(57)【要約】【課題】固体撮像素子の周囲温度が変化してもムラのない安定した画像を得る固体撮像装置を提供する。【解決手段】遮光部２１と撮像エリア２２に分割された固体撮像素子２に撮像光を照射して撮像画像を得る際に、予め固体撮像素子２全体の１フレーム分の基準暗時データが格納された記憶手段５と、遮光部２１から出力されるデータ平均値を出力する遮光部アベレージング手段４と、撮像中の前記固体撮像素子の周囲温度変化による前記遮光部データの平均値に基づいて前記基準暗時データを補正する補正値を出力する補正手段７、８、９、１０と、撮像エリア２２から出力された前記撮像データから前記補正値を差し引いて前記撮像画像を出力する出力手段１１と、からなる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に画素が複数配置され、遮光部と撮像エリアに分割された固体撮像素子に被写体撮像光を照射して、前記撮像エリアから出力された被写体撮像データと前記固体撮像素子全体の基準暗時データとの差をとって撮像画像を得る固体撮像装置において、
予め前記固体撮像素子の１フレーム分の基準暗時データが格納された記憶手段と、
前記記憶手段に並列接続され、前記遮光部から出力される遮光部データの平均値を出力する遮光部アベレージング手段と、
撮像中の前記固体撮像素子の周囲温度変化による前記遮光部データの平均値に基づいて前記記憶手段から出力される前記基準暗時データを補正した補正値を出力する補正手段と、
前記撮像エリアから出力された前記被写体撮像データから前記補正値を差し引いて前記撮像画像を出力する出力手段と、
からなることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いた固体撮像装置に係わり、暗電流の影響を低減した固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の固体撮像素子を示す概略平面図である。
図４は、従来の第１の固体撮像装置を示すブロック図である。
図５は、従来の第２の固体撮像装置を示すブロック図である。
図３に示すように、従来の固体撮像素子２は、画素が水平画素数Ｎ×垂直ライン数Ｌのマトリクス状に配置されてなり、上端部からＭライン幅で撮像光が画素に照射されないように施された遮光部データが読み出されるオプティカルブラック（以下、ＯＢという）ライン部２１及びこのＯＢライン部２１に連続して（Ｌ−Ｍ）ライン幅で画素に撮像光を照射したときの被写体撮像データが読み出される撮像エリア２２とからなる。ＯＢライン部２１から読み出される遮光部データは、暗電流データであり、黒の基準値として用いられ、固体撮像素子２の安定動作に用いられるものである。
【０００３】
次に、従来の第１の固体撮像装置の構成について図４を用いて説明する。
図３と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図４に示すように、従来の第１の固体撮像装置１４は、固体撮像素子２と、この固体撮像素子２から読み出されるＯＢライン部２１の遮光部データ及び撮像エリア２２の被写体撮像データをディジタル変換するＡ／Ｄコンバータ３と、Ａ／Ｄコンバータ３から出力されるディジタル変換されたＯＢライン部２１の遮光部データを平均化処理し、その平均値データ（以下、遮光部データ平均値という）を出力する遮光部アベレージング回路４と、Ａ／Ｄコンバータ３から出力されるディジタル化された被写体撮像データ（以下、映像ディジタルデータという）と遮光部アベレージング回路４から出力される遮光部データ平均値の差分をとって撮像画像を出力する減算器１１と、からなる。
【０００４】
次に、その動作について説明する。
被写体撮像光を固体撮像素子２に入射させて、この固体撮像素子２からＯＢライン部２１及び撮像エリア２２にそれぞれ対応した遮光部データ及び被写体撮像データを撮像信号として出力する。
次に、Ａ／Ｄコンバータ３で遮光部データ及び被写体撮像データをディジタル変換する。遮光部アベレージング回路４でディジタル変換された遮光部データを平均化処理し、遮光部データ平均値を出力する。更に、減算器１１でＡ／Ｄコンバータから出力される映像ディジタルデータと遮光部アベレージング回路４から出力される遮光部データ平均値の差分をとり、黒レベルの安定した画像を得る。
【０００５】
この際、撮像面積の大きな固体撮像素子２を用いた場合には、固体撮像素子２上の場所によって温度分布が異なったり、固体撮像素子２を構成する各画素による暗電流のバラツキによって発生する固定パターンノイズを生じるため、２次元的なムラやざらつきが発生し、画質を悪化させることがあった。
これを解決する方法として、図５に示す従来の第２の固体撮像装置１５が考えられた。図５においては、従来の第１の固体撮像装置と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図５に示す第２の固体撮像装置１５は、第１の固体撮像装置１４において、遮光部アベレージング回路４の代りにフレームメモリ５を用いたものであり、それ以外は同様である。
第２の固体撮像装置１５は、予めフレームメモリ５に固体撮像素子２全体を遮光して取得した１フレーム分の各画素に対応した撮像前暗電流データを格納させておき、被写体撮像時に、この撮像前暗電流データを読み出して映像ディジタルデータと撮像前暗電流データとの差をとることにより黒レベルの安定した画像を得るようにして動作する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固体撮像素子２の周囲温度により、固体撮像素子２の暗電流が変化して、撮像中の暗電流データが予めフレームメモリ５に格納された撮像前暗電流データと異なってしまう。この対策として、所定間隔で動作中随時、撮像前暗電流データを取得しなおすことも考えられた。しかし、被写体が動いている場合の撮像では、被写体撮像データと撮像前暗電流データの差を求めて画像出力する際、撮像前暗電流データを取得しなおしている間に被写体撮像データは動いているので、画像の欠落を生じるといった問題が発生する。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて成されたものであり、固体撮像素子の周囲温度が変化してもムラのない安定した画像を得る固体撮像装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マトリクス状に画素が複数配置され、遮光部と撮像エリアに分割された固体撮像素子に被写体撮像光を照射して、前記撮像エリアから出力された被写体撮像データと前記固体撮像素子全体の基準暗時データとの差をとって撮像画像を得る固体撮像装置において、予め前記固体撮像素子の１フレーム分の基準暗時データが格納された記憶手段と、前記記憶手段に並列接続され、前記遮光部から出力される遮光部データの平均値を出力する遮光部アベレージング手段と、撮像中の前記固体撮像素子の周囲温度変化による前記遮光部データの平均値に基づいて前記記憶手段から出力される前記基準暗時データを補正した補正値を出力する補正手段と、前記撮像エリアから出力された前記被写体撮像データから前記補正値を差し引いて前記撮像画像を出力する出力手段と、からなることを特徴とする固体撮像装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態における固体撮像装置について図１及び図２を用いて説明する。従来例と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１は、本発明の実施形態における固体撮像装置を示す概略ブロック図である。
図２は、係数発生器の説明をするための図である。
【００１０】
図１に示すように、本発明の実施形態の固体撮像装置１は、マトリクス状に画素が複数配置され、ＯＢライン部２１と撮像エリア２２に分割された固体撮像素子２と、このＯＢライン部２１及び撮像エリア２２から読み出される遮光部データ（即ち、暗電流データ）及び被写体撮像データをディジタル変換するＡ／Ｄコンバータ３と、Ａ／Ｄコンバータ３から出力されるディジタル変換されたＯＢライン部２１の遮光部データを平均化処理し、その遮光部データ平均値を出力する遮光部アベレージング回路４と、遮光部アベレージング回路４に並列接続され、予め固体撮像素子２の１フレーム分の各画素に対応した撮像前暗電流データ（以下、基準暗時データという）が格納されたフレームメモリ５と、遮光部アベレージング回路４から出力された遮光部データ平均値を格納するデータメモリ６と、互いに並列接続され、遮光部アベレージング回路４から出力される遮光部データの平均値に基づいて指定されたアドレス位置における第１補正係数を出力する第１係数発生器７及び第２補正係数を出力する第２係数発生器８と、フレームメモリ５から出力される基準暗電流データに第１係数発生器７から出力される第１補正係数データを乗算する乗算器９と、乗算器９から出力された乗算値に第２係数発生器８から出力される第２補正係数データを加算する加算器１０と、Ａ／Ｄコンバータ３から出力される映像ディジタルデータと加算器１０から出力される加算値の差分をとり撮像画像を出力する減算器１１と、からなる。
前記した第１及び第２補正係数は、撮像中に固定撮像素子２の周囲温度変化に伴い変化する暗電流データに基づいて基準暗時データを補正する係数である。
【００１１】
更に、減算器１１から出力される撮像画像のムラ量を検出するムラ量検出装置１２と、データメモリ６の制御、ムラ量検出装置１２の制御及び固体撮像素子２の温度制御を行い、かつ第１及び第２係数発生器７、８に遮光部アベレージング回路４から出力される遮光部データの平均値に基づいて指定されたアドレス位置における第１及び第２補正係数を格納させる制御・演算装置１３と、からなる。なお、第１係数発生器７、第２係数発生器８、乗算器９及び加算器１０で、撮像中に固体撮像素子２の周囲温度による暗電流データに基づいて基準暗時データを補正する演算を行っている。
ここで、ムラ量とは、固体撮像素子２に一定の光を照射した時、固体撮像素子２から出力される平均出力値に対する各画素からの出力値のバラツキ量をいう。
【００１２】
第１及び第２係数発生器７、８は、図２に示す構成を有している。
第１及び第２係数発生器７、８は、いわゆるルックアップテーブル（以下、ＬＵＴと略す。）で構成され、制御・演算装置１３により遮光部アベレージング回路４から出力される遮光部データの平均値で指定されたアドレス位置に第１及び第２補正係数が格納され、この第１及び第２補正係数が撮像時には常時、遮光部データの平均値の変化に応じて随時読み出されるように構成されている。
【００１３】
第１及び第２係数発生器７、８の補正係数は、以下のように決定される。
制御・演算装置１３により、固体撮像素子２の周囲温度を基準温度Ｔ０にする。この後、Ａ／Ｄコンバータ３を介して固体撮像素子２における一画面分の基準暗時データＢＫ０をフレームメモリ５に格納すると同時に、Ａ／Ｄコンバータ３を介して固体撮像素子２のＯＢライン部２１の遮光部データの平均値を遮光部アベレージング回路４で算出し、この平均値ＢＡＯをデータメモリ６に格納する。
【００１４】
次に、制御・演算装置１３により、データメモリ６から平均値ＢＡＯを読み出し、この平均値ＢＡＯに基づいて指定されたアドレス位置に第１補正係数ＣＭＯを第１係数発生器７に、第２補正係数ＣＡＯを第２係数発生器８に格納する。この場合、ＣＭＯ＝１、ＣＡＯ＝０であり、減算器１１から出力される撮像画像をムラ量検出装置１２により検出したムラ量は、最小に抑えられる。
【００１５】
次に、制御・演算装置１３により、固体撮像素子２の周囲温度をＴ１にする。この後、Ａ／Ｄコンバータ３を介して固体撮像素子２のＯＢライン部２１の遮光部データの平均値を遮光部アベレージング回路４で算出し、この平均値ＢＡ１をデータメモリ６に格納する。この際、フレームメモリ５に格納されている基準暗時データＢＫ０は、そのままで書き換えを行わない。
【００１６】
次に、制御・演算装置１３により、データメモリ６から平均値ＢＡ１を読み出し、この平均値ＢＡ１に基づいて指定されたアドレス位置に第１補正係数ＣＭ１を第１係数発生器７に、第２補正係数ＣＡ１を第２係数発生器８に格納する。この場合、ＣＭ１、ＣＡ１は、減算器１１から出力される撮像画像のムラ量が最小になるようにした値である。
【００１７】
この後、固体撮像素子２の周囲温度をＴ２、Ｔ３、…、ＴＮと変化させて、同様の操作を繰り返して、撮像画像のムラ量が最小となる各周囲温度での第１及び第２補正係数を決定し、第１及び第２係数発生器７、８に格納する。
以上のようにして、通常撮像時、遮光部データの平均値を検出するだけで、固体撮像素子２の周囲温度が変化しても撮像画像のムラ量が最小となる第１及び第２補正係数を第１及び第２係数発生器７、８から出力することができる。
【００１８】
なお、固体撮像素子２の周囲温度を細かにして、上記データを取得するのも良いが、作業が大変であるので、代表的な周囲温度の場合だけを測定し、その間のデータは補完によって求めても良い。
上記データの取得は、固体撮像装置１の動作に先だって行われるものであり、通常動作時に行う必要はない。
【００１９】
次に、固体撮像装置１の動作について説明する。
予め、周囲温度が変化した時の撮像画像のムラ量を最小にする第１及び第２補正係数は、第１及び第２係数発生器７、８に格納されているとする。
被写体撮像光を固体撮像素子２に入射させて、この固体撮像素子２から遮光部データ及び被写体撮像データを出力する。
次に、Ａ／Ｄコンバータ３で遮光部データ及び被写体撮像データをディジタル変換して減算器１１、フレームメモリ５及び遮光部アベレージング回路４に出力する。
遮光部アベレージング回路４では、ディジタル変換された遮光部データを平均化処理してその平均値を第１及び第２係数発生器７、８に出力する。
【００２０】
フレームメモリ５では、Ａ／Ｄコンバータ３から出力された固体撮像素子２の１フレーム分の基準暗時データを乗算器９に出力する。第１係数発生器７では、遮光部データの平均値に基づいて指定されたアドレス位置における第１補正係数を乗算器９に出力する。第２係数発生器８では、遮光部データの平均値に基づいて指定されたアドレス位置における第２補正係数を加算器１０に出力する。乗算器９では、フレームメモリ５から出力された基準暗時データに第１係数発生器７から出力された第１補正係数を乗算した乗算値を出力する。
【００２１】
加算器１０では、乗算器９から出力された乗算値に第２係数発生器８から出力された第２補正係数を加算した加算値を出力する。
更に、減算器１１では、Ａ／Ｄコンバータ３から出力された被写体撮像データと加算器１０から出力された加算値との差分をとり、その差分値を出力する。こうして、ムラ量が最小となった撮像画像が得られる。
【００２２】
以上のように、本発明の実施形態によれば、固体撮像素子２のムラ量が最小となるように調整する第１及び第２補正係数を格納する第１係数発生器７、第２係数発生器８、乗算器９及び加算器１０を有しているので、固体撮像素子の周囲温度が変化してもムラのない安定した画像を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、マトリクス状に画素が複数配置され、遮光部と撮像エリアに分割された固体撮像素子に被写体撮像光を照射して、前記撮像エリアから出力された被写体撮像データと前記固体撮像素子全体の基準暗時データとの差をとって撮像画像を得る固体撮像装置において、予め前記固体撮像素子の１フレーム分の基準暗時データが格納された記憶手段と、前記記憶手段に並列接続され、前記遮光部から出力される遮光部データの平均値を出力する遮光部アベレージング手段と、撮像中の前記固体撮像素子の周囲温度変化による前記遮光部データの平均値に基づいて前記記憶手段から出力される前記基準暗時データを補正した補正値を出力する補正手段と、前記撮像エリアから出力された前記被写体撮像データから前記補正値を差し引いて前記撮像画像を出力する出力手段と、からなるので、固体撮像素子の周囲温度が変化してもムラのない安定した画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における固体撮像装置を示す概略ブロック図である。
【図２】係数発生器の説明をするための図である。
【図３】従来の固体撮像素子を示す概略平面図である。
【図４】従来の第１の固体撮像装置を示すブロック図である。
【図５】従来の第２の固体撮像装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…固体撮像装置、２…固体撮像素子、２１…ＯＢライン部（遮光部）、２２…撮像エリア、３…Ａ／Ｄコンバータ、４…遮光部アベレージング回路（遮光部アベレージング手段）、５…フレームメモリ（記憶手段）、６…データメモリ、７…第１係数発生器（補正手段）、８…第２係数発生器（補正手段）、９…乗算器（補正手段）、１０…加算器（補正手段）、１１…減算器（出力手段）、１２…ムラ量検出装置、１３…制御・演算装置
【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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