固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、固体撮像システム
【課題】 固体撮像装置において、有効画素とリファレンス画素とが差動対を構成し、有効画素とリファレンス画素のそれぞれに設けられた増幅ＭＯＳトランジスタが差動対の入力段のＭＯＳトランジスタとして動作する回路構成が知られている。従来の構成では、リファレンス画素に不具合があった場合に差動対が出力する信号の精度が低下する問題があった。
【解決手段】 リファレンス信号を出力する少なくとも１つのリファレンス画素を複数のリファレンス画素の中から選択する構成を有する固体撮像装置である。
【解決手段】 リファレンス信号を出力する少なくとも１つのリファレンス画素を複数のリファレンス画素の中から選択する構成を有する固体撮像装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有効画素とリファレンス画素とを有する固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および固体撮像装置を有する固体撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置では、光電変換に基づく信号を出力する有効画素と、光電変換を行わず基準信号を出力するリファレンス画素を設ける構成が知られている。有効画素の出力する信号とリファレンス画素が出力する基準信号との差分を得ることで、固体撮像装置が出力する信号のノイズの低減を行っている。
【０００３】
固体撮像装置では、解像度向上のため画素サイズの微細化が進んでいる。しかしながら、画素サイズが微細化するにつれて、光電変換部の面積が減少し、固体撮像装置の感度が低下してしまう。固体撮像装置においては、光電変換部の面積の減少を抑えながらの画素サイズの微細化を行うことにより、高解像度化、感度低下の抑制の両立が求められている。
【０００４】
特許文献１には、複数の有効画素と、光電変換を行わない点を除いて有効画素と同等の特性を有するリファレンス画素とで差動対を構成し、相関二重サンプリング（以下、ＣＤＳと表記する）を行う構成が開示されている。有効画素は、光電変換部が出力する電荷を保持し、増幅ＭＯＳトランジスタのゲートに接続された浮遊拡散容量Ｃｆｄが設けられている。リファレンス画素についても、電荷を保持し、増幅ＭＯＳトランジスタのゲートに接続された浮遊拡散容量Ｃｆｄが設けられている。また、有効画素とリファレンス画素とには容量Ｃｉｏが設けられている。この容量Ｃｉｏは一方の端子が差動対の出力部に接続され、他方の端子が増幅ＭＯＳトランジスタのゲートに接続される。特許文献１において、容量Ｃｉｏは浮遊拡散容量Ｃｆｄに比べて容量は微小である。以下、容量Ｃｉｏを微小容量Ｃｉｏと表記する。
【０００５】
有効画素とリファレンス画素とで差動対を構成する特許文献１に記載の固体撮像装置では、有効画素とリファレンス画素から出力された信号に含まれる、リセットノイズと固定パターンノイズの両方を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７１２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、有効画素とリファレンス画素とが差動対を構成し、有効画素とリファレンス画素のそれぞれに設けられた増幅ＭＯＳトランジスタが差動対の入力段のＭＯＳトランジスタとして動作する回路構成が記載されている。従来の構成では、リファレンス画素に不具合があった場合にリファレンス信号の精度が低下し、結果として差動対が出力する信号の精度が低下する問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するために為されたものであり、一の態様は、入射光を光電変換して生じた電荷に基づく光電変換信号を出力する光電変換信号出力画素と、入射光に基づかないリファレンス信号を出力する複数のリファレンス信号出力画素と、前記光電変換信号と前記リファレンス信号との差分処理を行って差分信号を出力する差分信号出力部と、前記差分信号出力部に前記リファレンス信号を出力する少なくとも１つの前記リファレンス信号出力画素を複数の前記リファレンス信号出力画素から選択するリファレンス選択部と、を有することを特徴とする固体撮像装置である。
【０００９】
一の態様は、入射光を光電変換して生じた電荷に基づく光電変換信号を出力する光電変換信号出力画素と、入射光に基づかないリファレンス信号を出力する複数のリファレンス信号出力画素と、前記光電変換信号と前記リファレンス信号との差分処理を行って差分信号を出力する差分信号出力部と、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、前記リファレンス信号を前記差分信号出力部に出力する少なくとも１つの前記リファレンス信号出力画素を複数の前記リファレンス信号出力画素から選択することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の固体撮像装置は、有効画素が出力する信号とリファレンス画素が出力するリファレンス信号との差分を得る差動増幅回路において、リファレンス信号を出力できるリファレンス画素が差動増幅回路ごとに複数設けられている。これにより、リファレンス信号の不具合による、信号の精度が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の固体撮像装置の一例に関するブロック図
【図２】本発明の固体撮像装置の一例の画素内の詳細を表した等価回路図
【図３】本発明の固体撮像装置の一例のリファレンス選択部の詳細を表した等価回路図
【図４】本発明の固体撮像装置の一例のタイミング図
【図５】本発明の固体撮像装置の他の一例のブロック図
【図６】本発明の固体撮像装置の他の一例に関するブロック図
【図７】本発明の固体撮像装置の他の一例のリファレンス選択部の配置の例を表したブロック図
【図８】本発明の固体撮像装置の他の一例を示したブロック図
【図９】本発明の固体撮像装置の他の一例を示したブロック図
【図１０】本発明の固体撮像装置の他の一例を表したブロック図
【図１１】本発明の固体撮像装置の他の一例を表したブロック図
【図１２】固体撮像システムの構成に関するブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１３】
まず、本実施例に関わる固体撮像装置の構成について説明し、その後、固体撮像装置の動作について説明する。尚、以下の説明では、画素をＮチャネルトランジスタで構成した例を説明する。画素をＰチャネルトランジスタで構成する場合にも、Ｎチャネルトランジスタで構成する場合に対して電圧の極性を反対にすることによって本発明を適用することができる。
【００１４】
図１は、本実施例の一例を示したブロック図である。１００は光電変換により、入射光に基づく信号を出力する有効画素、１０１は光電変換を行わずに信号を出力するリファレンス画素である。本実施例の有効画素は光電変換信号出力画素、リファレンス画素はリファレンス信号出力画素である。有効画素１００が行列状に配されている。即ち、有効画素１００は複数行、複数列にわたって設けられている。また、リファレンス画素１０１は有効画素１００が設けられた各列に配列されている。有効画素１００、リファレンス画素１０１が複数行、複数列配列されることによって画素領域が形成されている。以下、有効画素１００とリファレンス画素１０１とが配列された領域を画素領域、有効画素１００のみが配列された領域を光電変換信号出力画素領域１２０、リファレンス画素１０１のみが配列された領域をリファレンス信号出力画素領域１５０と区別して表記する。
【００１５】
リファレンス画素１０１は、同じ列に属する有効画素１００の全てよりも、後述する差動増幅器１１２に近接して設けられており、有効画素１００とリファレンス画素１０１とが配された画素領域の差動増幅器１１２側の端部に設けられている。この近接とは、有効画素１００とリファレンス画素１０１のそれぞれの差動増幅器１１２側の端部を比較し、リファレンス画素１０１の差動増幅器１１２側の端部の方が差動増幅器１１２に近いことを意味している。１０２は、列に沿った方向に配列された複数の有効画素１００が電気的に接続された第１の垂直信号線である。１０３は、リファレンス画素１０１が電気的に接続された第２の垂直信号線である。以下、第２の垂直信号線１０３が伝送するリファレンス画素１０１からの信号をリファレンス信号と表記する。
【００１６】
１０４、１０５はそれぞれ第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３にドレインが電気的に接続された負荷ＭＯＳトランジスタであり、第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３に定電流を流す定電流源である。負荷ＭＯＳトランジスタ１０４は第１のトランジスタ、負荷ＭＯＳトランジスタ１０５は第２のトランジスタである。負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５は、制御電極であるゲートに共通ゲート配線１１６が、ソースにＧＮＤ配線１１７が電気的に接続されている。共通ゲート配線１１６は制御信号線であり、第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３に供給する電流値を決める制御信号を印加する。
【００１７】
Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒ、Ｃｆｓ、Ｃｆｒは容量であり、１１０、１１１はスイッチである。差動増幅器１１２は差分信号出力部１４０の一例であり、第１の垂直信号線１０２が伝送する有効画素１００からの信号と、第２の垂直信号線１０３が伝送するリファレンス信号とを差動増幅して出力する。容量Ｃ０ｓと容量Ｃ０ｒは同じ容量値を有していることが好ましい。これは、有効画素１００からの信号とリファレンス信号の増幅率を等しくするためである。さらに、容量Ｃｆｓと容量Ｃｆｒとが同じ容量値を有していることが好ましい。容量Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒによって、後述する第１のＣＤＳが行われる。
【００１８】
これは、有効画素１００からの信号とリファレンス信号の増幅率を等しくするためである。差動増幅器１１２のゲインは容量比Ｃ０ｓ／Ｃｆｓおよび容量比Ｃ０ｒ／Ｃｆｒによって決定される。図示しないが、容量Ｃｆｓ、Ｃｆｒのそれぞれを複数の容量で構成し、その容量値を可変とすることで、差動増幅器１１２のゲインを変更することができる。容量Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒのそれぞれに対して、容量Ｃｆｓ、Ｃｆｒのそれぞれの容量値が大きいときは低ゲインとなる。逆に、容量Ｃ０ｓ、容量Ｃ０ｒのそれぞれに対して、容量Ｃｆｓ、容量Ｃｆｒのそれぞれの容量値が小さいときは高ゲインとなる。
【００１９】
１１８は差動増幅器１１２にリファレンス電圧Ｖｒｅｆを供給するリファレンス電圧線である。差動増幅器１１２と容量Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒ、Ｃｆｓ、Ｃｆｒ、スイッチ１１０、１１１により、スイッチトキャパシタを利用した差分回路を構成している。差動増幅器１１２の反転入力端子（−）には有効画素１００からの信号が入力され、非反転入力端子（＋）にはリファレンス信号が入力される。１１３は、信号処理回路であり、差動増幅器１１２に電気的に接続されている。
【００２０】
有効画素１００、リファレンス画素１０１、第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３、差動増幅器１１２は、複数列設けられている。１１４は水平シフトレジスタ（以下、ＨＳＲと表記する）であり、複数列設けられた信号処理回路１１３に電気的に接続されている。ＨＳＲ１１４が複数列の信号処理回路１１３から信号を出力する信号処理回路１１３を選択する。ＨＳＲ１１４によって選択された信号処理回路１１３から信号が出力され、出力された信号が固体撮像装置の出力する信号１１５となる。
【００２１】
リファレンス信号選択スイッチ９０１〜９０４は、リファレンス画素１０１の第２の垂直信号線１０３への電気的な接続、非接続を切り替えるスイッチである。リファレンス信号選択スイッチ９０１〜９０４の各々のゲートは、リファレンス選択線９０８Ａ〜Ｄの各々を介してリファレンス選択部９０５と電気的に接続されている。
【００２２】
リファレンス選択部９０５はリファレンス信号選択スイッチ９０１、９０２、９０３、９０４を制御する。リファレンス選択部９０５には記憶回路９０９から制御線９０６を介してリファレンス画素選択情報が伝送される。リファレンス選択部９０５は、リファレンス画素選択情報に基づいて、有効画素１００が配された各列に配された４つのリファレンス画素１０１Ａ〜１０１Ｄのうち、第２の垂直信号線１０３に電気的に接続するリファレンス画素１０１を選択する。
【００２３】
図２は有効画素１００、リファレンス画素１０１の一例を示した図である。フォトダイオード２０１は光電変換により入射光を電荷に変換する光電変換部である。２０２は転送ＭＯＳトランジスタであり、ソースはフォトダイオード２０１、ゲートは転送制御線２０７、ドレインはフローティングディフージョン領域（以下、ＦＤ領域と表記する）２０３にそれぞれ電気的に接続されている。ＦＤ領域２０３はフォトダイオード２０１から転送ＭＯＳトランジスタ２０２を介して転送された電荷を保持する領域である。固体撮像装置を半導体基板上に形成する場合には、ＦＤ領域は例えば不純物拡散領域で形成される。２０４はリセットＭＯＳトランジスタであり、ソースはＦＤ領域２０３、ゲートはリセット制御線２０８、ドレインはリセット供給線２０９にそれぞれ電気的に接続されている。２０５は増幅ＭＯＳトランジスタであり、制御電極であるゲートはＦＤ領域２０３、ドレインは電圧源Ｖｄｄ、ソースは第１の垂直信号線１０２にそれぞれ電気的に接続されている。増幅ＭＯＳトランジスタ２０５は第１の増幅トランジスタであり、後述するリファレンス画素１０１が有する増幅ＭＯＳトランジスタ２１５は第２の増幅トランジスタである。増幅ＭＯＳトランジスタ２０５は、制御電極であるゲートに印加された電圧に基づく信号を第１の垂直信号線１０２に出力する。つまり、ＦＤ領域２０３に保持された電荷に基づいた信号を第１の垂直信号線１０２に出力する。リセット制御線２０８、リセット供給線２０９、転送制御線２０７は垂直走査回路２１０にそれぞれ電気的に接続されている。
【００２４】
リファレンス画素１０１は、フォトダイオード２０１の代わりに容量２１１が設けられている。リファレンス画素１０１は、フォトダイオードの代わりに容量が設けられている点を除いて有効画素１００と同一の等価回路を有する構造とすることができる。リファレンス画素１０１の増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のソースは、第２の垂直信号線１０３に電気的に接続されている。リファレンス画素１０１の転送ＭＯＳトランジスタ２０２は、有効画素１００の転送ＭＯＳトランジスタ２０２と同じ構成としてもよい。また、図２に例示したように、リファレンス画素１０１の転送ＭＯＳトランジスタ２０２のソースとドレインをショートさせた形態とすることもできる。この形態とした時には、転送ＭＯＳトランジスタ２０２のソースとドレイン間を導通させたＯＮ状態としなくとも、ＦＤ領域２１３と容量２１１の電位を揃えることができる。よって、転送ＭＯＳトランジスタ２０２のＯＮ、ＯＦＦを切り替えることによって生じるノイズの影響を少なくできる。同様に、リファレンス画素１０１において転送ＭＯＳトランジスタ２０２を設けず、ＦＤ領域２１３と容量２１１を接続させても良い。以下、リファレンス画素１０１の転送ＭＯＳトランジスタ２０２のソースとドレイン間が、図２で例示したようにショートされている形態として説明する。
【００２５】
有効画素１００、リファレンス画素１０１の転送制御線２０７、リセット制御線２０８、リセット供給線２０９は垂直走査回路２１０に電気的に接続されている。
【００２６】
次にリファレンス選択部９０５について説明を行う。図３はリファレンス選択部９０５の構成の一例を示したものである。リファレンス選択部９０５は、ＡＮＤ回路９１２〜９１５とインバータ９１１−１、９１１−２とで構成され、２ビットのデマルチプレクサを構成している。制御線９０６は２ビット分の信号を伝送するため、制御線９０６−１、９０６−２の２本設けられている。
【００２７】
記憶回路９０９にはリファレンス画素選択情報が記憶されている。制御線９０６−１、９０６−２を介して記憶回路９０９から出力される２ビットの選択信号がそれぞれＡＮＤ回路９１２〜９１５に与えられる。制御線９０６−１においては、記憶回路９０９とＡＮＤ回路９１４との間にインバータ９１１−１が配されている。従って、記憶回路９０９から制御線９０６−１に例えばＨレベルの信号が出力されると、ＡＮＤ回路９１２、９１３にはＨレベルの信号が、ＡＮＤ回路９１４、９１５にはＬレベルの信号が与えられる。同様に、記憶回路９０９から制御線９０６−２に例えばＨレベルの信号が出力されると、ＡＮＤ回路９１２、９１４に与えられる信号がＨレベルであり、ＡＮＤ回路９１３、９１５に与えられる信号がＬレベルとなる。従って、記憶回路９０９から制御線９０６−１、９０６−２の双方にＨレベルの信号が与えられたとき、ＡＮＤ回路９１２のみに与えられる信号が全てＨレベルである。これにより、ＡＮＤ回路９１２からリファレンス選択線９０８Ａを介してリファレンス信号選択スイッチ９０１にＨレベルの信号が出力される。これにより、リファレンス画素１０１Ａが第２の垂直信号線１０３に電気的に接続される。他のリファレンス画素１０１Ｂ〜Ｄをそれぞれ第２の垂直信号線１０３に電気的に接続させる場合には、記憶回路９０９から制御線９０６−１、９０６−２に出力する信号を制御すればよい。具体的には、リファレンス画素１０１Ｂを選択する場合には、制御線９０６−１の電位はＨレベル、制御線９０６−２の電位はＬレベルである。同様に、リファレンス画素１０１Ｃを選択する場合には、制御線９０６−１の電位はＬレベル、制御線９０６−２の電位はＨレベルである。また、リファレンス画素１０１Ｄを選択する場合には、制御線９０６−１、制御線９０６−２の電位は共にＬレベルである。
【００２８】
このようにして、リファレンス選択部９０５はリファレンス選択線９０８Ａ〜Ｄを介して、リファレンス信号選択スイッチ９０１、９０２、９０３、９０４のうち１つが第２の垂直信号線１０３と電気的に接続された状態となる。従って、４つのリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄのいずれかに不具合が生じていたとしても、他の正常なリファレンス画素１０１を選択することで、正常なリファレンス信号を取得することができる。
【００２９】
次にリファレンス画素選択情報の取得方法と、リファレンス画素１０１の選択方法について述べる。まず固体撮像装置の全てのリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄを検査して、不具合のあるリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄのアドレスを検出する。次に不具合のレベルに応じてリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄをランク分けし、リファレンス画素欠陥マップを作成する。作成したリファレンス画素欠陥マップに応じて、４行のリファレンス画素行から不具合の少ない最適なリファレンス画素行を決定し、リファレンス画素１０１を選択するためのリファレンス画素選択情報を設定する。リファレンス画素選択情報を固体撮像装置内の記憶回路９０９に設定する。記憶回路９０９は、このリファレンス画素選択情報に基づいて、リファレンス画素行を選択する。リファレンス画素欠陥マップの作成は、予め取得して外部の記憶装置に記憶させてもよいし、電源の投入時に行ってもよい。
【００３０】
図４（ａ）は、図１および図２に例示した固体撮像装置の駆動方法を例示したタイミング図である。ＰＲＥＳは、リセット制御線２０８に印加されるパルス、ＰＳＥＬは転送制御線２０７に印加されるパルスである。ＰＴＮ、ＰＴＳは例えば不図示のタイミング発生部から信号処理回路１１３に印加されるパルスである。ＰＴＳ、ＰＴＮが信号処理回路１１３に印加されることにより、差動増幅器１１２から出力された信号が信号処理回路１１３にて、後述する第２のＣＤＳが行われる。ＶＬｉｎｅ１は第１の垂直信号線１０２の電位、ＶＬｉｎｅ２は第２の垂直信号線１０３の電位、ＧＮＤはＧＮＤ配線１１７の電位、Ｖｏｕｔは差動増幅器１１２からの出力電位を表している。
【００３１】
図４（ａ）に例示したタイミング図においては、パルスをＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルと表記する）とした時に、パルスが印加されたＭＯＳトランジスタの、ソースとドレイン間が導通する。一方、Ｌｏｗレベル（以下、Ｌレベルと表記する）とした時にはソースとドレイン間が電気的に遮断される。尚、Ｌレベルのパルスがゲートに印加されることでソースとドレイン間が導通するＭＯＳトランジスタを用いた場合には、図４に示したパルスのＨレベルとＬレベルを反対にすることで、本実施例と同様の動作をすることができる。
【００３２】
以下、図４（ａ）に例示したタイミング図について、時刻ｔ１から順を追って、本実施例の固体撮像装置の駆動方法について説明する。
【００３３】
時刻ｔ１において、有効画素１００とリファレンス画素１０１にそれぞれ印加するＰＲＥＳをＨレベルとし、また、リセット供給線２０９に信号を印加して、ＦＤ領域２０３、２１３の電位をリセットレベルとする。また、ＰＲＥＳをＨレベルにする。
【００３４】
時刻ｔ２において、ＰＲＥＳをＬレベルとし、ＦＤ領域２０３、２１３のリセットを解除する。リセットＭＯＳトランジスタ２０４のソースとドレイン間が電気的に遮断される時に生じるチャージインジェクションにより、ＦＤ領域２０３、２１３の電位がリセットレベルより低下する。従って、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５が出力する信号の電位が低下するため、ＶＬｉｎｅ１、ＶＬｉｎｅ２の電位も低下する。
【００３５】
時刻ｔ３において、スイッチ１１０、１１１をＯＦＦにし、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５が出力する信号（以下、リセット信号と表記する）を容量Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒに保持する。スイッチ１１０、１１１をＯＦＦすることによって生じるチャージインジェクションにより、差動増幅器１１２の出力電位Ｖｏｕｔが上昇する。この時の出力電位Ｖｏｕｔは、リファレンス電圧Ｖｒｅｆと差動増幅器１１２のオフセット電圧Ｖｏｆｆとして、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ＋Ｖｏｆｆの式で表される。この状態の差動増幅器１１２の出力電位ＶｏｕｔをＮ信号と以下表記する。
【００３６】
時刻ｔ４において、ＰＴＮをＨレベルとして、信号処理回路１１３に差動増幅器１１２が出力するＮ信号が読み出される。
時刻ｔ５において、ＰＴＮをＬレベルとして、信号処理回路１１３へのＮ信号の読み出しを終了する。
時刻ｔ６において、有効画素１００とリファレンス画素１０１に印加するＰＴＸをＨレベルとする。
【００３７】
これにより、フォトダイオード２０１で生じた電荷がＦＤ領域２０３に転送される。ＦＤ領域２０３に保持された電荷に基づいて増幅ＭＯＳトランジスタ２０５が出力する信号（以下、光電変換信号と表記する）が第１の垂直信号線１０２に伝送される。ＦＤ領域２０３に保持された電荷に応じて、第１の垂直信号線１０２の電位は低下する。フォトダイオード２０１の光電変換は、前回の信号読み出し期間においてＰＴＸがＨレベルからＬレベルとなった時刻ｔ７から、今回の信号読み出し期間の時刻ｔ６までの間に行われればよい。この信号読み出し期間とは、時刻ｔ１から時刻ｔ９までの期間を表している。リファレンス画素１０１は光電変換を行わないため、負荷ＭＯＳトランジスタ１０５から供給される電流値に変動がない限りにおいては、ＦＤ領域２１３の電位は時刻ｔ５時点の電位から変化しない。よって、リファレンス信号はリセット時から変化しない。容量Ｃ０ｒ、Ｃ０ｓはリセット信号を時刻ｔ３にスイッチ１１０、１１１をオフすることで保持している。よって、時刻ｔ６にＦＤ領域２０３の電位が変化すると、差動増幅器１１２の、第１の垂直信号線１０２と接続された端子には、光電変換信号とリセット信号との差分に基づく信号が入力される。第２の垂直信号線１０３に接続された端子には、時刻ｔ３で保持したリセット信号と、時刻ｔ６で増幅ＭＯＳトランジスタ２１５から出力される信号との差分に基づく信号が出力される。先述したように、リファレンス画素１０１は光電変換を行わないため、負荷ＭＯＳトランジスタ１０５から供給される電流値に変動がない限りにおいては第２の垂直信号線１０３の電位ＶＬｉｎｅ２は変化しない。よって、差動増幅器１１２の、第２の垂直信号線１０３に接続された端子には、第２の垂直信号線１０３の電位ＶＬｉｎｅ２に変化が無い場合には、時刻ｔ３におけるレベルが信号として入力される。上述の動作によって、容量Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒによって第１のＣＤＳが行われる。時刻ｔ６の差動増幅器１１２の出力電位Ｖｏｕｔは、容量比Ｃ０ｓ／Ｃｆｓに応じて光電変換信号を増幅して出力した信号と、容量比Ｃ０ｒ／Ｃｆｒに応じてリファレンス信号を増幅して出力した信号との差分である。この差分出力電位をＳ信号と以下表記する。
【００３８】
リファレンス画素１０１と、リファレンス画素１０１と同じ列に属するＮ行目の有効画素１００とのそれぞれに印加するＰＴＸを、同時にＨレベルとする。ここでいうＮ行目のＮは、１以上の自然数である。これにより、リファレンス画素１０１からのリファレンス信号と、Ｎ行目の有効画素１００が出力する光電変換信号とが、信号処理回路１１３に同時に出力される。つまり、１行目の有効画素１００からの入射光に基づく信号を読み出す時には、１行目の有効画素１００に印加するＰＴＸと、この有効画素１００と同じ列に属するリファレンス画素１０１に印加するＰＴＸとを同時にＨレベルとする。この動作を有効画素１００の各行からの光電変換信号を読み出す時に行い、有効画素１００からの信号とリファレンス信号との同時読み出しを行う。
【００３９】
時刻ｔ７において、ＰＴＸをＨレベルからＬレベルとして、フォトダイオード２０１とＦＤ領域２０３とを電気的に遮断する。
時刻ｔ８において、ＰＴＳをＨレベルにすることで、信号処理回路１１３にＳ信号が読み出される。
時刻ｔ９において、ＰＴＳをＬレベルにすることによって、信号処理回路１１３へのＳ信号の読み出しが終了する。
【００４０】
信号処理回路１１３は読み出されたＳ信号とＮ信号の差分を出力する。この差分処理により、Ｓ信号に含まれる差動増幅器１１２のオフセット電圧Ｖｏｆｆが差し引かれる。つまり、第２のＣＤＳが信号処理回路１１３によって行われる。そして、ＨＳＲ１１４によって選択された信号処理回路１１３から信号が出力され、この信号が、固体撮像装置の出力する信号１１５である。
【００４１】
本実施例の固体撮像装置は、リファレンス画素１０１を行単位で選択する構成である。よって、リファレンス画素１０１を画素ごとに選択する構成に比して、リファレンス選択部９０５の配置面積を小さくすることができるとともに、リファレンス選択部９０５の固体撮像装置内での配置位置の自由度も向上する。またリファレンス画素選択情報も４行から１行を選択するので、２ビットの情報で足りる。
【００４２】
特許文献１のように、複数の有効画素１００の出力に対して差分を取るリファレンス画素１０１が１つの構成の場合には、そのリファレンス画素１０１に不具合があると正常なリファレンス信号が得にくくなる。よって、複数の有効画素１００が出力した信号とリファレンス信号との差分の信号が正しく得られなくなる場合がある。この場合には、撮像して得られた画像に線状の縞が生じることがある。本実施例の固体撮像装置は複数のリファレンス画素１０１からリファンレンス信号を出力する画素を選択可能にする構成を有している。この構成により、複数の有効画素１００の出力に対して差分を取るリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄの１つに不具合があった場合でも、他のリファレンス画素１０１からの出力に切り替えることにより、画像に線状の縞が生じることをなくすことができる。
【００４３】
本実施例の固体撮像装置は、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５は差動増幅器１１２とは別に設けられた構成を有している。従って、増幅ＭＯＳトランジスタが差動対の入力段を兼ねる構成に比して、本実施例の固体撮像装置は増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５のパラメータの設定の自由度が向上する効果を有する。ここでいうパラメータとは、トランジスタの動作に影響する要素を指す。たとえばゲート面積、電圧増幅率、電流増幅率、しきい値電圧、許容損失など多様な要素がある。
【００４４】
また、特許文献１に記載の固体撮像装置では、有効画素とリファレンス画素のそれぞれが出力する信号の差分を得て、有効画素の出力する信号に重畳されているノイズを精度よく低減するために、有効画素とリファレンス画素とで微小容量Ｃｉｏと浮遊拡散容量Ｃｆｄの容量比を揃える必要があった。有効画素１００のフォトダイオード２０１の面積を圧迫することなく１／ｆノイズを低減するためには、リファレンス画素１０１の増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のゲート面積を大きくすることが考えられる。特許文献１に開示された構成の回路で、リファレンス画素の増幅ＭＯＳトランジスタのゲート面積を大きくした場合には、浮遊拡散容量Ｃｆｄも寄生容量の増大によって大きくなるため、微小容量Ｃｉｏと浮遊拡散容量Ｃｆｄの容量比を調整する必要があった。これに対し、本実施例の構成では、有効画素１００とリファレンス画素１０１の内部に微小容量Ｃｉｏを設けない構成とすることができる。よって、微小容量Ｃｉｏ、浮遊拡散容量Ｃｆｄの容量比を調整することなく、増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のゲート面積の拡大を行うことができ、１／ｆノイズの影響を少なくすることができる。
【００４５】
リファレンス画素１０１は光電変換信号出力画素領域１２０の外に設けられている。従って、フォトダイオード２０１の面積を圧迫することなく、リファレンス画素１０１の増幅ＭＯＳトランジスタ２１５の制御電極であるゲートの面積を大きくすることができるため、１／ｆノイズの影響を少なくすることができる。また、リファレンス画素１０１は有効画素１００よりも差動増幅器１１２に近接して設けられている。これにより、第２の垂直信号線１０３の配線長さを短くすることができるとともに、光電変換信号出力画素領域１２０内に第２の垂直信号線１０３が入り込まない構成とすることができるため、フォトダイオード２０１の面積を圧迫しない。
【００４６】
増幅ＭＯＳトランジスタ２０５と増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のゲートの面積を等しくする場合であっても、本実施例の固体撮像装置は、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５のパラメータから独立して差動増幅器１１２を設計することができる効果を有している。
【００４７】
また、有効画素１００、リファレンス画素１０１が有する電圧源Ｖｄｄは、差動増幅器１１２が有する不図示の電源とは別に設けられている。これにより、有効画素１００、リファレンス画素１０１に供給する電圧源Ｖｄｄとは別の電圧で差動増幅器１１２を動作させることができる。
【００４８】
増幅ＭＯＳトランジスタ２１５を増幅ＭＯＳトランジスタ２０５よりも小さくする場合についても、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５のパラメータから独立して差動増幅器１１２を設計することができる効果を有している。さらに、増幅ＭＯＳトランジスタ２１５を小さくできる分、光電変換信号出力画素領域１２０の面積を広くできるため、有効画素１００のフォトダイオード２０１の面積も拡大できる。よって、感度の低下を低減できる。
【００４９】
特許文献１に記載の固体撮像装置では、垂直信号線に接続された電流源はソース電極からゲート電極、ドレイン電極を経由して信号線に電流を供給している。よって、信号を読み出す有効画素を選択した時、垂直信号線を流れる電流の電流値が一時的に変動する。この電流値の変動が安定するまでの時間は差動増幅回路が持つ電流源の電流値に律速される。このため、信号線の電流値の変動の影響を受けずに信号を読み出すためには、有効画素を選択してから垂直信号線を流れる電流の電流値が落ち着くまでの待機時間を設ける必要がある。
【００５０】
一方、本実施例で説明した固体撮像装置では、各画素の出力はソースフォロワ回路の電圧出力として与えられるので、垂直信号線の電位変動は電流源を流れる電流値に律速されない。そのため、複数の有効画素１００を垂直走査して光電変換信号を読み出す時に、特許文献１に記載の固体撮像装置に比べて、有効画素を選択してから信号線を流れる電流の変動が落ち着くまでの待機時間を少なくすることができる。
【００５１】
また、特許文献１に記載の固体撮像装置では、有効画素の内部に微小容量Ｃｉｏ、浮遊拡散容量Ｃｆｄが設けられている。これに対して、本実施例の固体撮像装置は微小容量Ｃｉｏが設けられていない。特許文献１に記載の固体撮像装置と本実施例の固体撮像装置を、同じ面積に同じ数の有効画素を設けることを考えると、本実施例の固体撮像装置の方が光電変換部の面積を大きくすることができる。よって、感度低下を抑制することができる。
【００５２】
次に、図４（ａ）に示したＶＬｉｎｅ１、ＶＬｉｎｅ２、ＧＮＤに示した破線について説明しながら、固体撮像装置が出力する画像において問題となる、横スミアや横縞を本実施例の固体撮像装置が低減できることについて説明する。
【００５３】
強い光が、光電変換信号出力画素領域１２０の一部の有効画素１００に入射した場合を想定する。強い光が入射した有効画素１００からの光電変換信号により第１の垂直信号線１０２の電位が大きく低下する。入射した光が非常に強い場合には、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４のソース・ドレイン間の電圧が０Ｖに近づき、特に強い光が入射した場合には負荷ＭＯＳトランジスタ１０４がＯＦＦしてしまう。ＧＮＤ配線１１７に流れる電流は、ＯＦＦしている負荷ＭＯＳトランジスタ１０４の数によって変化する。また、ＧＮＤ配線１１７のインピーダンスとＧＮＤ配線１１７に流れる電流でＧＮＤ配線１１７に生じる電圧降下によって、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５に流れる電流が変化する。よって、強い光が入射している有効画素１００の数が多い行ほどＯＦＦしている負荷ＭＯＳトランジスタ１０４の数が多いため、ＧＮＤ配線１１７の電圧降下が小さく、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５に流れる電流が多くなる。これにより、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５のゲートとソース間の電位差が大きくなる。リファレンス画素１０１が設けられていない構成の場合、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５のゲートとソース間の電位差が大きくなることにより、強い光が入射されている有効画素１００を含む行と、そうでない行との光電変換信号の出力範囲が異なってしまう。その結果、強いスポット光が入射された画像で、スポットの左右に白っぽい帯が発生する横スミアが生じることがあった。
【００５４】
本実施例はリファレンス画素１０１が設けられており、第２の垂直信号線１０３が負荷ＭＯＳトランジスタ１０５を介して共通ゲート配線１１６、ＧＮＤ配線１１７に電気的に接続された構成となっている。この構成を有することにより、強い入射光が有効画素１００に入射した時、有効画素１００の増幅ＭＯＳトランジスタ２０５のソースとゲート間の電位差が大きくなる。また、リファレンス画素１０１の増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のソースとゲート間の電位差も同様に大きくなる。差動増幅器１１２からのＳ信号は、光電変換信号とリファレンス信号の差分であるため、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５それぞれのソースとゲート間の電位差の増大の影響を差し引くことができる。従って、横スミアの発生を抑制することができる。
【００５５】
また本実施例が、横スミアと同様に画像の品質低下を招く、横縞についても抑制することができる点について説明する。図４（ｂ）は共通ゲート配線１１６の電位が変動した場合を表した図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に対してＶＬｉｎｅ１、ＶＬｉｎｅ２の電位以外は同じである。図４（ｂ）に破線で示した共通ゲート配線１１６の電位の変動は、共通ゲート配線１１６に電圧を供給する電源回路から発生するランダムノイズや、他回路からのキックバックノイズによって生じる。リファレンス画素１０１が設けられていない場合、共通ゲート配線１１６の電位が変動することによって負荷ＭＯＳトランジスタ１０４に流れる電流が変化し、読み出し動作が選択されている行全体の光電変換信号の出力範囲が変化する。これにより、共通ゲート配線１１６の電位の変動が生じた画像において、変動が生じなかった行と生じた行とが出力する信号の差によって画像に横縞が発生する。
【００５６】
本実施例の構成においては、共通ゲート配線１１６の電位に変動が生じた場合、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５が受ける影響が等しい。よって、図４（ｂ）に例示したように共通ゲート配線１１６の電位変動による、ＶＬｉｎｅ１とＶＬｉｎｅ２の電位変動は等しい。差動増幅器１１２からのＮ信号とＳ信号は、有効画素１００からの信号とリファレンス信号の差分であるため、共通ゲート配線１１６の電位変動の影響を差し引くことができる。よって、共通ゲート配線１１６の電位の変動が生じた場合であっても、変動が生じなかった行と生じた行とで光電変換信号の出力範囲が変わらないため、取得される画像に横縞が発生することを抑制することができる。
【００５７】
本実施例では、固体撮像装置が出力する画像において問題となる横スミアや横縞を低減するため、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５が共通ゲート配線１１６と、共通のＧＮＤ配線１１７に接続されている。しかし負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５が共通ゲート配線１１６、共通のＧＮＤ配線１１７に接続されておらず、別々のゲート配線、ＧＮＤ配線に接続されている形態であっても良い。つまり、複数のリファレンス画素１０１の中からリファレンス信号を出力するリファレンス画素を選択する構成であれば良い。
【００５８】
時刻ｔ１からｔ２までの間に行うリセット動作は、ＦＤ領域２０３、２１３の電位をリセットしていたが、この時にＰＴＸをＨレベルとしてフォトダイオード２０１、容量２１１の電位のリセットを行っても良い。この場合、フォトダイオード２０１の光電変換は、ＰＲＥＳ、ＰＴＸをＬレベルとする時刻ｔ２から、次にＰＴＸをＨレベルにする時刻ｔ６までの間で行えばよい。
【００５９】
リファレンス画素１０１のＦＤ領域２１３のリセットを、時刻ｔ２で有効画素１００のＦＤ領域２０３のリセットと同時に終了させていた。しかし、リファレンス画素１０１は光電変換を行わないため、リセットを終了させることなく、ＦＤ領域２１３にリセットレベルの電位を与え続ける形態であっても良い。
【００６０】
また、スイッチ１１０、１１１については、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間でスイッチ１１０、１１１がＯＮからＯＦＦになる状態があれば良い。つまり、スイッチ１１０、１１１をＯＮにするタイミングはＰＲＥＳがＨレベルとなる時刻ｔ１に必ずしも一致している必要はなく、時刻ｔ１以前から時刻ｔ４までの間であれば良い。
【００６１】
差動増幅器１１２への、光電変換信号とリファレンス信号のそれぞれの伝送は同時に終了することが好ましい。負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５のそれぞれが供給する電流値が変動し、時間によって電流値の変動量が異なることがある。この場合に、光電変換信号とリファレンス信号のそれぞれの読み出しを終えるタイミングを異ならせると、信号処理回路１１３に保持されたそれぞれの信号に含まれる負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５の変動量が異なることがある。よって、信号処理回路１１３がそれぞれの信号の差分を得ても、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５の供給する電流値の変動による影響を、差し引ききれないことがあるためである。
【００６２】
本実施例では、これまでリファレンス画素１０１が容量２１１、ＦＤ領域２１３、リセットＭＯＳトランジスタ２０４を有する形態として説明した。しかし、リファレンス画素１０１は、少なくともそのゲートに印加された電圧に基づく信号を出力する増幅ＭＯＳトランジスタ２１５を有していれば良い。つまり、リセットＭＯＳトランジスタ２０４を設けず、増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のゲートに電圧供給線を接続し、電圧供給線から供給された電圧に基づく信号を増幅ＭＯＳトランジスタ２１５が出力する形態であっても良い。このように、電荷保持部であるＦＤ領域２１３や、容量２１１、転送ＭＯＳトランジスタ２０２などを省略することで、増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のゲート面積をより大きく設計することが可能となる。
【００６３】
本実施例のリファレンス画素１０１は容量２１１が電荷を保持する形態として説明した。別の形態として、例えば、図２に示した容量２１１に代えてＦＤ領域２１３が電荷を保持する構成であってもよい。また、図２のように容量２１１をＦＤ領域２１３とは別に設けた構成であったり、有効画素１００のようにフォトダイオード２０１を設けた構成であったりしても良い。フォトダイオードを設けた場合には、リファレンス画素１０１を、フォトダイオードが遮光されたオプティカルブラック画素とすることで、リファレンス画素１０１からリファレンス信号を得ることができる。
【００６４】
本実施例は有効画素１００のそれぞれの増幅ＭＯＳトランジスタ２０５が第１の垂直信号線１０２に電気的に接続された形態に限定されず、リセットＭＯＳトランジスタ２０４やＦＤ領域２０３を、複数の有効画素１００で共有する構成としても良い。即ち、複数のフォトダイオード２０１やＦＤ領域２０３が１つの増幅ＭＯＳトランジスタ２０５に接続されている形態であっても良い。
【００６５】
本実施例では、各列のリファレンス画素１０１が光電変換信号出力画素領域１２０の同じ側の端部に設けられていた。他の形態として、光電変換信号出力画素領域１２０を挟んでリファレンス画素１０１が配された形態であっても良い。また、各列で交互にリファレンス画素１０１が光電変換信号出力画素領域１２０を挟んで配された形態であっても良い。この交互の配列は複数列毎としても良い。
【００６６】
各々の差動増幅器１１２についても同様に、光電変換信号出力画素領域１２０を挟んで交互に設けられた構成としても良い。また、交互の配列は１列毎ではなく、複数列毎としても良い。
【００６７】
また、信号処理回路１１３から出力された信号がアナログ信号である場合には、信号処理回路１１３が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を設けると良い。このＡ／Ｄ変換器は、アナログデジタル変換部である。
【００６８】
本実施例における差分信号出力部１４０は差動増幅器１１２である。他の形態として、さらに差分信号出力部１４０として図５のように、信号処理回路１１３に電気的に接続された差動アンプ１２９を設ける形態とすることもできる。図５に例示した固体撮像装置において、図１と同じ機能を有するものに関しては図１と同一の符号を付しており説明を省略する。７０１、７０２はそれぞれ反転増幅器であり、第１の増幅部、第２の増幅部である。それぞれの反転増幅器が共通の電圧源や電流源を用いることで増幅回路７０３を構成している。反転増幅器７０１、７０２は、それぞれが出力する信号レベルの範囲がなるべく等しくなるように、隣接して配置することが望ましい。反転増幅器７０１、７０２の構成としては、例えばソース接地回路が考えられる。スイッチ７０４、７０５は反転増幅器７０１、７０２の入力端子と出力端子とをショートさせるか否かを切り替えるスイッチである。スイッチ７０４、７０５を導通状態とすると、容量Ｃｆｒ、Ｃｆｓの電荷が放電されてリセットされる。この場合、反転増幅器７０１からの出力に基づいた信号と、反転増幅器７０２の出力に基づいて信号のそれぞれを別に信号処理回路１１３が差動アンプ１２９に出力する。この信号処理回路１１３が出力する２つの信号の差分を、差動アンプ１２９が出力する。この形態の場合には、差動アンプ１２９からの出力信号が固体撮像装置の出力する信号１１５である。増幅回路７０３もしくはそれよりも信号処理回路１１３側で発生したノイズは、有効画素１００とリファレンス画素１０１のそれぞれの出力に重畳される。従って、信号処理回路１１３で有効画素１００とリファレンス画素１０１の出力の差分を得ることにより、増幅回路７０３と、増幅回路７０３よりも信号処理回路１１３側で発生したノイズも差し引くことができる。よって、撮像装置の出力する信号１１５に含まれるノイズを低減する効果が得られる。よって信号１１５に含まれる、増幅回路７０３と、増幅回路７０３よりも信号処理回路１１３側で発生したノイズを低減することができ、ノイズの少ない良好な画像を得ることができる。また、他の形態として、信号処理回路１１３のそれぞれが差動アンプ１２９を有している形態であっても良い。この形態においても、増幅回路７０３で発生したノイズを低減した信号１１５を得ることができる。
【００６９】
本実施例は、画素が転送ＭＯＳトランジスタ、増幅ＭＯＳトランジスタ、リセットＭＯＳトランジスタの３つのＭＯＳトランジスタを有する形態を基に説明した。画素が他に、選択ＭＯＳトランジスタを有する形態であっても良い。この選択ＭＯＳトランジスタとは、ゲートが垂直走査回路２１０に電気的に接続されている。さらに、ドレインとソースの一方が第１の垂直信号線１０２あるいは第２の垂直信号線１０３、他方が増幅ＭＯＳトランジスタ２０５あるいは増幅ＭＯＳトランジスタ２１５にそれぞれ電気的に接続される。第１の垂直信号線１０２あるいは第２の垂直信号線１０３に信号を出力する画素の選択ＭＯＳトランジスタのゲートに、垂直走査回路２１０がパルスを印加する。これにより、選択された画素から信号が第１の垂直信号線１０２あるいは第２の垂直信号線１０３に出力される。
【００７０】
本実施例は、画素内のトランジスタがＭＯＳトランジスタである形態を例として説明した。本実施例はこれに限定されるものではなく、画素内のリセットトランジスタ、転送トランジスタがバイポーラトランジスタであっても良い。また、増幅トランジスタについても、接合型電界効果型トランジスタ（ＪＦＥＴ）を用いることもできる。
【００７１】
図１に例示した固体撮像装置では、リファレンス画素１０１が、有効画素１００とリファレンス画素１０１とが配された画素領域の差動増幅器１１２側の端部にのみ配置されていた。しかし、本実施例はこの形態に限定されるものではなく、さらにリファレンス画素１０１が、画素領域の差動増幅器１１２側とは光電変換信号出力画素領域１２０を挟んで反対側の端部に設けられていても良い。
【００７２】
本実施例では、有効画素１００が複数行、複数列配列されており、またリファレンス画素１０１が複数列配列された形態に基づいて説明した。有効画素１００は１行以上、１列以上配列されていれば良い。この場合、差動増幅器１１２、第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３についても１列ずつ設けられていれば良い。この形態においても、有効画素１００の光電変換部の面積を圧迫させずにリファレンス画素１０１の増幅ＭＯＳトランジスタ２１５の制御電極であるゲートの面積を大きくすることができる。よって、１／ｆノイズの少ない光電変換信号を得ることができる。
【００７３】
なお、本実施例では、リファレンス画素選択情報を保持するのは記憶回路９０９としたが、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、固体撮像装置と、固体撮像装置が出力する信号を処理する出力信号処理部、固体撮像装置に駆動タイミングを供給するタイミング発生部、タイミング発生部を制御する全体制御・演算部を有する固体撮像システムの形態がある。この固体撮像システムの形態において、例えば全体制御・演算部がリファレンス画素選択情報を保持する形態であっても良い。
【００７４】
また、本実施例ではリファレンス画素１０１が複数設けられた例として４つのリファレンス画素１０１Ａ〜１０１Ｄが設けられた形態を示したが、２つ以上のリファレンス画素１０１が設けられている形態であれば本実施例の効果を好適に得ることができる。また、本実施例ではリファレンス信号を出力するリファレンス画素を１つ選択したが、複数を選択して出力させる形態であっても良い。つまり、リファレンス画素１０１Ａ〜Ｄのうち、不具合のランクに応じて１つから４つのリファレンス画素を同時に選択し、リファレンス信号を差動増幅器１１２に出力する形態であっても良い。
【実施例２】
【００７５】
本実施例について、実施例１と異なる点を中心に、図面を参照しながら説明する。本実施例の固体撮像装置は、複数列のリファレンス画素１０１を含むブロックが複数配されている形態である。
【００７６】
図６は本実施例の一例を示したブロック図である。図６に例示した固体撮像装置において、図１と同じ機能を有するものに関しては図１と同一の符号を付しており説明を省略する。また有効画素１００とリファレンス画素１０１の等価回路は実施例１の図２と同様とすることができる。図６に例示した固体撮像装置では、４列のリファレンス画素１０１を含んだブロック１０１０が複数配されている。
【００７７】
１つのブロック１０１０に含まれる４列のリファレンス画素１０１を図６では１０１Ａ１〜Ａ４、１０１Ｂ１〜Ｂ４、１０１Ｃ１〜Ｃ４、１０１Ｄ１〜Ｄ４として図示した。４列のリファレンス画素１０１を含むブロック１０１０ごとにリファレンス選択部９０５が配されている。ブロック１０１０−１の各リファレンス信号選択スイッチ９０１〜９０４のそれぞれはリファレンス選択部９０５（ＢＬＯＣＫ１）に電気的に接続されている。同様に、ブロック１０１０−２の各リファレンス信号選択スイッチ９０１〜９０４のそれぞれはリファレンス選択部９０５（ＢＬＯＣＫ２）に電気的に接続されている。
【００７８】
１つのブロックに含まれるリファレンス画素１０１は、第２の垂直信号線１０３に電気的に接続されるリファレンス画素１０１がリファレンス選択部９０５によって行単位で選択される構成を有している。すなわち、リファレンス選択部９０５は例えば１行目のリファレンス画素１０１Ａ１〜Ａ４を選択する場合には、リファレンス選択線９０８Ａの電位をＨレベルとする。同様にリファレンス選択部９０５は、２行目、３行目、４行目のリファレンス画素１０１Ｂ１〜Ｂ４、１０１Ｃ１〜Ｃ４、１０１Ｄ１〜Ｄ４をそれぞれ選択する場合には、リファレンス選択線９０８Ｂ、９０８Ｃ、９０８Ｄのそれぞれの電位をＨレベルとする。
【００７９】
図７において制御線９０６は記憶回路９０９からリファレンス画素選択情報をリファレンス選択部９０５に伝える。リファレンス選択部９０５は例えばデマルチプレクサとすることができる。
【００８０】
リファレンス画素選択情報に基づきリファレンス選択部９０５は、第２の垂直信号線１０３にリファレンス出力を出力するリファレンス画素１０１を選択する。本実施例において１個のブロックは４行のリファレンス画素行から１行選択する。図７では制御線９０６を同層配線で形成した場合の概略配置をしめしたが、この場合配置面積が増大し、それに応じてチップサイズも増大する。そこで２ビットの制御線９０６について、一方は第１の配線層ＡＬ１（不図示）、他方は第２の配線層ＡＬ２（不図示）に配された２層配線とする。これにより、制御線９０６を同層配線とした場合に比べ配置面積を略１／２とすることができる。さらに多層配線を用いれば、より配線配置面積を減らすことができる。
【００８１】
図６、図７に例示した撮像装置の本実施例における動作は、図４で例示した動作と同様とすることができる。
【００８２】
本実施例においては、ブロックごとにリファレンス画素行の選択を行えることが特徴である。これにより、実施例１に比べリファレンス画素行の選択を異ならせることもでき、リファレンス画素行の選択の組み合わせの自由度が向上する。よって、撮像装置におけるリファレンス画素の選択を、不具合を有するリファレンス画素が少ない組み合わせとすることができる効果を有する。
【００８３】
本実施例では、複数のリファレンス選択部９０５を水平走査方向に並べて配置した。他の形態として、リファレンス選択部９０５が画素の配された列の間に設けられている形態であっても良い。さらに言えば、本実施例はリファレンス選択部９０５が設けられる場所に制限はなく、ブロックごとにリファレンス画素行を選択できる構成を有していれば好適に実施することができる。
【００８４】
本実施例においても、複数のリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄからリファレンス信号を出力するリファレンス画素１０１を選択する構成を有している。これにより本実施例の固体撮像装置においても、実施例１の固体撮像装置で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００８５】
本実施例の固体撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に、図面を参照しながら説明する。本実施例では、１列に配されたリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄを含む１つのリファレンス画素群が複数の差動増幅器に共通して電気的に接続されることを特徴としている。
【００８６】
図８は本実施例の一例を示したブロック図である。
図８に例示した固体撮像装置において、図１と同じ機能を有するものに関しては図１と同一の符号を付しており説明を省略する。また有効画素１００とリファレンス画素１０１の等価回路は実施例１の図２と同様とすることができる。
【００８７】
本実施例においては、４列の有効画素で、４個のリファレンス画素を共有する構成であることを特徴とする。本実施例において、１つの第２の垂直出力線１０３は４列の差動増幅器１１２に電気的に接続されている。従って、４列の差動増幅器１１２には共通のリファレンス信号が与えられる。
【００８８】
実施例１の固体撮像装置では各列の差動増幅器１１２にそれぞれ異なるリファレンス画素１０１からリファレンス信号が与えられていた。この形態では、それぞれの差動増幅器１１２に電気的に接続された第２の垂直出力線１０３が独立して駆動される。一方、本実施例の固体撮像装置は、第２の垂直信号線１０３は４つの差動増幅器１１２に共通して電気的に接続される構成であり、実施例１の固体撮像装置に比して消費電流を低減できる効果を有する。また、実施例１の固体撮像装置に比して、有効画素列４列あたりに含まれるリファレンス画素１０１の数が少ないことによる消費電流低減の効果も有する。
【００８９】
本実施例においても、複数のリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄからリファレンス信号を出力するリファレンス画素１０１を選択する構成を有している。これにより本実施例の固体撮像装置においても、実施例１の固体撮像装置で得られる効果と同等の効果を得ることができる。
【００９０】
なお、本実施例においては４個のリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄを１列に配置した形態を説明した。他の形態として図９に例示したように、リファレンス画素１０１Ａ〜Ｄを１行に配置して、１つのリファレンス画素群が４つの差動増幅器１１２に共通して電気的に接続される形態であっても良い。この形態の場合には、１列にリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄを配する構成に比して、リファレンス信号出力画素領域１５０の面積を縮小することができる。その結果、固体撮像装置のチップサイズを縮小することができる。
【００９１】
また、本実施例では、４つの差動増幅器１１２に１つのリファレンス画素群が共通して電気的に接続される形態を説明した。さらに１つのリファレンス画素群に共通して電気的に接続される差動増幅器１１２の個数を増やすことによって、実施例１の固体撮像装置に比して、更に消費電流を減らすことができる効果が得られる。
【００９２】
また実施例２と本実施例とを組み合わせた場合には、実施例２で述べたブロック内で利用するリファレンス画素１０１を共有化することもできる。例えば４個のリファレンス画素１０１を複数列で共有することにより、消費電流を減らすことができる。さらに共有化により不必要になったリファレンス画素１０１の領域にリファレンス選択部９０５を配置することができるので、固体撮像装置のチップ面積の増大を抑制することができる。
【実施例４】
【００９３】
本実施例の固体撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に、図面を参照しながら説明する。図１０に本実施例の固体撮像装置を例示したブロック図を示す。
【００９４】
図１０に例示した撮像装置において、図１と同じ機能を有するものに関しては図１と同一の符号を付しており説明を省略する。また有効画素１００とリファレンス画素１０１の等価回路は実施例１の図２と同様とすることができる。
【００９５】
図１０の固体撮像装置では、有効画素１００が配された画素列において４個のリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄと３個のオプティカルブラック画素８０１Ｅ〜Ｇが配置されている。オプティカルブラック画素８０１は有効画素１００のフォトダイオード２０１を遮光した構造とすることができる。オプティカルブラック画素８０１の信号出力動作は図２における有効画素１００と同様とすることができる。オプティカルブラック画素８０１Ｅ〜Ｇが配された領域がオプティカルブラック画素領域８００である。本実施例においてはオプティカルブラック画素８０１と有効画素１００の間にリファレンス画素１０１を配置することを特徴とする。つまり光電変換信号出力画素領域１２０とオプティカルブラック画素領域８００の間にリファレンス信号出力画素領域１５０が配されている。すなわち、オプティカルブラック画素８０１は、同じ列に属するリファレンス画素１０１の全てよりも差動増幅器１１２に近接して設けられている。さらに言えば、オプティカルブラック画素８０１は有効画素１００、リファレンス画素１０１、オプティカルブラック画素８０１の配された画素領域において、差動増幅器１１２側の端部に設けられている。この近接とは、リファレンス画素１０１とオプティカルブラック画素８０１それぞれの差動増幅器１１２側の端部を比較し、オプティカルブラック画素８０１の差動増幅器１１２側の端部の方が差動増幅器１１２に近いことを意味している。
【００９６】
オプティカルブラック画素８０１を有効画素１００に隣接して配置すると、高輝度の光が入射した場合、有効画素１００に近接するオプティカルブラック画素８０１の信号出力に有効画素１００の光電変換信号が影響を及ぼすことがある（ブルーミング）。これにより、オプティカルブラック画素８０１の信号出力の精度が低下する問題がある。
【００９７】
一方、本実施例のようにオプティカルブラック画素８０１と有効画素１００の間にリファレンス画素１０１を配置することで、有効画素１００からオプティカルブラック画素８０１へのブルーミングの影響を低減することができる。
【００９８】
なお、本実施例では、オプティカルブラック画素８０１が有効画素１００の配された各画素列に３つずつ配されている構成を示したが、この構成に限定されるものではない。つまり、オプティカルブラック画素８０１が有効画素１００の配された列に１つ以上配されていれば良い。また、複数列でオプティカルブラック画素８０１を共有する構成であっても良い。
【００９９】
本実施例においても、複数のリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄからリファレンス信号を出力するリファレンス画素を選択する構成を有している。これにより本実施例の固体撮像装置においても、実施例１の固体撮像装置で得られる効果と同等の効果を得ることができる。
【実施例５】
【０１００】
本実施例の固体撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に図面を参照しながら説明する。
図１１に本実施例の固体撮像装置を例示したブロック図を示す。有効画素１００の等価回路は実施例１の図２と同様とすることができる。
図１１に例示した撮像装置において、図１と同じ機能を有するものに関しては図１と同一の符号を付しており説明を省略する。
【０１０１】
図１１の固体撮像装置では、有効画素１００が配された各画素列において、８つのオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｈが配されている。オプティカルブラック画素８０１は有効画素１００と同様の等価回路とすることができ、フォトダイオード２０１が遮光された構造とする。本実施例におけるリファレンス信号出力画素は、オプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄである。
【０１０２】
本実施例においては一部のオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄが第１の垂直信号線１０２と第２の垂直信号線１０３に電気的に接続されている構成を有している。オプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄは、ＯＢ信号選択スイッチ９１０を介して第１の垂直信号線１０２に電気的に接続されている。また、オプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄは、リファレンス信号選択スイッチ９０１を介して第２の垂直信号線１０３に電気的に接続されている。リファレンス信号選択スイッチ９０１の各々は、リファレンス選択線９０８Ａ−１、９０８Ｂ−１、９０８Ｃ−１、９０８Ｄ−１を介してリファレンス選択部９０５に電気的に接続されている。ＯＢ信号選択スイッチ９１０の各々は、リファレンス選択線９０８Ａ−２、９０８Ｂ−２、９０８Ｃ−２、９０８Ｄ−２を介してリファレンス選択部９０５に電気的に接続されている。即ち、本実施例の固体撮像装置に設けられたオプティカルブラック画素８０１の一部のオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄは第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３を介して信号を差動増幅器１１２に出力することができる。オプティカルブラック画素８０１から第１の垂直信号線を介して差動増幅器１１２に出力される信号をＯＢ信号、第２の垂直信号線１０３を介して差動増幅器１１２に出力される信号をリファレンス信号と表記する。本実施例の固体撮像装置は、第２の垂直信号線１０３に電気的に接続されたオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄの中から、リファレンス信号を出力させるオプティカルブラック画素８０１を選択する構成を有する。リファレンス信号を出力させるオプティカルブラック画素８０１の他のオプティカルブラック画素はＯＢ信号を差動増幅器１１２に出力する。
【０１０３】
またオプティカルブラック画素８０１に不具合がある画素行はリファレンス信号出力画素としてもオプティカルブラック画素としても使わないようにすることができる。
本実施例のようにオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄは、リファレンス信号出力画素を兼ねることができるので、リファレンス画素用の領域を節約できる。特にリファレンス画素を多く配置する場合の効果は大きい。
【０１０４】
図１１に例示したオプティカルブラック画素のうち４個はリファレンス信号出力画素として兼用できる構成になっている。兼用画素は、リファレンス信号選択スイッチ９０１、９０２、９０３、９０４とＯＢ信号出力用の画素選択手段（本実施例においてはＯＢ信号選択スイッチ９１０）を有することを特徴とする。１０２は、画素列に沿った方向に配列された複数の有効画素１００とオプティカルブラック画素が電気的に接続される第１の垂直信号線である。１０３は、リファレンス信号出力画素として動作するオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄが電気的に接続される第２の垂直信号線である。これらのリファレンス信号選択スイッチ９０１、９０２、９０３、９０４とＯＢ信号選択スイッチ９１０を制御することにより、オプティカルブラック画素からＯＢ信号を出力させる場合は第１の垂直信号線に接続し、リファレンス信号を出力させる場合は第２の垂直信号線に接続する。つまりリファレンス信号出力画素としても動作するオプティカルブラック画素に、その出力を第１の垂直信号線に接続するか、第２の垂直信号線に接続するかの選択を行う選択手段を設けることが特徴となる。
【０１０５】
リファレンス信号出力画素として選択されたオプティカルブラック画素は、垂直走査回路２１０による走査から切り離される。このとき垂直走査回路２１０は、このリファレンス信号を出力するオプティカルブラック画素８０１を非選択とし、次のオプティカルブラック画素８０１を選択する動作となる。一方、ＯＢ信号を出力するオプティカルブラック画素８０１については、リファレンス選択部９０５は垂直走査回路２１０からの信号に基づいて選択を行う。例えば図１１において第１行のオプティカルブラック画素８０１Ａを、リファレンス信号を出力する画素として選択した場合、リファレンス選択部９０５はリファレンス信号選択スイッチ９０１を導通状態とする。また、リファレンス選択部９０５は、垂直走査回路２１０からのパルスＰＳＥＬｎ−１、ＰＳＥＬｎ＋１、ＰＳＥＬｎ＋２、ＰＳＥＬｎ＋３に基づいて、オプティカルブラック画素８０１Ｂ、８０１Ｃ、８０１Ｄのそれぞれに電気的に接続されたＯＢ信号選択スイッチ９１０を順次、導通状態とする。垂直走査回路２１０は引き続き、ＰＳＥＬｎ＋４、・・・ＰＳＥＬｎ＋７と順次走査する。リファレンス信号を出力する画素として選択された第１行のオプティカルブラック画素８０１Ａの動作については、実施例１におけるリファレンス画素１０１と同様の動作とすることができる。
【０１０６】
本実施例においても、複数のリファレンス信号出力画素であるオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄからリファレンス信号を出力するリファレンス信号出力画素を選択する構成を有している。これにより本実施例の固体撮像装置においても、実施例１の固体撮像装置で得られる効果と同等の効果を得ることができる。
【０１０７】
本実施例では、オプティカルブラック画素８０１はフォトダイオード２０１を有する構成と先述したが、実施例１で説明したリファレンス画素１０１としてもよい。
【０１０８】
本実施例では、リファレンス信号を出力せず、ＯＢ信号を出力するオプティカルブラック画素８０１Ｅ〜Ｈを有する形態を説明した。本実施例はこの形態に限定されるものではなく、リファレンス信号とＯＢ信号を共に差動増幅器１１２に出力可能なオプティカルブラック画素が設けられている形態であっても良い。例えば、本実施例のオプティカルブラック画素８０１Ｅ〜Ｈが設けられていない構成としても良い。この構成であっても、リファレンス信号を出力するオプティカルブラック画素と、ＯＢ信号を出力するオプティカルブラック画素とを有することにより、好適にリファレンス信号とＯＢ信号とを得ることができる。また、ＯＢ信号のみを出力するオプティカルブラック画素を配さずとも良いため、固体撮像装置のチップ面積を縮小することができる。
【実施例６】
【０１０９】
これまでに述べた固体撮像装置を固体撮像システムに適用した場合の実施例について述べる。固体撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図１２に、固体撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに固体撮像装置を適用した場合のブロック図を示す。
【０１１０】
図１２において、１はレンズの保護のためのバリア、２は被写体の光学像を固体撮像装置４に結像させるレンズ、３はレンズ２を通った光量を可変にするための絞りである。５は固体撮像装置４より出力される出力信号の処理を行う出力信号処理部である。
【０１１１】
固体撮像装置４からの出力信号がアナログ信号である場合には、出力信号処理部５は、アナログ信号処理部、Ａ／Ｄ変換器とデジタル信号処理部とを有する形態とする。固体撮像装置４からの出力信号をアナログ信号処理部が各種の補正を行って、Ａ／Ｄ変換器に信号を出力する。アナログ信号処理部から出力された信号をＡ／Ｄ変換器がデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部に出力する。デジタル信号処理部は必要に応じて各種の補正、圧縮を行ったうえで信号を出力する。
【０１１２】
一方、固体撮像装置４が先に示した実施例５のように、デジタル信号を出力する場合には、出力信号処理部５はデジタル信号処理部を有し、固体撮像装置４から出力されるデジタル信号に対して必要に応じて各種の補正、圧縮を行って信号を出力する。
【０１１３】
そして、図１２において、６は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、８は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、９は撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。７は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。１０は各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部、１１は固体撮像装置４、出力信号処理部５に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部である。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、固体撮像システムは少なくとも固体撮像装置４と、固体撮像装置４から出力された出力信号を処理する出力信号処理部５とを有すればよい。
【０１１４】
以上のように、本実施例の固体撮像システムは、固体撮像装置４を適用して撮像動作を行うことが可能である。本実施例の固体撮像システムに、実施例１〜７に例示した固体撮像装置を適用することにより、ノイズの少ない撮影が可能となる。
【符号の説明】
【０１１５】
１００ 有効画素
１０１ リファレンス画素
１０２ 第１の垂直信号線
１０３ 第２の垂直信号線
１１２ 差動増幅器
１１３ 信号処理回路
９０１、９０２、９０３、９０４ リファレンス信号選択スイッチ
９０５ リファレンス選択部
９０８ リファレンス選択線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有効画素とリファレンス画素とを有する固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および固体撮像装置を有する固体撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置では、光電変換に基づく信号を出力する有効画素と、光電変換を行わず基準信号を出力するリファレンス画素を設ける構成が知られている。有効画素の出力する信号とリファレンス画素が出力する基準信号との差分を得ることで、固体撮像装置が出力する信号のノイズの低減を行っている。
【０００３】
固体撮像装置では、解像度向上のため画素サイズの微細化が進んでいる。しかしながら、画素サイズが微細化するにつれて、光電変換部の面積が減少し、固体撮像装置の感度が低下してしまう。固体撮像装置においては、光電変換部の面積の減少を抑えながらの画素サイズの微細化を行うことにより、高解像度化、感度低下の抑制の両立が求められている。
【０００４】
特許文献１には、複数の有効画素と、光電変換を行わない点を除いて有効画素と同等の特性を有するリファレンス画素とで差動対を構成し、相関二重サンプリング（以下、ＣＤＳと表記する）を行う構成が開示されている。有効画素は、光電変換部が出力する電荷を保持し、増幅ＭＯＳトランジスタのゲートに接続された浮遊拡散容量Ｃｆｄが設けられている。リファレンス画素についても、電荷を保持し、増幅ＭＯＳトランジスタのゲートに接続された浮遊拡散容量Ｃｆｄが設けられている。また、有効画素とリファレンス画素とには容量Ｃｉｏが設けられている。この容量Ｃｉｏは一方の端子が差動対の出力部に接続され、他方の端子が増幅ＭＯＳトランジスタのゲートに接続される。特許文献１において、容量Ｃｉｏは浮遊拡散容量Ｃｆｄに比べて容量は微小である。以下、容量Ｃｉｏを微小容量Ｃｉｏと表記する。
【０００５】
有効画素とリファレンス画素とで差動対を構成する特許文献１に記載の固体撮像装置では、有効画素とリファレンス画素から出力された信号に含まれる、リセットノイズと固定パターンノイズの両方を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７１２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、有効画素とリファレンス画素とが差動対を構成し、有効画素とリファレンス画素のそれぞれに設けられた増幅ＭＯＳトランジスタが差動対の入力段のＭＯＳトランジスタとして動作する回路構成が記載されている。従来の構成では、リファレンス画素に不具合があった場合にリファレンス信号の精度が低下し、結果として差動対が出力する信号の精度が低下する問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するために為されたものであり、一の態様は、入射光を光電変換して生じた電荷に基づく光電変換信号を出力する光電変換信号出力画素と、入射光に基づかないリファレンス信号を出力する複数のリファレンス信号出力画素と、前記光電変換信号と前記リファレンス信号との差分処理を行って差分信号を出力する差分信号出力部と、前記差分信号出力部に前記リファレンス信号を出力する少なくとも１つの前記リファレンス信号出力画素を複数の前記リファレンス信号出力画素から選択するリファレンス選択部と、を有することを特徴とする固体撮像装置である。
【０００９】
一の態様は、入射光を光電変換して生じた電荷に基づく光電変換信号を出力する光電変換信号出力画素と、入射光に基づかないリファレンス信号を出力する複数のリファレンス信号出力画素と、前記光電変換信号と前記リファレンス信号との差分処理を行って差分信号を出力する差分信号出力部と、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、前記リファレンス信号を前記差分信号出力部に出力する少なくとも１つの前記リファレンス信号出力画素を複数の前記リファレンス信号出力画素から選択することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の固体撮像装置は、有効画素が出力する信号とリファレンス画素が出力するリファレンス信号との差分を得る差動増幅回路において、リファレンス信号を出力できるリファレンス画素が差動増幅回路ごとに複数設けられている。これにより、リファレンス信号の不具合による、信号の精度が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の固体撮像装置の一例に関するブロック図
【図２】本発明の固体撮像装置の一例の画素内の詳細を表した等価回路図
【図３】本発明の固体撮像装置の一例のリファレンス選択部の詳細を表した等価回路図
【図４】本発明の固体撮像装置の一例のタイミング図
【図５】本発明の固体撮像装置の他の一例のブロック図
【図６】本発明の固体撮像装置の他の一例に関するブロック図
【図７】本発明の固体撮像装置の他の一例のリファレンス選択部の配置の例を表したブロック図
【図８】本発明の固体撮像装置の他の一例を示したブロック図
【図９】本発明の固体撮像装置の他の一例を示したブロック図
【図１０】本発明の固体撮像装置の他の一例を表したブロック図
【図１１】本発明の固体撮像装置の他の一例を表したブロック図
【図１２】固体撮像システムの構成に関するブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１３】
まず、本実施例に関わる固体撮像装置の構成について説明し、その後、固体撮像装置の動作について説明する。尚、以下の説明では、画素をＮチャネルトランジスタで構成した例を説明する。画素をＰチャネルトランジスタで構成する場合にも、Ｎチャネルトランジスタで構成する場合に対して電圧の極性を反対にすることによって本発明を適用することができる。
【００１４】
図１は、本実施例の一例を示したブロック図である。１００は光電変換により、入射光に基づく信号を出力する有効画素、１０１は光電変換を行わずに信号を出力するリファレンス画素である。本実施例の有効画素は光電変換信号出力画素、リファレンス画素はリファレンス信号出力画素である。有効画素１００が行列状に配されている。即ち、有効画素１００は複数行、複数列にわたって設けられている。また、リファレンス画素１０１は有効画素１００が設けられた各列に配列されている。有効画素１００、リファレンス画素１０１が複数行、複数列配列されることによって画素領域が形成されている。以下、有効画素１００とリファレンス画素１０１とが配列された領域を画素領域、有効画素１００のみが配列された領域を光電変換信号出力画素領域１２０、リファレンス画素１０１のみが配列された領域をリファレンス信号出力画素領域１５０と区別して表記する。
【００１５】
リファレンス画素１０１は、同じ列に属する有効画素１００の全てよりも、後述する差動増幅器１１２に近接して設けられており、有効画素１００とリファレンス画素１０１とが配された画素領域の差動増幅器１１２側の端部に設けられている。この近接とは、有効画素１００とリファレンス画素１０１のそれぞれの差動増幅器１１２側の端部を比較し、リファレンス画素１０１の差動増幅器１１２側の端部の方が差動増幅器１１２に近いことを意味している。１０２は、列に沿った方向に配列された複数の有効画素１００が電気的に接続された第１の垂直信号線である。１０３は、リファレンス画素１０１が電気的に接続された第２の垂直信号線である。以下、第２の垂直信号線１０３が伝送するリファレンス画素１０１からの信号をリファレンス信号と表記する。
【００１６】
１０４、１０５はそれぞれ第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３にドレインが電気的に接続された負荷ＭＯＳトランジスタであり、第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３に定電流を流す定電流源である。負荷ＭＯＳトランジスタ１０４は第１のトランジスタ、負荷ＭＯＳトランジスタ１０５は第２のトランジスタである。負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５は、制御電極であるゲートに共通ゲート配線１１６が、ソースにＧＮＤ配線１１７が電気的に接続されている。共通ゲート配線１１６は制御信号線であり、第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３に供給する電流値を決める制御信号を印加する。
【００１７】
Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒ、Ｃｆｓ、Ｃｆｒは容量であり、１１０、１１１はスイッチである。差動増幅器１１２は差分信号出力部１４０の一例であり、第１の垂直信号線１０２が伝送する有効画素１００からの信号と、第２の垂直信号線１０３が伝送するリファレンス信号とを差動増幅して出力する。容量Ｃ０ｓと容量Ｃ０ｒは同じ容量値を有していることが好ましい。これは、有効画素１００からの信号とリファレンス信号の増幅率を等しくするためである。さらに、容量Ｃｆｓと容量Ｃｆｒとが同じ容量値を有していることが好ましい。容量Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒによって、後述する第１のＣＤＳが行われる。
【００１８】
これは、有効画素１００からの信号とリファレンス信号の増幅率を等しくするためである。差動増幅器１１２のゲインは容量比Ｃ０ｓ／Ｃｆｓおよび容量比Ｃ０ｒ／Ｃｆｒによって決定される。図示しないが、容量Ｃｆｓ、Ｃｆｒのそれぞれを複数の容量で構成し、その容量値を可変とすることで、差動増幅器１１２のゲインを変更することができる。容量Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒのそれぞれに対して、容量Ｃｆｓ、Ｃｆｒのそれぞれの容量値が大きいときは低ゲインとなる。逆に、容量Ｃ０ｓ、容量Ｃ０ｒのそれぞれに対して、容量Ｃｆｓ、容量Ｃｆｒのそれぞれの容量値が小さいときは高ゲインとなる。
【００１９】
１１８は差動増幅器１１２にリファレンス電圧Ｖｒｅｆを供給するリファレンス電圧線である。差動増幅器１１２と容量Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒ、Ｃｆｓ、Ｃｆｒ、スイッチ１１０、１１１により、スイッチトキャパシタを利用した差分回路を構成している。差動増幅器１１２の反転入力端子（−）には有効画素１００からの信号が入力され、非反転入力端子（＋）にはリファレンス信号が入力される。１１３は、信号処理回路であり、差動増幅器１１２に電気的に接続されている。
【００２０】
有効画素１００、リファレンス画素１０１、第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３、差動増幅器１１２は、複数列設けられている。１１４は水平シフトレジスタ（以下、ＨＳＲと表記する）であり、複数列設けられた信号処理回路１１３に電気的に接続されている。ＨＳＲ１１４が複数列の信号処理回路１１３から信号を出力する信号処理回路１１３を選択する。ＨＳＲ１１４によって選択された信号処理回路１１３から信号が出力され、出力された信号が固体撮像装置の出力する信号１１５となる。
【００２１】
リファレンス信号選択スイッチ９０１〜９０４は、リファレンス画素１０１の第２の垂直信号線１０３への電気的な接続、非接続を切り替えるスイッチである。リファレンス信号選択スイッチ９０１〜９０４の各々のゲートは、リファレンス選択線９０８Ａ〜Ｄの各々を介してリファレンス選択部９０５と電気的に接続されている。
【００２２】
リファレンス選択部９０５はリファレンス信号選択スイッチ９０１、９０２、９０３、９０４を制御する。リファレンス選択部９０５には記憶回路９０９から制御線９０６を介してリファレンス画素選択情報が伝送される。リファレンス選択部９０５は、リファレンス画素選択情報に基づいて、有効画素１００が配された各列に配された４つのリファレンス画素１０１Ａ〜１０１Ｄのうち、第２の垂直信号線１０３に電気的に接続するリファレンス画素１０１を選択する。
【００２３】
図２は有効画素１００、リファレンス画素１０１の一例を示した図である。フォトダイオード２０１は光電変換により入射光を電荷に変換する光電変換部である。２０２は転送ＭＯＳトランジスタであり、ソースはフォトダイオード２０１、ゲートは転送制御線２０７、ドレインはフローティングディフージョン領域（以下、ＦＤ領域と表記する）２０３にそれぞれ電気的に接続されている。ＦＤ領域２０３はフォトダイオード２０１から転送ＭＯＳトランジスタ２０２を介して転送された電荷を保持する領域である。固体撮像装置を半導体基板上に形成する場合には、ＦＤ領域は例えば不純物拡散領域で形成される。２０４はリセットＭＯＳトランジスタであり、ソースはＦＤ領域２０３、ゲートはリセット制御線２０８、ドレインはリセット供給線２０９にそれぞれ電気的に接続されている。２０５は増幅ＭＯＳトランジスタであり、制御電極であるゲートはＦＤ領域２０３、ドレインは電圧源Ｖｄｄ、ソースは第１の垂直信号線１０２にそれぞれ電気的に接続されている。増幅ＭＯＳトランジスタ２０５は第１の増幅トランジスタであり、後述するリファレンス画素１０１が有する増幅ＭＯＳトランジスタ２１５は第２の増幅トランジスタである。増幅ＭＯＳトランジスタ２０５は、制御電極であるゲートに印加された電圧に基づく信号を第１の垂直信号線１０２に出力する。つまり、ＦＤ領域２０３に保持された電荷に基づいた信号を第１の垂直信号線１０２に出力する。リセット制御線２０８、リセット供給線２０９、転送制御線２０７は垂直走査回路２１０にそれぞれ電気的に接続されている。
【００２４】
リファレンス画素１０１は、フォトダイオード２０１の代わりに容量２１１が設けられている。リファレンス画素１０１は、フォトダイオードの代わりに容量が設けられている点を除いて有効画素１００と同一の等価回路を有する構造とすることができる。リファレンス画素１０１の増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のソースは、第２の垂直信号線１０３に電気的に接続されている。リファレンス画素１０１の転送ＭＯＳトランジスタ２０２は、有効画素１００の転送ＭＯＳトランジスタ２０２と同じ構成としてもよい。また、図２に例示したように、リファレンス画素１０１の転送ＭＯＳトランジスタ２０２のソースとドレインをショートさせた形態とすることもできる。この形態とした時には、転送ＭＯＳトランジスタ２０２のソースとドレイン間を導通させたＯＮ状態としなくとも、ＦＤ領域２１３と容量２１１の電位を揃えることができる。よって、転送ＭＯＳトランジスタ２０２のＯＮ、ＯＦＦを切り替えることによって生じるノイズの影響を少なくできる。同様に、リファレンス画素１０１において転送ＭＯＳトランジスタ２０２を設けず、ＦＤ領域２１３と容量２１１を接続させても良い。以下、リファレンス画素１０１の転送ＭＯＳトランジスタ２０２のソースとドレイン間が、図２で例示したようにショートされている形態として説明する。
【００２５】
有効画素１００、リファレンス画素１０１の転送制御線２０７、リセット制御線２０８、リセット供給線２０９は垂直走査回路２１０に電気的に接続されている。
【００２６】
次にリファレンス選択部９０５について説明を行う。図３はリファレンス選択部９０５の構成の一例を示したものである。リファレンス選択部９０５は、ＡＮＤ回路９１２〜９１５とインバータ９１１−１、９１１−２とで構成され、２ビットのデマルチプレクサを構成している。制御線９０６は２ビット分の信号を伝送するため、制御線９０６−１、９０６−２の２本設けられている。
【００２７】
記憶回路９０９にはリファレンス画素選択情報が記憶されている。制御線９０６−１、９０６−２を介して記憶回路９０９から出力される２ビットの選択信号がそれぞれＡＮＤ回路９１２〜９１５に与えられる。制御線９０６−１においては、記憶回路９０９とＡＮＤ回路９１４との間にインバータ９１１−１が配されている。従って、記憶回路９０９から制御線９０６−１に例えばＨレベルの信号が出力されると、ＡＮＤ回路９１２、９１３にはＨレベルの信号が、ＡＮＤ回路９１４、９１５にはＬレベルの信号が与えられる。同様に、記憶回路９０９から制御線９０６−２に例えばＨレベルの信号が出力されると、ＡＮＤ回路９１２、９１４に与えられる信号がＨレベルであり、ＡＮＤ回路９１３、９１５に与えられる信号がＬレベルとなる。従って、記憶回路９０９から制御線９０６−１、９０６−２の双方にＨレベルの信号が与えられたとき、ＡＮＤ回路９１２のみに与えられる信号が全てＨレベルである。これにより、ＡＮＤ回路９１２からリファレンス選択線９０８Ａを介してリファレンス信号選択スイッチ９０１にＨレベルの信号が出力される。これにより、リファレンス画素１０１Ａが第２の垂直信号線１０３に電気的に接続される。他のリファレンス画素１０１Ｂ〜Ｄをそれぞれ第２の垂直信号線１０３に電気的に接続させる場合には、記憶回路９０９から制御線９０６−１、９０６−２に出力する信号を制御すればよい。具体的には、リファレンス画素１０１Ｂを選択する場合には、制御線９０６−１の電位はＨレベル、制御線９０６−２の電位はＬレベルである。同様に、リファレンス画素１０１Ｃを選択する場合には、制御線９０６−１の電位はＬレベル、制御線９０６−２の電位はＨレベルである。また、リファレンス画素１０１Ｄを選択する場合には、制御線９０６−１、制御線９０６−２の電位は共にＬレベルである。
【００２８】
このようにして、リファレンス選択部９０５はリファレンス選択線９０８Ａ〜Ｄを介して、リファレンス信号選択スイッチ９０１、９０２、９０３、９０４のうち１つが第２の垂直信号線１０３と電気的に接続された状態となる。従って、４つのリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄのいずれかに不具合が生じていたとしても、他の正常なリファレンス画素１０１を選択することで、正常なリファレンス信号を取得することができる。
【００２９】
次にリファレンス画素選択情報の取得方法と、リファレンス画素１０１の選択方法について述べる。まず固体撮像装置の全てのリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄを検査して、不具合のあるリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄのアドレスを検出する。次に不具合のレベルに応じてリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄをランク分けし、リファレンス画素欠陥マップを作成する。作成したリファレンス画素欠陥マップに応じて、４行のリファレンス画素行から不具合の少ない最適なリファレンス画素行を決定し、リファレンス画素１０１を選択するためのリファレンス画素選択情報を設定する。リファレンス画素選択情報を固体撮像装置内の記憶回路９０９に設定する。記憶回路９０９は、このリファレンス画素選択情報に基づいて、リファレンス画素行を選択する。リファレンス画素欠陥マップの作成は、予め取得して外部の記憶装置に記憶させてもよいし、電源の投入時に行ってもよい。
【００３０】
図４（ａ）は、図１および図２に例示した固体撮像装置の駆動方法を例示したタイミング図である。ＰＲＥＳは、リセット制御線２０８に印加されるパルス、ＰＳＥＬは転送制御線２０７に印加されるパルスである。ＰＴＮ、ＰＴＳは例えば不図示のタイミング発生部から信号処理回路１１３に印加されるパルスである。ＰＴＳ、ＰＴＮが信号処理回路１１３に印加されることにより、差動増幅器１１２から出力された信号が信号処理回路１１３にて、後述する第２のＣＤＳが行われる。ＶＬｉｎｅ１は第１の垂直信号線１０２の電位、ＶＬｉｎｅ２は第２の垂直信号線１０３の電位、ＧＮＤはＧＮＤ配線１１７の電位、Ｖｏｕｔは差動増幅器１１２からの出力電位を表している。
【００３１】
図４（ａ）に例示したタイミング図においては、パルスをＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルと表記する）とした時に、パルスが印加されたＭＯＳトランジスタの、ソースとドレイン間が導通する。一方、Ｌｏｗレベル（以下、Ｌレベルと表記する）とした時にはソースとドレイン間が電気的に遮断される。尚、Ｌレベルのパルスがゲートに印加されることでソースとドレイン間が導通するＭＯＳトランジスタを用いた場合には、図４に示したパルスのＨレベルとＬレベルを反対にすることで、本実施例と同様の動作をすることができる。
【００３２】
以下、図４（ａ）に例示したタイミング図について、時刻ｔ１から順を追って、本実施例の固体撮像装置の駆動方法について説明する。
【００３３】
時刻ｔ１において、有効画素１００とリファレンス画素１０１にそれぞれ印加するＰＲＥＳをＨレベルとし、また、リセット供給線２０９に信号を印加して、ＦＤ領域２０３、２１３の電位をリセットレベルとする。また、ＰＲＥＳをＨレベルにする。
【００３４】
時刻ｔ２において、ＰＲＥＳをＬレベルとし、ＦＤ領域２０３、２１３のリセットを解除する。リセットＭＯＳトランジスタ２０４のソースとドレイン間が電気的に遮断される時に生じるチャージインジェクションにより、ＦＤ領域２０３、２１３の電位がリセットレベルより低下する。従って、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５が出力する信号の電位が低下するため、ＶＬｉｎｅ１、ＶＬｉｎｅ２の電位も低下する。
【００３５】
時刻ｔ３において、スイッチ１１０、１１１をＯＦＦにし、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５が出力する信号（以下、リセット信号と表記する）を容量Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒに保持する。スイッチ１１０、１１１をＯＦＦすることによって生じるチャージインジェクションにより、差動増幅器１１２の出力電位Ｖｏｕｔが上昇する。この時の出力電位Ｖｏｕｔは、リファレンス電圧Ｖｒｅｆと差動増幅器１１２のオフセット電圧Ｖｏｆｆとして、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ＋Ｖｏｆｆの式で表される。この状態の差動増幅器１１２の出力電位ＶｏｕｔをＮ信号と以下表記する。
【００３６】
時刻ｔ４において、ＰＴＮをＨレベルとして、信号処理回路１１３に差動増幅器１１２が出力するＮ信号が読み出される。
時刻ｔ５において、ＰＴＮをＬレベルとして、信号処理回路１１３へのＮ信号の読み出しを終了する。
時刻ｔ６において、有効画素１００とリファレンス画素１０１に印加するＰＴＸをＨレベルとする。
【００３７】
これにより、フォトダイオード２０１で生じた電荷がＦＤ領域２０３に転送される。ＦＤ領域２０３に保持された電荷に基づいて増幅ＭＯＳトランジスタ２０５が出力する信号（以下、光電変換信号と表記する）が第１の垂直信号線１０２に伝送される。ＦＤ領域２０３に保持された電荷に応じて、第１の垂直信号線１０２の電位は低下する。フォトダイオード２０１の光電変換は、前回の信号読み出し期間においてＰＴＸがＨレベルからＬレベルとなった時刻ｔ７から、今回の信号読み出し期間の時刻ｔ６までの間に行われればよい。この信号読み出し期間とは、時刻ｔ１から時刻ｔ９までの期間を表している。リファレンス画素１０１は光電変換を行わないため、負荷ＭＯＳトランジスタ１０５から供給される電流値に変動がない限りにおいては、ＦＤ領域２１３の電位は時刻ｔ５時点の電位から変化しない。よって、リファレンス信号はリセット時から変化しない。容量Ｃ０ｒ、Ｃ０ｓはリセット信号を時刻ｔ３にスイッチ１１０、１１１をオフすることで保持している。よって、時刻ｔ６にＦＤ領域２０３の電位が変化すると、差動増幅器１１２の、第１の垂直信号線１０２と接続された端子には、光電変換信号とリセット信号との差分に基づく信号が入力される。第２の垂直信号線１０３に接続された端子には、時刻ｔ３で保持したリセット信号と、時刻ｔ６で増幅ＭＯＳトランジスタ２１５から出力される信号との差分に基づく信号が出力される。先述したように、リファレンス画素１０１は光電変換を行わないため、負荷ＭＯＳトランジスタ１０５から供給される電流値に変動がない限りにおいては第２の垂直信号線１０３の電位ＶＬｉｎｅ２は変化しない。よって、差動増幅器１１２の、第２の垂直信号線１０３に接続された端子には、第２の垂直信号線１０３の電位ＶＬｉｎｅ２に変化が無い場合には、時刻ｔ３におけるレベルが信号として入力される。上述の動作によって、容量Ｃ０ｓ、Ｃ０ｒによって第１のＣＤＳが行われる。時刻ｔ６の差動増幅器１１２の出力電位Ｖｏｕｔは、容量比Ｃ０ｓ／Ｃｆｓに応じて光電変換信号を増幅して出力した信号と、容量比Ｃ０ｒ／Ｃｆｒに応じてリファレンス信号を増幅して出力した信号との差分である。この差分出力電位をＳ信号と以下表記する。
【００３８】
リファレンス画素１０１と、リファレンス画素１０１と同じ列に属するＮ行目の有効画素１００とのそれぞれに印加するＰＴＸを、同時にＨレベルとする。ここでいうＮ行目のＮは、１以上の自然数である。これにより、リファレンス画素１０１からのリファレンス信号と、Ｎ行目の有効画素１００が出力する光電変換信号とが、信号処理回路１１３に同時に出力される。つまり、１行目の有効画素１００からの入射光に基づく信号を読み出す時には、１行目の有効画素１００に印加するＰＴＸと、この有効画素１００と同じ列に属するリファレンス画素１０１に印加するＰＴＸとを同時にＨレベルとする。この動作を有効画素１００の各行からの光電変換信号を読み出す時に行い、有効画素１００からの信号とリファレンス信号との同時読み出しを行う。
【００３９】
時刻ｔ７において、ＰＴＸをＨレベルからＬレベルとして、フォトダイオード２０１とＦＤ領域２０３とを電気的に遮断する。
時刻ｔ８において、ＰＴＳをＨレベルにすることで、信号処理回路１１３にＳ信号が読み出される。
時刻ｔ９において、ＰＴＳをＬレベルにすることによって、信号処理回路１１３へのＳ信号の読み出しが終了する。
【００４０】
信号処理回路１１３は読み出されたＳ信号とＮ信号の差分を出力する。この差分処理により、Ｓ信号に含まれる差動増幅器１１２のオフセット電圧Ｖｏｆｆが差し引かれる。つまり、第２のＣＤＳが信号処理回路１１３によって行われる。そして、ＨＳＲ１１４によって選択された信号処理回路１１３から信号が出力され、この信号が、固体撮像装置の出力する信号１１５である。
【００４１】
本実施例の固体撮像装置は、リファレンス画素１０１を行単位で選択する構成である。よって、リファレンス画素１０１を画素ごとに選択する構成に比して、リファレンス選択部９０５の配置面積を小さくすることができるとともに、リファレンス選択部９０５の固体撮像装置内での配置位置の自由度も向上する。またリファレンス画素選択情報も４行から１行を選択するので、２ビットの情報で足りる。
【００４２】
特許文献１のように、複数の有効画素１００の出力に対して差分を取るリファレンス画素１０１が１つの構成の場合には、そのリファレンス画素１０１に不具合があると正常なリファレンス信号が得にくくなる。よって、複数の有効画素１００が出力した信号とリファレンス信号との差分の信号が正しく得られなくなる場合がある。この場合には、撮像して得られた画像に線状の縞が生じることがある。本実施例の固体撮像装置は複数のリファレンス画素１０１からリファンレンス信号を出力する画素を選択可能にする構成を有している。この構成により、複数の有効画素１００の出力に対して差分を取るリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄの１つに不具合があった場合でも、他のリファレンス画素１０１からの出力に切り替えることにより、画像に線状の縞が生じることをなくすことができる。
【００４３】
本実施例の固体撮像装置は、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５は差動増幅器１１２とは別に設けられた構成を有している。従って、増幅ＭＯＳトランジスタが差動対の入力段を兼ねる構成に比して、本実施例の固体撮像装置は増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５のパラメータの設定の自由度が向上する効果を有する。ここでいうパラメータとは、トランジスタの動作に影響する要素を指す。たとえばゲート面積、電圧増幅率、電流増幅率、しきい値電圧、許容損失など多様な要素がある。
【００４４】
また、特許文献１に記載の固体撮像装置では、有効画素とリファレンス画素のそれぞれが出力する信号の差分を得て、有効画素の出力する信号に重畳されているノイズを精度よく低減するために、有効画素とリファレンス画素とで微小容量Ｃｉｏと浮遊拡散容量Ｃｆｄの容量比を揃える必要があった。有効画素１００のフォトダイオード２０１の面積を圧迫することなく１／ｆノイズを低減するためには、リファレンス画素１０１の増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のゲート面積を大きくすることが考えられる。特許文献１に開示された構成の回路で、リファレンス画素の増幅ＭＯＳトランジスタのゲート面積を大きくした場合には、浮遊拡散容量Ｃｆｄも寄生容量の増大によって大きくなるため、微小容量Ｃｉｏと浮遊拡散容量Ｃｆｄの容量比を調整する必要があった。これに対し、本実施例の構成では、有効画素１００とリファレンス画素１０１の内部に微小容量Ｃｉｏを設けない構成とすることができる。よって、微小容量Ｃｉｏ、浮遊拡散容量Ｃｆｄの容量比を調整することなく、増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のゲート面積の拡大を行うことができ、１／ｆノイズの影響を少なくすることができる。
【００４５】
リファレンス画素１０１は光電変換信号出力画素領域１２０の外に設けられている。従って、フォトダイオード２０１の面積を圧迫することなく、リファレンス画素１０１の増幅ＭＯＳトランジスタ２１５の制御電極であるゲートの面積を大きくすることができるため、１／ｆノイズの影響を少なくすることができる。また、リファレンス画素１０１は有効画素１００よりも差動増幅器１１２に近接して設けられている。これにより、第２の垂直信号線１０３の配線長さを短くすることができるとともに、光電変換信号出力画素領域１２０内に第２の垂直信号線１０３が入り込まない構成とすることができるため、フォトダイオード２０１の面積を圧迫しない。
【００４６】
増幅ＭＯＳトランジスタ２０５と増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のゲートの面積を等しくする場合であっても、本実施例の固体撮像装置は、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５のパラメータから独立して差動増幅器１１２を設計することができる効果を有している。
【００４７】
また、有効画素１００、リファレンス画素１０１が有する電圧源Ｖｄｄは、差動増幅器１１２が有する不図示の電源とは別に設けられている。これにより、有効画素１００、リファレンス画素１０１に供給する電圧源Ｖｄｄとは別の電圧で差動増幅器１１２を動作させることができる。
【００４８】
増幅ＭＯＳトランジスタ２１５を増幅ＭＯＳトランジスタ２０５よりも小さくする場合についても、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５のパラメータから独立して差動増幅器１１２を設計することができる効果を有している。さらに、増幅ＭＯＳトランジスタ２１５を小さくできる分、光電変換信号出力画素領域１２０の面積を広くできるため、有効画素１００のフォトダイオード２０１の面積も拡大できる。よって、感度の低下を低減できる。
【００４９】
特許文献１に記載の固体撮像装置では、垂直信号線に接続された電流源はソース電極からゲート電極、ドレイン電極を経由して信号線に電流を供給している。よって、信号を読み出す有効画素を選択した時、垂直信号線を流れる電流の電流値が一時的に変動する。この電流値の変動が安定するまでの時間は差動増幅回路が持つ電流源の電流値に律速される。このため、信号線の電流値の変動の影響を受けずに信号を読み出すためには、有効画素を選択してから垂直信号線を流れる電流の電流値が落ち着くまでの待機時間を設ける必要がある。
【００５０】
一方、本実施例で説明した固体撮像装置では、各画素の出力はソースフォロワ回路の電圧出力として与えられるので、垂直信号線の電位変動は電流源を流れる電流値に律速されない。そのため、複数の有効画素１００を垂直走査して光電変換信号を読み出す時に、特許文献１に記載の固体撮像装置に比べて、有効画素を選択してから信号線を流れる電流の変動が落ち着くまでの待機時間を少なくすることができる。
【００５１】
また、特許文献１に記載の固体撮像装置では、有効画素の内部に微小容量Ｃｉｏ、浮遊拡散容量Ｃｆｄが設けられている。これに対して、本実施例の固体撮像装置は微小容量Ｃｉｏが設けられていない。特許文献１に記載の固体撮像装置と本実施例の固体撮像装置を、同じ面積に同じ数の有効画素を設けることを考えると、本実施例の固体撮像装置の方が光電変換部の面積を大きくすることができる。よって、感度低下を抑制することができる。
【００５２】
次に、図４（ａ）に示したＶＬｉｎｅ１、ＶＬｉｎｅ２、ＧＮＤに示した破線について説明しながら、固体撮像装置が出力する画像において問題となる、横スミアや横縞を本実施例の固体撮像装置が低減できることについて説明する。
【００５３】
強い光が、光電変換信号出力画素領域１２０の一部の有効画素１００に入射した場合を想定する。強い光が入射した有効画素１００からの光電変換信号により第１の垂直信号線１０２の電位が大きく低下する。入射した光が非常に強い場合には、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４のソース・ドレイン間の電圧が０Ｖに近づき、特に強い光が入射した場合には負荷ＭＯＳトランジスタ１０４がＯＦＦしてしまう。ＧＮＤ配線１１７に流れる電流は、ＯＦＦしている負荷ＭＯＳトランジスタ１０４の数によって変化する。また、ＧＮＤ配線１１７のインピーダンスとＧＮＤ配線１１７に流れる電流でＧＮＤ配線１１７に生じる電圧降下によって、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５に流れる電流が変化する。よって、強い光が入射している有効画素１００の数が多い行ほどＯＦＦしている負荷ＭＯＳトランジスタ１０４の数が多いため、ＧＮＤ配線１１７の電圧降下が小さく、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５に流れる電流が多くなる。これにより、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５のゲートとソース間の電位差が大きくなる。リファレンス画素１０１が設けられていない構成の場合、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５のゲートとソース間の電位差が大きくなることにより、強い光が入射されている有効画素１００を含む行と、そうでない行との光電変換信号の出力範囲が異なってしまう。その結果、強いスポット光が入射された画像で、スポットの左右に白っぽい帯が発生する横スミアが生じることがあった。
【００５４】
本実施例はリファレンス画素１０１が設けられており、第２の垂直信号線１０３が負荷ＭＯＳトランジスタ１０５を介して共通ゲート配線１１６、ＧＮＤ配線１１７に電気的に接続された構成となっている。この構成を有することにより、強い入射光が有効画素１００に入射した時、有効画素１００の増幅ＭＯＳトランジスタ２０５のソースとゲート間の電位差が大きくなる。また、リファレンス画素１０１の増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のソースとゲート間の電位差も同様に大きくなる。差動増幅器１１２からのＳ信号は、光電変換信号とリファレンス信号の差分であるため、増幅ＭＯＳトランジスタ２０５、２１５それぞれのソースとゲート間の電位差の増大の影響を差し引くことができる。従って、横スミアの発生を抑制することができる。
【００５５】
また本実施例が、横スミアと同様に画像の品質低下を招く、横縞についても抑制することができる点について説明する。図４（ｂ）は共通ゲート配線１１６の電位が変動した場合を表した図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に対してＶＬｉｎｅ１、ＶＬｉｎｅ２の電位以外は同じである。図４（ｂ）に破線で示した共通ゲート配線１１６の電位の変動は、共通ゲート配線１１６に電圧を供給する電源回路から発生するランダムノイズや、他回路からのキックバックノイズによって生じる。リファレンス画素１０１が設けられていない場合、共通ゲート配線１１６の電位が変動することによって負荷ＭＯＳトランジスタ１０４に流れる電流が変化し、読み出し動作が選択されている行全体の光電変換信号の出力範囲が変化する。これにより、共通ゲート配線１１６の電位の変動が生じた画像において、変動が生じなかった行と生じた行とが出力する信号の差によって画像に横縞が発生する。
【００５６】
本実施例の構成においては、共通ゲート配線１１６の電位に変動が生じた場合、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５が受ける影響が等しい。よって、図４（ｂ）に例示したように共通ゲート配線１１６の電位変動による、ＶＬｉｎｅ１とＶＬｉｎｅ２の電位変動は等しい。差動増幅器１１２からのＮ信号とＳ信号は、有効画素１００からの信号とリファレンス信号の差分であるため、共通ゲート配線１１６の電位変動の影響を差し引くことができる。よって、共通ゲート配線１１６の電位の変動が生じた場合であっても、変動が生じなかった行と生じた行とで光電変換信号の出力範囲が変わらないため、取得される画像に横縞が発生することを抑制することができる。
【００５７】
本実施例では、固体撮像装置が出力する画像において問題となる横スミアや横縞を低減するため、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５が共通ゲート配線１１６と、共通のＧＮＤ配線１１７に接続されている。しかし負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５が共通ゲート配線１１６、共通のＧＮＤ配線１１７に接続されておらず、別々のゲート配線、ＧＮＤ配線に接続されている形態であっても良い。つまり、複数のリファレンス画素１０１の中からリファレンス信号を出力するリファレンス画素を選択する構成であれば良い。
【００５８】
時刻ｔ１からｔ２までの間に行うリセット動作は、ＦＤ領域２０３、２１３の電位をリセットしていたが、この時にＰＴＸをＨレベルとしてフォトダイオード２０１、容量２１１の電位のリセットを行っても良い。この場合、フォトダイオード２０１の光電変換は、ＰＲＥＳ、ＰＴＸをＬレベルとする時刻ｔ２から、次にＰＴＸをＨレベルにする時刻ｔ６までの間で行えばよい。
【００５９】
リファレンス画素１０１のＦＤ領域２１３のリセットを、時刻ｔ２で有効画素１００のＦＤ領域２０３のリセットと同時に終了させていた。しかし、リファレンス画素１０１は光電変換を行わないため、リセットを終了させることなく、ＦＤ領域２１３にリセットレベルの電位を与え続ける形態であっても良い。
【００６０】
また、スイッチ１１０、１１１については、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間でスイッチ１１０、１１１がＯＮからＯＦＦになる状態があれば良い。つまり、スイッチ１１０、１１１をＯＮにするタイミングはＰＲＥＳがＨレベルとなる時刻ｔ１に必ずしも一致している必要はなく、時刻ｔ１以前から時刻ｔ４までの間であれば良い。
【００６１】
差動増幅器１１２への、光電変換信号とリファレンス信号のそれぞれの伝送は同時に終了することが好ましい。負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５のそれぞれが供給する電流値が変動し、時間によって電流値の変動量が異なることがある。この場合に、光電変換信号とリファレンス信号のそれぞれの読み出しを終えるタイミングを異ならせると、信号処理回路１１３に保持されたそれぞれの信号に含まれる負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５の変動量が異なることがある。よって、信号処理回路１１３がそれぞれの信号の差分を得ても、負荷ＭＯＳトランジスタ１０４、１０５の供給する電流値の変動による影響を、差し引ききれないことがあるためである。
【００６２】
本実施例では、これまでリファレンス画素１０１が容量２１１、ＦＤ領域２１３、リセットＭＯＳトランジスタ２０４を有する形態として説明した。しかし、リファレンス画素１０１は、少なくともそのゲートに印加された電圧に基づく信号を出力する増幅ＭＯＳトランジスタ２１５を有していれば良い。つまり、リセットＭＯＳトランジスタ２０４を設けず、増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のゲートに電圧供給線を接続し、電圧供給線から供給された電圧に基づく信号を増幅ＭＯＳトランジスタ２１５が出力する形態であっても良い。このように、電荷保持部であるＦＤ領域２１３や、容量２１１、転送ＭＯＳトランジスタ２０２などを省略することで、増幅ＭＯＳトランジスタ２１５のゲート面積をより大きく設計することが可能となる。
【００６３】
本実施例のリファレンス画素１０１は容量２１１が電荷を保持する形態として説明した。別の形態として、例えば、図２に示した容量２１１に代えてＦＤ領域２１３が電荷を保持する構成であってもよい。また、図２のように容量２１１をＦＤ領域２１３とは別に設けた構成であったり、有効画素１００のようにフォトダイオード２０１を設けた構成であったりしても良い。フォトダイオードを設けた場合には、リファレンス画素１０１を、フォトダイオードが遮光されたオプティカルブラック画素とすることで、リファレンス画素１０１からリファレンス信号を得ることができる。
【００６４】
本実施例は有効画素１００のそれぞれの増幅ＭＯＳトランジスタ２０５が第１の垂直信号線１０２に電気的に接続された形態に限定されず、リセットＭＯＳトランジスタ２０４やＦＤ領域２０３を、複数の有効画素１００で共有する構成としても良い。即ち、複数のフォトダイオード２０１やＦＤ領域２０３が１つの増幅ＭＯＳトランジスタ２０５に接続されている形態であっても良い。
【００６５】
本実施例では、各列のリファレンス画素１０１が光電変換信号出力画素領域１２０の同じ側の端部に設けられていた。他の形態として、光電変換信号出力画素領域１２０を挟んでリファレンス画素１０１が配された形態であっても良い。また、各列で交互にリファレンス画素１０１が光電変換信号出力画素領域１２０を挟んで配された形態であっても良い。この交互の配列は複数列毎としても良い。
【００６６】
各々の差動増幅器１１２についても同様に、光電変換信号出力画素領域１２０を挟んで交互に設けられた構成としても良い。また、交互の配列は１列毎ではなく、複数列毎としても良い。
【００６７】
また、信号処理回路１１３から出力された信号がアナログ信号である場合には、信号処理回路１１３が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を設けると良い。このＡ／Ｄ変換器は、アナログデジタル変換部である。
【００６８】
本実施例における差分信号出力部１４０は差動増幅器１１２である。他の形態として、さらに差分信号出力部１４０として図５のように、信号処理回路１１３に電気的に接続された差動アンプ１２９を設ける形態とすることもできる。図５に例示した固体撮像装置において、図１と同じ機能を有するものに関しては図１と同一の符号を付しており説明を省略する。７０１、７０２はそれぞれ反転増幅器であり、第１の増幅部、第２の増幅部である。それぞれの反転増幅器が共通の電圧源や電流源を用いることで増幅回路７０３を構成している。反転増幅器７０１、７０２は、それぞれが出力する信号レベルの範囲がなるべく等しくなるように、隣接して配置することが望ましい。反転増幅器７０１、７０２の構成としては、例えばソース接地回路が考えられる。スイッチ７０４、７０５は反転増幅器７０１、７０２の入力端子と出力端子とをショートさせるか否かを切り替えるスイッチである。スイッチ７０４、７０５を導通状態とすると、容量Ｃｆｒ、Ｃｆｓの電荷が放電されてリセットされる。この場合、反転増幅器７０１からの出力に基づいた信号と、反転増幅器７０２の出力に基づいて信号のそれぞれを別に信号処理回路１１３が差動アンプ１２９に出力する。この信号処理回路１１３が出力する２つの信号の差分を、差動アンプ１２９が出力する。この形態の場合には、差動アンプ１２９からの出力信号が固体撮像装置の出力する信号１１５である。増幅回路７０３もしくはそれよりも信号処理回路１１３側で発生したノイズは、有効画素１００とリファレンス画素１０１のそれぞれの出力に重畳される。従って、信号処理回路１１３で有効画素１００とリファレンス画素１０１の出力の差分を得ることにより、増幅回路７０３と、増幅回路７０３よりも信号処理回路１１３側で発生したノイズも差し引くことができる。よって、撮像装置の出力する信号１１５に含まれるノイズを低減する効果が得られる。よって信号１１５に含まれる、増幅回路７０３と、増幅回路７０３よりも信号処理回路１１３側で発生したノイズを低減することができ、ノイズの少ない良好な画像を得ることができる。また、他の形態として、信号処理回路１１３のそれぞれが差動アンプ１２９を有している形態であっても良い。この形態においても、増幅回路７０３で発生したノイズを低減した信号１１５を得ることができる。
【００６９】
本実施例は、画素が転送ＭＯＳトランジスタ、増幅ＭＯＳトランジスタ、リセットＭＯＳトランジスタの３つのＭＯＳトランジスタを有する形態を基に説明した。画素が他に、選択ＭＯＳトランジスタを有する形態であっても良い。この選択ＭＯＳトランジスタとは、ゲートが垂直走査回路２１０に電気的に接続されている。さらに、ドレインとソースの一方が第１の垂直信号線１０２あるいは第２の垂直信号線１０３、他方が増幅ＭＯＳトランジスタ２０５あるいは増幅ＭＯＳトランジスタ２１５にそれぞれ電気的に接続される。第１の垂直信号線１０２あるいは第２の垂直信号線１０３に信号を出力する画素の選択ＭＯＳトランジスタのゲートに、垂直走査回路２１０がパルスを印加する。これにより、選択された画素から信号が第１の垂直信号線１０２あるいは第２の垂直信号線１０３に出力される。
【００７０】
本実施例は、画素内のトランジスタがＭＯＳトランジスタである形態を例として説明した。本実施例はこれに限定されるものではなく、画素内のリセットトランジスタ、転送トランジスタがバイポーラトランジスタであっても良い。また、増幅トランジスタについても、接合型電界効果型トランジスタ（ＪＦＥＴ）を用いることもできる。
【００７１】
図１に例示した固体撮像装置では、リファレンス画素１０１が、有効画素１００とリファレンス画素１０１とが配された画素領域の差動増幅器１１２側の端部にのみ配置されていた。しかし、本実施例はこの形態に限定されるものではなく、さらにリファレンス画素１０１が、画素領域の差動増幅器１１２側とは光電変換信号出力画素領域１２０を挟んで反対側の端部に設けられていても良い。
【００７２】
本実施例では、有効画素１００が複数行、複数列配列されており、またリファレンス画素１０１が複数列配列された形態に基づいて説明した。有効画素１００は１行以上、１列以上配列されていれば良い。この場合、差動増幅器１１２、第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３についても１列ずつ設けられていれば良い。この形態においても、有効画素１００の光電変換部の面積を圧迫させずにリファレンス画素１０１の増幅ＭＯＳトランジスタ２１５の制御電極であるゲートの面積を大きくすることができる。よって、１／ｆノイズの少ない光電変換信号を得ることができる。
【００７３】
なお、本実施例では、リファレンス画素選択情報を保持するのは記憶回路９０９としたが、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、固体撮像装置と、固体撮像装置が出力する信号を処理する出力信号処理部、固体撮像装置に駆動タイミングを供給するタイミング発生部、タイミング発生部を制御する全体制御・演算部を有する固体撮像システムの形態がある。この固体撮像システムの形態において、例えば全体制御・演算部がリファレンス画素選択情報を保持する形態であっても良い。
【００７４】
また、本実施例ではリファレンス画素１０１が複数設けられた例として４つのリファレンス画素１０１Ａ〜１０１Ｄが設けられた形態を示したが、２つ以上のリファレンス画素１０１が設けられている形態であれば本実施例の効果を好適に得ることができる。また、本実施例ではリファレンス信号を出力するリファレンス画素を１つ選択したが、複数を選択して出力させる形態であっても良い。つまり、リファレンス画素１０１Ａ〜Ｄのうち、不具合のランクに応じて１つから４つのリファレンス画素を同時に選択し、リファレンス信号を差動増幅器１１２に出力する形態であっても良い。
【実施例２】
【００７５】
本実施例について、実施例１と異なる点を中心に、図面を参照しながら説明する。本実施例の固体撮像装置は、複数列のリファレンス画素１０１を含むブロックが複数配されている形態である。
【００７６】
図６は本実施例の一例を示したブロック図である。図６に例示した固体撮像装置において、図１と同じ機能を有するものに関しては図１と同一の符号を付しており説明を省略する。また有効画素１００とリファレンス画素１０１の等価回路は実施例１の図２と同様とすることができる。図６に例示した固体撮像装置では、４列のリファレンス画素１０１を含んだブロック１０１０が複数配されている。
【００７７】
１つのブロック１０１０に含まれる４列のリファレンス画素１０１を図６では１０１Ａ１〜Ａ４、１０１Ｂ１〜Ｂ４、１０１Ｃ１〜Ｃ４、１０１Ｄ１〜Ｄ４として図示した。４列のリファレンス画素１０１を含むブロック１０１０ごとにリファレンス選択部９０５が配されている。ブロック１０１０−１の各リファレンス信号選択スイッチ９０１〜９０４のそれぞれはリファレンス選択部９０５（ＢＬＯＣＫ１）に電気的に接続されている。同様に、ブロック１０１０−２の各リファレンス信号選択スイッチ９０１〜９０４のそれぞれはリファレンス選択部９０５（ＢＬＯＣＫ２）に電気的に接続されている。
【００７８】
１つのブロックに含まれるリファレンス画素１０１は、第２の垂直信号線１０３に電気的に接続されるリファレンス画素１０１がリファレンス選択部９０５によって行単位で選択される構成を有している。すなわち、リファレンス選択部９０５は例えば１行目のリファレンス画素１０１Ａ１〜Ａ４を選択する場合には、リファレンス選択線９０８Ａの電位をＨレベルとする。同様にリファレンス選択部９０５は、２行目、３行目、４行目のリファレンス画素１０１Ｂ１〜Ｂ４、１０１Ｃ１〜Ｃ４、１０１Ｄ１〜Ｄ４をそれぞれ選択する場合には、リファレンス選択線９０８Ｂ、９０８Ｃ、９０８Ｄのそれぞれの電位をＨレベルとする。
【００７９】
図７において制御線９０６は記憶回路９０９からリファレンス画素選択情報をリファレンス選択部９０５に伝える。リファレンス選択部９０５は例えばデマルチプレクサとすることができる。
【００８０】
リファレンス画素選択情報に基づきリファレンス選択部９０５は、第２の垂直信号線１０３にリファレンス出力を出力するリファレンス画素１０１を選択する。本実施例において１個のブロックは４行のリファレンス画素行から１行選択する。図７では制御線９０６を同層配線で形成した場合の概略配置をしめしたが、この場合配置面積が増大し、それに応じてチップサイズも増大する。そこで２ビットの制御線９０６について、一方は第１の配線層ＡＬ１（不図示）、他方は第２の配線層ＡＬ２（不図示）に配された２層配線とする。これにより、制御線９０６を同層配線とした場合に比べ配置面積を略１／２とすることができる。さらに多層配線を用いれば、より配線配置面積を減らすことができる。
【００８１】
図６、図７に例示した撮像装置の本実施例における動作は、図４で例示した動作と同様とすることができる。
【００８２】
本実施例においては、ブロックごとにリファレンス画素行の選択を行えることが特徴である。これにより、実施例１に比べリファレンス画素行の選択を異ならせることもでき、リファレンス画素行の選択の組み合わせの自由度が向上する。よって、撮像装置におけるリファレンス画素の選択を、不具合を有するリファレンス画素が少ない組み合わせとすることができる効果を有する。
【００８３】
本実施例では、複数のリファレンス選択部９０５を水平走査方向に並べて配置した。他の形態として、リファレンス選択部９０５が画素の配された列の間に設けられている形態であっても良い。さらに言えば、本実施例はリファレンス選択部９０５が設けられる場所に制限はなく、ブロックごとにリファレンス画素行を選択できる構成を有していれば好適に実施することができる。
【００８４】
本実施例においても、複数のリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄからリファレンス信号を出力するリファレンス画素１０１を選択する構成を有している。これにより本実施例の固体撮像装置においても、実施例１の固体撮像装置で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００８５】
本実施例の固体撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に、図面を参照しながら説明する。本実施例では、１列に配されたリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄを含む１つのリファレンス画素群が複数の差動増幅器に共通して電気的に接続されることを特徴としている。
【００８６】
図８は本実施例の一例を示したブロック図である。
図８に例示した固体撮像装置において、図１と同じ機能を有するものに関しては図１と同一の符号を付しており説明を省略する。また有効画素１００とリファレンス画素１０１の等価回路は実施例１の図２と同様とすることができる。
【００８７】
本実施例においては、４列の有効画素で、４個のリファレンス画素を共有する構成であることを特徴とする。本実施例において、１つの第２の垂直出力線１０３は４列の差動増幅器１１２に電気的に接続されている。従って、４列の差動増幅器１１２には共通のリファレンス信号が与えられる。
【００８８】
実施例１の固体撮像装置では各列の差動増幅器１１２にそれぞれ異なるリファレンス画素１０１からリファレンス信号が与えられていた。この形態では、それぞれの差動増幅器１１２に電気的に接続された第２の垂直出力線１０３が独立して駆動される。一方、本実施例の固体撮像装置は、第２の垂直信号線１０３は４つの差動増幅器１１２に共通して電気的に接続される構成であり、実施例１の固体撮像装置に比して消費電流を低減できる効果を有する。また、実施例１の固体撮像装置に比して、有効画素列４列あたりに含まれるリファレンス画素１０１の数が少ないことによる消費電流低減の効果も有する。
【００８９】
本実施例においても、複数のリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄからリファレンス信号を出力するリファレンス画素１０１を選択する構成を有している。これにより本実施例の固体撮像装置においても、実施例１の固体撮像装置で得られる効果と同等の効果を得ることができる。
【００９０】
なお、本実施例においては４個のリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄを１列に配置した形態を説明した。他の形態として図９に例示したように、リファレンス画素１０１Ａ〜Ｄを１行に配置して、１つのリファレンス画素群が４つの差動増幅器１１２に共通して電気的に接続される形態であっても良い。この形態の場合には、１列にリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄを配する構成に比して、リファレンス信号出力画素領域１５０の面積を縮小することができる。その結果、固体撮像装置のチップサイズを縮小することができる。
【００９１】
また、本実施例では、４つの差動増幅器１１２に１つのリファレンス画素群が共通して電気的に接続される形態を説明した。さらに１つのリファレンス画素群に共通して電気的に接続される差動増幅器１１２の個数を増やすことによって、実施例１の固体撮像装置に比して、更に消費電流を減らすことができる効果が得られる。
【００９２】
また実施例２と本実施例とを組み合わせた場合には、実施例２で述べたブロック内で利用するリファレンス画素１０１を共有化することもできる。例えば４個のリファレンス画素１０１を複数列で共有することにより、消費電流を減らすことができる。さらに共有化により不必要になったリファレンス画素１０１の領域にリファレンス選択部９０５を配置することができるので、固体撮像装置のチップ面積の増大を抑制することができる。
【実施例４】
【００９３】
本実施例の固体撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に、図面を参照しながら説明する。図１０に本実施例の固体撮像装置を例示したブロック図を示す。
【００９４】
図１０に例示した撮像装置において、図１と同じ機能を有するものに関しては図１と同一の符号を付しており説明を省略する。また有効画素１００とリファレンス画素１０１の等価回路は実施例１の図２と同様とすることができる。
【００９５】
図１０の固体撮像装置では、有効画素１００が配された画素列において４個のリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄと３個のオプティカルブラック画素８０１Ｅ〜Ｇが配置されている。オプティカルブラック画素８０１は有効画素１００のフォトダイオード２０１を遮光した構造とすることができる。オプティカルブラック画素８０１の信号出力動作は図２における有効画素１００と同様とすることができる。オプティカルブラック画素８０１Ｅ〜Ｇが配された領域がオプティカルブラック画素領域８００である。本実施例においてはオプティカルブラック画素８０１と有効画素１００の間にリファレンス画素１０１を配置することを特徴とする。つまり光電変換信号出力画素領域１２０とオプティカルブラック画素領域８００の間にリファレンス信号出力画素領域１５０が配されている。すなわち、オプティカルブラック画素８０１は、同じ列に属するリファレンス画素１０１の全てよりも差動増幅器１１２に近接して設けられている。さらに言えば、オプティカルブラック画素８０１は有効画素１００、リファレンス画素１０１、オプティカルブラック画素８０１の配された画素領域において、差動増幅器１１２側の端部に設けられている。この近接とは、リファレンス画素１０１とオプティカルブラック画素８０１それぞれの差動増幅器１１２側の端部を比較し、オプティカルブラック画素８０１の差動増幅器１１２側の端部の方が差動増幅器１１２に近いことを意味している。
【００９６】
オプティカルブラック画素８０１を有効画素１００に隣接して配置すると、高輝度の光が入射した場合、有効画素１００に近接するオプティカルブラック画素８０１の信号出力に有効画素１００の光電変換信号が影響を及ぼすことがある（ブルーミング）。これにより、オプティカルブラック画素８０１の信号出力の精度が低下する問題がある。
【００９７】
一方、本実施例のようにオプティカルブラック画素８０１と有効画素１００の間にリファレンス画素１０１を配置することで、有効画素１００からオプティカルブラック画素８０１へのブルーミングの影響を低減することができる。
【００９８】
なお、本実施例では、オプティカルブラック画素８０１が有効画素１００の配された各画素列に３つずつ配されている構成を示したが、この構成に限定されるものではない。つまり、オプティカルブラック画素８０１が有効画素１００の配された列に１つ以上配されていれば良い。また、複数列でオプティカルブラック画素８０１を共有する構成であっても良い。
【００９９】
本実施例においても、複数のリファレンス画素１０１Ａ〜Ｄからリファレンス信号を出力するリファレンス画素を選択する構成を有している。これにより本実施例の固体撮像装置においても、実施例１の固体撮像装置で得られる効果と同等の効果を得ることができる。
【実施例５】
【０１００】
本実施例の固体撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に図面を参照しながら説明する。
図１１に本実施例の固体撮像装置を例示したブロック図を示す。有効画素１００の等価回路は実施例１の図２と同様とすることができる。
図１１に例示した撮像装置において、図１と同じ機能を有するものに関しては図１と同一の符号を付しており説明を省略する。
【０１０１】
図１１の固体撮像装置では、有効画素１００が配された各画素列において、８つのオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｈが配されている。オプティカルブラック画素８０１は有効画素１００と同様の等価回路とすることができ、フォトダイオード２０１が遮光された構造とする。本実施例におけるリファレンス信号出力画素は、オプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄである。
【０１０２】
本実施例においては一部のオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄが第１の垂直信号線１０２と第２の垂直信号線１０３に電気的に接続されている構成を有している。オプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄは、ＯＢ信号選択スイッチ９１０を介して第１の垂直信号線１０２に電気的に接続されている。また、オプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄは、リファレンス信号選択スイッチ９０１を介して第２の垂直信号線１０３に電気的に接続されている。リファレンス信号選択スイッチ９０１の各々は、リファレンス選択線９０８Ａ−１、９０８Ｂ−１、９０８Ｃ−１、９０８Ｄ−１を介してリファレンス選択部９０５に電気的に接続されている。ＯＢ信号選択スイッチ９１０の各々は、リファレンス選択線９０８Ａ−２、９０８Ｂ−２、９０８Ｃ−２、９０８Ｄ−２を介してリファレンス選択部９０５に電気的に接続されている。即ち、本実施例の固体撮像装置に設けられたオプティカルブラック画素８０１の一部のオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄは第１の垂直信号線１０２、第２の垂直信号線１０３を介して信号を差動増幅器１１２に出力することができる。オプティカルブラック画素８０１から第１の垂直信号線を介して差動増幅器１１２に出力される信号をＯＢ信号、第２の垂直信号線１０３を介して差動増幅器１１２に出力される信号をリファレンス信号と表記する。本実施例の固体撮像装置は、第２の垂直信号線１０３に電気的に接続されたオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄの中から、リファレンス信号を出力させるオプティカルブラック画素８０１を選択する構成を有する。リファレンス信号を出力させるオプティカルブラック画素８０１の他のオプティカルブラック画素はＯＢ信号を差動増幅器１１２に出力する。
【０１０３】
またオプティカルブラック画素８０１に不具合がある画素行はリファレンス信号出力画素としてもオプティカルブラック画素としても使わないようにすることができる。
本実施例のようにオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄは、リファレンス信号出力画素を兼ねることができるので、リファレンス画素用の領域を節約できる。特にリファレンス画素を多く配置する場合の効果は大きい。
【０１０４】
図１１に例示したオプティカルブラック画素のうち４個はリファレンス信号出力画素として兼用できる構成になっている。兼用画素は、リファレンス信号選択スイッチ９０１、９０２、９０３、９０４とＯＢ信号出力用の画素選択手段（本実施例においてはＯＢ信号選択スイッチ９１０）を有することを特徴とする。１０２は、画素列に沿った方向に配列された複数の有効画素１００とオプティカルブラック画素が電気的に接続される第１の垂直信号線である。１０３は、リファレンス信号出力画素として動作するオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄが電気的に接続される第２の垂直信号線である。これらのリファレンス信号選択スイッチ９０１、９０２、９０３、９０４とＯＢ信号選択スイッチ９１０を制御することにより、オプティカルブラック画素からＯＢ信号を出力させる場合は第１の垂直信号線に接続し、リファレンス信号を出力させる場合は第２の垂直信号線に接続する。つまりリファレンス信号出力画素としても動作するオプティカルブラック画素に、その出力を第１の垂直信号線に接続するか、第２の垂直信号線に接続するかの選択を行う選択手段を設けることが特徴となる。
【０１０５】
リファレンス信号出力画素として選択されたオプティカルブラック画素は、垂直走査回路２１０による走査から切り離される。このとき垂直走査回路２１０は、このリファレンス信号を出力するオプティカルブラック画素８０１を非選択とし、次のオプティカルブラック画素８０１を選択する動作となる。一方、ＯＢ信号を出力するオプティカルブラック画素８０１については、リファレンス選択部９０５は垂直走査回路２１０からの信号に基づいて選択を行う。例えば図１１において第１行のオプティカルブラック画素８０１Ａを、リファレンス信号を出力する画素として選択した場合、リファレンス選択部９０５はリファレンス信号選択スイッチ９０１を導通状態とする。また、リファレンス選択部９０５は、垂直走査回路２１０からのパルスＰＳＥＬｎ−１、ＰＳＥＬｎ＋１、ＰＳＥＬｎ＋２、ＰＳＥＬｎ＋３に基づいて、オプティカルブラック画素８０１Ｂ、８０１Ｃ、８０１Ｄのそれぞれに電気的に接続されたＯＢ信号選択スイッチ９１０を順次、導通状態とする。垂直走査回路２１０は引き続き、ＰＳＥＬｎ＋４、・・・ＰＳＥＬｎ＋７と順次走査する。リファレンス信号を出力する画素として選択された第１行のオプティカルブラック画素８０１Ａの動作については、実施例１におけるリファレンス画素１０１と同様の動作とすることができる。
【０１０６】
本実施例においても、複数のリファレンス信号出力画素であるオプティカルブラック画素８０１Ａ〜Ｄからリファレンス信号を出力するリファレンス信号出力画素を選択する構成を有している。これにより本実施例の固体撮像装置においても、実施例１の固体撮像装置で得られる効果と同等の効果を得ることができる。
【０１０７】
本実施例では、オプティカルブラック画素８０１はフォトダイオード２０１を有する構成と先述したが、実施例１で説明したリファレンス画素１０１としてもよい。
【０１０８】
本実施例では、リファレンス信号を出力せず、ＯＢ信号を出力するオプティカルブラック画素８０１Ｅ〜Ｈを有する形態を説明した。本実施例はこの形態に限定されるものではなく、リファレンス信号とＯＢ信号を共に差動増幅器１１２に出力可能なオプティカルブラック画素が設けられている形態であっても良い。例えば、本実施例のオプティカルブラック画素８０１Ｅ〜Ｈが設けられていない構成としても良い。この構成であっても、リファレンス信号を出力するオプティカルブラック画素と、ＯＢ信号を出力するオプティカルブラック画素とを有することにより、好適にリファレンス信号とＯＢ信号とを得ることができる。また、ＯＢ信号のみを出力するオプティカルブラック画素を配さずとも良いため、固体撮像装置のチップ面積を縮小することができる。
【実施例６】
【０１０９】
これまでに述べた固体撮像装置を固体撮像システムに適用した場合の実施例について述べる。固体撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図１２に、固体撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに固体撮像装置を適用した場合のブロック図を示す。
【０１１０】
図１２において、１はレンズの保護のためのバリア、２は被写体の光学像を固体撮像装置４に結像させるレンズ、３はレンズ２を通った光量を可変にするための絞りである。５は固体撮像装置４より出力される出力信号の処理を行う出力信号処理部である。
【０１１１】
固体撮像装置４からの出力信号がアナログ信号である場合には、出力信号処理部５は、アナログ信号処理部、Ａ／Ｄ変換器とデジタル信号処理部とを有する形態とする。固体撮像装置４からの出力信号をアナログ信号処理部が各種の補正を行って、Ａ／Ｄ変換器に信号を出力する。アナログ信号処理部から出力された信号をＡ／Ｄ変換器がデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部に出力する。デジタル信号処理部は必要に応じて各種の補正、圧縮を行ったうえで信号を出力する。
【０１１２】
一方、固体撮像装置４が先に示した実施例５のように、デジタル信号を出力する場合には、出力信号処理部５はデジタル信号処理部を有し、固体撮像装置４から出力されるデジタル信号に対して必要に応じて各種の補正、圧縮を行って信号を出力する。
【０１１３】
そして、図１２において、６は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、８は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、９は撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。７は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。１０は各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部、１１は固体撮像装置４、出力信号処理部５に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部である。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、固体撮像システムは少なくとも固体撮像装置４と、固体撮像装置４から出力された出力信号を処理する出力信号処理部５とを有すればよい。
【０１１４】
以上のように、本実施例の固体撮像システムは、固体撮像装置４を適用して撮像動作を行うことが可能である。本実施例の固体撮像システムに、実施例１〜７に例示した固体撮像装置を適用することにより、ノイズの少ない撮影が可能となる。
【符号の説明】
【０１１５】
１００ 有効画素
１０１ リファレンス画素
１０２ 第１の垂直信号線
１０３ 第２の垂直信号線
１１２ 差動増幅器
１１３ 信号処理回路
９０１、９０２、９０３、９０４ リファレンス信号選択スイッチ
９０５ リファレンス選択部
９０８ リファレンス選択線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して生じた電荷に基づく光電変換信号を出力する光電変換信号出力画素と、入射光に基づかないリファレンス信号を出力する複数のリファレンス信号出力画素と、
前記光電変換信号と前記リファレンス信号との差分処理を行って差分信号を出力する差分信号出力部と、
前記差分信号出力部に前記リファレンス信号を出力する少なくとも１つの前記リファレンス信号出力画素を複数の前記リファレンス信号出力画素から選択するリファレンス選択部と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
複数の前記光電変換信号出力画素が行列状に配されるとともに、
前記リファレンス信号出力画素と前記光電変換信号出力画素が１列に配された画素列を複数有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記リファレンス選択部を、前記画素列に対応して複数有することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素列を含むブロックを複数有し、
前記ブロックごとに前記リファレンス選択部を有することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素列と、前記光電変換信号出力画素を有し、前記リファレンス信号出力画素を有しない列と、を有する前記ブロックを複数有することを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記差分信号出力部が前記光電変換信号出力画素の配された列に対応して複数設けられ、
前記リファレンス選択部によって選択された前記リファレンス信号出力画素と複数の前記差分信号出力部が電気的に接続されることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記差分信号出力部は第１の端子と第２の端子とを有し、
前記光電変換信号出力画素は前記差分信号出力部の第１の端子に電気的に接続され、
前記リファレンス信号出力画素は前記差分信号出力部の第２の端子に電気的に接続され、
さらに前記固体撮像装置はオプティカルブラック画素を有し、
前記オプティカルブラック画素は前記第１の端子に電気的に接続され、
前記オプティカルブラック画素と前記光電変換信号出力画素との間に前記リファレンス信号出力画素が配されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記リファレンス信号出力画素が、印加された電圧に基づく前記リファレンス信号を出力するリファレンス画素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記リファレンス信号出力画素がオプティカルブラック画素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記差分信号出力部は第１の端子と第２の端子とを有し、
前記光電変換信号出力画素は前記差分信号出力部の第１の端子に電気的に接続され、
前記リファレンス選択部が、
複数の前記オプティカルブラック画素のうちのいずれかを前記差分信号出力部の前記第１の端子と電気的に接続し、複数の前記オプティカルブラック画素の他のいずれかを前記差分信号出力部の前記第２の端子と電気的に接続することを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、該固体撮像装置からの出力信号を処理する出力信号処理部とを有することを特徴とする固体撮像システム。
【請求項１２】
入射光を光電変換して生じた電荷に基づく光電変換信号を出力する光電変換信号出力画素と、
入射光に基づかないリファレンス信号を出力する複数のリファレンス信号出力画素と、
前記光電変換信号と前記リファレンス信号との差分処理を行って差分信号を出力する差分信号出力部と、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記リファレンス信号を前記差分信号出力部に出力する少なくとも１つの前記リファレンス信号出力画素を複数の前記リファレンス信号出力画素から選択することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
複数の前記光電変換信号出力画素が行列状に配されるとともに、
前記リファレンス信号出力画素と前記光電変換信号出力画素が１列に配された画素列を複数有することを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１４】
前記固体撮像装置は、前記差分信号出力部に前記リファレンス信号を出力する少なくとも１つの前記リファレンス信号出力画素を複数の前記リファレンス信号出力画素から選択するリファレンス選択部をさらに有し、
前記リファレンス選択部は、前記画素列に対応して前記リファレンス信号出力画素を選択することを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１５】
前記固体撮像装置は、前記画素列を含むブロックを複数有し、
前記リファレンス選択部は、前記ブロックごとに複数の前記リファレンス信号出力画素から、前記差分信号出力部に前記リファレンス信号を出力する前記リファレンス信号出力画素を選択することを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１６】
前記固体撮像装置は前記差分信号出力部が複数設けられ、
複数の前記差分信号出力部に共通の前記リファレンス信号を出力することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１７】
前記リファレンス信号出力画素がオプティカルブラック画素であり、
前記差分信号出力部は第１の端子と第２の端子とを有し、
前記光電変換信号出力画素は前記差分信号出力部の第１の端子に電気的に接続され、
複数の前記オプティカルブラック画素から、前記差分信号出力部の前記第１の端子に前記リファレンス信号を出力する少なくとも１つの前記オプティカルブラック画素と、前記差分信号出力部の前記第２の端子に前記リファレンス信号を出力する少なくとも１つの前記オプティカルブラック画素とを選択することを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１】
入射光を光電変換して生じた電荷に基づく光電変換信号を出力する光電変換信号出力画素と、入射光に基づかないリファレンス信号を出力する複数のリファレンス信号出力画素と、
前記光電変換信号と前記リファレンス信号との差分処理を行って差分信号を出力する差分信号出力部と、
前記差分信号出力部に前記リファレンス信号を出力する少なくとも１つの前記リファレンス信号出力画素を複数の前記リファレンス信号出力画素から選択するリファレンス選択部と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
複数の前記光電変換信号出力画素が行列状に配されるとともに、
前記リファレンス信号出力画素と前記光電変換信号出力画素が１列に配された画素列を複数有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記リファレンス選択部を、前記画素列に対応して複数有することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素列を含むブロックを複数有し、
前記ブロックごとに前記リファレンス選択部を有することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素列と、前記光電変換信号出力画素を有し、前記リファレンス信号出力画素を有しない列と、を有する前記ブロックを複数有することを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記差分信号出力部が前記光電変換信号出力画素の配された列に対応して複数設けられ、
前記リファレンス選択部によって選択された前記リファレンス信号出力画素と複数の前記差分信号出力部が電気的に接続されることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記差分信号出力部は第１の端子と第２の端子とを有し、
前記光電変換信号出力画素は前記差分信号出力部の第１の端子に電気的に接続され、
前記リファレンス信号出力画素は前記差分信号出力部の第２の端子に電気的に接続され、
さらに前記固体撮像装置はオプティカルブラック画素を有し、
前記オプティカルブラック画素は前記第１の端子に電気的に接続され、
前記オプティカルブラック画素と前記光電変換信号出力画素との間に前記リファレンス信号出力画素が配されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記リファレンス信号出力画素が、印加された電圧に基づく前記リファレンス信号を出力するリファレンス画素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記リファレンス信号出力画素がオプティカルブラック画素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記差分信号出力部は第１の端子と第２の端子とを有し、
前記光電変換信号出力画素は前記差分信号出力部の第１の端子に電気的に接続され、
前記リファレンス選択部が、
複数の前記オプティカルブラック画素のうちのいずれかを前記差分信号出力部の前記第１の端子と電気的に接続し、複数の前記オプティカルブラック画素の他のいずれかを前記差分信号出力部の前記第２の端子と電気的に接続することを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、該固体撮像装置からの出力信号を処理する出力信号処理部とを有することを特徴とする固体撮像システム。
【請求項１２】
入射光を光電変換して生じた電荷に基づく光電変換信号を出力する光電変換信号出力画素と、
入射光に基づかないリファレンス信号を出力する複数のリファレンス信号出力画素と、
前記光電変換信号と前記リファレンス信号との差分処理を行って差分信号を出力する差分信号出力部と、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記リファレンス信号を前記差分信号出力部に出力する少なくとも１つの前記リファレンス信号出力画素を複数の前記リファレンス信号出力画素から選択することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
複数の前記光電変換信号出力画素が行列状に配されるとともに、
前記リファレンス信号出力画素と前記光電変換信号出力画素が１列に配された画素列を複数有することを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１４】
前記固体撮像装置は、前記差分信号出力部に前記リファレンス信号を出力する少なくとも１つの前記リファレンス信号出力画素を複数の前記リファレンス信号出力画素から選択するリファレンス選択部をさらに有し、
前記リファレンス選択部は、前記画素列に対応して前記リファレンス信号出力画素を選択することを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１５】
前記固体撮像装置は、前記画素列を含むブロックを複数有し、
前記リファレンス選択部は、前記ブロックごとに複数の前記リファレンス信号出力画素から、前記差分信号出力部に前記リファレンス信号を出力する前記リファレンス信号出力画素を選択することを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１６】
前記固体撮像装置は前記差分信号出力部が複数設けられ、
複数の前記差分信号出力部に共通の前記リファレンス信号を出力することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１７】
前記リファレンス信号出力画素がオプティカルブラック画素であり、
前記差分信号出力部は第１の端子と第２の端子とを有し、
前記光電変換信号出力画素は前記差分信号出力部の第１の端子に電気的に接続され、
複数の前記オプティカルブラック画素から、前記差分信号出力部の前記第１の端子に前記リファレンス信号を出力する少なくとも１つの前記オプティカルブラック画素と、前記差分信号出力部の前記第２の端子に前記リファレンス信号を出力する少なくとも１つの前記オプティカルブラック画素とを選択することを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２５３７４１（Ｐ２０１２−２５３７４１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２６８１６（Ｐ２０１２−２６８１６）
【出願日】平成２４年２月１０日（２０１２．２．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１０日（２０１２．２．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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