(57)【要約】【課題】赤外線が黒基準信号に与える影響をより効果的に低減する。【解決手段】撮像装置は、赤外線を含む照明光で照明される被写体を撮像するように構成され、被写体からの赤外線を検出する有効画素を含む有効画素領域と、黒基準信号を得るための黒基準画素を含む黒基準画素領域と、前記黒基準画素における前記黒基準信号を得るための電荷蓄積が前記照明光によって被写体が照明されていない期間に行われるように前記黒基準画素を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１
2015111794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を含む照明光で照明される被写体を撮像するための撮像装置であって、
被写体からの赤外線を検出する有効画素を含む有効画素領域と、  黒基準信号を得るための黒基準画素を含む黒基準画素領域と、
前記黒基準画素における前記黒基準信号を得るための電荷蓄積が前記照明光によって被写体が照明されていない期間に行われるように前記黒基準画素を制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記有効画素領域は、各行に前記有効画素を含む複数の有効画素行を含み、
前記黒基準画素領域は、各行に前記黒基準画素を含む複数の黒基準画素行を含み、
前記複数の有効画素行のうち前記黒基準画素領域に隣接する有効画素行における電荷蓄積の開始タイミングと前記複数の黒基準画素行のうち前記有効画素領域に隣接する黒基準画素行における前記黒基準信号を得るための電荷蓄積の開始タイミングとの差が、隣接する２つの黒基準画素行における前記黒基準信号を得るための電荷蓄積の開始タイミングの間の差よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記有効画素領域は、各行に前記有効画素を含む複数の有効画素行を含み、
前記黒基準画素領域は、各行に前記黒基準画素を含む複数の黒基準画素行を含み、
前記複数の有効画素行のうち前記黒基準画素領域に隣接する有効画素行における電荷蓄積の開始タイミングと前記複数の黒基準画素行のうち前記有効画素領域に隣接する黒基準画素行における前記黒基準信号を得るための電荷蓄積の開始タイミングとの差が、隣接する２つの有効画素行における電荷蓄積の開始タイミングの間の差よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記黒基準画素において前記黒基準信号を得るための電荷蓄積が行われる第１期間と前記照明光を発生する照明部に前記照明光を発生させる第２期間とが互いに重複する期間を含まないように前記黒基準画素および前記照明部を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記有効画素領域は、各行に前記有効画素を含む複数の有効画素行を含み、
前記第２期間は、前記複数の有効画素行のうち最後に電荷蓄積が開始される有効画素行における電荷蓄積が開始された後に開始し、前記複数の有効画素行のうち最初に電荷蓄積が終了される有効画素行における電荷蓄積が終了する前に終了される、
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記黒基準画素領域は、前記照明光によって被写体が照明されている期間に電荷蓄積が行われる第２黒基準画素を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第２黒基準画素は、前記有効画素を含む有効画素行と同じ行に配置されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記黒基準画素の信号および前記第２黒基準画素の信号に基づいて、前記第２黒基準画素の信号に含まれる、前記照明光に起因する誤差を求める処理部を更に備える、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記有効画素領域は、可視光を検出する画素を更に含む、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記照明光を発生する照明部を更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
被写体からの赤外線を検出する有効画素と、黒基準信号を得るための黒基準画素とを有し、赤外線を含む照明光で照明される被写体を撮像するための撮像装置の駆動方法であって、
前記黒基準画素における前記黒基準信号を得るための電荷蓄積が前記照明光によって被写体が照明されていない期間に行われるように前記黒基準画素を制御する
ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
前記撮像装置は、
各行に前記有効画素が配された複数の有効画素行を含む有効画素領域と、
各行に前記黒基準画素が配された複数の黒基準画素行を含む黒基準画素領域とを備え、
前記複数の有効画素行のうち前記黒基準画素領域に隣接する有効画素行における電荷蓄積の開始タイミングと前記複数の黒基準画素行のうち前記有効画素領域に隣接する黒基準画素行における前記黒基準信号を得るための電荷蓄積の開始タイミングとの差が、隣接する２つの黒基準画素行における前記黒基準信号を得るための電荷蓄積の開始タイミングの間の差よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
前記撮像装置は、
各行に前記有効画素が配された複数の有効画素行を含む有効画素領域と、
各行に前記黒基準画素が配された複数の黒基準画素行を含む黒基準画素領域とを備え、
前記複数の有効画素行のうち前記黒基準画素領域に隣接する有効画素行における電荷蓄積の開始タイミングと前記複数の黒基準画素行のうち前記有効画素領域に隣接する黒基準画素行における前記黒基準信号を得るための電荷蓄積の開始タイミングとの差が、隣接する２つの有効画素行における電荷蓄積の開始タイミングの間の差よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置およびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用途や医療用途などにおいて赤外線、特に近赤外線の画像が利用されている。近赤外線は、波長が約７００〜２５００ｎｍの電磁波である。近赤外線の応用の代表的な例としては、近赤外線分光法がある。近赤外線分光法は、測定対象に近赤外線を照射し、赤外光が吸収された度合いの変化によって成分を算出する測定方法である。近赤外線分光法は、リアルタイムに非破壊・非接触で測定を行うことが可能である。近赤外線分光法は、食品材料や農業生産物の分析、検査、天体の組成分析、医薬品などの工程管理、医療応用などの幅広い分野で利用されている。
【０００３】
近赤外線の中でも８００〜１０００ｎｍの近赤外線は、生体透過性が良好であることが知られている。このため、近赤外線を用いて生体内部を可視化する技術が医学、生物学研究等の分野での試験・研究に用いられている。先に述べた近赤外線分光法の応用としては、大脳皮質の血流測定や指などの血管の脈動を検出するパルスオキシメーターの応用などがある。また、その他にも、近赤外線によって励起して近赤外蛍光を発する薬剤を、血管などを通じて生体内部に到達させ、生体表面からその蛍光を観察することによって生体内部を可視化する技術等がある。
【０００４】
一方、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子において、赤外線は可視光に比べて波長が長いため、黒基準信号を得るために遮光された画素、即ち黒基準画素（オプティカルブラック画素）にも基板内における反射を経て侵入しうる。黒基準画素に近赤外線が侵入すると、それが黒基準画素で検出されるための黒基準信号が変動する。そのため、黒基準信号に基づいて補正された有効画素の信号も誤差を含むことになる。
【０００５】
特許文献１には、改良されたオプティカルブラック（ＯＢ）部の遮光構造が記載されている。該遮光構造は、センサ部が形成された半導体基板の一方の面とオンチップレンズとの間に配置された遮光膜と、該半導体基板の他方の面の側に配置された遮光膜とを有する。特許文献２には、ＩＲカットフィルタが抜かれている場合に、通常時と比較して有効画素部から離れた位置にＯＢクランプ領域を設定することが記載されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に記載された技術は、赤外線が黒基準信号に与える影響を低減する効果はあるが、この影響を完全に除去するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２６７６８０号公報
【特許文献２】特開２０１２−５００２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、赤外線が黒基準信号に与える影響をより効果的に低減するために有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの側面は、赤外線を含む照明光で照明される被写体を撮像するための撮像装置に係り、前記撮像装置は、被写体からの赤外線を検出する有効画素を含む有効画素領域と、黒基準信号を得るための黒基準画素を含む黒基準画素領域と、前記黒基準画素における前記黒基準信号を得るための電荷蓄積が前記照明光によって被写体が照明されていない期間に行われるように前記黒基準画素を制御する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、近赤外線が黒基準信号に与える影響をより効果的に低減するために有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の撮像装置の構成を示す図。
【図２】第１実施形態の撮像装置における垂直黒基準画素、有効画素および照明部の制御例（駆動例）を示す図。
【図３】撮像素子の構成を例示する図。
【図４】画素の構成を例示する図。
【図５】撮像素子の動作を例示する図。
【図６】撮像素子の動作を例示する図。
【図７】撮像素子の画素アレイを例示する図。
【図８】第２実施形態の撮像装置の構成を示す図。
【図９】第２実施形態の撮像装置における垂直黒基準画素、有効画素および照明制御部の制御例（駆動例）を示す図。
【図１０】第３実施形態の撮像装置の構成を示す図。
【図１１】第３実施形態の撮像装置を生体検査に応用した例を示す図。
【図１２】第４実施形態の撮像装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。
【００１３】
図７には、撮像素子の画素アレイＰＡが例示的かつ模式的に示されている。格子状に配列された各四角形は、画素を示している。ハッチングが付された画素は、黒基準画素（オプティカルブラック画素）ＯＢＰである。黒基準画素ＯＢＰは、画素アレイＰＡが配置された基板の光入射面側に配置された遮光部材によって遮光された画素である。ただし、黒基準画素ＯＢＰには、黒基準画素ＯＢＰの光電変換部に対して赤外光が侵入しうる。ハッチングが付されていない画素は、有効画素ＥＰである。有効画素ＥＰは、光学像を検知するための画素である。したがって、有効画素ＥＰには、光学像を形成する光が入射する。
【００１４】
黒基準画素ＯＢＰは、垂直黒基準画素領域ＶＯＢＲに配置された垂直黒基準画素ＶＯＢＰと、水平黒基準画素領域ＨＯＢＲに配置された水平黒基準画素ＨＯＢＰとを含む。ここで、垂直黒基準画素領域ＶＯＢＲは、光学像を検知するための有効画素領域ＥＰＲに対して垂直方向（列方向）に隣接する領域である。垂直黒基準画素領域ＶＯＢＲは、垂直黒基準画素ＶＯＢＰのみを含む行で構成された領域である。水平黒基準画素領域ＨＯＢＲは、光学像を検知するための有効画素領域ＥＰＲに対して水平方向に隣接する領域である。有効画素領域ＥＰＲは、有効画素ＥＰが配列された領域である。
【００１５】
垂直黒基準画素領域ＶＯＢＲあるいは黒基準画素領域ＯＢＲは、複数の黒基準画素行ＯＢＬ１、ＯＢＬ２、ＯＢＬ３を含む。有効画素領域ＥＰＲは、複数の有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・を含む。この明細書では、各有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、有効画素ＥＰの他に、水平黒基準画素ＨＯＢＰを含むものとして説明される。垂直黒基準画素ＶＯＢＰは、有効画素領域ＥＰＲに含まれる有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とは異なる行に配置されている。
【００１６】
図３には、撮像素子ＩＳの構成が例示されている。撮像素子ＩＳは、前述の画素アレイＰＡを有する。図３では、画素アレイＰＡが３行×３列を構成するように配列された９個の画素２１２で構成されているが、実際には、より多くの行および列を構成するように、より多くの画素２１２が配列される。また、画素アレイＰＡは、前述のとおり、有効画素領域ＥＰＲおよび黒基準画素領域ＯＢＲを含む。
【００１７】
撮像素子ＩＳは、画素アレイＰＡの他、行選択部２４０、読出部２５０、列選択部２６０および出力部２７０を含む。行選択部２４０は、画素アレイＰＡにおける行を選択する。ここで、行の選択とは、当該行に属する画素の信号を列信号線２１４に出力するための動作をいう。行選択部２４０は、選択した行の画素をリセットしたり、電荷の蓄積動作を開始させたり、蓄積された電荷に応じた信号を列信号線２１４に出力させたりする。
【００１８】
行選択部２４０は、例えば、読出用の第１シフトレジスタ２４２と、電子シャッタ用の第２シフトレジスタ２４４とを含む。行選択部２４０はまた、第１シフトレジスタ２４２からの信号と第２シフトレジスタ２４４からの信号の一方を選択して画素アレイＰＡに供給するためのセレクタ２４６を含む。第１シフトレジスタ２４２は、後述の制御部１３０から供給されるスタートパルスＶＳＴと、転送クロックＶＣＬＫとに従って動作する。第２シフトレジスタ２４４は、制御部１３０から供給されるスタートパルスＥＳＴと転送クロックＶＣＬＫとに従って動作する。セレクタ２４６は制御部１３０から供給される選択信号ＳＥＬに従って、第１シフトレジスタ２４２からの信号と第２シフトレジスタ２４４からの信号の一方を選択する。
【００１９】
同一の列に配された画素２１２は、共通の列信号線２１４に接続されている。列信号線２１４の各々には、画素２１２から出力された信号を保持するための保持容量２５２が接続されている。保持容量２５２は、それぞれ水平転送スイッチ２５４を介して水平信号線２５６に接続されている。水平転送スイッチ２５４は、列選択部２６０からの列選択信号により制御される。列選択部２６０は、例えば制御部１３０から供給されるスタートパルスＨＳＴおよび転送クロックＨＣＬＫによって制御される水平走査回路として構成されうる。水平信号線２５６は、出力部２７０に接続されている。水平転送スイッチ２５４がオンになると、保持容量２５２に保持されていた信号が水平信号線２５６を通して出力部２７０に供給され、該信号は、出力部２７０によって増幅されて画素信号として出力端子ＰＳから出力される。
【００２０】
図４には、画素２１２の構成例が示されている。画素２１２は、光電変換部７３、転送トランジスタ７５、増幅トランジスタ７７、リセットトランジスタ７４、選択トランジスタ７６を含みうる。光電変換部７３は、例えば、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタ７５のドレイン端子に接続されたフォトダイオードを含みうる。転送トランジスタ７５のソース、リセットトランジスタのソースおよび増幅トランジスタ７７のゲートは、電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部ＦＤを構成している。電荷電圧変換部ＦＤは、フローティングディフュージョンを含む。リセットトランジスタ７４のドレインは、電源ＶＲに接続される。選択トランジスタ７６のドレインは、電源ＶＣＣに接続される。増幅トランジスタ７７のドレインは、選択トランジスタ７６を介して電源ＶＣＣに接続され、増幅トランジスタ７７のソースは、列信号線２１４に接続されている。
【００２１】
行選択部２４０によって転送信号ΦＴが活性化されることによって転送トランジスタ７５がオンすると、光電変換部７３に蓄積されていた電荷が電荷電圧変換部ＦＤに転送される。行選択部２４０によってリセット信号ΦＲが活性化されることによってリセットトランジスタ７４がオンすると、電荷電圧変換部ＦＤの電圧が電源ＶＲに応じた電圧にリセットされる。更に、転送信号ΦＴとリセット信号ΦＲとが同時に活性化されると、光電変換部７３も電源ＶＲの電圧に応じた電圧にリセットされる。光電変換部７３をリセットする動作は、画素２１２をリセットする動作としても理解される。行選択部２４０によって選択信号ΦＳが活性化されることによって選択トランジスタ７６がオンすると、増幅トランジスタ７７および電流源２１６によってソースフォロワ回路が形成される。このソースフォロワ回路によって、増幅トランジスタ７７のゲートの電圧に応じた信号が列信号線２１４に出力される。
【００２２】
図５および図６を参照しながら図３および図４の撮像素子ＩＳの動作を説明する。ＶＳＴ、ＶＣＬＫ、ＨＳＴ、ＨＣＬＫは、図３および４中のＶＳＴ、ＶＣＬＫ、ＨＳＴ、ＨＣＬＫに対応する。ΦＲ１、ΦＲ２、ΦＲｎ、ΦＲｎ＋１は、それぞれ１行目、２行目、ｎ行目、ｎ＋１行目の画素２１２に供給されるリセット信号ΦＲである。ΦＴ１、ΦＴ２、ΦＴｎ、ΦＴｎ＋１は、それぞれ１行目、２行目、ｎ行目、ｎ＋１行目の画素２１２に供給される転送信号ΦＴである。ここでは、１行目、２行目は黒基準画素行であり、ｎ行目、ｎ＋１行目は有効画素行である。
【００２３】
図５において、ＥＳＴ（あるいはＶＳＴ）から次のフレームのＥＳＴ（あるいはＶＳＴ）までの期間が１画面の期間、即ち１フレーム期間＝１垂直走査期間である。ＥＳＴの活性化に応答して１行目からスタートし、ＶＣＬＫに同期して第２シフトレジスタ２４４によって選択される行が順に上から下に移動し、これに応じて、ΦＲ１、ΦＲ２・・・・ΦＲｎ、ΦＲｎ＋１が順に活性化される。
一方、ＶＳＴの活性化に応答して１行目からスタートして、ＶＣＬＫに同期して第１シフトレジスタ２４２によって選択される行が順に上から下に移動し、これに応じてΦＴ１、ΦＴ２・・・ΦＴｎ、ΦＴｎ＋１が順に活性化される。Φこれによって光電変換部７３の電荷が電荷電圧変換部ＦＤに転送され、電荷電圧変換部ＦＤに転送された電荷に応じた信号が列信号線２１４に出力され、保持容量２５２に書き込まれる。その後、列選択部２６０は、ＨＳＴの活性化に応答して水平方向の走査を開始する。これにより、ＨＣＬＫに同期して複数の列の保持容量２５２が順に選択され、選択された保持容量２５２に保持された信号が水平信号線２５６、出力部２７０を介して出力端子ＰＳから出力される。
【００２４】
図６には、図５における１水平走査期間が拡大して示されている。ΦＲｎが活性化された後に非活性化されたタイミングからΦＴｎが活性化されるタイミングまでが、画素における蓄積期間Ｔｓである。図５に示されているように、リセット信号ΦＲおよび転送信号φＴの活性化のタイミングが行に応じて異なるので、蓄積期間Ｔｓは行ごとにずれている。図６において、出力端子ＰＳから出力される画素信号は、ｓ１，ｓ２，・・・・ｓｍとして示されている。撮像素子ＩＳは、以上のようにして第１行から最終行までの画素信号を出力し、これらの画素信号の一部は、黒基準画素からの黒基準信号である。
【００２５】
図１は、本発明の第１実施形態の撮像装置１００の構成を示す図である。撮像装置１００は、少なくとも撮像素子ＩＳを含む装置として定義される。撮像装置１００が撮像素子ＩＳのみを含む場合、撮像装置１００と撮像素子ＩＳとは互いに等価な装置であり、この場合、撮像装置１００は、ＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサなどのイメージセンサとして理解されうる。一方、撮像装置１００が撮像素子ＩＳ、および、撮像素子ＩＳの上に光学像を形成する光学系１１０を有する場合、撮像装置１００は、カメラ、または、カメラ機能を有する装置として理解されうる。撮像素子ＩＳは、図３、４を参照しながら説明した構成を有しうるが、図１では、簡単化のために、撮像素子ＩＳの一部の構成が省略されている。
【００２６】
撮像装置１００あるいは撮像素子ＩＳは、画素アレイＰＡおよび行選択部２４０を含みうる。画素アレイＰＡは、図７を参照して説明したように、有効画素領域ＥＰＲおよび黒基準画素領域ＯＢＲを含む。黒基準画素領域ＯＢＲは、垂直黒基準画素領域ＶＯＢＲおよび水平黒基準画素領域ＨＯＢＲを含みうる。黒基準画素領域ＯＢＲは、黒基準画素ＯＢＲを含む。黒基準画素ＯＢＲは、垂直黒基準画素ＶＯＢＲおよび水平黒基準画素ＨＯＢＲを含みうる。
【００２７】
撮像装置１００は、制御部１３０を含む。制御部１３０は、撮像素子ＩＳに組み込まれてもよいし、撮像素子ＩＳの外部に配置されてもよい。撮像装置１００は、撮像素子ＩＳの画素アレイＰＡの有効画素領域ＥＰＲに光学像を形成する光学系１１０を含む。光学系１１０は、交換可能であってもよい。撮像装置１００は、照明部１２０を含みうる。照明部１２０は、赤外線を含む照明光で被写体ＯＢＪを照明する。ここで、赤外線は、例えば近赤外線でありうる。
【００２８】
撮像装置１００は、照明部１２０によって赤外線を含む照明光で照明される被写体ＯＢＪを撮像するように構成される。撮像装置１００あるいは撮像素子ＩＳは、照明部１２０によって照明された被写体ＯＢＪからの赤外線を検出する有効画素ＥＰを含む有効画素領域ＥＰＲを備える装置として理解される。撮像装置１００あるいは撮像素子ＩＳはまた、黒基準信号を得るための黒基準画素ＯＢ（より具体的には垂直黒基準画素ＶＯＢ）を含む黒基準画素領域ＯＢＲ（より具体的には垂直黒基準画素領域ＶＯＢＲ）を備える装置として理解されうる。
【００２９】
制御部１３０は、黒基準画素ＯＢ（より具体的には垂直黒基準画素ＶＯＢ）における黒基準信号を得るための電荷蓄積が照明光によって被写体が照明されていない期間に行われるように黒基準画素ＯＢ（より具体的には垂直黒基準画素ＶＯＢ）を制御する。
【００３０】
図２には、垂直黒基準画素ＶＯＢ、有効画素ＥＰおよび照明部１２０の制御例（駆動例）が示されている。Ｔｓｖｏｂｌ１、Ｔｓｖｏｂｌ２、Ｔｓｖｏｂｌ３は黒基準画素行ＯＢＬ１、ＯＢＬ２、ＯＢＬ３における蓄積動作を示し、Ｔｓｌ１、Ｔｓｌ２、Ｔｓｌ３・・・Ｔｓｌｎは有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎにおける蓄積動作を示している。黒基準画素行ＯＢＬ１、ＯＢＬ２、ＯＢＬ３のうち隣接する黒基準画素行の間では、蓄積動作の開始タイミングが時間差Δｔｏｂを有する。また、黒基準画素行ＯＢＬ１、ＯＢＬ２、ＯＢＬ３のうち隣接する黒基準画素行の間では、蓄積動作の終了タイミングが時間差Δｔｏｂを有する。有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎのうち隣接する有効画素行の間では、蓄積動作の開始タイミングが時間差Δｔｅｆを有する。また、有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎのうち隣接する有効画素行の間では、蓄積動作の終了タイミングが時間差Δｔｅｆを有する。ΔｔｏｂとΔｔｅｆとは互いに等しくても、異なってもよい。
【００３１】
黒基準画素行ＯＢＬ１、ＯＢＬ２、ＯＢＬ３および有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎにおける蓄積動作、即ち、画素アレイＰＡにおける蓄積動作は、制御部１３０による制御の下で動作する行選択部２４０によって制御される。照明部１２０は、タイミングｔ３〜ｔ４の期間において照明光を発生するように制御部１３０によって制御される。
【００３２】
タイミングｔ０は、有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎのうち最初の有効画素行Ｌ１（垂直黒基準画素領域ＶＯＢＲに隣接する有効画素行）における蓄積動作の開始タイミングである。タイミングｔ１は、黒基準画素行ＯＢＬ１、ＯＢＬ２、ＯＢＬ３のうち最後の黒基準画素行ＯＢＬ３（有効画素領域ＥＰＲに隣接する黒基準画素行）における蓄積動作の終了タイミングである。タイミングｔ２は、有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎのうち最後の有効画素行Ｌｎにおける蓄積動作の開始タイミングである。タイミングｔ５は、有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎのうち最初の有効画素行Ｌ１における蓄積動作の終了イミングである。タイミングｔ６は、黒基準画素行ＯＢＬ１、ＯＢＬ２、ＯＢＬ３のうち最初の黒基準画素行ＯＢＬ１における蓄積動作の開始タイミングである。
【００３３】
ｔ３は、ｔ１およびｔ２よりも遅く、ｔ４は、ｔ５およびｔ６よりも早い。つまり、制御部１３０は、垂直黒基準画素ＶＯＢにおける黒基準信号を得るための電荷蓄積が照明部１２０からの照明光によって被写体が照明されていない期間（ｔ３よりも前の期間、ｔ４よりも後の期間）に行われるように垂直黒基準画素ＶＯＢを制御する。換言すると、制御部１３０は、垂直黒基準画素ＶＯＢにおいて黒基準信号を得るための電荷蓄積が行われる第１期間と照明部１２０に照明光を発生させる第２期間とが互いに重複する期間を含まないように垂直黒基準画素ＶＯＢおよび照明部１２０を制御する。これにより、垂直黒基準画素ＶＯＢにおいて黒基準信号を得るための電荷蓄積がなされている期間に垂直黒基準画素ＶＯＢの光電変換部に赤外光が侵入することが防止される。したがって、正確な黒基準信号を得ることができる。
【００３４】
黒基準画素行ＯＢＬ３における黒基準信号を得るための電荷蓄積の開始タイミングと、ｔ０（複数の有効画素行のうち垂直黒基準画素領域ＶＯＢＲに隣接する有効画素行Ｌ１における電荷蓄積の開始タイミング。）との差Δｔｏｂｅｆは、隣接する２つの黒基準画素行における黒基準信号を得るための電荷蓄積の開始タイミングの間の差Δｔｏｂよりも大きいことが好ましい。あるいは、ｔ０とｔ１との差Δｔｏｂｅｆは、隣接する２つの有効画素行における電荷蓄積の開始タイミングの間の差Δｔｅｆよりも大きいことが好ましい。これは、照明部１２０による照明光の発生の期間（ｔ３〜ｔ４）と垂直黒基準画素ＶＯＢにおける黒基準信号を得るための蓄積時間との間に時間間隔を設けるために有効である。
【００３５】
黒基準画素行ＯＢＬ１、ＯＢＬ２、ＯＢＬ３における黒基準信号を得るための蓄積期間は、有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎにおける蓄積期間よりも短くてもよく、この場合、フレームレートを高めることができる。
【００３６】
図８は、本発明の第２実施形態の撮像装置１００Ａの構成を示す図である。第２実施形態の撮像装置１００Ａは、少なくとも撮像素子ＩＳＡを含む。撮像素子ＩＳＡは、画素アレイＰＡと、有効画素行を選択する有効画素行選択部２４０Ａと、黒基準画素行を選択する黒基準画素行選択部２４０Ｂとを含む。
【００３７】
撮像装置１００Ａは、制御部８００を含む。制御部８００は、撮像素子ＩＳＡに組み込まれてもよいし、撮像素子ＩＳＡの外部に配置されてもよい。制御部８００は、カウンタ８０８と、有効画素行判定部８０２と、黒基準画素行判定部８０４と、照明制御部８０６とを含む。
【００３８】
撮像装置１００Ａはまた、照明部１２０、照明遮断部８４０および同期信号発生部８５０を含む。ここでは、照明部１２０は、撮像素子ＩＳＡにおける蓄積動作に同期した制御信号を受けず、照明部１２０が発生する照明光による被写体ＯＢＪの照明は、照明制御部８０６による制御の下で動作する照明遮断部８４０によって制御される。照明遮断部８４０は、照明制御部８０６からの指令に従って照明部１２０による被写体ＯＢＪの照明を遮断する。照明遮断部８４０は、照明部１２０が発生した照明光を遮断するメカニカルな機構（例えば、シャッタ機構）であってもよいし、照明部１２０に対する電力供給を遮断する回路であってもよいし、他の構成であってもよい。
【００３９】
同期信号発生部８５０は、同期信号（クロック信号）を発生してカウンタ８０８に供給する。カウンタ８０８は、同期信号発生部８５０から供給される同期信号を受けてカウント動作を行い、カウント値を有効画素行判定部８０２および黒基準画素行判定部８０４に供給する。有効画素行判定部８０２は、カウンタ８０８から供給されるカウント値に基づいて、複数の有効画素行のいずれかを選択すべき期間を示す信号を有効画素行選択部２４０Ａに供給する。これに応じて、有効画素行選択部２４０は、複数の有効画素行を順に選択する。黒基準画素行判定部８０４は、カウンタ８０８から供給されるカウント値に基づいて、複数の黒基準画素行のいずれかを選択すべき期間を示す信号を黒基準画素行選択部２４０Ｂおよび照明制御部８０６に供給する。これに応じて、黒基準画素行選択部２４０Ｂは、複数の黒基準画素行を順に選択し、照明制御部８０６は、照明遮断部８４０に対して、照明光を遮断するように指令を与える。
【００４０】
図９には、垂直黒基準画素ＶＯＢ、有効画素ＥＰおよび照明制御部８０６の制御例（駆動例）が示されている。図２と同様に、Ｔｓｖｏｂｌ１、Ｔｓｖｏｂｌ２、Ｔｓｖｏｂｌ３は黒基準画素行ＯＢＬ１、ＯＢＬ２、ＯＢＬ３における蓄積動作を示し、Ｔｓｌ１、Ｔｓｌ２、Ｔｓｌ３・・・Ｔｓｌｎは有効画素行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・Ｌｎにおける蓄積動作を示している。図９において、「遮断」と記載された期間は、照明制御部８０６が照明遮断部８４０に対して、照明光を遮断するように指令を与えている期間である。このような制御により、垂直黒基準画素ＶＯＢにおいて黒基準信号を得るための電荷蓄積がなされている期間に垂直黒基準画素ＶＯＢの光電変換部に赤外光が侵入することが防止される。したがって、正確な黒基準信号を得ることができる。
【００４１】
図１０は、本発明の第３実施形態の撮像装置１００Ｂの構成を示す図である。第３実施形態は、有効画素領域ＥＰＲが、赤外線を検出する画素の他に、可視光を検出する画素を含む点で第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と共通している。
【００４２】
図１１には、第３実施形態の撮像装置１００Ｂを生体検査に応用した例が示されている。被写体は、散乱体９２０と、散乱体９２０の中に配置された検査対象としての組織９１０とを含む。散乱体９２０は、例えば、被験者の腕や体などでありうる。組織９１０は、例えば、血管などでありうる。ここでは、組織９１０には、蛍光物質が投与されている。照明部１２０は、赤外線を含む照明光９３０で散乱体９２０を照明する。照明光９３０で照明された組織９１０からは、照明光９３０によって励起された赤外線９３１が放射され、赤外線９３１は、撮像装置１００Ｂにおける赤外線を検出する有効画素によって検出される。一方、可視光９４０を発生する照明部９００は、可視光９４０で散乱体９２０を照明する。可視光９４０で照明された散乱体９２０で散乱または反射された可視光９４１は、撮像装置１００Ｂにおける可視光を検出する有効画素によって検出される。
【００４３】
図１２は、本発明の第４実施形態の撮像装置１００Ｃの構成を示す図である。第４実施形態の撮像装置１００Ｃは、第１−第３実施形態の撮像装置の変形例である。第１−第３実施形態の撮像装置では、有効画素ＥＰによって赤外線を検出する際、即ち赤外線画像を撮像する際に、水平黒基準画素ＨＯＢＰ（第２黒基準画素）に赤外線が侵入しうる。これは、図７に例示されているように水平黒基準画素ＨＯＢＰは有効画素行に含まれる黒基準画素であり、同じ有効画素行に属する有効画素ＥＰおよび水平黒基準画素ＨＯＢＰでは、電荷の蓄積が同時になされることによる。
【００４４】
したがって、垂直黒基準画素ＶＯＢＰを使って検出される黒基準信号は、赤外線による誤差を含まないが、水平黒基準画素ＨＯＢＰを使って検出される黒基準信号は赤外線による誤差を含む。そこで、撮像装置１００Ｃは、処理部１９０を備えている。処理部１９０は、垂直黒基準画素ＶＯＢＰの信号および水平黒基準画素ＨＯＢＰ（第２黒基準画素）の信号に基づいて、照明光に起因して水平黒基準画素ＨＯＢＰ（第２黒基準画素）の信号に含まれる誤差を求める。処理部１９０は、例えば、複数の水平黒基準画素ＨＯＢＰ（第２黒基準画素）の信号を処理した処理値（例えば平均値）と複数の垂直黒基準画素ＶＯＢＰの信号を処理した処理値（例えば平均値）との差分を誤差として求める。処理部１９０は、該誤差を水平黒基準画素ＨＯＢＰ（第２黒基準画素）の信号から減じることによって水平黒基準画素ＨＯＢＰ（第２黒基準画素）の信号を補正する。あるいは、処理部１９０は、該誤差を出力するように構成されてもよい。複数の水平黒基準画素ＨＯＢＰ（第２黒基準画素）の信号を処理した処理値は、例えば、複数の有効画素行（好ましくは全ての有効画素行）の水平黒基準画素ＨＯＢＰの信号を処理した処理値（例えば平均値）でありうる。複数の垂直黒基準画素ＶＯＢＰの信号を処理した処理値は、例えば、複数の黒基準画素行（好ましくは全ての黒基準画素行）の垂直黒基準画素ＶＯＢＰの信号を処理した処理値（例えば平均値）でありうる。
【００４５】
尚、本明細書の各実施形態では、黒基準信号を得るための蓄積期間を、照明部１２０が照射光を発しない期間とする黒基準画素ＶＯＢが、有効画素ＥＰが設けられた有効画素行とは異なる行に属する例を中心に説明した。本明細書に記載の各実施形態は、この例に限定されるものではない。つまり、黒基準画素ＶＯＢの蓄積期間が、照射部１２０が照射光を発しない期間であればよく、本明細書の各実施形態は黒基準画素ＶＯＢと有効画素ＥＰの配置によって限定されるものではない。
【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６】
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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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【図１１】
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【図１２】
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