JP5028075B2

JP5028075B2 - 撮像装置及び撮像方法

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Description

本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。

デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子としてＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサを使用するのが一般的である。

上記撮像素子の特性として、画素毎のフォトダイオードの暗電流バラツキによる固定パターンノイズや暗電流に起因した欠陥画素などがあり、これらが撮像された画像の画質を低下させていることはよく知られている。

暗電流は一般的に８℃の温度上昇で２倍に増加すると言われている。上記フォトダイオードの暗電流バラツキによる固定パターンノイズや暗電流に起因した欠陥画素は温度特性を持つことになり、高温ほど固定パターンノイズや欠陥画素が増加することも広く知られている。

上記のように、温度特性を持つフォトダイオードの暗電流による固定パターンノイズを低減させる方法として、特許文献１が公開されている。特許文献１では、あらかじめ所定温度範囲毎に固定パターンノイズを記憶すると共に撮像素子の温度を検出し、検出温度に対応した固定パターンノイズを読み出し、実際の撮像画像信号から減算することで、固定パターンノイズを補正する技術が開示されている。

暗電流に起因した欠陥画素についても、欠陥画素のアドレスを記憶し、その周囲の画素情報を基に欠陥画素情報を補間する技術が知られている。特許文献１と同様にあらかじめ所定温度範囲毎に欠陥画素のアドレスを記憶することで、欠陥画素を補正することも考えられる。

また、実際の撮像動作直前または直後に、撮像素子全体を遮光した状態で撮像動作を行うことで、暗電流成分のみの撮像画像を得て、実際の撮像画像信号から減算するようにする。これにより、温度変化分を含んだ暗電流による固定パターンノイズや暗電流に起因した欠陥画素による画質の低下を低減させる技術が知られている（実ダーク減算による補正）。

その他に、特許文献２において、撮像素子のオプティカルブラック領域の平均値により撮像素子の周囲温度を検知して、固定パターンノイズを抑圧する方法も開示されている。

特開平１−１４７９７３号公報特開２００１−１７４３２９号公報

特許文献２は、撮像素子全体が一様な温度変化をしたときは非常に有効である。しかし、撮像素子内部回路や撮像素子外部の周辺回路の部分的な発熱により、撮像素子の一部が部分的に温度上昇してしまう場合がある。その場合は、撮像素子の温度が高い部分と温度が低い部分で暗電流の差が出るため、適切に固定パターンノイズを低減させる事が出来ない。また、このときの撮像画像は画面内の暗電流差によって、輝度ムラや色ムラといった画質の低下を招いてしまう。

更に、上記のように撮像素子内で温度差がある場合、上記特許文献１のように画面全体を所定温度範囲毎の欠陥画素アドレスにより補正すると、補正過多や補正不足な部分が生じてしまう。欠陥画素補正は周囲画素情報からの補間により行う場合が多いため、補正過多な場合は、微細なパターンを撮像した時、そのパターンの再現性が劣化することも良く知られている。また、補正不足の場合は画面のノイズ感が増して画質の劣化を招いてしまう。

近年、撮像素子の多画素化が進むと共に、撮像素子自体のチップサイズも大きくなってきている。特に高画質を求められるデジタルスティルカメラ等の撮像装置には、銀塩カメラの３５ｍｍフィルムの画面サイズと同等のチップサイズを有するものもあり、このような大型撮像素子では、前記輝度ムラや色ムラ及び欠陥画素の問題が特に顕著になる。

また、実ダーク減算による補正方式では１シーンで２回の撮像動作を行うため、１シーンの撮影時間が２倍になり、ビデオカメラのフレームレートやデジタルスティルカメラの連写性能を大きく低下させることになる。

本発明の目的は、前述の問題点を解決させ、撮像素子の部分的な温度上昇時にも、フレームレートや連写性能を保ちながら、画像の輝度ムラや色ムラ及び欠陥画素の部分的な増加などにより画質の低下しない撮像装置及び撮像方法を提供することにある。

本発明の撮像装置は、複数の画素の信号を生成する複数の画素センサを含む画素部と、前記画素部のエリア内において、前記画素センサの行列の一部に設けられるとともに前記画素センサと同一の出力線に接続され、温度を検出する複数の温度センサと、前記複数の温度センサにより検出された温度に応じて、前記複数の画素の信号を補正する補正手段と、前記画素センサにより生成された画素の信号及び前記温度センサにより検出された温度の信号を増幅する共通のアンプとを有し、前記アンプが前記複数の画素の信号を出力するタイミングと前記複数の温度の信号を出力するタイミングとが異なり、前記温度センサは、前記アンプが前記温度の信号を出力する時には電源電圧の供給を受け、前記アンプが前記画素の信号を出力する時には電源電圧の供給を受けないことを特徴とする。

また、本発明の撮像方法は、複数の画素の信号を生成する複数の画素センサを含む画素部と、前記画素部のエリア内において、前記画素センサの行列の一部に設けられるとともに前記画素センサと同一の出力線に接続され、温度を検出する複数の温度センサとを有する撮像装置の撮像方法であって、前記複数の温度センサにより検出された温度に応じて、前記複数の画素の信号を補正する補正ステップと、前記画素センサにより生成された画素の信号及び前記温度センサにより検出された温度の信号を共通のアンプで増幅する増幅ステップとを有し、前記アンプが前記複数の画素の信号を出力するタイミングと前記複数の温度の信号を出力するタイミングとが異なり、前記温度センサは、前記アンプが前記温度の信号を出力する時には電源電圧の供給を受け、前記アンプが前記画素の信号を出力する時には電源電圧の供給を受けないことを特徴とする。

複数の温度センサを用いることにより、画素部の部分的な温度上昇時にも、フレームレートや連写性能を保ちながら、画像の輝度ムラや色ムラ及び欠陥画素の部分的な増加などによる画質の低下を防止することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図である。１は、レンズおよび絞りからなる光学系である。２は、メカニカルシャッタ（メカシャッタと図示する）である。３は、撮像素子である。４は、アナログ信号処理を行うＣＤＳ回路である。５は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。６は、撮像素子３、ＣＤＳ回路４およびＡ／Ｄ変換器５を動作させる信号を発生するタイミング信号発生回路である。７は、光学系１、メカニカルシャッタ２および撮像素子３の駆動回路である。８は、撮影した画像データに対して必要な信号処理を行う信号処理回路である。９は、信号処理された画像データを記憶する画像メモリである。１０は、撮像装置から取り外し可能な画像記録媒体である。１１は、信号処理された画像データを画像記録媒体１０に記録する記録回路である。１２は、信号処理された画像データを表示する画像表示装置である。１３は、画像表示装置１２に画像を表示する表示回路である。１４は、撮像装置全体を制御するシステム制御部である。１５は、システム制御部１４で実行される制御方法を記載したプログラム、プログラムを実行する際に使用されるパラメータやテーブル等の制御データ、および、キズアドレス等の補正データを記憶しておく不揮発性メモリ（ＲＯＭ）である。１６は、不揮発性メモリ１５に記憶されたプログラム、制御データおよび補正データを転送して記憶しておき、システム制御部１４が撮像装置を制御する際に使用する揮発性メモリ（ＲＡＭ）である。

以下、上述のように構成された撮像装置を用いてメカニカルシャッタ２を使用した撮影動作（撮像方法）について説明する。撮影動作に先立ち、撮像装置の電源投入時等のシステム制御部１４は動作開始時において、不揮発性メモリ１５から必要なプログラム、制御データおよび補正データを揮発性メモリ１６に転送して記憶しておくものとする。また、これらのプログラムやデータは、システム制御部１４が撮像装置を制御する際に使用する。それとともに、システム制御部１４は、必要に応じて、追加のプログラムやデータを不揮発性メモリ１５から揮発性メモリ１６に転送したり、直接不揮発性メモリ１５内のデータを読み出して使用する。

まず、光学系１は、システム制御部１４からの制御信号により、絞りとレンズを駆動して、適切な明るさに設定された被写体像を撮像素子３上に結像させる。次に、メカニカルシャッタ２は、システム制御部１４からの制御信号により、必要な露光時間となるように撮像素子３の動作に合わせて撮像素子３を遮光するように駆動される。この時、撮像素子３が電子シャッタ機能を有する場合は、メカニカルシャッタ２と併用して、必要な露光時間を確保してもよい。撮像素子３は、システム制御部１４により制御されるタイミング信号発生回路６が発生する動作パルスをもとにした駆動パルスで駆動され、被写体像を光電変換により電気信号に変換してアナログ画像信号として出力する。撮像素子３から出力されたアナログの画像信号は、システム制御部１４により制御されるタイミング信号発生回路６が発生する動作パルスにより、ＣＤＳ回路４でクロック同期性ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル画像信号に変換される。次に、システム制御部１４により制御される信号処理回路８は、デジタル画像信号に対して、色変換、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理等を行う。画像メモリ９は、信号処理中のデジタル画像信号を一時的に記憶したり、信号処理されたデジタル画像信号である画像データを記憶したりするために用いられる。信号処理回路８で信号処理された画像データや画像メモリ９に記憶されている画像データは、記録回路１１において画像記録媒体１０に適したデータ（例えば階層構造を持つファイルシステムデータ）に変換されて画像記録媒体１０に記録される。また、信号処理回路８で解像度変換処理を実施された後、表示回路１３において画像表示装置１２に適した信号（例えばＮＴＳＣ方式のアナログ信号等）に変換されて画像表示装置１２に表示される。

ここで、信号処理回路８は、システム制御部１４からの制御信号により信号処理をせずにデジタル画像信号をそのまま画像データとして、画像メモリ９や記録回路１１に出力してもよい。また、信号処理回路８は、システム制御部１４から要求があった場合に、信号処理の過程で生じたデジタル画像信号や画像データの情報、あるいは、それらから抽出された情報をシステム制御部１４に出力する。上記の情報は、例えば、画像の空間周波数、指定領域の平均値、圧縮画像のデータ量等の情報である。さらに、記録回路１１は、システム制御部１４から要求があった場合に、画像記録媒体１０の種類や空き容量等の情報をシステム制御部１４に出力する。

さらに、画像記録媒体１０に画像データが記録されている場合の再生動作について説明する。システム制御部１４からの制御信号により記録回路１１は、画像記録媒体１０から画像データを読み出し、同じくシステム制御部１４からの制御信号により信号処理回路８は、画像データが圧縮画像であった場合には、画像伸長処理を行い、画像メモリ９に記憶する。画像メモリ９に記憶されている画像データは、信号処理回路８で解像度変換処理を実施された後、表示回路１３において画像表示装置１２に適した信号に変換されて画像表示装置１２に表示される。

図２は、本発明の第１の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサ（撮像素子）３の画素部の回路図である。同図において、通常の画素内にはフォトダイオードＤ１、転送スイッチＭ１、リセットスイッチＭ２、画素アンプＭ３、行選択スイッチＭ４が設けられる。転送スイッチＭ１のゲートは垂直走査回路１１１からの信号ＰＴＸに接続され、リセットスイッチＭ２のゲートは垂直走査回路１１１からの信号ＰＲＥＳに接続され、行選択スイッチＭ４のゲートは垂直走査回路１１１からの信号ＰＳＥＬに接続されている。

また、温度計画素１００内には温度センサＤ２、行選択スイッチＭ４が設けてあり、行選択スイッチＭ４のゲートは垂直走査回路１１１からの信号ＰＳＥＬに接続されている。

画素部は、複数の画素の信号を生成する複数のフォトダイオード（画素センサ）Ｄ１を含む。温度センサＤ２は、温度を検出する。また、温度計画素の温度センサＤ２は、図７に示すように、画素部のエリア内に複数設けられる。温度センサＤ２は、画素センサＤ１の行列の一部に設けれ、画素センサＤ１と同一の選択線ＰＳＥＬ２に接続される。

次に、第１の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの動作タイミングについて説明する。本実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサは、信号蓄積、画像信号読み出し、温度信号読み出しの順序で駆動を行うものとする。

図３は、図２のＣＭＯＳ型エリアセンサの画像信号読み出し時における動作タイミング図である。フォトダイオードＤ１において光電荷の蓄積が終了し、該フォトダイオードＤ１に電荷が蓄積された後、ライン毎に読み出しをスタートする。すなわち、Ｎ−１行目を読み出してからＮ行目を読み出す。

時間ｔ１からｔ１２の期間、信号ＰＳＥＬ（ｎ）がアクティブになり該行選択スイッチＭ４がオンし、ｎ行目につながっている全ての画素の該画素アンプＭ３で構成されるソースフォロア回路が動作状態になる。ここで、時間ｔ２からｔ３の期間で信号ＰＲＥＳ（ｎ）がアクティブになり、リセットスイッチＭ２がオンとなり、該ソースフォロアＭ３のゲートは初期化される。すなわち、該垂直出力線Ｖにはこのダークレベルの信号が出力される。

次に、時間ｔ４からｔ５の期間、クランプパルスＰＣ０Ｒがアクティブとなり、該ダークレベルの信号が容量Ｃ０１にクランプされる。

次に、時間ｔ６からｔ７の期間、信号ＰＴＮがアクティブになり、転送ゲートＭ１２がオンし、ダークレベルの信号がノイズ信号保持容量ＣＴＮに保持される。この動作は、Ｎ行につながっている全ての画素に対して同時並列に実行される。ダークレベルの該ノイズ信号保持容量ＣＴＮの転送が終了した時点で、信号ＰＴＸ（ｎ）を時間ｔ８からｔ１１の期間、アクティブとすることで転送スイッチＭ１をオンとする。これにより、該フォトダイオードＤ１に蓄積されていた信号電荷は該画素アンプＭ３で構成されるソースフォロアのゲートに転送される。この時、該画素アンプＭ３で構成されるソースフォロアのゲートは転送されてきた信号電荷に見合う分だけリセットレベルから電位が変動し信号レベルが確定する。

ここで、信号ＰＴＳが時間ｔ９からｔ１０の期間、アクティブとなり、転送ゲートＭ１１がオンし、信号レベルが信号保持容量ＣＴＳに保持される。この動作は、Ｎ行につながっている全ての画素に対して同時並列に実行される。ここで該ノイズ信号保持容量ＣＴＮ及び信号保持容量ＣＴＳには、Ｎ行につながっている全ての画素のダークレベルと信号レベルが保持されている。１３１は、差動回路である。増幅アンプ１３０は、各画素間でのダークレベルと信号レベルの差をとることでソースフォロアのスレッショルド電圧Ｖｔｈバラツキによる固定パターンノイズ（ＦＰＮ）や該リセットスイッチＭ２がリセット時に発生するＫＴＣノイズをキャンセルする。これにより、Ｓ／Ｎの高いノイズ成分を除去した信号が得られる。ここで、フォトダイオードＤ１を光学的に遮光した画素からの出力は、フォトダイオードＤ１の表面欠陥等から生じる暗電流成分のみとなる。

この信号を水平走査回路１２１によって、該ノイズ信号保持容量ＣＴＮに蓄積されたダークレベルと該光信号保持容量ＣＴＳに蓄積された信号レベルの差信号を水平走査し、時系列的に、時間ｔ１３からｔ１４のタイミングで出力される。これでＮ行の出力は終了である。同様に、信号ＰＳＥＬ（ｎ＋１），ＰＲＥＳ（ｎ＋１），ＰＴＸ（ｎ＋１），ＰＴＮ，ＰＴＳを図３に示す様にＮ行目と同様に駆動することで、Ｎ＋１行目の信号を読み出すことができる。
画像読み出しシーケンスの後、温度読み出しシーケンスを行う。

図４は、図２のＣＭＯＳ型エリアセンサの温度信号読み出し時における動作タイミング図である。時間Ｔ１からＴ８の期間に信号ＰＳＥＬ(ｎ)がアクティブとなって該行選択スイッチＭ４がオンし、ｎ行目につながっている温度センサＤ２の出力が垂直出力線Ｖに出力される。

次に、時間Ｔ２からＴ７の期間、クランプパルスＰＣ０Ｒがアクティブとなり、時間Ｔ３からＴ６の期間、信号ＰＣ０１がアクティブとなる。時間Ｔ４からＴ５の期間、信号ＰＴＳがアクティブとなって転送ゲートＭ１１がオンし、該温度センサＤ２の信号レベルが信号保持容量ＣＴＳに保持される。

時間Ｔ９からＴ１２の期間、信号ＰＶＮがアクティブとなり、増幅アンプ１３０は、基準電圧ＶＮと、信号保持容量ＣＴＳに保持された信号との差信号を水平走査回路１２１によって、水平走査し、時系列的に、時間Ｔ１０からＴ１１のタイミングで出力する。

これでＮ行に配置された温度計画素１００の温度データの出力は終了である。同様に、信号ＰＳＥＬ（ｎ＋１），ＰＣ０Ｒ，ＰＣ０１，ＰＴＳ，ＰＶＮを図４に示す様にＮ行目と同様に駆動することで、Ｎ＋１行目の温度計画素からの信号を読み出すことができる。

尚、本実施形態では信号の蓄積期間を終えた後に画像読み出しシーケンス、温度読み出しシーケンスの順に動作を行っているが、温度読み出しシーケンスを行った後に、信号を蓄積し、画像読み出しシーケンスを行っても良い。

増幅アンプ１３０は、画素センサＤ１により生成された画素の信号及び温度センサＤ２により検出された温度の信号を増幅する共通のアンプである。画像読み出しシーケンス及び温度読み出しシーケンスは、異なるタイミングで行う。すなわち、増幅アンプ１３０は、画素センサＤ１により生成される複数の画素の信号を出力するタイミングと、温度センサＤ２により生成される複数の温度の信号を出力するタイミングとが異なる。

図５は、図２のＣＭＯＳ型エリアセンサのチップ２０を模式的に示したものである。ここで２０ａはエリアセンサのうち有効画素部分を示し、２０ｂは画素部を遮光したＯＢ画素部分である。またアンプ１３０は、図２に示す容量ＣＴＳ、ＣＴＮからの信号を増幅し出力するためのアンプである。

また、同図は図２のＣＭＯＳ型エリアセンサから出力された画像も示しており、この場合均一輝度面を若干アンダーに露光された状態の画像であり、有効部２０ａの一部に暗電流に起因した欠陥画素がホワイトスポットとして示されている。

図６は、図５に加えて、アンプ１３０の動作に伴う発熱により、輝度ムラや色ムラ及び暗電流に起因した欠陥画素の様子を示したものである。アンプ１３０付近は温度が高いため、暗電流により画面輝度レベルが見かけ上高く欠陥画素数も多いが、アンプ１３０から離れるほど暗電流が少ないため輝度レベルが下がり欠陥画素数も少ない。

ＣＭＯＳ型エリアセンサのチップ２０内の画素部２０ａには、チップ内の複数箇所の温度を測定するために複数の温度センサを内蔵している。

ここで、チップ内に内蔵される温度センサは、撮像素子と同一基板上に、撮像素子の製造プロセスで製造可能なＮＰＮトランジスタやダイオードを配置させ、その温度特性を利用したものである。

また、温度センサは撮像素子内の画素部に配置され、温度センサの配置された画素は遮光しておく。

ここで、画素部のエリアを図７のように複数のエリアａ〜ｏに分割する。温度センサＤ２は、分割されたエリアａ〜ｏ毎に設けられる。各エリアａ〜ｏには、一又は複数の温度センサＤ２が設けられる。各分割エリアａ〜ｏ内に含まれる温度計画素（温度センサＤ２）による測定値の平均を、各部の平均温度とする。

画素部では、アンプ１３０に近いエリアはアンプ１３０から遠いエリアよりも分割数が多い。また、画素部では、アンプ１３０に近いエリアはアンプ１３０から遠いエリアよりも単位面積当たりに設けられる温度センサＤ２の数が多い。

図８は、各温度毎の欠陥画素アドレスのテーブルを示しており、図７で示した分割エリアａ〜ｏ毎に用意されている。すなわち、図８で示した各部の温度によって欠陥画素アドレスのテーブルを使い分けるようにすれば、撮像素子内で温度差がある場合でも欠陥画素の補正過多や補正不足の問題を解消し、最適の補正効果を得ることができる。一方、画面内の輝度ムラに関しては、温度に対する暗電流値のテーブルを準備しておく。

次に、上記図７〜図８の説明でａ部〜ｏ部の温度が測定され、その測定温度と、温度に対する暗電流値のテーブルから、各画素の暗電流が求められる。そこで、各画素出力から暗電流分を減算することで、撮像素子内で温度差がある場合でも最適の補正効果が得られ、輝度ムラや色ムラといった画質の低下を防止することができる。

信号処理回路８は、複数の温度センサＤ２により検出された温度に応じて、複数の画素センサ（フォトダイオード）Ｄ１により生成された複数の画素の信号を補正する補正手段を有する。その補正手段は、図８に示す欠陥画素のテーブル又は暗電流のテーブルを有し、そのテーブルを基に欠陥画素の補正又は暗電流の補正を行う。また、補正手段は、分割されたエリアａ〜ｏ毎に補正を行う。

尚、温度センサの数、全画素範囲の分割数は、可能な範囲でその数を増やすことによってより精度の高い補正が可能となることは言うまでもない。

また、本実施形態ではＣＭＯＳ型エリアセンサを例にとって説明しているが、ＣＣＤ型エリアセンサ等どのようなエリアセンサであってもかまわない。

（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの回路図である。温度計画素１００内には温度センサＤ２、転送スイッチＭ１、Ｍ１’、行選択スイッチＭ４が設けてあり、行選択スイッチＭ４のゲートは垂直走査回路１１１からの信号ＰＳＥＬに接続されている。図２のスイッチＰＣ０１、信号ＰＶＮのスイッチは配置される必要はない。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、信号ＰＴＸがアクティブのとき転送スイッチＭ１がオンして温度信号が垂直出力線Ｖに出力され、それ以外のときは転送スイッチＭ１’がオンして基準電圧が出力される。

したがって、光信号の蓄積の後、図３に示した画像読み出しシーケンスを行うことで、画像信号と温度データを同時に読み出すことが可能である。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの回路図である。温度計画素１００内の温度センサＤ２は、電源電圧ＶＤ２によって電源を制御される。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

図１１に示した画像読み出しシーケンスと、図１２に示した温度読み出しシーケンスとを用いて駆動することで、画像信号の蓄積・読み出し期間中は温度計の電源電圧ＶＤ２をオフにし、温度出力を行うときのみ温度計の電源電圧ＶＤ２をオンする。これにより、温度センサの自発光による画質の低下を防ぐ。図１１は、図３に対応する画像読み出しシーケンスを示す。図１２は、図４に対応する温度読み出しシーケンスを示す。電源電圧ＶＤ２は、図１２の温度読み出しシーケンスの時間Ｔ１の前から時間Ｔ９までの期間でオン（例えば正電圧）になり、その他の期間でオフ（例えばグランド）になる。

温度センサＤ２は、アンプ１３０が温度センサＤ２により生成される温度の信号を出力する時には電源電圧ＶＤ２の供給を受け、アンプ１３０が画素センサＤ１により生成される画素の信号を出力する時には電源電圧ＶＤ２の供給を受けない。

以上のように、第１〜第３の実施形態によれば、前述のように撮像素子内で温度差がある場合においても、輝度ムラや色ムラ及び欠陥画素の補正を良好に行うために、撮像素子周辺に複数の温度センサを配置する。

尚、前記温度センサを配置する場所は撮像素子の画素部であり、撮像素子内の複数の画素内にフォトダイオードの替わりに温度センサを配置して温度計画素とし、撮像素子の各画素の至近で温度を計測する。

前記複数の温度センサによる温度測定結果に応じて撮像素子からの出力値に対する補正値を変更することで、撮像素子出力の補正を良好に行えるようにする。

具体的には、前記出力値に対する補正値を、撮像素子の欠陥画素の補正値とすることで、撮像素子の暗電流起因の欠陥画素補正を良好に行えるようにする。

また、前記出力値に対する補正値を、撮像素子の暗電流値の補正値とすることで、輝度ムラや色ムラの補正を良好に行えるようにする。

前述の補正に際し、前記撮像素子の画素範囲を複数のエリアに分割し、エリア毎に欠陥画素の補正値を変更するようにすることで、更に精度の良い欠陥画素補正を行えるようにする。

前記撮像素子の画素範囲のエリア分割においては、撮像素子内部で発熱の可能性のある読み出しアンプ等の周辺をより細かく分割する。また、前記温度センサを前記読み出しアンプ等の周辺に多く配置することで、温度変化の大きい部分の温度測定を詳細に行えるようにする。

尚、前記温度センサからの信号読み出しは、通常画素の蓄積・読み出しのタイミングとは別のタイミングで行い、読み出し時以外には温度センサの電源を切っておくことで、温度センサの自発光による画質の低下を防ぐようにする。

使用する温度センサは、撮像素子の製造プロセスで製造可能なＮＰＮトランジスタやダイオードをフォトダイオードの替わりに配置し、その温度特性を利用したものである。また、温度計画素からの信号読み出しは、通常画素の信号の蓄積、読み出しとは別のタイミングで行い、温度画素の信号の読み出し時のみ温度計の電源をオンにすることで温度センサの自発光による画質低下を防ぐ。ＣＭＯＳイメージセンサを用いた撮像装置において、撮像された画像の画質を向上させることができる。

第１〜第３の実施形態によれば、撮像素子内で温度差がある場合においても、輝度ムラや色ムラ及び欠陥画素の補正を良好に行うために、撮像素子の画素部周辺に複数の温度センサを配置する。そして、その温度測定結果に応じて撮像素子の欠陥画素の補正値および撮像素子の暗電流値の補正値を変更するようにしている。これにより、撮像素子内で温度差がある場合においても、輝度ムラや色ムラ及び欠陥画素の補正を良好に行うことができ、特に、大型の撮像素子においては、その効果は非常に大きいといえる。

また、撮像素子の画素範囲を複数のエリアに分割し、各エリア毎に欠陥画素の補正値を変更するようにすることで、更に精度の良い欠陥画素補正が行える。

また、撮像素子の画素範囲のエリア分割を、撮像素子内で温度変化の起こりやすいアンプ部等周辺で特に細かく行い、前記アンプ部等周辺に温度計画素を多く配置することで、更に精度の良い欠陥画素補正が行える。

また、前記温度センサを撮像素子の同一基板上に構成することで、装置の大型化やコストアップをすることなく輝度ムラや色ムラ及び欠陥画素の補正を良好に行えるようにする。

また、前記温度センサを撮像素子の画素部に構成することで、撮像素子の各画素の至近で温度の計測ができ、輝度ムラや色ムラ及び欠陥画素の補正を良好に行えるようにする。

更に、撮像素子の有効画素部周辺に配置された遮光画素を複数のエリアに分割すると共に前記遮光画素の暗電流値を検出する。そして、前記複数の遮光画素エリアからの暗電流値から複数の領域の温度を測定し、前記複数の領域の温度測定結果に応じて撮像素子からの出力値に対する補正値を変更している。これにより、撮像素子（画素部）内で温度差がある場合においても、輝度ムラや色ムラ及び欠陥画素の補正を良好に行うことができ、特に、大型の撮像素子においては、その効果は非常に大きいといえる。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明の第１の実施形態における撮像装置のブロック図である。本発明の第１の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの回路図である。本発明の第１の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの画像読み出しシーケンスのタイミング図である。本発明の第１の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの温度読み出しシーケンスのタイミング図である。図２のＣＭＯＳ型エリアセンサのチップ模式図である。図２のＣＭＯＳ型エリアセンサのチップ詳細図である。本発明の第１の実施形態におけるエリアセンサの分割領域を示す図である。本発明の第１の実施形態における温度毎の欠陥画素アドレスのテーブルを示す図である。本発明の第２の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの回路図である。本発明の第３の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの回路図である。本発明の第３の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの画像読み出しシーケンスのタイミング図である。本発明の第３の実施形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの温度読み出しシーケンスのタイミング図である。

符号の説明

Ｄ１フォトダイオード（ＰＤ）
Ｄ２温度センサ
Ｍ１、Ｍ１’ 転送スイッチ
Ｍ２リセットスイッチ
Ｍ３ソースフォロア（画素アンプ）
Ｍ４行選択スイッチ
Ｉ負荷電流源
Ｖ垂直出力線
Ｃ０１クランプ容量
ＰＴＸ行選択信号
ＰＲＥＳ画素リセット信号
ＰＳＥＬ垂直走査信号
ＰＴＳ光転送信号
ＰＴＮノイズ転送信号
Ｍ１１光信号転送ゲート
Ｍ１２ノイズ信号転送ゲート
Ｍ２１、Ｍ２２水平転送ゲート
ＣＴＳ光信号保持容量
ＣＴＮノイズ信号保持容量
１００温度計画素
１０１演算増幅器
１１１垂直走査回路ブロック（垂直シフトレジスタ）
１２１水平走査回路ブロック
１３０増幅アンプ
１３１差動回路ブロック
２０ＣＭＯＳ型エリアセンサのチップ
２０ａＣＭＯＳ型エリアセンサの有効部
２０ｂＣＭＯＳ型エリアセンサの遮光画素（ＯＢ）部

Claims

複数の画素の信号を生成する複数の画素センサを含む画素部と、
前記画素部のエリア内において、前記画素センサの行列の一部に設けられるとともに前記画素センサと同一の出力線に接続され、温度を検出する複数の温度センサと、
前記複数の温度センサにより検出された温度に応じて、前記複数の画素の信号を補正する補正手段と、
前記画素センサにより生成された画素の信号及び前記温度センサにより検出された温度の信号を増幅する共通のアンプとを有し、
前記アンプが前記複数の画素の信号を出力するタイミングと前記複数の温度の信号を出力するタイミングとが異なり、前記温度センサは、前記アンプが前記温度の信号を出力する時には電源電圧の供給を受け、前記アンプが前記画素の信号を出力する時には電源電圧の供給を受けないことを特徴とする撮像装置。
前記補正手段は、欠陥画素の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記補正手段は、暗電流の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記画素部のエリアは複数のエリアに分割され、
前記温度センサは、前記分割されたエリア毎に設けられ、
前記補正手段は、前記分割されたエリア毎に補正を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記画素部では、前記アンプに近いエリアは前記アンプから遠いエリアよりも分割数が多いことを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
前記画素部では、前記アンプに近いエリアは前記アンプから遠いエリアよりも単位面積当たりに設けられる前記温度センサの数が多いことを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
複数の画素の信号を生成する複数の画素センサを含む画素部と、
前記画素部のエリア内において、前記画素センサの行列の一部に設けられるとともに前記画素センサと同一の出力線に接続され、温度を検出する複数の温度センサとを有する撮像装置の撮像方法であって、
前記複数の温度センサにより検出された温度に応じて、前記複数の画素の信号を補正する補正ステップと、
前記画素センサにより生成された画素の信号及び前記温度センサにより検出された温度の信号を共通のアンプで増幅する増幅ステップとを有し、
前記アンプが前記複数の画素の信号を出力するタイミングと前記複数の温度の信号を出力するタイミングとが異なり、前記温度センサは、前記アンプが前記温度の信号を出力する時には電源電圧の供給を受け、前記アンプが前記画素の信号を出力する時には電源電圧の供給を受けないことを特徴とする撮像方法。