(57)【要約】【課題】本発明は、高画素の固体撮像素子によって動画撮影が可能な撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】固体撮像素子１周辺の雰囲気温度を温度検出器５で検出すると、ゲイン制御部６に検出した温度を報知する。ゲイン制御部６では、ＬＵＴ６ａを参照することによって、報知された温度における映像信号のオフセット値及びゲイン量を確認し、確認したオフセット値及びゲイン量に基づいてデジタルゲイン演算部４の動作を制御する。よって、デジタルゲイン演算部４より温度補償された映像信号が出力される。【選択図】      図１
2004356866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子を備えた画素を有する固体撮像素子を備える撮像装置において、
前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出器と、
前記固体撮像素子の温度と前記映像信号に与えるゲインとの関係を記憶させたゲイン調整用テーブルを備え、当該ゲイン調整用テーブルを参照して、前記温度検出器で検出された前記固体撮像素子の温度に基づいて前記ゲインを設定するゲイン制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記ゲイン制御部が、前記感光素子への入射光量に対する前記映像信号の信号レベルの変化の割合が一定となるように、前記ゲインを調整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３】
前記固体撮像素子から出力されるアナログ信号である映像信号を増幅するアンプを備え、当該アンプにおいて前記映像信号に与えるゲインを前記ゲイン制御部で調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子内に、前記画素から出力されるアナログ信号である映像信号を増幅するアンプを備え、当該アンプにおいて前記映像信号に与えるゲインを前記ゲイン制御部で調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記固体撮像素子から出力されるアナログ信号である映像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部から出力されるデジタル信号となる映像信号を出力側のダイナミックレンジに応じた映像信号に変換するデジタルゲイン演算部と、
を備え、
当該デジタルゲイン演算部において前記映像信号に与えるゲインを前記ゲイン制御部で調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子を有する固体撮像素子を備えた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像装置に内蔵される固体撮像素子は、小型、軽量で低消費電力であるのみならず、画像歪や焼き付きが無く、振動や磁界などの環境条件に強い。又、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）と共通の工程又は類似の工程で製造できるので、信頼性が高く、量産にも適している。このため、ライン状に画素が配された固体撮像素子がファクシミリやフラットベッドスキャナに、マトリクス状に画素が配された固体撮像素子がビデオカメラやデジタルカメラなどに幅広く使用されている。ところで、このような固体撮像装置は光電変換素子で発生した光電荷を読み出す（取り出す）手段によってＣＣＤ型とＭＯＳ型に大きく分けられる。ＣＣＤ型は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転送するようになっており、ダイナミックレンジが狭いという欠点がある。一方、ＭＯＳ型はフォトダイオードのｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通して読み出すようになっている。
【０００３】
このようなＭＯＳ型固体撮像素子のダイナミックレンジを広くするために、本出願人は、入射した光量に応じた光電流を発生しうる感光手段と、光電流を入力するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタをサブスレッショルド電流が流れうる状態にバイアスするバイアス手段とを備え、光電流を対数変換するようにした固体撮像素子を提案した（特許文献１参照）。しかしながら、このような光電流を対数変換する固体撮像素子より出力される電気信号は温度に影響される。
【０００４】
よって、このような電気信号を増幅回路で増幅した出力信号をそのまま映像信号として出力したとき、固体撮像素子周囲の雰囲気温度に影響されてその映像信号のレベルが変化してしまうという問題があった。即ち、図１５のように、常温時に比べて温度が高くなると、対数変換域の出力と照度と関係を示す傾きが増加し、又、常温時に比べて温度が低くなると、対数変換域の出力と照度と関係を示す傾きが減少する。
【０００５】
そこで、本出願人は、このような固体撮像素子周囲の雰囲気温度の影響を低減させるために、各画素から出力される映像信号と各画素の感度バラツキを表すノイズ信号とが入力される出力回路に感温素子を設けた固体撮像素子を提案した（特許文献２参照）。この固体撮像素子は、出力回路内に、感温素子を有するとともに映像信号を増幅する反転増幅器と、感温素子を有するとともにノイズ信号を増幅する反転増幅器とを備え、それぞれの反転増幅器で増幅された映像信号及びノイズ信号を差動増幅回路に入力する。そして、感度バラツキによるノイズ成分と固体撮像素子周囲の雰囲気温度によるノイズ成分とが除去された映像信号が、この差動増幅回路から出力される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３１３２５７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５１５５６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２のように出力回路内に感光素子を設けた構成としたとき、正確に温度補償を行うためには、感温素子及び感温素子が接続されるオペアンプの調整を行う必要があるが、固体撮像素子内における信号レベルが小さいため、このような各素子の調整は困難である。又、このような構成の出力回路では、感温素子により検出される温度範囲が狭いため、広い温度範囲にあたって温度補償を行うことができない。
【０００８】
このような問題を鑑みて、本発明は、固体撮像素子の温度によって出力に与えられる影響を十分に抑圧することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子を備えた画素を有する固体撮像素子を備える撮像装置において、前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出器と、前記固体撮像素子の温度と前記映像信号に与えるゲインとの関係を記憶させたゲイン調整用テーブルを備え、当該ゲイン調整用テーブルを参照して、前記温度検出器で検出された前記固体撮像素子の温度に基づいて前記ゲインを設定するゲイン制御部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
このような撮像装置において、前記画素が、前記感光素子からの電気信号を対数変換する出力回路を備えるとき、前記固体撮像素子から出力される映像信号に含まれる前記固体撮像素子の温度に影響される成分を除去することができる。よって、前記映像信号を、前記固体撮像素子の温度に対する補償が施された信号とすることができる。尚、前記温度検出器によって検出される前記固体撮像素子の温度は、前記固体撮像素子自体の温度であってもよく、前記固体撮像素子周辺の雰囲気温度であってもよい。
【００１１】
又、このような撮像装置において、請求項２に記載するように、前記ゲイン制御部が、前記感光素子への入射光量に対する前記映像信号の信号レベルの変化の割合が一定となるように、前記ゲインを調整する。このとき、前記ゲイン制御部が、前記映像信号の信号レベルの前記感光素子への入射光量の対数値に対する比例定数が一定となるように、前記ゲインを調整するものとしても構わない。
【００１２】
又、請求項１又は請求項２に記載の撮像装置において、前記ゲイン制御部が、前記映像信号の信号レベルにおけるオフセット値が一定となるように、調整するものとしても構わない。このとき、当該オフセット値が、前記固体撮像素子の温度毎に、前記ゲイン調整用テーブルに格納されるものとしても構わない。
【００１３】
又、請求項１又は請求項２に記載の撮像装置において、前記画素が、前記感光素子からの電気信号が入力されるとともにサブスレッショルド領域で動作するトランジスタを備えて、入射光量に対して自然対数的に変換した映像信号を出力するとともに、前記固体撮像素子が、前記固体撮像素子の温度に応じた電圧を出力する電圧発生回路を有し、該電圧発生回路から出力される電圧によって、前記トランジスタをバイアスすることによって、前記トランジスタのポテンシャル状態を設定するものとし、前記画素から出力される映像信号のオフセット値を一定とするようにしても構わない。
【００１４】
又、請求項３に記載するように、前記固体撮像素子から出力されるアナログ信号である映像信号を増幅するアンプを備え、当該アンプにおいて前記映像信号に与えるゲインを前記ゲイン制御部で調整するようにしても構わない。このとき、当該アンプで増幅された映像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、ＡＤ変換部で変換されたデジタル信号となる映像信号を出力側のダイナミックレンジに応じた映像信号に変換するデジタルゲイン演算部と、を備えるようにしても構わない。又、前記固体撮像素子内に、前記画素から出力されるアナログ信号である映像信号を増幅するアンプを備えるようにしても構わない。
【００１５】
又、請求項４に記載するように、前記固体撮像素子内に、前記画素から出力されるアナログ信号である映像信号を増幅するアンプを備え、当該アンプにおいて前記映像信号に与えるゲインを前記ゲイン制御部で調整するようにしても構わない。このとき、前記固体撮像素子から出力された映像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、ＡＤ変換部で変換されたデジタル信号となる映像信号を出力側のダイナミックレンジに応じた映像信号に変換するデジタルゲイン演算部と、を備えるようにしても構わない。又、前記固体撮像素子から出力された映像信号を増幅するアンプを備えるようにしても構わない。
【００１６】
又、請求項５に記載するように、前記固体撮像素子から出力されるアナログ信号である映像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部から出力されるデジタル信号となる映像信号を出力側のダイナミックレンジに応じた映像信号に変換するデジタルゲイン演算部と、を備え、当該デジタルゲイン演算部において前記映像信号に与えるゲインを前記ゲイン制御部で調整するようにしても構わない。このとき、前記固体撮像素子内に、前記画素から出力されるアナログ信号である映像信号を増幅するアンプを備えるようにしても構わない。又、前記固体撮像素子から出力された映像信号を増幅するアンプを備えるようにしても構わない。
【００１７】
又、上述の各撮像装置において、前記画素が、前記感光素子からの電気信号が入力されるとともにサブスレッショルド領域で動作するトランジスタを備えることによって、前記画素から出力される映像信号が、前記感光素子への入射光量に対して自然対数的に変換されるものとしても構わない。又、前記固体撮像素子において、前記画素が複数設けられるものとしても構わない。
【００１８】
又、前記画素から出力される映像信号が、前記感光素子への入射光量に対して自然対数的に変換されるとき、前記デジタルゲイン演算部において、入射光量の対数値に対して比例した映像信号の信号レベルを、入射光量に対して線形的に比例した信号レベルに変換する対数／線形変換動作が行われる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図である。又、図２は、固体撮像素子の内部構成を示すブロック回路図である。又、図３は、図２の固体撮像素子に備えられる画素の構成を示す回路図である。又、図５は、図２の固体撮像素子に備えられる出力回路の構成を示す回路図である。
【００２０】
１．撮像装置の構成
まず、本実施形態における撮像装置の構成について、図１を参照して説明する。図１に示す撮像装置は、固体撮像素子１と、固体撮像素子１からの映像信号を増幅するアンプ２と、アンプ２で増幅された映像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器３と、ＡＤ変換器３でデジタル信号に変換された映像信号を照度に対して線形的に変化する映像信号に変換するデジタルゲイン演算器４と、固体撮像素子１周辺の雰囲気温度（固体撮像素子１自体の温度も含む）を測定する温度検出器５と、温度検出器５で測定された雰囲気温度に基づく映像信号における変動値を記録したＬＵＴ（Ｌｏｏｋ  Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ）６ａを備えたゲイン制御部６と、を有する。
【００２１】
２．固体撮像素子の構成
このような構成の撮像装置における固体撮像素子の内部構成について、図２を参照して説明する。図２の固体撮像装置は、画素Ｇ１１〜Ｇｍｎと、画素Ｇ１１〜Ｇｍｎの各列毎にその出力側に接続された信号線１１−１〜１１−ｍと、信号線１１−１〜１１−ｍのそれぞれに接続された定電流源１２−１〜１２−ｍと、信号線１１−１〜１１−ｍのそれぞれを介して与えられる画素Ｇ１１〜Ｇｍｎからの映像信号とノイズ信号をサンプルホールドするとともにノイズ除去を行う出力回路１３−１〜１３−ｍと、出力回路１３−１〜１３−ｍから送出される映像信号を外部に出力する出力信号線１４と、出力信号線１４を介して送出されるノイズ除去された映像信号を増幅する内蔵アンプ１５とを有する。尚、定電流源１２−１〜１２−ｍの一端に直流電圧ＶＰＳが印加される。
【００２２】
このような固体撮像装置において、画素Ｇａｂ（ａ：１≦ａ≦ｍの自然数、ｂ：１≦ｂ≦ｎの自然数）からの出力となる映像信号及びノイズ信号が、それぞれ、信号線１１−ａを介して出力されるとともに、この信号線１１−ａに接続された定電流源１２−ａによって増幅される。そして、画素Ｇａｂから出力された映像信号及びノイズ信号が順番に出力回路１３−ａに送出されるとともに、この出力回路１３−ａにおいて、送出された映像信号及びノイズ信号がサンプルホールドされる。その後、出力回路１３−ａにおいて、映像信号がノイズ信号に基づいて補正処理されて、出力信号線１４を介して、ノイズ除去された映像信号が内蔵アンプ１５に与えられ増幅された後、外部に出力される。
【００２３】
３．画素の構成
このような構成の固体撮像素子１における各画素Ｇ１１〜Ｇｍｎの内部構成について、図３を参照して説明する。図３の画素は、ｐｎフォトダイオードＰＤが感光部（光電変換部）を形成している。そのフォトダイオードＰＤのカソードはＭＯＳトランジスタＴ１のドレインに接続され、このＭＯＳトランジスタＴ１のソースは、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインとゲート及びＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ３のソースは行選択用のＭＯＳトランジスタＴ４のドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ４のソースは信号線１１（図２の信号線１１−１〜１１−ｍに相当する）へ接続されている。尚、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４は、それぞれ、ＰチャネルのＭＯＳトランジスタである。
【００２４】
又、フォトダイオードＰＤのアノード及びＭＯＳトランジスタＴ３のドレインには直流電圧ＶＰＤが印加されるようになっている。一方、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースには、信号φＶＰＳが入力される。又、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに信号φＳが入力され、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートには信号φＶが入力される。
【００２５】
このような構成の画素に対して、各信号が図４に示すタイミングチャートに従って与えられる。即ち、信号φＳをローレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮとするとともに、ＭＯＳトランジスタＴ２をサブスレッショルド領域で動作させるように信号φＶＰＳの電圧をＶＬとする。ＭＯＳトランジスタＴ２に与えるバイアス電圧をこのような状態に設定したとき、フォトダイオードＰＤに光が入射されると、光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３のゲートに光電流を自然対数的に変換した値の電圧が発生する。その後、パルス信号φＶを与えることにより、フォトダイオードＰＤへの入射光量に対して自然対数的に比例した信号レベルとなる映像信号が出力される。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ４がソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタとして動作するため、信号線１１には映像信号が電圧信号として現れる。
【００２６】
そして、信号φＳをハイレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦとするとともに、信号φＶＰＳの電圧をＶＬより高いＶＨにしてＭＯＳトランジスタＴ２に与えるバイアス電圧を撮像時より高くすることにより、ＭＯＳトランジスタＴ１に蓄積された電荷を速やかに再結合してリセットする。その後、信号φＶＰＳをＶＬにする。この状態でパルス信号φＶを与えることにより、ＭＯＳトランジスタＴ２の閾値電圧を反映した信号が出力される。この信号は各画素間の感度バラツキを表しており、感度バラツキによるノイズ補償するためのノイズ信号として用いられる。その後、信号φＳをローレベルにして撮像動作を行う。
【００２７】
４．出力回路の構成
図２のような構成の固体撮像素子１における各出力回路１３−１〜１３−ｍの内部構成について、図５を参照して説明する。尚、図５において、出力回路１３が図２における出力回路１３−１〜１３−ｍに相当する。図５に示す出力回路１３は、信号線１１から与えられる映像信号をサンプルホールドするキャパシタＣｓと、信号線１１から与えられるノイズ信号をサンプルホールドするキャパシタＣｎと、信号線１１とキャパシタＣｓの一端との間に接続されたスイッチＳＨＳと、信号線１１とキャパシタＣｎの一端との間に接続されたスイッチＳＨＮと、キャパシタＣｓの他端とキャパシタＣｎの一端との間に接続されたスイッチＭＩＸと、キャパシタＣｓの一端に一端が接続されたスイッチＲＳＰと、キャパシタＣｓの他端に一端が接続されたスイッチＲＳＭ，Ｓｘとから構成される。
【００２８】
又、スイッチＲＳＰ，ＲＳＭの他端及びキャパシタＣｎの他端には、直流電圧Ｖｒが印加されるとともに、スイッチＳｘの他端に最終的な出力信号線１４が接続される。更に、スイッチＳＨＳ及びスイッチＳＨＮは、信号線１１を介して定電流源１２（図２における定電流源１２−１〜１２−ｍに相当する）と接続される。
【００２９】
このような構成の出力回路１３の動作が図６のようになる。画素Ｇａｂに与えられる信号φＳがローとされてＭＯＳトランジスタＴ１がＯＮとされた状態で撮像動作が行われているとき、まず、スイッチＲＳＰがＯＮの状態でスイッチＲＳＭがＯＮとなって、キャパシタＣｓがリセットされる。このとき、スイッチＳＨＳ，ＳＨＮ，ＭＩＸ，ＳｘはＯＦＦである。そして、スイッチＲＳＰをＯＦＦとした後、スイッチＳＨＳをＯＮとする。
【００３０】
その後、信号φＶがローとされて映像信号が信号線１１に現れると、スイッチＳＨＳがＯＮであるため、キャパシタＣｓに映像信号の電圧信号がサンプルホールドされる。そして、スイッチＳＨＳがＯＦＦされるとともに信号φＶがハイとされた後、スイッチＲＳＭがＯＦＦとされる。このスイッチＲＳＭをＯＦＦとすると、スイッチＲＳＰをＯＮとする。又、画素Ｇａｂでは、信号φＳがハイとされてＭＯＳトランジスタＴ１がＯＦＦとされてリセット動作が行われる。そして、信号φＶがローとされてノイズ信号が信号線１１に現れると、スイッチＳＨＮがＯＮとされて、ノイズ信号がキャパシタＣｎにサンプルホールドされる。
【００３１】
そして、スイッチＳＨＮがＯＦＦされるとともに信号φＶがハイとされる。このとき、ノイズ信号がキャパシタＣｎによって、キャパシタＣｓに保持される映像信号とは逆極性の信号として保持される。その後、スイッチＭＩＸがＯＮとされることによって、ノイズ信号と映像信号との差分値となる電圧値がキャパシタＣｓ，Ｃｎの接続ノードに現れる。そして、スイッチＳｘをＯＮとすることで、このキャパシタＣｓ，Ｃｎの接続ノードに現れる電圧信号を出力する。即ち、ノイズ除去された映像信号が出力信号線１４に出力されることとなる。
【００３２】
このようにして出力回路１３が動作しているとき、画素Ｇａｂにおいては、ノイズ信号を出力した後、信号φＳをローとしてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮとして、次回の撮像動作に備える。又、出力回路１３は、ノイズ除去した映像信号を出力すると、スイッチＳｘをＯＦＦとする。そして、１行分の画素から映像信号が出力信号線１４に出力されると、スイッチＭＩＸがＯＦＦとされ、次の映像信号のサンプルホールド動作に備える。
【００３３】
このような固体撮像素子１を備えた撮像装置において、上述のように動作する固体撮像素子１から、ノイズ成分が除去されたアナログ信号である映像信号が出力される。このとき、固体撮像素子１より出力される映像信号は、対数変換された映像信号であるため、照度の自然対数値に対して比例した信号レベルとなる。そして、内蔵アンプ１５の増幅率がＫ１であるとき、この固体撮像素子１から出力された映像信号の信号レベルｄ１が、（１）式のように表される。尚、（１）式において、Ｌが照度を表し、又、ａ（Ｔ）が温度によって変化するオフセット値を、Ｂが定数を、ｃ（Ｔ）が温度によって変化する定数値を表す。
ｄ１＝Ｋ１×（ａ（Ｔ）＋ｃ（Ｔ）×ｌｎ（Ｂ×Ｌ））  …（１）
【００３４】
この映像信号は、増幅率Ｋ２のアンプ２で増幅された後、ＡＤ変換器３でデジタル信号に変換される。よって、ＡＤ変換器３から出力される映像信号の信号レベルＤ１が、（２）式のようになる。
Ｄ１＝Ｋ１×Ｋ２×（ａ（Ｔ）＋ｃ（Ｔ）×ｌｎ（Ｂ×Ｌ））  …（２）
【００３５】
又、固体撮像素子１周辺の雰囲気温度が温度検出器５によって検出されると、検出された雰囲気温度を示す温度信号がゲイン制御部６に与えられる。ゲイン制御部６では、温度検出器５から与えられた温度信号により検出された温度を確認し、ＬＵＴ６ａを参照して、検出された温度におけるオフセット値ａ（Ｔ）×Ｋ１×Ｋ２（＝Ａ（Ｔ））及び定数値ｃ（Ｔ）それぞれの値を確認する。そして、確認したオフセット値Ａ（Ｔ）及び定数値ｃ（Ｔ）をデジタルゲイン演算器４に送出する。即ち、温度Ｔ１が検出されたとき、オフセット値及び定数値として、それぞれＡ（Ｔ１）及びｃ（Ｔ１）を確認して、デジタルゲイン演算器４に送出する。
【００３６】
又、デジタルゲイン演算器４では、ＡＤ変換器３でデジタル信号に変換された映像信号を、照度の対数値に対して比例した信号レベルＤ１から、照度に比例した信号レベルＤ２となるように対数／線形変換を行う。この際、まず、ゲイン制御部６より与えられるオフセット値Ａ（Ｔ）を映像信号の値Ｄ１から引いた後、同じくゲイン制御部６より与えられる定数値ｃ（Ｔ）により除算する。よって、このとき得られた値が、温度に関わりなく照度の対数値に比例した値となる。そして、この定数値ｃ（Ｔ）を除いた値により指数演算することで、（３）式で表される信号レベルＤ２となるデジタル信号に変換する。尚、（３）式において、Ｋ，Ｋｘは、定数であり、定数Ｋ，Ｋｘの関係が（４）式のようになる。
Ｄ２＝Ｋ×ｅｘｐ（（Ｄ１−Ａ（Ｔ））／ｃ（Ｔ））＝Ｋｘ×Ｌ  …（３）
Ｋ×ｅｘｐ（Ｋ１×Ｋ２）×Ｂ＝Ｋｘ  …（４）
【００３７】
このようにして、信号レベルＤ２となるデジタル信号による映像信号が、照度Ｌに比例した信号としてデジタルゲイン演算部４より出力される。そして、この信号レベルＤ２には、信号レベルＤ１に含まれていた温度により変化するオフセット値及び定数値が含まれないため、デジタルゲイン演算部４から出力される映像信号を、固体撮像素子１周辺の雰囲気温度の影響のない信号として出力することができる。即ち、デジタルゲイン演算部４において、ＬＵＴ６ａで確認されたオフセット値Ａ（Ｔ）により減算した後にＬＵＴ６ａで確認された定数値ｃ（Ｔ）により除算することによって、映像信号の照度の対数値に対する比例定数を固体撮像素子１周辺の雰囲気温度に関係なく一定のものとすることで、固体撮像素子１周辺の雰囲気温度の影響のない信号として出力することができる。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
又、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図である。尚、本実施形態において、固体撮像素子及び画素及び出力回路がそれぞれ、第１の実施形態と同様、図２及び図３及び図５のような構成となるものとする。
【００３９】
本実施形態において、図７のように、アンプ２において、固体撮像素子１より出力される映像信号よりオフセット値を除去するとともに、アンプ２での増幅率がゲイン制御部６内のＬＵＴ６ａで確認された値に基づいて変更される。又、ゲイン制御部６では、温度検出器５からの温度信号により示される温度に基づいて、ＬＵＴ６ａを参照することによって、固体撮像素子１より出力される映像信号に含まれる温度により変化するオフセット値及びゲインが確認される。そして、この確認したオフセット値及びゲインに応じて、ゲイン制御部６がアンプ２の増幅動作を制御する。
【００４０】
このような撮像装置において、第１の実施形態で説明したように動作する固体撮像素子１から、ノイズ成分が除去されたアナログ信号である映像信号が出力される。この固体撮像素子１から出力された映像信号が、アンプ２で増幅された後、ＡＤ変換器３でデジタル信号に変換される。このとき、固体撮像素子１より出力される映像信号の信号レベルｄ１が、第１の実施形態と同様、（１）式のようになる。
【００４１】
又、検出された固体撮像素子１周辺の雰囲気温度を示す温度信号が温度検出器５よりゲイン制御部６に与えられると、ＬＵＴ６ａを参照して、検出された温度におけるオフセット値ａ（Ｔ）×Ｋ１（＝α（Ｔ））及びゲインＫ２／ｃ（Ｔ）それぞれの値を確認する。そして、確認したオフセット値α（Ｔ）及びゲインＫ２／ｃ（Ｔ）をアンプ２に送出する。即ち、温度Ｔ１が検出されたとき、オフセット値及びゲインとして、それぞれα（Ｔ１）及びＫ２／ｃ（Ｔ１）を確認して、アンプ２に送出する。
【００４２】
アンプ２では、ＬＵＴ６ａにより確認されるオフセット値α（Ｔ）及びゲインＫ２／ｃ（Ｔ）がゲイン制御部６より与えられると、まず、ゲイン制御部６より与えられるオフセット値α（Ｔ）を映像信号の信号レベルｄ１から引いた後、ゲインＫ２／ｃ（Ｔ）によって乗算する。このようにすることで、温度に関係なくＫ２だけ増幅された照度の対数値に対して比例した信号レベルＤ０となるアナログ信号である映像信号をＡＤ変換器３に出力することができる。又、この信号レベルＤ０は、（５）式のように表される。
Ｄ０＝（ｄ１−α（Ｔ））×Ｋ２／ｃ（Ｔ）＝Ｋ１×Ｋ２×ｌｎ（Ｂ×Ｌ）…（５）
【００４３】
又、デジタルゲイン演算器４では、ＡＤ変換器３でデジタル信号に変換された映像信号を、照度の対数値に対して比例した信号レベルＤ０から、照度に比例した信号レベルＤ２となるように対数／線形変換を行う。このとき、信号レベルＤ０を指数演算することで、（６）式で表される信号レベルＤ２となるデジタル信号に変換する。
Ｄ２＝Ｋ×ｅｘｐ（Ｄ０）＝Ｋｘ×Ｌ  …（６）
【００４４】
このようにして、信号レベルＤ２となるデジタル信号による映像信号が、照度Ｌに比例した信号としてデジタルゲイン演算部４より出力される。そして、この信号レベルＤ２には、信号レベルｄ１に含まれていた温度により変化するオフセット値及び定数値が含まれないため、デジタルゲイン演算部４から出力される映像信号を、固体撮像素子１周辺の雰囲気温度の影響のない信号として出力することができる。即ち、アンプ２において、ＬＵＴ６ａで確認されたオフセット値α（Ｔ）により減算した後にＬＵＴ６ａで確認されたゲインＫ２／ｃ（Ｔ）により乗算することによって、映像信号の照度の対数値に対する比例定数を固体撮像素子１周辺の雰囲気温度に関係なく一定のものとすることで、固体撮像素子１周辺の雰囲気温度の影響のない信号として出力することができる。
【００４５】
＜第３の実施形態＞
又、本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図８は、本実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図である。尚、本実施形態において、固体撮像素子及び画素及び出力回路がそれぞれ、第１の実施形態と同様、図２及び図３及び図５のような構成となるものとする。
【００４６】
本実施形態において、図８のように、固体撮像素子１内の内蔵アンプ１５において、出力信号線１４を介して出力されるノイズ補償された映像信号よりオフセット値を除去するとともに、内蔵アンプ１５での増幅率がゲイン制御部６内のＬＵＴ６ａで確認された値に基づいて変更される。又、ゲイン制御部６では、温度検出器５からの温度信号により示される温度に基づいて、ＬＵＴ６ａを参照することによって、固体撮像素子１より出力される映像信号に含まれる温度により変化するオフセット値及びゲインが確認される。そして、この確認したオフセット値及びゲインに応じて、ゲイン制御部６が内蔵アンプ１５の増幅動作を制御する。
【００４７】
このような撮像装置において、第１の実施形態で説明したように動作する固体撮像素子１において、ノイズ成分が除去された映像信号が、出力回路１３−１〜１３−ｍより順番に出力信号線１４を介して内蔵アンプ１５に送出される。この内蔵アンプ１５に入力される映像信号ｄ０は、（７）式のように表される。
ｄ０＝ａ（Ｔ）＋ｃ（Ｔ）×ｌｎ（Ｂ×Ｌ）  …（７）
【００４８】
又、第２の実施形態と同様、ゲイン制御部６では、ＬＵＴ６ａを参照して、温度検出器５で検出された温度におけるオフセット値ａ（Ｔ）及びゲインＫ１／ｃ（Ｔ）それぞれの値を確認する。そして、確認したオフセット値ａ（Ｔ）及びゲインＫ１／ｃ（Ｔ）を内蔵アンプ１５に送出する。即ち、温度Ｔ１が検出されたとき、オフセット値及びゲインとして、それぞれａ（Ｔ１）及びＫ１／ｃ（Ｔ１）を確認して、内蔵アンプ１５に送出する。
【００４９】
よって、内蔵アンプ１５では、ＬＵＴ６ａにより確認されるオフセット値ａ（Ｔ）及びゲインＫ１／ｃ（Ｔ）がゲイン制御部６より与えられると、まず、ゲイン制御部６より与えられるオフセット値ａ（Ｔ）を映像信号の信号レベルｄ０から引いた後、ゲインＫ１／ｃ（Ｔ）によって乗算する。このようにすることで、温度に関係なくＫ１だけ増幅された照度の対数値に対して比例した信号レベルｄ２となるアナログ信号である映像信号をアンプ２に出力することができる。又、この信号レベルｄ２は、（８）式のように表される。
ｄ２＝（ｄ０−ａ（Ｔ））×Ｋ１／ｃ（Ｔ）＝Ｋ１×ｌｎ（Ｂ×Ｌ）  …（８）
【００５０】
このようにして信号レベルｄ２となる映像信号が、アンプ２に入力されると、ゲインＫ２によって増幅された後、ＡＤ変換器３でデジタル信号に変換される。。よって、ＡＤ変換器３より出力されるデジタル信号となる映像信号の信号レベルＤ０が、（９）式のようになり、第２の実施形態と同様の値となる。
Ｄ０＝ｄ２×Ｋ２＝Ｋ１×Ｋ２×ｌｎ（Ｂ×Ｌ）  …（９）
【００５１】
又、デジタルゲイン演算器４では、ＡＤ変換器３でデジタル信号に変換された映像信号を、照度の対数値に対して比例した信号レベルＤ０から、照度に比例した信号レベルＤ２となるように対数／線形変換を行う。このとき、信号レベルＤ０を指数演算することで、第２の実施形態と同様、（６）式で表される信号レベルＤ２となるデジタル信号に変換する。
【００５２】
このようにして、信号レベルＤ２となるデジタル信号による映像信号が、照度Ｌに比例した信号としてデジタルゲイン演算部４より出力される。そして、この信号レベルＤ２には、信号レベルｄ０に含まれていた温度により変化するオフセット値及び定数値が含まれないため、デジタルゲイン演算部４から出力される映像信号を、固体撮像素子１周辺の雰囲気温度の影響のない信号として出力することができる。即ち、内蔵アンプ１５において、ＬＵＴ６ａで確認されたオフセット値ａ（Ｔ）により減算した後にＬＵＴ６ａで確認されたゲインＫ１／ｃ（Ｔ）により乗算することによって、映像信号の照度の対数値に対する比例定数を固体撮像素子１周辺の雰囲気温度に関係なく一定のものとすることで、固体撮像素子１周辺の雰囲気温度の影響のない信号として出力することができる。
【００５３】
＜第４の実施形態＞
又、第４の実施形態について、以下に説明する。尚、本実施形態においては、撮像装置の構成を、第１の実施形態と同様、図１のような構成とする。又、本実施形態では、第１〜第３の実施形態と異なり、固体撮像素子１の構成を、図９のように、図２の構成に電圧発生回路２０及びバイアス供給ライン１９−１〜１１９−ｍが付加された構成とする。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースには、図１０のように、バイアス供給ライン１９（このバイアス供給ライン１９は図９のバイアス供給ライン１９−１〜１９−ｍに相当する）を通じて電圧発生回路２０で発生した出力電圧が印加される。
【００５４】
又、電圧発生回路２０は、図１１のように、フォトダイオードＰｄとＭＯＳトランジスタＴ１０と反転型バッファＢ１とで構成される遮光画素２０ａと、遮光画素２０ａで発生した電圧ＶＨと電圧ＶＨより低い電圧で画素Ｇ１１〜Ｇｍｎ内のＭＯＳトランジスタＴ２をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧ＶＬとを入力される信号φＶＰＳによって選択して出力するドライブ回路２０ｂとを有する。
【００５５】
そして、遮光画素２０ａにおいて、アノードに直流電圧ＶＤＡが印加されたフォトダイオードＰｄのカソードに、ＭＯＳトランジスタＴ１０のドレインとゲート及び反転型バッファＢ１の入力側が接続され、ＭＯＳトランジスタＴ１０のソースに直流電圧ＶＳＡが印加される。又、反転型バッファＢ１からの出力電圧ＶＨがドライブ回路２０ｂに与えられる。このような構成の遮光画素２０ａは、フォトダイオードＰｄの感光部に光が入射されないように、アルミニウム膜などで遮光される。
【００５６】
図１１のように電圧発生回路２０が構成されるとき、遮光画素２０ａ内のフォトダイオードＰｄ及びＭＯＳトランジスタＴ１０が、固体撮像素子１周辺の雰囲気温度を検出する検温部として働く。即ち、温度が低くなると、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が高くなり、又、温度が高くなると、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が低くなる。よって、反転型バッファＢ１に入力されるＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が、固体撮像素子１周辺の雰囲気温度に応じて変遷する。そして、反転型バッファＢ１では、温度が低く、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が高くなると、出力電圧ＶＨが低くなり、又、温度が高く、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が低くなると、出力電圧ＶＨが高くなる。
【００５７】
このように、電圧発生回路２０が設けられた固体撮像素子１内の各画素Ｇ１１〜Ｇｍｎはそれぞれ、第１〜第３の実施形態と同様、図４に示すタイミングチャートに従って動作する。このとき、信号φＶＰＳがＶＨとされるとき、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに与えられる電圧が固体撮像素子１周辺の雰囲気温度に応じて変遷するものとなる。よって、ＭＯＳトランジスタＴ２のポテンシャル状態を固体撮像素子１周辺の雰囲気温度に関わらず、ほぼ一定とすることができるので、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響を低減し、映像信号に現れるオフセット値を抑制することができる。
【００５８】
このように、固体撮像素子１からオフセット値が除かれた映像信号が出力されるため、内蔵アンプ１５及びアンプ２及びＡＤ変換器３それぞれから出力される映像信号は、オフセット値が除かれた信号となる。よって、第１の実施形態と異なり、ゲイン制御部６では、ＬＵＴ６ａを参照して、温度検出器５で検出された温度におけるオフセット値Ａ（Ｔ）を確認する必要がなく、定数値Ｃ（Ｔ）のみを確認して、デジタルゲイン演算器４の動作を制御することで、第１の実施形態と同様、信号レベルＤ２のデジタル信号となる映像信号が出力される。
【００５９】
尚、本実施形態では、第１の実施形態における撮像装置に適用した実施形態としたが、第２及び第３の実施形態における撮像装置に対して適用可能である。即ち、第２の実施形態では、ゲイン制御部６では、ＬＵＴ６ａを参照して、温度検出器５で検出された温度におけるオフセット値α（Ｔ）を確認する必要がなく、又、第３の実施形態では、ゲイン制御部６では、ＬＵＴ６ａを参照して、温度検出器５で検出された温度におけるオフセット値ａ（Ｔ）を確認する必要がない。
【００６０】
尚、上述の各実施形態における撮像装置において、図１２〜図１４のように、温度センサ５ａを備えるとともに、この温度センサ５ａで検出された温度を示す温度信号が、アンプ２で増幅された後にＡＤ変換器３でデジタル信号に変換されて、ゲイン制御部６に送出されるようにしても構わない。このとき、温度センサ５ａにおける温度検出動作は、数フレームに１回の割合で、固体撮像素子１が出力動作を行っていないときに行われる。
【００６１】
又、上述の各実施形態における撮像装置において、固体撮像素子内に備えられる画素の構成を、図２のような構成をしたが、この図２による構成は、１つの構成例であり、このような構成に限定されるものではない。よって、画素内に積分回路や増幅回路を設けるようにしても構わないし、ＰチャネルのＭＯＳトランジスタでなくＮチャネルのＭＯＳトランジスタで設けるようにしても構わない。
【００６２】
又、第４の実施形態において使用される電圧発生回路についても、上記のものに限定されず、種々の構成のものを採用することができる。このとき、電圧発生回路が、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧を固体撮像素子の雰囲気温度に応じて変更するものであっても構わない。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によると、ゲイン制御部で固体撮像素子の温度に基づいて映像信号に与えるゲインを調整することができるため、映像信号の温度補償を行うことができる。又、感光素子への入射光量に対する映像信号の信号レベルの変化の割合が一定となるように、ゲインを調整するため、温度補償された映像信号に映像において、固体撮像素子の温度によるコントラストの変化を抑制することができる。又、ゲイン調整用テーブルに基づいて温度補償を行うため、温度補償を正確且つ広い温度範囲に対して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】固体撮像素子の構成を示すブロック回路図。
【図３】図２の固体撮像素子内の画素の構成を示す回路図。
【図４】図３の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図５】図２の固体撮像素子内の出力回路の構成を示す回路図。
【図６】図５の出力回路の動作を示すタイミングチャート。
【図７】第２の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図。
【図８】第３の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図。
【図９】第４の実施形態の撮像装置における固体撮像素子の構成を示すブロック回路図。
【図１０】図９の固体撮像素子内の画素の構成を示す回路図。
【図１１】図９の固体撮像素子内の電圧発生回路の構成を示す回路図。
【図１２】本発明の撮像装置の別の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の撮像装置の別の構成を示すブロック図。
【図１４】本発明の撮像装置の別の構成を示すブロック図。
【図１５】被写体の照度と固体撮像素子の出力との関係を示すグラフ。。
【符号の説明】
１    固体撮像素子
２    アンプ
３    ＡＤ変換器
４    デジタルゲイン演算器
５    温度検出器
６    ゲイン制御部
６ａ    ＬＵＴ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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