセット時のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた値となる電圧信号がノイズ信号として現れる。このとき、スイッチＳ２（図２のスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍに相当する）をＯＮとすることで、ノイズ信号が、キャパシタＣ２（キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに相当する）に与えられて、サンプルホールドされる。即ち、各画素Ｇｘ1q〜Ｇｘmqからのノイズ信号がそれぞれ、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍそれぞれにサンプルホールドされる。このノイズ信号は、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとしてＦＤをリセットした差異のリセットノイズを反映したノイズ信号となる。

そして、信号φＶをローとするとともにスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍをＯＦＦとすると、ハイとなるパルス信号φＴＸをＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに与えるとともに信号φＲＳをハイとして、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ４をＯＮとする。そして、このようにして、フォトダイオードＰＤとＭＯＳトランジスタＴ２のゲートとを電気的に接続するとともに、信号φＶPDの信号線とＭＯＳトランジスタＴ２のゲートとを電気的に接続すると、信号φＶPDをローとする。

このとき、信号φＶPDの電圧値は、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートがリセットされるときの電圧値よりも低い値となり、フォトダイオードＰＤからの光電荷の影響を受けない値とされる。よって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに構成されるＦＤの電圧が、信号φＶPDのローとなるときの電圧値となる。そして、信号φＴＸがローとされてＭＯＳトランジスタＴ２がＯＦＦとなった後、信号φＲＳをローとしてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦとするとともに、信号φＶPDをハイとする。

その後、ハイとなるパルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとする。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が信号φＶPDのローの電圧値に基づく電圧値となるため、この信号φＶPDのローの電圧値に応じた電流がＭＯＳトランジスタＴ２より出力信号線１４に流れる。よって、ダミー信号が、ＭＯＳトランジスタＴ３及び出力信号線１４を介して、信号φＶPDのローの電圧値に応じた値の電圧信号として出力される。

又、ハイとなるパルス信号φＶを与えるときに、スイッチＳ１（図２のスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍに相当する）をＯＮとすることで、ダミー信号が、キャパシタＣ１（キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに相当する）に与えられて、サンプルホールドされる。即ち、各画素Ｇｘ1q〜Ｇｘmqからのダミー信号がそれぞれ、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍそれぞれにサンプルホールドされる。そして、パルス信号φＶをローとするとともにスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍをＯＦＦとする。

このようにして、ｑ行目１行分となる画素Ｇｘ1q〜Ｇｘmqそれぞれから出力される２つの信号のうち、ダミー信号がキャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに格納されるとともに、ノイズ信号がキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに格納される。その後、バッファ１５−１〜１５−ｍとバッファ１６−１〜１６−ｍそれぞれが順番にＯＮとされる。このとき、差動増幅器１７ａに対して、バッファ１５−１，１５−３，…，１５−（ｍ−１）が順番にＯＮとされるとともに、バッファ１６−１，１６−３，…，１６−（ｍ−１）が順番にＯＮとされる。又、差動増幅器１７ｂに対して、バッファ１５−２，１５−４，…，１５−ｍが順番にＯＮとされるとともに、バッファ１６−２，１６−４，…，１６−ｍが順番にＯＮとされる。

よって、ダミー画素Ｇｘ1q，Ｇｘ3q，…，Ｇｘ(m-1)qそれぞれにおけるダミー信号及びノイズ信号が順番に、差動増幅器１７ａの非反転入力端子及び反転入力端子に与えられるとともに、ダミー画素Ｇｘ2q，Ｇｘ4q，…，Ｇｘmqそれぞれにおけるダミー信号及びノイズ信号が順番に、差動増幅器１７ｂの非反転入力端子及び反転入力端子に与えられる。そして、差動増幅器１７ａから、ダミー画素Ｇｘ1q，Ｇｘ3q，…，Ｇｘ(m-1)qそれぞれにおけるノイズ除去されたダミー信号が出力されるとともに、差動増幅器１７ｂから、ダミー画素Ｇｘ2q，Ｇｘ4q，…，Ｇｘmqそれぞれにおけるノイズ除去されたダミー信号が出力される。

即ち、ｐ列目（ｐ＝１，３，…，ｍ−１）のバッファ１５−ｐ，１６−ｐがそれぞれＯＮとされるとき、ｐ＋１列目のバッファ１５−（ｐ＋１），１６−（ｐ＋１）がそれぞれＯＮとされる。よって、キャパシタＣ１−ｐにサンプルホールドされているダミー画素Ｇｘpqにおけるダミー信号がバッファ１５−ｐを介して差動増幅器１７ａの非反転入力端子に入力されるとともに、キャパシタＣ２−ｐにサンプルホールドされているダミー画素Ｇｘpqにおけるノイズ信号がバッファ１６−ｐを介して差動増幅器１７ａの反転入力端子に入力される。又、キャパシタＣ１−（ｐ＋１）にサンプルホールドされているダミー画素Ｇｘ(p+1)qにおけるダミー信号がバッファ１５−（ｐ＋１）を介して差動増幅器１７ｂの非反転入力端子に入力されるとともに、キャパシタＣ２−（ｐ＋１）にサンプルホールドされているダミー画素Ｇｘ(p+1)qにおけるノイズ信号がバッファ１６−（ｐ＋１）を介して差動増幅器１７ｂの反転入力端子に入力される。

そして、差動増幅器１７ａ，１７ｂにおいて、ダミー信号からノイズ信号が減算されることによって、ダミー画素Ｇｘpqにおけるノイズ除去されたダミー信号が差動増幅器１７ａより出力されるとともに、ダミー画素Ｇｘ(p+1)qにおけるノイズ除去されたダミー信号が差動増幅器１７ｂより出力される。

（通常の撮像動作）
次に、この固体撮像装置１の画素Ｇ11〜Ｇmnによって通常の撮像動作が行われるときの各部の動作について、図面を参照して説明する。図５は、固体撮像装置１の画素Ｇ11〜ＧmnとスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍそれぞれに与える信号の状態を示す水平ブランク期間のタイミングチャートである。このとき、水平ブランク期間毎に、画素Ｇ11〜Ｇmnが、Ｇ11〜Ｇm1、Ｇ12〜Ｇm2、…、Ｇ1n〜Ｇmnの順で、各行毎に撮像動作を行うとともに、撮像して得られた画像信号が出力される。

ｒ行目の各画素Ｇ1r〜Ｇmr（ｒ＝１，２，…，ｎ）において撮像動作が行われるとき、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2によるダミー信号生成動作と異なり、信号φＶPDを常にハイの状態として、この信号φＶPDによる電圧値を、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接続されるＦＤをリセットするための電圧値とする。そして、まず、ハイとなるパルス信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート及びＦＤにおける電圧値をリセットする。そして、信号φＲＳをローとしてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦとした後、ハイとなるパルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２と出力信号線１４とを接続する。

よって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート及びＦＤをリセットした値に応じた電流が出力信号線１４に流れ、出力信号線１４には、リセット時のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた値となる電圧信号によるノイズ信号が現れる。このとき、スイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍがＯＮとされるために、画素Ｇ1r〜Ｇmrそれぞれのノイズ信号がキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに与えられて、サンプルホールドされる。

又、このとき、光が入射されるフォトダイオードＰＤにおいて光電荷が発生し、この光電荷がフォトダイオードＰＤとＭＯＳトランジスタＴ１のソースとの接続ノードにおけるＦＤに蓄積される。よって、フォトダイオードＰＤとＭＯＳトランジスタＴ１のソースとの接続ノードにおける電圧が、入射光量に応じた電圧として現れる。そして、ノイズ信号が出力されて、信号φＶをローとするとともにスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍをＯＦＦとすると、ハイとなる信号φＴＸをＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに与えて、ＭＯＳトランジスタをＯＮとする。よって、フォトダイオードＰＤとＭＯＳトランジスタＴ１のソースとの接続ノードにおける光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接続されるＦＤに転送される。そのため、フォトダイオードＰＤに入射された光量に応じた電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れる。

即ち、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに、入射光量の積分値に対して線形的に変化する電圧がサンプルホールドされる。その後、信号φＴＸがローとされてＭＯＳトランジスタＴ１がＯＦＦとされると、ハイとなるパルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２と出力信号線１４とを接続する。このようにＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して入射光量の積分値に対して線形的に比例した電流が出力信号線１４に流れる。

このとき、出力信号線１４に接続されるＭＯＳトランジスタＱａ及びＭＯＳトランジスタＴ２によってソースフォロアアンプを構成するため、出力信号線１４には、入射光量の積分値に対して線形的に比例した値となる電圧信号が現れる。そして、この電圧信号による画像信号が、スイッチＳ１（図２のスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍに相当する）を介してキャパシタＣ１（キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに相当する）に与えられて、サンプルホールドされる。即ち、各画素Ｇ1r〜Ｇmrからの画像信号がそれぞれ、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍそれぞれにサンプルホールドされる。その後、信号φＶをローとしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦとするとともに、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍをＯＦＦとする。

このような動作が、画素Ｇ11〜Ｇmnにおいて、Ｇ11〜Ｇm1、Ｇ12〜Ｇm2、…、Ｇ1n〜Ｇmnの順で、行毎に行われる。そして、１行分となる画素Ｇ1r〜Ｇmrの画像信号がキャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍにサンプルホールドされるとともに、１行分となる画素Ｇ1r〜Ｇmrのノイズ信号がキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍにサンプルホールドされると、ダミー信号生成動作を行うときと同様、バッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍが、順番にＯＮとなる。そして、差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれにおいて、同一画素の画像信号及びノイズ信号それぞれが非反転入力端子及び反転入力端子に与えられ、ノイズ成分が除去された画像信号が出力される。

即ち、ｐ列目のバッファ１５−ｐ，１６−ｐがそれぞれＯＮとされるとき、ｐ＋１列目のバッファ１５−（ｐ＋１），１６−（ｐ＋１）がそれぞれＯＮとされる。よって、キャパシタＣ１−ｐにサンプルホールドされている画素Ｇprにおける画像信号がバッファ１５−ｐを介して差動増幅器１７ａの非反転入力端子に入力されるとともに、キャパシタＣ２−ｐにサンプルホールドされている画素Ｇprにおけるノイズ信号がバッファ１６−ｐを介して差動増幅器１７ａの反転入力端子に入力される。又、キャパシタＣ１−（ｐ＋１）にサンプルホールドされている画素Ｇ(p+1)rにおける画像信号がバッファ１５−（ｐ＋１）を介して差動増幅器１７ｂの非反転入力端子に入力されるとともに、キャパシタＣ２−（ｐ＋１）にサンプルホールドされている画素Ｇ(p+1)rにおけるノイズ信号がバッファ１６−（ｐ＋１）を介して差動増幅器１７ｂの反転入力端子に入力される。

そして、差動増幅器１７ａ，１７ｂにおいて、画像信号からノイズ信号が減算されることによって、画素Ｇprにおけるノイズ除去された画像信号が差動増幅器１７ａより出力されるとともに、画素Ｇ(p+1)rにおけるノイズ除去された画像信号が差動増幅器１７ｂより出力される。

このように画素Ｇ11〜Ｇmnが通常の撮像動作を行うとともにダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2がダミー信号生成動作を行うとき、この通常の撮像動作とダミー信号生成動作とを同一のフレームで行うものとしても構わないし、又、通常の撮像動作とダミー信号生成動作とを別のフレームで行うものとしても構わない。よって、以下では、（１）同一のフレームで撮像動作とダミー信号生成動作とを行う場合と、（２）異なるフレームで撮像動作とダミー信号生成動作とを行う場合とのそれぞれの場合における、撮像装置の動作について説明する。

（１）同一フレームの場合
ダミー信号生成動作と通常の撮像動作とが各フレーム毎に同一フレームにおいて行われるとき、信号制御部７より固体撮像装置１に各信号が与えられると、固体撮像装置１において、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2によるダミー信号生成動作が行われる。このとき、まず、ダミー画素Ｇｘ11，Ｇｘ31，…，Ｇｘ(m-1)1によるダミー信号が差動増幅器１７ａから順番に出力されるとともに、ダミー画素Ｇｘ21，Ｇｘ41，…，Ｇｘm1によるダミー信号が差動増幅器１７ｂから順番に出力される。そして、ダミー画素Ｇｘ12，Ｇｘ32，…，Ｇｘ(m-1)2によるダミー信号が差動増幅器１７ａから順番に出力されるとともに、ダミー画素Ｇｘ22，Ｇｘ42，…，Ｇｘm2によるダミー信号が差動増幅器１７ｂから順番に出力される。

このようにして差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれから各画素毎に出力されるダミー信号は、Ａ／Ｄ変換部２に与えられてデジタル信号に変換された後、平均値算出部３に与えられる。平均値算出部３では、差動増幅器１７ａより出力されるダミー信号の平均値を演算するとともに、差動増幅器１７ｂより出力されるダミー信号の平均値を演算する。このとき、各行毎にダミー信号の平均値が求められる。

即ち、平均値算出部３において、ダミー画素Ｇｘ11，Ｇｘ31，…，Ｇｘ(m-1)1のダミー信号の総和をｍ／２画素で除算して、差動増幅器１７ａから出力される１行目のダミー信号の平均値を求めるとともに、ダミー画素Ｇｘ12，Ｇｘ32，…，Ｇｘ(m-1)2のダミー信号の総和をｍ／２画素で除算して、差動増幅器１７ａから出力される２行目のダミー信号の平均値を求める。又、ダミー画素Ｇｘ21，Ｇｘ41，…，Ｇｘm1のダミー信号の総和をｍ／２画素で除算して、差動増幅器１７ｂから出力される１行目のダミー信号の平均値を求めるとともに、ダミー画素Ｇｘ22，Ｇｘ42，…，Ｇｘm2のダミー信号の総和をｍ／２画素で除算することで、差動増幅器１７ｂから出力される２行目のダミー信号の平均値を求める。

このようにして算出された差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれから出力される１行目及び２行目のダミー画素によるダミー信号の平均値が、補正量演算部４に与えられる。尚、本実施形態においては、差動増幅器１７ａから出力される画像信号に現れるオフセット量とゲイン量とを基準とするものとする。よって、補正量演算部４では、差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれから出力される１行目及び２行目のダミー信号の平均値に基づいて、差動増幅器１７ｂから出力される画像信号のオフセット量又はゲイン量を補正するための補正量を求める。尚、この補正量演算部４の動作については、後述する。このようにして求められた補正量が補正処理部５に与えられ、補正処理部５における補正処理を行うために格納される。

そして、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2によるダミー信号が固体撮像装置１より出力されると、信号制御部７より固体撮像装置１に各信号が与えられることで、このダミー信号に続いて、画素Ｇ11〜Ｇmnが通常の撮像動作を行うことで得られた画像信号が固体撮像装置１より出力される。即ち、ｒ行目の画素Ｇ1r〜Ｇmrからの画像信号が出力されるとき、画素Ｇ1r，Ｇ3r，…，Ｇ(m-1)rによる画像信号が差動増幅器１７ａから順番に出力されるとともに、ダミー画素Ｇ2r，Ｇ4r，…，Ｇmrによる画像信号が差動増幅器１７ｂから順番に出力される。

このようにして差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれから各画素毎に出力される画像信号は、Ａ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換された後、補正処理部５に与えられる。そして、差動増幅器１７ｂから出力された画像信号を補正量演算部４で算出した補正量に応じて補正処理を施すことで、差動増幅器１７ｂから出力された画像信号に対して、差動増幅器１７ｂにおけるオフセット量又はゲイン量を補正する。尚、この補正処理部５における動作についても、後述する。

即ち、補正処理部５において、差動増幅器１７ｂより出力される画像信号に対して、補正量演算部４で算出した補正量に応じた補正処理を施して画像処理部６に与えるとともに、差動増幅器１７ａより出力される画像信号をそのまま画像処理部６に与える。よって、画像処理部６では、差動増幅器１７ａ，１７ｂによるオフセット量又はゲイン量の違いによるバラツキが抑制された画像信号が与えられる。そして、画像処理部６において、補正処理部５を通じて与えられた画像信号に対して、エッジ強調処理やホワイトバランス処理などの画像処理が施される。

又、固体撮像装置１では、上述の画素Ｇ11〜Ｇmnの通常の撮像動作が終了すると、次フレームにおけるダミー信号生成動作と通常の撮像動作とを順に行う。このように、本例では、各フレーム毎に、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2によるダミー信号生成動作と画素Ｇ11〜Ｇmnの通常の撮像動作とを順番に繰り返し行う。よって、平均値演算部３と補正量演算部４による補正量の算出が、各フレーム毎に行われる。

（２）異なるフレームの場合
ダミー信号生成動作と通常の撮像動作とが別のフレームにおいて行われるとき、複数フレームに毎に１フレームのダミー信号生成動作が行われる。まず、信号制御部７より固体撮像装置１に各信号が与えられて、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2によるダミー信号生成動作が行われるとき、同一フレームの場合と同様、差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれから各画素毎に出力されるダミー信号が、Ａ／Ｄ変換部２に与えられてデジタル信号に変換された後、平均値算出部３に与えられる。

そして、平均値算出部３において、差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれから出力される１行目及び２行目のダミー信号の平均値を求められた後、このダミー信号の平均値が補正量演算部４に与えられて、差動増幅器１７ｂから出力される画像信号のオフセット量又はゲイン量を補正するための補正量が求められる。（尚、この補正量演算部４の動作については、後述する。）この補正量演算部４で算出された補正量が補正処理部５に与えられ、補正処理部５における補正処理を行うために格納される。

このようにして、ダミー信号生成動作を行うフレームが終了すると、同一フレームで動作させる場合と異なり、次に続く複数フレームにおいて、画素Ｇ11〜Ｇmnによる通常の撮像動作のみを行う。このとき、固体撮像装置１の差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれから各画素毎に出力される画像信号は、Ａ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換された後、補正処理部５に与えられる。そして、補正処理部５において、差動増幅器１７ｂから出力された画像信号を補正量演算部４で算出した補正量に応じて補正処理を施す。（尚、この補正処理部５における動作についても、後述する。）

よって、画像処理部６には、補正処理が施された差動増幅器１７ｂから出力された画像信号が与えられるとともに、差動増幅器１７ａから出力された画像信号が補正処理されることなく与えられる。このようにして、差動増幅器１７ａ，１７ｂによるオフセット量又はゲイン量の違いによるバラツキが抑制された画像信号が画像処理部６に与えられると、この画像信号に各種画像処理が施される。

この画素Ｇ11〜Ｇmnによる通常の撮像動作が複数フレーム分行われると、再び、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2によるダミー信号生成動作が行われる。そのため、本例では、１フレームのダミー信号生成動作と複数フレームの通常の撮像動作とが、繰り返し行われる。よって、連続して行われる通常の撮像動作時において、補正処理部５による画像信号の補正処理を行う際、この撮像動作が行われる前に成されたダミー信号生成動作による同一の補正量が、次のダミー信号生成動作が行われるまで連続して使用される。尚、通常の撮像動作をする場合に、画素Ｇ11〜Ｇmnだけでなく、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘmnも用いて１フレームの画像信号を得るようにしても構わない。このようにすると、より多くの画素で撮像を行うことができる。

このように動作する撮像装置における補正量演算部４における動作と、補正処理部５における動作について、以下に説明する。この補正量演算部４における補正量として、（１）オフセット量のみを設定する場合、（２）ゲイン量のみを設定する場合、（３）オフセット量及びゲイン量を設定する場合のいずれとしても構わない。それぞれの場合における補正量演算部４における動作と補正処理部５における動作とを、以下に説明する。

尚、ダミー信号生成動作が行われる場合、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm2それぞれからダミー信号が出力される際に、１行目のダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1に与える信号φＶPDのローとなる電圧値を一定とするとともに、２行目のダミー画素Ｇｘ12〜Ｇｘm2に与える信号φＶPDのローとなる電圧値を一定とする。又、このとき、１行目のダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1に与える信号φＶPDのローとなる電圧値と、２行目のダミー画素Ｇｘ12〜Ｇｘm2に与える信号φＶPDのローとなる電圧値とを異なる値とする。

そのため、１行目のダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1によるダミー信号生成動作が行われるとき、差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれの非反転入力端子及び反転入力端子に入力されるダミー信号及びノイズ信号それぞれの値の差が一定の値ＶＬａとなる。又、２行目のダミー画素Ｇｘ12〜Ｇｘm2によるダミー信号生成動作が行われるとき、差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれの非反転入力端子及び反転入力端子に入力されるダミー信号及びノイズ信号それぞれの値の差が一定の値ＶＬｂとなる。

このとき、差動増幅器１７ａのゲイン量及びオフセット量をα１，β１とし、差動増幅器１７ｂのゲイン量及びオフセット量をα２、β２とする。即ち、差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれから出力されるノイズ除去後の１行目のダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1によるダミー信号の平均値Ｖ１ａ，Ｖ２ａがそれぞれ、α１×ＶＬａ＋β１、α２×ＶＬａ＋β２となり、差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれから出力されるノイズ除去後の２行目のダミー画素Ｇｘ12〜Ｇｘm2によるダミー信号の平均値Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂがそれぞれ、α１×ＶＬｂ＋β１、α２×ＶＬｂ＋β２となる。

（１）オフセット量のみ
平均値算出部３より差動増幅器１７ａからのダミー信号の平均値Ｖ１ａ，Ｖ１ｂと差動増幅器１７ｂからのダミー信号の平均値Ｖ２ａ，Ｖ２ｂとが、補正量演算部４に与えられると、補正量演算部４において、ダミー信号の平均値Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ２ａ，Ｖ２ｂに基づいて、差動増幅器１７ａ，１７ｂのオフセット量β１，β２の差が求められる。このとき、平均値算出部３より入力されるダミー信号の平均値に基づいて演算することによって、オフセット量の差Δβ（＝β１−β２）が求められる。

即ち、ゲイン量α１，α２が略等しいとみなされるため、１行目のダミー信号の平均値による差（Ｖ１ａ−Ｖ２ａ）又は２行目のダミー信号の平均値による差（Ｖ１ｂ−Ｖ２ｂ）を求めることによって、オフセット量β１，β２の差Δβが求められる。よって、このオフセット量の差Δβが補正量として求められると、補正処理部５に与えられて格納される。又、１行目のダミー信号の平均値による差（Ｖ１ａ−Ｖ２ａ）と２行目のダミー信号の平均値による差（Ｖ１ｂ−Ｖ２ｂ）の平均値により、オフセット量の差Δβが求められるものとしても構わない。

このようにして、オフセット量の差Δβが補正量として補正処理部５に与えられると、補正処理部５において、オフセット量の差Δβが格納される。そして、差動増幅器１７ｂから出力された画像信号の値Ｖ４に対してオフセット量の差Δβを加算し、その値をＶ４＋Δβに補正して、画像処理部６に出力する。又、差動増幅器１７ａから出力された画像信号の値Ｖ３の値を補正処理することなく、画像処理部６に出力する。

（２）ゲイン量のみ
この場合、平均値算出部３より差動増幅器１７ａからのダミー信号の平均値Ｖ１ａ，Ｖ１ｂと差動増幅器１７ｂからのダミー信号の平均値Ｖ２ａ，Ｖ２ｂとが、補正量演算部４に与えられると、補正量演算部４において、ダミー信号の平均値Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ２ａ，Ｖ２ｂに基づいて、差動増幅器１７ａ，１７ｂのゲイン量α１，α２の比が求められる。このとき、平均値算出部３より入力されるダミー信号の平均値に基づいて演算することによって、ゲイン量の比ｄα（＝α１／α２）が求められる。

即ち、まず、差動増幅器１７ａから出力される１行目のダミー信号の平均値Ｖ１ａと２行目のダミー信号の平均値Ｖ１ｂとの差（Ｖ１ａ−Ｖ１ｂ）が求められるとともに、差動増幅器１７ｂから出力される１行目のダミー信号の平均値Ｖ２ａと２行目のダミー信号の平均値Ｖ２ｂとの差（Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ）が求められる。この差動増幅器１７ａより出力される１行目と２行目のダミー信号の平均値の差（Ｖ１ａ−Ｖ１ｂ）がα１×（ＶＬａ−ＶＬｂ）となり、差動増幅器１７ｂより出力される１行目と２行目のダミー信号の平均値の差（Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ）がα２×（ＶＬａ−ＶＬｂ）となる。

よって、差動増幅器１７ａより出力される１行目と２行目のダミー信号の平均値の差（Ｖ１ａ−Ｖ１ｂ）と差動増幅器１７ｂより出力される１行目と２行目のダミー信号の平均値の差（Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ）との比（Ｖ１ａ−Ｖ１ｂ）／（Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ）を求めることによって、ゲイン量の比ｄαが求められる。このようにして、ゲイン量の比ｄαが補正量として補正処理部５に与えられると、このゲイン量の比ｄαが補正処理部に格納される。又、この補正処理部５では、オフセット量β２が予め設定されて格納されている。

そして、補正処理部５において、差動増幅器１７ｂから出力された画像信号の値Ｖ４に対して、下の（１）式に従った演算を施すことによって、その値をＶ４ｘに補正して画像処理部６に出力する。又、差動増幅器１７ａから出力された画像信号の値Ｖ３の値を補正処理することなく、画像処理部６に出力する。
Ｖ４ｘ＝（Ｖ４−β２）×ｄα＋β２ …（１）

（３）オフセット量及びゲイン量
この場合、平均値算出部３より差動増幅器１７ａからのダミー信号の平均値Ｖ１ａ，Ｖ１ｂと差動増幅器１７ｂからのダミー信号の平均値Ｖ２ａ，Ｖ２ｂとが、補正量演算部４に与えられると、補正量演算部４において、ダミー信号の平均値Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ２ａ，Ｖ２ｂに基づいて、差動増幅器１７ａ，１７ｂのゲイン量α１，α２及びオフセット量β１，β２それぞれが求められる。そして、求められた差動増幅器１７ａ，１７ｂのゲイン量α１，α２及びオフセット量β１，β２から、ゲイン量の比ｄα（＝α１／α２）及びオフセットの差Δβ（＝β１−β２）が求められる。

このとき、差動増幅器１７ａ，１７ｂに入力されるダミー信号とノイズ信号との差分値が予め確認されているため、この差分値と平均値算出部３より入力されるダミー信号の平均値とに基づいて演算することによって、ゲイン量α１，α２が求められる。即ち、１行目のダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1からのダミー信号とノイズ信号との値の差ＶＬａと、２行目のダミー画素Ｇｘ12〜Ｇｘm2からのダミー信号とノイズ信号との値の差ＶＬｂとが、予め確認されている。

よって、ゲイン量α１が、差動増幅器１７ａから出力されるダミー信号の平均値Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ及び差動増幅器１７ａに入力されるダミー信号とノイズ信号との値の差ＶＬａ，ＶＬｂから、（２）式に基づいて求められる。又、ゲイン量α２が、差動増幅器１７ｂから出力されるダミー信号の平均値Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ及び差動増幅器１７ｂに入力されるダミー信号とノイズ信号との値の差ＶＬａ，ＶＬｂから、（３）式に基づいて求められる。
α１＝（Ｖ１ａ−Ｖ１ｂ）／（ＶＬａ−ＶＬｂ） …（２）
α２＝（Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ）／（ＶＬａ−ＶＬｂ） …（３）

そして、このようにしてゲイン値α１，α２が求められると、差動増幅器１７ａから出力されるダミー信号の平均値Ｖ１ａ，Ｖ１ｂのいずれかにゲイン値α１を代入して、オフセット値β１を求めるとともに、差動増幅器１７ｂから出力されるダミー信号の平均値Ｖ２ａ，Ｖ２ｂのいずれかにゲイン値α２を代入して、オフセット値β２を求める。このようにして、ゲイン値α１，α２及びオフセット値β１，β２を求めると、ゲイン値の比ｄα（＝α１／α２）とオフセット値の差Δβ（＝β１−β２）とを補正量として求める。そして、このゲイン値の比ｄαとオフセット値の差Δβとを、オフセット値β２とともに補正処理部５に与えて格納する。

そして、補正処理部５において、差動増幅器１７ｂから出力された画像信号の値Ｖ４に対して、下の（４）式に従った演算を施すことによって、その値をＶ４ｘに補正して画像処理部６に出力する。又、差動増幅器１７ａから出力された画像信号の値Ｖ３の値を補正処理することなく、画像処理部６に出力する。
Ｖ４ｘ＝（Ｖ４−β２）×ｄα＋（β２＋Δβ） …（４）

尚、差動増幅器１７ａから出力される画像信号に現れるオフセット量とゲイン量とを基準として、補正量演算部４が補正量を求めるとともに補正処理部５が補正処理を施すものとしたが、差動増幅器１７ｂから出力される画像信号に現れるオフセット量とゲイン量とを基準とするものとしても構わないし、別に基準とするオフセット量とゲイン量とを備えるものとしても構わない。即ち、差動増幅器１７ｂから出力される画像信号に現れるオフセット量とゲイン量とを基準とするとき、補正量として、ゲイン量の比ｄα（＝α２／α１）及びオフセット値の差Δβ（＝β２−β１）が求められるとともに、差動増幅器１７ａから出力された画像信号の値が補正される。

又、別に基準とするオフセット量とゲイン量とを備えるとき、この基準とするゲイン量α０及びオフセット量β０に対して、差動増幅器１７ａからの画像信号を補正するための補正量として、ゲイン量の比ｄα１（＝α０／α１）及びオフセット値の差Δβ１（＝β０−β１）が、又、差動増幅器１７ｂからの画像信号を補正するための補正量として、ゲイン量の比ｄα２（＝α０／α２）及びオフセット値の差Δβ２（＝β０−β２）が、それぞれ求められる。そして、差動増幅器１７ａから出力された画像信号の値が、ゲイン量の比ｄα１及びオフセット値の差Δβ１の少なくとも一方を用いて補正されるとともに、差動増幅器１７ｂから出力された画像信号の値が、ゲイン量の比ｄα２及びオフセット値の差Δβ２の少なくとも一方を用いて補正される。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、図６は、本実施形態における撮像装置に備えられる固体撮像装置の構成を示すブロック図である。又、本実施形態における撮像装置の構成が、第１の実施形態と同様の図１に示す構成とされる。更に、図６の固体撮像装置における画素及びダミー画素の構成はそれぞれ、第１の実施形態と同様、図３の構成となる。この画素及びダミー画素それぞれの動作についても、第１の実施形態と同様、図４及び図５それぞれのタイミングチャートに従った動作を行う。又、図６の構成において、図２の構成と同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態における撮像装置に設けられる固体撮像装置１ａ（図１の固体撮像装置１に相当する）は、図６に示すように、第１の実施形態における固体撮像装置１（図２参照）と異なり、１行分のダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1が備えられるとともに、垂直走査回路１１からダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1に接続されたライン１３−ａとの間にＮＯＲ回路２０及びインバータ２１が設けられる。このＮＯＲ回路２０は２入力１出力の論理回路であり、垂直走査回路１１からの２行分の信号が入力される。

このように構成される固体撮像装置１ａにおいて、垂直走査回路１１からダミー画素２行分を動作させる信号が出力される。そして、この垂直走査回路１１からの２行分の信号がＮＯＲ回路２０及びインバータ２１を介してダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1に与えられることで、ダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1を２回動作させて、擬似的に２行分のダミー画素を動作させる。

即ち、垂直走査回路１１から最初の１行分の信号がＮＯＲ回路２０に入力されると、ＮＯＲ回路２０及びインバータ２１を介してダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1に与えられて、１行分のダミー信号が差動増幅器１７ａ，１７ｂより出力される。そして、垂直走査回路１１から次の１行分の信号がＮＯＲ回路２０に入力されると、ＮＯＲ回路２０及びインバータ２１を介してダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1に再び与えられて、次の１行分のダミー信号が差動増幅器１７ａ，１７ｂより出力される。

このようにしてダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1それぞれを２度動作させて２行分のダミー信号を固体撮像装置１ａより出力する以外の動作については、第１の実施形態と同様となる。よって、最初の１行分のダミー信号が平均値算出部３に与えられて、差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれからのダミー信号の平均値が求められるとともに、次の１行分のダミー信号が平均値算出部３に与えられて、差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれからのダミー信号の平均値が求められる。

このとき、最初の１行分のダミー信号を出力するためにダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1を動作させるときに与える信号φＶPDのローとなる電圧値と、次の１行分のダミー信号を出力するためにダミー画素Ｇｘ11〜Ｇｘm1を動作させるときに与える信号φＶPDのローとなる電圧値とを異なる値とする。そして、２行分の差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれからのダミー信号の平均値が補正量演算部４に与えられることで、第１の実施形態と同様、補正処理部５で補正処理を行うための補正量として、ゲイン量の比及びオフセットの差の少なくとも一方が求められ、補正処理部５に一時的に格納される。

このようにして、補正処理部５に補正量が格納されるとき、第１の実施形態と同様、ダミー信号生成動作と同一フレーム又は別フレームにおいて、固体撮像装置１ａ内の画素Ｇ11〜Ｇmnが通常の撮像動作を行う。そして、この通常の撮像動作を行うことで固体撮像装置１ａの差動増幅器１７ａ，１７ｂそれぞれから出力された画像信号が補正処理部５に与えられると、ダミー信号によって設定された補正量に基づいて補正処理が施されて、画像処理部６に与えられる。

このように、本実施形態においては、ダミー信号を出力するためのダミー画素を固体撮像装置に１行分だけ配置するとともに、２行分の信号を垂直走査回路からダミー画素に与えることで、２行分のダミー信号を出力することができる。よって、第１の実施形態と同様の動作をすることで、固体撮像装置より出力される画像信号に対して、固体撮像装置内の差動増幅器によるオフセット量とゲイン量を補正することができるとともに、固体撮像装置における通常の撮像動作を行う画素Ｇ11〜Ｇmnの設置面積を広くすることができる。

尚、上述の第１及び第２の実施形態において、固体撮像装置に２つの差動増幅器が設けられ、画像信号が２つのチャンネルにより出力されるものとしたが、２つのチャンネルに限るものではなく、２つ以上の複数のチャンネルの読み出し回路が設置された固体撮像装置を備えるものとしても構わない。このとき、各チャンネルのオフセット量及びゲイン量によるバラツキを除去するために、上述の動作を行うことで、複数行分のダミー信号に基づいて各チャンネル毎の補正量が求められ、その補正量に基づく補正処理が施される。

更に、上述の第１及び第２の実施形態において、固体撮像装置に備える各画素及びダミー画素の構成を図３のような構成とし、入射光量の積分値に対して線形的に変化した値となる画像信号を出力する（線形変換動作を行う）ものとしたが、このような構成に限らず、例えば、特許文献１に記載されるように入射光量に対して対数的に変化した値となる画像信号を出力する（対数変換動作を行う）画素構成としても構わないし、特許文献２に記載されるように線形変換動作と対数変換動作とを切り換えることができる画素構成としても構わない。

は、第１及び第２の実施形態における撮像装置の内部構成を示すブロック図である。 は、第１の実施形態における撮像装置に備えられる固体撮像装置の内部構成を示すブロック図である。 は、図２の固体撮像装置に備えられる画素及びダミー画素の構成を示す回路図である。 は、図３のダミー画素によるダミー信号生成動作を示すタイミングチャートである。 は、図３の画素による通常の撮像動作を示すタイミングチャートである。 は、第２の実施形態における撮像装置に備えられる固体撮像装置の内部構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 固体撮像装置
２ Ａ／Ｄ変換部
３ 平均値算出部
４ 補正量演算部
５ 補正処理部
６ 画像処理部
７ 信号制御部
１１ 垂直走査回路
１２ 水平走査回路
１３−１〜１３−ｎ ライン
１４−１〜１４−ｍ 出力信号線
１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍ バッファ
１７ａ，１７ｂ 差動増幅器
Ｓ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍ スイッチ
Ｃ１−１〜Ｃ１−ｍ，Ｃ２−１〜Ｃ２−ｍ キャパシタ
Ｑａ１〜Ｑａｍ ＭＯＳトランジスタ
Ｇ11〜Ｇmn 画素
Ｇｘ11〜Ｇｘm2 ダミー画素

Claims (11)

1. 入射光量に応じた電気信号を出力する光電変換部を備える複数の画素と、所定数の前記画素と接続されるとともに前記画素の出力信号を時系列に読み出して画像信号を出力する読み出し回路と、を備える固体撮像装置において、
   前記画素が、前記光電変換部から出力される電気信号が与えられる蓄積部を備え、当該蓄積部に与えられる電気信号に応じた出力信号を出力するものであり、
   前記読み出し回路に接続され、前記画素と同一の構成であり、受光した光量に依存せず外部から蓄積部に与えられる電気信号に応じた出力信号をダミー信号として出力するとともに、当該蓄積部がリセットされた際の出力信号をノイズ信号として出力する複数のダミー画素を備え、
   前記読み出し回路が、前記読み出し回路の特性を反映した値となる、ダミー信号とノイズ信号との差に基づいた差信号を出力することを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記ダミー画素の前記蓄積部に、ダミー信号が出力される際に与えられる電気信号の電圧値よりも大きい電圧値の電気信号が与えられることで、前記蓄積部がリセットされることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記複数の画素がマトリクス状に配置されるとともに、前記ダミー画素が１行分配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記ダミー画素それぞれからダミー信号が複数回出力されることで、複数行分のダミー信号が出力されるとともに、ダミー信号が出力される毎に、前記ダミー画素の前記蓄積部に外部から与えられる電気信号の電圧値が異なることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記複数の画素がマトリクス状に配置されるとともに、前記ダミー画素が２行以上配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置。
6. 各行毎にダミー信号が出力される際に、前記ダミー画素の前記蓄積部に外部から与えられる電気信号の電圧値が異なることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 前記ダミー画素の前記蓄積部に外部から異なる電圧値の電気信号が与えられて出力されるそれぞれのダミー信号と、ノイズ信号と、のそれぞれの差に基づいたそれぞれの差信号により、前記読み出し回路のオフセット量が確認されるとともに、
   前記読み出し回路が、前記画素の前記蓄積部に前記光電変換部から出力された電気信号が与えられた状態の出力信号と当該蓄積部がリセットされた際の出力信号との差に基づいた画像信号を出力するとき、
   画像信号に、前記読み出し回路のオフセット量に基づいた補正処理が施されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置。
8. 前記ダミー画素の前記蓄積部に外部から異なる電圧値の電気信号が与えられて出力されるそれぞれのダミー信号と、ノイズ信号と、のそれぞれの差に基づいたそれぞれの差信号により、前記読み出し回路のゲイン量が確認されるとともに、
   前記読み出し回路が、前記画素の前記蓄積部に前記光電変換部から出力された電気信号が与えられた状態の出力信号と当該蓄積部がリセットされた際の出力信号との差に基づいた画像信号を出力するとき、
   画像信号に、前記読み出し回路のゲイン量に基づいた補正処理が施されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置。
9. 前記ダミー画素の前記蓄積部に外部から異なる電圧値の電気信号が与えられて出力されるそれぞれのダミー信号と、ノイズ信号と、のそれぞれの差に基づいたそれぞれの差信号により、前記読み出し回路のゲイン量及びオフセット量が確認されるとともに、
   前記読み出し回路が、前記画素の前記蓄積部に前記光電変換部から出力された電気信号が与えられた状態の出力信号と当該蓄積部がリセットされた際の出力信号との差に基づいた画像信号を出力するとき、
   画像信号に、前記読み出し回路のゲイン量及びオフセット量に基づいた補正処理が施されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置。
10. 前記読み出し回路を複数備え、差信号により確認されるそれぞれの前記読み出し回路の特性の差を小さくする補正処理が、前記読み出し回路が前記画素から読み出した画像信号に施されることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の固体撮像装置。
11. いずれかの前記読み出し回路を基準とし、基準とならない前記読み出し回路の特性を基準となる前記読み出し回路の特性に近づける補正処理が、基準とならない前記読み出し回路が前記画素から読み出した画像信号に施されることを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置。

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