JP5163708B2

JP5163708B2 - 撮像装置

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Publication number: JP5163708B2
Application number: JP2010181729A
Authority: JP
Inventors: 航船水; 秀記山中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2030-08-16
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Description

本発明は、撮像装置に関する。

一般的な電子カメラは、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子が搭載されている。例えばＣＭＯＳセンサの場合、受光面に行列状に配置された各画素で入射光に応じて蓄積された電荷は、画素アンプで電荷−電圧変換され、行毎に垂直信号線に読み出される。そして、各画素から読み出された信号は、カラムアンプ，ＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路），水平出力回路および出力アンプを介してＣＭＯＳセンサの外部に読み出される。ところが、ＣＭＯＳセンサから読み出される信号には、固定パターンノイズ成分やダークシェーディング成分などの行方向に固有のノイズ成分が含まれている。そこで、これらのノイズ成分を除去するために、露光前にＣＭＯＳセンサから読み出した補正データを用いて、露光後にＣＭＯＳセンサから読み出した画像データを補正する技術が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２２２６８９号公報

ところが、補正データの取得時間を短くするために、１画面の一部の行からだけ補正データを取得する方法が用いられており、この場合、補正データを取得する行の画素アンプと、取得しない行の画素アンプとで動作点が異なるため、画素アンプの入出力特性が非線形な領域で用いる場合に行間の信号レベルに差が生じ、撮影画像の画質が損なわれるという問題がある。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、画素アンプの入出力特性が非線形な領域で用いる場合でも画質を損なうことなく水平方向のノイズ成分を除去することができる撮像装置を提供することにある。

本発明に係る撮像装置は、複数の画素が行列状に配置された撮像部と、露光前の補正データ取得期間に、行方向の画像データのばらつきを補正するための補正データを前記撮像部の一部の行から取得し、露光後の画像データ取得期間に、前記補正データを取得する行を含む画像撮影された行から取得した画像データを補正する補正部と、を備える撮像装置において、前記撮像部は、光量に応じた電荷を蓄積する光電変換部と、前記電荷を浮遊拡散領域に転送する転送トランジスタと、前記浮遊拡散領域に保持された電荷に応じた画素信号を出力する増幅トランジスタと、前記浮遊拡散領域に保持された電荷をリセットするリセットトランジスタと、を有する複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、露光前の補正データ取得期間に前記補正データを取得する行および前記補正データを取得しない行の前記リセットトランジスタをオフに制御して、前記画素アレイの前記補正データを取得する行から前記画素信号を前記補正データとして読み出す第１の読み出し制御と、露光後の画像データ取得期間に前記画素アレイの前記補正データを取得する行を含む画像撮影された行から前記画素信号を画像データとして読み出す第２の読み出し制御と、を切り替えて読み出す読み出し制御部とを有することを特徴とする。

さらに、前記第１の読み出し制御は、前記補正データ取得期間に、前記補正データを取得する行の前記転送トランジスタをオフに制御することを特徴とする。

特に、前記第１の読み出し制御は、前記補正データ取得期間に、前記画素アレイの中央部に位置する行の前記画素信号を前記補正データとして読み出すことを特徴とする。

本発明に係る撮像装置は、画素アンプの入出力特性が非線形な場合でも画質を損なうことなく水平方向のノイズ成分を除去することができる。

電子カメラ１００の構成例を示す図である。撮影時の処理例を示すフローチャートである。固体撮像素子１０３の構成例を示す図である。画素ｐｘの回路例を示す図である。水平方向のノイズ成分を示す図である。撮影時の補正データ取得期間と画像データ取得期間を示す図である。補正データを取得する行のタイミング例を示す図である。リセットトランジスタＴｒｓｔのオン抵抗Ｒｏｎの特性を示す図である。補正データを取得しない行のタイミング例を示す図である。増幅トランジスタＴａｍｐの特性と画素出力の関係を示す図である。本実施形態における補正データを取得する行のタイミング例を示す図である。本実施形態における補正データを取得しない行のタイミング例を示す図である。

以下、本発明に係る撮像装置の実施形態について図面を用いて詳しく説明する。図１は、本発明に係る撮像装置に対応する電子カメラ１００の構成を示すブロック図である。

［電子カメラ１００の構成］
図１において、電子カメラ１００は、光学系１０１と、メカニカルシャッタ１０２と、固体撮像素子１０３と、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）１０４と、切換部１０５と、ラインメモリ１０６と、補正データ算出部１０７と、減算部１０８と、画像バッファ１０９と、画像処理部１１０と、制御部１１１と、メモリ１１２と、操作部１１３と、表示部１１４と、メモリカードＩ／Ｆ１１５とで構成される。

光学系１０１は、被写体から入力する光を固体撮像素子１０３の受光面に結像する。

メカニカルシャッタ１０２は、光学系１０１と固体撮像素子１０３との間にあって、露光時に制御部１１１から指示されたシャッタ速度で開閉される。

固体撮像素子１０３は、受光面に光を電気信号に変換する画素が行列状に配置されている。そして、制御部１１１の指令に応じて各画素から読み出した信号をＡＦＥ１０４に出力する。

ＡＦＥ１０４は、制御部１１１の指令に応じて固体撮像素子１０３から読み出した信号のゲイン調整やＡ／Ｄ変換などを行う。

切換部１０５は、制御部１１１の指令に応じてＡＦＥ１０４を介して固体撮像素子１０３から読み出すデータの出力先を切り換える。例えば制御部１１１は、補正データを取得するために切換部１０５を切り換えて固体撮像素子１０３から読み出した遮光データをラインメモリ１０６に出力する。或いは、制御部１１１は、露光後に画像データを取得するために切換部１０５を切り換えて固体撮像素子１０３から読み出した露光データを減算部１０８に出力する。ここで、補正データは露光前の遮光データから作成され、露光後の画像データは露光データから補正データ減算して得られる。尚、補正データ取得期間や画像データ取得期間におけるデータ取得タイミングについては後で詳しく説明する。

ラインメモリ１０６は、固体撮像素子１０３から読み出された遮光データを１行分または複数行分保持可能なバッファメモリである。ここで、遮光データは、固体撮像素子１０３で撮像する画像の中央部の行から読み出すのが好ましい。これにより、偏りの少ない補正データを得ることができる。

補正データ算出部１０７は、ラインメモリ１０６に取り込まれた遮光データから補正データを作成する。例えば複数行の遮光データを取得する場合、補正データ算出部１０７はラインメモリ１０６に取り込まれた複数行の遮光データから列毎に平均値を算出して１行分の補正データを作成する。尚、１行分の補正データは各列毎の補正データを有する。

減算部１０８は、露光後に固体撮像素子１０３から読み出される露光データから先に補正データ算出部１０７が作成した補正データを減算して画像データを出力する。この時、減算部１０８は、露光データと同じ列に対する補正データを用いる。

画像バッファ１０９は、減算部１０８が出力する画像データを一時的に保持するバッファメモリである。また、画像バッファ１０９は、画像処理部１１０の処理バッファとしても用いられる。尚、先に説明したラインメモリ１０６と画像バッファ１０９は物理的に同じメモリを用いて記憶領域を分けても構わない。

画像処理部１１０は、画像バッファ１０９に記憶されている画像データに対して制御部１１１から指示された画像処理（色補間処理，ガンマ補正処理，エッジ強調処理など）を施す。

制御部１１１は、内部に予め記憶されたプログラムコードに従って動作するＣＰＵで構成され、操作部１１３に設けられた各種の操作ボタンの操作内容に応じて電子カメラ１００の各部の動作を制御する。例えば、制御部１１１は、メカニカルシャッタ１０２の開閉、固体撮像素子１０３から信号を読み出す行やタイミングの制御、ＡＦＥ１０４のゲイン設定やＡ／Ｄ変換のタイミング制御、切換部１０５の切り換えを行って撮影画像を画像バッファ１０９に取り込み、画像処理部１１０に指令して画像処理を行った後、表示部１１４に撮影画像を表示したり、メモリカードＩ／Ｆ１１５に装着されているメモリカード１１５ａに保存する。特に本実施形態では、制御部１１１は、水平方向の固有のノイズ成分を補正するための補正データを取得するための各部の制御を行う。例えば、制御部１１１は、補正データを作成するために、固体撮像素子１０３から遮光データを読み出す行を指定したり、切換部１０５をラインメモリ１０６側に切り替えたり、補正データ算出部１０７に補正データの作成を指令する。

メモリ１１２は、不揮発性の記憶媒体で、電子カメラ１００の撮影モードや動作に必要なパラメータなどを記憶する。

操作部１１３は、電源ボタン，レリーズボタン，モード選択ダイヤルなどの操作ボタンを有し、ユーザーの操作に応じて制御部１１１に操作内容を出力する。

表示部１１４は、例えば液晶モニタで構成される。そして、制御部１１１が出力する設定メニュー画面や画像バッファ１０９に取り込まれた撮影画像、或いはメモリカードＩ／Ｆ１１５に装着されているメモリカード１１５ａに保存された撮影済みの画像などが表示される。

メモリカードＩ／Ｆ１１５は、メモリカード１１５ａを装着するためのインタフェースで、制御部１１１から出力される画像データをメモリカード１１５ａに記憶する。或いは、制御部１１１の指令に応じてメモリカード１１５ａに記憶されている撮影済みの画像データを読み出して制御部１１１に出力する。

ここで、制御部１１１が行う本実施形態における撮影処理の流れについて図２のフローチャートを用いて説明する。図２において、撮影モードが開始されると（ステップＳ１０１）、レリーズボタンが押下されるのを待つ（ステップＳ１０２）。レリーズボタンが押下されると補正データの取得し（ステップＳ１０３）、メカニカルシャッタ１０２を開閉して撮像（露光）が行われる（ステップＳ１０４）。そして、露光データを読み出してステップＳ１０３で取得した補正データで補正し画像データを取得する（ステップＳ１０５）。その後、色補間処理やガンマ補正などの画像処理を行って（ステップＳ１０６）、メモリカード１１５ａに保存し（ステップＳ１０７）、撮影処理を終了する（ステップＳ１０８）。

このように、本実施形態に係る電子カメラ１００は、水平方向のノイズ成分を除去する補正処理を行って画像を撮影することができる。

［固体撮像素子１０３の構成］
次に、固体撮像素子１０３の構成について説明する。図３は、固体撮像素子１０３の構成例を示すブロック図である。図３において、固体撮像素子１０３は、複数の画素Ｐｘからなる画素アレイ１５１と、垂直駆動回路１５２と、垂直信号線ＶＬＩＮＥと、画素電流源Ｐｗと、カラムアンプＣａｍｐと、ＣＤＳ回路１５３と、水平出力回路１５４と、水平駆動回路１５５と、出力アンプＡＭＰｏｕｔとで構成される。ここで、各符号に（ｎ，ｍ）や（ｎ）および（ｍ）を付加して記載する場合は特定の画素や行または列を示すものとする。尚、図３において、画素Ｐｘ（ｎ，ｍ）は各画素の座標を示し、ｎは１から（Ｎ＋４）の整数、ｍは１から４の整数である。例えばＰｘ（２，１）は２行１列目の画素を示し、ＶＬＩＮＥ（３）は３列目の垂直信号線を示し、ＴＸ（Ｎ＋２）は（Ｎ＋２）行目の転送信号ＴＸを示す。また、各符号に（＿）を付さない場合、例えば画素Ｐｘと表記した場合は全画素に共通であることを示し、垂直信号線ＶＬＩＮＥと表記した場合は全ての垂直信号線に共通であることを示す。

図３の例では、縦方向が（Ｎ＋４）画素で横方向が４画素を有する（Ｎ＋４）行，４列の画素アレイ１５１を示している。そして、同じ行の各画素には、垂直駆動回路１５２から同じ制御信号が行毎に与えられる。例えば、（Ｎ＋１）行の４つの画素（画素Ｐｘ（Ｎ＋１，１）からＰｘ（Ｎ＋１，４））には、垂直駆動回路１５２から３つの制御信号（転送信号ＴＸ（Ｎ＋１），リセット信号ＦＤＲＳＴ（Ｎ＋１）および選択信号ＳＥＬ（Ｎ＋１））が与えられる。尚、１行目，２行目，（Ｎ＋２）行目，（Ｎ＋３）行目および（Ｎ＋４）行目についても同様である。

また、同じ列の各画素の出力は、列毎に配置された垂直信号線ＶＬＩＮＥに接続され、各垂直信号線ＶＬＩＮＥには各画素のトランジスタとソースホロワを形成する画素電流源Ｐｗが配置され、各垂直信号線ＶＬＩＮＥに読み出された信号は各列のカラムアンプＣａｍｐに入力される。例えば、１列目の各画素（画素Ｐｘ（Ｎ＋４，１）からＰｘ（１，１））の出力は垂直信号線ＶＬＩＮＥ（１）に接続され、画素電流源Ｐｗ（１）が配置されるカラムアンプＣａｍｐ（１）に入力される。尚、２列目から４列目についても同様である。

ここで、各画素Ｐｘの構成について図４を用いて説明する。図４は、画素Ｐｘの回路図である。図４において、画素Ｐｘは、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴｔｘと、浮遊拡散領域ＦＤと、リセットトランジスタＴｒｓｔと、増幅トランジスタＴａｍｐと、選択トランジスタＴｓｅｌとで構成される。

フォトダイオードＰＤは、被写体から入射する光量に応じた電荷を発生・蓄積する。

転送トランジスタＴｔｘは、垂直駆動回路１５２から出力される転送信号ＴＸによってオンオフされる。例えば転送信号ＴＸがＨｉｇｈレベルの場合に転送トランジスタＴｔｘはオンになり、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷は浮遊拡散領域ＦＤに転送される。

浮遊拡散領域ＦＤは、コンデンサＣｆｄを形成し、転送トランジスタＴｔｘを介してフォトダイオードＰＤから転送された電荷を保持する。

リセットトランジスタＴｒｓｔは、垂直駆動回路１５２から出力されるリセット信号ＦＤＲＳＴによってオンオフされる。例えばリセット信号ＦＤＲＳＴがＨｉｇｈレベルの場合にリセットトランジスタＴｒｓｔはオンになり、浮遊拡散領域ＦＤに保持された電荷を電源電圧ＶＤＤ側に放出して浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄは電源電圧ＶＤＤに引き上げられる。

増幅トランジスタＴａｍｐは、浮遊拡散領域ＦＤに保持された電荷を電圧信号に変換する。

選択トランジスタＴｓｅｌは、垂直駆動回路１５２から出力される選択信号ＳＥＬによってオンオフされる。例えば選択信号ＳＥＬがＨｉｇｈレベルの場合に選択トランジスタＴｓｅｌはオンになり、増幅トランジスタＴａｍｐが出力する信号を垂直信号線ＶＬＩＮＥに読み出す。

このようにして、図３に示す画素アレイ１５１の各画素ＰｘのフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷は、一旦、浮遊拡散領域ＦＤに転送された後、各列の垂直信号線ＶＬＩＮＥ（１）からＶＬＩＮＥ（４）にそれぞれ読み出され、各列のカラムアンプＣａｍｐ（１）からＣａｍｐ（４）にぞれぞれ入力される。

図３において、カラムアンプＣａｍｐ（１）からＣａｍｐ（４）の出力はＣＤＳ回路１５３に入力される。ＣＤＳ回路１５３は、相関二重サンプリング回路と呼ばれ、各画素ＰｘからカラムアンプＣａｍｐまでの各列のオフセットノイズを除去する回路である。

ここで、ＣＤＳ回路１５３の動作について説明する。垂直駆動回路１５２は、画素ＰｘのフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を浮遊拡散領域ＦＤに転送する前に浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄを読み出す（以降、ダーク信号と称す）。さらに、垂直駆動回路１５２は、ダーク信号を読み出す期間にダーク用サンプルホールド信号ＤＡＲＫ＿Ｓ／Ｈを制御し、読み出されたダーク信号をダーク用コンデンサＣｄに保持する。続いて、垂直駆動回路１５２は、画素ＰｘのフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を浮遊拡散領域ＦＤに転送後、浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄを読み出す（以降、ＰＤ信号と称す）。さらに、垂直駆動回路１５２は、ＰＤ信号を読み出す期間にシグナル用サンプルホールド信号ＳＩＧＮＡＬ＿Ｓ／Ｈを制御し、読み出されたＰＤ信号をシグナル用コンデンサＣｓに保持する。

水平出力回路１５４は、各列に配置されたシグナル用コンデンサＣｓおよびダーク用コンデンサＣｄに保持されたダーク信号およびＰＤ信号を出力アンプＡＭＰｏｕｔに出力するか否かを切り換えるシグナル用スイッチＳｓｏとダーク用スイッチＳｄｏとで構成される。そして、水平駆動回路１５５から与えられる制御信号（水平出力信号ＧＨ１からＧＨ４）に応じて各コンデンサに保持された信号を読み出し、列順に出力アンプＡＭＰｏｕｔに出力する。例えば水平出力信号ＧＨ１によってシグナル用スイッチＳｓｏ（１）およびダーク用スイッチＳｄｏ（１）を制御し、シグナル用コンデンサＣｓ（１）およびダーク用コンデンサＣｄ（１）に保持されたダーク信号およびＰＤ信号が出力アンプＡＭＰｏｕｔに出力される。同様に、水平出力信号ＧＨ２は２列目の各信号が出力アンプＡＭＰｏｕｔに出力され、水平出力信号ＧＨ３は３列目、水平出力信号ＧＨ４は４列目の各信号がそれぞれ出力アンプＡＭＰｏｕｔに出力される。

水平駆動回路１５５は、制御部１１１から指令される制御信号に応じて、水平出力信号ＧＨ１からＧＨ４を生成し、シグナル用スイッチＳｓｏおよびダーク用スイッチＳｄｏのオンオフを制御する。

出力アンプＡＭＰｏｕｔは、例えば差動アンプで構成され、水平出力回路１５４から入力するＰＤ信号からダーク信号を減算して、固体撮像素子１０３から出力する。これにより、各画素ＰｘからカラムアンプＣａｍｐまでの各列の同相ノイズを除去することができる。尚、ＣＤＳ回路１５３は、出力アンプＡＭＰｏｕｔで減算することによって各列のオフセットノイズの除去が終了するので、水平出力回路１５４や水平駆動回路１５５および出力アンプＡＭＰｏｕｔを含めてＣＤＳ回路１５３としても構わない。或いは、出力アンプＡＭＰｏｕｔでＰＤ信号からダーク信号を減算せずに固体撮像素子１０３の外部（例えばＡＦＥ１０４）で減算処理を行っても構わない。

ここで、ＣＤＳ回路１５３は各列のオフセットノイズを除去することはできるが、列間の水平方向のノイズ成分は除去できない。このため、従来の技術で記載したように、固体撮像素子１０３から読み出される信号に含まれている固定パターンノイズ成分やダークシェーディング成分などの水平方向（行方向）に固有のノイズ成分を除去する必要がある。

［補正データについて］
次に、固定パターンノイズ成分やダークシェーディング成分などの水平方向に固有のノイズ成分を除去するための補正データについて説明する。図５は、補正処理を説明するための図である。図５において、画像２０１は、水平方向のノイズ成分を除去しない（補正なし）場合の例を示している。補正前の画像２０１には、水平方向に白色や黒色の縦スジや画面中央付近から左右両端に向かって徐々に黒くなるダークシェーディングが現れている。このような水平方向のノイズ成分は、メカニカルシャッタ１０２が閉じている遮光時に固体撮像素子１０３から読み出す遮光データと露光後に固体撮像素子１０３から読み出す露光データの両方に同じように含まれている。そこで、露光前に予め設定した特定の行から読み出した遮光データを用いて、水平方向の固有のノイズ特性を示す補正データ２５０を作成する。そして、露光後に固体撮像素子１０３から読み出す露光データから補正データ２５０を減算する。これにより、露光データに含まれる補正データ２５０と同じ特性の水平方向のノイズ成分が除去され、高画質な補正後の画像２０２が得られる。尚、図５では、一様な明るさの光が固体撮像素子１０３の全面に入射しているものとする。

ところが、図６に示すように、遮光データを読み出す補正データ取得期間は、操作部１１３のレリーズボタンが押下されてから実際に露光するまでの間に行う必要があるため、全ての行の遮光データを読み出すと補正データ取得期間が長くなり、レリーズタイムラグが大きくなってしまうという問題がある。そこで、一般にレリーズタイムラグを小さくするために、固体撮像素子１０３の全ての行ではなく一部の行から遮光データを読み出して補正データを作成する方法が用いられる。この場合、図５の画像２０３に示すように、１画面内に遮光データを読み出す行２０３ａと遮光データを読み出さない行２０３ｂとが存在する。特に、画素Ｐｘの画素アンプ（増幅トランジスタＴａｍｐ）の特性が非線形な領域を使用する場合、遮光データを読み出す行２０３ａと遮光データを読み出さない行２０３ｂとの間で浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄに電位差が生じるため、図５の画像２０３に示すように、例えば遮光データを取得する行２０３ａが遮光データを取得しない行２０３ｂに比べて黒くなるという問題が生じる。

この原因について、図７を用いて説明する。ここで、遮光データを読み出して補正データを作成する行を図３の（Ｎ＋１）行目、遮光データを読み出さない行（補正データの作成に用いない行）を（Ｎ＋３）行目とする。図７は、補正データを取得する（Ｎ＋１）行目の補正データ取得期間と画像データ取得期間の従来技術のタイミングチャートを示している。尚、補正データ取得期間においては固体撮像素子１０３から遮光データを読み出して補正データを作成し、画像データ取得期間においては露光データを読み出して先に作成した補正データを減算し、補正後の画像データを作成する。

図７において、図３および図４と同符号の制御信号は同じものを示す。また、タイミングＴ０以前に、全画素Ｐｘの転送トランジスタＴｔｘおよびリセットトランジスタＴｒｓｔは、転送信号ＴＸおよびリセット信号ＦＤＲＳＴが共にオンされて、フォトダイオードＰＤおよび浮遊拡散領域ＦＤの電荷は共に初期化されている。そして、タイミングＴ０時点の（Ｎ＋１）行目の浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄ（Ｎ＋１）はＶｆｄ＿ｉｎｉｔ１になっている。ここで、（Ｎ＋１）行目には複数の画素Ｐｘがあるので、浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄ（Ｎ＋１）は、そのいずれかの画素Ｐｘにおける浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄを示すものとする。

＜補正データ取得期間＞
タイミングＴ１において、選択信号ＳＥＬがＨｉｇｈになって選択トランジスタＴｓｅｌがオンすると、浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄが増幅トランジスタＴａｍｐおよび選択トランジスタＴｓｅｌを介して垂直信号線ＶＬＩＮＥに読み出される。

タイミングＴ２において、リセット信号ＦＤＲＳＴがＨｉｇｈになってリセットトランジスタＴｒｓｔがオンすると、浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄは電源ＶＤＤの電圧に近づいていく。ところが、リセットトランジスタＴｒｓｔのオン抵抗Ｒｏｎは図８（リセットトランジスタＴｒｓｔのソース電圧Ｖｓとオン抵抗Ｒｏｎの特性を示す図）のように、リセットトランジスタＴｒｓｔのソース電位Ｖｓが電源電圧ＶＤＤに近づくにつれて大きくなっていく。このため、浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄは、図７に示すリセット信号ＦＤＲＳＴのパルス幅（タイミングＴ２とＴ３の間隔）に応じて変動する。ここで、リセット信号ＦＤＲＳＴをＨｉｇｈにする前の浮遊拡散領域ＦＤの電位をＶｆｄ＿ｉｎｉｔ１、リセット信号ＦＤＲＳＴを所定時間（タイミングＴ２からＴ３まで）Ｈｉｇｈにした後の浮遊拡散領域ＦＤの電位をＶｆｄ＿ａｆｔｅｒ１とすると、リセット信号ＦＤＲＳＴによって画素Ｐｘから読み出される信号に電位差ΔＶｆｄ＿ｒ＿ｏｎ１が生じる。

タイミングＴ４からＴ５において、ダーク用サンプルホールド信号ＤＡＲＫ＿Ｓ／ＨがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷（信号電荷）が浮遊拡散領域ＦＤに転送される前の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ１がダーク用コンデンサＣｄに保持される。

タイミングＴ６からＴ７において、転送信号ＴＸがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤの信号電荷が浮遊拡散領域ＦＤに転送される。

タイミングＴ８からＴ９において、シグナル用サンプルホールド信号ＳＩＧＮＡＬ＿Ｓ／ＨがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤの信号電荷が浮遊拡散領域ＦＤに転送された後の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ１に対応する電圧がシグナル用コンデンサＣｓに保持される。ここで、フォトダイオードＰＤの信号電荷が浮遊拡散領域ＦＤに転送された後と転送される前の浮遊拡散領域ＦＤの電位が実質的に同じ電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ１になるのは、フォトダイオードＰＤの信号電荷が初期化されているからである。

タイミングＴ１０からＴ１３において、水平駆動回路１５５によって図７の水平出力信号ＧＨ１からＧＨ４の短いパルスをそれぞれのシグナル用スイッチＳｓｏおよびダーク用スイッチＳｄｏに与え、シグナル用コンデンサＣｓおよびダーク用コンデンサＣｄにサンプルホールドされた各信号が順次、出力アンプＡＭＰｏｕｔに読み出され、固体撮像素子１０３からＡＦＥ１０４に出力される。

ここで、（Ｎ＋２）行目からも補正データ作成用の遮光データを読み出す場合は、図７で説明したタイミングチャートと同様の手順で補正データ取得期間において遮光データが読み出される。

このようにして、ＡＦＥ１０４に出力された遮光データは、切換部１０５を介してラインメモリ１０６に保持され、補正データ算出部１０７によって補正データが作成される。例えば、（Ｎ＋１）行目と（Ｎ＋２）行目の２つの行から遮光データを読み出した場合は、ラインメモリ１０６に（Ｎ＋１）行目と（Ｎ＋２）行目の２つの行の遮光データが保持される。この場合、補正データ算出部１０７は、例えば（Ｎ＋１）行目の遮光データと（Ｎ＋２）行目の遮光データの同じ列の遮光データの平均値を求めて当該列の補正データを作成する。同様に、補正データ算出部１０７は、各列の補正データを求めて１行分の補正データを得ることができる。

＜画像データ取得期間＞
補正データ取得期間に続いて、図６に示したように固体撮像素子１０３の各画素のフォトダイオードＰＤに光が入射される光量に応じた電荷が蓄積される（露光）。そして、図７に示す画像データ取得期間が開始される。尚、ここでは特徴がわかりやすいように、入射光の明るさ画素アレイ１５１の全面に対して一様であるものとする。

図７において、補正データ取得期間が終了して画像データ取得期間が開始されるタイミングＴ２０における浮遊拡散領域ＦＤの電位ＶｆｄはＶｆｄ＿ａｆｔｅｒ１である。

タイミングＴ２１において、選択信号ＳＥＬがＨｉｇｈになって選択トランジスタＴｓｅｌがオンすると、浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄが増幅トランジスタＴａｍｐおよび選択トランジスタＴｓｅｌを介して垂直信号線ＶＬＩＮＥに読み出される。

タイミングＴ２２において、リセット信号ＦＤＲＳＴがＨｉｇｈになってリセットトランジスタＴｒｓｔがオンすると、浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄは電源ＶＤＤの電圧に近づいていく。ところが、補正データ取得期間のタイミングＴ２と同様にリセットトランジスタＴｒｓｔのオン抵抗Ｒｏｎの特性によって、浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄは、リセット信号ＦＤＲＳＴのパルス幅（タイミングＴ２２とＴ２３の間隔）に応じて変動する。そして、補正データ取得期間と同様に、リセット信号ＦＤＲＳＴの前後で電位差ΔＶｆｄ＿ｒ＿ｏｎ１が生じ、画像データ取得期間の開始前の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ１は、リセット信号ＦＤＲＳＴを所定時間（タイミングＴ２２からＴ２３まで）Ｈｉｇｈにした後の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ２になる。

タイミングＴ２４からＴ２５において、ダーク用サンプルホールド信号ＤＡＲＫ＿Ｓ／ＨがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷（信号電荷）が浮遊拡散領域ＦＤに転送される前の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ２に対応する電圧がダーク用コンデンサＣｄに保持される。

タイミングＴ２６からＴ２７において、転送信号ＴＸがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤの信号電荷が浮遊拡散領域ＦＤに転送される。この場合は、露光されているので光量に応じた電位差ΔＶｆｄ１だけ低くなり、浮遊拡散領域ＦＤは電位Ｖｆｄ＿ｉｍｇ１となる。

タイミングＴ２８からＴ２９において、シグナル用サンプルホールド信号ＳＩＧＮＡＬ＿Ｓ／ＨがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤの信号電荷が浮遊拡散領域ＦＤに転送された後の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ｉｍｇ１に対応する電圧がシグナル用コンデンサＣｓに保持される。

タイミングＴ３０からＴ３３において、水平駆動回路１５５によって図７の水平出力信号ＧＨ１からＧＨ４の短いパルスをそれぞれのシグナル用スイッチＳｓｏおよびダーク用スイッチＳｄｏに与え、シグナル用コンデンサＣｓおよびダーク用コンデンサＣｄにサンプルホールドされた各信号が順次、出力アンプＡＭＰｏｕｔに読み出される。そして、出力アンプＡＭＰｏｕｔでＰＤ信号（Ｖｆｄ＿ｉｍｇ１）からダーク信号（Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ２）が引き算された信号（ΔＶｆｄ１）が固体撮像素子１０３からＡＦＥ１０４に出力される。

タイミングＴ４０で（Ｎ＋１）行目の画像データ取得期間を終了し、タイミングＴ２０からＴ４０までの同様の処理を補正データを取得するために遮光データを読み出す全ての行について繰り返し行われる。

このようにして、ＡＦＥ１０４に出力された露光データは、切換部１０５を介して減算部１０８に出力される。減算部１０８は、露光データから補正データ取得期間において補正データ算出部１０７によって生成された補正データを減算して水平方向のノイズ成分を除去した画像データを作成する。例えば図３において、画素Ｐｘ（Ｎ＋１，１）から読み出された露光データから先に作成された補正データの１列目の補正データを減算して画素Ｐｘ（Ｎ＋１，１）の画像データを求める。同様に、画素Ｐｘ（Ｎ＋１，２）から読み出された露光データから２列目の補正データを減算して画素Ｐｘ（Ｎ＋１，２）の画像データを求め、画素Ｐｘ（Ｎ＋１，３）および画素Ｐｘ（Ｎ＋１，３）から読み出された露光データから３列目の補正データおよび４列目の補正データをそれぞれ減算して画素Ｐｘ（Ｎ＋１，３）および画素Ｐｘ（Ｎ＋１，４）の画像データをそれぞれ求める。

次に、補正データを作成するための遮光データを読み出さない行（例えば（Ｎ＋３）行）の場合について図９のタイミングチャートを用いて説明する。尚、図７のタイミングチャートと同じ符号のものは同じものを示す。例えば転送信号ＴＸ、リセット信号ＦＤＲＳＴ、選択信号ＳＥＬ，ダーク用サンプルホールド信号ＤＡＲＫ＿Ｓ／Ｈ、シグナル用サンプルホールド信号ＳＩＧＮＡＬ＿Ｓ／Ｈ、水平出力信号ＧＨ１からＧＨ４は、画像データ取得期間のタイミングＴ２０からＴ４０において、図７と同じタイミングである。

一方、補正データを作成するための遮光データを読み出さない（Ｎ＋３）行においても、タイミングＴ０以前に、全画素Ｐｘの転送トランジスタＴｔｘおよびリセットトランジスタＴｒｓｔは、転送信号ＴＸおよびリセット信号ＦＤＲＳＴが共にオンされて、フォトダイオードＰＤおよび浮遊拡散領域ＦＤの電荷は共に初期化されており、図７の場合と同様に、タイミングＴ０時点の（Ｎ＋３）行目の浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄ（Ｎ＋１）はＶｆｄ＿ｉｎｉｔ１になっている。

図９の場合は、補正データ取得期間において、転送信号ＴＸおよびリセット信号ＦＤＲＳＴは出力されないので、浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄは、初期化された電圧Ｖｆｄ＿ｉｎｉｔ１が維持されて画像データ取得期間が開始される。図７の場合と同様に、画像データ取得期間が開始される前に露光が行われ、各画素ＰｘのフォトダイオードＰＤに光が入射される光量に応じた電荷が蓄積される。そして、タイミングＴ２０から画像データ取得期間が開始される。

タイミングＴ２２において、リセット信号ＦＤＲＳＴがＨｉｇｈになってリセットトランジスタＴｒｓｔがオンすると、浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄは電源ＶＤＤの電圧に近づいていく。ところが、図７の場合と同様にリセットトランジスタＴｒｓｔのオン抵抗Ｒｏｎの特性によって、リセット信号ＦＤＲＳＴの前後で電位差ΔＶｆｄ＿ｒ＿ｏｎ３が生じ、画像データ取得期間の開始前の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ｉｎｉｔ１は、リセット信号ＦＤＲＳＴが終了するタイミングＴ２３で電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ３になる。ここで、図７の場合は画像データ取得期間の開始前の浮遊拡散領域ＦＤの電位ＶｆｄはＶｆｄ＿ａｆｔｅｒ１であったのに対して、図９の場合はＶｆｄ＿ｉｎｉｔ１になっている。

タイミングＴ２４からＴ２５において、ダーク用サンプルホールド信号ＤＡＲＫ＿Ｓ／ＨがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷（信号電荷）が浮遊拡散領域ＦＤに転送される前の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ３に対応する電圧がダーク用コンデンサＣｄに保持される。

タイミングＴ２６からＴ２７において、転送信号ＴＸがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤの信号電荷が浮遊拡散領域ＦＤに転送される。この場合は、露光されているので光量に応じた電位差ΔＶｆｄ２だけ低くなり、浮遊拡散領域ＦＤは電位Ｖｆｄ＿ｉｍｇ２となる。

タイミングＴ２８からＴ２９において、シグナル用サンプルホールド信号ＳＩＧＮＡＬ＿Ｓ／ＨがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤの信号電荷が浮遊拡散領域ＦＤに転送された後の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ｉｍｇ２に対応する電圧がシグナル用コンデンサＣｓに保持される。

タイミングＴ３０からＴ３３において、水平駆動回路１５５によって図７の水平出力信号ＧＨ１からＧＨ４の短いパルスをそれぞれのシグナル用スイッチＳｓｏおよびダーク用スイッチＳｄｏに与え、シグナル用コンデンサＣｓおよびダーク用コンデンサＣｄにサンプルホールドされた各信号が順次、出力アンプＡＭＰｏｕｔに読み出される。そして、出力アンプＡＭＰｏｕｔでＰＤ信号（Ｖｆｄ＿ｉｍｇ２）からダーク信号（Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ３）が引き算された信号（ΔＶｆｄ２）が固体撮像素子１０３からＡＦＥ１０４に出力される。

タイミングＴ４０で（Ｎ＋１）行目の画像データ取得期間を終了し、タイミングＴ２０からＴ４０までの同様の処理を補正データを取得するために遮光データを読み出さない全ての行について繰り返し行われる。

このようにして、ＡＦＥ１０４に出力された露光データは、切換部１０５を介して減算部１０８に出力される。減算部１０８は、露光データから補正データ取得期間において補正データ算出部１０７によって生成された補正データを減算して水平方向のノイズ成分を除去した画像データを作成する。ここで、補正データを取得するために遮光データを読み出さない行の露光データに対して用いられる補正データは、先に図７で説明したように、遮光データを読み出す行で取得した補正データが用いられる。尚、この場合も、露光データと同じ列の補正データが用いられる。

同様に、固体撮像素子１０３の画素アレイ１５１の全ての行の露光データに対して水平方向のノイズを補正した画像データを求め、画像バッファ１０９に１画面分の撮影画像を取り込むことができる。

ここで、図７と図９のタイミングチャートを比較して、補正データ取得期間において遮光データを読み出す行と遮光データを読み出さない行とで固体撮像素子１０３から出力される信号が異なる理由について説明する。

図７に示した補正データを作成するための遮光データを読み出す行の場合、浮遊拡散領域ＦＤのダーク信号の電圧はＶｆｄ＿ａｆｔｅｒ２およびＰＤ信号の電圧はＶｆｄ＿ｉｍｇ１なので、フォトダイオードＰＤで蓄積された電荷に対応する電圧はΔＶｆｄ１である。

これに対して、図９に示した補正データを作成するための遮光データを読み出さない行の場合、浮遊拡散領域ＦＤのダーク信号の電圧はＶｆｄ＿ａｆｔｅｒ３およびＰＤ信号の電圧はＶｆｄ＿ｉｍｇ２なので、フォトダイオードＰＤで蓄積された電荷に対応する電位差はΔＶｆｄ２である。

ここで、固体撮像素子１０３に入射される光は画素アレイ１５１全部に対して一様であるため、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷も各画素で同じである。このため、浮遊拡散領域ＦＤのダーク信号の電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ２とＶｆｄ＿ａｆｔｅｒ３は異なるが、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を浮遊拡散領域ＦＤに転送後の電位Ｖｆｄが変化する電位差ΔＶｆｄ１と電位差ΔＶｆｄ２は等しくなる。

先ず、画素アンプ（増幅トランジスタＴａｍｐ）の入出力特性が理想的な線形領域で使用する場合について図１０（ａ）を用いて説明する。図１０（ａ）は、浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄと画素出力電圧（垂直信号線ＶＬＩＮＥに出力される電圧）の関係を示すグラフである。尚、図１０（ａ）において、図７および図９のタイミングチャートと同じ符号は同じものを示す。

図１０（ａ）に示すように、増幅トランジスタＴａｍｐの入出力特性３５１が線形である場合、補正データを作成するための遮光データを読み出す行の浮遊拡散領域ＦＤの電位差ΔＶｆｄ１を入力する増幅トランジスタＴａｍｐの出力電圧（選択トランジスタＴｓｅｌを介して垂直信号線ＶＬＩＮＥに読み出される画素出力電圧）はΔＶｏｕｔ１となる。同様に、補正データを作成するための遮光データを読み出さない行の浮遊拡散領域ＦＤの電位差ΔＶｆｄ２を入力する増幅トランジスタＴａｍｐの出力電圧はΔＶｏｕｔ２となる。ここで、先に説明したように、増幅トランジスタＴａｍｐの入出力特性３５１が線形で、入力される電位差はΔＶｆｄ１＝ΔＶｆｄ２なので、画素出力電位差ΔＶｏｕｔ１＝ΔＶｏｕｔ２となる。

このように、増幅トランジスタＴａｍｐの入出力特性３５１が線形である場合は、補正データを作成するための遮光データを読み出す行と補正データを作成するための遮光データを読み出さない行との間で画素出力電圧は変わらないので、図５の画像２０３のような黒い帯が現れることはない。

ところが、図１０（ｂ）に示すように、増幅トランジスタＴａｍｐの入出力特性３５２のように非線形である場合は、補正データを作成するための遮光データを読み出す行と補正データを作成するための遮光データを読み出さない行との間で画素出力電圧が異なるので、図５の画像２０３のような黒い帯が現れる。例えば、図１０（ｂ）において、増幅トランジスタＴａｍｐに入力される電位差はΔＶｆｄ１＝ΔＶｆｄ２で図１０（ａ）の場合と同じであるが、増幅トランジスタＴａｍｐの入出力特性３５２のように非線形なので、それぞれの出力電位差はΔＶｏｕｔ３≠ΔＶｏｕｔ４となる。ここで、ΔＶｏｕｔ３はΔＶｆｄ１の入力電位差に対する出力電位差、ΔＶｏｕｔ４はΔＶｆｄ２の入力電位差に対する出力電位差である。

このように、増幅トランジスタＴａｍｐの入出力特性３５１が非線形な領域で使用する場合は、補正データを作成するための遮光データを読み出す行と補正データを作成するための遮光データを読み出さない行との間で画素出力電圧は異なるので、図５の画像２０３のような黒い帯が現れる。そして、本実施形態に係る電子カメラ１００では、増幅トランジスタＴａｍｐの入出力特性３５１が非線形な領域で使用する場合でも画像２０３のように画質を損なうことなく水平方向のノイズ成分を除去できるようになっている。

＜本実施形態における補正データ取得期間＞
図１１は、図７と同様に補正データを作成するための遮光データを読み出す行（（Ｎ＋１）行）に対応する本実施形態における補正データ取得期間および画像データ取得期間のタイミングチャートである。尚、図１１において、図７と同じ符号は同じものを示す。例えば転送信号ＴＸ、リセット信号ＦＤＲＳＴ、選択信号ＳＥＬ，ダーク用サンプルホールド信号ＤＡＲＫ＿Ｓ／Ｈ、シグナル用サンプルホールド信号ＳＩＧＮＡＬ＿Ｓ／Ｈ、水平出力信号ＧＨ１からＧＨ４は、画像データ取得期間のタイミングＴ２０からＴ４０において、図７と同じタイミングである。同様に、補正データ取得期間における選択信号ＳＥＬ，ダーク用サンプルホールド信号ＤＡＲＫ＿Ｓ／Ｈ、シグナル用サンプルホールド信号ＳＩＧＮＡＬ＿Ｓ／Ｈ、水平出力信号ＧＨ１からＧＨ４は、補正データ取得期間のタイミングＴ１，Ｔ４，Ｔ５およびＴ８からＴ１３において、図７と同じタイミングである。図７と異なるのは、補正データ取得期間において、転送信号ＴＸおよびリセット信号ＦＤＲＳＴが出力されないことである。このため、補正データ取得期間において、転送トランジスタＴｔｘおよびリセットトランジスタＴｒｓｔはオフの状態が維持される。

タイミングＴ１において、選択信号ＳＥＬがＨｉｇｈになって選択トランジスタＴｓｅｌがオンすると、浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄが増幅トランジスタＴａｍｐおよび選択トランジスタＴｓｅｌを介して垂直信号線ＶＬＩＮＥに読み出される。

タイミングＴ４からＴ５において、ダーク用サンプルホールド信号ＤＡＲＫ＿Ｓ／ＨがＨｉｇｈになると、タイミングＴ０以前に初期化された浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ｉｎｉｔ５に対応する電圧が読み出されてダーク用コンデンサＣｄに保持される。

タイミングＴ８からＴ９において、シグナル用サンプルホールド信号ＳＩＧＮＡＬ＿Ｓ／ＨがＨｉｇｈになると、タイミングＴ０以前に初期化された浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ｉｎｉｔ５に対応する電圧が読み出されてシグナル用コンデンサＣｓに保持される。

ここで、（Ｎ＋２）行目からも補正データ作成用の遮光データを読み出す場合は、上記の（Ｎ＋１）行目で説明したタイミングチャートと同様の手順で補正データ取得期間において遮光データが読み出される。

このようにして、ＡＦＥ１０４に出力された遮光データは、切換部１０５を介してラインメモリ１０６に保持され、補正データ算出部１０７によって補正データが作成される。尚、補正データの作成手順は図７で説明した手順と同様にして、補正データ算出部１０７は各列の補正データを求めて１行分の補正データを得ることができる。

続いて画像データ取得期間について説明する。図１１の場合は、先に説明した図９の場合と同様に、補正データ取得期間において、転送信号ＴＸおよびリセット信号ＦＤＲＳＴは出力されないので、浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄは、初期化された電圧Ｖｆｄ＿ｉｎｉｔ５が維持されて画像データ取得期間が開始される。そして、図７の場合と同様に、画像データ取得期間が開始される前に露光が行われ、各画素ＰｘのフォトダイオードＰＤに光が入射される光量に応じた電荷が蓄積される。そして、タイミングＴ２０から画像データ取得期間が開始される。

タイミングＴ２２からＴ２３において、リセット信号ＦＤＲＳＴがＨｉｇｈになってリセットトランジスタＴｒｓｔがオンすると、浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄは電源ＶＤＤの電圧に近づいていく。ところが、図７の場合と同様にリセットトランジスタＴｒｓｔのオン抵抗Ｒｏｎの特性によって、リセット信号ＦＤＲＳＴの前後で電位差ΔＶｆｄ＿ｒ＿ｏｎ４が生じ、画像データ取得期間の開始前の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ｉｎｉｔ５は、リセット信号ＦＤＲＳＴが終了するタイミングＴ２３で電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ４になる。

タイミングＴ２４からＴ２５において、ダーク用サンプルホールド信号ＤＡＲＫ＿Ｓ／ＨがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷（信号電荷）が浮遊拡散領域ＦＤに転送される前の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ４に対応する電圧がダーク用コンデンサＣｄに保持される。

タイミングＴ２６からＴ２７において、転送信号ＴＸがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤの信号電荷が浮遊拡散領域ＦＤに転送される。この場合は、露光された光量に応じた電位差ΔＶｆｄ３だけ低くなり、浮遊拡散領域ＦＤは電位はＶｆｄ＿ａｆｔｅｒ４からＶｆｄ＿ｉｍｇ３になる。

タイミングＴ２８からＴ２９において、シグナル用サンプルホールド信号ＳＩＧＮＡＬ＿Ｓ／ＨがＨｉｇｈになると、フォトダイオードＰＤの信号電荷が浮遊拡散領域ＦＤに転送された後の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄ＿ｉｍｇ３に対応する電圧がシグナル用コンデンサＣｓに保持される。

タイミングＴ３０からＴ３３において、水平駆動回路１５５によって図７の水平出力信号ＧＨ１からＧＨ４の短いパルスをそれぞれのシグナル用スイッチＳｓｏおよびダーク用スイッチＳｄｏに与え、シグナル用コンデンサＣｓおよびダーク用コンデンサＣｄにサンプルホールドされた各信号が順次、出力アンプＡＭＰｏｕｔに読み出される。そして、出力アンプＡＭＰｏｕｔでＰＤ信号（Ｖｆｄ＿ｉｍｇ３）からダーク信号（Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ４）が引き算された信号（ΔＶｆｄ３）が固体撮像素子１０３からＡＦＥ１０４に出力される。

このようにして、ＡＦＥ１０４に出力された露光データは、切換部１０５を介して減算部１０８に出力される。減算部１０８は、露光データから補正データ取得期間において補正データ算出部１０７によって生成された補正データを減算して水平方向のノイズ成分を除去した画像データを作成する。

同様に、固体撮像素子１０３の画素アレイ１５１の全ての行の露光データに対して水平方向のノイズを補正した画像データを求め、画像バッファ１０９に１画面分の撮影画像を取り込む。

次に、図１２は、補正データを作成するための遮光データを読み出さない行（（Ｎ＋３）行）に対応する本実施形態における補正データ取得期間および画像データ取得期間のタイミングチャートである。尚、図１２は、従来技術の図９に対応するタイミングチャートである。また、図１２において、図１１と同符号のものは同じものを示す。そして、図１２の場合も、タイミングＴ０以前に、全画素Ｐｘの転送トランジスタＴｔｘおよびリセットトランジスタＴｒｓｔは、転送信号ＴＸおよびリセット信号ＦＤＲＳＴが共にオンされて、フォトダイオードＰＤおよび浮遊拡散領域ＦＤの電荷は共に初期化されており、図１１の場合と同様に、タイミングＴ０時点の（Ｎ＋３）行目の浮遊拡散領域ＦＤの電圧Ｖｆｄ（Ｎ＋１）はＶｆｄ＿ｉｎｉｔ５になっている。

図１２において、補正データ取得期間に転送信号ＴＸおよびリセット信号ＦＤＲＳＴは出力されないので、画像データ取得期間開始時の浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄは、初期化された電圧Ｖｆｄ＿ｉｎｉｔ５が維持された状態にある。そして、画像データ取得期間が開始される前に露光が行われて、画素ＰｘのフォトダイオードＰＤに光が入射される光量に応じた電荷が蓄積された後、タイミングＴ２０から画像データ取得期間が開始される。ここで、タイミングＴ２１からＴ４０までの動作は、図１１の場合と同じで、タイミングＴ２２からＴ２３のリセット信号ＦＤＲＳＴの後の浮遊拡散領域ＦＤの電位はリセットトランジスタＴｒｓｔのオン抵抗ＲｏｎによりΔＶｆｄ＿ｒ＿ｏｎ４だけ高くなり、Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ４となる。また、タイミングＴ２６からＴ２７の転送信号ＴＸによってフォトダイオードＰＤで蓄積された電荷に応じて浮遊拡散領域ＦＤの電位Ｖｆｄは、図１１の場合と同様にΔＶｆｄ３だけ低くなり、Ｖｆｄ＿ｉｍｇ３となる。

このように、補正データを作成するための遮光データを読み出す行と遮光データを読み出さない行とにおいて、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を浮遊拡散領域ＦＤに転送前の電位Ｖｆｄ＿ａｆｔｅｒ４および転送後の電位Ｖｆｄ＿ｉｍｇ３はそれぞれ同じである。このため、画素アンプ（増幅トランジスタＴａｍｐ）の入出力特性が非線形領域で使用する場合であっても図１０（ｃ）に示すように増幅トランジスタＴａｍｐの出力電圧（選択トランジスタＴｓｅｌを介して垂直信号線ＶＬＩＮＥに読み出される画素出力電圧）は補正データを作成するための遮光データを読み出す行と読み出さない行とで同じ電位差ΔＶｏｕｔ５となる。この理由は、補正データを取得するための遮光データを読み出す行の各画素Ｐｘの浮遊拡散領域ＦＤに対して電位変動を与えるような駆動を行わないため、画素Ｐｘの増幅トランジスタＴａｍｐの動作点が変化しないからである。

このように、本実施形態における電子カメラ１００は、増幅トランジスタＴａｍｐの入出力特性３５１が非線形である場合でも、補正データを作成するための遮光データを読み出す行と補正データを作成するための遮光データを読み出さない行との間で画素出力電圧は変わらないので、図５の画像２０３のような固定パターンノイズが現れない。

尚、本実施形態では、電子カメラ１００を例に挙げて説明したが、電子カメラ１００ではなく、例えば固体撮像素子１０３の内部に補正データ算出部１０７や減算部１０８と同様の動作を行う補正回路を設けても構わない。

このように、本実施形態に係る電子カメラ１００は、増幅トランジスタＴａｍｐの入出力特性３５１が非線形な領域で使用する場合でも図５の画像２０３のように画質を損なうことなく水平方向のノイズ成分を除去することができ、高品質な撮影画像を得ることができる。

以上、本発明に係る撮像装置について、実施形態で例を挙げて説明してきたが、その精神またはその主要な特徴から逸脱することなく他の多様な形で実施することができる。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明は、特許請求の範囲によって示されるものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。

１００・・・電子カメラ；１０１・・・光学系；１０２・・・メカニカルシャッタ；１０３・・・固体撮像素子；１０４・・・ＡＦＥ；１０５・・・切換部；１０６・・・ラインメモリ；１０７・・・補正データ算出部；１０８・・・減算部；１０９・・・画像バッファ；１１０・・・画像処理部；１１１・・・制御部；１１２・・・メモリ；１１３・・・操作部；１１４・・・表示部；１１５・・・メモリカードＩ／Ｆ；１１５ａ・・・メモリカード；１５１・・・画素アレイ；１５２・・・垂直駆動回路：１５３・・・ＣＤＳ回路；１５４・・・水平出力回路；１５５・・・水平駆動回路；Ｐｘ・・・画素；Ｐｗ・・・電流源；ＶＬＩＮＥ・・・垂直信号線；Ｃａｍｐ・・・カラムアンプ；ダーク用スイッチ・・・Ｓｄｉ，Ｓｄｏ；シグナル用スイッチ・・・Ｓｓｉ，Ｓｓｏ；ダーク用コンデンサ・・・Ｃｄ；シグナル用コンデンサ・・・Ｃｓ；ＡＭＰｏｕｔ・・・出力アンプ；ＰＤ・・・フォトダイオード；Ｔｔｘ・・・転送用トランジスタ；Ｔｒｓｔ・・・リセット用トランジスタ；Ｔａｍｐ・・・増幅用トランジスタ；Ｔｓｅｌ・・・選択用トランジスタ；ＦＤ・・・浮遊拡散領域；ＦＤＲＳＴ・・・リセット信号；ＴＸ・・・転送信号；ＳＥＬ・・・選択信号；ＤＡＲＫ＿Ｓ／Ｈ・・・ダーク用サンプルホールド信号；ＳＩＧＮＡＬ＿Ｓ／Ｈ・・・シグナル用サンプルホールド信号；ＧＨ１，ＧＨ２，ＧＨ３，ＧＨ４・・・水平出力信号

Claims

複数の画素が行列状に配置された撮像部と、
露光前の補正データ取得期間に、行方向の画像データのばらつきを補正するための補正データを前記撮像部の一部の行から取得し、露光後の画像データ取得期間に、前記補正データを取得する行を含む画像撮影された行から取得した画像データを補正する補正部と
を備える撮像装置において、
前記撮像部は、
光量に応じた電荷を蓄積する光電変換部と、前記電荷を浮遊拡散領域に転送する転送トランジスタと、前記浮遊拡散領域に保持された電荷に応じた画素信号を出力する増幅トランジスタと、前記浮遊拡散領域に保持された電荷をリセットするリセットトランジスタと、を有する複数の画素が行列状に配置された画素アレイと、
露光前の補正データ取得期間に前記補正データを取得する行および前記補正データを取得しない行の前記リセットトランジスタをオフに制御して、前記画素アレイの前記補正データを取得する行から前記画素信号を前記補正データとして読み出す第１の読み出し制御と、露光後の画像データ取得期間に前記画素アレイの前記補正データを取得する行を含む画像撮影された行から前記画素信号を画像データとして読み出す第２の読み出し制御と、を切り替えて読み出す読み出し制御部と
を有することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記第１の読み出し制御は、前記補正データ取得期間に、前記補正データを取得する行の前記転送トランジスタをオフに制御することを特徴とする撮像装置。
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記第１の読み出し制御は、前記補正データ取得期間に、前記画素アレイの中央部に位置する行の前記画素信号を前記補正データとして読み出すことを特徴とする撮像装置。