JP5142703B2 - Imaging apparatus and processing method thereof - Google Patents

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本発明は、CMOSイメージセンサ等の撮像装置及びその処理方法に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus such as a CMOS image sensor and a processing method thereof.

従来、静止画像や動画を撮像・記録・再生する撮像装置として、固体メモリ素子を有するメモリカードを記録媒体とし、CCD、CMOS等の固体撮像素子で撮像した静止画像や動画像を記録・再生する電子カメラ等の撮像装置が既に知られている。CCDはCharge Coupled Devicesであり、CMOSはComplementary Metal Oxide Semiconductorである。   Conventionally, as an imaging device that captures, records, and reproduces still images and moving images, a memory card having a solid-state memory element is used as a recording medium, and still images and moving images captured by a solid-state imaging element such as a CCD or CMOS are recorded and reproduced. An imaging device such as an electronic camera is already known. CCD is Charge Coupled Devices, and CMOS is Complementary Metal Oxide Semiconductor.

また、撮像素子を用いて撮像する場合、撮像素子を露光しない状態で本撮影と同様に電荷蓄積を行った後に読み出した暗時画素信号と、撮像素子を露光した状態で電荷蓄積を行った後に読み出した本撮影画素信号とを用いて演算処理する。これにより、暗時ノイズ補正処理を行うことが可能である。これにより、撮像素子で発生する暗電流ノイズや読み出し回路に起因する固定パタンノイズや撮像素子固有の微小なキズによる画素欠陥等の画質劣化に対し、撮影した画素信号を補正して高品位な画像を得ることができる。   Also, when imaging using an image sensor, the dark pixel signal read after charge accumulation is performed in the same manner as in the main shooting without exposing the image sensor, and after charge accumulation is performed with the image sensor exposed. An arithmetic process is performed using the read main photographing pixel signal. Thereby, it is possible to perform dark noise correction processing. As a result, high-quality images can be obtained by correcting the captured pixel signals against image quality degradation such as dark current noise generated in the image sensor, fixed pattern noise caused by the readout circuit, and pixel defects due to minute flaws inherent to the image sensor. Can be obtained.

一方、暗時画素信号を用いた補正方法は、暗時画素信号を格納するための1フレーム分の大容量メモリが必要となるため、撮像装置のコストを上昇させてしまう。また、本撮影をする前に予め1フレーム分の暗時画素信号を取得しておく必要があるために、シャッタレリーズタイムラグが増加して快適撮影の妨げになっていた。また、暗時画素信号にはランダムノイズと呼ばれるランダムな成分が含まれているため、暗時画素信号を本撮影画素信号に対して減算処理するだけでは、固定パタンノイズを完全に抑制することができない。   On the other hand, the correction method using the dark pixel signal requires a large-capacity memory for one frame for storing the dark pixel signal, which increases the cost of the imaging apparatus. In addition, since it is necessary to acquire a dark pixel signal for one frame in advance before the actual shooting, the shutter release time lag is increased, which hinders comfortable shooting. In addition, since the dark pixel signal includes a random component called random noise, the fixed pattern noise can be completely suppressed only by subtracting the dark pixel signal from the main photographing pixel signal. Can not.

この問題を解決する方法として、有効画素領域と、非有効画素領域に分割し、非有効画素領域の画素信号を平均化して有効画素領域の画素信号に対して減算処理する方法が提案されている。有効画素領域は、撮像素子の画素領域を入射光に応じて発生した電荷を蓄積した信号を出力する。非有効画素領域は、例えば有効画素領域と同じ回路構成の画素表面をアルミニウム等の遮光膜で覆った画素領域であり、入射光に依存しない信号を出力する。この方法では、非有効画素領域の画素信号を平均処理することによって平均化の母数を増やし、補正信号に含まれるランダムノイズを低減している。   As a method for solving this problem, there has been proposed a method of dividing the effective pixel region into the ineffective pixel region, averaging the pixel signals in the ineffective pixel region, and subtracting the pixel signals in the effective pixel region. . The effective pixel region outputs a signal obtained by accumulating charges generated in response to incident light in the pixel region of the image sensor. The ineffective pixel region is a pixel region in which, for example, the pixel surface having the same circuit configuration as the effective pixel region is covered with a light shielding film such as aluminum, and outputs a signal that does not depend on incident light. In this method, the averaging signal is increased by averaging the pixel signals in the ineffective pixel region, and the random noise included in the correction signal is reduced.

特許文献1では、複数行の非有効画素領域の画素信号に基づいて補正信号を生成し、補正信号の信頼性を高くして固定パタンノイズを抑制する固体撮像装置を提供することを目的としている。上記目的を達成するために、複数行分の遮光画素から1行分の補正信号を生成し、有効画素の画素信号を補正することを特徴とする固体撮像装置が提案されている。   Patent Document 1 aims to provide a solid-state imaging device that generates a correction signal based on pixel signals in a plurality of rows of ineffective pixel regions, increases the reliability of the correction signal, and suppresses fixed pattern noise. . In order to achieve the above object, there has been proposed a solid-state imaging device characterized by generating a correction signal for one row from a plurality of rows of light-shielded pixels and correcting a pixel signal of an effective pixel.

特許文献2では、非有効画素領域の画素信号から得られる画素信号を複数フレームにわたって合計し、その合計値から平均値を求めて補正信号を生成して固体パタンノイズを抑制することを特徴とする固体撮像装置が提案されている。   Patent Document 2 is characterized in that pixel signals obtained from pixel signals in an ineffective pixel region are summed over a plurality of frames, an average value is obtained from the sum value, a correction signal is generated, and solid pattern noise is suppressed. Solid-state imaging devices have been proposed.

特許文献3では、1フィールド期間内に各光電変換素子の読み出しを複数回行い、1フィールド期間内に複数回行われる前記読み出しをする毎に、垂直黒基準検出用素子の電荷を読み出すことを特徴とする撮像装置が提案されている。   In Patent Document 3, each photoelectric conversion element is read a plurality of times within one field period, and the charge of the vertical black reference detection element is read each time the reading is performed a plurality of times within one field period. An imaging apparatus has been proposed.

特開2002−16841号公報JP 2002-16841 A 特開2004−15712号公報JP 2004-15712 A 特開2000−138864号公報JP 2000-138864 A

しかしながら、上述のような背景技術による固定パタンノイズ抑制の方法には以下のような課題がある。   However, the fixed pattern noise suppression method according to the background art as described above has the following problems.

特許文献1で提案されている固体撮像装置では、補正信号の信頼性を高くするために非有効画素領域の行数を多く設けると、チップ面積が増大してしまう課題があった。つまり、平均化に使用する非有効画素領域の行数を多くすることで、補正信号に含まれるランダムノイズの影響を低減していた。   In the solid-state imaging device proposed in Patent Document 1, there is a problem that the chip area increases when a large number of rows of ineffective pixel regions are provided in order to increase the reliability of the correction signal. That is, the influence of random noise included in the correction signal is reduced by increasing the number of rows of the ineffective pixel region used for averaging.

特許文献2で提案されている固体撮像装置では、補正信号の生成には複数フレームにわたる非有効画素領域の画素信号が必要であるために、デジタルスチルカメラでの単写といった1フレームだけの撮影モードでは使用することができない課題があった。つまり、平均化に使用する非有効画素領域の画素信号のフレーム数を多くすることで、補正信号に含まれるランダムノイズの影響を低減していた。   In the solid-state imaging device proposed in Patent Document 2, since a pixel signal of an ineffective pixel region over a plurality of frames is necessary for generating a correction signal, a shooting mode of only one frame such as single shooting with a digital still camera is required. There was a problem that could not be used. That is, the influence of random noise included in the correction signal is reduced by increasing the number of frames of the pixel signal in the ineffective pixel region used for averaging.

特許文献2で提案されている固体撮像装置では、平均化に使用する非有効画素領域の画素信号のフレーム数を多くすることで、補正信号に含まれるランダムノイズの影響を低減していた。つまり、補正信号の生成には複数フレームにわたる非有効画素領域の画素信号が必要であるために、デジタルスチルカメラでの単写といった1フレームだけの撮影モードでは使用することができない課題があった。また、動画撮影のように複数フレームにわたって非有効画素領域の画素信号が取得できる場合であっても、非有効画素領域が少ない場合は多くのフレーム数を必要とするため撮影開始に至るレスポンスが悪化してしまう課題がある。また、非有効画素領域を大きくすることで積算するフレーム数を少なくするとチップ面積が増大してしまう課題があった。   In the solid-state imaging device proposed in Patent Document 2, the influence of random noise included in the correction signal is reduced by increasing the number of pixel signals in the ineffective pixel region used for averaging. In other words, the generation of the correction signal requires a pixel signal of an ineffective pixel region over a plurality of frames, and thus there is a problem that the correction signal cannot be used in a shooting mode of only one frame such as single shooting with a digital still camera. In addition, even when the pixel signal of the ineffective pixel area can be acquired over a plurality of frames as in moving image shooting, if the number of ineffective pixel areas is small, a large number of frames are required, so the response leading to the start of shooting deteriorates. There is a problem to do. Further, there is a problem that the chip area increases if the number of frames to be integrated is reduced by increasing the ineffective pixel region.

上記課題を解決するために、本発明ではチップ面積を増大させることなく、1フレームのみの非有効画素領域の画素信号から補正信号に含まれるランダムノイズの影響を低減した撮像装置及びその処理方法を提供することを目的としている。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides an imaging apparatus and a processing method thereof in which the influence of random noise included in the correction signal is reduced from the pixel signal of the ineffective pixel region of only one frame without increasing the chip area. It is intended to provide.

本発明の撮像装置は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積して信号を出力する複数画素の有効画素領域及び入射光に依存しない信号を出力する複数画素の非有効画素領域を含む画素部と、前記画素部の画素の列毎に設けられる複数の垂直信号線と、前記画素部の画素を行単位に走査して選択することにより前記選択された同一行の画素の信号を前記複数の垂直信号線に出力させる垂直走査回路と、前記複数の垂直信号線の信号を走査して選択することにより前記選択された垂直信号線の信号を出力させる水平走査回路とを有し、前記垂直走査回路は、1フレームの間に前記有効画素領域の同一行の画素を行単位で1回選択し、1フレームの間に前記非有効画素領域の同一行の画素を行単位で複数回選択し、さらに、前記複数回選択されかつ前記水平走査回路により出力された画素の信号を用いて前記有効画素領域の画素の信号を補正する補正回路を有し、前記非有効画素領域は、相互に異なる行の第1の非有効画素領域及び第2の非有効画素領域を有し、前記垂直走査回路は、1フレームの間に前記第2の非有効画素領域の同一行の画素を行単位で複数回選択し、前記補正回路は、前記第1及び第2の非有効画素領域の1回目に選択した画素の信号を平均化して前記有効画素領域の画素の信号を補正する第1の補正回路と、前記第2の非有効画素領域の2回目以降に選択した画素の信号を平均化して前記有効画素領域の画素の信号を補正する第2の補正回路とを有し、前記第1の補正回路は、前記第1及び第2の非有効画素領域の画素を水平方向に分割した複数の領域毎に平均化し、前記第2の補正回路は、前記第2の非有効画素領域の画素の信号を前記第1の補正回路よりも多い分割数で水平方向に分割した複数の領域毎に平均化することを特徴とする。 An image pickup apparatus according to the present invention includes a pixel unit including an effective pixel region of a plurality of pixels that accumulates charges generated according to incident light and outputs a signal, and a non-effective pixel region of a plurality of pixels that outputs a signal independent of incident light A plurality of vertical signal lines provided for each column of pixels in the pixel portion, and scanning the pixels in the pixel portion in units of rows to select signals of the pixels in the selected same row A vertical scanning circuit for outputting to a vertical signal line; and a horizontal scanning circuit for outputting a signal of the selected vertical signal line by scanning and selecting a signal of the plurality of vertical signal lines, the vertical scanning The circuit selects pixels in the same row in the effective pixel region once per row during one frame, and selects pixels in the same row in the non-effective pixel region multiple times per row during one frame , Further, the plurality of selected and previous A correction circuit that corrects a pixel signal of the effective pixel region using a pixel signal output by a horizontal scanning circuit, wherein the non-effective pixel region includes a first non-effective pixel region in a different row; A second ineffective pixel region, and the vertical scanning circuit selects pixels in the same row in the second ineffective pixel region a plurality of times during one frame, and the correction circuit A first correction circuit that corrects a signal of the pixel in the effective pixel region by averaging signals of the pixels selected first in the first and second ineffective pixel regions; and A second correction circuit that corrects the signal of the pixel in the effective pixel region by averaging the signal of the pixel selected after the second time, and the first correction circuit includes the first and second non-correction circuits. Averaging the pixels in the effective pixel area for each of multiple areas divided in the horizontal direction. The second correction circuit includes a feature to averaging the signals of the pixels of the second non-effective pixel region for each of the plurality of regions divided in the horizontal direction in number divided into than the first correction circuit To do.

また、本発明の撮像装置の処理方法は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積して信号を出力する複数画素の有効画素領域及び入射光に依存しない信号を出力する複数画素の非有効画素領域を含む画素部と、前記画素部の画素の列毎に設けられる複数の垂直信号線と、前記画素部の画素を行単位に走査して選択することにより前記選択された同一行の画素の信号を前記複数の垂直信号線に出力させる垂直走査回路と、前記複数の垂直信号線の信号を走査して選択することにより前記選択された垂直信号線の信号を出力させる水平走査回路とを有する撮像装置の処理方法であって、前記垂直走査回路が、1フレームの間に前記有効画素領域の同一行の画素を行単位で1回選択し、1フレームの間に前記非有効画素領域の同一行の画素を行単位で複数回選択するステップと、補正回路が、前記複数回選択されかつ前記水平走査回路により出力された画素の信号を用いて前記有効画素領域の画素の信号を補正する補正ステップとを有し、前記非有効画素領域は、相互に異なる行の第1の非有効画素領域及び第2の非有効画素領域を有し、前記垂直走査回路が、1フレームの間に前記第2の非有効画素領域の同一行の画素を行単位で複数回選択するステップを有し、前記補正ステップは、前記第1及び第2の非有効画素領域の1回目に選択した画素の信号を平均化して前記有効画素領域の画素の信号を補正する第1の補正ステップと、前記第2の非有効画素領域の2回目以降に選択した画素の信号を平均化して前記有効画素領域の画素の信号を補正する第2の補正ステップとを有し、前記第1の補正ステップでは、前記第1及び第2の非有効画素領域の画素を水平方向に分割した複数の領域毎に平均化し、前記第2の補正ステップでは、前記第2の非有効画素領域の画素の信号を前記第1の補正回路よりも多い分割数で水平方向に分割した複数の領域毎に平均化することを特徴とする。 In addition, the processing method of the imaging apparatus according to the present invention includes an effective pixel region of a plurality of pixels that accumulates charges generated according to incident light and outputs a signal, and a plurality of non-effective pixels that outputs a signal independent of incident light. A pixel portion including a region, a plurality of vertical signal lines provided for each pixel column of the pixel portion, and scanning the pixels in the pixel portion in units of rows to select the pixels in the selected same row A vertical scanning circuit for outputting a signal to the plurality of vertical signal lines; and a horizontal scanning circuit for outputting a signal of the selected vertical signal line by scanning and selecting the signals of the plurality of vertical signal lines. In the processing method of the imaging apparatus, the vertical scanning circuit selects pixels in the same row of the effective pixel region once in one frame during one frame, and the same in the non-effective pixel region during one frame. Multiple rows of pixels Selecting times, correction circuit, and a correction step of correcting the signals of the pixels of the effective pixel region by using the signals of pixels which are output by said plurality of times selected and the horizontal scanning circuit, the non The effective pixel region has a first non-effective pixel region and a second non-effective pixel region in different rows, and the vertical scanning circuit is identical to the second non-effective pixel region during one frame. Selecting a pixel in a row a plurality of times in units of rows, wherein the correcting step averages a signal of a pixel selected first in the first and second non-effective pixel regions, A first correction step for correcting the signal of the pixel, and a second correction for correcting the signal of the pixel in the effective pixel region by averaging the signal of the pixel selected after the second time of the second ineffective pixel region And having the step In the correction step, the pixels in the first and second ineffective pixel regions are averaged for each of a plurality of regions divided in the horizontal direction, and in the second correction step, the pixels in the second ineffective pixel region are averaged. The signal is averaged for each of a plurality of regions divided in the horizontal direction with a larger number of divisions than the first correction circuit .

非有効画素領域が狭い場合でも複数回選択することにより、その画素の信号を複数行出力することができる。複数行出力された画素の信号を基に補正することにより、ランダムノイズの影響を低減することができる。非有効画素領域を狭くすることができるので、チップ面積を低減することができる。また、複数フレームにわたる非有効画素領域の画素の信号を基に補正する必要がないため、例えばデジタルスチルカメラでの単写といった1フレームだけの撮影モードでも高精度に固定パタンノイズの抑制をすることができる。   Even when the ineffective pixel region is narrow, the signal of the pixel can be output in a plurality of rows by selecting a plurality of times. By correcting based on the pixel signals output in a plurality of rows, the influence of random noise can be reduced. Since the ineffective pixel region can be narrowed, the chip area can be reduced. In addition, since it is not necessary to perform correction based on the signal of the pixels in the ineffective pixel region over a plurality of frames, for example, even in a single frame shooting mode such as single shooting with a digital still camera, fixed pattern noise can be suppressed with high accuracy. Can do.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に関わる固体撮像装置の画素部平面図である。本実施形態の固体撮像装置は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積して信号を出力する複数画素の有効画素領域101と、入射光に依存しない信号を出力する複数画素の非有効画素領域102を含む画素部100を有している。非有効画素領域102は、画素部100の垂直方向先頭に行単位に配置されている。例えば、有効画素領域101の画素には電荷を蓄積するための半導体不純物領域が形成されており、非有効画素領域102の画素には電荷を蓄積するための半導体不純物領域が形成されていない。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of a pixel portion of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. The solid-state imaging device according to the present embodiment includes a plurality of effective pixel regions 101 that accumulate charges generated according to incident light and output signals, and a plurality of non-effective pixel regions that output signals that do not depend on incident light. The pixel portion 100 including the pixel 102 is included. The ineffective pixel region 102 is arranged in units of rows at the top in the vertical direction of the pixel unit 100. For example, a semiconductor impurity region for storing charges is formed in the pixels of the effective pixel region 101, and a semiconductor impurity region for storing charges is not formed in the pixels of the non-effective pixel region 102.

図2は、CMOS型固体撮像装置の画素・読み出し回路・共通出力回路の回路図である。画素200は、以下に示すように構成されている。フォトダイオード201は、受光した光を電荷に変換する。光信号電荷を発生するフォトダイオード201は、この例ではアノード側が接地されている。フォトダイオード201のカソード側は、転送MOSトランジスタ202を介して増幅MOSトランジスタ203のゲートに接続されている。また、前記増幅MOSトランジスタ203のゲートには、これをリセットするためのリセットMOSトランジスタ204のソースが接続され、リセットMOSトランジスタ204のドレインは電源電圧Vccに接続されている。さらに、前記増幅MOSトランジスタ203のドレインは電源電圧Vccに接続され、ソースは選択MOSトランジスタ205のドレインに接続されている。   FIG. 2 is a circuit diagram of the pixel, readout circuit, and common output circuit of the CMOS type solid-state imaging device. The pixel 200 is configured as shown below. The photodiode 201 converts the received light into electric charges. In this example, the photodiode 201 generating the optical signal charge is grounded on the anode side. The cathode side of the photodiode 201 is connected to the gate of the amplification MOS transistor 203 via the transfer MOS transistor 202. The gate of the amplification MOS transistor 203 is connected to the source of a reset MOS transistor 204 for resetting the same, and the drain of the reset MOS transistor 204 is connected to the power supply voltage Vcc. Further, the drain of the amplification MOS transistor 203 is connected to the power supply voltage Vcc, and the source is connected to the drain of the selection MOS transistor 205.

図3は、CMOS型固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。画素部300は、単位画素301を行方向に3画素、列方向に3画素ずつ配置した3×3画素で構成されている。読み出し行を選択する垂直走査回路302、読み出し列を選択する水平走査回路303、画素信号を増幅・ノイズ除去を行う読み出し回路304によってCMOS型固体撮像装置は構成されている。単位画素301は、図2の画素200に対応する。以下に画素信号を読み出す動作を説明する。図2の垂直信号線206は、画素部100の画素301の列毎に複数設けられる。垂直走査回路302は、画素部100の画素301を行単位に走査して選択することにより前記選択された同一行の画素の信号を前記複数の垂直信号線206に出力させる。水平走査回路303は、前記複数の垂直信号線206の信号を走査して選択することにより前記選択された垂直信号線206の信号を出力させる。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a CMOS solid-state imaging device. The pixel unit 300 includes 3 × 3 pixels in which unit pixels 301 are arranged in three rows in the row direction and three pixels in the column direction. A CMOS type solid-state imaging device includes a vertical scanning circuit 302 that selects a readout row, a horizontal scanning circuit 303 that selects a readout column, and a readout circuit 304 that amplifies pixel signals and removes noise. The unit pixel 301 corresponds to the pixel 200 in FIG. The operation for reading out the pixel signal will be described below. A plurality of vertical signal lines 206 in FIG. 2 are provided for each column of the pixels 301 of the pixel unit 100. The vertical scanning circuit 302 outputs the signals of the selected pixels in the same row to the plurality of vertical signal lines 206 by scanning and selecting the pixels 301 of the pixel unit 100 in units of rows. The horizontal scanning circuit 303 outputs a signal of the selected vertical signal line 206 by scanning and selecting the signals of the plurality of vertical signal lines 206.

画素11の転送MOSトランジスタ202のゲートは、横方向に延長して配置される第1の行選択線(垂直走査線)Ptx1に接続される。同じ行に配置された画素12、画素13の同様な転送MOSトランジスタ202のゲートも上記第1の行選択線Ptx1に共通に接続される。画素11のリセットMOSトランジスタ204のゲートは、横方向に延長して配置される第2の行選択線(垂直走査線)Pres1に接続される。同じ行に配置された画素12、画素13の同様なリセットMOSトランジスタ204のゲートも上記第2の行選択線Pres1に共通に接続される。画素11の選択MOSトランジスタ205のゲートは、横方向に延長して配置される第3の行選択線(垂直走査線)Psel1に接続される。同じ行に配置された画素12、画素13の同様な選択MOSトランジスタ205のゲートも上記第3の行選択線Psel1に共通に接続される。これら第1〜第3の行選択線Ptx1、Pres1、Psel1は、垂直走査回路302に接続され、信号電圧が供給される。図3に示されている残りの行においても同様な構成の画素と、行選択線が設けられる。これらの行選択線には、前記垂直走査回路302により形成された行選択信号Ptx1・Pres1・Psel1、Ptx2・Pres2・Psel2、Ptx3・Pres3・Psel3が供給される。これら前記選択MOSトランジスタ205のソースは、縦方向に延長して配置される垂直信号線206に接続される。同じ列に配置される画素の同様な選択MOSトランジスタ205のソースも前記垂直信号線206に接続される。図2の破線で囲った部分は、図3に示した読み出し回路304のブロック1列分の回路例である。各垂直信号線206には画素出力Voutが接続される。定電流源207は、垂直信号線206に接続される。帰還容量210は、増幅器211の入出力間に接続される。   The gate of the transfer MOS transistor 202 of the pixel 11 is connected to a first row selection line (vertical scanning line) Ptx1 that extends in the horizontal direction. The gates of similar transfer MOS transistors 202 of the pixels 12 and 13 arranged in the same row are also commonly connected to the first row selection line Ptx1. The gate of the reset MOS transistor 204 of the pixel 11 is connected to a second row selection line (vertical scanning line) Pres1 that extends in the horizontal direction. The gates of similar reset MOS transistors 204 of the pixels 12 and 13 arranged in the same row are also commonly connected to the second row selection line Pres1. The gate of the selection MOS transistor 205 of the pixel 11 is connected to a third row selection line (vertical scanning line) Psel1 that extends in the horizontal direction. The gates of similar selection MOS transistors 205 of the pixels 12 and 13 arranged in the same row are also commonly connected to the third row selection line Psel1. These first to third row selection lines Ptx1, Pres1, and Psel1 are connected to the vertical scanning circuit 302 and supplied with a signal voltage. In the remaining rows shown in FIG. 3, pixels having the same configuration and row selection lines are provided. The row selection signals Ptx1, Pres1, Psel1, Ptx2, Pres2, Psel2, and Ptx3, Pres3, Psel3 formed by the vertical scanning circuit 302 are supplied to these row selection lines. The sources of the selection MOS transistors 205 are connected to a vertical signal line 206 that extends in the vertical direction. The sources of similar selection MOS transistors 205 of pixels arranged in the same column are also connected to the vertical signal line 206. A portion surrounded by a broken line in FIG. 2 is a circuit example for one column of the reading circuit 304 shown in FIG. A pixel output Vout is connected to each vertical signal line 206. The constant current source 207 is connected to the vertical signal line 206. The feedback capacitor 210 is connected between the input and output of the amplifier 211.

図4(a)は、図1から図3に示したCMOS型固体撮像装置の処理方法を示すタイミングチャートである。フォトダイオード201からの光信号電荷の読み出しに先立って、リセットMOSトランジスタ204のゲートPres1がハイレベルとなる。これによって、増幅MOSトランジスタ203のゲートがリセット電源電圧にリセットされる。リセットMOSトランジスタ204のゲートPres1がローレベルに復帰すると同時にクランプスイッチ209のゲートPc0rがハイレベルになった後に、選択MOSトランジスタ205のゲートPsel1がハイレベルとなる。これによって、リセットノイズが重畳されたリセット信号(ノイズ信号)が垂直信号線206に読み出され各列のクランプ容量208(C0)にクランプされる。次に、クランプスイッチ209のゲートPc0rがローレベルに復帰した後、N側転送スイッチ213のゲートPctnがハイレベルとなり、各列に設けられたノイズ保持容量215(Ctn)にリセット信号が保持される。次に、S側転送スイッチ212のゲートPctsがハイレベルとなる。次に、転送MOSトランジスタ202のゲートPtx1がハイレベルとなり、フォトダイオード201の光信号電荷が、増幅MOSトランジスタ203のゲートに転送されると同時に光信号が垂直信号線206に読み出される。次に、転送MOSトランジスタ202のゲートPtx1がローレベルに復帰した後、S側転送スイッチ212のゲートPctsがローレベルとなる。これによって、リセット信号からの変化分(光信号)が各列に設けられた信号保持容量214(Cts)に読み出される。ここまでの動作で、第1行目に接続された画素信号が、それぞれの列に接続された信号保持容量214、215(Ctn、Cts)に保持される。信号保持容量214、215に画素信号が保持された後、リセットMOSトランジスタ204のゲートPres1と転送MOSトランジスタ202のゲートPtx1がハイレベルとなることで、フォトダイオード201をリセット電源電圧にリセットする。   FIG. 4A is a timing chart showing a processing method of the CMOS type solid-state imaging device shown in FIGS. Prior to reading of the optical signal charge from the photodiode 201, the gate Pres1 of the reset MOS transistor 204 is set to the high level. As a result, the gate of the amplification MOS transistor 203 is reset to the reset power supply voltage. After the gate Pres1 of the reset MOS transistor 204 returns to the low level and the gate Pc0r of the clamp switch 209 becomes the high level, the gate Psel1 of the selection MOS transistor 205 becomes the high level. As a result, the reset signal (noise signal) on which the reset noise is superimposed is read to the vertical signal line 206 and clamped to the clamp capacitor 208 (C0) of each column. Next, after the gate Pc0r of the clamp switch 209 returns to the low level, the gate Pctn of the N-side transfer switch 213 becomes the high level, and the reset signal is held in the noise holding capacitor 215 (Ctn) provided in each column. . Next, the gate Pcts of the S-side transfer switch 212 becomes high level. Next, the gate Ptx1 of the transfer MOS transistor 202 becomes high level, and the optical signal charge of the photodiode 201 is transferred to the gate of the amplification MOS transistor 203, and at the same time, the optical signal is read to the vertical signal line 206. Next, after the gate Ptx1 of the transfer MOS transistor 202 returns to the low level, the gate Pcts of the S-side transfer switch 212 goes to the low level. As a result, the amount of change (optical signal) from the reset signal is read out to the signal holding capacitors 214 (Cts) provided in each column. With the operations so far, the pixel signals connected to the first row are held in the signal holding capacitors 214 and 215 (Ctn and Cts) connected to the respective columns. After the pixel signal is held in the signal holding capacitors 214 and 215, the gate Pres1 of the reset MOS transistor 204 and the gate Ptx1 of the transfer MOS transistor 202 become high level, thereby resetting the photodiode 201 to the reset power supply voltage.

信号保持容量214、215に画素信号が保持された後、水平走査回路303から供給される信号Ph(Ph1)によって、各列の水平転送スイッチ216、217のゲートが順次ハイレベルとなる。信号保持容量214、215(Cts、Ctn)に保持されていた電圧が、順次水平出力線容量218、219(Chs、Chn)に読み出され、出力アンプ222で差分処理されて出力端子OUTに順次出力される。すなわち、出力アンプ222は、水平出力線容量218の信号から水平出力線容量219の信号を減算し、ノイズ成分を除去する。各列の信号読み出しの合間でリセットスイッチ220、221によって水平出力線容量218、219(Chs、Chn)がリセット電圧Vchrs、Vchrnにリセットされる。以上で、第1行目に接続された画素の読み出しが完了する。   After the pixel signals are held in the signal holding capacitors 214 and 215, the gates of the horizontal transfer switches 216 and 217 in each column are sequentially set to the high level by the signal Ph (Ph1) supplied from the horizontal scanning circuit 303. The voltages held in the signal holding capacitors 214 and 215 (Cts and Ctn) are sequentially read out to the horizontal output line capacitors 218 and 219 (Chs and Chn), subjected to differential processing by the output amplifier 222, and sequentially output to the output terminal OUT. Is output. That is, the output amplifier 222 subtracts the signal of the horizontal output line capacitor 219 from the signal of the horizontal output line capacitor 218 to remove the noise component. The horizontal output line capacitors 218 and 219 (Chs and Chn) are reset to the reset voltages Vchrs and Vchrn by the reset switches 220 and 221 between the signal readings of the columns. Thus, reading of the pixels connected to the first row is completed.

図5は、図3に示した垂直走査回路302の一例を示す図である。垂直走査開始信号を図4(a)に示した垂直走査信号PVの立ち上がりエッヂに同期して、後のフリップフロップ500へと順次信号転送するシフトレジスタ回路で構成されている。列毎に設けられ論理積ゲート501の入力には、行選択信号Ptx、Pres、Pselとフリップフロップ500の出力信号Pv1〜Pv5等が接続されている。このように、垂直走査信号PVによって行毎に独立した行選択信号を生成している。   FIG. 5 is a diagram showing an example of the vertical scanning circuit 302 shown in FIG. The vertical scanning start signal is composed of a shift register circuit that sequentially transfers signals to the subsequent flip-flop 500 in synchronization with the rising edge of the vertical scanning signal PV shown in FIG. Row selection signals Ptx, Pres, Psel, output signals Pv1 to Pv5 of the flip-flop 500, and the like are connected to inputs of the AND gate 501 provided for each column. In this way, independent row selection signals are generated for each row by the vertical scanning signal PV.

図6は、本実施形態に関わる固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態では、図1で示した非有効画素領域102を画素部100の垂直方向先頭に1行分配置している。本実施形態では、画素部先頭に配置された1行分の非有効画素領域の画素信号を4水平走査期間出力するために、第1行目を選択する行選択信号Pv1を4水平走査期間出力したものである。この行選択信号Pv1を生成するために、図4(b)に示したように、垂直走査信号PVを2〜4水平走査期間までをローレベルとし、図5に示したシフトレジスタ回路のシフト動作を停止している。このようにして、4水平走査期間にわたって第1行目の画素信号を繰り返し出力している。   FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment. In the present embodiment, the ineffective pixel region 102 shown in FIG. 1 is arranged for one row at the top in the vertical direction of the pixel unit 100. In the present embodiment, a row selection signal Pv1 for selecting the first row is output for four horizontal scanning periods in order to output the pixel signals of the ineffective pixel region for one row arranged at the top of the pixel portion for four horizontal scanning periods. It is a thing. In order to generate the row selection signal Pv1, as shown in FIG. 4B, the vertical scanning signal PV is set to the low level for 2 to 4 horizontal scanning periods, and the shift operation of the shift register circuit shown in FIG. Has stopped. In this way, the pixel signals in the first row are repeatedly output over four horizontal scanning periods.

ここで、本明細書において、1水平走査期間は、光信号を電圧変換して内部容量に転送する期間(水平ブランク期間)と画素信号を走査して読み出す期間(水平転送期間)を加えた1行分の画素信号を読み出す長さを表す。図4において、水平選択信号ph1、ph2、・・・が入力されている期間が「水平転送期間」であり、それ以前の期間が「水平ブランク期間」である。1水平走査期間は、水平同期信号の間隔である。   Here, in this specification, one horizontal scanning period is a period obtained by adding a period (horizontal blank period) in which an optical signal is subjected to voltage conversion and transferred to an internal capacitor, and a period in which a pixel signal is scanned and read (horizontal transfer period). This represents the length to read out the pixel signals for a row. In FIG. 4, a period in which the horizontal selection signals ph1, ph2,... Are input is a “horizontal transfer period”, and a period before that is a “horizontal blank period”. One horizontal scanning period is an interval of horizontal synchronizing signals.

その後再び、図4(a)で示したタイミングチャートを繰り返し動作させることによって、垂直走査回路302からの信号によって第2行目以降に接続された画素信号が順次読み出され、全画素の読み出しが完了する。第2行目以降は、各行の有効画素領域101の画素信号を1水平走査期間(1回)ずつ出力する。   Thereafter, by repeating the timing chart shown in FIG. 4A again, the pixel signals connected to the second and subsequent rows are sequentially read out by signals from the vertical scanning circuit 302, and all pixels are read out. Complete. In the second and subsequent rows, the pixel signals of the effective pixel region 101 in each row are output for each horizontal scanning period (once).

このように画素部100を構成する第1行目の画素信号読み出し動作の開始から、最終行の画素信号の読み出し終了までの期間を1フレーム期間と定義している。   Thus, a period from the start of the pixel signal readout operation of the first row constituting the pixel unit 100 to the end of readout of the pixel signal of the last row is defined as one frame period.

図7は、本実施形態に関わる固体撮像装置の読み出した画素信号の信号レベルを記載した概念図である。本実施形態では、非有効画素領域の画素は、電荷を蓄積するための半導体不純物領域を形成しないNULL画素で構成している。非有効画素領域の行数は1行である。非有効画素領域700の画素信号702はNULL画素信号であるため、撮影画像の黒レベルの基準になる信号レベルになっている。この1行しかない非有効画素領域700の画素信号を図6に示したタイミングで読み出すことで、4行に数増しして読み出すことができる。4行分のNULL画素信号702を読み出した後は、再び行選択信号を出力開始し、入射光に応じて発生した電荷を蓄積した信号を出力する有効画素領域701の有効画素信号703を行毎に出力する。   FIG. 7 is a conceptual diagram describing signal levels of pixel signals read by the solid-state imaging device according to the present embodiment. In the present embodiment, the pixels in the ineffective pixel region are constituted by NULL pixels that do not form a semiconductor impurity region for accumulating charges. The number of rows in the ineffective pixel area is one. Since the pixel signal 702 in the ineffective pixel region 700 is a NULL pixel signal, the signal level is a reference for the black level of the captured image. By reading out the pixel signal of the ineffective pixel region 700 having only one row at the timing shown in FIG. After reading out the NULL pixel signals 702 for four rows, the row selection signal starts to be output again, and the effective pixel signal 703 of the effective pixel region 701 that outputs a signal in which charges generated according to incident light are output is output for each row. Output to.

図8は、本実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号補正回路を含めたブロック図である。800は画素部、801は非有効画素領域、802は有効画素領域、803は垂直走査回路、804は読み出し回路、805は水平走査回路である。上述した動作によって読み出し回路804から出力されたアナログの画素信号は、AD変換器806によってデジタル化される。4行に数増しした非有効画素領域801の画素信号は、列毎の平均値が平均化回路807によって算出される。算出した列毎の平均値はメモリ808に格納しておく。格納した列毎の平均値を、有効画素領域802の画素信号に対して減算器809で減算することによって、列毎に生じる固定パタンノイズを精度良く抑制することができる。   FIG. 8 is a block diagram including a pixel signal correction circuit of the solid-state imaging device according to the present embodiment. Reference numeral 800 denotes a pixel portion, reference numeral 801 denotes an ineffective pixel area, reference numeral 802 denotes an effective pixel area, reference numeral 803 denotes a vertical scanning circuit, reference numeral 804 denotes a readout circuit, and reference numeral 805 denotes a horizontal scanning circuit. The analog pixel signal output from the readout circuit 804 by the above operation is digitized by the AD converter 806. The average value for each column of the pixel signals in the ineffective pixel region 801 increased to four rows is calculated by the averaging circuit 807. The calculated average value for each column is stored in the memory 808. By subtracting the stored average value for each column by the subtractor 809 from the pixel signal in the effective pixel region 802, the fixed pattern noise generated for each column can be accurately suppressed.

垂直走査回路302は、1フレームの間に画素部100の同一行の画素を行単位で複数回選択する。具体的には、垂直走査回路302は、1フレームの間に有効画素領域101の同一行の画素を行単位で1回選択し、1フレームの間に非有効画素領域102の同一行の画素を行単位で複数回選択する。例えば、第1行目の画素を4回選択する。補正回路は、図8の平均化回路807、メモリ808及び減算器809を有し、前記複数回選択されかつ前記水平走査回路303により出力された画素の信号を用いて前記有効画素領域101の画素の信号を補正する。具体的には、補正回路は、前記複数回選択された画素の信号を平均化し、前記有効画素領域101の画素の信号を補正する。   The vertical scanning circuit 302 selects pixels in the same row of the pixel unit 100 a plurality of times in units of rows during one frame. Specifically, the vertical scanning circuit 302 selects pixels in the same row in the effective pixel region 101 once in a frame, and selects pixels in the same row in the ineffective pixel region 102 in one frame. Select multiple times per line. For example, the first row of pixels is selected four times. The correction circuit includes the averaging circuit 807, the memory 808, and the subtractor 809 shown in FIG. 8, and the pixels of the effective pixel region 101 are selected using the pixel signals selected a plurality of times and output from the horizontal scanning circuit 303. Correct the signal. Specifically, the correction circuit averages the signals of the pixels selected a plurality of times and corrects the signals of the pixels in the effective pixel region 101.

本実施形態では、非有効画素領域の画素は、電荷を蓄積するための半導体不純物領域を形成しないNULL画素で構成した。しかし、電荷を蓄積する期間が短く、又はフォトダイオードの暗電流自身が小さい場合は、非有効画素領域の画素を、有効画素領域と同じ回路構成の画素表面をアルミニウム等の遮光膜で覆った遮光画素で構成しても本実施形態の効果は変わらない。   In the present embodiment, the pixels in the ineffective pixel region are constituted by NULL pixels that do not form a semiconductor impurity region for accumulating charges. However, if the charge accumulation period is short or the dark current of the photodiode itself is small, the pixels in the ineffective pixel area are shielded from light by covering the surface of the pixel having the same circuit configuration as the effective pixel area with a light shielding film such as aluminum. Even if it is composed of pixels, the effect of this embodiment does not change.

本実施形態では、列毎の平均値をメモリに格納するために水平画素数分のラインメモリを必要とするが、水平画素数を幾つかの領域に分割して格納するためのメモリ数を削減しても本実施形態の効果は変わらない。   In this embodiment, line memory for the number of horizontal pixels is required to store the average value for each column in the memory, but the number of memories for storing the number of horizontal pixels divided into several areas is reduced. Even so, the effect of this embodiment does not change.

本実施形態では、平均化する非有効画素領域の画素数を1行としたが、チップ面積を圧迫しない程度の行数を増やしても本実施形態の効果は変わらない。複数行の非有効画素領域の行を、それぞれ複数回ずつ読み出し平均化の母数を増やすことで、更に高精度な平均値を算出することできる。   In this embodiment, the number of pixels of the ineffective pixel area to be averaged is one row, but the effect of this embodiment does not change even if the number of rows is increased so as not to reduce the chip area. A more accurate average value can be calculated by increasing the number of parameters for reading out multiple rows of ineffective pixel regions a plurality of times.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、第1の実施形態に類する実施形態であるが、固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートと非有効画素領域の画素信号を使用した固定パタンノイズの抑制方法が異なる。以下、本実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention is an embodiment similar to the first embodiment, but there is a method for suppressing fixed pattern noise using a timing chart showing the operation of the solid-state imaging device and a pixel signal in an ineffective pixel region. Different. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図9は、本発明の第2の実施形態に関わる固体撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。本実施形態では、図1で示した非有効画素領域102を画素部100の垂直方向先頭に2行分配置している。画素部先頭に配置された2行ある非有効画素領域の第2行目の画素信号を5行分出力するために、第2行目を選択する行選択信号Pv2を5行分出力したものである。この行選択信号Pv2を生成するために、図4(b)に示したように、垂直走査信号PVを3〜6水平走査期間までをローレベルとし、図5に示したシフトレジスタ回路のシフト動作を停止している。このようにして、5行にわたって第2行目の画素信号を繰り返し出力している。   FIG. 9 is a timing chart illustrating an operation example of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the ineffective pixel region 102 shown in FIG. 1 is arranged for two rows at the top in the vertical direction of the pixel unit 100. The row selection signal Pv2 for selecting the second row is output for five rows in order to output the pixel signals of the second row in the two invalid rows of ineffective pixel regions arranged at the top of the pixel portion. is there. In order to generate this row selection signal Pv2, as shown in FIG. 4B, the vertical scanning signal PV is set to the low level for 3 to 6 horizontal scanning periods, and the shift operation of the shift register circuit shown in FIG. Has stopped. In this way, the pixel signals in the second row are repeatedly output over five rows.

その後再び、図4(a)で示したタイミングチャートを繰り返し動作させることによって、垂直走査回路からの信号によって第3行目以降に接続された画素信号が順次読み出され、全画素の読み出しが完了する。第2行目以外の行は、1水平走査期間(1回)ずつ出力される。   After that, by repeating the timing chart shown in FIG. 4A again, the pixel signals connected in the third and subsequent rows are sequentially read out by the signal from the vertical scanning circuit, and the reading of all the pixels is completed. To do. Rows other than the second row are output one horizontal scanning period (once).

このように画素部を構成する第1行目の画素信号読み出し動作の開始から、最終行の画素信号の読み出し終了までの期間を1フレーム期間と定義している。   Thus, a period from the start of the pixel signal readout operation of the first row constituting the pixel portion to the end of readout of the pixel signal of the last row is defined as one frame period.

図10は、本実施形態に関わる固体撮像装置が読み出した画素信号の信号レベルを記載した概念図である。本実施形態では、非有効画素領域の画素は、有効画素領域と同じ回路構成の画素表面をアルミニウム等の遮光膜で覆った遮光画素で構成している。非有効画素領域の行数は2行であり、第1行目を第1の非有効画素領域1000、第2行目を第2の非有効画素領域1001としている。第1の非有効画素領域1000の画素信号1003は、遮光画素信号であるため温度や蓄積時間に依存した暗電流による影響を受けた画素信号レベルが出力されている。続いて読み出す第2の非有効画素領域1001の画素信号1004は、第1の非有効画素領域1000の画素信号1003同様に暗電流による影響を受けた画素信号レベルが出力されている。図9に示したタイミングで画素信号を読み出すことにより、1行しかない第2の非有効画素領域1001の画素信号を、5行に数増しして読み出すことができる。2回目以降に読み出す画素信号は、図4(b)に示したように直前の水平走査期間でフォトダイオード並びに信号保持容量をリセットしているため、蓄積時間が1水平走査期間分の暗電流の影響を受けた画素信号1005となる。一般的な1水平走査期間の長さは数10μsec程度であり、この程度の蓄積期間では暗電流の影響をほとんど無視できる。これら非有効画素領域の画素信号を読み出した後は、再び行選択信号を出力開始し、入射光に応じて発生した電荷を蓄積した信号を出力する有効画素領域1002の有効画素信号1006を出力する。図9のタイミングにより2行しかない非有効画素領域1000及び1001で、暗電流による影響を受けた画素信号2行分のデータ1003及び1004と、暗電流の影響がほとんどない画素信号4行分のデータ1005を1フレームの間に取得することできる。   FIG. 10 is a conceptual diagram describing signal levels of pixel signals read by the solid-state imaging device according to the present embodiment. In the present embodiment, the pixels in the ineffective pixel region are configured by light-shielding pixels in which the pixel surface having the same circuit configuration as that of the effective pixel region is covered with a light-shielding film such as aluminum. The number of rows of the ineffective pixel area is two. The first row is the first ineffective pixel area 1000 and the second row is the second ineffective pixel area 1001. Since the pixel signal 1003 of the first ineffective pixel region 1000 is a light-shielded pixel signal, a pixel signal level affected by a dark current depending on temperature and accumulation time is output. Subsequently, the pixel signal 1004 of the second ineffective pixel region 1001 to be read out has a pixel signal level that is affected by the dark current in the same manner as the pixel signal 1003 of the first ineffective pixel region 1000. By reading out pixel signals at the timing shown in FIG. 9, the pixel signals in the second ineffective pixel region 1001 having only one row can be read out by increasing the number to five rows. As shown in FIG. 4B, the pixel signal read out for the second time and thereafter is reset in the photodiode and the signal holding capacitor in the immediately preceding horizontal scanning period. The pixel signal 1005 is affected. The length of one general horizontal scanning period is about several tens of microseconds, and the influence of dark current can be almost ignored in such an accumulation period. After reading out the pixel signals of these ineffective pixel regions, the row selection signal is output again, and the effective pixel signal 1006 of the effective pixel region 1002 that outputs a signal in which charges generated according to incident light are output is output. . In the non-effective pixel regions 1000 and 1001 having only two rows at the timing of FIG. 9, the data 1003 and 1004 for two rows of pixel signals affected by the dark current and the pixel signals for four rows that are hardly affected by the dark current. Data 1005 can be acquired during one frame.

図11は、本実施形態に関わる固体撮像装置が読み出した画素信号の平均値と平均値算出領域との対応を示した概念図である。1100は第1の非有効画素領域、1101は第2の非有効画素領域、1102は有効画素領域である。   FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a correspondence between an average value of pixel signals read by the solid-state imaging device according to the present embodiment and an average value calculation region. Reference numeral 1100 denotes a first ineffective pixel area, reference numeral 1101 denotes a second ineffective pixel area, and reference numeral 1102 denotes an effective pixel area.

図12は、本実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号補正回路を含めたブロック図である。1200は画素部、1201は第1の非有効画素領域、1202は第2の非有効画素領域、1203は有効画素領域、1204は垂直走査回路、1205は読み出し回路、1206は水平走査回路である。上述した動作によって読み出し回路1205から出力されたアナログの画素信号は、AD変換器1207によってデジタル化される。
第1の非有効画素領域1201の画素信号(第1行目の画素信号=1行目の画素信号)と第2の非有効画素領域1202の画素信号(第2行目の1回目の画素信号=2行目の画素信号)は、第1の平均化回路1208によって平均値が算出される。第1の平均化回路1208では、図11に示したように、水平方向に3つに分割した領域毎の平均値が算出され、第1のメモリ1209に格納される。列毎に平均化する方法と違い、複数画素で構成されている領域毎に平均値を算出することで平均化の母数が多く取れるので、例え2行分の画素信号からでも高精度な平均値を取得することができる。次に、第2の非有効画素領域1202の画素信号(第2行目の2回目の画素信号〜5回目の画素信号=3行目〜6行目の画素信号)は、第2の平均化回路1210によって平均値が算出される。第2の平均化回路1210では、図11に示したように、列毎の平均値が算出され、第2のメモリ1211に格納される。列毎に平均化しているため、平均化する母数を増やすために本実施形態では4行分の画素信号を使用している。このようにして算出した2つの平均値を、有効画素領域1203の画素信号に対して、それぞれの減算回路1212、1213で減算する。図12で示したように、2つの平均値を減算する影響をキャンセルする目的で、加算回路1215が減算回路1213の出力信号に黒レベル調整用のオフセット1214を加算しても良い。上記方法により、本実施形態を用いることで、固体撮像装置の暗電流による影響と、列毎に生じる固定パタンノイズを精度良く抑制することができる。
FIG. 12 is a block diagram including a pixel signal correction circuit of the solid-state imaging device according to the present embodiment. Reference numeral 1200 denotes a pixel portion, 1201 denotes a first ineffective pixel area, 1202 denotes a second ineffective pixel area, 1203 denotes an effective pixel area, 1204 denotes a vertical scanning circuit, 1205 denotes a readout circuit, and 1206 denotes a horizontal scanning circuit. The analog pixel signal output from the readout circuit 1205 by the above-described operation is digitized by the AD converter 1207.
Pixel signal of the first ineffective pixel area 1201 (pixel signal of the first row = pixel signal of the first row) and pixel signal of the second ineffective pixel area 1202 (first pixel signal of the second row) = The pixel signal of the second row) is averaged by the first averaging circuit 1208. In the first averaging circuit 1208, as shown in FIG. 11, the average value for each region divided into three in the horizontal direction is calculated and stored in the first memory 1209. Unlike the averaging method for each column, the average value can be increased by calculating the average value for each area composed of a plurality of pixels. The value can be obtained. Next, the pixel signal of the second ineffective pixel region 1202 (second pixel signal of the second row to fifth pixel signal = pixel signal of the third row to sixth row) is subjected to the second averaging. An average value is calculated by the circuit 1210. In the second averaging circuit 1210, as shown in FIG. 11, the average value for each column is calculated and stored in the second memory 1211. Since averaging is performed for each column, four rows of pixel signals are used in this embodiment in order to increase the number of parameters to be averaged. The two average values calculated in this way are subtracted by the subtracting circuits 1212 and 1213 from the pixel signal of the effective pixel region 1203. As shown in FIG. 12, for the purpose of canceling the effect of subtracting the two average values, the adder circuit 1215 may add an offset 1214 for black level adjustment to the output signal of the subtractor circuit 1213. By using this embodiment by the above method, the influence of the dark current of the solid-state imaging device and the fixed pattern noise generated for each column can be accurately suppressed.

非有効画素領域は、相互に異なる行の第1の非有効画素領域1201及び第2の非有効画素領域1202を有する。垂直走査回路1204は、1フレームの間に前記第2の非有効画素領域1202の同一行の画素を行単位で複数回選択する。補正回路は、第1の補正回路及び第2の補正回路を有し、具体的には、平均化回路1208,1210、メモリ1209,1211、減算器1212,1213及び加算器1215を有する。第1の補正回路は、平均化回路1208、メモリ1209及び減算器1212を有し、第1の非有効画素領域1201及び第2の非有効画素領域1202の1回目に選択した画素の信号を平均化して有効画素領域1203の画素の信号を補正する。第2の補正回路は、平均化回路1210、メモリ1211及び減算器1213を有し、第2の非有効画素領域1202の2回目以降に選択した画素の信号を平均化して有効画素領域1203の画素の信号を補正する。第1の補正回路は、第1の非有効画素領域1201及び第2の非有効画素領域1202の画素を水平方向に分割した複数の領域(例えば3つの領域)毎に平均化する。第2の補正回路は、第2の非有効画素領域1202の画素の信号を前記第1の補正回路よりも多い分割数で水平方向に分割した複数の領域毎に平均化する。   The non-effective pixel area includes a first non-effective pixel area 1201 and a second non-effective pixel area 1202 in different rows. The vertical scanning circuit 1204 selects pixels in the same row in the second ineffective pixel region 1202 a plurality of times in units of rows during one frame. The correction circuit includes a first correction circuit and a second correction circuit. Specifically, the correction circuit includes averaging circuits 1208 and 1210, memories 1209 and 1211, subtracters 1212 and 1213, and an adder 1215. The first correction circuit includes an averaging circuit 1208, a memory 1209, and a subtractor 1212, and averages the signals of the pixels selected first in the first ineffective pixel region 1201 and the second ineffective pixel region 1202. To correct the signal of the pixel in the effective pixel region 1203. The second correction circuit includes an averaging circuit 1210, a memory 1211, and a subtractor 1213, and averages the signals of the pixels selected after the second time in the second ineffective pixel region 1202, so that the pixels in the effective pixel region 1203 Correct the signal. The first correction circuit averages the pixels of the first ineffective pixel region 1201 and the second ineffective pixel region 1202 for each of a plurality of regions (for example, three regions) divided in the horizontal direction. The second correction circuit averages the signals of the pixels in the second non-effective pixel area 1202 for each of a plurality of areas divided in the horizontal direction by a larger number of divisions than the first correction circuit.

本実施形態では、平均化する非有効画素領域の画素数を2行としたが、チップ面積を圧迫しない程度の行数を増やしても本実施形態の効果は変わらない。複数行の非有効画素領域の行を、それぞれ複数回ずつ読み出し平均化の母数を増やすことで、更に高精度な平均値を算出することできる。   In this embodiment, the number of pixels of the non-effective pixel area to be averaged is two rows, but the effect of this embodiment does not change even if the number of rows is increased so as not to reduce the chip area. A more accurate average value can be calculated by increasing the number of parameters for reading out multiple rows of ineffective pixel regions a plurality of times.

本実施形態では、非有効画素領域を有効画素領域と同じ回路構成の画素表面をアルミニウム等の遮光膜で覆った遮光画素で構成している。しかし、第2の非有効画素領域の画素は、電荷を蓄積するための半導体不純物領域を形成しないNULL画素として暗電流の影響を受けた画素信号を1行、暗電流の影響をほとんど受けない画素信号を5行として平均値を算出しても、本実施形態の効果は変わらない。   In this embodiment, the non-effective pixel area is configured by a light-shielding pixel in which the pixel surface having the same circuit configuration as that of the effective pixel area is covered with a light-shielding film such as aluminum. However, the pixels in the second ineffective pixel region are pixels that are hardly affected by the dark current because one pixel signal affected by the dark current is a NULL pixel that does not form a semiconductor impurity region for accumulating charges. Even if the average value is calculated with five rows of signals, the effect of this embodiment does not change.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態は、第1の実施形態に類する実施形態であるが、繰り返し読み出す非有効画素領域における固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートが異なる。以下、本実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention is an embodiment similar to the first embodiment, but the timing chart showing the operation of the solid-state imaging device in the ineffective pixel area that is repeatedly read is different. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図9は、本発明の第3の実施形態に関わる固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態では、図1で示した非有効画素領域102を画素部100の垂直方向先頭に2行分配置している。画素部先頭に配置された2行ある非有効画素領域の第2行目の画素信号を5水平走査期間出力するために、第2行目を選択する行選択信号Pv2を5水平走査期間出力したものである。この行選択信号Pv2を生成するために、図13に示したように、垂直走査信号PVを3〜6水平走査期間までをローレベルとし、図5に示したシフトレジスタ回路のシフト動作を停止している。このようにして、5水平走査期間にわたって第2行目の画素信号を繰り返し出力している。繰り返し読み出す第2行目の動作は、光信号電荷を、選択信号Ptx1により増幅MOSトランジスタ203に転送させない点のみ異なる。図13に示したタイミングで読み出した画素信号はフォトダイオードで発生した暗電流に依存しない黒レベル出力となる。   FIG. 9 is a timing chart showing the operation of the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the ineffective pixel region 102 shown in FIG. 1 is arranged for two rows at the top in the vertical direction of the pixel unit 100. The row selection signal Pv2 for selecting the second row is output for five horizontal scanning periods in order to output the pixel signal of the second row in the two invalid pixel regions arranged at the head of the pixel portion for five horizontal scanning periods. Is. In order to generate the row selection signal Pv2, as shown in FIG. 13, the vertical scanning signal PV is set to the low level for 3 to 6 horizontal scanning periods, and the shift operation of the shift register circuit shown in FIG. 5 is stopped. ing. In this way, the pixel signals in the second row are repeatedly output over five horizontal scanning periods. The operation of the second row that is repeatedly read is different only in that the optical signal charge is not transferred to the amplification MOS transistor 203 by the selection signal Ptx1. The pixel signal read at the timing shown in FIG. 13 becomes a black level output that does not depend on the dark current generated by the photodiode.

その後再び、図4(a)で示したタイミングチャートを繰り返し動作させることによって、垂直走査回路からの信号によって第3行目以降に接続された画素信号が順次読み出され、全画素の読み出しが完了する。   After that, by repeating the timing chart shown in FIG. 4A again, the pixel signals connected in the third and subsequent rows are sequentially read out by the signal from the vertical scanning circuit, and the reading of all the pixels is completed. To do.

このように画素部を構成する第1行目の画素信号読み出し動作の開始から、最終行の画素信号の読み出し終了までの期間を1フレーム期間と定義している。   Thus, a period from the start of the pixel signal readout operation of the first row constituting the pixel portion to the end of readout of the pixel signal of the last row is defined as one frame period.

非有効画素領域の画素信号を用いて、有効画素領域の固定パタンノイズを抑制する方法については、第1の実施形態と同様なため説明を省略する。   The method for suppressing the fixed pattern noise in the effective pixel region using the pixel signal in the non-effective pixel region is the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本実施形態では、非有効画素領域の画素は、電荷を蓄積するための半導体不純物領域を形成しないNULL画素でも、有効画素領域と同じ回路構成の画素表面をアルミニウム等の遮光膜で覆った遮光画素でも、有効画素領域と同じ回路構成の画素で構成してもよい。   In this embodiment, the pixels in the ineffective pixel area are light-shielded pixels in which the surface of the pixel having the same circuit configuration as that of the effective pixel area is covered with a light-shielding film such as aluminum, even if a NULL pixel does not form a semiconductor impurity region for accumulating charges. However, it may be composed of pixels having the same circuit configuration as the effective pixel region.

(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態は、第1の実施形態に類する実施形態であるが、繰り返し読み出す非有効画素領域における固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートが異なる。以下、本実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention is an embodiment similar to the first embodiment, but the timing chart showing the operation of the solid-state imaging device in the ineffective pixel region that is repeatedly read is different. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図14は、本発明の第4の実施形態における固体撮像装置の画素・読み出し回路・共通出力回路の回路図を示す。本実施形態と第1〜第3の実施形態との違いは、垂直信号線1406の電圧レベルを基準電圧VoutrにリセットするためのMOSトランジスタスイッチ1423を配置している点である。MOSトランジスタスイッチ1423は、垂直信号線1406毎に設けられ、垂直信号線1406を基準電圧Voutrに接続するためのスイッチである。図15に繰り返し読み出す非有効画素領域の行の動作タイミングを示す。   FIG. 14 is a circuit diagram of a pixel, a readout circuit, and a common output circuit of a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. The difference between this embodiment and the first to third embodiments is that a MOS transistor switch 1423 for resetting the voltage level of the vertical signal line 1406 to the reference voltage Voutr is arranged. The MOS transistor switch 1423 is provided for each vertical signal line 1406 and is a switch for connecting the vertical signal line 1406 to the reference voltage Voutr. FIG. 15 shows the operation timing of the row of the ineffective pixel area that is repeatedly read.

フォトダイオード1401で発生した電荷を読み出す必要がないため、リセットMOSトランジスタ1404のゲートPres1はハイレベルのまま保持されている。これによって、増幅MOSトランジスタ1403のゲートはリセット電源電圧にリセットされ続ける。垂直信号線1406はMOSトランジスタスイッチ1423のゲートPvoutr1をハイレベルにすることによってリセット電圧Voutrにリセットされている。このとき、クランプスイッチ1409のゲートPc0rがハイレベルになった後に、選択MOSトランジスタ1405のゲートPsel1がハイレベルとなることで、リセット信号Voutrが、各列のクランプ容量1408(C0)にクランプされる。次に、クランプスイッチ1409のゲートPc0rがローレベルに復帰した後、N側転送スイッチ1413のゲートPctnがハイレベルとなり、各列に設けられたノイズ保持容量1415(Ctn)にリセット信号が保持される。次に、N側転送スイッチ1413のゲートPctnがローレベルとなり、S側転送スイッチ1412のゲートPctsがハイレベルとなる。次に、S側転送スイッチ1412のゲートPctsがローレベルとなる。これによって、再びリセット信号が各列に設けられた信号保持容量1414(Cts)に読み出される。ここまでの動作で、第1行目に接続されたリセット信号が、それぞれの列に接続された信号保持容量1414、1415(Ctn、Cts)に保持される。定電流源1407は、垂直信号線1406に接続される。帰還容量1410は、増幅器1411の入出力間に接続される。   Since it is not necessary to read out the electric charge generated in the photodiode 1401, the gate Pres1 of the reset MOS transistor 1404 is held at a high level. As a result, the gate of the amplification MOS transistor 1403 is continuously reset to the reset power supply voltage. The vertical signal line 1406 is reset to the reset voltage Voutr by setting the gate Pvoutr1 of the MOS transistor switch 1423 to the high level. At this time, after the gate Pc0r of the clamp switch 1409 becomes high level, the gate Psel1 of the selection MOS transistor 1405 becomes high level, whereby the reset signal Voutr is clamped to the clamp capacitor 1408 (C0) of each column. . Next, after the gate Pc0r of the clamp switch 1409 returns to the low level, the gate Pctn of the N-side transfer switch 1413 becomes the high level, and the reset signal is held in the noise holding capacitor 1415 (Ctn) provided in each column. . Next, the gate Pctn of the N-side transfer switch 1413 becomes low level, and the gate Pcts of the S-side transfer switch 1412 becomes high level. Next, the gate Pcts of the S-side transfer switch 1412 becomes low level. As a result, the reset signal is read again to the signal holding capacitors 1414 (Cts) provided in each column. By the operation so far, the reset signal connected to the first row is held in the signal holding capacitors 1414 and 1415 (Ctn, Cts) connected to the respective columns. The constant current source 1407 is connected to the vertical signal line 1406. The feedback capacitor 1410 is connected between the input and output of the amplifier 1411.

信号保持容量1414、1415に画素信号が保持された後、水平走査回路から供給される信号Ph1によって、各列の水平転送スイッチ1416、1417のゲートが順次ハイレベルとなる。信号保持容量1414、1415(Cts、Ctn)に保持されていた電圧が、順次水平出力線容量1418、1419(Chs、Chn)に読み出され、出力アンプ1422で差分処理されて出力端子OUTに順次出力される。各列の信号読み出しの合間でリセットスイッチ1420、1421によって水平出力線1418、1419(Chs、Chn)がリセット電圧Vchrs、Vchrnにリセットされる。以上で、第1行目に接続された画素の読み出しが完了する。   After the pixel signals are held in the signal holding capacitors 1414 and 1415, the gates of the horizontal transfer switches 1416 and 1417 in each column are sequentially set to the high level by the signal Ph1 supplied from the horizontal scanning circuit. The voltages held in the signal holding capacitors 1414 and 1415 (Cts and Ctn) are sequentially read out to the horizontal output line capacitors 1418 and 1419 (Chs and Chn), subjected to differential processing by the output amplifier 1422, and sequentially output to the output terminal OUT. Is output. The horizontal output lines 1418 and 1419 (Chs and Chn) are reset to the reset voltages Vchrs and Vchrn by the reset switches 1420 and 1421 between the signal readings of the columns. Thus, reading of the pixels connected to the first row is completed.

本実施形態では、2つある信号保持容量1414、1415には垂直信号線1406のリセット電圧Voutrに応じた同じ電荷が保持されているので、出力アンプ1422で差分処理された出力端子OUTには、黒レベル信号が出力される。   In this embodiment, since the same charge according to the reset voltage Voutr of the vertical signal line 1406 is held in the two signal holding capacitors 1414 and 1415, the output terminal OUT subjected to differential processing by the output amplifier 1422 has A black level signal is output.

その後再び、図4(a)で示したタイミングチャートを繰り返し動作させることによって、垂直走査回路からの信号によって第3行目以降に接続された画素信号が順次読み出され、全画素の読み出しが完了する。   After that, by repeating the timing chart shown in FIG. 4A again, the pixel signals connected in the third and subsequent rows are sequentially read out by the signal from the vertical scanning circuit, and the reading of all the pixels is completed. To do.

このように画素部を構成する第1行目の画素信号読み出し動作の開始から、最終行の画素信号の読み出し終了までの期間を1フレーム期間と定義している。   Thus, a period from the start of the pixel signal readout operation of the first row constituting the pixel portion to the end of readout of the pixel signal of the last row is defined as one frame period.

非有効画素領域の画素信号を用いて、有効画素領域の固定パタンノイズを抑制する方法については、第1の実施形態と同様なため説明を省略する。   The method for suppressing the fixed pattern noise in the effective pixel region using the pixel signal in the non-effective pixel region is the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態は、第1の実施形態に類する実施形態であるが、固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートと非有効画素領域の画素信号を使用した固定パタンノイズの抑制方法が異なる。以下、本実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment of the present invention is an embodiment similar to the first embodiment, but there is a method for suppressing fixed pattern noise using a timing chart showing the operation of a solid-state imaging device and pixel signals in an ineffective pixel region. Different. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図16は、本発明の第5の実施形態に関わる固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態では、図1で示した非有効画素領域102を画素部100の垂直方向先頭に2行分配置している。画素部先頭に配置された2行ある非有効画素領域を2行ずつ出力するために、第1行目を選択する行選択信号Pv1と第2行目を選択する行選択信号Pv2を2行分出力したものである。本実施形態では、2行目の行選択信号の出力後に図5に示した垂直走査回路のスタート信号である垂直捜査開始信号PVSTを再び入力することによって行選択信号を1行目に戻している。   FIG. 16 is a timing chart showing the operation of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the ineffective pixel region 102 shown in FIG. 1 is arranged for two rows at the top in the vertical direction of the pixel unit 100. In order to output two invalid rows of ineffective pixel regions arranged at the top of the pixel portion, two rows of row selection signal Pv1 for selecting the first row and row selection signal Pv2 for selecting the second row It is the output. In this embodiment, the row selection signal is returned to the first row by inputting again the vertical search start signal PVST which is the start signal of the vertical scanning circuit shown in FIG. 5 after outputting the row selection signal of the second row. .

図17は、本実施形態に関わる固体撮像装置の読み出した画素信号の信号レベルを記載した概念図である。本実施形態では、非有効画素領域1700の画素は、電荷を蓄積するための半導体不純物領域を形成しないNULL画素で構成している。非有効画素領域1700の行数は2行である。非有効画素領域1700の画素信号1702はNULL画素信号であるため、撮影画像の黒レベルの基準になる信号レベルになっている。本来2行しかない非有効画素領域の画素信号を図16に示したタイミングで読み出すことで、4行に数増しして読み出すことができる。4行分のNULL画素信号1702を読み出した後は、再び行選択信号を出力開始し、入射光に応じて発生した電荷を蓄積した信号を出力する有効画素領域1701の有効画素信号1703を出力する。   FIG. 17 is a conceptual diagram describing signal levels of pixel signals read by the solid-state imaging device according to the present embodiment. In the present embodiment, the pixels in the ineffective pixel region 1700 are composed of NULL pixels that do not form a semiconductor impurity region for accumulating charges. The ineffective pixel region 1700 has two rows. Since the pixel signal 1702 of the ineffective pixel region 1700 is a NULL pixel signal, the signal level is a reference for the black level of the captured image. By reading out the pixel signals in the ineffective pixel region which originally has only two rows at the timing shown in FIG. 16, the number of pixels can be read out by increasing to four rows. After reading out the NULL pixel signals 1702 for four rows, the row selection signal starts to be output again, and the effective pixel signal 1703 of the effective pixel region 1701 that outputs a signal in which charges generated according to incident light are output is output. .

その後再び、図4(a)で示したタイミングチャートを繰り返し動作させることによって、垂直走査回路からの信号によって第2行目以降に接続された画素信号が順次読み出され、全画素の読み出しが完了する。   After that, by repeating the timing chart shown in FIG. 4A again, the pixel signals connected to the second and subsequent rows are sequentially read by signals from the vertical scanning circuit, and the reading of all pixels is completed. To do.

このように画素部を構成する第1行目の画素信号読み出し動作の開始から、最終行の画素信号の読み出し終了までの期間を1フレーム期間と定義している。   Thus, a period from the start of the pixel signal readout operation of the first row constituting the pixel portion to the end of readout of the pixel signal of the last row is defined as one frame period.

非有効画素領域1700の画素信号を用いて、有効画素領域1701の固定パタンノイズを抑制する方法については、第1の実施形態と同様なため説明を省略する。   The method for suppressing the fixed pattern noise in the effective pixel region 1701 using the pixel signal in the ineffective pixel region 1700 is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

(第6の実施形態)
以下、本発明の第6の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図18は、本発明の第6の実施形態に関わる固体撮像装置の画素部平面図、及び読み出した画素信号の信号レベルを記載した概念図である。本実施形態の固体撮像装置は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積して信号を出力する複数画素の有効画素領域1801と、入射光に依存しない信号を出力する複数画素の非有効画素領域1802からなる画素部1800を有している。本実施形態では、画素部1800の水平方向先頭に1列配置した非有効画素領域1802の画素信号を1水平走査期間に4回繰り返して読み出している。
(Sixth embodiment)
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 18 is a plan view of a pixel portion of a solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present invention, and a conceptual diagram describing signal levels of read pixel signals. The solid-state imaging device according to the present embodiment includes a plurality of effective pixel regions 1801 for accumulating charges generated according to incident light and outputting signals, and a plurality of non-effective pixel regions for outputting signals independent of incident light. A pixel portion 1800 including 1802 is provided. In this embodiment, the pixel signal of the ineffective pixel region 1802 arranged in one column at the top in the horizontal direction of the pixel portion 1800 is read out four times during one horizontal scanning period.

本実施形態に関する固体撮像装置の回路構成、及びブロック図は、第1の実施形態と同様であるため、詳しい説明は省略する。   Since the circuit configuration and block diagram of the solid-state imaging device according to this embodiment are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

図19は、本実施形態に関わる固体撮像装置の1水平走査期間のタイミングチャートである。1列目を選択する水平選択信号Ph1を4回繰り返して選択し、2列目以降は水平選択信号Ph2〜Ph5等を順次選択することによって、1列目の画素信号のみ4回読み出すことができる。このときに、1列目を選択している間は信号保持容量のリセット信号Pchresをローレベルに固定することによって、1列目の画素信号を信号保持容量に保持したまま複数回読み出すことができる。   FIG. 19 is a timing chart for one horizontal scanning period of the solid-state imaging device according to the present embodiment. By selecting the horizontal selection signal Ph1 for selecting the first column repeatedly four times, and selecting the horizontal selection signals Ph2 to Ph5 etc. sequentially for the second column and thereafter, only the pixel signals of the first column can be read four times. . At this time, while the first column is selected, the reset signal Pchres of the signal holding capacitor is fixed to a low level, so that the pixel signal of the first column can be read out a plurality of times while being held in the signal holding capacitor. .

図8に、画素部800を除き本実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号補正回路を含めたブロック図を示す。画素部800の代わりに、図18の画素部1800が設けられる。上述した動作によって読み出し回路804から出力されたアナログの画素信号は、AD変換器806によってデジタル化される。4列に数増しした非有効画素の画素信号の行平均値を平均化回路807によって算出する。算出した行平均値はメモリ808に格納しておく。格納した行平均値を、有効画素領域802の画素信号に対して減算器809で減算する。同様に順次行単位で上述した行平均値算出動作と減算処理を行うことで、行毎に生じる横縞状の固定パタンノイズを精度良く抑制することができる。   FIG. 8 is a block diagram including a pixel signal correction circuit of the solid-state imaging device according to this embodiment except for the pixel unit 800. A pixel portion 1800 in FIG. 18 is provided instead of the pixel portion 800. The analog pixel signal output from the readout circuit 804 by the above operation is digitized by the AD converter 806. An average circuit 807 calculates the row average value of the pixel signals of the ineffective pixels increased to four columns. The calculated row average value is stored in the memory 808. The stored row average value is subtracted by the subtractor 809 from the pixel signal in the effective pixel region 802. Similarly, by performing the above-described row average value calculation operation and subtraction processing sequentially in units of rows, it is possible to accurately suppress horizontal stripe-like fixed pattern noise that occurs for each row.

以上のように、本実施形態によれば、水平走査回路805は、1水平走査期間の間に前記画素部1800の同一画素を複数回選択する。具体的には、水平走査回路805は、1水平走査期間の間に非有効画素領域1802の同一画素を複数回選択する。例えば、4回選択する。有効画素領域1801の画素には電荷を蓄積するための半導体不純物領域が形成され、非有効画素領域1802の画素には電荷を蓄積するための半導体不純物領域が形成されていない。補正回路は、平均化回路807、メモリ808及び減算器809を有し、前記複数回選択されかつ前記水平走査回路805により出力された画素の信号を用いて前記有効画素領域1801の画素の信号を補正する。具体的には、補正回路は、前記複数回選択された画素の信号を平均化し、前記有効画素領域1801の画素の信号を補正する。   As described above, according to the present embodiment, the horizontal scanning circuit 805 selects the same pixel of the pixel unit 1800 a plurality of times during one horizontal scanning period. Specifically, the horizontal scanning circuit 805 selects the same pixel in the ineffective pixel region 1802 a plurality of times during one horizontal scanning period. For example, select four times. A semiconductor impurity region for accumulating charges is formed in the pixels of the effective pixel region 1801, and a semiconductor impurity region for accumulating charges is not formed in the pixels of the non-effective pixel region 1802. The correction circuit includes an averaging circuit 807, a memory 808, and a subtractor 809, and uses the pixel signal selected by the plurality of times and output by the horizontal scanning circuit 805 to output the pixel signal of the effective pixel region 1801. to correct. Specifically, the correction circuit averages the signals of the pixels selected a plurality of times and corrects the signals of the pixels in the effective pixel region 1801.

本実施形態では、非有効画素領域の画素を、有効画素領域と同じ回路構成の画素表面をアルミニウム等の遮光膜で覆った遮光画素で構成しても、電荷を蓄積するための半導体不純物領域を形成しないNULL画素で構成してもよい。   In this embodiment, even if the pixels in the ineffective pixel region are configured by light-shielding pixels in which the surface of the pixel having the same circuit configuration as that of the effective pixel region is covered with a light-shielding film such as aluminum, the semiconductor impurity region for accumulating charges is formed. You may comprise the NULL pixel which is not formed.

本実施形態では、平均化する非有効画素領域の画素数を1列としたが、チップ面積を圧迫しない程度の列数を増やしても本実施形態の効果は変わらない。複数列の非有効画素領域の列を、それぞれ複数回ずつ読み出し平均化の母数を増やすことで、更に高精度な平均値を算出することできる。   In this embodiment, the number of pixels of the ineffective pixel area to be averaged is one column. However, the effect of this embodiment is not changed even if the number of columns is increased so as not to reduce the chip area. A more accurate average value can be calculated by increasing the number of parameters of reading and averaging a plurality of columns of ineffective pixel regions.

(第7の実施形態)
図20は、本発明の第7の実施形態に関わる固体撮像装置の画素部平面図、及び読み出した画素信号の信号レベルを記載した概念図である。本実施形態の固体撮像装置は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積した信号を出力する有効画素領域2002と、第1の非有効画素領域2000と、第2の非有効画素領域2001の3つの画素領域から成っている。第1の非有効画素領域2000は、有効画素領域2002と同じ回路構成の画素表面をアルミニウム等の遮光膜で覆った遮光画素で構成される。第2の非有効画素領域2001は、電荷を蓄積するための不純物領域を形成しないNULL画素で構成される。
(Seventh embodiment)
FIG. 20 is a plan view of a pixel portion of a solid-state imaging device according to the seventh embodiment of the present invention, and a conceptual diagram describing signal levels of read pixel signals. The solid-state imaging device according to this embodiment includes an effective pixel region 2002 that outputs a signal in which charges generated according to incident light are accumulated, a first ineffective pixel region 2000, and a second ineffective pixel region 2001. It consists of two pixel areas. The first non-effective pixel region 2000 is configured by a light-shielded pixel in which the pixel surface having the same circuit configuration as that of the effective pixel region 2002 is covered with a light-shielding film such as aluminum. The second ineffective pixel region 2001 is configured by a NULL pixel that does not form an impurity region for accumulating charges.

2行ある第1の非有効画素領域2000の画素信号は、遮光画素信号であるため温度や蓄積時間に依存した暗電流による影響を受けた画素信号レベル2003が出力されている。2行ある第2の非有効画素領域2001の画素信号は、NULL画素信号であるため撮影画像の黒レベルの基準になる信号レベル2005が出力されている。2004は、有効画素領域2002の画素信号レベルを示す。   Since the pixel signals in the first ineffective pixel region 2000 in the two rows are light-shielded pixel signals, a pixel signal level 2003 that is affected by dark current depending on temperature and accumulation time is output. Since the pixel signals in the second ineffective pixel region 2001 in the two rows are NULL pixel signals, a signal level 2005 serving as a reference for the black level of the captured image is output. Reference numeral 2004 denotes a pixel signal level of the effective pixel region 2002.

図21は、本実施形態に関わる固体撮像装置の駆動方法を表した概念図で、いわゆるフォーカルプレーンシャッタ動作を行っている。1フレームの時間は、例えば1/60秒である。図21では、第1の非有効画素領域2000と有効画素領域2002の蓄積時間は1フレーム(1/60秒)になっているが、読出し走査とリセット走査を別々に行うことで1フレーム以下の蓄積時間を実現しても本実施形態の効果は変わらない。この実施形態では画素信号を、第1の非有効画素領域2000−有効画素領域2002−第2の非有効画素領域2001の順番で読出している。動画撮影のように1フレームの期間が固定である場合は、有効画素領域2002を読出した後の余剰時間に第2の非有効画素領域2001を複数回繰り返し読み出すことで数多くのNULL画素信号を取得することができる。図21では、例えば2行しかない第2の非有効画素領域2001を1フレームの間に6回繰り返し走査することで12行分のNULL画素信号を取得している。   FIG. 21 is a conceptual diagram showing a driving method of the solid-state imaging device according to this embodiment, and performs a so-called focal plane shutter operation. The time for one frame is 1/60 seconds, for example. In FIG. 21, the accumulation time of the first ineffective pixel area 2000 and the effective pixel area 2002 is 1 frame (1/60 seconds), but the readout scan and the reset scan are performed separately, so that the accumulation time is 1 frame or less. Even if the accumulation time is realized, the effect of this embodiment does not change. In this embodiment, pixel signals are read in the order of the first ineffective pixel area 2000 -the effective pixel area 2002 -the second ineffective pixel area 2001. When the period of one frame is fixed as in moving image shooting, many NULL pixel signals are acquired by repeatedly reading the second ineffective pixel area 2001 a plurality of times in the surplus time after reading the effective pixel area 2002. can do. In FIG. 21, for example, the NULL pixel signal for 12 rows is acquired by repeatedly scanning the second ineffective pixel region 2001 having only 2 rows 6 times during one frame.

本実施形態では、有効画素領域2002を読み出した後の余剰時間に第2の非有効画素領域2001を複数回繰り返して読み出しているため、フレームレートを維持したまま平均化するNULL画素信号の母数を増やして高精度な補正データを取得することができる。   In the present embodiment, since the second non-effective pixel area 2001 is repeatedly read a plurality of times in the surplus time after the effective pixel area 2002 is read, the parameter of the NULL pixel signal to be averaged while maintaining the frame rate. The correction data with high accuracy can be acquired by increasing

さらに、取得したNULL画素信号を複数フレームにわたって加算平均することで、さらに平均化するNULL画素信号の母数を増やして高精度な補正データを取得しても本実施形態の効果は変わらない。   Furthermore, even if the acquired NULL pixel signal is averaged over a plurality of frames to increase the parameter of the NULL pixel signal to be further averaged to acquire highly accurate correction data, the effect of this embodiment does not change.

図22は、本実施形態に関わる固体撮像装置が読み出した画素信号の平均値と平均値算出領域との対応を示した概念図である。説明の簡略化のため、第1の非有効画素領域2200を2行、有効画素領域2202を98行、第2の非有効画素領域2201を2行としている。第1の非有効画素領域2200は行を水平方向に3分割した領域ごとに平均値を算出する。第2の非有効画素領域2201は列ごとに平均値を算出する。   FIG. 22 is a conceptual diagram illustrating a correspondence between an average value of pixel signals read by the solid-state imaging device according to the present embodiment and an average value calculation region. For simplification of description, the first ineffective pixel region 2200 has two rows, the effective pixel region 2202 has 98 rows, and the second ineffective pixel region 2201 has two rows. In the first ineffective pixel region 2200, an average value is calculated for each region obtained by dividing a row into three in the horizontal direction. The second non-effective pixel area 2201 calculates an average value for each column.

図23は、本実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号補正回路を含めたブロック図である。図12と同様に、2300は画素部、2301は第1の非有効画素領域、2302は第2の非有効画素領域、2303は有効画素領域、2304は垂直走査回路、2305は読み出し回路、2306は水平走査回路である。   FIG. 23 is a block diagram including a pixel signal correction circuit of the solid-state imaging device according to the present embodiment. 12, 2300 is a pixel portion, 2301 is a first ineffective pixel region, 2302 is a second ineffective pixel region, 2303 is an effective pixel region, 2304 is a vertical scanning circuit, 2305 is a readout circuit, and 2306 is This is a horizontal scanning circuit.

上記のように、垂直走査回路2304は、第2の非有効画素領域2302の最終行の選択後に再び第2の非有効画素領域2302の第1行を選択して第2の非有効画素領域2302の行を順次走査する。これによって、第2の非有効画素領域2302を繰り返し走査する。図21に示すように、垂直走査回路2304は、Nフレーム目の有効画素領域2303の走査完了からN+1フレーム目の有効画素領域2303の走査開始までの期間に第2の非有効画素領域2302を繰り返し走査する。   As described above, the vertical scanning circuit 2304 selects the first row of the second non-effective pixel region 2302 again after selecting the last row of the second non-effective pixel region 2302 to select the second non-effective pixel region 2302. Are sequentially scanned. Thereby, the second ineffective pixel region 2302 is repeatedly scanned. As shown in FIG. 21, the vertical scanning circuit 2304 repeats the second ineffective pixel area 2302 in a period from the completion of scanning of the effective pixel area 2303 of the Nth frame to the start of scanning of the effective pixel area 2303 of the (N + 1) th frame. Scan.

上述した動作によって読み出し回路2305から出力された画素信号は、AD変換器2307によってデジタル化される。デジタル化した画素信号はフレームメモリ2316に蓄えられ、適時、第1の平均化回路2308と第2の平均化回路2310と減算回路2312に読み出される。   The pixel signal output from the readout circuit 2305 by the above operation is digitized by the AD converter 2307. The digitized pixel signal is stored in the frame memory 2316, and is read out by the first averaging circuit 2308, the second averaging circuit 2310, and the subtraction circuit 2312 when appropriate.

フレームメモリ2316から読み出された、第1の非有効画素領域2301の画素信号(第1行目〜第2行目の画素信号=フレームメモリの1行目〜2行目に書き込まれた画素信号)は、第1の平均化回路2308によって平均値が算出される。第1の平均化回路2308では、図22に示したように、水平方向に3つに分割した領域ごとの平均値が算出され、第1のメモリ2309に格納される。列ごとに平均化する方法と違い、複数画素で構成されている領域ごとに平均値を算出することで平均化の母数が多く取れるので、たとえ2行と少ない画素領域からでも高精度な平均値を取得することができる。   Pixel signal of the first ineffective pixel area 2301 read from the frame memory 2316 (pixel signal of the first row to second row = pixel signal written to the first row to second row of the frame memory) ) Is calculated by the first averaging circuit 2308. In the first averaging circuit 2308, as shown in FIG. 22, the average value for each region divided into three in the horizontal direction is calculated and stored in the first memory 2309. Unlike the averaging method for each column, the average value can be increased by calculating the average value for each area composed of multiple pixels. The value can be obtained.

フレームメモリ2316から読み出された第2の非有効画素領域2302の画素信号(第100行目〜第101行目の画素信号×6回=フレームメモリの100行目〜111行目に書き込まれた画素信号)は、第2の平均化回路2310によって平均値が算出される。第2の平均化回路2310では、図22に示したように、列ごとの平均値を算出され、第2のメモリ2311に格納される。列ごとに平均化しているため、平均化する母数を増やすために本実施形態では12行分の画素信号を使用している。   Pixel signals of the second ineffective pixel area 2302 read from the frame memory 2316 (pixel signals of the 100th to 101st rows × 6 times = written to the 100th to 111th rows of the frame memory) The average value of the pixel signal) is calculated by the second averaging circuit 2310. In the second averaging circuit 2310, the average value for each column is calculated and stored in the second memory 2311 as shown in FIG. Since averaging is performed for each column, pixel signals for 12 rows are used in this embodiment in order to increase the number of parameters to be averaged.

次に、フレームメモリ2316から有効画素領域2303の画素信号(第3行目〜第99行目の画素信号=フレームメモリの3行目〜99行目に書き込まれた画素信号)に対して、算出した2つの平均値をそれぞれの減算回路2312、2313で減算する。図23で示したように、2つの平均値を減算する影響をキャンセルする目的で、加算回路2315が減算回路2313の出力信号に黒レベル調整用のオフセット2314を加算しても良い。   Next, calculation is performed for the pixel signal of the effective pixel area 2303 from the frame memory 2316 (pixel signals in the third to 99th rows = pixel signals written in the third to 99th rows of the frame memory). The two average values are subtracted by the subtracting circuits 2312 and 2313, respectively. As shown in FIG. 23, for the purpose of canceling the effect of subtracting the two average values, the adder circuit 2315 may add an offset 2314 for black level adjustment to the output signal of the subtractor circuit 2313.

非有効画素領域は、相互に異なる行の第1の非有効画素領域2301及び第2の非有効画素領域2302を有する。第1の非有効画素領域2301の画素は、電荷を蓄積するための半導体不純物領域が形成された画素の表面を遮光膜で覆った遮光画素である。第2の非有効画素領域2302の画素は、電荷を蓄積するための半導体不純物領域が形成されていない画素である。垂直走査回路2304は、1フレームの間に有効画素領域2303の同一行の画素を行単位で1回選択し、1フレームの間に第2の非有効画素領域2302の同一行の画素を行単位で複数回選択する。補正回路は、第1の補正回路及び第2の補正回路を有する。第1の補正回路は、第1の平均化回路2308及び減算回路2312を有し、第1の非有効画素領域2301の画素の信号を平均化して有効画素領域2303の画素の信号を補正する。第2の補正回路は、第2の平均化回路2310及び減算回路2313を有し、第2の非有効画素領域2302の画素の信号を平均化して有効画素領域2302の画素の信号を補正する。   The non-effective pixel area includes a first non-effective pixel area 2301 and a second non-effective pixel area 2302 in different rows. The pixels in the first ineffective pixel region 2301 are light-shielding pixels in which the surface of a pixel in which a semiconductor impurity region for accumulating charges is formed is covered with a light-shielding film. A pixel in the second ineffective pixel region 2302 is a pixel in which a semiconductor impurity region for accumulating charges is not formed. The vertical scanning circuit 2304 selects pixels in the same row in the effective pixel region 2303 once in a unit of frame during one frame, and selects pixels in the same row of the second ineffective pixel region 2302 in a unit of row during one frame. Select multiple times with. The correction circuit has a first correction circuit and a second correction circuit. The first correction circuit includes a first averaging circuit 2308 and a subtraction circuit 2312, and corrects the pixel signals in the effective pixel area 2303 by averaging the pixel signals in the first ineffective pixel area 2301. The second correction circuit includes a second averaging circuit 2310 and a subtraction circuit 2313, and corrects the pixel signals in the effective pixel region 2302 by averaging the pixel signals in the second ineffective pixel region 2302.

上記方法により、固体撮像装置の暗電流による影響と、列ごとに生じる固定パタンノイズを精度良く抑制することができる。   By the above method, the influence of the dark current of the solid-state imaging device and the fixed pattern noise generated for each column can be accurately suppressed.

本実施形態では、AD変換器2307によってデジタル化した第1の非有効画素領域2301の画素信号を使って有効画素領域2303の画素信号の減算処理を行うことで、固体撮像装置の暗電流による影響を抑制した。その代わりに、第1の非有効画素領域2301の画素信号をAD変換器2307の黒レベル調整に用いることでAD変換器2307によってAD変換後の画素信号に含まれる暗電流成分を抑制しても良い。   In the present embodiment, the pixel signal of the effective pixel region 2303 is subtracted using the pixel signal of the first ineffective pixel region 2301 digitized by the AD converter 2307, thereby affecting the influence of the dark current of the solid-state imaging device. Was suppressed. Instead, the dark current component included in the pixel signal after AD conversion is suppressed by the AD converter 2307 by using the pixel signal of the first ineffective pixel region 2301 for black level adjustment of the AD converter 2307. good.

本実施形態では、AD変換器2307によってデジタル化した画素信号を一旦フレームメモリ2316に蓄えたが、フレームメモリ2316を廃した構成でも構わない。例えば、図21のようなフォーカルプレーン読出しではNフレーム目の第2の非有効画素領域2302の画素信号を第2の平均化回路2310で平均化して第1のメモリ2309に格納する。そして、N+1フレーム目の第1の非有効画素領域2301の画素信号を第1の平均化回路2308で平均化して第2のメモリ2311に格納する。得られた2つの平均値をN+1フレーム目の有効画素領域2303の画素信号に対して減算すればフレームメモリ2316を省略することができる。   In this embodiment, the pixel signal digitized by the AD converter 2307 is temporarily stored in the frame memory 2316. However, the frame memory 2316 may be eliminated. For example, in the focal plane readout as shown in FIG. 21, the pixel signal of the second ineffective pixel area 2302 of the Nth frame is averaged by the second averaging circuit 2310 and stored in the first memory 2309. Then, the pixel signal of the first ineffective pixel region 2301 of the (N + 1) th frame is averaged by the first averaging circuit 2308 and stored in the second memory 2311. The frame memory 2316 can be omitted by subtracting the obtained two average values from the pixel signal of the effective pixel area 2303 of the (N + 1) th frame.

以上のように、第1〜第5の実施形態によれば、平均化するための非有効画素領域の行数が少ない場合でも、1フレームの間に垂直選択信号を複数行期間選択することによって、その画素信号を複数行出力することができる。複数行期間にわたって出力された画素信号を平均化して補正信号を算出することによって、補正信号に含まれるランダムノイズの影響を低減することができる。第6及び第7の実施形態も同様である。また、背景技術のように非有効画素領域の行数を多く持つ必要がないため、チップ面積を低減することができる。   As described above, according to the first to fifth embodiments, even when the number of non-effective pixel regions to be averaged is small, by selecting a plurality of row periods with a vertical selection signal during one frame. The pixel signal can be output in a plurality of rows. By calculating the correction signal by averaging pixel signals output over a plurality of row periods, it is possible to reduce the influence of random noise included in the correction signal. The same applies to the sixth and seventh embodiments. Further, since it is not necessary to have a large number of rows of ineffective pixel regions as in the background art, the chip area can be reduced.

また、背景技術のように複数フレームにわたる非有効画素領域の画素信号を平均化する必要がないため、デジタルスチルカメラでの単写といった1フレームだけの撮影モードでも高精度に固定パタンノイズの抑制をすることができる。   In addition, unlike the background art, it is not necessary to average the pixel signals of the ineffective pixel areas over a plurality of frames, so that the fixed pattern noise can be suppressed with high accuracy even in a single frame shooting mode such as single shooting with a digital still camera. can do.

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

本発明の第1の実施形態に関わる固体撮像装置の画素部平面図である。It is a pixel part top view of the solid-state imaging device concerning the 1st Embodiment of this invention. CMOS型固体撮像装置の画素・読み出し回路・共通出力回路の回路図である。It is a circuit diagram of a pixel, a readout circuit, and a common output circuit of a CMOS type solid-state imaging device. CMOS型固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a CMOS type solid-state imaging device. 本発明の第1の実施形態に関わる固体撮像装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the solid-state imaging device concerning the 1st Embodiment of this invention. CMOS型固体撮像装置の垂直走査回路の回路図である。It is a circuit diagram of the vertical scanning circuit of a CMOS type solid-state imaging device. 本発明の第1の実施形態に関わる固体撮像装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the solid-state imaging device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号の信号レベルを記載した概念図である。It is the conceptual diagram which described the signal level of the pixel signal of the solid-state imaging device in connection with the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号補正回路を含めたブロック図である。It is a block diagram including the pixel signal correction circuit of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に関わる固体撮像装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the solid-state imaging device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号の信号レベルを記載した概念図である。It is the conceptual diagram which described the signal level of the pixel signal of the solid-state imaging device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号の平均値とへインチ算出領域との対応を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed the response | compatibility with the average value of the pixel signal of the solid-state imaging device in connection with the 2nd Embodiment of this invention, and an inch calculation area | region. 本発明の第2の実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号補正回路を含めたブロック図である。It is a block diagram including the pixel signal correction circuit of the solid-state imaging device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に関わる固体撮像装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the solid-state imaging device concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に関わる固体撮像装置の画素・読み出し回路・共通出力回路の回路図である。It is a circuit diagram of a pixel, a readout circuit, and a common output circuit of a solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に関わる固体撮像装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the solid-state imaging device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に関わる固体撮像装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the solid-state imaging device concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号の信号レベルを記載した概念図である。It is the conceptual diagram which described the signal level of the pixel signal of the solid-state imaging device in connection with the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に関わる固体撮像装置の平面図と、読み出した画素信号の信号レベルを記載した概念図である。It is the top view of the solid-state imaging device concerning the 6th Embodiment of this invention, and the conceptual diagram which described the signal level of the read-out pixel signal. 本発明の第6の実施形態に関わる固体撮像装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the solid-state imaging device concerning the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に関わる固体撮像装置の固体撮像装置の画素信号の信号レベルを記載した概念図である。It is the conceptual diagram which described the signal level of the pixel signal of the solid-state imaging device of the solid-state imaging device in connection with the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に関わる固体撮像装置の画素信号の読出し方法を表した概念図である。It is a conceptual diagram showing the reading method of the pixel signal of the solid-state imaging device concerning the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に関わる固体撮像装置において読み出した信号の平均値と平均値算出領域の関係を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed the relationship between the average value of the signal read in the solid-state imaging device concerning the 7th Embodiment of this invention, and an average value calculation area | region. 本発明の第7の実施形態に関わる固体撮像装置を用いた撮像システムの構成図を示した図である。It is the figure which showed the block diagram of the imaging system using the solid-state imaging device concerning the 7th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100、300、800、1200、1800 画素部
101、700、801、1700、1802 非有効画素領域
102、701、802、1002、1101、1701、1801、2002、2202、2303 有効画素領域
200、301、1400 画素
201、1401 フォトダイオード
202、1402 転送MOSトランジスタ
203、1403 増幅MOSトランジスタ
204、1404 リセットMOSトランジスタ
205、1405 選択MOSトランジスタ
206、1406 垂直信号線
207、1407 定電流源
208、1408 クランプ容量
209、1409 クランプスイッチ
210、1410 帰還容量
211、222、1411、1422 増幅器
212、1412 S側転送スイッチ
213、1413 N側転送スイッチ
214、1414 S側信号保持容量
215、1415 N側信号保持容量
216、1416 S側水平転送スイッチ
217、1417N側水平転送スイッチ
218、1418 S側水平出力線
219、1419 N側水平出力線
220、1420 S側水平出力線リセットスイッチ
221、1421 N側水平出力線リセットスイッチ
302、803、1204、2304 垂直走査回路
303、805、1206、2306 水平走査回路
304、804、1205、2305 読み出し回路
500 Dフリップフロップ
501 ANDゲート
702、1702 非有効画素領域の画素信号レベル(NULL画素)
703、1006、1703、2004 有効画素領域の画素信号レベル
806、1207、2307 AD変換器
807、1208、1210、2308、2310 平均化回路
808、1209、1211、2309、2311 メモリ
809、1212、1213、2312、2313 減算器
1000、1201、2000、2200、2301 第1の非有効画素領域
1001、1202、2001、2201、2302 第2の非有効画素領域
1003、2003 第1の非有効画素領域の画素信号レベル(暗電流成分を含む)
1004 第2の非有効画素領域の画素信号レベル(暗電流成分を含む)
1005 第2の非有効画素領域の画素信号レベル(暗電流成分はほぼ無視できる)
1100 第1の非有効画素領域の平均値算出領域
1101 第2の非有効画素領域の平均値算出領域
1214、2314 黒レベル調整用オフセット値
1215、2315 加算器
1423 垂直信号線リセットスイッチ
2005 第2の非有効画素領域の画素信号レベル(NULL画素)
2316 フレームメモリ
100, 300, 800, 1200, 1800 Pixel portion 101, 700, 801, 1700, 1802 Ineffective pixel area 102, 701, 802, 1002, 1101, 1701, 1801, 2002, 2202, 2303 Effective pixel area 200, 301, 1400 Pixel 201, 1401 Photodiode 202, 1402 Transfer MOS transistor 203, 1403 Amplification MOS transistor 204, 1404 Reset MOS transistor 205, 1405 Selection MOS transistor 206, 1406 Vertical signal line 207, 1407 Constant current source 208, 1408 Clamp capacitance 209, 1409 Clamp switch 210, 1410 Feedback capacitor 211, 222, 1411, 1422 Amplifier 212, 1412 S side transfer switch 213, 1413 N side transfer Switches 214, 1414 S-side signal holding capacitors 215, 1415 N-side signal holding capacitors 216, 1416 S-side horizontal transfer switches 217, 1417 N-side horizontal transfer switches 218, 1418 S-side horizontal output lines 219, 1419 N-side horizontal output lines 220, 1420 S-side horizontal output line reset switch 221, 1421 N-side horizontal output line reset switch 302, 803, 1204, 2304 Vertical scanning circuit 303, 805, 1206, 2306 Horizontal scanning circuit 304, 804, 1205, 2305 Reading circuit 500 D flip-flop 501 AND gates 702 and 1702 Ineffective pixel area pixel signal level (NULL pixel)
703, 1006, 1703, 2004 Pixel signal level 806, 1207, 2307 in the effective pixel area AD converter 807, 1208, 1210, 2308, 2310 Averaging circuit 808, 1209, 1211, 2309, 2311 Memory 809, 1212, 1213, 2312, 2313 Subtracters 1000, 1201, 2000, 2200, 2301 First ineffective pixel regions 1001, 1202, 2001, 2201, 2302 Second ineffective pixel regions 1003, 2003 Pixel signals of the first ineffective pixel region Level (including dark current component)
1004 Pixel signal level of second non-effective pixel area (including dark current component)
1005 Pixel signal level of second non-effective pixel area (dark current component is almost negligible)
1100 Average value calculation area 1101 of the first ineffective pixel area 1101 Average value calculation areas 1214 and 2314 of the second ineffective pixel area Black level adjustment offset values 1215 and 2315 Adder 1423 Vertical signal line reset switch 2005 Second Ineffective pixel area pixel signal level (NULL pixel)
2316 frame memory

Claims (9)

入射光に応じて発生した電荷を蓄積して信号を出力する複数画素の有効画素領域及び入射光に依存しない信号を出力する複数画素の非有効画素領域を含む画素部と、
前記画素部の画素の列毎に設けられる複数の垂直信号線と、
前記画素部の画素を行単位に走査して選択することにより前記選択された同一行の画素の信号を前記複数の垂直信号線に出力させる垂直走査回路と、
前記複数の垂直信号線の信号を走査して選択することにより前記選択された垂直信号線の信号を出力させる水平走査回路とを有し、
前記垂直走査回路は、1フレームの間に前記有効画素領域の同一行の画素を行単位で1回選択し、1フレームの間に前記非有効画素領域の同一行の画素を行単位で複数回選択し、
さらに、前記複数回選択されかつ前記水平走査回路により出力された画素の信号を用いて前記有効画素領域の画素の信号を補正する補正回路を有し、
前記非有効画素領域は、相互に異なる行の第1の非有効画素領域及び第2の非有効画素領域を有し、
前記垂直走査回路は、1フレームの間に前記第2の非有効画素領域の同一行の画素を行単位で複数回選択し、
前記補正回路は、前記第1及び第2の非有効画素領域の1回目に選択した画素の信号を平均化して前記有効画素領域の画素の信号を補正する第1の補正回路と、前記第2の非有効画素領域の2回目以降に選択した画素の信号を平均化して前記有効画素領域の画素の信号を補正する第2の補正回路とを有し、
前記第1の補正回路は、前記第1及び第2の非有効画素領域の画素を水平方向に分割した複数の領域毎に平均化し、
前記第2の補正回路は、前記第2の非有効画素領域の画素の信号を前記第1の補正回路よりも多い分割数で水平方向に分割した複数の領域毎に平均化することを特徴とする撮像装置。
A pixel unit including an effective pixel region of a plurality of pixels that accumulates charges generated according to incident light and outputs a signal, and an ineffective pixel region of a plurality of pixels that outputs a signal independent of incident light;
A plurality of vertical signal lines provided for each column of pixels of the pixel portion;
A vertical scanning circuit that outputs signals of the selected pixels in the same row to the plurality of vertical signal lines by scanning and selecting pixels of the pixel unit in units of rows;
A horizontal scanning circuit for outputting a signal of the selected vertical signal line by scanning and selecting a signal of the plurality of vertical signal lines;
The vertical scanning circuit selects pixels in the same row in the effective pixel area once in a frame during one frame, and selects pixels in the same row in the ineffective pixel area a plurality of times in one frame during one frame. selected,
And a correction circuit that corrects a signal of the pixel in the effective pixel region using a signal of the pixel selected a plurality of times and output by the horizontal scanning circuit,
The non-effective pixel region has a first non-effective pixel region and a second non-effective pixel region in different rows,
The vertical scanning circuit selects pixels in the same row of the second ineffective pixel region a plurality of times in units of one frame during one frame,
The correction circuit averages the signals of the pixels selected for the first time in the first and second ineffective pixel regions, and corrects the signals of the pixels in the effective pixel region, and the second correction circuit. And a second correction circuit that corrects the signal of the pixel in the effective pixel region by averaging the signal of the pixel selected after the second time of the non-effective pixel region,
The first correction circuit averages the pixels of the first and second ineffective pixel regions for each of a plurality of regions divided in the horizontal direction,
The second correction circuit averages the signals of the pixels in the second ineffective pixel area for each of a plurality of areas divided in the horizontal direction by a larger number of divisions than the first correction circuit. An imaging device.
前記垂直走査回路は、前記非有効画素領域の最終行の選択後に再び前記非有効画素領域の第1行を選択して非有効画素領域の行を順次走査することによって、前記非有効画素領域を繰り返し走査することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   The vertical scanning circuit selects the first row of the non-effective pixel region again after selecting the last row of the non-effective pixel region, and sequentially scans the rows of the non-effective pixel region to thereby detect the non-effective pixel region. The imaging apparatus according to claim 1, wherein scanning is repeated. 前記垂直走査回路は、Nフレーム目の有効画素領域の走査完了からN+1フレーム目の有効画素領域の走査開始までの期間に前記非有効画素領域を繰り返し走査することを特徴とする請求項2記載の撮像装置。   3. The vertical scanning circuit repeatedly scans the ineffective pixel area during a period from the completion of scanning of the effective pixel area of the Nth frame to the start of scanning of the effective pixel area of the (N + 1) th frame. Imaging device. さらに、前記垂直信号線毎に設けられ、前記垂直信号線を基準電圧に接続するためのスイッチを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a switch that is provided for each of the vertical signal lines and connects the vertical signal line to a reference voltage. 前記有効画素領域の画素には電荷を蓄積するための半導体不純物領域が形成され、前記非有効画素領域の画素には電荷を蓄積するための半導体不純物領域が形成されていないことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。   The semiconductor impurity region for accumulating charges is formed in the pixels of the effective pixel region, and the semiconductor impurity region for accumulating charges is not formed in the pixels of the ineffective pixel region. Item 5. The imaging device according to any one of Items 1 to 4. 前記補正回路は、前記複数回選択された画素の信号を平均化し、前記有効画素領域の画素の信号を補正することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1, wherein the correction circuit averages the signals of the pixels selected a plurality of times and corrects the signals of the pixels in the effective pixel region. 前記第2の補正回路は、列毎に前記画素の信号を平均化することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 1, wherein the second correction circuit averages the signal of the pixel for each column. さらに、前記補正回路により補正された画素の信号に対してオフセットを加算する加算回路を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 1, further comprising an addition circuit that adds an offset to a pixel signal corrected by the correction circuit. 入射光に応じて発生した電荷を蓄積して信号を出力する複数画素の有効画素領域及び入射光に依存しない信号を出力する複数画素の非有効画素領域を含む画素部と、
前記画素部の画素の列毎に設けられる複数の垂直信号線と、
前記画素部の画素を行単位に走査して選択することにより前記選択された同一行の画素の信号を前記複数の垂直信号線に出力させる垂直走査回路と、
前記複数の垂直信号線の信号を走査して選択することにより前記選択された垂直信号線の信号を出力させる水平走査回路とを有する撮像装置の処理方法であって、
前記垂直走査回路が、1フレームの間に前記有効画素領域の同一行の画素を行単位で1回選択し、1フレームの間に前記非有効画素領域の同一行の画素を行単位で複数回選択するステップと、
補正回路が、前記複数回選択されかつ前記水平走査回路により出力された画素の信号を用いて前記有効画素領域の画素の信号を補正する補正ステップとを有し、
前記非有効画素領域は、相互に異なる行の第1の非有効画素領域及び第2の非有効画素領域を有し、
前記垂直走査回路が、1フレームの間に前記第2の非有効画素領域の同一行の画素を行単位で複数回選択するステップを有し、
前記補正ステップは、前記第1及び第2の非有効画素領域の1回目に選択した画素の信号を平均化して前記有効画素領域の画素の信号を補正する第1の補正ステップと、前記第2の非有効画素領域の2回目以降に選択した画素の信号を平均化して前記有効画素領域の画素の信号を補正する第2の補正ステップとを有し、
前記第1の補正ステップでは、前記第1及び第2の非有効画素領域の画素を水平方向に分割した複数の領域毎に平均化し、
前記第2の補正ステップでは、前記第2の非有効画素領域の画素の信号を前記第1の補正回路よりも多い分割数で水平方向に分割した複数の領域毎に平均化することを特徴とする撮像装置の処理方法。
A pixel unit including an effective pixel region of a plurality of pixels that accumulates charges generated according to incident light and outputs a signal, and an ineffective pixel region of a plurality of pixels that outputs a signal independent of incident light;
A plurality of vertical signal lines provided for each column of pixels of the pixel portion;
A vertical scanning circuit that outputs signals of the selected pixels in the same row to the plurality of vertical signal lines by scanning and selecting pixels of the pixel unit in units of rows;
A processing method of an imaging apparatus having a horizontal scanning circuit that outputs a signal of the selected vertical signal line by scanning and selecting signals of the plurality of vertical signal lines,
The vertical scanning circuit selects pixels in the same row in the effective pixel area once in a frame during one frame, and selects pixels in the same row in the ineffective pixel area a plurality of times in one frame during one frame. A step to choose ;
A correction circuit, a correction step of correcting the pixel signal of the effective pixel region using the pixel signal selected a plurality of times and output by the horizontal scanning circuit,
The non-effective pixel region has a first non-effective pixel region and a second non-effective pixel region in different rows,
The vertical scanning circuit includes a step of selecting pixels in the same row of the second ineffective pixel region a plurality of times in units of one frame during one frame,
The correction step includes a first correction step of correcting the signal of the pixel in the effective pixel region by averaging the signal of the pixel selected first in the first and second ineffective pixel regions, and the second correction step. And a second correction step of correcting the signal of the pixel in the effective pixel region by averaging the signal of the pixel selected after the second time of the non-effective pixel region,
In the first correction step, the pixels of the first and second ineffective pixel regions are averaged for each of a plurality of regions divided in the horizontal direction,
In the second correction step, the pixel signal of the second ineffective pixel region is averaged for each of a plurality of regions divided in the horizontal direction by a larger number of divisions than the first correction circuit. Processing method for imaging apparatus.
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