(57)【要約】  本発明の目的は、簡単な構成で精度のよいシェーディング補正を行なうことができる感度補正方法および撮像装置を提供することである。入射光を光電変換する感光部１５と、感光部１５に蓄積された電荷を転送して一時的に蓄積する電荷蓄積部１８と、電荷蓄積部１８に漏れ込む電荷を見積もる電荷補正部２０とをそれぞれ備えた複数の撮像素子３を具備し、被写体からの光を複数の撮像素子３で受光して電荷を蓄積した後、感光部１５に蓄積された電荷を電荷蓄積部１８に転送して蓄積される第１の電荷量ｐ１を電荷補正部２０に漏れ出した第２の電荷量ｐ２で補正した第３の電荷量ｐ３を各撮像素子３の電荷量として複数の撮像素子３についての電荷量を順次出力してシェーディングを除去する感度補正方法である。
2008023806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を複数の撮像素子で受光することにより前記被写体の画像を読み取る際に発生するシェーディングを除去するための感度補正方法であって、それぞれの前記撮像素子が、入射光を受光して光電変換する感光部と、前記入射光によって前記感光部に蓄積された電荷を転送して一時的に蓄積する電荷蓄積部と、該電荷蓄積部に漏れ込んだ電荷を見積もる電荷補正部とを備えて、前記被写体からの光を前記複数の撮像素子で受光して電荷を蓄積した後、前記感光部に蓄積された電荷を前記電荷蓄積部に転送して該電荷蓄積部に蓄積される第１の電荷量を前記電荷補正部に漏れ込んだ第２の電荷量で補正した第３の電荷量を各撮像素子の電荷量として複数の撮像素子についての電荷量を順次出力することを特徴とする感度補正方法。
【請求項２】
前記被写体からの光を前記複数の撮像素子で受光して同時に電荷を蓄積した後、前記複数の撮像素子についての電荷量を順次出力することを特徴とする請求項１記載の感度補正方法。
【請求項３】
前記電荷蓄積部と前記電荷補正部とを、前記感光部から同じ距離だけ離間した位置に配置された同じ部材で構成することを特徴とする請求項１または２記載の感度補正方法。
【請求項４】
前記電荷蓄積部と前記電荷補正部とをフローティングディフュージョンアンプとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の感度補正方法。
【請求項５】
前記撮像素子の受光面において、前記電荷蓄積部および前記電荷補正部それぞれの占める面積を前記感光部の占める面積に対して１／１０以下の大きさとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の感度補正方法。
【請求項６】
前記複数の撮像素子を列状に設け、相互に隣接する２つの撮像素子から成るグループを形成し、前記グループに含まれる２つの前記感光部の間に前記電荷補正部を設けて、相互に隣接する２つの撮像素子において、１つの電荷補正部を共有化して用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の感度補正方法。
【請求項７】
被写体からの光を受光する複数の撮像素子と、前記被写体の像を前記撮像素子に結像させる光学系とを具備し、前記光学系を通して前記被写体からの光を前記複数の撮像素子で受光して蓄積した電荷を出力する撮像装置であって、それぞれの前記撮像素子が、入射光を光電変換する感光部と、前記入射光によって前記感光部に蓄積された電荷を転送して一時的に蓄積する電荷蓄積部と、該電荷蓄積部に漏れ込む電荷量を見積もる電荷補正部と、前記それぞれの撮像素子における前記感光部に蓄積された電荷を転送して前記電荷蓄積部に蓄積された第１の電荷量を前記電荷補正部に漏れ込んだ第２の電荷量で補正する演算手段と、該演算手段によって算出された第３の電荷量を各撮像素子の電荷量として複数の撮像素子についての電荷量を順次出力する出力手段とを具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
前記被写体からの光を前記複数の撮像素子で受光して同時に電荷を蓄積した後、前記複数の撮像素子についての電荷量を順次出力することを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像部が相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサであることを特徴とする請求項７または８記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の撮像素子は列状に設けられ、相互に隣接する２つの撮像素子から成るグループを形成したときに、前記グループにおいて前記電荷補正部は、前記グループに含まれる２つの前記感光部の間に１つだけ設けられ、
前記演算手段は、前記電荷補正部に蓄積される第２の電荷量で、この電荷補正部が含まれるグループにおける複数の電荷蓄積部に蓄積された第１の電荷量を補正することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感度補正方法および撮像装置に関し、特に被写体からの信号を複数の撮像素子で同時に受光して前記被写体の画像を読み取る際に、読取画像からシェーディングの影響を除去する感度補正方法および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被写体を撮像する複数の撮像素子と、被写体からの光を前記撮像素子に結像させる撮像光学系とを具備する撮像装置が、例えば、Ｘ線ＣＴや、複写機、ファクシミリ、スキャナ、さらにデジタルカメラや監視カメラ、車載カメラ等のカメラモジュールのような用途に広く開発されている。
このような撮像装置では、撮像素子にて被写体からの光の強さを検知することによって画像を読み取っているが、レンズの周辺光量低下や撮像素子の感度ばらつきによって各撮像素子の受光量が実際の信号からずれてしまい、出力される画像に画像ムラができてしまうことが知られている。そこで、この画像ムラをなくすためにシェーディング補正が行なわれる。
例えば、特開平１０−９７６１７号公報では、予め白基準板を撮像して得られる白基準影像信号と黒基準板を撮像して得られる黒基準影像信号とに基づくシェーディング補正データを作成しておき、この補正データに基づいて被写体を撮像したときのデータ補正を行なう方法が開示されている。また、特開平１１−６９１５４号公報では、各撮像素子ごとにヒストグラム最頻度計算処理を行ってこのヒストグラム最頻度値を用いてシェーディング補正する補正方法が開示されている。
さらに、特開２０００−３５８１４２号公報では、被写体に光源からの光を照射すると同時に、この光源からの光から補正部材を介して得たデータをシェーディングデータとして使用する補正方法が開示されている。また、特開２００５−８００６２号公報では、第１の方向におけるシェーディング補正係数と第１の方向とは垂直な第２の方向におけるシェーディング補正係数とを乗算してシェーディング補正を行なうデジタルカメラについて開示されている。
また、特開２００５−２６９３３９号公報では、感度の異なる第１の感光部と第２の感光部を備えて、２つの感光部における受光量の差から各撮像素子における色シェーディング補正（色収差補正）を行なうことによって、広範囲なダイナミックレンジを有する各画素（撮像素子）における色シェーディング補正が短時間かつ小さなメモリ容量で行なえることが開示されている。
しかしながら、上述の特開平１０−９７６１７号公報、特開平１１−６９１５４号公報、特開２０００−３５８１４２号公報および特開２００５−８００６２号公報のようにシェーディングデータを別途準備してシェーディング補正を行なう補正方法では、被写体からの信号を複数の撮像素子で同時に受光した後で各撮像素子の受光信号を順に読み込む読取方式に対して、シェーディング補正が完全に行なえないという問題がある。
すなわち、画像ムラの要因として、上記レンズの周辺光量低下や撮像素子の感度ばらつき以外にも撮像素子に信号を読み込む際の電荷量の変動がある。例えば、ＣＭＯＳセンサ（相補型金属酸化物半導体センサ；Complementary Metal Oxide Semiconductor sensor）を用いたグローバルシャッタ方式のように１画面分の画像を同時に読み込む方法では、複数の撮像素子に対して同時タイミングで電荷蓄積を開始し、その後同時タイミングで電荷蓄積を終了し、終了と同時に各撮像素子に蓄積された電荷を順に読出す方式であり、全撮像を同時に感光するので対象物の動きが早い場合でも、像は歪まないという特長を有している。かかる方法では、各撮像素子によって電荷蓄積終了から読み出しまでの時間が異なる。一方、撮像素子に蓄積された電荷量は種々の要因によって電荷が漏れ込み増加するが、受光量や蓄積時間によって電荷量の増加量が異なることが知られている。したがって、撮像素子に蓄積された電荷量が読み出されるまでの間に増加してしまい、しかも撮像素子ごとに増加する電荷量が異なるために画像ムラが発生するという問題である。
これは、各撮像素子に蓄積された電荷量が読み出されるまでの間に、撮像素子を構成するフォトダイオード等の感光部の下部に蓄えられた電荷が各撮像素子を構成する電荷蓄積部内に漏れ込んでしまうことに起因する。さらに、この漏れ込む電荷量は各撮像素子に蓄積された電荷量に応じて変動するために、従来のような別途シェーディングデータを準備する方法では画像ムラを完全に補正することができないものであった。
なお、この撮像素子に蓄積された電荷量に応じて補正すべき電荷量が変動することは、ＣＭＯＳセンサを用いたグローバルシャッタ方式に限らず、複数の撮像素子にて１画面分の画像を同時に読み込む撮像装置において一般的に発生する現象であった。そして、いずれの場合にも精度のよいシェーディング補正方法が求められていた。
また、特開２００５−２６９３３９号公報のように、２つの感光部の受光量の差を求めてその差から各画素における色シェーディング補正を行なう方法では、各画素の色シェーディング補正はできるものの、各撮像素子に蓄積された電荷の漏れ出しの影響による画像ムラを補正することができなかった。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、簡単な構成で精度のよいシェーディング補正を行なうことができる感度補正方法および撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の感度補正方法は、被写体からの光を複数の撮像素子で受光することにより前記被写体の画像を読み取る際に発生するシェーディングを除去するための感度補正方法であって、それぞれの前記撮像素子が、入射光を受光して光電変換する感光部と、前記入射光によって前記感光部に蓄積された電荷を転送して一時的に蓄積する電荷蓄積部と、該電荷蓄積部に漏れ込む電荷を見積もる電荷補正部とを備えて、前記被写体からの光を前記複数の撮像素子で受光して電荷を蓄積した後、前記感光部に蓄積された電荷を前記電荷蓄積部に転送して該電荷蓄積部に蓄積される第１の電荷量を前記電荷補正部に漏れ出した第２の電荷量で補正した第３の電荷量を各撮像素子の電荷量として複数の撮像素子についての電荷量を順次出力することを特徴とするものである。
なお、上記本発明の感度補正方法は、前記被写体からの光を前記複数の撮像素子で受光して同時に電荷を蓄積した後、前記複数の撮像素子についての電荷量を順次出力することが望ましい。
本発明の感度補正方法によれば、入射光によって前記感光部に蓄積された電荷を転送して一時的に蓄積する電荷蓄積部に経時的に漏れ込む電荷量をそれぞれの電荷蓄積部に対して電荷補正部にて直接見積もってそれぞれに補正することから、各撮像素子への漏れ込み電荷の影響を補正することができ、特に、各撮像素子にて同時に電荷を蓄積した後各撮像素子についての電荷量を順次出力するデータ出力方式によって電荷蓄積部に電荷を蓄積してから出力するまでの時間が各撮像素子で異なるような場合でも、経時的に漏れ込む電荷量によって電荷蓄積部に蓄積された第１の電荷量が各撮像素子で異なっても前記電荷補正部に漏れ込んだ第２の電荷量で補正して経時変化による電荷もれ込みの影響を取り除いた第３の電荷量を各撮像素子の電荷量として出力することによって、簡単な構成で精度のよいシェーディング補正を行なうことができる。
ここで、前記電荷蓄積部と前記電荷補正部とを、前記感光部から同じ距離だけ離間した位置に配置された同じ部材で構成すること、前記電荷蓄積部と前記電荷補正部とをフローティングディフュージョンアンプとすることが望ましい。
ここで、前記電荷蓄積部と前記電荷補正部とを、前記感光部から同じ距離だけ離間した位置に配置された同じ部材で構成することが、部材配置の調整が容易でありかつ演算も簡単である。
また、前記撮像素子の受光面において、前記電荷蓄積部および前記電荷補正部それぞれの占める面積を前記感光部の占める面積に対して１／１０以下の大きさとすることが望ましい。
また、前記電荷蓄積部と前記電荷補正部とをフローティングディフュージョンアンプとすることが、シャッタの開閉が可能であり電荷を蓄積するタイミング調整が容易であるとともに、例えばフォトダイオードのような感光部をなす部材に比べてサイズが小さいことから、画素数を増してより鮮明な画像を形成することができる点で望ましい。ここで、前記撮像素子の受光面において、前記電荷蓄積部および前記電荷補正部それぞれの占める面積を前記感光部の占める面積に対して１／１０以下の大きさとすることが画素数を増してより鮮明な画像を形成することができる点で望ましい。
また、前記複数の撮像素子を列状に設け、相互に隣接する２つの撮像素子から成るグループを形成し、前記グループに含まれる２つの前記感光部の間に前記電荷補正部を設けて、相互に隣接する２つの撮像素子において、１つの電荷補正部を共有化して用いることが望ましい。これによって、電荷補正部の数を少なくすることができる。
さらに、本発明の撮像装置は、被写体からの光を複数の撮像素子で受光することにより前記被写体を撮像する撮像部と、前記被写体の像を前記撮像部に結像させる光学系とを具備し、前記光学系を通して前記被写体からの光を前記複数の撮像素子で受光して蓄積した電荷を出力する撮像装置であって、それぞれの前記撮像素子が、入射光を光電変換する感光部と、前記入射光によって前記感光部に蓄積された電荷を転送して一時的に蓄積する電荷蓄積部と、該電荷蓄積部に漏れ込む電荷量を見積もる電荷補正部とを備えて、前記それぞれの撮像素子における前記感光部に蓄積された電荷を転送して前記電荷蓄積部に蓄積された第１の電荷量を前記電荷補正部に漏れ出した第２の電荷量で補正する演算手段と、該演算手段によって算出された第３の電荷量を各撮像素子の電荷量として複数の撮像素子についての電荷量を順次出力する出力手段とを具備することを特徴とするものである。
ここで、上記構成において、本発明の撮像装置における電荷蓄積および出力方式が、前記被写体からの光を前記複数の撮像素子で受光して同時に電荷を蓄積した後、前記複数の撮像素子についての電荷量を順次出力する方式であることが望ましい。
さらに、本発明の撮像装置によれば、上記感度補正方法を備えていることから、前記簡単な構成で精度のよいシェーディング補正を行なうことができ、画像ムラがなく精度のよい画像を記憶することができ、この記憶された画像を再生した場合には画像ムラのない精度のよい画像となる。
なお、前記撮像部が相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサであることが望ましい。
なお、前記撮像部が相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサである場合には、簡単な構成で容易に信号制御が可能となる。
また、前記複数の撮像素子は列状に設けられ、相互に隣接する２つの撮像素子から成るグループを形成したときに、前記グループにおいて前記電荷補正部は、前記グループに含まれる２つの前記感光部の間に１つだけ設けられ、前記演算手段は、前記電荷補正部に蓄積される第２の電荷量で、この電荷補正部が含まれるグループにおける複数の電荷蓄積部に蓄積された第１の電荷量を補正することが望ましい。これによって、電荷補正部の数を少なくすることができ、撮像装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
図１は、本発明の感度補正方法が適用された撮像装置の第１の実施形態の例である車載用のカメラモジュールの概略構成を示す概略構成図である。
図２は、図１のカメラモジュール１の撮像素子３についての概略構成を示す概念図である。
図３は、図２の撮像素子３の詳細構成を示す模式図である。
図４は、各撮像素子から受光信号を出力する順序の一例を示す模式図である。
図５は、本発明の感度補正方法が適用された撮像装置の第２の実施形態の例であるプロジェクタ接続用のスキャナの概略構成を示す概略構成図である。
図６Ａは、前述した実施の形態における感光部１５、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０の配置を模式的に示す図である。
図６Ｂは、本実施の形態における感光部１５、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０の配置を模式的に示す図である。
図７は、本実施の形態のカメラモジュールにおける読出し動作を説明するための図である。
図８は、本実施の形態のカメラモジュールにおける読出し動作を説明するための図である。
図９は、本実施の形態のカメラモジュールにおける読出し動作を説明するための図である。
図１０は、本実施の形態のカメラモジュールにおける読出し動作を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１には、本発明の感度補正方法が適用された撮像装置の第一の実施形態である車載用のカメラモジュールの概略構成が示されている。
図１によれば、本実施形態に係るカメラモジュール１は、被写体からの光を結像させるためのレンズを含んで構成された光学ユニット２と、光学ユニット２の光軸上の後方に配設された複数の撮像素子３と、各撮像素子３内部に収納され撮像素子３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ４と、メインメモリ１０と、主制御部１２と、出力端子１４とを備えている。なお、図１のカメラモジュール１では、複数の撮像素子３と、各撮像素子３から出力されるアナログ読取データをデジタル読取データに変換するＡ／Ｄコンバータ４とはＣＭＯＳセンサ８の内部に具備されている。
なお、図１のカメラモジュール１によれば、Ａ／Ｄコンバータ４が変換したデジタル読取データはメインメモリ１０に記憶され、主制御部１２によって所望によりγ補正やホワイトバランス補正等のデータ処理を行った後、出力端子１４に画像データとして出力される。そして、出力端子１４から車内に設置された読込画像を表示する表示部（図示せず。）にデータが送信されて画像を表示する。
また、図２に撮像素子３についての概略構成を示す。図２に示すように、本発明によれば、それぞれの撮像素子３が、入射光を光電変換する感光部１５と、前記入射光によって感光部１５に蓄積された電荷をセンサ駆動部１６にて制御されるシャッタ１７等によって転送して一時的に蓄積する電荷蓄積部１８と、電荷蓄積部１８に漏れ込む電荷量を見積もる電荷補正部２０とを備えている。図において、感光部１５をＰＤと記載する。また、撮像素子３は、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０に電荷を蓄積しないときには、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０のそれぞれがリセット２２、２３によってグランド２５、２６に接続される構成となっている。さらに、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０に蓄積された電荷は出力された後、演算手段２８にて電荷蓄積部１８に蓄積された第１の電荷量ｐ１と電荷補正部２０に蓄積された第２の電荷量ｐ２から第３の電荷量が算出されて列スイッチ２９からＡ／Ｄコンバータ４に出力される構成となっている。
ここで、図２の撮像素子３の詳細構成を示す模式図を図３に示すが、電荷蓄積部１８に蓄積された第１の電荷量ｐ１は感光部１５から転送される電荷量Ｎのみならず、感光部１５の下部から電荷の拡散（図３中のＭ１：経時的かつ光の受光強度に応じて変化する。）が発生したり、遮光アルミニウム板３０によって反射した光（図３中のＭ２：受光する光の強さに応じて変化する。）が漏れ込む等の要因によって生じる漏れ込み電荷量（図中のＭ）を含む。したがって、一画面分の全撮像素子３に同時に感光し、撮像素子３に感光を行って蓄積された電荷量が、感光終了後に順次読み出されるような撮像装置において、電荷蓄積部１８に蓄積された第１の電荷量ｐ１をそのまま受光信号として出力すると、本来各撮像素子３が受信した被写体からの受光信号からそれぞれが規則性なくばらついた電荷蓄積量となって画像ムラを引き起こす。
しかしながら、本発明の感度補正方法によれば、図３に示すようなフォトダイオード等の感光部１５の下部からの電荷の拡散（図３中のＭ１）および遮光アルミニウム板３０からの反射（図３中のＭ２）の要因によって発生する漏れ込み電荷量を電荷補正部２０にて見積もって、演算手段２８にて電荷蓄積部１８に蓄積された第１の電荷量ｐ１を電荷補正部２０に蓄積した第２の電荷量ｐ２で補正した第３の電荷量ｐ３を算出しこれを出力することによって、経時的な電荷の変動量および各撮像素子３の受光強度に応じた変動量を各撮像素子３ごとに補正できることから、各撮像素子３の漏れ込み電荷による電荷量の変動分を各撮像素子３の読み込み順に関係なく、かつ受信した受光量に比例した電荷蓄積量に調整できる。
したがって、電荷蓄積部１８に漏れ込む電荷量のばらつきを正確に補正することができることから、特に、前記被写体の画像を受光して複数の撮像素子で同時に電荷を蓄積する、すなわち、グローバルシャッタ方式のように同じタイミングで電荷蓄積を開始して同じタイミングで電荷蓄積を終了する方式にて画像を読み取る際に発生するシェーディングを簡単な構成で精度よく補正を行なうことができる。
ここで、第２の電荷量ｐ２は必ずしも電荷蓄積部１８に漏れ込む電荷量と同じである必要はなく、第２の電荷量ｐ２が電荷蓄積部１８に漏れ込む電荷量と異なる構成であってもよい。この場合には演算手段２８で第２の電荷量ｐ２を電荷蓄積部１８に漏れ込む電荷量と同じとなるように増減させて第１の電荷量ｐ１から差し引くことによって補正できる。しかしながら、電荷蓄積部１８と電荷補正部２０とが、感光部１５から同じ距離だけ離間した位置に配置された同じ部材で構成されていることが、部材の配置を調整することが容易に行なえるとともに演算手段２８における演算も単純な引き算でよいので演算手段２８のメモリが小さくて済む。なお、各撮像素子３の演算手段２８にて、γ補正やホワイトバランス補正等の他のシェーディング補正をすることも可能である。また、漏れ込み電荷は長波長側で多くなるという性質を利用して、予め波長に対する漏れ込み電荷量の増加率を算出しておくことによって、第１の電荷量ｐ１と第２の電荷量ｐ２との対比から色シェーディング補正を行なうことも可能である。
また、図２に示すように、電荷蓄積部１８と電荷補正部２０とがフローティングディフュージョンアンプ（ＦＤ１、ＦＤ２）であることが望ましい。これによって、シャッタの開閉が可能であり電荷を蓄積するタイミング調整が容易であるとともに、例えば感光部１５がフォトダイオードのように撮像素子３の受光面において大きな面積を占める部材であるのに比べてフローティングディフュージョンアンプは小さな面積であるので各撮像素子３の受光面積を小さくできる結果、ＣＭＯＳセンサ８の撮像素子の数に相当する画素数を増してより鮮明な画像を形成することができる。
ここで、撮像素子３の受光面において、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０それぞれの占める面積が感光部１５の占める面積に対して１／１０以下の大きさであることが画素数を増してより鮮明な画像を形成することができる点で望ましい。
さらに、撮像素子３としてはＣＣＤ素子（電荷結合素子；charge coupled device）を用いることもできるが、ＣＭＯＳセンサ８を用いた場合にはＣＭＯＳセンサ８内に簡単な構成で電荷蓄積部１８および電荷補正部２０を形成することができるとともに、容易に信号制御が可能となるので、上記感度補正方法は特に有効である。
ここで、本実施形態におけるデータ処理方法についてより具体的に説明する。まず、図４に各撮像素子から受光信号を出力する順序の一例を示す模式図に示すように、複数の撮像素子３はｍ行×ｎ列に整列した状態で配置されている。そして、これら一画面分の全撮像素子３に対して同時に電荷蓄積を開始しかつ同時に電荷蓄積を終了し、終了と同時に蓄積された電荷を各電荷蓄積部１８に転送する。そして、例えば図４に示す撮像素子３のｍ行×ｎ列の配列に対して、ａ１、ａ２、ａ３…ａｎ、ｂ１、ｂ２、ｂ３…ｍ−１１、ｍ−１２…ｍ−１ｎ、ｍ１、ｍ２、ｍ３…ｍｎの順番でそれぞれの列スイッチ２９から各電荷蓄積部１８に蓄積された電荷量ｐ１に基づいて各撮像素子３（ａ１，ａ２…ｍｎ）の読取データとして出力される。
この時、本発明によれば、電荷蓄積部１８に蓄積された第１の電荷量ｐ１は演算手段２８にて電荷補正部２０に蓄積された第２の電荷量ｐ２によって補正され、補正された第３の電荷量ｐ３が、この各撮像素子３が感知した信号はそれぞれの列スイッチ２９からアナログ信号として順次出力され、Ａ／Ｄコンバータ４でデジタル信号に変換しながら記憶手段としてのメインメモリ１０に記憶される。なお、各撮像素子３の読取データの読取順番は上記順番に限定されるものではなく、列方向から読み取るものであってもよく、他の順番であってもよい。
なお、本発明の感度補正方法は、複数の撮像素子が順に電荷を蓄積した後で順に電荷を出力するローリングシャッタ方式についても適用することができる。
また、本発明の撮像装置は、上述したカメラモジュールに限定されるものではなく、例えば、プロジェクタに接続されるスキャナについても好適に応用することができる。
そこで、図５に、本発明の感度補正方法が適用された撮像装置の第２の実施形態の例であるプロジェクタ接続用のスキャナの概略構成を示す。
図５によれば、本実施形態のスキャナ４１は、原稿を載置する透明ガラス板製の原稿載置台４２と、原稿載置台４２の上部表面を覆うため開閉可能に設けられた原稿カバー４３と、原稿載置台４２に載置固定された原稿を照らすための照明ランプ４４と、レンズ４６を具備するレンズユニット４７と、照明ランプ４４を原稿に照射し原稿から反射した光を受光する複数の撮像素子４５と、撮像素子４５から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ４９と、Ａ／Ｄコンバータ４９で変換したデジタル読取データを保存するための記憶手段としてのメインメモリ５０と、メインメモリ５０のデジタル読取データの読み込み順序やデータ処理を行なうプログラムやパラメータなどを格納する演算手段としての主制御部５１と、撮像素子４５で記憶した読込画像をプロジェクタ等の外部装置（図示せず）に出力するための出力端子５２とを備えている。
そして、原稿載置台４２に載置固定された原稿に照明ランプ４４を照射し、原稿から反射した光は、複数の光学部材を介して、結像光学系からなるレンズ４６（図４では２枚のレンズ）で構成されるレンズユニット４７に案内される。このレンズユニット４７によって、原稿からの反射光が撮像素子４５上に結像される。また、レンズユニット４７は入射する光の光軸に沿って移動可能となっており、所望の倍率で撮像素子４５上に結像することができるようになっている。これにより、撮像素子４５によって、原稿載置台４２に載置された原稿に記録されている画像が読み取られる。撮像素子４５による読み取り結果から読取データが生成され、出力端子５２からプロジェクタ等の外部装置（図示せず）に出力される。
本実施形態においても、原稿からの光を１画面分の全撮像素子４５に同時に感光を開始して同時に感光を終了する。そして、それぞれの撮像素子４５が、入射光を光電変換する感光部と、この感光部に蓄積された電荷を転送して一時的に蓄積する電荷蓄積部と、この電荷蓄積部に漏れ込む電荷量を見積もる電荷補正部とを備えている。そして、順次電荷蓄積部に蓄積された第１の電荷量ｐ１を電荷補正部に蓄積された第２の電荷量ｐ２で補正した第３の電荷量ｐ３を算出しこれを出力することによって、経時的な電荷の変動量が補正され、被写体の画像を複数の撮像素子４５で同時に電荷を蓄積して読み取る際に発生するシェーディングを簡単な構成で精度よく補正を行なうことができる。
前述した実施の形態では、各撮像素子が、１つの感光部と、その両側に電荷蓄積部と電荷補正部とを個別に有する構成となっている。したがって、２つの感光部が２つあるときには、２つの電荷蓄積部と２つの電荷補正部とが必要になるが、本発明のさらに他の実施の形態では、前述の実施の形態において、隣接する撮像素子において、その一部の構成を共有し、具体的には荷電補正部を共有する構成としてもよい。図６Ａは、前述した実施の形態における感光部１５、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０の配置を模式的に示し、図６Ｂは、本実施の形態における感光部１５、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０の配置を模式的に示す図である。図６Ａ，図６Ｂでは、グランドについては図が煩雑となることを防止するために省略しているが、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０のそれぞれに対応して、グランド２５，２６が設けられている。なお前述した実施の形態の構成と同様の部分については、同様の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
また図６Ａにおいて、２つの感光部１５を含んで構成するときに必要となる最小限の感光部１５、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０の構成を１つのグループ６０とし、図６Ｂにおいて、２つの感光部１５を含んで構成するときに必要となる最小限の感光部１５、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０の構成を１つのグループ６１としている。また、図６Ａ，図６Ｂでは、１つのグループ６０，６１に含まれる感光部１５をＰＤ１，ＰＤ２として示している。
本実施の形態では、複数の撮像素子が列状に設けられ、隣接する感光部１５にそれぞれ対応する荷電補正部２０を、２つの感光部１５がそれぞれ含まれる撮像素子３で共有している。前述した各実施の形態では、１つのグループ６０において、電荷蓄積部１８と、感光部１５と、電荷補正部２０とが、電荷蓄積部１８、感光部１５、電荷補正部２０、電荷蓄積部１８、感光部１５、電荷補正部２０のように記載した順番に並ぶ。しかしながら、本実施の形態では、１つのグループ６１において、電荷補正部１８は、グループ６１に含まれる２つの感光部１５の間に１つだけ設けられ、すなわち電荷蓄積部１８と、感光部１５と、電荷補正部２０とが、電荷蓄積部１８、感光部１５、電荷補正部２０、感光部１５、電荷蓄積部１８のように記載した順番に並ぶ。これによって、１つのグループ単位における電荷蓄積部１８および電荷補正部２０の総数を３／４にすることができる。
図７〜図１０は、本実施の形態のカメラモジュールにおける読出し動作を説明するための図である。本実施の形態のカメラモジュールでは、前述した演算手段２８として、サンプルホールド回路７１を備える。サンプルホールド回路７１は、それぞれ電荷を蓄積可能な第１および第２部分７２，７３と、第１および第２部分７２，７３でそれぞれ蓄積した電荷の電荷量の差を求めて出力するコンパレータ７４とを含んで構成される。
第１および２部分７２，７３は、同様の構成であるので、第１部分７２についてのみ説明し、第２部分７３については、第１部分７２と同様の構成には同様の参照符号を付して、その説明を省略する。第１部分７２は、２つのバッファアンプＡ１，Ａ２と、２つのスイッチＢ１，Ｂ２と、１つのキャパシタＣとを含んで構成される。バッファアンプＡ１の非反転入力部は、サンプルホールド回路の入力部に接続され、バッファアンプＡ１の反転入力部は、バッファアンプＡ１の出力部に接続される。バッファアンプＡ１の出力部は、スイッチＢ１を介して、キャパシタＣの一端に接続される。またキャパシタＣの一端は、スイッチＢ２を介してグランドに接続される。スイッチＢ１，Ｂ２は、オンオフスイッチであり、電界効果型トランジスタによって実現される。スイッチＢ１は、ゲートに閾値以上の電圧が印加されたときにオン状態となってバッファアンプＡ１の出力部と、キャパシタＣの一端とを電気的接続し、ゲートに与えられる電圧が閾値未満のときは、バッファアンプＡ１の出力部と、キャパシタＣの一端とを電気的に絶縁する。キャパシタＣの他端は、グランドに接続される。スイッチＢ２は、ゲートに閾値以上の電圧が印加されたときにオン状態となってキャパシタＣの一端と、グランドとを電気的接続し、ゲートに与えられる電圧が閾値未満のときは、キャパシタＣの一端と、グランドとを電気的に絶縁する。キャパシタＣの他端は、バッファアンプＡ２の非反転入力部に接続され、バッファアンプＡ２の反転入力部は、バッファアンプＡ２の出力部に接続される。バッファアンプＡ２の出力部は、コンパレータ７４の入力部に接続され、コンパレータの出力部は、行スイッチ２９に接続される。
本実施の形態では、まず各感光部１５に受光させて、各感光部１５に電荷を蓄積させる。ここでは、感光部１５、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０が配列される配列方向の一方から１つ目のグループ６１の動作について説明するが、グループ６１についても、同様である。ここで、第１および第２部分７１，７２の各スイッチＢ１，Ｂ２はオフ状態となっている。また電荷蓄積部１８および電荷補正部２０は、サンプルホールド回路７１の入力部に電気的に接続されている。また感光部１５、電荷蓄積部１８および電荷補正部２０が配列される配列方向の一方から順番に、第１〜３番目に配列される電荷蓄積部１８（ＦＤ１）、感光部１５（ＰＤ１）および電荷補正部２０（ＦＤ２）の３つに基づいて、感光部１５（ＰＤ１）で取得した第１の電荷量ｐ１を補正する。まず、配列方向の一方から順番に、第１〜３番目に配列される電荷蓄積部１８（ＦＤ１）、感光部１５（ＰＤ１）および電荷補正部２０（ＦＤ２）に蓄積された電荷を移動させる。ここでは、スイッチ１７によって、図７の矢符Ｆ１で示すように、感光部１５（ＰＤ１）の電荷を、この感光部１５（ＰＤ１）の配列方向の一方に配置される電荷蓄積部１８（ＦＤ１）に移動させるとともに、第２部分７３のスイッチＢ１のゲートに閾値以上の電圧を印加して、オン状態とする。これによって、第２部分７３のスイッチＢ１が通電して、図７の矢符Ｆ２で示すように電荷が移動し、電荷補正部２０（ＦＤ２）の電荷が第２部分７３のキャパシタＣに充電される。
次に、スイッチ１７および第２部分７３のスイッチＢ１をオフ状態にして、第１部分７２のスイッチＢ１のゲートに閾値以上の電圧を印加して、オン状態とする。これによって、第１部分７２のスイッチＢ１が通電して、図８の矢符Ｆ３で示すように電荷が移動し、電荷蓄積部１８（ＦＤ１）の電荷が、第１部分７２のキャバシタＣに充電される。ここまでの動作によって、第１および第２部分７２，７３のキャバシタＣにそれぞれ電荷が蓄積され、コンパレータ７４によって、第１部分７２のキャバシタＣに蓄積された第１の電荷量ｐ１と、第２部分７３のキャバシタＣに蓄積された第２の電荷量ｐ２との差分の第３の電荷量ｐ３がサンプルホールド回路７１から出力される。
次に、第１部分７２のスイッチＢ１をオフ状態にして、前記配列方向の一方から順番に、電荷蓄積部１８、感光部１５および電荷補正部２０の３つについてのリセット動作を行う。すなわち、前記配列方向の一方から順番に、電荷蓄積部１８、感光部１５および電荷補正部２０の３つに対応するスイッチ１７，２５，２６をオン状態として、これらグランドに電気的に接続する。また第１部分７２のスイッチＢ２にゲートに閾値以上の電圧を印加して、オン状態とする。これによって、第１部分７２のスイッチＢ２が通電して、図９の矢符Ｆ４で示すように、キャバシタＣに蓄積されている電荷が、グランドに移動して、キャバシタＣに蓄積されていた電荷量が零になる。
次に、配列方向の一方から順番に、第３〜５番目に配列される電荷補正部２０（ＦＤ２）、感光部１５（ＰＤ２）および電荷蓄積部１８（ＦＤ１）の３つに基づいて、感光部１５（ＰＤ２）で取得した第１の電荷量ｐ１を補正する。ここでは、スイッチ１７によって、図１０の矢符Ｆ５で示すように、感光部１５（ＰＤ２）に蓄積された電荷を、この感光部１５（ＰＤ２）の配列方向の他方に配置される電荷蓄積部１８（ＦＤ１）に移動させるとともに、第１部分７２のスイッチＢ１をオン状態とする。これによって、、第１部分７３のスイッチＢ１が通電して、図１０の矢符Ｆ６で示すように電荷が移動し、前記電荷蓄積部１８（ＦＤ１）の電荷が第１部分７２のキャバシタＣに充電される。第２部分７３のキャバシタＣには、既に電荷が蓄積されており、ここまでの動作によって、第１および第２部分７２，７３のキャバシタＣにそれぞれ電荷が蓄積されることになり、コンパレータ７４によって、第１部分７２のキャバシタＣに蓄積された第１の電荷量ｐ１と、第２部分７３のキャバシタＣに蓄積された第２の電荷量ｐ２との差分の第３の電荷量ｐ３がサンプルホールド回路７１から出力される。
配列方向の一方から１つ目のグループ６１について前述した動作を行うと、次に配列方向の一方から２つ目のグループ６１を処理対象として同様に動作し、グループ６１の個数だけ配列方向の一方から他方に向かって順番に同様の動作を繰り返す。
以上の動作によって、電荷補正部２０の数を前述の実施の形態と比較して少ない個数で構成しても、１つのグループ６１に含まれる２つの感光部１５からの第１の電荷量ｐ１がそれぞれ第２の電荷量ｐ２によって補正されて、補正された第３の電荷量ｐ３をそれぞれ出力することができる。したがって、前述した各実施の形態と比較して、撮像素子３の小型化を実現することができ、また撮像装置の小型化を実現することができる。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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