(57)【要約】【課題】検出温度に応じて駆動周波数を変えて、温度により共振周波数がずれるピエゾ素子の光学フィルタの切換え動作を安定させる。【解決手段】固体撮像素子とＴＧと映像信号処理部とＣＰＵと可動光学フィルタとピエゾ素子の光学フィルタ駆動部とピエゾ素子の光学フィルタ駆動部とを有する固体撮像装置において、常温時の各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値をライン間で加算平均した基準暗電流成分Ｂを呼び出し、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値をライン間で加算平均した暗電流成分Ａを算出し暗電流の温度依存性の式により温度Ｃを算出し、温度Ｃに最適な駆動周波数ＤとＤの撮像素子クロックＦとの分周比Ｇを呼び出し、撮像素子クロック分周した、駆動周波数Ｄの駆動パルスをピエゾ素子の光学フィルタ駆動部に送り、ピエゾ素子の光学フィルタ駆動部はピエゾ素子の光学フィルタを駆動する。【選択図】図１
2015139183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と該固体撮像素子の受光面の有効画素から出力される画像信号を取得する第１の取得部と固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部と映像信号処理部とＣＰＵと可動光学フィルタと圧電素子の光学フィルタ駆動部と圧電素子の光学フィルタ駆動部とを有する固体撮像装置において、
分周撮像素子クロックを生成する分周部を有し、
映像信号処理部には複数のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直で加算平均するか又は複数のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直最小値を加算平均する手段を有し、ＣＰＵは基準暗電流成分を記憶するメモリとを有し、
所定温度の各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直で加算平均した又はＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直最小値を加算平均した基準暗電流成分Ｂをメモリから呼び出し、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直で加算平均した又はＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直最小値を加算平均した暗電流成分Ａを算出し、
暗電流成分Ａを基準暗電流成分Ｂで除算し、
予め測定した暗電流の温度依存性の実測値の最も近い複数の前記実測値のＮ次近似式、暗電流の温度依存性の理論計算式、またはシリコンなら６℃から８℃の前記固体撮像素子材料に定まる温度幅の上昇で暗電流２倍の簡易計算式から温度Ｃを算出し、
算出した温度Ｃに最適な駆動周波数Ｄと算出した駆動周波数Ｄと撮像素子クロックＦとの分周比Ｇを算出し、算出した分周比Ｇを分周部に指示し、
指示された分周比Ｇに基づき分周部は撮像素子クロックを分周した駆動周波数の駆動パルスを圧電素子の光学フィルタ駆動部に送り、圧電素子の光学フィルタ駆動部は圧電素子の光学フィルタを駆動することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１の固体撮像装置において、
前記固体撮像素子が垂直共通パターンが発生する固体撮像素子であり、
前記固体撮像素子の複数のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直最小値から水平シェーディング又は水平リンギング又はクロック飛び込み等の垂直共通パターン補正信号を算出する検出部を有し、前記固体撮像素子の各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直最小値から水平シェーディング又は水平リンギング又はクロック飛び込み等の垂直共通パターン補正信号を算出する検出部を用いて、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直最小値を加算平均して暗電流を算出することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
固体撮像素子と映像信号処理部とＣＰＵと可動光学フィルタと圧電素子の光学フィルタ駆動部と圧電素子の光学フィルタ駆動部とを有する固体撮像装置において、
常温時の各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直で加算平均した又はＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直最小値を加算平均した基準暗電流成分Ｂをメモリから呼び出し、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直で加算平均した又はＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直最小値を加算平均した暗電流成分Ａを算出し、
暗電流成分Ａを基準暗電流成分Ｂで除算し、
予め測定した暗電流の温度依存性の実測値の最も近い複数の前記実測値のＮ次近似式、暗電流の温度依存性の理論計算式、またはシリコンなら６℃から８℃の前記固体撮像素子材料に定まる温度幅の上昇で暗電流２倍の簡易計算式から温度Ｃを算出し、
算出した温度Ｃに最適な駆動周波数Ｄと算出した駆動周波数Ｄと撮像素子クロックＦとの分周比Ｇを算出し、算出した分周比Ｇを分周部に指示し、
指示された分周比Ｇに基づき分周部は撮像素子クロックを分周した駆動周波数の駆動パルスを圧電素子の光学フィルタ駆動部に送り、圧電素子の光学フィルタ駆動部は圧電素子の光学フィルタを駆動することを特徴とする固体撮像装置の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を有する撮像装置に関し、特に光学フィルタを切り替える方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昼夜の監視において昼間は近赤外光をカットしカラー画像による可視光領域の画像とし、夜間は感度を優先し白黒画像の近赤外光領域の画像とするため、撮像素子の前面に配置される光学フィルタをカラー画像用光学フィルタ(ＩＲカットフィルタ)と近赤外光用光学フィルタ(全透過フィルタ)の切換えを行っている。また、霧透過用に、近赤外光の光学バンドパスフィルタまたは赤の光学バンドパスフィルタへの切換えを行うこともある。光学フィルタの切換え機構には、モーターや電磁石や圧電素子（ピエゾ素子）などで切換える機構のものがある。
【０００３】
光学フィルタの切換え機構としては、モーター・電磁石はピエゾ素子と比較すると部品が大きく撮像装置の実装空間の小型化に不利である。しかし、ピエゾ素子は温度により共振周波数がずれるので、温度変化に応じて駆動周波数を変えて動作を安定させる必要がある。
通常に温度を検出するのは、温度センサと増幅回路とＡＤＣと多くの部品が必要で撮像装置の実装空間の小型化に不利である。通常に飛び込みを減らして駆動周波数を変えるには、映像信号と同期させたＰＬＬ（Phase Locked Loop）付のＶＣＯ（Voltage-Controlled
Oscillator）が必要になる。
【０００４】
シリコン撮像素子の暗電流の温度依存性はShockley,Read,Hallモデルに従う。暗電流の大きさは、基本的には真性キャリア濃度の式に当てはめることができるが、キャリアが完全に空乏化されている時は、バンドの中心による電子とホールの交互の放出によって電子ホール対が発生し、これが暗電流の主な要因となる。このような過程には、放出時間定数の寄与があるため、厳密には、単位時間あたりの暗電流の温度依存性は、次の式に比例する（非特許文献１参照）。
f = T 2×exp（−Eg／2kBT）(式１)
ここで、Eg はシリコンバンドギャップの温度依存性の実験式より
Eg = 1.16−（7.02×10−4×T3/2）／（T＋1108）(式２)
である。
式１の簡易近似式としては、温度が６℃から８℃上昇すると暗電流が２倍となる。
【０００５】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子は固体撮像素子の中でも感度が高く白キズが少ないが、高感度撮像時は白キズが多い。また、ＣＣＤ撮像素子はスポット光のような高輝度被写体を撮像した場合に、スポット光を撮像した画素のフォトダイオードから垂直転送路に過剰電荷が漏れ込み、高輝度被写体を撮像した画素と同じ垂直方向の画素すべてにスポット光の照度に比例した画像信号が重畳されて、垂直スミアとよばれる白い縦線が発生する。ＣＣＤ撮像素子に撮像面の外側に蓄積面を設けて、垂直転送を高速化すれば、垂直スミアは低減する。しかし、蓄積面を設ければ、ＣＣＤ撮像素子面積が倍増し、高価格化する。垂直転送を高速化すれば、消費電力も倍増し、白キズが増加する。さらにＣＣＤ撮像素子の近赤外感度を高くすると、フォトダイオードが深くなり白キズが増加する。
【０００６】
そこで、従来、光学的黒画素部分の白キズの影響を低減するため、ＣＣＤ撮像素子の垂直方向の光学的黒画素（Vertical-Optical Black：以下Ｖ−ＯＢ）部分の１２ラインの出力の各垂直（ライン間）画素信号を平均し、１ライン分の信号として記憶し、この固体撮像素子の有効画素部分の出力信号よりこの記憶した信号を減算していた。
【０００７】
しかし、ＣＣＤ撮像素子の高感度化と画素数の増加とに強く相関して暗電流むらが大きくなり白キズや暗部むらのレベルが大きくなり易い。特に、高感度用またはＨＤＴＶ（High Definition TeleVision）用のＣＣＤ撮像素子は、厳しく選別したＣＣＤ撮像素子以外は白キズや暗部むらのレベルが大きいＣＣＤ撮像素子を用いている。また、ＨＤＴＶでは、（上側または下側の）垂直帰線期間が（１１２５（走査線総数）―１０８０（有効走査線数））／２＝２２．５本分の走査に相当する時間と短く、Ｖ−ＯＢ画素部分のライン数は上側が1ラインで下側が３ライン等多くの領域をとることができない。そのため、ＣＣＤ撮像素子のＶ−ＯＢ部分のラインの出力信号を複数ラインで平均しても、白キズ成分が残留する。
【０００８】
そこで、Ｖ−ＯＢの４ラインの各垂直画素信号の最小値から２番目の値を算出し、固体撮像素子の有効画素から出力される画像信号から減算していた（特許文献１参照）。
【０００９】
さらに、近赤外領域感度を大幅に向上させたＣＭＯＳ撮像素子も製品化された。但し、Ｈ−ＯＢが前４画素後０画素でＶ−ＯＢが前１６画素後０画素等と少ない（非特許文献２参照）。
【００１０】
また、デジタル信号処理回路の集積化が進み、複数ラインの出力信号を記憶し算術処理することが、映像専用のメモリ集積ＤＳＰだけでなく、安価な汎用のＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)でも容易に実現できる様になった。さらに、ＣＣＤから出力された信号から雑音を除去するＣＤＳ（Correlated Double Sampling）と暗電流補正と利得可変増幅回路（Automatic  Gain  Control以下ＡＧＣ）とデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）とを内蔵したＡＦＥ（Analog  Front  End）が普及し、ＡＦＥのＡＤＣ階調は従来１０ビットだったが、１２ビットや１４ビットが一般化し、１６ビットも製品化された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−１０９６３９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】JLC実験用崩壊点検出器の開発のためのCCD素子に関する研究  佐賀大学大学院工学系研究科物理学専攻96SM15 国谷俊夫  平成9 年度修士学位論文http://www-jlc.kek.jp/subg/vtx/pub/m_thesis.pdf
【非特許文献２】セキュリティカメラ・産業機器向け 高感度1/2型 フルHD対応 CMOSイメージセンサIMX185LQ  http://www.sony.co.jp/Products/SC-HP/products/new_pro/august_2013/imx185lqj_j.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、温度を検出し、検出温度に応じて駆動周波数を変えて、温度により共振周波数がずれるピエゾ素子の光学フィルタの切換え動作を安定させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するため、（高感度だが垂直スミア信号と水平スミア信号があるＣＭＯＳ撮像素子、垂直スミア信号や水平スミア信号の有無に関わらず水平シェーディング等の垂直共通パターンが発生するＣＭＯＳ撮像素子、又はＣＣＤ撮像素子等の可視光、赤外線、紫外線、X線及びガンマ線等の電磁波の）固体撮像素子と該固体撮像素子の受光面の有効画素から出力される画像信号を取得する第１の取得部と固体撮像素子の受光面の上部または下部の遮光した画素から出力される信号を取得する第２の取得部と（撮像素子クロックを生成するＴＧと：ＣＣＤ撮像素子用でＣＭＯＳ撮像素子では不要）映像信号処理部とＣＰＵと可動光学フィルタと圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ駆動部と圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ駆動部とを有する固体撮像装置において、
分周撮像素子クロックを生成する分周部を有し、
映像信号処理部には複数のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値をライン間で加算平均するか又は複数のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直（ライン間）最小値を加算平均する手段を有し、ＣＰＵは基準暗電流成分を記憶するメモリとを有し、
（暗電流が最も大きく高精度で暗電流を検出できる最高使用温度付近のヒートラン温度若しくはエージング温度又は簡易の室温等の）所定の温度の各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直（ライン間）で加算平均した又はＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直（ライン間）最小値を加算平均した基準暗電流成分Ｂをメモリから呼び出し、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直（ライン間）で加算平均した又はＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直（ライン間）最小値を加算平均した暗電流成分Ａを算出し、
暗電流成分Ａを基準暗電流成分Ｂで除算し、
予め測定した暗電流の温度依存性の実測値の最も近い複数の前記実測値のＮ次（１次が折れ線で２次が放物線）近似式（または、予め測定した暗電流の温度依存性の実測値のよりも広げた使用温度に最も近い３点の実測値の２次近似式または広げた使用温度に最も近い４点の実測値の３次近似式により、予め測定した暗電流の温度依存性の実測値より温度Ｃを外挿して）、（Shockley,Read,Hallモデルの）暗電流の温度依存性の理論計算式、またはシリコンなら６℃から８℃の前記固体撮像素子材料に定まる温度幅の上昇で暗電流２倍の簡易計算式から温度Ｃを算出し、
温度Ｃに最適な駆動周波数Ｄを（１次近似値の式または、予め測定した圧電素子（ピエゾ素子）の駆動周波数の温度依存性の実測値より外挿した１次近似値の式から）算出し、算出した駆動周波数と撮像素子クロックＦとの分周比Ｇを算出し、前記分周比Ｇを分周部に指示し、
指示された分周比Ｇに基づき分周部は撮像素子クロックを分周した駆動周波数の駆動パルスを圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ駆動部に送り、圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ駆動部は圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタを切り換える。
【００１５】
前記固体撮像装置において、前記固体撮像素子が（垂直スミア信号や水平スミア信号の有無に関わらず水平シェーディング又は水平リンギング又はクロック飛び込み等の垂直共通パターンが発生するＣＭＯＳ撮像素子、又はＣＣＤ撮像素子の）垂直共通パターンが発生する固体撮像素子であり、
前記固体撮像素子のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直（ライン間）最小値から水平シェーディング又は水平リンギング又はクロック飛び込み等の垂直共通パターン補正信号を算出する検出部を有し、前記固体撮像素子の各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直（ライン間）最小値から水平シェーディング又は水平リンギング又はクロック飛び込み等の垂直共通パターン補正信号を算出する検出部を用いて、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直（ライン間）最小値を加算平均して暗電流を算出する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、固体撮像素子を有する固体撮像装置において、ＴＧと映像信号処理部とが実装されているＦＰＧＡに数十ゲート分の論理を追加するだけで、温度を検出し、検出温度に応じて駆動周波数を変えて、温度により共振周波数がずれるピエゾ素子の光学フィルタの切換え動作を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図（高感度だが垂直スミア信号と水平スミア信号があるＣＭＯＳ撮像素子、垂直スミア信号や水平スミア信号の有無に関わらず水平シェーディング等の垂直共通パターンが発生するＣＭＯＳ撮像素子、又はＣＣＤ撮像素子）
【図２Ａ】本発明の一実施例のＯＢ代表値検出含む映像信号処理部の構成を示すブロック図（ＣＣＤの垂直スミアや水平シェーディングやＣＭＯＳの水平シェーディング等の垂直共通パターンを算出する検出部を利用し、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直（ライン間）最小値のライン内で加算平均して暗電流を算出する構成）
【図２Ｂ】本発明の一実施例のＯＢ代表値検出含む映像信号処理部の構成を示すブロック図（垂直共通パターンを算出する検出部がない場合、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢのライン内最小値の垂直（ライン間）で加算平均して暗電流を算出する構成）
【図３】本発明の１実施例や従来技術での複数のＶ−ＯＢでの暗電流値の検出を示す模式表図
【図４Ａ】本発明の１実施例の駆動周波数を変更するフローチャート
【図４Ｂ】本発明の１実施例のＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの暗電流成分Ａを算出するフローチャート（複数のＶ−ＯＢのＨ−ＯＢの垂直最小値のライン内平均値を算出する）
【図５】圧電素子（ピエゾ素子）のアクチュエータの駆動周波数及び周辺温度でのフィルタ切替速度を示す模式表図（（ａ）表図、（ｂ）模式図）
【図６】ＣＣＤ撮像素子の暗電流の温度依存性の１例を示す模式表図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
詳細には後述するが、圧電素子（ピエゾ素子）のアクチュエータの駆動周波数及び周辺温度でのフィルタ切替速度を示す模式表図の図５の様に、駆動周波数の最適値の直線近似値は１０度高くなると約１％低下する。そのため、本発明は温度センサを用いなくても温度変化を検知し、撮像素子クロック分周比を約１％多くして、圧電素子（ピエゾ素子）の駆動周波数を約１％低下させる。
そこで、本発明は温度センサを用いなくても温度変化を検知するため、複数のＶ−ＯＢラインの固体撮像素子を有する固体撮像装置において、暗電流が最も大きく高精度で暗電流を検出できる最高使用温度付近のヒートラン温度若しくはエージング温度等の所定の温度の各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値をライン間で加算平均したか又はＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直（ライン間）最小値を加算平均した値を基準値としてＣＰＵのメモリに記憶する。簡易には、所定の温度は固体撮像装置の調整を行う＋２５℃の室温でも構わない。
そして、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直（ライン間）で加算平均した又はＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの垂直（ライン間）最小値を加算平均した暗電流成分Ａを算出し、ヒートラン温度若しくはエージング温度又は室温等の所定の温度の基準値をＣＰＵのメモリから呼び出して暗電流成分Ａを基準暗電流成分Ｂで除算し、暗電流成分の常温の基準値との比を算出する。これはＣＣＤ撮像素子でもＣＭＯＳ撮像素子でも同様である。
【００１９】
暗電流の温度依存性は、背景技術の非特許文献１から、
f = T 2×exp（−Eg／2kBT）(式１)
ここで、Eg はシリコンバンドギャップの温度依存性の実験式より
Eg = 1.16−（7.02×10−4×T3/2）／（T＋1108）(式２)
である。図６に非特許文献１のＣＣＤ撮像素子の暗電流の温度依存性の１例の実測値と式１の値が一致していることを示す。
近紫外線や可視光や近赤外線ではシリコン製撮像素子が主流である。赤外線撮像等のインジウム・ガリウム・ヒ素やアンチモン化インジウムやゲルマニウム・シリコンやゲルマニウムやその他の化合物半導体製の撮像素子やアモルファスシリコンのマイクロボロメータ、Ｘ線撮像等のセレン製の撮像素子であれば、Eg は、各材料の温度依存性の実験式の値となる。
シリコン製撮像素子では、温度が６℃から８℃上昇すると暗電流が２倍となる式が、式１の簡易近似式となる。各材料の温度依存性に対応して暗電流が２倍となる温度を求めれば、各材料の撮像素子の式１の簡易近似式となる。
又は、式１や式１の簡易近似式ではなく、予め測定した暗電流の温度依存性の実測値の最も近い複数の前記実測値のＮ次（１次が折れ線で２次が放物線の）近似式を用いても良い。
つまり、暗電流成分の常温の基準値との比と、式１の温度依存性の理論計算式、予め測定した暗電流の温度依存性の実測値の最も近い複数の前記実測値のＮ次近似式、またはシリコン製撮像素子では６℃から８℃上昇で暗電流２倍の簡易計算式から温度Ｃを算出し、圧電素子（ピエゾ素子）のアクチュエータの駆動周波数を設定する事により温度に応じた駆動周波数の設定が可能となる。
詳細には後述するが、圧電素子（ピエゾ素子）のアクチュエータの駆動周波数及び周辺温度でのフィルタ切替速度を示す模式表図の図５の様に、駆動周波数の最適値の直線近似値は１０度高くなると約１％低下する。
そのため、温度センサと増幅回路とＡＤＣと映像信号と同期させたＰＬＬ付のＶＣＯとを追加実装することなく、ＴＧと映像信号処理部とが実装されているＦＰＧＡに数十ゲート分の論理を追加するだけで、温度センサを用いなくても温度変化を検知しピエゾ素子の安定した駆動が可能となる。
【実施例１】
【００２０】
図１から図５を用いて、本発明の一実施例を説明する。
図１は本発明の一実施例のＩＴ−ＣＣＤ又はＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置の全体構成を示すブロック図であり、図２Ａは本発明の一実施例のＯＢ代表値検出含む映像信号処理部の構成を示すブロック図（CCDの垂直スミアや水平シェーディング又は水平リンギング又はクロック飛び込み等やCMOSの水平シェーディング又は水平リンギング又はクロック飛び込み等の垂直共通パターンを算出する検出部を利用し、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直（ライン間）で加算平均して暗電流を算出する構成）であり、図２Ｂは本発明の一実施例のＯＢ代表値検出含む映像信号処理部の構成を示すブロック図（垂直共通パターンを算出する検出部がない場合、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢのライン内最小値の垂直（ライン間）で加算平均して暗電流を算出する構成）であり、図３は本発明の１実施例や従来技術でのＶ−ＯＢでのスミア値の検出を示す模式図表であり、図４は本発明の１実施例の駆動周波数を変更するフローチャート（複数のＶ−ＯＢの垂直最小値のライン内平均値）であり、図５は圧電素子（ピエゾ素子）のアクチュエータの駆動周波数及び周辺温度でのフィルタ切替速度表図である。
【００２１】
次に、本発明の実施形態１に係る撮像装置でのフィルタ切替動作について、図１及び図５を参照して説明する。
撮像装置１では、７４．１２５ＭＨｚの撮像素子クロックを分周した所定の駆動周波数を分周部１２から圧電素子（ピエゾ素子）駆動部１１に与えて圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部１５にフィルタ３を移動させる。
撮像装置１では、圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部１５の周辺温度、特に、ＣＣＤ撮像素子４の温度をＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの暗電流成分Ａを算出することにより測定している。撮像装置１本体の周辺温度が変化した場合、撮像装置１内部の温度も変化するため、ＣＣＤ撮像素子４の測定温度も変化する。圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部１５周辺の温度に応じて圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部１５の共振周波数は変動するため、予め圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部１５の周辺温度と圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部１５の駆動周波数及び共振周波数とのデータを測定しておき（図５参照）、周辺温度に対する共振時の駆動周波数と７４．１２５ＭＨｚの撮像素子クロック分周比をＣＰＵ９に登録しておく。
【００２２】
図５に示すように、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部１５の周辺温度が５℃の時には圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部１５のフィルタ切替速度が最高になる最適点の駆動周波数は４８ｋＨｚ〜４７ｋＨｚで７４．１２５ＭＨｚの撮像素子クロック分周比は１５４２〜１５７７となりフィルタ切替速度２１ｍ／ｓ以上となる許容範囲駆動周波数は４８ｋＨｚ〜４６ｋＨｚで７４．１２５ＭＨｚの撮像素子クロック分周比は１５４２〜１６１１となる。周辺温度が２０℃の時には圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部１５のフィルタ切替速度が最高になる最適点の駆動周波数は４７ｋＨｚで７４．１２５ＭＨｚの撮像素子クロック分周比は１５７７となりフィルタ切替速度２１ｍ／ｓ以上となる許容範囲駆動周波数は４８ｋＨｚ〜４５ｋＨｚで７４．１２５ＭＨｚの撮像素子クロック分周比は１５４２〜１６４７となる。周辺温度が３０℃の時には圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部１５のフィルタ切替速度が最高になる最適点の駆動周波数は４６ｋＨｚ〜４５ｋＨｚで７４．１２５ＭＨｚの撮像素子クロック分周比は１６１１〜１６４７となりフィルタ切替速度２１ｍ／ｓ以上となる許容範囲駆動周波数は４７ｋＨｚ〜４５ｋＨｚで７４．１２５ＭＨｚの撮像素子クロック分周比は１５７７〜１６４７となる。
つまり、圧電素子（ピエゾ素子）の駆動周波数の最適値の直線近似値は１０度高くなると約１％低下するので、撮像素子クロック分周比を約１％多くして、圧電素子（ピエゾ素子）の駆動周波数を約１％低下させる。
【００２３】
撮像装置１の使用温度範囲を予め測定した暗電流の温度依存性の実測値より広げたい場合には、式１の温度依存性の理論計算式により算出しても良い。また、広げた使用温度に最も近い３点の実測値の２次近似式または広げた使用温度に最も近い４点の実測値の３次近似式により、予め測定した暗電流の温度依存性の実測値より温度Ｃを外挿して算出しても良い。
そして、温度Ｃに最適な駆動周波数Ｄの１次近似値とＤの撮像素子クロックＦとの分周比ＧをＣＰＵ内のメモリから呼び出し、分周部１２に指示し、分周部は撮像素子クロック分周した、駆動周波数Ｄの駆動パルスを圧電素子（ピエゾ素子）駆動部１１に送り、圧電素子（ピエゾ素子）駆動部１１は、光学フィルタ切換え部１５の圧電素子（ピエゾ素子）を駆動し、光学フィルタ切換え部１５の圧電素子（ピエゾ素子）は光学フィルタを切換える。
撮像装置１の使用温度範囲を予め測定した圧電素子（ピエゾ素子）の駆動周波数Ｄの温度依存性の実測値より広げたい場合には、圧電素子（ピエゾ素子）のアクチュエータの駆動周波数及び周辺温度でのフィルタ切替速度表図の図５の点線のように、温度Ｃに最適な駆動周波数Ｄの１次近似値の式により、予め測定した圧電素子（ピエゾ素子）の駆動周波数Ｄの温度依存性の実測値より温度Ｃを外挿して算出しても良い。
【００２４】
本発明の１実施例の温度変化に応じて駆動周波数を変更する制御を示すフローチャートの図４の詳細は後述するが、概略としては、以下となる。
ＩＴ−ＣＣＤの出力信号にはＶ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢには映像信号も高輝度被写体を撮像したフォトダイオードからあふれた垂直スミア信号もがないので、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直（ライン間）で加算平均し暗電流信号Ａが取り出せる。常温例えば２５℃時に、本発明の一実施例のＯＢ代表値検出含む映像信号処理部の構成を示すブロック図の図２Ａの様に、ＣＣＤの垂直スミアや水平シェーディング又は水平リンギング又はクロック飛び込みやＣＭＯＳの水平シェーディング又は水平リンギング又はクロック飛び込み等の垂直共通パターンを算出する検出部を利用し、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直（ライン間）で加算平均して基準暗電流値Ｂを算出してＣＰＵ９のメモリに記憶する。垂直共通パターンを算出しない場合も図２Ａの様に算出してＣＰＵ９のメモリに記憶しても良い。または、本発明の一実施例のＯＢ代表値検出含む映像信号処理部の構成を示すブロック図の図２Ｂの様に、垂直共通パターンを算出する検出部がない場合、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢのライン内最小値の垂直（ライン間）で加算平均して基準暗電流値Ｂを算出してＣＰＵ９のメモリに記憶する。
各温度でも同様に図２Ａまたは図２Ｂの様に、Ｖ−ＯＢのＨ−ＯＢの最小値を加算平均した値の暗電流信号ＡをＣＰＵ９のメモリから呼び出した基準暗電流値Ｂで除算し、予め測定した暗電流の温度依存性の実測値の最も近い複数の前記実測値のＮ次（１次が折れ線で２次が放物線）近似式、（Shockley,Read,Hallモデルの）暗電流の温度依存性の理論計算式、またはシリコンなら６℃から８℃等撮像素子材料に定まる温度幅の上昇で暗電流２倍の簡易計算式から温度Ｃを算出し、記憶した温度による圧電素子（ピエゾ素子）のアクチュエータの最適駆動周波数の１次近似式から、圧電素子（ピエゾ素子）のアクチュエータの駆動周波数を設定する。
【００２５】
図３は本発明の１実施例や従来技術での複数のＶ−ＯＢでの暗電流値の検出を示す模式図表の図３の（ｃ）のようにＶ−ＯＢが２ラインの中に信号値２１の白キズがあると、平均値は１１．５と特に大きく、暗電流値の検出で誤差が特に大きいことが判る（以下、本実施例では白キズと判定される最大信号値のレベルを２１として説明を続ける）。図３の（ａ）（ｄ）のようにＶ−ＯＢが３ラインの中に信号値２１の白キズがあると、平均値は９となり、中央値４や最大値を除く平均値３から大きく異なる値である。図３の（ｅ）、（ｆ）のように、Ｖ−ＯＢが４ラインの中に信号値２１の白キズがあると、平均値は８となり、最大値を除く平均値３．６７から大きく異なる値である。図３の（ｂ）のように、Ｖ−ＯＢが５ラインの中に信号値２１の白キズがあると、平均値は７となり、中央値４や最大値を除く平均値３．５から大きく異なる値である。よって、平均値はＶ−ＯＢのライン数が少し多くなっても暗電流値の検出で誤差が大きいことが判る。図３（ａ）―（ｆ）では、本実施例の最小値は２で、中央値や最大値を除く平均値より１から２小さいが、従来の平均値の７から１１．５ほど大きな誤差がない。最小値はＶ−ＯＢのライン数が２と少ない場合でも従来のＶ−ＯＢが５ラインの平均値より暗電流値の検出の誤差が少なく、実用的なことが判る。暗電流値の検出の誤差が少なければスミア成分の補正の誤差も少ない。
【００２６】
本発明の一実施例の全体構成の撮像装置を示すブロック図の図１において、１は撮像装置、２は入射光を結像するレンズ等の光学系、３はピエゾ素子の光学フィルタ切換え部、４は光学系２から入射した光を電気信号に変換するＣＣＤ撮像素子、５はＣＣＤ撮像素子３から出力された信号から雑音を除去するＣＤＳと暗電流補正と信号の利得を調整するＡＧＣとデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣからなるＡＦＥ（但し、ＡＧＣがＡＦＥに含まれない構成を用いてもよい。）、６は垂直転送駆動部、７は水平転送駆動部、８はＣＣＤ撮像素子を駆動するタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ（ＴＧ）、９は撮像装置１内の各部を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）である。１０はＯＢ代表値検出含む映像信号処理部でデジタル映像信号ＶｉからのＯＢ代表値信号を減算してスミア成分の補正を行う、１１は圧電素子（ピエゾ素子）の駆動部、１２は分周部である。
１４は撮像部で、ＣＣＤ撮像素子４、ＡＦＥ５、垂直転送駆動部６、水平転送駆動部７の替わりにＣＭＯＳ撮像素子を用いても良い。１５はＦＰＧＡで、分周部とＴＧとは、映像信号処理部とは単一のＦＰＧＡで実装されても良い。
【００２７】
図２は本発明の一実施例のＯＢ代表値検出含む映像信号処理部の構成を示すブロック図で、ＣＣＤ撮像素子の垂直スミアや水平シェーディングやＣＭＯＳ撮像素子の水平シェーディング等の垂直共通パターンを算出する検出部を利用し、各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直（ライン間）で加算平均して暗電流を算出する。
図２において、２０はデジタルＡＧＣ（Ｄ．ＡＧＣ）であり、ＯＢ代表値信号をＡＦＥのＡＧＣの増幅度に合わせてＤ．ＡＧＣ自身の増幅度を調節する。２１は映像信号から代表値信号を減算する減算器で、２２はデジタル映像信号ＶｉのＶ−ＯＢラインの画素ごとに比較する比較部で、２３はＶ−ＯＢのＨ−ＯＢの最小値を加算平均するための加算器で、２４はＯＢ代表値を記憶するラインメモリであり、２５はＣＣＤ撮像素子の垂直スミアや水平シェーディングやＣＭＯＳ撮像素子の水平シェーディング等の垂直共通パターン補正部で、２６はＯＢ代表値検出部で、２６は加算器で、２７は映像信号処理部で、２８はデジタル映像信号ＶｉのＶ−ＯＢの代表値信号の検出を行うＯＢ代表値検出部である。
【００２８】
次に、撮像装置１のＣＣＤ撮像素子４は光学系２で受光面に結像された入射光をフォトダイオードで光電変換して信号電荷を生成し、垂直転送したのち水平転送しながら信号電荷を電子増倍してＡＦＥ５に出力する。ＡＦＥ５はＣＣＤ撮像素子４から出力された信号から雑音を除去した信号を増幅してデジタル映像信号Ｖｉに変換してＯＢ代表値検出含む映像信号処理部１０にデジタル映像信号Ｖｉを出力する。
ＯＢ代表値検出含む映像信号処理部１０の中で、映像信号処理部２７は垂直共通パターン補正部２５から出力された信号Ｖｍに種々の画像処理を施しＮＴＳＣ（National Television System Committee）方式またはＰＡＬ（Phase Alternating by Line）方式の複合映像信号（Video-Burst-Sync以下ＶＢＳ）またはＳＤＩ（Serial Digital Interface）映像信号、あるいはＨＤＴＶのＳＤＩ（ＨＤ−ＳＤＩ）等の所定方式の映像信号に変換して出力する映像信号処理部である。
【００２９】
次に、本発明の一実施例の動作を図１を参照しつつ説明する。撮像装置１のＣＣＤ撮像素子４は光学系２で受光面に結像された入射光をフォトダイオードで光電変換して信号電荷を生成し、垂直転送したのち水平転送しながら信号電荷を電子増倍してＡＦＥ５に出力する。ＡＦＥ５はＣＣＤ撮像素子４から出力された信号から雑音を除去し暗電流成分を補正し補正した信号を増幅してデジタル映像信号Ｖｉに変換してスミア補正部５にデジタル映像信号Ｖｉを出力する。デジタル映像信号Ｖｉは、スミア補正部５を介してＯＢ代表値検出部６に送られると共に、後述する信号処理を行うために減算器１１にも送られる。ＯＢ代表値検出部６はデジタル映像信号Ｖｉを比較部２１〜２３でＶ−ＯＢラインの垂直画素信号ごとに比較し小さい順にラインメモリ７１〜７６に記憶し、スミア成分としてＯＢ代表値信号を検出する。
【００３０】
また、図１で示す実施例において、ＡＦＥ内にＡＧＣが含まれていない実施例や、スミア補正部のＤ．ＡＧＣの配置場所が異なる実施例や、デジタル信号ＶｉやＶｍのビット数やＯＢ代表値信号のビット数が異なる実施例や、比較部やラインメモリ部の構成が異なる実施例等があるが、これらは一実施例にすぎず種々の構成が適用されてよい。
【００３１】
図４Ａを用いて本発明の１実施例の駆動周波数を変更する動作について説明する。ＣＰＵ９は、常温時の各Ｖ−ＯＢライン内のＨ−ＯＢの最小値を垂直（ライン間）で加算平均した基準暗電流成分Ｂをメモリから呼び出す（ステップ４２）。
比較部２２とラインメモリ部２４は各Ｖ−ＯＢライン内の垂直最小値のＨ−ＯＢ内で加算平均した暗電流成分Ａを算出する（ステップ４３）。
ＣＰＵ９は、暗電流成分Ａを基準暗電流成分Ｂで除算して暗電流成分の常温の基準値との比を算出する。そして、暗電流成分の常温の基準値との比と、予め測定した暗電流の温度依存性の実測値の最も近い複数の前記実測値のＮ次（１次が折れ線で２次が放物線）近似式、（Shockley,Read,Hallモデルの）暗電流の温度依存性の理論計算式、またはシリコンなら６℃から８℃等前記固体撮像素子材料に定まる温度幅の上昇で暗電流２倍の簡易計算式から温度Ｃを算出する（例えばシリコンならＣ＝25−６×log2（Ａ／Ｂ））（ステップ４４）。
温度Ｃに最適な駆動周波数ＤとＤのＣＣＤクロック分周比をメモリから呼び出し、分周部に指示する（ステップ４５）。
分周部はＣＣＤクロック分周した、駆動周波数Ｄの駆動パルスをアクチュエータ駆動部に送る（ステップ４６）。
アクチュエータ駆動部がアクチュエータを駆動周波数Ｄで駆動する（ステップ４７）。
駆動周波数を変更する処理が終了する（ステップ４８）。
【００３２】
次に、図４Ｂを用いて垂直スミア信号とＶ−ＯＢのＨ−ＯＢの暗電流の検出の動作について説明する。
ＣＰＵ９は、ラインメモリ部２４に最小値信号の上限値を設定しておく（ステップ３２）。
比較部２２は、上限値とＶ−ＯＢ１の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号（Ｖ−ＯＢ１の映像信号）を最小値の信号としてラインメモリ部２４に記憶する（ステップ３３）。
比較部２２は、最小値の信号の値とＶ−ＯＢ２の映像信号の画素の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を最小値の信号としてラインメモリ部２４に記憶する（ステップ３４）。
同様に、比較部２２は、Ｎライン目（Ｎは３以上の自然数）のＶ−ＯＢＮの映像信号の画素の値と最小値の信号の値とを各画素間で比較し、値が小さい方の信号を最小値の信号としてラインメモリ部２４に記憶する（ステップ３５）。
比較部２２が最後のＶ−ＯＢの比較処理を終了すると、ラインメモリ部２４は、最小値の信号をスミア補正用のＯＢ代表値信号としてスミア補正部５に出力し（ステップ３６）、代表値検出処理が終了する（ステップ３７）。
【００３３】
以上Ｖ−ＯＢライン数が少なく黒キズも少ないＨＤＴＶのＣＣＤ撮像素子とを用いた撮像装置について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された撮像装置に限定されるものではなく、上記以外のＣＣＤを用いた撮像装置やＨ−ＯＢやＶ−ＯＢが少ないＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置や他の撮像装置に広く適用することができることは言うまでもない。
また、Eg は、各材料の温度依存性の実験式の値のEgを用いれば、式１の温度依存性の理論計算式は、赤外線撮像等のゲルマニウムや化合物半導体製の撮像素子や、Ｘ線撮像等のセレン製の撮像素子にも適用することができる。さらには、予め測定した暗電流の温度依存性の実測値の比の２次近似値は、どの材料の撮像素子にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、温度センサと増幅回路とＡＤＣと映像信号と同期させたＰＬＬ付のＶＣＯとを追加実装することなく、ＴＧと映像信号処理部とが実装されているＦＰＧＡに数十ゲート分の論理を追加するだけで、温度を検出し、検出温度に応じて駆動周波数を変えて、温度により共振周波数がずれる圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタの切換え動作を安定させることができる。暗電流が最も大きく高精度で暗電流を検出できる最高使用温度付近のヒートラン温度若しくはエージング温度等の所定の温度で基準値をＣＰＵのメモリに記憶する。簡易には、固体撮像装置の調整を行う＋２５℃の室温で基準値をＣＰＵのメモリに記憶する。
つまり本発明は、追加実装する部品や追加調整行程が不要のため、光学フィルタを切換える撮像装置の小型化と低価格化が容易になる。
【００３５】
また本発明は、温度により共振周波数がずれるピエゾ素子の光学フィルタの切換え動作を安定させることができるため、低価格なピエゾ素子を使用でき、さらに低価格化が容易になる。
また本発明は、Ｖ−ＯＢの最小値のＨ−ＯＢの平均を検出するため、撮像素子の経年変化による白キズ増加にも対応できるため、Ｖ−ＯＢのＨ−ＯＢの少ないＣＣＤ撮像素子でもＣＭＯＳ撮像素子でも白キズが増加しやすい低価格なＣＣＤ撮像素子でもＣＭＯＳ撮像素子でも使用できる。そのため、フィルタを切換える撮像装置の低価格化が容易になる。また、Ｖ−ＯＢのＨ−ＯＢの少ない、ＨＤＴＶ（水平画素数約２０００：２Ｋ）、ＳＨＤＴＶ（水平画素数約４０００：４Ｋ）、ＵＨＤＴＶ（水平画素数約８０００：８Ｋ）や産業用１Ｍから３６Ｍ画素のＣＭＯＳ撮像素子でもＣＣＤ撮像素子でも対応できる。
さらに本発明は、赤外線撮像等のゲルマニウムや化合物半導体製の撮像素子や、Ｘ線撮像等のセレン製の撮像素子等、どの材料の撮像素子にも適用することができる。
【００３６】
特に、非特許文献１のセキュリティカメラ・産業機器向け高感度１／２型フルＨＤ対応ＣＭＯＳイメージセンサの様に、近赤外領域感度を大幅に向上させたＣＭＯＳ撮像素子を用いると、部品が少なく低消費電力で低価格で高感度な可視光と近赤外切替のフルＨＤの監視カメラの製品化が容易となる。
【符号の説明】
【００３７】
１：撮像装置、２：レンズ等の光学系、３：光学フィルタ、
４：ＣＣＤ撮像素子、５：（ＣＤＳとＡＧＣとＡＤＣとの）ＡＦＥ、
６：垂直転送駆動部、７：水平転送駆動部、８：ＴＧ、９：ＣＰＵ、
１０：ＯＢ代表値検出含む映像信号処理部、
１１：圧電素子（ピエゾ素子）駆動部、１２：分周部、１４：撮像部、
１５：圧電素子（ピエゾ素子）の光学フィルタ切換え部、
１６：ＦＰＧＡ、２０：Ｄ．ＡＧＣ、２１：減算器、２２：比較部、
２３：加算器、２４：ラインメモリ部、
２５：（ＣＣＤの垂直スミアや水平シェーディングやＣＭＯＳの水平シェーディング等の）垂直共通パターン補正部、
２６：ＯＢ代表値検出部、２７：映像信号処理部、
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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