JPH10126697A

JPH10126697A - 固体撮像素子およびその信号処理方法並びにカメラ

Info

Publication number: JPH10126697A
Application number: JP8274337A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yonemoto; 和也米本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】縦筋状の固定パターンノイズを補正するため
にそのノイズ成分のみを出力するには、固体撮像素子を
何らかの方法で遮光する必要があった。【解決手段】デバイスの電源投入初期において、画素
信号を読み出す直前にタイミングジェネレータ２２から
基板パルスφＶｓｕｂ．を出力することによって画素ト
ランジスタ１１をリセットし、しかる後光入射による信
号が無い状態で直ぐに動作パルスφＯＰを立てることに
よって画素トランジスタ１１から動作スイッチ１７を介
して画素信号を読み出してキャパシタ１８に保持し、そ
の後水平映像期間において水平シフトレジスタ２１から
水平走査パルスφＨを出力して水平スイッチ１９を順次
導通させ、キャパシタ１８の信号を順次出力すること
で、縦筋状の固定パターンノイズを補正するための基準
信号を得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びその信号処理方法並びにカメラに関し、特に増幅型固
体撮像素子に代表されるＸ‐Ｙアドレス型固体撮像素子
およびその信号処理方法、並びに撮像デバイスとしてＸ
‐Ｙアドレス型固体撮像素子を用いたカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ‐Ｙアドレス型固体撮像素子は、図１
４に示すように、多数の画素が行列状に配列されてなる
画素部１１１と、この画素部１１１の各行を順に選択す
るための垂直走査回路１１２と、画素部１１１の各列を
順に選択するための水平走査回路１１３と、信号を出力
するための出力回路（電荷検出回路）１１４とを備えて
いる。垂直走査回路１１２および水平走査回路１１３
は、例えばシフトレジスタによって構成され、垂直走査
（垂直選択）パルスφＶおよび水平走査パルスφＨを各
行および各列ごとに１個ずつ順に発生するようになって
いる。

【０００３】このＸ‐Ｙアドレス型固体撮像素子では、
水平走査回路１１３において、画素の信号電荷をキャパ
シタに保持し、このキャパシタの画素信号をＭＯＳトラ
ンジスタからなる水平スイッチを介して水平信号線から
出力回路１１４に出力するとき、水平スイッチ（ＭＯＳ
トランジスタ）のしきい値電圧Ｖｔｈのバラツキが画素
信号に重畳し、これが画面上に縦筋状の固定パターンノ
イズとして現れ、画質を劣化させることになる。

【０００４】ここで、この水平走査回路１１３から発生
する縦筋状の固定パターンノイズの発生メカニズムにつ
いて、図１５に示す水平走査回路１１３のｎ列目の信号
経路の等価回路に基づいて説明する。説明の前提とし
て、ここでは水平スイッチのしきい値電圧Ｖｔｈのバラ
ツキに注目する。

【０００５】図１５において、キャパシタ１２１に保持
された画素信号は、水平シフトレジスタ（図示せず）か
ら水平走査パルスφＨｎが水平スイッチ１２２のゲート
電極に与えられ、当該水平スイッチ１２２が導通状態に
なることによって水平信号線１２３に電荷として流れ、
出力回路１２４にて電圧に復調後出力される。このと
き、水平スイッチ１２２の遮断状態と導通状態の境界を
決めているしきい値電圧Ｖｔｈにそれぞれの列の水平ス
イッチごとにバラツキがあると、そのしきい値電圧Ｖｔ
ｈのバラツキと水平スイッチ１２２と水平信号線１２３
の間に発生している容量の変化量との積で表される電荷
が水平信号線１２３に現れるため、この電荷量に相当す
る縦筋状の固定パターンノイズが画素信号に重畳してし
まう。

【０００６】この様子を、水平スイッチ１２２をキャパ
シタンスモデルに変換した場合の等価回路を示す図１６
を用いて説明する。図１６において、（ａ）は水平スイ
ッチ（ＭＯＳトランジスタ）１２２の遮断（オフ）状態
の等価回路を、（ｂ）は水平スイッチ（ＭＯＳトランジ
スタ）１２２の導通（オン）状態の等価回路をそれぞれ
示している。

【０００７】図１６（ａ）では、水平スイッチ１２２が
遮断状態にあり、キャパシタンスモデルとしては、水平
走査パルスφＨｎが印加される水平スイッチ（ＭＯＳト
ランジスタ）のゲート電極と画素信号が保持されている
キャパシタ１２１の間に、ゲート・ドレイン間キャパシ
タンス１２２ａが発生し、水平スイッチのゲート電極と
水平信号線１２３の間にゲート・ソース間キャパシタン
ス１２２ｂが発生し、キャパシタ１２１と水平信号線１
２３は遮断されている。

【０００８】一方、図１６（ｂ）では、水平スイッチ１
２２が導通状態にあり、キャパシタ１２１は水平信号線
１２３に接続され、水平走査パルスφＨｎが印加される
水平スイッチ（ＭＯＳトランジスタ）のゲート電極と水
平信号線１２３の間にゲート・チャネル間キャパシタン
ス１２２ｃが発生する。ここで、キャパシタンス１２２
ｃの容量は、キャパシタンス１２２ａとキャパシタンス
１２２ｂの合計容量に比べてかなり大きい。

【０００９】これら２つの状態（ａ），（ｂ）が水平ス
イッチ１２２のゲート電極に印加される水平走査パルス
φＨｎの電圧に対して水平スイッチ１２２のしきい値電
圧Ｖｔｈを境に切り替わるため、それぞれの列の水平ス
イッチでしきい値電圧Ｖｔｈにバラツキがあると、その
しきい値電圧Ｖｔｈのバラツキと２つの状態（ａ），
（ｂ）の水平スイッチ１２２の容量の差との積が水平信
号線１２３にバラツキ電荷として現れ、縦筋状の固定パ
ターンノイズになる。

【００１０】今、キャパシタンス１２２ａ，１２２ｂ，
１２２ｃの容量をそれぞれＣｄｇ，Ｃｇｓ，Ｃｇとし、
水平スイッチ１２２のしきい値電圧Ｖｔｈのバラツキを
ΔＶｔｈ、水平信号線１２３に現れるバラツキ電荷をΔ
ｑ，出力回路１２４の検出キャパシタ１２５の容量をＣ
ｄ、出力に現れる縦筋状の固定パターンノイズをΔＶｏ
ｕｔとすると、バラツキ電荷Δｑと固定パターンノイズ
ΔＶｏｕｔは、 Δｑ＝（Ｃｇ−Ｃｇｄ−Ｃｇｓ）・ΔＶｔｈ ΔＶｏｕｔ＝Δｑ／Ｃｄで表される。

【００１１】具体的に、数値例をもって説明するなら
ば、Ｃｇｄ，Ｃｇｓが１ｆＦ、Ｃｇが２０ｆＦ、しきい
値電圧ＶｔｈのバラツキΔＶｔｈが５０ｍＶ、検出キャ
パシタ１２６の容量Ｃｄが０．５ｐＦであるとすると、
固定パターンノイズΔＶｏｕｔは１．８ｍＶになる。

【００１２】この従来例に係るＸ‐Ｙアドレス型固体撮
像素子の駆動タイミングと縦筋状の固定パターンノイズ
の現れ方を図１７のタイミングチャートに示す。同一行
の画素を選択する垂直走査パルスφＶ（φＶ１，…，φ
Ｖｍ，φＶｍ＋１，…）は水平ブランキング期間ごとに
順次立ち上がり、この垂直走査パルスφＶに同期して動
作パルスφＯＰが立つ。この動作パルスφＯＰは、キャ
パシタ１２１に画素信号を読み出すためのＭＯＳトラン
ジスタからなる動作スイッチ（図示せず）のゲート電極
に印加される。

【００１３】動作パルスφＯＰが立つことにより、選択
された行の画素信号が動作スイッチを介してキャパシタ
１２１に読み出される。このキャパシタ１２１に保持さ
れたある行の画素信号は、水平映像期間に入ると、水平
シフトレジスタから出力される水平走査パルスφＨ（φ
Ｈ１，…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）が順次立ち上がる
ことにより、水平スイッチ１２２が順次導通状態にな
り、出力回路１２４から画素信号が出力される。

【００１４】このとき、例えばどの画素からも同じ信号
量が出力され、水平スイッチ１２２のしきい値電圧Ｖｔ
ｈだけがそれぞれバラツキを持っているとすると、図１
７のタイミングチャートに示すように、出力信号ＯＵＴ
の信号量が一定でなく、水平スイッチ１２２のしきい値
電圧Ｖｔｈのバラツキが画素信号に重畳されたものとな
る。そして、画面上に縦筋状の固定パターンノイズとし
て現れ、画質を劣化させることになる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この縦筋状の固定パタ
ーンノイズに起因する画質の劣化を防止する方法として
は、固定パターンノイズ成分のみを抽出してこれを補正
のための基準信号として保持しておき、通常の撮像動作
時に固体撮像素子の信号出力から基準信号を減算するこ
とによって固定パターンノイズを補正する方法が考えら
れる。

【００１６】しかしながら、先述した固定パターンノイ
ズの発生メカニズムの説明では、光の入射が無い条件で
固定パターンノイズが出力信号に現れる様子を示した
が、ここで、撮像領域の中心部に光が照射されると、固
定パターンノイズ成分に光入射による信号成分が加算さ
れ、図１７のＯＵＴ‐Ｌのような出力信号波形になり、
この出力信号を補正のための基準信号として使うことが
できない。

【００１７】すなわち、従来のＸ‐Ｙアドレス型固体撮
像素子では、縦筋状の固定パターンノイズを補正するた
めに、補正信号の基準として固定パターンノイズ成分の
みを出力するには、固体撮像素子を何らかの方法で入射
光に対して遮光する必要がある。具体的には、カメラの
レンズにカバーを被せるとか、メカニカルシャッタで入
射光を遮るなどの機械的な操作が必要となる。このよう
な操作は、カメラを操作する人に対して固定パターンノ
イズの補正のための手動操作を強いたり、メカニカルシ
ャッタのようなカメラにとって本来不要な部品を必要と
することによってカメラの価格面や小型化の点で不利に
なる。

【００１８】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、カメラを操作する人
に対して手動操作を強いたり、あるいはメカニカルシャ
ッタを用いたりしなくても、縦筋状固定パターンノイズ
を補正するための基準信号を容易に得ることが可能な固
体撮像素子およびその信号処理方法並びにカメラを提供
することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子は、行列状に配置された複数の画素と、垂直選択線で
共通に接続された同一行の画素の制御電極を制御する垂
直走査回路と、同一列の画素の主電極が共通に接続され
た垂直信号線を介して出力される画素信号を行単位で順
次出力する水平走査回路と、前記水平走査回路からの画
素信号を外部に出力する出力回路とを備えた固体撮像素
子であって、画素信号を読み出してから画素をリセット
する第１の動作モードと、画素をリセットしてから画素
信号を読み出す第２の動作モードとを有する構成となっ
ている。

【００２０】上記構成の固体撮像素子において、第１の
動作モードでは、画素信号を読み出してから画素をリセ
ットすることで通常の撮像動作が行われる。一方、第２
の動作モードでは、画素をリセットしてから画素信号を
読み出すことで、光入射の有無に拘らず、水平走査回路
から発生する縦筋状の固定パターンノイズを補正するた
めの基準信号を得る処理が行われる。

【００２１】本発明による固体撮像素子の信号処理方法
では、上記構成の固体撮像素子の出力信号の処理に際
し、第２の動作モード時に得られる固体撮像素子の出力
信号を基準信号として保持し、第１の動作モード時にこ
の基準信号を用いて固体撮像素子の出力信号の補正処理
を行う。

【００２２】上記の信号処理方法において、第２の動作
モード時に得られる固体撮像素子の出力信号を、水平走
査回路から発生する縦筋状の固定パターンノイズを補正
するための基準信号として記憶保持しておく。そして、
第１の動作モード時には、固体撮像素子の出力信号か
ら、記憶保持しておいた基準信号を減算することで、水
平走査回路から発生する縦筋状の固定パターンノイズを
補正する。

【００２３】本発明によるカメラは、上記構成の固体撮
像素子と、この固体撮像素子の撮像エリア上に入射光を
導く光学系と、第２の動作モード時に得られる固体撮像
素子の出力信号を基準信号として保持し、第１の動作モ
ード時にこの基準信号を用いて固体撮像素子の出力信号
の補正処理を行う信号処理回路とを具備した構成となっ
ている。

【００２４】上記構成のカメラにおいて、固体撮像素子
の第２の動作モード時には、シャッタなどの機械的な遮
光手段を用いなくても、入射光などの影響を受けること
なく縦筋状の固定パターンノイズを補正するための基準
信号が得られる。この基準信号を信号処理回路内に記憶
保持しておく。そして、第１の動作モード時には、信号
処理回路において、固体撮像素子の出力信号から、記憶
保持しておいた基準信号を減算することで、水平走査回
路から発生する縦筋状の固定パターンノイズを補正す
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の第
１実施形態に係るＸ‐Ｙアドレス型固体撮像素子の一種
である増幅型固体撮像素子を示す概略構成図である。

【００２６】図１において、画素トランジスタ（本例で
は、ＮＭＯＳトランジスタを示す）１１が行列状に多数
配列されている。この画素トランジスタ１１において、
各ゲート電極が行単位で垂直選択線１２に、各ソース電
極が列単位で垂直信号線１３に、各ドレイン電極が電源
電圧ＶＤの電源線１４にそれぞれ接続されている。垂直
選択線１２の各々は、垂直走査回路１５の各行の出力端
に接続されている。垂直走査回路１５はシフトレジスタ
等によって構成され、垂直走査しつつ各行ごとに画素信
号を読み出すために各垂直選択線１２に垂直走査（垂直
選択）パルスφＶ（φＶ１，…，φＶｍ，φＶｍ＋１，
…）を与える。

【００２７】垂直信号線１３の各々は、水平走査回路１
６に接続されている。この水平走査回路１６は、ＭＯＳ
トランジスタからなる動作スイッチ１７、キャパシタ１
８、ＭＯＳトランジスタからなる水平スイッチ１９、水
平信号線２０および水平シフトレジスタ２１によって構
成されている。

【００２８】水平走査回路１６において、動作スイッチ
１７のゲート電極には、タイミングジェネレータ２２か
ら出力される動作パルスφＯＰが印加される。動作スイ
ッチ１７のドレイン電極には垂直信号線１３が接続さ
れ、ソース電極にはキャパシタ１８の一端および水平ス
イッチ１９のドレイン電極がそれぞれ接続されている。
キャパシタ１８の他端は接地されている。水平スイッチ
１９のソース電極は、水平信号線２０に接続され、その
ゲート電極は水平シフトレジスタ２１の各列の出力端に
接続されている。

【００２９】水平シフトレジスタ２１は、水平走査しつ
つ各列ごとにキャパシタ１８に保持された画素信号を読
み出すために、水平スイッチ１９のゲート電極に水平走
査パルスφＨ（φＨ１，…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）
を与える。タイミングジェネレータ２２は、動作パルス
φＯＰを含む各種のタイミングパルスを発生するととも
に、各画素トランジスタ１１をリセットするための基板
パルスφＶｓｕｂ．を発生する。この基板パルスφＶｓ
ｕｂ．は基板に印加されることにより、各画素の基板側
のポテンシャルバリアを崩し、画素に溜まった電荷を基
板に掃き捨てることによって画素リセットを行う。

【００３０】水平信号線２０は、出力回路２３を構成す
る演算増幅器２４の反転（−）入力端に接続されてい
る。演算増幅器２４の非反転（＋）入力端には、水平信
号線２０の動作電位を決める所定のバイアス電圧ＶＢが
印加されている。出力回路２３は、この演算増幅器２４
と、演算増幅器２４の反転入力端と出力端との間に接続
された検出キャパシタ２５と、この検出キャパシタ２５
に並列に接続されたＭＯＳトランジスタからなるリセッ
トスイッチ２６とから構成されている。そして、リセッ
トスイッチ２６のゲート電極には、リセットパルスφＲ
が印加される。

【００３１】上記構成の増幅型固体撮像素子において、
本実施形態では、縦筋状固定パターンノイズの補正のた
めの基準信号を得るために、通常の撮像動作時とは異な
り、入射光の有無に拘らず補正の基準信号として使う固
定パターンノイズ成分のみを出力するようにした動作タ
イミングを特徴としている。すなわち、デバイスの電源
投入初期において、画素信号を読み出す直前に画素リセ
ットを行い、入射光による信号成分が固定パターンノイ
ズに加算されないようにしている。

【００３２】具体的には、タイミングジェネレータ２２
において、図２のタイミングチャートに示すように、水
平ブランキング期間の前半に先ず基板パルスφＶｓｕ
ｂ．を発生することにより、選択された行の画素トラン
ジスタ１１をリセットし、次に光入射による信号の無い
状態で直ぐに動作パルスφＯＰを発生することにより、
その選択された行の信号を読み出すようにしている。

【００３３】次に、デバイスの電源投入初期において、
縦筋状固定パターンノイズの補正用の基準信号を得るた
めの回路動作について、図２のタイミングチャートを用
いて説明する。

【００３４】水平ブランキング期間にｍ行の画素トラン
ジスタ１１が、そのゲート電極に共通に接続された垂直
選択線１２に垂直走査回路１５から垂直走査パルスφＶ
ｍが与えられることによって選択される。そして、水平
ブランキング期間の前半にタイミングジェネレータ２２
から基板パルスφＶｓｕｂ．が出力されることで、その
選択されたｍ行の画素トランジスタ１１がリセットさ
れ、続いて光入射による信号の無い状態で直ぐに、タイ
ミングジェネレータ２２から動作パルスφＯＰが出力さ
れることで、その選択されたｍ行の画素トランジスタ１
１の信号が動作スイッチ１７を介してキャパシタ１８に
出力される。

【００３５】その後水平映像期間に入ると、画素トラン
ジスタ１１から読み出されてキャパシタ１８に保持され
た信号は、水平スイッチ１９が水平シフトレジスタ２１
から出力される水平走査パルスφＨ（φＨ１，…，φＨ
ｎ，φＨｎ＋１，…）に応答して順次導通することによ
り、水平スイッチ１９を介して水平信号線２０から出力
回路２３に送られる。これにより、図２のタイミングチ
ャートに示すような出力波形を持つ、撮像素子の縦筋状
の固定パターンノイズ成分のみを含む出力信号が得られ
る。

【００３６】上述したように、デバイスの電源投入初期
において、画素信号を読み出す直前に画素リセットの動
作を行い、しかる後光入射による信号が無い状態で直ぐ
に画素信号を読み出すようにしたことにより、光入射の
有無に拘らず、撮像素子の水平走査回路１６から発生す
る縦筋状の固定パターンノイズを補正するための基準信
号を容易に得ることができる。したがって、当該基準信
号を生成するに際し、カメラを操作する人に対して手動
操作を強いたり、あるいはメカニカルシャッタを用いた
りする必要がなくなる。

【００３７】図３は、本発明の第２実施形態に係る増幅
型固体撮像素子を示す概略構成図である。本実施形態に
係る増幅型固体撮像素子は、画素の表面電位のバラツキ
等に起因する固定パターンノイズを除去するために、画
素リセット前と画素リセット後の２つの画素信号を出力
する構成となっている。

【００３８】図３において、画素トランジスタ３１が行
列状に多数配列されている。この画素トランジスタ３１
において、各ゲート電極が行単位で垂直選択線３２に、
各ソース電極が列単位で垂直信号線３３に、各ドレイン
電極が電源電圧ＶＤの電源線３４にそれぞれ接続されて
いる。垂直選択線３２の各々は、垂直走査回路３５の各
行の出力端に接続されている。垂直走査回路３５はシフ
トレジスタ等によって構成され、垂直走査しつつ各行ご
とに画素信号を読み出すために各垂直選択線３２に垂直
走査（垂直選択）パルスφＶ（φＶ１，…，φＶｍ，φ
Ｖｍ＋１，…）を与える。

【００３９】垂直信号線３３の各々は、水平走査回路３
６に接続されている。この水平走査回路３６は、ＭＯＳ
トランジスタからなる第１，第２の動作スイッチ３７
ｓ，３７ｎ、第１，第２のキャパシタ３８ｓ，３８ｎ、
ＭＯＳトランジスタからなる第１，第２の水平スイッチ
３９ｓ，３９ｎ、水平信号線４０および水平シフトレジ
スタ４１によって構成されている。

【００４０】水平走査回路３６において、動作スイッチ
３７ｓ，３７ｎの各ゲート電極には、タイミングジェネ
レータ４２から出力される動作パルスφＯＰＳ，φＯＰ
Ｎが印加される。動作スイッチ３７ｓ，３７ｎの各ドレ
イン電極には垂直信号線３３が接続され、各ソース電極
にはキャパシタ３８ｓ，３８ｎの各一端および水平スイ
ッチ３９ｓ，３９ｎの各ドレイン電極がそれぞれ接続さ
れている。キャパシタ３８ｓ，３８ｎの各他端は接地さ
れている。水平スイッチ３９ｓ，３９ｎの各ソース電極
は、水平信号線４０ｓ，４０ｎに接続され、各ゲート電
極は水平シフトレジスタ４１の各列の出力端に接続され
ている。

【００４１】水平シフトレジスタ４１は、水平走査しつ
つ各列ごとにキャパシタ３８ｓ，３８ｎに保持された画
素信号を読み出すために、水平スイッチ３９ｓ，３９ｎ
の各ゲート電極に水平走査パルスφＨ（φＨ１，…，φ
Ｈｎ，φＨｎ＋１，…）を与える。タイミングジェネレ
ータ４２は、動作パルスφＯＰＳ，φＯＰＮを含む各種
のタイミングパルスを発生するとともに、各画素トラン
ジスタ３１をリセットするための基板パルスφＶｓｕ
ｂ．を発生する。この基板パルスφＶｓｕｂ．は基板に
印加されることにより、各画素の基板側のポテンシャル
バリアを崩し、画素に溜まった電荷を基板に掃き捨てる
ことによって画素リセットを行う。

【００４２】水平信号線４０ｓ，４０ｎは、出力回路４
３ｓ，４３ｎを構成する演算増幅器４４ｓ，４４ｎの各
反転入力端にそれぞれ接続されている。演算増幅器４４
ｓ，４４ｎの各非反転入力端には、水平信号線４０ｓ，
４０ｎの動作電位を決める所定のバイアス電圧ＶＢが印
加されている。出力回路４３ｓ，４３ｎは、これら演算
増幅器４４ｓ，４４ｎと、演算増幅器４４ｓ，４４ｎの
各反転入力端と各出力端との間に接続された検出キャパ
シタ４５ｓ，４５ｎと、これら検出キャパシタ４５ｓ，
４５ｎの各々に並列に接続されたＭＯＳトランジスタか
らなるリセットスイッチ４６ｓ，４６ｎとから構成され
ている。

【００４３】これら出力回路４３ｓ，４３ｎにおいて、
リセットスイッチ４６ｓ，４６ｎの各ゲート電極には、
リセットパルスφＲが印加される。出力回路４３ｓ，４
３ｎの各出力信号は、差動増幅器（演算増幅器）４８の
２入力となり、この差動増幅器４８においてその差分が
とられる。この差分信号は出力信号ＯＵＴとして外部に
導出される。

【００４４】上記構成の増幅型固体撮像素子において、
通常の撮像動作では、垂直信号線３３に出力された画素
リセット前の画素信号が、第１の動作スイッチ３７ｓの
ゲート電極に与えられる動作パルスφＯＰＳが立ち、当
該動作スイッチ３７ｓが導通状態になることによって第
１のキャパシタ３８ｓに保持され、さらに垂直信号線３
３に出力された画素リセット後の画素信号が、第２の動
作スイッチ３７ｎのゲート電極に与えられる動作パルス
φＯＰＮが立ち、当該動作スイッチ３７ｎが導通状態に
なることによって第２のキャパシタ３８ｎに保持され
る。

【００４５】そして、画素リセット前と画素リセット後
のそれぞれの画素信号は、水平映像期間中に水平シフト
レジスタ４１から出力される水平走査パルスφＨ（φＨ
１，…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）が第１，第２の水平
スイッチ３９ｓ，３９ｎの各ゲート電極に与えられ、こ
れら水平スイッチ３９ｓ，３９ｎが導通状態になること
により、水平信号線４０ｓ，４０ｎを通して出力回路４
３ｓ，４３ｎから出力され、差動増幅器４８でその差分
がとられる。その結果、画素の表面電位のバラツキ等に
起因する固定パターンノイズが除去された映像信号が出
力される。

【００４６】このように、画素の表面電位のバラツキ等
に起因する固定パターンノイズを除去するようになされ
た増幅型固体撮像素子において、本実施形態では、画素
に起因する固定パターンノイズとは別に水平走査回路３
６の動作スイッチ３７ｓ，３７ｎや水平スイッチ３９
ｓ，３９ｎのしきい値電圧Ｖｔｈのバラツキなどに起因
する縦筋状の固定パターンノイズの除去にも対応できる
ようにした点を特徴としている。

【００４７】すなわち、縦筋状の固定パターンノイズを
除去するのに使う基準信号を得るために、通常の撮像動
作で画素リセット前の画素信号を第１のキャパシタ３８
ｓに保持するところ、第２のキャパシタ３８ｎと同様に
第１のキャパシタ３８ｓにも画素リセット後の信号を保
持し、同じ画素リセット後の信号を出力回路４３ｓ，４
３ｎから出力してその縦筋状の固定パターンノイズ成分
のみを出力するようにしている。

【００４８】以下に、この縦筋状の固定パターンノイズ
成分のみを出力するための回路動作について、図４のタ
イミングチャートに基づいて説明する。なお、この動作
は、デバイスの電源投入初期において行われるものとす
る。

【００４９】ある水平ブランキング期間中に、垂直走査
回路３５からの垂直走査パルスφＶ（φＶ１，…，φＶ
ｍ，φＶｍ＋１，…）のうちの垂直走査パルスφＶｍが
立つことによって選択されたｍ行目の画素行について、
基板パルスφＶｓｕｂ．が立ち下がることによってｍ行
目の画素がリセットされる。そして、その直後に第１の
動作スイッチ３７ｓのゲート電極に与えられる動作パル
スφＯＰＳが立ち、当該動作スイッチ３７ｓが導通する
ことにより、画素リセット後の信号が第１のキャパシタ
３８ｓに保持される。

【００５０】さらに、同じ水平ブランキング期間中に同
じｍ行目の画素行について、もう一度基板パルスφＶｓ
ｕｂ．が立ち下がることによってｍ行目の画素が再度リ
セットされる。そして、その直後に第２の動作スイッチ
３７ｎのゲート電極に与えられる動作パルスφＯＰＮが
立ち、当該動作スイッチ３７ｎが導通することによっ
て、画素リセット後の信号が第２のキャパシタ３８ｎに
保持される。

【００５１】第１，第２のキャパシタ３８ｓ，３８ｎに
保持された同じ画素リセット後の信号は、水平映像期間
中に水平シフトレジスタ４１から出力される水平走査パ
ルスφＨ（φＨ１，…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）が第
１，第２の水平スイッチ３９ｓ，３９ｎの各ゲート電極
に与えられ、これら水平スイッチ３９ｓ，３９ｎが導通
することにより、水平信号線４０ｓ，４０ｎを通して出
力回路４３ｓ，４３ｎから別々の水平スイッチ等に起因
する縦筋状の固定パターンノイズ成分のみを含む信号と
して出力される。

【００５２】上述したように、画素の表面電位のバラツ
キ等に起因する固定パターンノイズを除去するために、
通常の撮像動作時に画素リセット前と画素リセット後の
２つの画素信号を出力する構成の増幅型固体撮像素子に
おいても、デバイスの電源投入時に、通常の撮像動作と
は別に、水平ブランキング期間中にある画素行に対して
画素をリセットしてから画素リセット後の信号を第１の
キャパシタ３８ｓに読み出し、その画素行についてもう
一度同じように画素をリセットしてから画素リセット後
の信号を第２のキャパシタ３８ｎに読み出し、続いて水
平映像期間に第１，第２のキャパシタ３８ｓ，３８ｎか
らそれぞれ画素リセット前と画素リセット後の２つの信
号を列ごとに順次出力し、それぞれの信号の差をとるこ
とで、シャッタなどの機械的な遮光手段を用いなくて
も、入射光などの影響を受けることなく、縦筋状の固定
パターンノイズ成分のみを容易に得ることができる。

【００５３】図５は、第２実施形態の変形例についての
動作説明のためのタイミングチャートである。第２実施
形態との違いを簡単に説明すると、第２実施形態では画
素リセットを２回行い、各画素リセット後の画素信号を
別々のタイミングで読み出して第１，第２のキャパシタ
３８ｓ，３８ｎに保持していたのに対して、本変形例で
は、画素リセットを１回行い、その画素リセット後の画
素信号を同時に第１，第２のキャパシタ３８ｓ，３８ｎ
に保持するようにしている。

【００５４】すなわち、図５のタイミングチャートから
明らかなように、水平ブランキング期間において、画素
をリセットした後、動作パルスφＯＰＳと動作パルスφ
ＯＰＮを同時に出力し、これらを第１，第２の動作スイ
ッチ３７ｓ，３７ｎの各ゲート電極に与え、これら動作
スイッチ３７ｓ，３７ｎを同時に導通させることによ
り、１回の画素リセットで同じ画素リセット後の画素信
号を第１，第２のキャパシタ３８ｓ，３８ｎに保持する
動作を行う。

【００５５】このように、１回の画素リセットで同じ画
素リセット後の画素信号を読み出して保持することによ
り、第２実施形態では通常の撮像動作時に比べて水平ブ
ランキング期間の中に画素リセット期間が余分に必要な
のに対して、水平ブランキング期間の中に縦筋状固定パ
ターンノイズ成分のみを出力するために余分な期間を設
ける必要がなく、動作余裕が減少することがない。

【００５６】以上説明した第１，第２実施形態では、デ
バイスの電源投入初期に、縦筋状固定パターンノイズの
補正用の基準信号を得るための専用の動作モードを設定
し、この動作モードにおいて有効画素領域の各画素の信
号を用いて縦筋状固定パターンノイズを補正するための
基準信号を得るとしたが、受光面が遮光されて有効画素
領域の上下両側または片側に数ラインから数十ラインに
亘って設けられた垂直ＯＰＢ(Optical Black；光学的
黒）領域の各画素の信号を用いることにより、連続した
撮像状態においてリアルタイムで基準信号を得ることが
できる。

【００５７】ここで、垂直ＯＰＢ領域の各画素の信号を
用いて縦筋状固定パターンノイズを補正するための基準
信号を得る場合には、垂直ＯＰＢ領域の各画素から出力
されるバラツキのある暗電流成分の影響が問題となる。
特に、垂直ＯＰＢ領域は画素数が少ないことから、平均
化処理を行ったとしても、各画素から出力されるバラツ
キのある暗電流成分を十分に抑圧することはできない。
以下、垂直ＯＰＢ領域の各画素の信号を用いて縦筋状固
定パターンノイズを補正するための基準信号を得る場合
の各実施形態について説明する。

【００５８】図６は、本発明の第３実施形態に係る増幅
型固体撮像素子を示す概略構成図である。図６におい
て、画素トランジスタ５１が行列状に多数配列されてい
る。この画素トランジスタ５１において、各ゲート電極
が行単位で垂直選択線５２に、各ソース電極が列単位で
垂直信号線５３に、各ドレイン電極が電源電圧ＶＤの電
源線５４にそれぞれ接続されている。以上により、画素
部が構成されている。

【００５９】この画素部は、実際に映像信号として用い
られる画素信号を出力する有効画素領域６８と、映像信
号の基準レベルとして用いられる画素信号を出力する垂
直ＯＰＢ領域６９とに分離される。垂直ＯＰＢ領域６９
においては、各画素の受光面の上方が遮光膜（図示せ
ず）によって遮光された状態にある。なお、本例では、
垂直ＯＰＢ領域６９が有効画素領域６８の図の上側にの
み存在するとしたが、図の下側にのみ、あるいは有効画
素領域６８の上下両側に存在しても良いことは勿論であ
る。

【００６０】画素部において、垂直選択線５２の各々
は、垂直走査回路５５の各行の出力端に接続されてい
る。垂直走査回路５５はシフトレジスタ等によって構成
され、垂直走査しつつ各行ごとに画素信号を読み出すた
めに各垂直選択線５２に垂直走査（垂直選択）パルスφ
Ｖ（φＶ１，…，φＶｍ，φＶｍ＋１，…）を与える。
垂直信号線５３の各々は、水平走査回路５６に接続され
ている。水平走査回路５６は、ＭＯＳトランジスタから
なる動作スイッチ５７、キャパシタ５８、ＭＯＳトラン
ジスタからなる水平スイッチ５９、水平信号線６０およ
び水平シフトレジスタ６１によって構成されている。

【００６１】水平走査回路５６において、動作スイッチ
５７のゲート電極には、タイミングジェネレータ６２か
ら出力される動作パルスφＯＰが印加される。動作スイ
ッチ５７のドレイン電極には垂直信号線５３が接続さ
れ、ソース電極にはキャパシタ５８の一端および水平ス
イッチ５９のドレイン電極がそれぞれ接続されている。
キャパシタ５８の他端は接地されている。水平スイッチ
５９のソース電極は、水平信号線６０に接続され、その
ゲート電極は水平シフトレジスタ６１の各列の出力端に
接続されている。

【００６２】水平シフトレジスタ６１は、水平走査しつ
つ各列ごとにキャパシタ５８に保持された画素信号を読
み出すために、水平スイッチ５９のゲート電極に水平走
査パルスφＨ（φＨ１，…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）
を与える。タイミングジェネレータ５７は、動作パルス
φＯＰを含む各種のタイミングパルスを発生するととも
に、各画素トランジスタ５１をリセットするための基板
パルスφＶｓｕｂ．を発生する。この基板パルスφＶｓ
ｕｂ．は基板に印加されることにより、各画素の基板側
のポテンシャルバリアを崩し、画素に溜まった電荷を基
板に掃き捨てることによって画素リセットを行う。

【００６３】水平信号線６０は、出力回路６３を構成す
る演算増幅器６４の反転入力端に接続されている。演算
増幅器６４の非反転入力端には、水平信号線６０の動作
電位を決める所定のバイアス電圧ＶＢが印加されてい
る。出力回路６３は、この演算増幅器６４と、演算増幅
器６４の反転入力端と出力端との間に接続された検出キ
ャパシタ６５と、この検出キャパシタ６５に並列に接続
されたＭＯＳトランジスタからなるリセットスイッチ６
６とから構成されている。そして、リセットスイッチ６
６のゲート電極には、リセットパルスφＲが印加され
る。

【００６４】次に、上記構成の増幅型固体撮像素子の回
路動作について、図７および図８のタイミングチャート
に基づいて説明する。なお、図７には垂直映像期間のタ
イミングと出力波形が、図８には垂直ＯＰＢ期間のタイ
ミングと出力波形がそれぞれ示されている。

【００６５】先ず、図７に示す垂直映像期間では、垂直
走査回路５５から出力される垂直走査パルスφＶ（…，
φＶｍ(VAL) ，φＶｍ＋１(VAL) ，…）により選択され
た垂直映像期間ｍ行目の画素が水平ブランキング期間に
動作状態に入る。そして、動作パルスφＯＰが立ち、動
作スイッチ５７が導通することにより、この動作スイッ
チ５７を通して画素信号が読み出され、キャパシタ５８
に保持される。その直後に基板パルスφＳＵＢが立つこ
とにより、読み出しの完了したｍ行目の画素がリセット
される。

【００６６】水平映像期間に入ると、画素トランジスタ
５１から読み出されてキャパシタ５８に保持された信号
は、水平スイッチ５９が水平シフトレジスタ６１から出
力される水平走査パルスφＨ（φＨ１，…，φＨｎ，φ
Ｈｎ＋１，…）に応答して順次導通することにより、水
平スイッチ５９を介して水平信号線６０から出力回路６
３に送られ、出力信号ＯＵＴとして導出される。

【００６７】このとき、輝度のある被写体に対応した画
素信号は、図７に示す出力波形から明らかなように、出
力信号ＯＵＴに電圧の低い信号Ｓ１として現れる。ま
た、ｍ＋１行目の画素の中に他に比べて暗電流を多く発
する画素があったとすると、被写体の信号に加えて暗電
流成分信号Ｓ２が現れる。

【００６８】一方、図８に示す垂直ＯＰＢ期間では、縦
筋状の固定パターンノイズを補正するための基準信号に
垂直ＯＰＢの出力信号を使うのに、画素からの暗電流成
分信号の発生を除去する必要がある。そのために、垂直
走査パルスφＶで選択された画素を前もって読み出し前
にリセットしてから読み出すようにする。動作として
は、垂直走査回路５５から出力される垂直走査パルスφ
Ｖ（…，φＶｍ(OPB) ，φＶｍ＋１(OPB) ，…）により
選択された垂直ＯＰＢ期間ｍ行目の画素が水平ブランキ
ング期間中に動作状態に入る。

【００６９】そして、先ず、基板パルスφＳＵＢが立つ
ことにより、画素に溜まっている暗電流成分の電荷がリ
セットされ、その後動作パルスφＯＰが立ち、動作スイ
ッチ５７が導通することにより、画素からの信号が動作
スイッチ５７を介してキャパシタ５８に出力される。こ
のとき、キャパシタ５８に保持される信号は、画素の暗
電流成分信号を含まない画素の信号となる。

【００７０】上述したように、垂直ＯＰＢ期間におい
て、画素信号を読み出す直前に画素リセットの動作を行
い、その直後に画素信号を読み出すようにしたことによ
り、画素の暗電流成分を含まない、動作スイッチ５７お
よび水平スイッチ５９のしきい値電圧Ｖｔｈのバラツキ
に起因する縦筋状の固定パターンノイズを補正するため
の正確な基準信号を容易に得ることができる。

【００７１】図９は、本発明の第４実施形態に係る増幅
型固体撮像素子を示す概略構成図である。本実施形態に
係る増幅型固体撮像素子は、第２実施形態に係る増幅型
固体撮像素子の場合と同様に、画素の表面電位のバラツ
キ等に起因する固定パターンノイズを除去するために、
画素リセット前と画素リセット後の２つの画素信号を出
力する構成となっている。

【００７２】図９において、画素トランジスタ７１が行
列状に多数配列されている。この画素トランジスタ７１
において、各ゲート電極が行単位で垂直選択線７２に、
各ソース電極が列単位で垂直信号線７３に、各ドレイン
電極が電源電圧ＶＤの電源線７４にそれぞれ接続されて
いる。以上により、画素部が構成されている。

【００７３】この画素部は、実際に映像信号として用い
られる画素信号を出力する有効画素領域８８と、映像信
号の基準レベルとして用いられる画素信号を出力する垂
直ＯＰＢ領域８９とに分離される。垂直ＯＰＢ領域８９
においては、各画素の受光面の上方が遮光膜（図示せ
ず）によって遮光された状態にある。なお、本例では、
垂直ＯＰＢ領域８９が有効画素領域８８の図の上側にの
み存在するとしたが、図の下側にのみ、あるいは有効画
素領域８８の上下両側に存在しても良いことは勿論であ
る。

【００７４】画素部において、垂直選択線７２の各々
は、垂直走査回路７５の各行の出力端に接続されてい
る。垂直走査回路７５はシフトレジスタ等によって構成
され、垂直走査しつつ各行ごとに画素信号を読み出すた
めに各垂直選択線７２に垂直走査（垂直選択）パルスφ
Ｖ（φＶ１，…，φＶｍ，φＶｍ＋１，…）を与える。
垂直信号線７３の各々は、水平走査回路７６に接続され
ている。水平走査回路７６は、ＭＯＳトランジスタから
なる第１，第２の動作スイッチ７７ｓ，７７ｎ、第１，
第２のキャパシタ７８ｓ，７８ｎ、ＭＯＳトランジスタ
からなる第１，第２の水平スイッチ７９ｓ，７９ｎ、水
平信号線８０および水平シフトレジスタ８１によって構
成されている。

【００７５】水平走査回路７６において、動作スイッチ
７７ｓ，７７ｎの各ゲート電極には、タイミングジェネ
レータ８２から出力される動作パルスφＯＰＳ，φＯＰ
Ｎが印加される。動作スイッチ７７ｓ，７７ｎの各ドレ
イン電極には垂直信号線７３が接続され、各ソース電極
にはキャパシタ７８ｓ，７８ｎの各一端および水平スイ
ッチ７９ｓ，７９ｎの各ドレイン電極がそれぞれ接続さ
れている。キャパシタ７８ｓ，７８ｎの各他端は接地さ
れている。水平スイッチ７９ｓ，７９ｎの各ソース電極
は、水平信号線８０ｓ，８０ｎに接続され、各ゲート電
極は水平シフトレジスタ８１の各列の出力端に接続され
ている。

【００７６】水平シフトレジスタ８１は、水平走査しつ
つ各列ごとにキャパシタ７８ｓ，７８ｎに保持された画
素信号を読み出すために、水平スイッチ７９ｓ，７９ｎ
の各ゲート電極に水平走査パルスφＨ（φＨ１，…，φ
Ｈｎ，φＨｎ＋１，…）を与える。タイミングジェネレ
ータ８２は、動作パルスφＯＰＳ，φＯＰＮを含む各種
のタイミングパルスを発生するとともに、各画素トラン
ジスタ７１をリセットするための基板パルスφＶｓｕ
ｂ．を発生する。この基板パルスφＶｓｕｂ．は基板に
印加されることにより、各画素の基板側のポテンシャル
バリアを崩し、画素に溜まった電荷を基板に掃き捨てる
ことによって画素リセットを行う。

【００７７】水平信号線８０ｓ，８０ｎは、出力回路８
３ｓ，８３ｎを構成する演算増幅器８４ｓ，８４ｎの各
反転入力端にそれぞれ接続されている。演算増幅器８４
ｓ，８４ｎの各非反転入力端には、水平信号線８０ｓ，
８０ｎの動作電位を決める所定のバイアス電圧ＶＢが印
加されている。出力回路８３ｓ，８３ｎは、これら演算
増幅器８４ｓ，８４ｎと、演算増幅器８４ｓ，８４ｎの
各反転入力端と各出力端との間に接続された検出キャパ
シタ８５ｓ，８５ｎと、これら検出キャパシタ８５ｓ，
８５ｎの各々に並列に接続されたＭＯＳトランジスタか
らなるリセットスイッチ８６ｓ，８６ｎとから構成され
ている。

【００７８】これら出力回路８３ｓ，８３ｎにおいて、
リセットスイッチ８６ｓ，８６ｎの各ゲート電極には、
リセットパルスφＲが印加される。出力回路８３ｓ，８
３ｎの各出力信号は、差動増幅器（演算増幅器）８７の
２入力となり、この差動増幅器８７においてその差分が
とられる。この差分信号が出力信号ＯＵＴとして外部に
導出される。

【００７９】次に、上記構成の増幅型固体撮像素子の回
路動作について、図１０および図１１のタイミングチャ
ートに基づいて説明する。なお、図１０には垂直映像期
間のタイミングと出力波形が、図１１には垂直ＯＰＢ期
間のタイミングと出力波形がそれぞれ示されている。

【００８０】図１０に示す垂直映像期間では、画素リセ
ット前の信号と画素リセット後の信号を別々のキャパシ
タ７８ｓ，７８ｎに読み出すために、水平ブランキング
期間中に先ず動作スイッチ７７ｓのゲート電極に動作パ
ルスφＯＰＳが与えられ、当該動作スイッチ７７ｓが導
通状態になることにより、垂直走査パルスφＶによって
選択された画素のリセット前の信号がキャパシタ７８ｓ
に読み出され、次いで選択された画素が基板パルスφＳ
ＵＢが立ち下がることによりリセットされる。その後、
動作パルスφＯＰＮが動作スイッチ７７ｎのゲート電極
に与えられ、当該動作スイッチ７７ｎが導通状態になる
ことにより、選択された画素のリセット後の信号がキャ
パシタ７８ｎに読み出される。

【００８１】キャパシタ７８ｓ，７８ｎに読み出された
画素リセット前後の信号は、水平映像期間中に水平シフ
トレジスタ８１から出力される水平走査パルスφＨによ
って制御された水平スイッチ７９ｓ，７９ｎが順次導通
することにより、水平信号線８０ｓ，８０ｎを介してそ
れぞれ出力回路８３ｓ，８３ｎに供給され、差動アンプ
８７で画素に起因した固定パターンノイズが除去された
信号出力ＯＵＴとして導出される。

【００８２】一方、図１１に示す垂直ＯＰＢ期間では、
垂直ＯＰＢ領域８９の画素信号に画素の暗電流成分が乗
ってくることを防止するために、上述した垂直映像期間
の動作とは違って、水平ブランキング期間に先ず垂直走
査パルスφＶによって選択された画素の暗電流による電
荷のリセット動作が行われる。すなわち、基板パルスφ
ＳＵＢが立ち下がることにより、選択された画素のリセ
ット動作が行われ、その直後に第１の動作スイッチ７７
ｓのゲート電極に与えられる動作パルスφＯＰＳが立
ち、当該動作スイッチ７７ｓが導通することにより、画
素リセット後の信号が第１のキャパシタ７８ｓに保持さ
れる。

【００８３】さらに、同じ水平ブランキング期間中に同
一の画素行について、もう一度基板パルスφＶｓｕｂ．
が立ち下がることによって画素が再度リセットされる。
そして、その直後に第２の動作スイッチ７７ｎのゲート
電極に与えられる動作パルスφＯＰＮが立ち、当該動作
スイッチ７７ｎが導通することにより、画素リセット後
の信号が第２のキャパシタ７８ｎに保持される。水平映
像期間では、前述の垂直映像期間と同じ動作により、垂
直ＯＰＢ期間は画素の暗電流成分信号を含まない、動作
スイッチ７７ｓ，７７ｎと水平スイッチ７９ｓ，７９ｎ
から素子のバラツキのみに起因した縦筋状の固定パター
ンノイズの信号が出力される。

【００８４】上述したように、画素の表面電位のバラツ
キ等に起因する固定パターンノイズを除去するために、
通常の撮像動作時に画素リセット前と画素リセット後の
２つの画素信号を出力する構成の増幅型固体撮像素子に
おいても、垂直ＯＰＢ期間において、水平ブランキング
期間中にある画素行に対して画素をリセットしてから画
素リセット後の信号を第１のキャパシタ７８ｓに読み出
し、その画素行についてもう一度同じように画素をリセ
ットしてから画素リセット後の信号を第２のキャパシタ
７８ｎに読み出し、続いて水平映像期間に第１，第２の
キャパシタ７８ｓ，７８ｎからそれぞれ画素リセット前
と画素リセット後の２つの信号を列ごとに順次出力し、
それぞれの信号の差分をとることで、画素の暗電流成分
を含まない、動作スイッチ７７ｓ，７７ｎおよび水平ス
イッチ７９ｓ，７９ｎのしきい値電圧Ｖｔｈのバラツキ
に起因する縦筋状の固定パターンノイズを補正するため
の正確な基準信号を容易に得ることができる。

【００８５】なお、第４実施形態についても、第２実施
形態の変形例の場合のように、画素リセットを１回行
い、その画素リセット後の画素信号を同時に第１，第２
のキャパシタ７８ｓ，７８ｎに保持する変形例が可能で
ある。この変形例によれば、第４実施形態では通常の撮
像動作時に比べて水平ブランキング期間の中に画素リセ
ット期間が余分に必要なのに対して、水平ブランキング
期間の中に縦筋状固定パターンノイズ成分のみを出力す
るために余分な期間を設ける必要がなく、動作余裕が減
少することがない。

【００８６】図１２は、第１〜第４実施形態に係る増幅
型固体撮像素子において、縦筋状の固定パターンノイズ
成分のみを出力する動作により得られた基準信号を基
に、縦筋状の固定パターンノイズを補正する信号処理回
路の一例を示すブロック図である。

【００８７】図１２において、第１〜第４実施形態に係
る増幅型固体撮像素子９１から出力される基準信号は加
算器９２の一方の入力となる。この加算器９２のアナロ
グ出力信号はアンプ９３で増幅された後、ＡＤコンバー
タ９４でデジタル信号に変換される。ここで得られた縦
筋状固定パターンノイズのデジタル基準信号はＤＳＰ(D
igital Signal Processor)９５を通してラインメモリ９
６に書き込まれる。このラインメモリ９６に書き込まれ
たデータは、ＤＡコンバータ９７でアナログ信号に変換
された後加算器９２の他方の入力となる。

【００８８】上記構成の信号処理回路において、固体撮
像素子９１から水平走査回路に起因する縦筋状固定パタ
ーンノイズを補正するための基準信号を得て、その基準
信号をアンプ９３で増幅した後、ＡＤコンバータ９４で
デジタル信号に変換する。このデジタル信号をＤＳＰ９
５を通してラインメモリ９６に書き込み、その値をＤＡ
コンバータ９７を通して加算器９７に入力することで、
縦筋状固定パターンノイズのおおまかな補正を行う。

【００８９】この補正された信号を再びアンプ９３で増
幅し、かつＡＤコンバータ９４でデジタル信号に変換し
た後、ＤＳＰ９５による信号処理により、先にラインメ
モリ９６に書き込んだ値と平均値処理等を行い、より高
精度な補正信号を作成してラインメモリ９６に書き込
む。この書き込んだ値をＤＡコンバータ９７を通して加
算器９２に入力することで、撮像素子９１の出力から縦
筋状固定パターンノイズを除去する補正処理を行う。こ
のような処理の繰り返しにより、補正信号の精度を高
め、縦筋状の固定パターンノイズを無視できる程度に補
正する。

【００９０】図１３は、本発明に係るカメラの一例の概
略構成図である。図１３において、被写体からの光はレ
ンズ１０１等の光学系を経て撮像素子１０２の撮像エリ
アに入射する。撮像素子１０２としては、縦筋状の固定
パターンノイズ成分のみを出力可能な第１〜第４実施形
態に係る増幅型固体撮像素子が用いられる。この撮像素
子１０２は、駆動回路１０３によって駆動される。

【００９１】撮像素子１０２の出力信号は、信号処理回
路１０４において縦筋状固定パターンノイズの補正など
の信号処理が行われる。この信号処理回路１０４の一部
として、図１２に示した縦筋状固定パターンノイズを補
正するための信号処理回路が用いられる。撮像素子１０
２の駆動回路１０３および信号処理回路１０４は、シス
テムコントローラ１０５によって制御される。

【００９２】ここで、撮像素子１０２として、第１，第
２実施形態に係る増幅型固体撮像素子を用いた場合に
は、有効画素領域の全画素（全画角）を使った縦筋状固
定パターンノイズの補正処理が行われることになる。し
たがって、精度の高い補正を実現できることになるた
め、スチルカメラ等に有用なものとなる。また、電源投
入初期に、縦筋状固定パターンノイズを補正する期間を
設定することで、電源投入の度に補正値がリフレッシュ
され、固体撮像素子の僅かな経年変換などに影響されな
い縦筋状固定パターンノイズの補正が可能になる。

【００９３】一方、撮像素子１０２として、第３，第４
実施形態に係る増幅型固体撮像素子を用いた場合には、
垂直ＯＰＢ領域の画素数が少ないことから、第１，第２
実施形態に係る増幅型固体撮像素子を用いた場合よりも
精度は劣るが、リアルタイムでの補正処理が行われるこ
とから、撮像開始後に撮像素子の温度や処理回路の特性
の時間／温度ドリフトなどにも対処できるため、監視カ
メラ等に有用なものとなる。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による固体
撮像素子によれば、通常の撮像動作モードとは別に、画
素をリセットしてから画素信号を読み出す動作モードを
有する構成としたことにより、水平走査回路などから発
生する縦筋状の固定パターンノイズを補正するための基
準信号を、光入射の有無に拘らず、垂直走査回路の動作
タイミングを変えることで容易に得ることができる。

【００９５】本発明による固体撮像素子の信号処理方法
によれば、上記構成の固体撮像素子から第２の動作モー
ド時において得られる出力信号を基準信号として記憶保
持しておき、第１の動作モード時には、この基準信号を
用いて固体撮像素子の出力信号を補正することで、水平
走査回路などから発生する縦筋状の固定パターンノイズ
を確実に補正することができる。

【００９６】本発明によるカメラによれば、固体撮像素
子の第２の動作モード時には、シャッタなどの機械的な
遮光手段を用いなくても、入射光などの影響を受けるこ
となく、水平走査回路から発生する縦筋状の固定パター
ンノイズを補正するための基準信号が得られ、第１の動
作モード時には、信号処理回路においてこの基準信号を
用いて固体撮像素子の出力信号の補正処理が確実に行わ
れるので、画質の良好な画像出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る増幅型固体撮像素
子の概略構成図である。

【図２】第１実施形態に係るタイミングチャートであ
る。

【図３】本発明の第２実施形態に係る増幅型固体撮像素
子の概略構成図である。

【図４】第２実施形態に係るタイミングチャートであ
る。

【図５】第２実施形態の変形例に係るタイミングチャー
トである。

【図６】本発明の第３実施形態に係る増幅型固体撮像素
子の概略構成図である。

【図７】第３実施形態に係る垂直映像期間でのタイミン
グチャートである。

【図８】第３実施形態に係る垂直ＯＰＢ期間でのタイミ
ングチャートである。

【図９】本発明の第４実施形態に係る増幅型固体撮像素
子の概略構成図である。

【図１０】第４実施形態に係る垂直映像期間でのタイミ
ングチャートである。

【図１１】第４実施形態に係る垂直ＯＰＢ期間でのタイ
ミングチャートである。

【図１２】信号処理回路の構成の一例を示すブロック図
である。

【図１３】本発明に係るカメラの概略構成図である。

【図１４】Ｘ‐Ｙアドレス型固体撮像素子の概略構成図
である。

【図１５】水平走査回路の信号経路の等価回路図であ
る。

【図１６】水平スイッチをキャパシタンスモデルに変換
した場合の等価回路図である。

【図１７】従来の課題を説明するためのタイミングチャ
ートである。

【符号の説明】

１１，３１，５１，７１画素トランジスタ１２，３２，５２，７２垂直選択線１３，３３，５３，７３垂直信号線１５，３５，５５，７５垂直走査回路１６，３６，５６，７６水平走査回路１７，３７ｓ，３７ｎ，５７，７７ｓ，７７ｎ動作ス
イッチ１８，３８ｓ，３８ｎ，５８，７８ｓ，７８ｎキャパ
シタ１９，３９ｓ，３９ｎ，５９，７９ｓ，７９ｎ水平ス
イッチ２１，４１，６１，８１水平シフトレジスタ２２，４２，６２，８２タイミングジェネレータ２３，４３ｓ，４３ｎ，６３，８３ｓ，８３ｎ出力回
路４７，８７差動アンプ６８，８８有効画素領域６９，８９垂直ＯＰＢ領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】行列状に配置された複数の画素と、垂直
選択線で共通に接続された同一行の画素の制御電極を制
御する垂直走査回路と、同一列の画素の主電極が共通に
接続された垂直信号線を介して出力される画素信号を行
単位で順次出力する水平走査回路と、前記水平走査回路
からの画素信号を外部に出力する出力回路とを備えた固
体撮像素子であって、画素信号を読み出してから画素をリセットする第１の動
作モードと、画素をリセットしてから画素信号を読み出す第２の動作
モードとを有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】前記第２の動作モードの処理は、デバイ
スの電源投入初期において実行されることを特徴とする
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】前記第２の動作モードの処理は、画素部
の垂直ＯＰＢ期間において実行されることを特徴とする
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】前記水平走査回路は画素リセット前の画
素信号と画素リセット後の画素信号をそれぞれ記憶する
第１，第２の記憶素子を有し、前記出力回路は前記第
１，第２の記憶素子の各出力信号の差分をとる構成とな
っており、前記第２の動作モードでは、同一画素について画素リセ
ット後の画素信号を前記第１，第２の記憶素子にそれぞ
れ記憶することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素
子。
【請求項５】前記第２の動作モードでは、水平走査期
間中にある画素行に対して画素をリセットしてから画素
リセット後の信号を前記第１の記憶素子に読み出し、そ
の画素行に対して再度画素をリセットしてから画素リセ
ット後の信号を前記第２の記憶素子に読み出し、続いて
水平映像期間に前記第１，第２の記憶素子の各信号を順
次出力することを特徴とする請求項４記載の固体撮像素
子。
【請求項６】前記第２の動作モードでは、水平走査期
間中にある画素行に対して画素をリセットしてから画素
リセット後の信号を前記第１，第２の記憶素子に読み出
し、続いて水平映像期間に前記第１，第２の記憶素子の
各信号を順次出力することを特徴とする請求項４記載の
固体撮像素子。
【請求項７】行列状に配置された複数の画素と、垂直
選択線で共通に接続された同一行の画素の制御電極を制
御する垂直走査回路と、同一列の画素の主電極が共通に
接続された垂直信号線を介して出力される画素信号を行
単位で順次出力する水平走査回路と、前記水平走査回路
からの画素信号を外部に出力する出力回路とを備えると
ともに、画素信号を読み出してから画素をリセットする
第１の動作モードと、画素をリセットしてから画素信号
を読み出す第２の動作モードとを有する固体撮像素子の
信号処理方法であって、前記第２の動作モード時に得られる前記固体撮像素子の
出力信号を基準信号として保持し、前記第１の動作モード時に前記基準信号を用いて前記固
体撮像素子の出力信号の補正処理を行うことを特徴とす
る固体撮像素子の信号処理方法。
【請求項８】前記基準信号をメモリに書き込み、今回
得られた基準信号を前記メモリに書き込まれている値と
平均値処理して前記メモリに書き込むことを特徴とする
請求項７記載の固体撮像素子の信号処理方法。
【請求項９】行列状に配置された複数の画素と、垂直
選択線で共通に接続された同一行の画素の制御電極を制
御する垂直走査回路と、同一列の画素の主電極が共通に
接続された垂直信号線を介して出力される画素信号を行
単位で順次出力する水平走査回路と、前記水平走査回路
からの画素信号を外部に出力する出力回路とを備えると
ともに、画素信号を読み出してから画素をリセットする
第１の動作モードと、画素をリセットしてから画素信号
を読み出す第２の動作モードとを有する固体撮像素子
と、前記固体撮像素子の撮像エリア上に入射光を導く光学系
と、前記第２の動作モード時に得られる前記固体撮像素子の
出力信号を基準信号として保持し、前記第１の動作モー
ド時に前記基準信号を用いて前記固体撮像素子の出力信
号の補正処理を行う信号処理回路とを具備することを特
徴とするカメラ。