(57)【要約】【課題】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等により画質の低下しない撮像装置を提供すること。【解決手段】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し、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。又、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。【選択図】図１
2006033036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子周辺に複数の温度センサを配置し、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ようにしたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記出力値に対する補正値は、撮像素子の欠陥画素の補正値であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子の画素範囲を複数のエリアに分割し、各エリア毎に補正値を変更するようにしたことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記出力値に対する補正値は、撮像素子の暗電流値の補正値であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記温度センサは、撮像素子と同一基板上に構成されていることを特徴とする１記載の撮像装置。
【請求項６】
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手段と、温度に対する暗電流値のテーブル手段とを有し、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する手段と、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するようにしたことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記出力値に対する補正値は、撮像素子の欠陥画素の補正値であることを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像素子の画素範囲を複数のエリアに分割し、各エリア毎に補正値を変更するようにしたことを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
【請求項９】
前記出力値に対する補正値は、撮像素子の暗電流値の補正値であることを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子を用いた撮像装置に関するもので、特に撮像された画像の画質の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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等があり、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良く知られている。
【０００４】
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おり、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。
【０００５】
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には、予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。
【０００６】
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おり、特許文献１と同様に予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。
【０００７】
又、実際の撮像動作直前又は直後に、撮像素子全体を遮光した状態で撮像動作行うことで、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とで、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）。
【０００８】
その他、特許文献２には、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。
【０００９】
【特許文献１】特開平１−１４７９７３号公報
【特許文献２】特開平２００１−１７４３２９号公報
【特許文献３】特開平１０−１５５１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２（特開平２００１−１７４３２９号公報）では、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が、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った場合は、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ことができない。又、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。
【００１１】
更に、上記のように撮像素子内で温度差がある場合、前記特許文献１（特開平１−１４７９７３号公報）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とき、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。又、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。
【００１２】
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。
【００１３】
又、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。
【００１４】
本発明の目的は、上記問題を解決し、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等により画質の低下しない撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記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し、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。
【００１６】
又、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。
【００１７】
又、前記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を行えるようにする。
【００１８】
又、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。
【００１９】
又、前記温度センサを撮像素子と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。
【００２０】
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し、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。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、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、撮像素子周辺に複数の温度センサを配置し、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及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ので、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言える。
【００２２】
又、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。
【００２３】
又、前記温度センサを撮像素子と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。
【００２４】
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し、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ので、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言える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に係る撮像信号の補正方法及び撮像装置について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの画素部回路である。
【００２７】
図１において、画素内にはフォトダイオード１、転送スイッチ２、リセットスイッチ３、画素アンプ１０、行選択スイッチ６が設けてあり、転送スイッチ２のゲートは垂直走査回路１４からのΦＴＸ（ｎ，ｎ＋１）に接続され、リセットスイッチ３のゲートは垂直走査回路１４からのΦＲＥＳ（ｎ，ｎ＋１）に接続され、行選択スイッチ６のゲートは垂直走査回路１４からのΦＳＥＬ（ｎ，ｎ＋１）に接続されている。
【００２８】
光電変換は該フォトダイオード１で行われ、光量電荷の蓄積期間中は転送スイッチ２はオフ状態であり、画素アンプを構成するソースフォロア１０のゲートにはこのフォトダイオード１で光電変換された電荷は転送されない。該画素アンプを構成するソースフォロア１０のゲート１１は、蓄積開始前に該リセットスイッチ３がオンし、適当な電圧に初期化されている。即ち、これがダークレベルとなる。次に又は同時に行選択スイッチ６がオンになると、負荷電流源７と該画素アンプ１０で構成されるソース・フォロア回路が動作状態になり、ここで該転送スイッチ２をオンさせることで該フォトダイオード１に蓄積されていた電荷は、該画素アンプを構成するソースフォロア１０のゲートに転送される。ここで、４はリセット電源、５はソースフォロア１０を駆動する電源である。
【００２９】
ここで、選択行の出力が垂直出力線１３上に発生する。この出力は転送ゲート１５ａ，１５ｂを介して、信号蓄積部１５に蓄積される。信号蓄積部１５に一時記憶された出力は水平走査回路１６によって順次出力アンプ部へ読み出される。
【００３０】
図２は図１のＣＭＯＳ型エリアセンサの動作タイミング図である。
【００３１】
全画素リセット期間Ｔ１のタイミングで、ΦＴＸ（ｎ），ΦＴＸ（ｎ＋１）がアクティブになり、全画素の該フォトダイオード１の電荷は、該転送スイッチ２を介して該ソースフォロア１０のゲートに転送され、該フォトダイオード１はリセットされる。この状態はフォトダイオード１のカソード電荷がソースフォロア１０のゲートに移って平均化された状態であるが、ソースフォロア１０のゲートのキャパシタ９の容量成分を大きくすることで、フォトダイオード１のカソードをリセットしたレベルと同様になる。
【００３２】
このとき、対象画像の光量を導光する不図示のメカシャッターは開いており、時間Ｔ１の終了と同時に、全画素同時に蓄積を開始する。該メカシャッターはＴ３の期間を開いたままで、この間がフォトダイオード１の蓄積期間となる。
【００３３】
Ｔ３時間経過後、Ｔ４のタイミングでメカシャッターは閉じ、該フォトダイオード１の光電荷の蓄積が終了する。この状態では該フォトダイオード１に電荷が蓄積されている。次に、各ライン毎に読み出しがスタートする。即ち、Ｎ−１行目を読み出してからＮ行目を読み出す。
【００３４】
時間Ｔ５の期間ΦＳＥＬ（ｎ）がアクティブになり、該行選択スイッチ６がオンし、ｎ行目に繋がっている全ての画素の該画素アンプ１０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、該画素アンプ１０で構成されるソース・フォロアのゲートはＴ２期間でΦＲＥＳ（ｎ）がアクティブになり、リセットスイッチ３がオンとなり、該ソースフォロア１０のゲート１１は初期化される。即ち、該垂直出力線１３にはこのダークレベルの信号が出力される。
【００３５】
次に、ΦＴＮ（ｎ）がアクティブになり、転送ゲート１５ｂがオンし、該信号蓄積部１５に保持される。この動作は、Ｎ行に繋がっている全ての画素に対して同時並列に実行される。ダークレベルの該信号蓄積部１５の転送が終了した時点で、該ホトダイオード１に蓄積されていた信号電荷をΦＴＸ（ｎ）をアクティブとすることで、転送スイッチ２をオンとし、該画素アンプ１０で構成されるソース・フォロアのゲート１１に転送する。このとき、該画素アンプ１０で構成されるソース・フォロアのゲート１１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。
【００３６】
ここで、ΦＴＳがアクティブになり、転送ゲート１５ａがオンし、信号レベルが該信号蓄積部１５に保持される。この動作は、Ｎ行に繋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、該信号蓄積部１５には、Ｎ行に繋がっている全ての画素のダークレベルと信号レベルを保持しており、各画素間でのダークレベルと信号レベルの差を取ることでソース・フォロアのスレシホールド電圧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３がリセット時に発生するＫＴＣノイズをキャンセルし、Ｓ／Ｎの高いノイズ成分を除去された信号が得られる。ここで、フォトダイオード１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１の表面欠陥等から生じる暗電流成分のみとなる。
【００３７】
この信号を該水平走査回路１６によって、該信号蓄積部１５に蓄積されたダークレベルと信号レベルの差信号を水平走査し、時系列的に、Ｔ７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、ΦＳＥＬ（ｎ＋１），ΦＲＥＳ（ｎ＋１），ΦＴＸ（ｎ＋１），ΦＴＮ，ΦＴＳを図２に示すように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。
【００３８】
図３は図１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。又、２０ｃは図２に示す信号蓄積部１５の信号を増幅し出力するためのアンプである。
【００３９】
又、図３は図１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。
【００４０】
図４は図３を更に詳細に説明するとともに、アンプ２０ｃ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。画面左上は温度が高いため、暗電流により画面輝度レベルが見掛け上高く欠陥画素数も多いが、画面右下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。
【００４１】
ＣＭＯＳ型エリアセンサのチップ２０内の画素部外周部には、チップ内の複数箇所の温度を測定するためにＡ〜Ｊの温度センサを内蔵している。又、全画素範囲を６分割（ａ〜ｆ）して、図５のように各部の平均温度を、
ａ部温度＝（Ａ＋Ｊ）／２
ｂ部温度＝（Ｂ＋Ｊ＋Ｄ）／３
ｃ部温度＝（Ｃ＋Ｄ）／２
ｄ部温度＝（Ｈ＋Ｉ）／２
ｅ部温度＝（Ｇ＋Ｉ＋Ｅ）／３
ｆ部温度＝（Ｅ＋Ｆ）／２
としている。
【００４２】
図６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４で示した６分割（ａ〜ｆ）毎に用意されている。即ち、図５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。
【００４３】
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４〜５の説明でａ部〜f 部の温度が測定されているので、その測定温度を図７のように各部（ａ〜ｆ）の中央座標に位置する画素の温度（ａ１〜ｆ１）とする。そして全画素（ｐ×ｍ画素）範囲内の各画素温度を、前記ａ１〜ｆ１の値を用いて最小二乗法で近似決定する。
【００４４】
各画素温度が分かれば、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ので、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防止することができる。
【００４５】
ここで、図４で示した温度センサＡ〜Ｊとしては、撮像素子外部にダイオード等を配置させ、その温度特性を利用したものでも良いが、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でも良い。
【００４６】
又、図４において温度センサはＡ〜Ｊの１０個、全画素範囲の分割数はａ〜ｆの６分割であったが、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。
【００４７】
更に、図４における温度センサの代わりに、図８に示すようにＣＭＯＳ型エリアセンサのチップ２０内の有効画素部３０ａの外周部に３０ｂの遮光画素（ＯＢ）を設けると共にＡ〜Ｊの部分に分割して、ＯＢ部の暗電流値と温度に対する暗電流値のテーブルからＡ〜Ｊの部分の温度を測定するようにしても良い。
【００４８】
又、本実施の形態では、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構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態におけるＣＭＯＳ型エリアセンサの画素部回路図である。
【図２】図１のＣＭＯＳ型エリアセンサの動作タイミング図である。
【図３】図１のＣＭＯＳ型エリアセンサのチップ模式図である。
【図４】図１のＣＭＯＳ型エリアセンサのチップの詳細図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるエリアセンサ内の各部の温度変換例を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態における各温度毎の欠陥画素アドレスのテーブルである。
【図７】本発明の実施の形態における画面内の輝度ムラ補正を説明する図である。
【図８】本発明における温度測定方法の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    フォトダイオード
２    転送スイッチ
３    リセットスイッチ
４，５  基準電源
６    行選択スイッチ
７    負荷電流源
９    ソースフォロアのゲートのキャパシタ
１０  ソースフォロア
１０  画素アンプ
１１  ソース・フォロアのゲート
１３  垂直出力線
１４  垂直走査回路
１５  信号蓄積部
１５ａ，１５ｂ  転送ゲート
１６  水平走査回路
２０，３０    ＣＭＯＳ型エリアセンサのチップ
２０ａ，３０ａ  ＣＭＯＳ型エリアセンサの有効部
２０ｂ，３０ｂ  ＣＭＯＳ型エリアセンサの遮光画素（ＯＢ）部
２０ｃ  増幅アンプ
【図１】
2006033036.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006033036.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006033036.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006033036.tif 000009
【図８】
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