JP5106092B2 - 固体撮像装置およびカメラ - Google Patents

Description

本発明は、入射された光を光電変換する単位セルが半導体基板上に２次元に配置された固体撮像装置およびカメラに関する。

ＭＯＳ型イメージセンサは、高速、低消費電力など優れた特徴があり、近年デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、車載カメラ、監視カメラなど幅広い分野で使用されるにようになった。

具体的には、特許文献１中の図２に示されているように、ＭＯＳ型イメージセンサは一般に撮像部と列回路から構成されている。撮像部は入射された光を光電変換する単位セルが２次元に配置されており、行単位でリセット、電荷蓄積、読み出しが行われる。また、各列の単位セルの出力は各列に配置された垂直信号線に接続されている。一方、列回路は列単位の構成であり、画素からのアナログ信号を保持する手段を有している。撮像部の各垂直信号線は対応する列回路に接続されており、行単位で画素信号を読み出すことが可能になっている。列回路に保持された１行分の画素信号は水平読み出し回路により順次チップ外部に出力される。

また、特許文献２では画素信号の読み出しゲインを大きくするために各列に２本の垂直信号線を配置したＭＯＳ型イメージセンサの構成が示されている。また、各画素の出力は１行おきに交互に２本の垂直信号線に接続されている。その結果、１本の信号線に接続される画素数が減り、寄生容量が低減し、画素信号の読み出し時の振幅低下が抑えられる。
特開２００３−３２５４８号公報 特開２０００−３２４３９７号公報

しかしながら、特許文献１の回路構成では製造時に発生した欠陥により、例えば垂直信号線にグランドへのリークが発生すると、１列分の画素信号が読み出されないことになる。列回路で故障が発生しても同様である。これは、撮像画像において１列分の画素信号が得られないことを意味する。１画素単位の画素欠陥の場合は後段の信号処理部で周辺画素信号を用いて補正、修復することが可能であるが、１列分すべての信号が失われると修復が困難である（修復しても画像パターンによっては対象箇所が不自然になり画質が劣化）。

固体撮像素子の画素数が増えてくるにつれ、上記のような欠陥をゼロにするのは容易ではなくなってきており、製造上の課題となっていた。また、実使用時に経年変化で発生する故障に対しても同様に耐性が低く、信頼性が低いという課題もあった。

一方、特許文献２の回路構成では、片側の信号線のみが故障した場合は半数の画素は読み出し可能であるが、一般的なカラーフィルタ配列であるベイヤ配列ではＲならびＢ画素は１行おきに配置されているため、信号線に故障が発生すると１つの色に関しては特許文献１の先行技術と同様に１列分すべての信号が失われるという課題を有していた。

なお、この課題は画素部の面積が小さいとその中で欠陥が発生する確率が低いため、コンパクトデジカメ用途（１／２．３型が主流で対角の長さは１１ｍｍ程度）では大きな問題とならないが、一眼レフ用途では既存レンズに対応した大きな画素部面積が必要（対角で２７ｍｍ〜３５ｍｍ）という理由があり、特に大きな課題となる。例えばある面積で故障が発生しない確率を０．９５とすると、その８倍の面積で故障が発生しない確率は０．６６と大きくさがる。

そこで、本発明は、垂直信号線や列回路で故障が発生しても後段で補正困難な画像劣化につながらない固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の固体撮像装置は、行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、前記複数の画素部の１列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続される。

この構成によれば、例えば、垂直信号線に欠陥が発生したとしても、欠落する画素数を１列中の全ての画素データの１／Ｎ（Ｎは１列に対応する垂直信号線の本数）に低減し、しかも１列分の同一色の画素データの全てが欠落することを防止する。欠落した画素データの全てが同一色でないことは、言い換えれば、欠陥が発生していない対応する垂直信号線の複数色の画素データが正常であることを意味する。したがって、欠落した画素データの補間処理は、他の列の同色の画素データだけでなく、同じ列内の同色の画素データをも用いることができる。これにより、垂直信号線や列回路で故障が発生しても、固体撮像装置の後段での補間処理を容易にするので、画像の修復を容易にするという効果がある。

ここで、各列内の同色の複数の画素信号は前記複数の垂直信号線に均等に振り分けられるようにしてもよい。

この構成によれば、例えば、第１垂直信号線に対応する画素信号が全部欠落しても、同じ列内の直近の同色の画素データが欠落しないので、欠落した画素データの水平方向に直近の同色の画素データと、垂直方向に直近の同色の画素データとを用いて、欠落した画素データを精度よく補間することができる。

ここで、前記複数の垂直信号線は、第１垂直信号線と第２垂直信号線とを含み、前記複数の画素部の１列に属する同色の複数の画素部は、前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線とに交互に接続されるようにしてもよい。

ここで、前記複数の垂直信号線は、第１垂直信号線と第２垂直信号線とを含み、前記第１垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続され、前記第２垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続されるようにしてもよい。

この構成によれば、垂直信号線に欠陥が発生したとしても、欠落する画素数を１列中の全ての画素データの１／２に低減し、しかも欠落した画素データの全てが同一色であることを防止する。これにより、上記と同様に、欠落した画素データを精度よく補間することができる。

ここで、前記複数の画素部のそれぞれは、光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子への入射光の色をフィルタリングするカラーフィルタと、光電変換素子からの信号を前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方に出力する出力部とを含むようにしてもよい。

ここで、前記複数の画素部のぞれぞれは、少なくとも第１光電変換素子と第２光電変換素子とを含む複数の光電変換素子と、前記第１光電変換素子への入射光の色をフィルタリングする第１カラーフィルタと、前記第１カラーフィルとは異なる色に対応し、前記第２光電変換素子への入射光の色をフィルタリングする第２カラーフィルタと、前記複数の光電変換素子のうちの１つの光電変換素子を選択して信号を読み出す読み出し部と、前記読み出し部により読み出された信号を前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方に出力する出力部とを含むようにしてもよい。

この構成によれば、１つの画素部は行方向に隣接する２つの画素を有する。２つの画素は読み出し部と出力部を共有するので回路面積を節約でき、節約した分だけ光電変換素子の開口を大きくし感度を向上させることができる。また、垂直信号線に欠陥が発生したとしても、欠落する画素が１列中のある同一色の画素データであることを防止することができる。

ここで、前記複数の垂直信号線は、第１垂直信号線と第２垂直信号線とを含み、前記複数の画素部の１列に属する画素部は、前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線とに交互に接続されるようにしてもよい。

この構成によれば、垂直信号線の欠陥により欠落した画素データの水平方向に直近の同色の画素データと、垂直方向に直近の同色の画素データとを用いて、欠落した画素データを精度よく補間することができる。

ここで、前記固体撮像装置は、さらに、前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第１列信号処理部と、前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第２列信号処理部とを含むようにしてもよい。

この構成によれば、第１、第２列信号処理部を有するので、一本の垂直信号線が故障しても対応する列の全ての画素信号のうち半分は、列信号処理部に出力することができる。

ここで、前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、前記第１垂直信号線からの画素信号と前記第２垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線は、同じ画素部列に対応するようにしてもよい。

ここで、前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、前記第１垂直信号線からの画素信号と前記第２垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方は、前記セレクタに対応する画素部の列に対応し、前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方は、前記セレクタに対応する画素部の列に隣接する画素部の列に対応するようにしてもよい。

ここで、前記第１列信号処理部は、前記第１垂直線および画素信号と前記第２垂直信号のうちの少なくとも一方の一端に接続され、前記第２列信号処理部は、前記第１垂直線および画素信号と前記第２垂直信号のうちの少なくとも他方の他端に接続されるようにしてもよい。

この構成によれば、第１、第２垂直信号線の画素信号は、第１、第２列信号処理部のどちらにでも出力することが可能になる。これにより、画素信号の種々の走査を容易にすることができる。

ここで、前記出力部のそれぞれは、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタを含み、前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、前記複数の画素部の対応する列に属する画素部内の増幅用トランジスタの１つに電流を供給するための電流源を含むようにしてもよい。

この構成によれば、各垂直信号線からの画素信号の出力先を第１、第２列信号処理部のどちらにでも、動的に設定することができ、しかも、均一な読み出しまたは応答速度をえることができる。

ここで、前記固体撮像装置は、さらに、欠陥画素部の位置を記憶する記憶部と、前記欠陥画素部の周囲の画素部の画素データを用いて前記欠陥画素部の画素データを補間する補間部とを備えるようにしてもよい。

この構成によれば、垂直信号線の欠陥による欠落画素データを精度良く補間することができる。

ここで、前記固体撮像装置は、さらに、欠陥画素部を検出し、前記記憶部に検出した欠陥画素部の位置を格納する検出部を備えるようにしてもよい。

ここで、前記検出部は、前記第１垂直信号線および第２垂直信号線からの得られた画素データのそれぞれの平均を用いて欠陥画素部が存在する列を特定し、さらに、当該列中の欠陥画素部の位置を検出するようにしてもよい。

この構成によれば、欠陥画素部の存在およびその位置を容易に検出することができる。

本発明に係る固体撮像装置によれば、撮像部の１つの信号線、あるいは１つの信号読み出し手段で故障が発生しても、後段の信号処理で補正し画像を再生することが可能であり、製造の容易性ならびに実使用時の信頼性が向上するという効果がある。

（第１の実施形態）
本実施の形態では、画素列の１列あたり複数本の垂直信号線を備える固体撮像装置であって、各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続されている。各列内の同色の複数の画素信号は前記複数の垂直信号線に均等に振り分けられる。これにより、１つの垂直信号線、あるいは１つの画素部で故障が発生しても、１列分の同一色の画素データの全てが欠落することを防止するので、後段の信号処理で補正し画像を再生することが容易になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。

図１の固体撮像装置は、撮像部１、行選択エンコーダ２、２つの信号処理部３−A、３−Ｂ、２つの列選択エンコーダ４−ａ、４−ｂ、２つの水平信号線５−ａ、５−ｂ、２つの出力回路６−ａ、５−ｂを備える。以下、ほぼ同等の機能を有する２つの構成要素を代表して説明する場合は、−ａ、−ｂの符号を省略する。

撮像部１は、光電変換を行う画素が２次元状に配置された撮像領域である。ここでは４ｘ４の２次元状に配列された１６画素の例が示されているが、実際の総画素数は数百万個以上である。また、カラー画像を検出するために撮像部の各画素にはＲ、Ｇ、Ｂいずれかのカラーフィルタが搭載されており、それぞれＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素と定義する。３つの画素はＧ画素が市松の位置に配置されるベイヤ配列になっている。

また、行選択エンコーダ２は、横１行毎にＲＤＣＥＬ、ＲＳＣＥＬ、ＴＲＡＮＳの３本の制御線を備え、撮像部１の単位セルに対して、行単位でリセット（初期化）、リード（読み出し）、およびラインセレクト（行選択）を制御する。

また、信号処理部３は、列に対応する処理の基本単位として複数の列信号処理部を有し、撮像部１からの行単位の出力を処理し、結果を保持する。

また、列選択エンコーダ４−ａは、制御線を備え、信号処理部３内の列信号処理部を順次選択する。

また、出力変換回路６は水平信号線５を介して信号処理部３の出力を受け取り、外部に出力するために必要な変換、信号増幅やＡＤ変換を施して出力する。

また、信号処理部、列選択エンコーダ、水平信号線、出力回路はそれぞれ撮像部の上下に１個ずつ配置されている。撮像部で検出された信号は上下の回路に分割されてチップ外部に読み出される。

図２は図１に示された固体撮像装置における、撮像部と列信号処理部の１列分に着目した構成図である。同図では、固体撮像装置中の１つの画素列に対応する構成として、画素列１０１、列信号処理部３−ａ、３−ｂを図示している。画素列１０１に対応する第１の垂直信号線９、第２の垂直信号線１０が配置されている。

図２より、Ｒ画素がある列が記載されており、Ｒ画素７とＧ画素８が交互にならんでいる。また、２本の第１、第２の垂直信号線９、１０が設置されており、Ｒ画素のうち行１と行５は第１の垂直信号線９に、行３と行７は第２の垂直信号線１０に、一方Ｇ画素のうち行２と行６は第２の垂直信号線１０に、行４と行８は第１の垂直信号線９に接続されている。このように、図２では、１列に属する同色の複数の画素は、第１の垂直信号線９と第２の垂直信号線１０とに交互に接続される。また、第１の垂直信号線９には、異なる色の画素部が交互に接続され、第２の垂直信号線１０には、異なる色の画素部が交互に接続される。

また、列信号処理部３は２本の垂直信号線の信号を選択的に入力する垂直信号線選択回路１１、画素信号を読み出すのに使用する画素電流源１２、画素信号を増幅する列アンプ１３、画素の出力部の特性ばらつきを補正し画像のノイズを低減するノイズキャンセル回路１４、ノイズキャンセル回路の出力を一時的に保持するサンプルホールド回路１５から構成される。

図３は撮像部の画素と列信号処理部の詳細を示す回路図である。なお、図３では画素回路の構成はＲ画素のみ記載されているが、Ｇ画素も同一である。

図３より、画素回路は、初期化時の電圧を増幅したリセット電圧と読み出し時の電圧を増幅したリード電圧とを垂直信号線に出力することを特徴とし、入射した光を光電変換し電荷を出力するフォトダイオード（ＰＤ）１６と、ＰＤ１６により発生した電荷を蓄積し、蓄積した電荷を電圧信号として出力するコンデンサ（フローティングディフュージョン、ＦＤ）１８と、コンデンサ１８の示す電圧が初期電圧（ここではＶＤＤ）になるようにリセットするリセットＴｒ１９と、ＰＤ１６により出力される電荷をコンデンサ１８に供給する転送Ｔｒ１７と、コンデンサ１８の示す電圧に追従して変化する電圧を出力する増幅Ｔｒ２０と、行選択エンコーダからラインセレクト信号を受けたときに増幅Ｔｒ２０の出力を垂直信号線に接続する選択Ｔｒ２１を備えている。

また、信号処理部３は、画素回路から出力されるリセット電圧とリード電圧との差分を示す信号を一時保持した後に水平信号線５に出力することをその機能とし、２つの垂直信号線の信号を選択的に入力する２つの垂直信号線選択Ｔｒ２２が垂直信号線選択回路１１内に配置されている。

さらに、信号処理部３は、バイアス電圧ＶＬＧが供給される電流源Ｔｒ２３、第１の垂直信号線９あるいは１０、垂直信号線選択Ｔｒを経由して入力された画素信号を増幅する列アンプ１３と、列アンプの出力を入力しリセット信号とリード信号の差分すなわち輝度情報を求めるクランプ容量２４と、クランプ容量の列アンプとは反対側の端子電位をクランプ電位ＶＣＬに設定するためのクランプＴｒ２５と、輝度情報を一時保持するサンプリング容量２６と、サンプリング容量に信号を入力するサンプリング容量入力Ｔｒ２７と、サンプリング容量に保持した信号を水平信号線に出力するサンプリング容量出力Ｔｒ２８を備えている。

ここで、画素回路には、リセットパルス（初期化信号：ＲＳＣＥＬ）、リードパルス（読み出しパルス：ＴＲＡＮＳ）、および、ラインセレクトパルス（行選択信号：ＲＤＣＥＬ）が、列信号処理部３には、垂直信号線選択パルス１、２（ＳＥＬ１、ＳＥＬ２）、サンプリングパルス（ＳＷ−ＳＨ）、クランプパルス（ＮＣＣＬ）が決められたタイミングで供給され、これら各制御パルスにそれぞれ対応するトランジスタが開閉（オンオフ）される。

以上、図１〜図３を用いて説明したように、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置は、画素部の各列に２本の垂直信号線を有し各列の各色画素の一部は一方の垂直信号線に、残りは他方の垂直信号線に接続されており、一本の垂直信号線が故障しても各列の各色画素の半分は読み出し経路が保持させることが出来る。

次に、図４を用いて、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法について説明する。

図４（ａ）中の、ＲＤＣＥＬ−１、２は行１、２の画素出力の垂直信号線への接続動作を行うためのパルス電圧であり、ＲＳＣＥＬ−１、２は行１、２の画素でコンデンサの初期電圧へのリセット動作を行うためのパルス電圧であり、ＴＲＡＮＳ−１、２は行１、２の画素でＰＤに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧であり、ＮＣＣＬはクランプ容量の列アンプとは反対側の端子電位をクランプ電位ＶＣＬに設定する動作を行うためのパルス電圧であり、ＳＷ−ＳＨはサンプリング容量への信号書き込みの動作を行うためのパルス電圧であり、ＳＥＬ１は第１の垂直信号線を下側の列信号処理部３に接続する動作を行うための電圧であり、ＳＥＬ２は第２の垂直信号線を下側の列信号処理部３に接続する動作を行うための電圧である。

図４（ｂ）中の、ＲＤＣＥＬ−３、４は行３、４の画素出力の垂直信号線への接続動作を行うためのパルス電圧であり、ＲＳＣＥＬ−３、４は行３、４の画素でコンデンサの初期電圧へのリセット動作を行うためのパルス電圧であり、ＴＲＡＮＳ−３、４は行３、４の画素でＰＤに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧である。

まず、図４（ａ）は、図３に示された固体撮像装置において行１と行２を読み出す際に供給される各制御パルスのタイミングを示す図であり、ここではＲ画素の読み出し動作を詳細に説明する。

ＳＥＬ１＝Ｈ、ＳＥＬ２＝Ｌのため、行１のＲ画素の信号は第１の垂直信号線９、下側の列信号処理部３を、行２のＧ画素の信号は第２の垂直信号線１０、上側の列信号処理部３を経由して読み出される。

まず、タイミングｔ１においては、転送ＴｒがオフでリセットＴｒはオンであり、コンデンサの電位（以下ではＶｆｄ）はＦＤリセット電位Ｖｆｄｒｓｔ（＝ＶＤＤ）に初期化される。

次に、タイミングｔ２では転送Ｔｒ、リセットＴｒがオフなので、ＦＤ電位のリセット状態は保持される。このとき、選択Ｔｒはオンのため増幅Ｔｒ２０と電流源１２がソースフォロア回路を構成し、Ｖｆｄｒｓｔ−Ｖｔｈがリセット電圧として第１の垂直信号線９に出力される（正確にはＶｆｄｒｓｔ−Ｖｔｈ−αであるが、ここではαは省略）。さらに、このリセット電圧Ｖｆｄｒｓｔ−Ｖｔｈは垂直信号線選択Ｔｒを経由して列アンプに入力され、列アンプはＶｆｄｒｓｔ−Ｖｔｈに対応した電圧をクランプ容量の一方の端子に出力する。一方、クランプ容量の他方の端子ならびにサンプリング容量の電位は、クランプＴｒがオンのためＶＣＬに固定される。

次に、タイミングｔ３では転送Ｔｒがオンとなるため、ＰＤに蓄積された電荷がコンデンサに転送され、Ｖｆｄはこの信号電荷量に応じた電圧Ｖｆｄｓｉｇだけ低下しＶｆｄｒｓｔ−Ｖｆｄｓｉｇとなる。

次に、タイミングｔ４では転送Ｔｒがオフで選択Ｔｒがオンであり、Ｖｆｄｒｓｔ−Ｖｆｄｓｉｇ−Ｖｔｈがリード電圧として第１の垂直信号線９に出力される。これにより列アンプの入力はＶｆｄｓｉｇだけ変化するので、列アンプのゲインをＡとするとその出力はＶｆｄｓｉｇ ｘ Ａだけ上昇する（列アンプは反転型を仮定）。さらに、クランプＴｒはオフなので、クランプ容量の他方の端子の電位、すなわちサンプリング容量の電位はＶｆｄｓｉｇ ｘ Ａ ｘ Ｃｃｌ／（Ｃｃｌ＋Ｃｓｈ）だけ上昇する。ここでＣｃｌはクランプ容量の容量値、Ｃｓｈはサンプリング容量の容量値を示す。この電位変化は垂直信号線におけるリセット電圧とリード電圧の差分に対応した電圧、すなわち行１のＲ画素の輝度情報であり、最後に、タイミングｔ５でＳＷ−ＳＨ＝Ｌとなり、この輝度情報が下側の列信号処理部３のサンプリング容量に書き込まれる。タイミングｔ１−ｔ５では同様に行２のＧ画素の信号が読み出されＧ画素の輝度情報は上側の列信号処理部３のサンプリング容量に保持される。

以上、タイミングｔ１からｔ５までを経て、撮像部からサンプリング容量までの行１、２の２行分の読み出しが完了したら、図１、図２に示したように、その後で下側のサンプリング容量に保持されたＲ輝度情報は列選択エンコーダにより順次選択され水平信号線５−Ａ、出力回路６−Ａを経由してチップ外部にアナログ信号として読み出される。

同様に、上側のサンプリング容量に保持されたＧ輝度情報は水平信号線５−Ｂ、出力回路６−Ｂを経由してセンサ外部に順次出力される。

次に、図４（ｂ）は、図３に示された固体撮像素子において行３と行４を読み出す際に供給される各制御パルスのタイミングを示す図である。ＳＥＬ１＝Ｌ、ＳＥＬ２＝Ｈのため、行３のＲ画素の信号は第２の垂直信号線１０、下側の列信号処理部３、出力回路を、行４のＧ画素の信号は第１の垂直信号線９、上側の列信号処理部３、出力回路を経由して読み出される。

すなわち、図４（ａ）、（ｂ）の動作を交互に繰り返せば撮像部全体の輝度情報が読み出ことが出来、このとき行１、５、９、・・・のＲ画素信号は第１の垂直信号線９を経由して、行３、７、１１、・・のＲ画素信号は第２の垂直信号線１０を経由して読み出すことが出来る。

以上、図１〜図４を用いて説明したように、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置は、画素部の各列に２本の垂直信号線を有し各列の各色画素は２本の垂直信号線に分割して接続されており、各列の各色画素の信号の一部は一方の垂直信号線を介して残りは他方の垂直信号線を介して読み出されることにより、一方の垂直信号線に故障が発生しても他方の垂直信号線に接続された画素の信号は読み出すことが出来る。

すなわち、一般的なカラーフィルタ配列であるベイヤ配列を用いても、信号線に故障が発生すると１つの色に関して１列分すべての信号が失われるという課題を防ぐことが出来る。

さらに、本発明に第１の実施形態に係る固体撮像装置では各列のＲ画素輝度情報は２つの垂直信号線に分割して読み出されるため、一方の垂直信号に故障が発生、例えば断線しても各列のＲ画素輝度情報の半分を読み出すことが出来る。なお、Ｂ画素、Ｇ画素についても同様の効果を得ることが出来る。

なお、本発明では画素部の各列に２本の垂直信号線を配置することになる。これは高画素化を目的として画素サイズの縮小する際に不利になる場合も考えられるが、画素設計の特殊性を考慮すると実際には問題とはならない。

具体的には、画素サイズを小さくする際には画素内のデバイス（ＦＤ、増幅Ｔｒなど）のサイズと、配線領域のサイズが課題に対して、配線領域については最先端のシステムＬＳＩ向けプロセスを適用していけば時間とともに配線の幅、間隔ともに小さくなってくる（参考までにムーアの法則によれば１年半で３０％程度は小さくなる）。これに対し、飽和電子数を確保するためにＦＤは急激には小さくできない、１／ｆノイズ対策で増幅Ｔｒのゲート面積は最小サイズにはできないなどの理由により、デバイスサイズはシステムＬＳＩ向けプロセスの微細化と同じペースでは小さくはならない。これは、画素サイズの縮小の制約は配線ではなくデバイスであることを意味し、本発明における２本の垂直信号線も微細化の制約にはならないと言える。

ところで、図５は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置において用いることが出来る、電流源の配置の３つの実施例を示す。図中には垂直信号線、電流源、列アンプのみ記載している。

図５（ａ）は図３での構成と同じで、電流源は各列２個ずつである。下側に読み出す場合はいずれの垂直信号線を経由しても同じ電流源Ｉｓ１を使用することになる。同様に、上側に読み出す場合はいずれの垂直信号線を経由しても同じ電流源Ｉｓ２を使用することになる。各列のＲ／Ｇ／Ｂ画素信号はすべて同じ電流源を用いて読み出すことになり、これはより均一な読み出しが可能なことを意味し画質向上に有利である。

図５（ｂ）は各列４個の電流源が配置される。下側に読み出す場合はいずれの垂直信号線を経由しても同じ電流源Ｉｓ１とＩｓ４を使用することになる。上側に読み出す場合は電流源Ｉｓ２とＩｓ３を使用する。（ａ）と同様に各列のＲ／Ｇ／Ｂ画素信号はすべて同じ電流源を用いて読み出すことになる。また、垂直信号線の両側に電流源が配置されることになるので、撮像部の画素数が膨大になり垂直信号線の寄生成分が増加しても撮像部の上から下までより均一な読み出し応答速度が得られるという利点もある。

図５（ｃ）は各列４個の電流源が配置されている。読み出し応答については（ｂ）と同じ均一性が得られ、また回路構成が簡単になるという利点がある。

（第１の実施形態の変形例１）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。なお、固体撮像装置の全体構成は図１と同一である。

図６は本発明の第１の実施形態の変形例１における固体撮像装置における、撮像部と列信号処理部の１列分に着目した構成図である。

図６ではＲ画素がある列が記載されており、Ｒ画素７とＧ画素８が交互にならんでいる。また、２本の第１、第２の垂直信号線９、１０が設置されており、Ｒ画素のうち行１と行５は第１の垂直信号線９に、行３と行７は第２の垂直信号線１０に、一方Ｇ画素のうち行２と行６は第２の垂直信号線１０に、行４と行８は第１の垂直信号線９に接続されている。

列信号処理部３は画素信号を読み出すのに使用する画素電流源１２、画素信号を増幅する列アンプ１３、画素の出力部の特性ばらつきを補正し画像のノイズを低減するノイズキャンセル回路１４、ノイズキャンセル回路の出力を一時的に保持するサンプルホールド回路１５から構成される。

下側の列信号処理部３には第１の垂直信号線、上側の列信号処理部３には第２の垂直信号線に接続されている。

次に図６を用いて画素信号の読み出しを説明する。まず、行１のＲ画素と行２のＧ画素の輝度情報が読み出される。行１のＲ画素の情報は第１の垂直信号線９を経由して下側の信号処理部３のサンプリング容量に、行２のＧ画素の情報は第２の垂直信号線１０を経由して上側の信号処理部３のサンプリング容量に保持される。次に、行３のＲ画素と行４のＧ画素の輝度情報が読み出される。行３のＲ画素の情報は第２の垂直信号線１０を経由して上側の信号処理部３のサンプリング容量に、行４のＧ画素の情報は第１の垂直信号線９を経由して下側の信号処理部３のサンプリング容量に保持される。この２つの動作を交互に繰り返すことにより撮像部全体の画素信号が読み出される。

以上、図６を用いて説明したように、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る固体撮像装置は、画素部の各列に２本の垂直信号線を有し、各列の各色画素は２本の垂直信号線に分割して接続されており、さらに一方の垂直信号線は下側の列信号処理部３に他方の垂直信号線は上側の列信号処理部３に接続されており、一方の垂直信号線もしくは列信号処理部３に故障が発生しても各列のＲ画素輝度情報の半分を読み出すことが出来る。なおＢ画素、Ｇ画素についても同様の効果を得ることが出来る。

（第１の実施形態の変形例２）
以下、図面を参照しながら、本発明の本発明の第１の実施形態の変形例２に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。

図７は本発明の第１の実施形態の変形例２における固体撮像装置の３列分の構成を示す回路図である。なお、構成部品は図２に示す第１の実施形態と同じである。違いは撮像部の垂直信号線と列信号処理部３の間の接続である。また、列ｎの第１の垂直信号線９は列ｎの下側の信号処理部３と列ｎ＋１の上側の信号処理部３に接続され、第２の垂直信号線１０は列ｎ＋１の下側の信号処理部３と列ｎの上側の信号処理部３に接続されている。なお、固体撮像装置の全体構成は図１と同じである。

図７より、画素信号の読み出しに関し列ｎに着目して説明する。
まず、行１のＲ画素と行２のＧ画素の輝度情報が読み出される。行１のＲ画素の情報は第１の垂直信号線９を経由して列ｎの下側の列信号処理部３のサンプリング容量に、行２のＧ画素の情報は第２の垂直信号線１０を経由して列ｎ＋１の上側の列信号処理部３のサンプリング容量に保持される。次に、行３のＲ画素と行４のＧ画素の輝度情報が読み出される。行３のＲ画素の情報は第２の垂直信号線１０を経由して列ｎ＋１の下側の列信号処理部３のサンプリング容量に、行４のＧ画素の情報は第１の垂直信号線９を経由して列ｎの上側の列信号処理部３のサンプリング容量に保持される。

この２つの動作を交互に繰り返すことにより撮像部全体の画素信号が読み出される。
以上、図７を用いて説明したように、本発明の第１の実施形態の変形例２に係る固体撮像装置は、画素部の各列に２本の垂直信号線を有し、各列の各色画素は２本の垂直信号線に分割して接続されており、さらに２つの垂直信号線は異なる列の列信号処理部３に接続されており、これにより、一方の垂直信号線もしくは列信号処理部３に故障が発生しても各列のＲ画素輝度情報の半分を読み出すことができる。なおＢ画素、Ｇ画素についても同様の効果を得ることが出来る。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。

図８は本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の全体構成を示す図である。
この固体撮像装置は、撮像部１、行選択エンコーダ２、２つの信号処理部３００Ａ、３００Ｂ、２つのＡＤＣ部２９−Ａ、２９−Ｂ、２つの列選択エンコーダ４−ａ、ｂ、２つのデジタル出力Ｉ／Ｆ３０−ａ、３０−ｂから構成される。

また、撮像部１は、光電変換を行う画素が２次元状に配置された撮像領域である。ここでは４ｘ４の２次元状に配列された１６画素の例が示されているが、実際の総画素数は数百万個程度以上である。

また、行選択エンコーダ２は、横１行毎にＲＤＣＥＬ、ＲＳＣＥＬ、ＴＲＡＮＳの３本の制御線を備え、撮像部１の単位セルに対して、行単位でリセット（初期化）、リード（読み出し）、およびラインセレクト（行選択）を制御する。

また、信号処理部３は縦１列毎に同一の列信号処理回路が１個接続されており、撮像部１からの行単位の出力を処理し、結果を保持する。

また、ＡＤＣ部２９は、縦１列毎に１個接続される複数の列ＡＤＣを有し、信号処理部３からの行単位の出力をデジタル変換し、結果を保持する。

また、列選択エンコーダ４は、制御線を備え、ＡＤＣ部２９内の列ＡＤＣを順次選択する。

また、デジタル出力Ｉ／Ｆ３０は列ＡＤＣからデジタル情報を受け取り、外部に出力するために必要な変換を施して出力する。

また、信号処理部、ＡＤＣ部、列選択エンコーダ、デジタル出力Ｉ／Ｆはそれぞれ撮像部の上下に１個ずつ配置されている。撮像部で検出された信号は上下の回路に分割されてチップ外部に読み出される。

図９は本発明に係る第２の実施形態における固体撮像装置の３列分の構成を示す回路図である。

図９より、第１の実施形態と同様に撮像部の各列には２本の第１、第２の垂直信号線９、１０が設置されており、Ｒ画素のうち行１と行５のＲ画素は第１の垂直信号線９に、行３と行７のＲ画素は第２の垂直信号線１０に、一方Ｇ画素のうち行２と行６のＧ画素は第２の垂直信号線１０に、行４と行８のＧ画素は第１の垂直信号線９に接続されている。

また、列ｎの第１の垂直信号線９は列ｎの下側の列信号処理部３００ａ、列ＡＤＣ２９−ａと列ｎ＋１の上側の列信号処理部３００ｂ、列ＡＤＣ２９−ｂに接続され、第２の垂直信号線１０は列ｎ＋１の下側の列信号処理部３００ａ、列ＡＤＣ２０−ａと列ｎの上側の列信号処理部３００ｂ、列ＡＤＣ２９−ｂに接続されている。

また、各画素列１０１の各画素の輝度情報は２行単位で上側と下側の列信号処理部３００ａ、３００ｂに読み出され、さらに列ＡＤＣ２９−ａ、２９−ｂでデジタル値に変換され、保持される。保持されたデジタル輝度情報は列選択エンコーダ４−ａ、４−ｂで順次選択され、デジタル出力Ｉ／Ｆ３０−ａ、３０−ｂを介してチップ外部に出力される。

さらに、図９を用いて、列ｎに着目して撮像部からの読み出しに関して説明する。
まず、行１のＲ画素と行２のＧ画素の輝度情報が読み出される。行１のＲ画素の情報は第１の垂直信号線９、列ｎの下側の列信号処理部３００ａを経由して列ｎの列ＡＤＣ２９−ａに、行２のＧ画素の情報は第２の垂直信号線１０、列ｎ＋１の上側の列信号処理部３００ｂを経由して列ｎ＋１の列ＡＤＣ２９−ｂに保持される。

次に、行３のＲ画素と行４のＧ画素の輝度情報が読み出される。行３のＲ画素の情報は第２の垂直信号線１０、列ｎ＋１の下側の列信号処理部３００ａを経由して列ｎ＋１の列ＡＤＣ２９−ａに、行４のＧ画素の情報は第１の垂直信号線９、列ｎの上側の列信号処理部３００ｂを経由して列ｎの列ＡＤＣ２９−ｂに保持される。

この２つの動作を交互に繰り返すことにより列ｎ全体の画素信号が読み出される。

以上、図８〜図９を用いて説明したように、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、画素部の各列に２本の垂直信号線を有し、各列の各色画素は２本の垂直信号線に分割して接続され、各列の２つの垂直信号線は異なる列の列信号処理部３００ａ、３００ｂ、列ＡＤＣ２９−ａ、２９−ｂに接続されており、各列の各色画素の信号の２つの垂直信号線、列信号処理部３、列ＡＤＣを介して読み出され、これにより、一方の垂直信号線もしくは列信号処理部３もしくは列ＡＤＣに故障が発生しても各列のＲ画素輝度情報の半分を読み出すことができる。なおＢ画素、Ｇ画素についても同様の効果を得ることが出来る。

なお、第１の実施形態でデジタル出力が必要な場合は出力変換回路にＡＤ変換機能を付加することになるが、この構成ではＡＤＣに故障が発生するとすべてのＲ画素情報が失われることになる。したがって、固体撮像素子の出力をデジタルにする場合は、第２の実施形態の方が故障への耐性が高い。

（第３の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。

まず、図１０は本発明に係る固体撮像装置の第３の実施形態における画素部を示す回路図である。

図１０より、行方向に隣接する２画素を１つの基本単位セルとする構成で、光電変換素子である２個のフォトダイオード（ＰＤ）１６ａ、１６ｂ、２個の転送Ｔｒ１７ａ、１７ｂ、コンデンサ（フローティングディフュージョン、ＦＤ）１８、リセットＴｒ１９と、増幅Ｔｒ２０と、選択Ｔｒ２１を含む。２個のＰＤでそれぞれに入射された光を光電変換、発生電荷の蓄積を行い、蓄積電荷は電圧信号として共通の画素部読み出し回路（コンデンサ、リセットＴｒ、増幅Ｔｒ、選択Ｔｒ）を介して垂直信号線に出力される。

図１１は第３の実施形態における１列分の撮像部の構成を示す。図１０に示す２画素を含む基本セルが縦にならび、２本の垂直信号線に交互に接続されている。図では行０から行９の１０行分、基本セルとしては０、２、４、６、８の５個分が記載されている。第３の実施形態における固体撮像素子の全体構成は図１と、１列分の構成は図２の撮像部を図１１と置き換えたものと同じである。

ここで、画素部の基本セルには、リセットパルス（初期化信号：ＲＳＣＥＬ）、２個のリードパルス（読み出しパルス：ＴＲＡＮＳａ、ＴＲＡＮＳｂ）、および、ラインセレクトパルス（行選択信号：ＲＤＣＥＬ）が、列信号処理部３には第１の実施形態と同様のパルスが決められたタイミングで供給され、これら各制御パルスにそれぞれ対応するトランジスタが開閉（オンオフ）される。

次に、図１２を用いて、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法について説明する。

図１２（ａ）中の、ＲＤＣＥＬ［０］、［２］はセル０、セル２の画素出力の垂直信号線への接続動作を行うためのパルス電圧であり、ＲＳＣＥＬ［０］、［２］はセル０、セル２でコンデンサの初期電圧へのリセット動作を行うためのパルス電圧であり、ＴＲＡＮＳｂ［０］はセル０内のｂ側のＰＤすなわちＧ［１］画素のＰＤに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧であり、ＴＲＡＮＳａ ［２］はセル２内のａ側のＰＤすなわちＲ［２］画素のＰＤに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧であり、ＮＣＣＬはクランプ容量の列アンプとは反対側の端子電位をクランプ電位ＶＣＬに設定する動作を行うためのパルス電圧であり、ＳＷ−ＳＨはサンプリング容量への信号書き込みの動作を行うためのパルス電圧であり、ＳＥＬ１は第１の垂直信号線を下側の列信号処理部３に接続する動作を行うための電圧であり、ＳＥＬ２は第２の垂直信号線を下側の列信号処理部３に接続する動作を行うための電圧である。

図１２（ｂ）中の、ＲＤＣＥＬ［２］、［４］はセル２、セル４の画素出力の垂直信号線への接続動作を行うためのパルス電圧であり、ＲＳＣＥＬ［２］、［４］はセル２、セル４でコンデンサの初期電圧へのリセット動作を行うためのパルス電圧であり、ＴＲＡＮＳｂ［２］はセル２内のｂ側のＰＤすなわちＧ［３］画素のＰＤに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧であり、ＴＲＡＮＳａ ［４］はセル４内のａ側のＰＤすなわちＲ［４］画素のＰＤに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧である。

図１２（ａ）は、行１と行２を読み出す際に供給される各制御パルスのタイミングを示す図である。ＳＥＬ１＝Ｌ、ＳＥＬ２＝Ｈのため、行１のＧ［１］画素の信号は第１の垂直信号線９、上側の列信号処理部３を、行２のＲ［２］画素の信号は第２の垂直信号線１０、下側の列信号処理部３を経由して読み出される。各タイミングにおける回路の動作は第１の実施形態と同様である。

次に、図１２（ｂ）は、行３と行４を読み出す際に供給される各制御パルスのタイミングを示す図である。ＳＥＬ１＝Ｈ、ＳＥＬ２＝Ｌのため、行３のＧ［３］画素の信号は第２の垂直信号線１０、上側の列信号処理部３を、行４のＲ［４］画素の信号は第１の垂直信号線９、下側の列信号処理部３を経由して読み出される。

図１３には行１〜行８の読み出しでそれぞれどの画素制御線にパルスを入力するか示している。縦軸は制御線、横軸は２行分の画素信号を読み出し期間を単位とする動作シーケンスをあらわし、図中のＰは対応する期間の中でパルスを入力することを表す。また、図中の最下段２行には各垂直信号に読み出される画素を記載している。図１３の１Ｈは図１２（ａ）、２Ｈは図１２（ｂ）に対応する。３Ｈ以降も同様の動作を繰り返せばすべての画素の輝度情報を読み出すことができる（行０は読み出しの必要がない無効行）。

以上、図１０〜図１３を用いて説明したことをまとめると、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置は、画素部は２つの画素で画素読み出し部を共有し、画素部の各列に２本の垂直信号線を有し、さらに各列の２画素からなる基本セルは２本の垂直信号線に分割して接続されており、各列の一部の基本セルの信号は一方の垂直信号線を介して、残りの基本セル信号は他方の垂直信号線を介して読み出されることとなり、これにより、一方の垂直信号線に故障が発生しても他方の垂直信号線に接続された基本セルの信号は読み出すことができる。すなわち、一般的なカラーフィルタ配列であるベイヤ配列を用いても、信号線に故障が発生すると１つの色に関して１列分すべての信号が失われるという課題を防ぐことが出来る。

さらに、本発明に第３の実施形態に係る固体撮像装置では、２画素で画素読み出し部を共有しているので画素あたりのトランジスタ数が４個から２．５個に低減し、画素の開口率、すなわち感度が向上する利点もある。

なお、本発明の実施形態では第１の実施形態で説明した出力変換部（ＡＤ変換器）を備えた固体撮像装置と、第２の実施形態で説明した列ＡＤ部を備えた固体撮像装置、のいずれも用いることが出来る。

また、上記では２つの画素で読み出し部を共有しているが、３画素あるいは４画素などより多くの画素で共有する構成にしてもかまわない。さらに、共有する画素は複数の列にまたがってもかまわない。

（第４の実施形態）
図１４は本発明の第４の実施形態における撮像装置の全体構成を示す図である。光画像を固体撮像装置の撮像部に照射するレンズ３６、照射された光画像を検出し、その輝度情報をデジタル値として２系統で出力する固体撮像装置３１、センサの出力を受け取り信号処理を行う信号処理回路３３、信号処理に必要な情報を記憶する不揮発性メモリ３４（例えばフラッシュメモリ）を含む。固体撮像装置３１は第１、２、３の実施形態で示す固体撮像装置のいずれでもよい。

固体撮像装置のカラーフィルタはベイヤ配列のため各画素はＲＧＢのうち１つの色情報しか存在しない。全色情報を有する画像を得るために信号処理回路３３で周辺画素の情報を用いて補間し他の色情報を算出する。Ｒに関する情報の補間を図１５に基づき説明する。撮像装置では４画素で１つしかＲ信号が検出されていない。例えば行３、４、列３、４の４画素に着目すると行３、列３のみＲ信号が存在する。行３、列４の画素のＲ信号は図１５（ａ）に示すように周辺の６画素のＲ信号の平均から算出する。Ｒ信号を持たない他の２画素も同様である（図１５（ｂ）、（ｃ））。Ｇ、Ｂについても同様に補間すれば全色情報を含むカラー画像が得られる。

次に固体撮像装置の撮像部における１個の垂直信号線に故障がある場合を考える。その列がＲ画素を含む場合、対象列に関しては１行おきにしかＲ情報が得られないことになる。このときの補間処理を説明する。行３、列３の画素のＲ情報が故障により得られない場合を考える。この故障の位置はあらかじめ測定などにより求めておき、不揮発性メモリに記憶しておく。補間処理で行３、列３の画素の情報を使わない場合は図１５と同様の処理を行う。

一方、行３、列３の画素の情報が必要になる場合、例えば行３、列４と行４、列３と行４、列４の画素に関しては図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように参照する周辺画素数を１個減らして平均を求める。

また、行３、列３の画素については図１６（ｄ）に示すように周辺の８画素を用いて補正を行う。まず、垂直方向（Ｖ）、水平方向（Ｈ）の輝度の傾きを計算する。具体的には、Ｇｖ１＝ａｂｓ（ａｖｅ（Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５）−ａｖｅ（Ｒ３１、Ｒ３５））、Ｇｖ２＝ａｂｓ（ａｖｅ（Ｒ５１、Ｒ５３、Ｒ５５）−ａｖｅ（Ｒ３１、Ｒ３５））、Ｇｈ１＝ａｂｓ（ａｖｅ（Ｒ１１、Ｒ３１、Ｒ５１）−ａｖｅ（Ｒ１３、Ｒ５３））、Ｇｈ２＝ａｂｓ（ａｖｅ（Ｒ１５、Ｒ３５、Ｒ５５）−ａｖｅ（Ｒ１３、Ｒ５３））を計算する。ここでａｂｓは絶対値、ａｖｅは平均を表す。

次にＧｖ１、Ｇｖ２、Ｇｈ１、Ｇｈ２の最大値を検出する。最大値がＧｖ１もしくはＧｖ２の場合は水平方向にパターンの輪郭があると考えられるので、水平方向の平均すなわちＲ３１とＲ３５の平均値を行３、列３の画素の補正値とする。一方、最大値がＧｈ１もしくはＧｈ２の場合は垂直方向にパターンの輪郭があると考えられるので、垂直方向の平均すなわちＲ１３とＲ５３の平均を行３、列３の画素の補正値とする。どちらの補間処理を行うか、また欠陥補正処理を行うか否かは不揮発性メモリに記憶された位置情報に基づき制御される。以上の処理により全色情報を含むカラー画像が得られる。

次に、撮像装置として従来の構成の場合と本発明の場合の欠陥補正の違いを説明する。図１７は従来の構成の場合を説明する。図１７（ａ）に示すように縦縞のパターンが入力される場合を考える。図１７（ｂ）は固体撮像装置に故障がない場合の各Ｒ画素の輝度情報を示す。輝度情報は０から２５５のあいだの数字で、数字が大きいほど輝度が大きい（画像では白い）ことを意味する。一方、図１７（ｃ）には固体撮像装置の列３の垂直信号線で故障が発生した場合の固体撮像装置から出力される各Ｒ画素の輝度情報を示す。列３の３つのＲ画素の輝度情報はすべて０になっている。図１７（ｄ）は欠陥補正後の輝度情報を示している。欠陥画素の補正は一般に周辺画素の全部もしくは一部の平均で置き換える処理であり、列３の画素の輝度値は０〜２０の値となる。補正値と正しい値１００との誤差は非常に大きく、撮像装置として従来の構成を用いた場合は列３の画素のＲ情報を周辺画素の信号から得ることは困難といえる。

これに対し、図１８は撮像装置として本発明の構成を用いた場合を示す。入力パターンとしては同様に図１８（ａ）に示すように縦縞の場合を考える。固体撮像装置の列３の一方の垂直信号線で故障が発生した場合を考える。このときでも列３のＲ画素のうち半分の輝度情報が得られる。具体的には図１８（ｃ）に示すように、Ｒ３３は０という間違った値が出力され、Ｒ１３とＲ５３は正しい値が出力される場合を考える。行３、列３の補正を行うために、まず４つの輝度傾き情報を求めると、Ｇｖ１＝３３、Ｇｖ２＝３３、Ｇｈ１＝８０、Ｇｈ２＝８０となる。傾きの最大はＧｈ１とＧｈ２なので垂直方向にパターンの輪郭があると推定でき、Ｒ１３とＲ５３の平均値１００が補正値となる。補正値と正しい値１００との誤差は小さく、固体撮像装置として本発明の構成を用いた場合は行３、列３の画素のＲ情報も得ることができることを意味する。

以上、図１４〜図１８を用いて説明したことをまとめると、本発明の第４の実施形態に係る撮像装置は、撮像装置の画素部の各列に２本の垂直信号線を有し各列の各色画素は２本の垂直信号線に分割して接続され、撮像装置の画素部での垂直信号線の故障箇所を保持する不揮発性メモリ、固体撮像装置に対する信号処理回路を備えており、各列の各色画素の信号の一部は一方の垂直信号線を介して、残りは他方の垂直信号線を介して読み出されることとなり、故障により失われた情報は周辺の列ならびに同じ列の中で得られた信号を用いて補正することとなり、これにより、固体撮像装置の１つの撮像部信号線で故障が発生しても全色情報を含むカラー画像が得ることが出来る。

また、本実施形態ではベイヤ配列での補間と欠陥補正を同時に実行する信号処理アルゴリズムの場合を示したが、固体撮像素子を第１ないし第３の実施形態に示す構成にしたこと、後段では故障が発生した列の中で検出可能な情報を活用して情報がない画素を補正することを含めば他の信号処理アルゴリズムを適用した形態（例えばベイヤ配列の補間と欠陥補正をシリアルにつないだ別々の信号処理手段で実行）でも同様の効果が得られる。

（第５の実施形態）
図１９は本発明の第５の実施形態における撮像装置の全体構成を示す図である。自動車に搭載し周辺監視を行うカメラである。光画像を固体撮像装置の撮像部に照射するレンズ３６、照射された光画像を検出しその輝度情報をデジタル値として２系統で出力する固体撮像装置３１、固体撮像装置からのデジタル輝度情報を受け取り欠陥が存在する列、領域を検出する欠陥検出回路３５、固体撮像装置からのデジタル輝度情報ならびに欠陥検出回路からの欠陥位置情報を受け取り信号処理を行う信号処理回路３３を含む。固体撮像装置３１は第１、２、３の実施形態で示す構成である。

次に、図２０に基づき欠陥検出の動作を説明する。各列２種類のＲ画素列平均値Ｓｒ１［ｎ］、Ｓｒ２［ｎ］を一定時間周期で検出する。Ｓｒ１［ｎ］は行１、５、９、・・・のＲ画素の平均値、Ｓｒ２［ｎ］は行３、７、１１、・・・のＲ画素の平均値を示す。一般に入力光画像は時間とともに変化するものであり、Ｓｒ１［ｎ］、Ｓｒ２［ｎ］もそれに応じて変動する。逆にいうと、Ｓｒ１［ｎ］、Ｓｒ２［ｎ］の時間変動が小さい場合は列ｎで故障が発生したことを意味する。検出された故障位置情報は信号処理回路に伝達され、第４の実施形態と同様に欠陥存在時のベイヤ配列の補間処理ならびに欠陥の補正処理を行う。

以上のように、本発明に係る撮像装置は上記のように構成したので、固体撮像装置の１つの撮像部信号線で故障が発生しても全色情報を含むカラー画像が得られ、カメラの信頼性が向上するという効果がある。

以上、図１９〜図２０を用いて説明したように、本発明の第５の実施形態に係る撮像装置は、撮像装置の画素部の各列に２本の垂直信号線を有し各列の各色画素は２本の垂直信号線に分割して接続され、撮像装置の画素部での垂直信号線の故障箇所を検出する回路、固体撮像装置の出力に対する信号処理回路を備えており、これにより、固体撮像装置の１つの撮像部信号線で故障が発生しても全色情報を含むカラー画像が得られ、カメラの信頼性を向上させることが出来る。

本発明に係る固体撮像装置は製造容易性が高く、実使用時の故障への耐性が高いため、デジタル一眼レフカメラなど大きな撮像エリア、画素数が必要な撮像機器向けイメージセンサ、あるいは車載・監視・ロボットなど高い信頼性が要求される分野に適用するイメージセンサとして有用である。

本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の全体構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の１列分の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の回路図である。 本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の各制御パルスのタイミングを示す図である。 本発明の第１の実施形態における電流源配置の別構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例１における固体撮像装置の１列分の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例２における固体撮像装置の３列分の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の全体構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の３列分の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態における画素回路の回路図である。 本発明の第３の実施形態における撮像部の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の各制御パルスのタイミングを示す図である。 本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の制御を示す図である。 本発明の第４の実施形態における撮像装置の全体構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態における撮像装置における補正処理を示す図である。 本発明の第４の実施形態における撮像装置における欠陥がある場合の補正処理を示す図である。 従来の撮像装置における補正処理の課題を示す図である。 本発明の第４の実施形態における撮像装置における補正処理の効果を示す図である。 本発明の第５の実施形態における撮像装置の全体構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態における撮像装置における欠陥検出処理を示す図である。

符号の説明

１ 撮像部
２ 行選択エンコーダ
３−Ａ、３−Ｂ、３００Ａ、３００Ｂ 信号処理部
３−ａ、３−ｂ、３００ａ、３００ｂ 列信号処理部
４−ａ、４−ｂ 列選択エンコーダ
５−ａ、５−ｂ 水平信号線
６−ａ、６−ｂ 出力変換回路
７ Ｒ画素
８ Ｇ画素
９ 第１の垂直信号線
１０ 第２の垂直信号線
１２ 電流源
１３ 列アンプ
１４ ノイズキャンセル回路
１５ サンプルホールド回路
１６、１６ａ、１６ｂ フォトダイオード（ＰＤ）
１７、１７ａ、１７ｂ 転送トランジスタ
１８ コンデンサ（フローティングディフュージョン、ＦＤ）
１９ リセットトランジスタ
２０ 増幅トランジスタ
２１ 選択トランジスタ
２２ 垂直信号線選択トランジスタ
２３ 電流源トランジスタ
２４ クランプ容量
２５ クランプトランジスタ
２６ サンプリング容量
２７ サンプリング容量入力トランジスタ
２８ サンプリング容量出力トランジスタ
２９−Ａ、２９−Ｂ ＡＤＣ部
２９−ａ、２９−ｂ 列ＡＤＣ部
３０ デジタル出力Ｉ／Ｆ
３１ 固体撮像装置
３２ ＡＤ変換器
３３ 信号処理回路
３４ メモリ
３５ 欠陥検出回路
３６ レンズ
１０１ 画素列

Claims (16)

1. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
   前記複数の画素部の１列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
   各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
   前記複数の垂直信号線は、第１垂直信号線と第２垂直信号線とを含み、
   前記複数の画素部の１列に属する同色の複数の画素部は、前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線とに交互に接続され、
   前記固体撮像装置は、さらに、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第１列信号処理部と、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第２列信号処理部とを含み、
   前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、
   前記第１垂直信号線からの画素信号と前記第２垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
   前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
   前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線は、同じ画素部列に対応する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
   前記複数の画素部の１列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
   各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
   各列内の同色の複数の画素信号は前記複数の垂直信号線に均等に振り分けられ、
   前記複数の画素部のそれぞれは、
   光電変換する光電変換素子と、
   前記光電変換素子への入射光の色をフィルタリングするカラーフィルタと、
   光電変換素子からの信号を前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方に出力する出力部とを含み、
   前記固体撮像装置は、さらに、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第１列信号処理部と、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第２列信号処理部とを含み、
   前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、
   前記第１垂直信号線からの画素信号と前記第２垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
   前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
   前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線は、同じ画素部列に対応する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
3. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
   前記複数の画素部の１列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
   各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
   前記複数の垂直信号線は、第１垂直信号線と第２垂直信号線とを含み、
   前記第１垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続され、
   前記第２垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続され、
   前記固体撮像装置は、さらに、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第１列信号処理部と、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第２列信号処理部とを含み、
   前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、
   前記第１垂直信号線からの画素信号と前記第２垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
   前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
   前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線は、同じ画素部列に対応する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
4. 前記複数の画素部のそれぞれは、
   光電変換する光電変換素子と、
   前記光電変換素子への入射光の色をフィルタリングするカラーフィルタと、
   光電変換素子からの信号を前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方に出力する出力部と
   を含むことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
5. 前記複数の画素部のぞれぞれは、
   少なくとも第１光電変換素子と第２光電変換素子とを含む複数の光電変換素子と、
   前記第１光電変換素子への入射光の色をフィルタリングする第１カラーフィルタと、
   前記第１カラーフィルとは異なる色に対応し、前記第２光電変換素子への入射光の色をフィルタリングする第２カラーフィルタと、
   前記複数の光電変換素子のうちの１つの光電変換素子を選択して信号を読み出す読み出し部と、
   前記読み出し部により読み出された信号を前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方に出力する出力部と
   を含むことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
6. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
   前記複数の画素部の１列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
   各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
   前記複数の垂直信号線は、第１垂直信号線と第２垂直信号線とを含み、
   前記複数の画素部の１列に属する画素部は、前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線とに交互に接続され、
   前記固体撮像装置は、さらに、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第１列信号処理部と、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第２列信号処理部とを含み、
   前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、
   前記第１垂直信号線からの画素信号と前記第２垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
   前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
   前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線は、同じ画素部列に対応する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
7. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
   前記複数の画素部の１列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
   各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
   前記複数の垂直信号線は、第１垂直信号線と第２垂直信号線とを含み、
   前記複数の画素部の１列に属する同色の複数の画素部は、前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線とに交互に接続され、
   前記固体撮像装置は、さらに、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第１列信号処理部と、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第２列信号処理部とを含み、
   前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、
   前記第１垂直信号線からの画素信号と前記第２垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
   前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路と
   を含み、
   前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方は、前記セレクタに対応する画素部の列に対応し、
   前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方は、前記セレクタに対応する画素部の列に隣接する画素部の列に対応する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
8. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
   前記複数の画素部の１列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
   各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
   各列内の同色の複数の画素信号は前記複数の垂直信号線に均等に振り分けられ、
   前記複数の画素部のそれぞれは、
   光電変換する光電変換素子と、
   前記光電変換素子への入射光の色をフィルタリングするカラーフィルタと、
   光電変換素子からの信号を前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方に出力する出力部とを含み、
   前記固体撮像装置は、さらに、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第１列信号処理部と、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第２列信号処理部とを含み、
   前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、
   前記第１垂直信号線からの画素信号と前記第２垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
   前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
   前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方は、前記セレクタに対応する画素部の列に対応し、
   前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方は、前記セレクタに対応する画素部の列に隣接する画素部の列に対応する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
9. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
   前記複数の画素部の１列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
   各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
   前記複数の垂直信号線は、第１垂直信号線と第２垂直信号線とを含み、
   前記第１垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続され、
   前記第２垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続され、
   前記固体撮像装置は、さらに、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第１列信号処理部と、
   前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第２列信号処理部とを含み、
   前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、
   前記第１垂直信号線からの画素信号と前記第２垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
   前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
   前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方は、前記セレクタに対応する画素部の列に対応し、
   前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方は、前記セレクタに対応する画素部の列に隣接する画素部の列に対応する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
10. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
    前記複数の画素部の１列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
    各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
    前記複数の垂直信号線は、第１垂直信号線と第２垂直信号線とを含み、
    前記複数の画素部の１列に属する画素部は、前記第１垂直信号線と前記第２垂直信号線とに交互に接続され、
    前記固体撮像装置は、さらに、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第１列信号処理部と、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第２列信号処理部とを含み、
    前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、
    前記第１垂直信号線からの画素信号と前記第２垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
    前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
    前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の一方は、前記セレクタに対応する画素部の列に対応し、
    前記セレクタに接続される前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線の他方は、前記セレクタに対応する画素部の列に隣接する画素部の列に対応する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
11. 前記第１列信号処理部は、前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線のうちの少なくとも一方の一端に接続され、
    前記第２列信号処理部は、前記第１垂直信号線および前記第２垂直信号線のうちの少なくとも他方の他端に接続される
    ことを特徴とする請求項１、２、３、６、７、８、９または１０記載の固体撮像装置。
12. 前記出力部のそれぞれは、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタを含み、
    前記第１列信号処理部および前記第２列信号処理部のそれぞれは、
    前記複数の画素部の対応する列に属する画素部内の増幅用トランジスタの１つに電流を供給するための電流源
    を含むことを特徴とする請求項１、２、３、６、７、８、９、１０または１１記載の固体撮像装置。
13. 請求項１から１２の何れかに記載の固体撮像装置と、
    欠陥画素部の位置を記憶する記憶部と、
    前記欠陥画素部の周囲の画素部の画素データを用いて前記欠陥画素部の画素データを補間する補間部と
    を備えることを特徴とするカメラ。
14. 前記カメラは、さらに、
    欠陥画素部を検出し、前記記憶部に検出した欠陥画素部の位置を格納する検出部を備えることを特徴とする請求項１３記載のカメラ。
15. 前記検出部は、前記第１垂直信号線および第２垂直信号線からの得られた画素データのそれぞれの平均を用いて欠陥画素部が存在する列を特定し、さらに、当該列中の欠陥画素部の位置を検出することを特徴とする請求項１４記載のカメラ。
16. 請求項１から１２の何れかに記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。

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