(57)【要約】【課題】温度センサを用いずに撮像素子の光電変換特性の変化を直接測定することで、撮像素子の個体差も含めた温度特性をリアルタイムに補償することのできる撮像装置を提供すること。【解決手段】撮像素子の各画素を規定の電位に設定し、電位設定終了後既定の時間が経過した後に撮像素子の信号出力を出力し、出力された出力信号から撮像素子の光電変換特性を算出することで、温度センサを用いずに撮像素子の光電変換特性の変化を直接測定することができ、撮像素子の個体差も含めた温度特性をリアルタイムに補償することのできる撮像装置を提供することができる。【選択図】図１
2007288643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、前記光電変換素子の出力電流を対数変換する対数変換素子とを有し、線形特性と対数特性の２つの領域を含む光電変換特性で動作しうる画素が複数個マトリクス状に配置された撮像素子と、
前記撮像素子の撮像動作を制御する撮像制御部と、
前記撮像素子の出力信号に信号処理を施す信号処理部とを備えた撮像装置において、
前記撮像素子は、前記対数変換素子の出力端子を既定の電位に設定する電位設定手段を備え、
前記撮像制御部は、前記電位設定手段に前記対数変換素子の出力端子を既定の電位に設定させる電位設定制御手段と、既定の電位への設定が終了してから既定の時間が経過した後に前記撮像素子の出力信号を出力させる出力制御手段とを備え、
前記画像処理部は、前記出力制御手段により出力された前記撮像素子の出力信号を用いて前記画素の光電変換特性の温度特性を補償する温度特性補償手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記既定の時間は、既定の電位への設定が終了後３０マイクロ秒以上で、かつ、１フレームの撮影に要する時間以内であ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】
前記撮像素子は、前記光電変換素子と前記対数変換素子との間に両者を切り離すためのスイッチ手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像制御部は、前記スイッチ手段を制御するスイッチ制御手段を備え、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ手段が制御されて前記光電変換素子と前記対数変換素子とが切り離された状態で、少なくとも２回、異なる前記既定の時間が経過した後に出力された前記撮像素子の出力信号の出力動作を行い、また、少なくとも２回、前記対数変換素子の出力端子が異なる既定の電位に設定された後に出力された前記撮像素子の出力信号の出力動作を行うことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記温度特性補償手段は、読み出された前記撮像素子の出力信号に基づいて前記画素の光電変換特性を算出する特性算出手段と、前記特性算出手段により算出された前記画素の光電変換特性に基づいて、前記画素の出力信号を基準光電変換特性に変換する特性変換手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記温度特性補償手段は、読み出された前記撮像素子の出力信号を前記画素の光電変換特性を表す係数に変換する係数変換テーブルと、前記係数変換テーブルから出力された係数に基づいて、前記画素の出力信号を基準光電変換特性に変換する光電変換特性変換テーブルとを備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像素子の近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度特性補償手段は、出力された前記撮像素子の出力信号に基づいて前記画素の光電変換特性を算出する特性算出手段と、前記特性算出手段で算出された前記画素の光電変換特性と、前記温度検出手段で検出された前記撮像素子の出力信号読み出し時の前記撮像素子の近傍の温度とを記憶する係数記憶手段と、前記特性算出手段により算出された前記画素の光電変換特性あるいは前記係数記憶手段に記憶された前記画素の光電変換特性の何れかに基づいて、前記画素の出力信号を基準光電変換特性に変換する特性変換手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、線形特性と対数特性の２つの光電変換特性が自動的に切り換えられる画素からなる撮像素子と、同撮像素子の光電変換特性の温度特性を補償する手段とを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像素子の高機能化の一つとして、撮像素子が扱うことのできる被写体の輝度範囲、すなわちダイナミックレンジ（以下、Ｄレンジと言う）を拡大させることが大きなテーマとなっている。Ｄレンジの拡大に関し、フォトダイオード等の光電変換素子をマトリクス状に配置してなる撮像素子に、ＭＯＳＦＥＴ等を備えた対数変換回路を付加し、前記ＭＯＳＦＥＴのサブスレッショルド特性を利用することで、撮像素子の出力特性を入射光量に対して電気信号が対数的に変換されるようにした対数変換型撮像素子（以下、ログセンサと言う）（例えば、特許文献１参照）や、ログセンサにおいて、ＭＯＳＦＥＴに特定のリセット電圧を与えることで、撮像素子本来の出力特性、すなわち入射光量に応じて電気信号が線形的に変換されて出力される線形動作状態と、前述の対数動作状態とを入射光量に応じて自動的に切り替えることが可能（以下、リニアログ特性と言う）にされた線形対数変換型撮像素子（以下、リニアログセンサと言う）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
撮像素子の光電変換特性は温度特性を持つが、特に、特許文献２に示されたリニアログセンサの場合には線形特性と対数特性とで温度特性が異なる。中でも、線形特性と対数特性との切り替わりの点（以下、変曲点と言う）に関しては、線形特性と対数特性の各々の特性変化により決定されるものであるため、計算式のみによって算出するのは非常に難かしい。
【０００４】
さらに、例えばリニアログセンサを車載カメラ用に用いる場合等には、環境温度の変化範囲が非常に広くなるため（例えば、動作温度範囲が＋８５°Ｃ〜−４０°Ｃ）、変曲点の算出は、より困難になる。撮影中に撮像素子の温度が変化した場合に、それに合わせて信号処理を異ならせる必要があるので、リアルタイムに温度変化による光電変換特性の変化情報を取得することが望ましい。
【０００５】
そこで、撮像素子の温度を計測する温度センサを有し、温度センサの出力を用いて予め定められた補正値を用いて撮像素子の光電変換特性を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−２９８７９８号公報
【特許文献２】特開２００２−７７７３３号公報
【特許文献３】特開２００２−３４４８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３の方法では、精度のよい温度特性補正を行うためには、例えば撮像装置の出荷時に、撮像装置に搭載されている撮像素子の各温度に対応した光電変換特性データを温度を変えて測定し、全てのデータを撮像装置に記憶しておくことが必要であるが、この方法は測定に膨大な時間が必要で非常に効率が悪く、実用的でない。一方、全ての撮像素子に共通の補正値を一律に記憶しておく方法では、撮像素子の温度特性の個体差が補正されずに残ってしまうので精度がよくない。
【０００７】
このように、線形特性と対数特性とを含む光電変換特性で動作する撮像素子に対して、実用に適した温度補償の構成は、まだ提案されていないのが実情であった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、線形特性と対数特性とを含む光電変換特性で動作し得る撮像素子の温度特性の補償を行える、新規かつ有用な撮像装置を提供することを目的とし、より詳しくは、このような撮像素子の光電変換特性の変化を温度センサを用いずに直接測定することで、撮像素子の個体差も含めた温度特性をリアルタイムに補償することのできる撮像装置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】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１０】
１．光電変換素子と、前記光電変換素子の出力電流を対数変換する対数変換素子とを有し、線形特性と対数特性の２つの領域を含む光電変換特性で動作しうる画素が複数個マトリクス状に配置された撮像素子と、
前記撮像素子の撮像動作を制御する撮像制御部と、
前記撮像素子の出力信号に信号処理を施す信号処理部とを備えた撮像装置において、
前記撮像素子は、前記対数変換素子の出力端子を既定の電位に設定する電位設定手段を備え、
前記撮像制御部は、前記電位設定手段に前記対数変換素子の出力端子を既定の電位に設定させる電位設定制御手段と、既定の電位への設定が終了してから既定の時間が経過した後に前記撮像素子の出力信号を出力させる出力制御手段とを備え、
前記画像処理部は、前記出力制御手段により出力された前記撮像素子の出力信号を用いて前記画素の光電変換特性の温度特性を補償する温度特性補償手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【００１１】
２．前記既定の時間は、既定の電位への設定が終了後３０マイクロ秒以上で、かつ、１フレームの撮影に要する時間以内であることを特徴とする１に記載の撮像装置。
【００１２】
３．前記撮像素子は、前記光電変換素子と前記対数変換素子との間に両者を切り離すためのスイッチ手段を備えたことを特徴とする１または２に記載の撮像装置。
【００１３】
４．前記撮像制御部は、前記スイッチ手段を制御するスイッチ制御手段を備え、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ手段が制御されて前記光電変換素子と前記対数変換素子とが切り離された状態で、少なくとも２回、異なる前記既定の時間が経過した後に出力された前記撮像素子の出力信号の出力動作を行い、また、少なくとも２回、前記対数変換素子の出力端子が異なる既定の電位に設定された後に出力された前記撮像素子の出力信号の出力動作を行うことを特徴とする３に記載の撮像装置。
【００１４】
５．前記温度特性補償手段は、読み出された前記撮像素子の出力信号に基づいて前記画素の光電変換特性を算出する特性算出手段と、前記特性算出手段により算出された前記画素の光電変換特性に基づいて、前記画素の出力信号を基準光電変換特性に変換する特性変換手段とを備えたことを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【００１５】
６．前記温度特性補償手段は、読み出された前記撮像素子の出力信号を前記画素の光電変換特性を表す係数に変換する係数変換テーブルと、前記係数変換テーブルから出力された係数に基づいて、前記画素の出力信号を基準光電変換特性に変換する光電変換特性変換テーブルとを備えたことを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【００１６】
７．前記撮像素子の近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度特性補償手段は、出力された前記撮像素子の出力信号に基づいて前記画素の光電変換特性を算出する特性算出手段と、前記特性算出手段で算出された前記画素の光電変換特性と、前記温度検出手段で検出された前記撮像素子の出力信号読み出し時の前記撮像素子の近傍の温度とを記憶する係数記憶手段と、前記特性算出手段により算出された前記画素の光電変換特性あるいは前記係数記憶手段に記憶された前記画素の光電変換特性の何れかに基づいて、前記画素の出力信号を基準光電変換特性に変換する特性変換手段とを備えたことを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、撮像素子の各画素を規定の電位に設定し、電位設定終了後既定の時間が経過した後に撮像素子の信号出力を出力し、出力された出力信号から撮像素子の光電変換特性を算出することで、温度センサを用いずに撮像素子の光電変換特性の変化を直接測定することができ、撮像素子の個体差も含めた温度特性をリアルタイムに補償することのできる撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００１９】
まず、本発明における撮像装置の構成の一例を、図１を用いて説明する。図１は、撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
【００２０】
図１において、撮像装置１は、レンズ１３１、レンズ駆動部１３３、絞り１２１、絞り駆動部１２３、制御部１５１、撮像制御部１６１、撮像素子１６２、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６３、画像処理部１６５、温度センサ１９１、記録媒体１８１、操作部１１１および表示部１１３等からなる。撮像素子１６２の構成については図２乃至図４で後述する。
【００２１】
被写体からの光はレンズ１３１で集光され、絞り１２１で適正光量にされて撮像素子１６２上に結像される。撮像素子１６２上に結像された被写体からの光は撮像素子で光電変換され、撮像素子１６２の出力信号１６２ｋとしてＡ／Ｄ変換器１６３に向けて出力され、Ａ／Ｄ変換器１６３でデジタルデータ化されて画素信号Ｖｐｘに変換される。
【００２２】
画素信号Ｖｐｘは画像処理部１６５に入力されて、後述する光電変換特性の温度特性補償を含む所定の画像処理が施され、画像データ１６５ａとして撮像制御部１６１に向けて出力される。ここに、画像処理部１６５は、本発明における温度特性補償手段、信号処理部を含む画像処理部として機能する。上述した撮像動作は、撮像制御部１６１によって制御される。撮像制御部１６１は、本発明における電位設定制御手段および出力制御手段として機能する。
【００２３】
画像データ１６５ａは撮像制御部１６１から制御部１５１に入力され、制御部１５１により記録媒体１８１に記録され、必要に応じて表示部１１３に表示される。一方、制御部１５１により、レンズ駆動部１３３を介してレンズ１３１のピント調節（所謂ＡＦ動作）が行われ、絞り駆動部１２３を介して絞り１２１の制御（所謂ＡＥ動作）が行われる。撮像素子１６２の近傍の温度が温度センサ１９１により検知され、検知結果が温度データＴａとして制御部１５１に入力されて各種制御に利用される。
【００２４】
上述した各動作は、撮影者が操作部１１１を操作することにより操作部１１１から制御部１５１に入力される操作信号１１１ａに従って、制御部１５１により制御される。
【００２５】
次に、本発明における撮像素子１６２の第１の実施の形態について、図２乃至図４を用いて説明する。図２は、第１の実施の形態における撮像素子１６２を構成する各部の配置を示す模式図である。
【００２６】
図２において、撮像素子１６２は、図３に示す画素１６２ｂがｍ行ｎ列に配置された画素部１６２Ｂ、垂直走査回路１６２ｃ、サンプルホールド回路１６２ｄ、出力回路１６２ｅ、水平走査回路１６２ｆ、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１６２ｈ等で構成されている。
【００２７】
画素部１６２Ｂは垂直走査回路１６２ｃにより順次選択され、選択された行の各列の画素１６２ｂの出力信号がサンプルホールド回路１６２ｄに保持される。サンプルホールド回路１６２ｄに保持された出力信号は、水平走査回路１６２ｆの走査に従って、出力信号１６２ｋとして出力回路１６２ｅから順次出力される。これらの動作は、撮像制御部１６１の制御下でタイミングジェネレータ（ＴＧ）１６２ｈにより制御される。
【００２８】
図３は、撮像素子１６２の通常画素部１６２Ｂを構成する画素１６２ｂの回路構成の一例を示す回路図である。
【００２９】
図３において、画素１６２ｂは、フォトダイオードＰＤ（以下、ＰＤ部と言う）と、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタ：以下、トランジスタと言う）Ｑ１〜Ｑ３、およびＮチャンネルトランジスタＱ４、Ｑ５とから構成されている。画素初期化信号φＶＰＳ、電位入力信号φＲＳＴ、温度特性検出信号φＲＳＢ、スイッチ信号φＳ、読出信号φＶは、各トランジスタに対する制御信号（電位）を示し、ＶＤＤは電源、ＧＮＤは接地を示している。
【００３０】
ＰＤ部は、アノードがＧＮＤに接地され、カソードがトランジスタＱ２のドレインに接続されている。ＰＤ部は本発明における光電変換素子として機能し、被写体からの入射光による撮像素子１６２のセンサ面照度Ｌに比例した光電流Ｉｐが発生される。
【００３１】
トランジスタＱ１はリニアログ特性変換のための素子で本発明における対数変換素子として機能し、ソースが画素初期化信号φＶＰＳに接続され、ゲートとドレインがトランジスタＱ２のソースに接続されており（この接続点を、以後、ＣＰ１と言う）、画素初期化信号φＶＰＳが一旦高電位ＶＨにされた後中間電位ＶＭにされることで、ＰＤ部の光電流Ｉｐがリニアログ特性変換される。この動作については前述した「特許文献２」に詳述されているので、ここでは説明を省略する。図３の回路では、撮像素子１６２のセンサ面照度Ｌが高いほどＣＰ１の電位は低くなる。ＣＰ１は、対数変換素子であるトランジスタＱ１の出力端子である。
【００３２】
トランジスタＱ２はＰＤ部とトランジスタＱ１とを接続あるいは切り離すためのスイッチ手段として機能し、ドレインがＰＤ部のカソードに、ソースがＣＰ１に、ゲートがスイッチ信号φＳにそれぞれ接続され、ゲート電位が接地電位ＧＮＤにされることでＰＤ部とトランジスタＱ１とが接続され、ＰＤ部の光電流Ｉｐがリニアログ特性変換される。
【００３３】
トランジスタＱ３は、ＣＰ１に画素の温度特性を検出するための温度特性検出信号φＲＳＢを印加するためのスイッチで、ドレインがＣＰ１に、ソースが温度特性検出信号φＲＳＢに、ゲートが電位入力信号φＲＳＴにそれぞれ接続されている。トランジスタＱ３、電位入力信号φＲＳＴおよび温度特性検出信号φＲＳＢは、本発明における電位設定手段として機能する。
【００３４】
トランジスタＱ４はソースフォロワ増幅回路を構成するもので、ドレインが電源電位ＶＤＤに、ソースがトランジスタＱ５のドレインに、ゲートがＣＰ１にそれぞれ接続され、ＣＰ１の電位に対して電流増幅を行うことで、出力インピーダンスを下げる働きをする。
【００３５】
トランジスタＱ５は、出力読出用のトランジスタで、ドレインがトランジスタＱ４のソースに、ソースが垂直信号線ＶＳＬに、ゲートが読出信号φＶにそれぞれ接続され、ゲート電位が電源電位ＶＤＤにされることで、ＣＰ１の電位がトランジスタＱ４を介して低インピーダンス化されて、画素の出力信号Ｖｏｕｔとして垂直信号線ＶＳＬに出力される。トランジスタＱ４とＱ５とは画素１６２ｂの出力回路を構成する。
【００３６】
ここで、画素１６２ｂの温度特性について述べると、温度特性は２つに大別できる。１つはトランジスタＱ４およびＱ５で構成される画素１６２ｂの出力回路の温度特性であり、出力回路のゲインの変化として現れる。これについては、トランジスタＱ４のゲートすなわちＣＰ１に定電圧を印加することで検出することができる。光電変換特性の線形特性領域における温度特性は、この出力回路の温度特性が支配的である。
【００３７】
もう一つが、対数変換特性の傾き特性の温度特性である。これを検出するためには、対数変換用トランジスタであるトランジスタＱ１にサブスレショルド電流が流れ、対数変換特性が成立している状態での画素の出力信号Ｖｏｕｔを読み出す必要がある。本発明においては、トランジスタＱ３と温度特性検出信号φＲＳＢとを用いて、この対数変換特性の傾き特性の温度特性を検出する。
【００３８】
図４は、図２および図３に示した撮像素子１６２を一般的なＣＭＯＳ型撮像素子の駆動方法であるローリングシャッタ方式で駆動する場合のタイミングチャートの一例で、図４（ａ）は水平ｊ行目（ｊは正の整数）の画素行の通常撮影時の駆動方法を示すタイミングチャート、図４（ｂ）は水平ｊ行目（ｊは正の整数）の画素行の温度特性補償情報読出時の駆動方法を示すタイミングチャートである。ここに、Ｈは電源電位ＶＤＤを、Ｌは接地電位ＧＮＤを示すこととする。
【００３９】
図４（ａ）において、通常の撮影時には電位入力信号φＲＳＴｊは常時電源電位ＶＤＤにされてトランジスタＱ３は動作しない。
【００４０】
水平ｊ行目の画素行で、最初に画素初期化信号φＶＰＳｊが中間電位ＶＭにされて、トランジスタＱ１がリニアログ変換可能な状態となる。時間ｔ１でスイッチ信号φＳｊが接地電位ＧＮＤにされることでＰＤ部とトランジスタＱ１とが接続され、ＰＤ部の光電流Ｉｐのリニアログ変換が開始される。時間ｔ１〜ｔ２が所謂露出時間である。
【００４１】
時間ｔ２〜ｔ３で読出信号φＶｊが電源電位ＶＤＤにされることで、水平ｊ行目の全ての画素１６２ｂのＣＰ１の電位がトランジスタＱ４とＱ５とを介して光電変換信号Ｖｓとして垂直信号線ＶＳＬに出力される。時間ｔ４でスイッチ信号φＳｊが電源電位ＶＤＤにされることでＰＤ部がトランジスタＱ１から切り離され、時間ｔ５〜ｔ６で画素初期化信号φＶＰＳｊが高電位ＶＨにされることで、ＣＰ１がリセット（初期化）される。
【００４２】
時間ｔ７〜ｔ８で読出信号φＶｊが電源電位ＶＤＤにされることで、水平ｊ行目の全ての画素１６２ｂのＣＰ１の初期化状態の電位、すなわちリセットノイズがトランジスタＱ４とＱ５とを介してノイズ信号Ｖｎとして垂直信号線ＶＳＬに出力される。垂直信号線ＶＳＬに出力された光電変換信号Ｖｓとノイズ信号Ｖｎとは、図２に示したサンプルホールド回路１６２ｄで差分がとられ、画素信号Ｖｐｘとなる（Ｖｐｘ＝Ｖｓ−Ｖｎ）。
【００４３】
画素信号Ｖｐｘの水平１行分が、図２に示した水平走査回路１６２ｆの水平走査信号φＨｊに従って、水平１行分の出力信号１６２ｋとして出力回路１６２ｅからＡ／Ｄ変換器１６３に向けて出力される。以上が通常の撮影時の水平ｊ行目の画素行の動作である。
【００４４】
次に、温度特性補償情報読出時の動作について、図４（ｂ）を用いて説明する。温度特性補償情報読出時にはスイッチ信号φＳｊは常時電源電位ＶＤＤにされてＰＤ部とトランジスタＱ１とは切り離された状態にされる。各画素のスイッチ信号φＳは、撮像制御部１６１の制御下で、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１６２ｈにより制御される。ここに、撮像制御部１６１およびタイミングジェネレータ（ＴＧ）１６２ｈは本発明におけるスイッチ制御手段として機能する。
【００４５】
まず、図３で述べた光電変換特性の対数特性領域の傾き特性の温度特性を求める方法について説明する。
【００４６】
温度特性補償情報読出の１フレーム目の動作において、水平ｊ行目の画素行で、まず最初に画素初期化信号φＶＰＳｊが中間電位ＶＭにされて、トランジスタＱ１がリニアログ変換可能な状態となる。時間ｔ１１〜ｔ１２で電位入力信号φＲＳＴｊが接地電位ＧＮＤにされることで、ＣＰ１が温度特性検出信号φＲＳＢｊの信号電位Ｖｒ１に設定される。電位Ｖｒ１は、画像として再現された場合に「白」として再現される所謂「白レベル」に相当する低い電位である。
【００４７】
白レベル電位Ｖｒ１に設定されたＣＰ１の電位は、トランジスタＱ１のリニアログ変換動作により電位が上昇し、既定時間Ｔｗ１経過後には光電流Ｉｐ＝Ｉｄ１に相当する状態になる。時間ｔ１２で電位入力信号φＲＳＴｊが電源電位ＶＤＤに戻されてから既定時間Ｔｗ１経過後の時間ｔ１３〜ｔ１４で読出信号φＶｊが電源電位ＶＤＤにされることで、水平ｊ行目の全ての画素１６２ｂのＣＰ１の時間ｔ１３での電位がトランジスタＱ４とＱ５とを介して第１の温度特性信号Ｖｔ１として垂直信号線ＶＳＬに出力される。
【００４８】
時間ｔ１５〜ｔ１６で画素初期化信号φＶＰＳｊが高電位ＶＨにされることで、ＣＰ１がリセット（初期化）される。時間ｔ１７〜ｔ１８で読出信号φＶｊが電源電位ＶＤＤにされることで、水平ｊ行目の全ての画素１６２ｂのＣＰ１の初期化状態の電位、すなわちリセットノイズがトランジスタＱ４とＱ５とを介して第１のノイズ信号Ｖｎ１として垂直信号線ＶＳＬに出力される。
【００４９】
第１のノイズ信号Ｖｎ１の読出終了後、垂直信号線ＶＳＬに出力された第１の温度特性信号Ｖｔ１と第１のノイズ信号Ｖｎ１とは、図２に示したサンプルホールド回路１６２ｄで差分がとられ、水平走査信号φＨｊのｊ１に従って出力されて第１の温度特性出力ＤＡ１となる（ＤＡ１＝Ｖｔ１−Ｖｎ１）。全水平行に対して順次タイミングをずらせて上記の動作が行われ、温度特性補償情報読出動作の１フレーム目が終了する。
【００５０】
次に、温度特性補償情報読出の２フレーム目の動作において、水平ｊ行目の画素行で、上述した１フレーム目と同様の動作が行われる。１フレーム目と異なるところは、時間ｔ１２で電位入力信号φＲＳＴｊが電源電位ＶＤＤに戻されてから、時間ｔ１３〜ｔ１４で読出信号φＶｊが電源電位ＶＤＤにされるまでの時間が既定時間Ｔｗ１ではなく、既定時間Ｔｗ１とは異なる既定時間Ｔｗ２である点である。
【００５１】
従って、２フレーム目の時間ｔ１３〜ｔ１４では、水平ｊ行目の全ての画素１６２ｂのＣＰ１の時間ｔ１３での電位がトランジスタＱ４とＱ５とを介して第２の温度特性信号Ｖｔ２として垂直信号線ＶＳＬに出力され、時間ｔ１７〜ｔ１８での第２のノイズ信号Ｖｎ２の読出終了後、垂直信号線ＶＳＬに出力された第２の温度特性信号Ｖｔ２と第２のノイズ信号Ｖｎ２とは、図２に示したサンプルホールド回路１６２ｄで差分がとられ、水平走査信号φＨｊのｊ２に従って出力されて第２の温度特性出力ＤＡ２となる（ＤＡ２＝Ｖｔ２−Ｖｎ２）。全水平行に対して順次タイミングをずらせて上記の動作が行われ、温度特性補償情報読出動作の２フレーム目が終了する。
【００５２】
上述した温度特性補償情報読出の１フレーム目および２フレーム目の動作において、時間ｔ１２で白レベル電位Ｖｒ１に設定されたＣＰ１の電位は、トランジスタＱ１のリニアログ変換動作により電位が上昇し、既定時間Ｔｗ１経過後には光電流Ｉｐ＝Ｉｄ１に相当する状態に、既定時間Ｔｗ２経過後には光電流Ｉｐ＝Ｉｄ２に相当する状態になる。
【００５３】
既定時間Ｔｗ１と電流Ｉｄ１および既定時間Ｔｗ２と電流Ｉｄ２の関係は事前の測定により予め知ることができるが、トランジスタＱ１にサブスレショルド電流が流れる状態になるまでの応答時間の関係から、既定時間Ｔｗ１およびＴｗ２は３０マイクロ秒以上であることが望ましい。また、通常の撮像動作の途中で温度特性補償情報読出動作を行うことを想定すると、温度特性補償情報読出動作も通常の撮影のフレームレートに同期させるのが好ましいので、既定時間Ｔｗ１およびＴｗ２は１フレームの撮影に要する時間以内であることが望ましい。本例では、Ｔｗ１＞Ｔｗ２としているが、逆であってもよい。
【００５４】
このようにして、異なる既定時間、すなわち異なる光電流に相当する状態で少なくとも２回の温度特性補償情報読出動作を行うことで、光電変換特性の対数特性領域での（Ｉｄ１，ＤＡ１）と（Ｉｄ２，ＤＡ２）との２組の温度特性データが得られたことになる。少なくとも２組のデータが得られれば、対数特性を表す式は特定できる。
【００５５】
次に、図３で述べた光電変換特性の線形特性領域での出力回路の温度特性を求める方法について説明する。
【００５６】
温度特性補償情報読出の３フレーム目の動作において、水平ｊ行目の画素行で、時間ｔ１９で画素初期化信号φＶＰＳｊが低電位ＶＬに設定されることでトランジスタＱ１がカットオフ状態とされるとともに、電位入力信号φＲＳＴｊが接地電位ＧＮＤにされ、温度特性検出信号φＲＳＢｊが信号電位Ｖｒ３に設定されることでＣＰ１の電位がＶｒ３に設定される。電位Ｖｒ３は、ＰＤ部に線形特性領域の光電流Ｉｐ＝Ｉｄ３が流れた場合にＣＰ１に発生する電位である。
【００５７】
時間ｔ２０〜ｔ２１で読出信号φＶｊが電源電位ＶＤＤにされることで、水平ｊ行目の全ての画素１６２ｂのＣＰ１の時間ｔ２０での電位がトランジスタＱ４とＱ５とを介して第３の温度特性信号Ｖｔ３として垂直信号線ＶＳＬに出力される。出力完了後、電位入力信号φＲＳＴｊが電源電位ＶＤＤにされる。
【００５８】
時間ｔ２２〜ｔ２３で画素初期化信号φＶＰＳｊが高電位ＶＨにされることで、ＣＰ１がリセット（初期化）される。時間ｔ２４〜ｔ２５で読出信号φＶｊが電源電位ＶＤＤにされることで、水平ｊ行目の全ての画素１６２ｂのＣＰ１の初期化状態の電位、すなわちリセットノイズがトランジスタＱ４とＱ５とを介して第３のノイズ信号Ｖｎ３として垂直信号線ＶＳＬに出力される。
【００５９】
第３のノイズ信号Ｖｎ３の読出終了後、垂直信号線ＶＳＬに出力された第３の温度特性信号Ｖｔ３と第３のノイズ信号Ｖｎ３とは、図２に示したサンプルホールド回路１６２ｄで差分がとられ、水平走査信号φＨｊのｊ３に従って出力されて第３の温度特性出力ＤＡ３となる（ＤＡ３＝Ｖｔ３−Ｖｎ３）。全水平行に対して順次タイミングをずらせて上記の動作が行われ、温度特性補償情報読出動作の３フレーム目が終了する。
【００６０】
次に、温度特性補償情報読出の４フレーム目の動作において、水平ｊ行目の画素行で、上述した３フレーム目と同様の動作が行われる。３フレーム目と異なるところは、温度特性検出信号φＲＳＢｊの設定される電位が信号電位Ｖｒ３ではなく、信号電位Ｖｒ３と異なる信号電位Ｖｒ４である点である。電位Ｖｒ４は、ＰＤ部に線形特性領域の光電流Ｉｐ＝Ｉｄ４が流れた場合にＣＰ１に発生する電位である。
【００６１】
従って、４フレーム目の時間ｔ２０〜ｔ２１では、水平ｊ行目の全ての画素１６２ｂのＣＰ１の時間ｔ２０での電位がトランジスタＱ４とＱ５とを介して第４の温度特性信号Ｖｔ４として垂直信号線ＶＳＬに出力され、時間ｔ２４〜ｔ２５での第４のノイズ信号Ｖｎ４の読出終了後、垂直信号線ＶＳＬに出力された第４の温度特性信号Ｖｔ４と第４のノイズ信号Ｖｎ４とは、図２に示したサンプルホールド回路１６２ｄで差分がとられ、水平走査信号φＨｊのｊ４に従って出力されて第４の温度特性出力ＤＡ４となる（ＤＡ４＝Ｖｔ４−Ｖｎ４）。全水平行に対して順次タイミングをずらせて上記の動作が行われ、温度特性補償情報読出動作の４フレーム目が終了する。
【００６２】
３フレーム目および４フレーム目の動作においては、１フレーム目や２フレーム目のように既定時間Ｔｗ１あるいはＴｗ２の時間待ちは必要なく、ＣＰ１の電位が信号電位Ｖｒ３あるいはＶｒ４に設定されればすぐに第３の温度特性信号Ｖｔ３あるいは第４の温度特性信号Ｖｔ４の出力を行ってもよい。
【００６３】
このようにして、異なる既定の電位、すなわち異なる光電流に相当する状態で少なくとも２回の温度特性補償情報読出動作を行うことで、光電変換特性の線形特性領域での（Ｉｄ３，ＤＡ３）と（Ｉｄ４，ＤＡ４）との２組の温度特性データが得られたことになる。少なくとも２組のデータが得られれば、線形特性を表す式は特定できる。以上で前述した光電変換特性の対数特性領域での（Ｉｄ１，ＤＡ１）と（Ｉｄ２，ＤＡ２）との２組の温度特性データと合わせて４組の温度特性データが得られたことになる。
【００６４】
上述した温度特性補償情報読出動作は、通常撮像動作の合間に一定時間毎、あるいは何らかの特定動作時（例えば電源投入時や撮影開始時等）に行うようにすればよい。温度特性補償情報読出動作を通常撮像動作の合間に行う場合は、その間の通常撮影の画像が失われるので、直前の通常撮影の画像を記憶しておき、温度特性補償情報読出動作の時間分、直前の通常撮影の画像を繰り返して補う等の対応が行われることが望ましい。
【００６５】
なお、ここでは、光電変換特性の対数特性領域での（Ｉｄ１，ＤＡ１）と（Ｉｄ２，ＤＡ２）および線形特性領域での（Ｉｄ３，ＤＡ３）と（Ｉｄ４，ＤＡ４）の合計４組の温度特性データを４フレーム連続の温度特性補償情報読出動作で得る方法を示したが、これに限るものではなく、例えば１秒に１フレームずつ計４秒間で４フレームの温度特性補償情報読出動作を行う、といったように複数回に分けてデータを取得してもよい。
【００６６】
続いて、本発明における温度補償方法について、図５乃至図７を用いて説明する。図５は、上述した温度特性補償情報読出動作で得られた光電変換特性の対数特性領域での（Ｉｄ１，ＤＡ１）と（Ｉｄ２，ＤＡ２）および線形特性領域での（Ｉｄ３，ＤＡ３）と（Ｉｄ４，ＤＡ４）の合計４組の温度特性データから画素１６２ｂの光電変換特性を算出する方法を説明するための模式図である。ここでは、４つの温度特性出力（ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３、ＤＡ４）は、全画素の４つの温度特性出力各々の平均値であるとする。
【００６７】
図５において、撮像素子１６２のチップ温度Ｔ＝Ｔａでの光電変換特性（以下、特性Ａと言う）は、光電流値Ｉｄ４での温度特性出力ＤＡ４と光電流値Ｉｄ３での温度特性出力ＤＡ３とから線形特性部分が求められ、光電流値Ｉｄ２での温度特性出力ＤＡ２と光電流値Ｉｄ１での温度特性出力ＤＡ１とから対数特性部分が求められ、線形特性と対数特性との交点から変曲点ＴｈＡが求められる。
【００６８】
線形特性のモデル式は（ｙ＝ａ・ｘ＋ｂ：ａ、ｂは定数）で与えられる。そこで、特性Ａでの線形特性のモデル式を以下の（１式）とすると、
ｙ＝ａＡ・ｘ＋ｂＡ    ・・・（１式）
ここに、ａＡおよびｂＡは特性Ａでの定数である。（１式）に特性Ａの線形特性部分の２点のデータ（Ｉｄ４，ＤＡ４）と（Ｉｄ３，ＤＡ３）を代入し、
ＤＡ４＝ａＡ・Ｉｄ４＋ｂＡ
ＤＡ３＝ａＡ・Ｉｄ３＋ｂＡ
上式から定数ａＡおよびｂＡを求めると、
ａＡ＝（ＤＡ４−ＤＡ３）／（Ｉｄ４−Ｉｄ３）
ｂＡ＝（Ｉｄ４・ＤＡ３−Ｉｄ３・ＤＡ４）／（Ｉｄ４−Ｉｄ３）
となって、（１式）が求まる。
【００６９】
対数特性のモデル式は（ｙ＝ｃ・ｌｎ（ｘ）＋ｄ）で与えられる。そこで、特性Ａでの対数特性のモデル式を以下の（２式）とすると、
ｙ＝ｃＡ・ｌｎ（ｘ）＋ｄＡ    ・・・（２式）
ここに、ｃＡおよびｄＡは特性Ａでの定数である。（２式）に特性Ａの対数特性部分の２点のデータ（Ｉｄ２，ＤＡ２）と（Ｉｄ１，ＤＡ１）を代入し、
ＤＡ２＝ｃＡ・ｌｎ（Ｉｄ２）＋ｄＡ
ＤＡ１＝ｃＡ・ｌｎ（Ｉｄ１）＋ｄＡ
上式から定数ｃおよびｄを求めると、
ｃＡ＝（ＤＡ２−ＤＡ１）／ｌｎ（Ｉｄ２／Ｉｄ１）
ｄＡ＝｛ＤＡ１・ｌｎ（Ｉｄ２）−ＤＡ２・ｌｎ（Ｉｄ１）｝／｛ｌｎ（Ｉｄ２／Ｉｄ１）｝
となって、（２式）が求まる。
【００７０】
次に、変曲点の値ＴｈＡを求める。変曲点では光電流値ＩｄＡでの（１式）と（２式）の温度特性出力が共にＴｈＡとなることから、
ＴｈＡ＝ａＡ・ＩｄＡ＋ｂＡ
＝ｃＡ・ｌｎ（ＩｄＡ）＋ｄＡ
これから、
ＴｈＡ−ｃＡ・ｌｎ｛（ＴｈＡ−ｂＡ）／ａＡ｝＋ｄＡ＝０    ・・・（３式）
（３式）はこのままでは数式での解法はできないので、近似式を用いるか、ＴｈＡに適当な値を代入して（３式）の左辺が最少となるＴｈＡを求める数値解法を行う。
【００７１】
以上をまとめると、
ｙ＝ａＡ・ｘ＋ｂＡ    ・・・（１式）
ａＡ＝（ＤＡ４−ＤＡ３）／（Ｉｄ４−Ｉｄ３）
ｂＡ＝（Ｉｄ４・ＤＡ３−Ｉｄ３・ＤＡ４）／（Ｉｄ４−Ｉｄ３）
ｙ＝ｃＡ・ｌｎ（ｘ）＋ｄＡ    ・・・（２式）
ｃＡ＝（ＤＡ２−ＤＡ１）／ｌｎ（Ｉｄ２／Ｉｄ１）
ｄＡ＝｛ＤＡ１・ｌｎ（Ｉｄ２）−ＤＡ２・ｌｎ（Ｉｄ１）｝／｛ｌｎ（Ｉｄ２／Ｉｄ１）｝
ＴｈＡ−ｃＡ・ｌｎ｛（ＴｈＡ−ｂＡ）／ａＡ｝＋ｄＡ＝０    ・・・（３式）
以上の（１式）乃至（３式）によって、撮像素子１６２のチップ温度Ｔ＝Ｔａでの画素１６２ｂの光電変換特性を与える式が求められたことになる。
【００７２】
図６は、図５で求められた画素１６２ｂの光電変換特性を基準の光電変換特性に変換することによって、光電変換特性の温度特性を補償する方法を示す模式図である。
【００７３】
図６において、まずチップ温度Ｔ＝Ｔａでの特性ＡをＴ＝Ｔｓ（基準温度）での基準特性Ｓに変換する方法について説明する。ここでは特性Ａは線形特性、対数特性ともに基準特性よりも傾きがねている、つまり低温側の特性である。
【００７４】
基準特性は、事前の測定等により線形特性および対数特性を表す各定数と変曲点の座標（ＩｄＳ，ＴｈＳ）が予め求められているか、あるいは計算上の理想特性で線形特性および対数特性を表す各定数と変曲点の座標が既知である。その特性を示すモデル式は、上述した（１式）と（２式）と同様に、以下の（１１式）と（１２式）とで示される。
【００７５】
ｙ＝ａＳ・ｘ＋ｂＳ    ・・・（１１式）
ｙ＝ｃＳ・ｌｎ（ｘ）＋ｄＳ    ・・・（１２式）
ここに、ａＳ、ｂＳ、ｃＳ、ｄＳは基準特性での基準の係数である。
【００７６】
特性Ａを基準特性Ｓに変換するには、特性Ａを３つの領域に分け、各々の領域毎に以下の変換を行う。
【００７７】
（領域１）特性Ａの画素信号ＶｐｘがＴｈＡ１未満の領域。ここに、ＴｈＡ１は基準特性Ｓの変曲点ＴｈＳを与えるセンサ面照度ＩｄＳでの特性Ａの画素信号Ｖｐｘの値であり、（１式）のｘにＩｄＳを代入することで得られる。この領域では特性Ａの線形特性から基準特性Ｓの線形特性への変換が行われる。変換前と変換後の画素信号ＶｐｘをそれぞれＤとＤｏｕｔとすると、（１式）から
Ｄ＝ａＡ・ｘ＋ｂＡ
これからｘを求めて（１１式）に代入して、変換式（２１式）を得る。
【００７８】
Ｄｏｕｔ＝ａＳ・（（Ｄ−ｂＡ）／ａＡ）＋ｂＳ    ・・・（２１式）
（領域２）特性Ａの画素信号ＶｐｘがＴｈＡ１以上、ＴｈＡ（特性Ａの変曲点）未満の領域。この領域では特性Ａの線形特性から基準特性Ｓの対数特性への変換が行われる。変換前と変換後の画素信号ＶｐｘをそれぞれＤとＤｏｕｔとすると、（１式）から
Ｄ＝ａＡ・ｘ＋ｂＡ
これからｘを求めて（１２式）に代入して、変換式（２２式）を得る。
【００７９】
Ｄｏｕｔ＝ｃＳ・ｌｎ｛（Ｄ−ｂＡ）／ａＡ｝＋ｄＳ    ・・・（２２式）
（領域３）特性Ａの画素信号ＶｐｘがＴｈＡ以上の領域。この領域では特性Ａの対数特性から基準特性Ｓの対数特性への変換が行われる。変換前と変換後の画素信号ＶｐｘをそれぞれＤとＤｏｕｔとすると、（２式）から
Ｄ＝ｃＡ・ｌｎ（ｘ）＋ｄＡ
であるから、これからｘを求めて（１２式）に代入して、変換式（２３式）を得る。
【００８０】
Ｄｏｕｔ＝ｃＳ・ｌｎ［ｅｘｐ｛（Ｄ−ｄＡ）／ｃＡ｝］＋ｄＳ・・・（２３式）
次に、チップ温度Ｔ＝Ｔｂでの特性ＢをＴ＝Ｔｓ（基準温度）での基準特性Ｓに変換する方法について説明する。ここでは特性Ｂは線形特性、対数特性ともに基準特性よりも傾きが立っている、つまり高温側の特性である。特性Ｂのモデル式は、上述した（１式）と（２式）の「Ａ」を「Ｂ」に置き換えた以下の（３１式）と（３２式）である。
【００８１】
ｙ＝ａＢ・ｘ＋ｂＢ    ・・・（３１式）
ｙ＝ｃＢ・ｌｎ（ｘ）＋ｄＢ    ・・・（３２式）
ここでも、特性Ｂを基準特性Ｓに変換するには、特性Ｂを３つの領域に分け、各々の領域毎に以下の変換を行う。
【００８２】
（領域１）特性Ｂの画素信号ＶｐｘがＴｈＢ（特性Ｂの変曲点）未満の領域。この領域では特性Ｂの線形特性から基準特性Ｓの線形特性への変換が行われる。変換前と変換後の画素信号ＶｐｘをそれぞれＤとＤｏｕｔとすると、（３１式）から
Ｄ＝ａＢ・ｘ＋ｂＢ
これからｘを求めて（１１式）に代入して、変換式（３３式）を得る。
【００８３】
Ｄｏｕｔ＝ａＳ・（（Ｄ−ｂＢ）／ａＢ）＋ｂＳ    ・・・（３３式）
（領域２）特性Ｂの画素信号ＶｐｘがＴｈＢ以上、ＴｈＢ１未満の領域。ここに、ＴｈＢ１は基準特性Ｓの変曲点ＴｈＳを与えるセンサ面照度ＩｄＳでの特性Ｂの画素信号Ｖｐｘの値であり、（３２式）のｘにＩｄＳを代入することで得られる。この領域では特性Ｂの対数特性から基準特性Ｓの線形特性への変換が行われる。変換前と変換後の画素信号ＶｐｘをそれぞれＤとＤｏｕｔとすると、（３２式）から
Ｄ＝ｃＢ・ｌｎ（ｘ）＋ｄＢ
これからｘを求めて（１１式）に代入して、変換式（３４式）を得る。
【００８４】
Ｄｏｕｔ＝ａＳ・ｅｘｐ｛（Ｄ−ｄＢ）／ｃＢ｝＋ｂＳ    ・・・（３４式）
（領域３）特性Ｂの画素信号ＶｐｘがＴｈＢ１以上の領域。この領域では特性Ｂの対数特性から基準特性Ｓの対数特性への変換が行われる。変換前と変換後の画素信号ＶｐｘをそれぞれＤとＤｏｕｔとすると、（３２式）から
Ｄ＝ｃＢ・ｌｎ（ｘ）＋ｄＢ
これからｘを求めて（１２式）に代入して、変換式（３５式）を得る。
【００８５】
Ｄｏｕｔ＝ｃＳ・ｌｎ［ｅｘｐ｛（Ｄ−ｄＢ）／ｃＢ｝］＋ｄＳ・・・（３５式）
実際には、線形特性から線形特性への変換式である（２１式）と（３３式）および対数特性から対数特性への変換式である（２３式）と（３５式）とは同じ式であるから、結局、図５で述べた（１式）、（２式）および（３式）を用いて、温度特性補償情報読出動作で得られた４つの温度特性データから撮像時の光電変換特性を算出し、（２１式）、（２２式）、（２３式）および（３４式）を用いて、撮像時の光電変換特性を基準特性Ｓに変換することで光電変換特性の温度特性補償を行う。これらの演算は、画像処理部１６５で行われ、画像処理部１６５は本発明における特性算出手段および特性変換手段として機能する。
【００８６】
以上に述べたように、温度特性補償情報読出動作で得られた４つの温度特性データを用いて画素１６２ｂの光電変換特性を算出し、算出された光電変換特性を変換式を用いて基準特性Ｓに変換することにより、リアルタイムに光電変換特性の温度特性補償を行うことができ、温度センサを用いることなく、常に温度に依存しない適切な撮像データを得ることができる。
【００８７】
これらの変換を上述した変換式を用いて行う方法以外に、これらの変換を変換テーブルの形で予め用意しておき、演算を行うことなく高速に変換を行うことができる。これについて、図７を用いて説明する。図７は、図５および図６で述べたと同等の温度特性補償をルックアップテーブル（以下、ＬＵＴと言う）を用いて行う方法を示す回路ブロック図である。
【００８８】
図７において、ＬＵＴで構成される係数変換テーブル８０１には、温度特性補償情報読出動作で得られた４つの温度特性出力（ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３、ＤＡ４）が入力され、ＤＡ４とＤＡ３とから線形特性の係数ａＡとｂＡとが、ＤＡ２とＤＡ１とから対数特性の係数ｃＡとｄＡとが、各々変換テーブルから選択されて出力される。光電変換特性ＬＵＴ８０１は、図５の説明で述べた（１式）と（２式）の各係数の演算を行うＬＵＴである。
【００８９】
光電変換特性ＬＵＴ８０１の出力ａＡ、ｂＡ、ｃＡおよびｄＡは、変曲点ＬＵＴ８０３に入力され、この４つの係数から変曲点での画素信号Ｖｐｘの値ＴｈＡが変換テーブルから選択されて出力される。変曲点ＬＵＴ８０３は、図５の説明で述べた（３式）からＴｈＡを求める演算と同等の変換を行うＬＵＴである。
【００９０】
光電変換特性ＬＵＴ８０１の出力ａＡ、ｂＡ、ｃＡ、ｄＡと、変曲点ＬＵＴ８０３の出力ＴｈＡと、基準特性Ｓを示す各係数ａＳ、ｂＳ、ｃＳ，ｄＳおよび基準特性の変曲点の画素信号Ｖｐｘの値ＴｈＳとセンサ面照度ＩｄＳとが、光電変換特性変換テーブル８０５に入力され、変換前の画素１６２ｂの画素信号Ｖｐｘの値Ｄも光電変換特性変換テーブル８０５に入力されて、変換テーブルにより変換後の画素信号Ｖｐｘの値Ｄｏｕｔが選択されて出力される。光電変換特性変換テーブル８０５は、上述した各値から図６の説明で述べた（２１式）、（２２式）、（２３式）および（３４式）の演算と同等の変換を行うＬＵＴである。
【００９１】
以上に述べたように、図７に示したＬＵＴで構成される回路を用いることで、演算を行うことなく高速に温度特性補償のための光電変換特性の変換を行うことができる。もちろん、図７に示したＬＵＴを全て用いる必要はなく、各ＬＵＴと図５、図６に述べた演算とを適宜組み合わせて用いることでよい。これらの各ＬＵＴは、本発明における温度特性補償手段として機能し、画像処理部１６５内に置かれる。
【００９２】
次に、図５および図６に示した演算方式に自己学習回路を付加することで、高機能化する方法について、図８を用いて説明する。図８は、自己学習回路が付加された光電変換特性の温度特性補償回路の一例を示すブロック図である。
【００９３】
図８において、特性算出手段９０１には、温度特性補償情報読出動作で得られた４つの温度特性出力（ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３、ＤＡ４）が入力され、図５に示した演算が行われ、線形特性と対数特性を規定する４つの係数（ａＡ、ｂＡ、ｃＡ、ｄＡ）と変曲点の値ＴｈＡとが出力される。この５つの出力は特性変換手段９０５に入力されるとともに、係数記憶手段９０３にも入力され、４つの温度特性出力（ＤＡ４、ＤＡ２、ＤＡ３、ＤＡ４）が出力された時の撮像素子１６２の近傍に配置された温度センサ１９１の温度データＴａとともに記憶される。
【００９４】
係数記憶手段９０３は、撮影の度に上述した温度データＴａと特性算出手段９０１の出力である５つの係数（ａＡ、ｂＡ、ｃＡ、ｄＡ、ＴｈＡ）とを記憶し、撮像素子１６２の近傍の温度Ｔａと光電変換特性を示す５つの係数とのテーブルを自己学習的に蓄積する。次に撮影が行われて、光電変換特性の温度特性補償が行われる場合、係数記憶手段９０３に撮影時の撮像素子１６２の近傍の温度Ｔａに相当する温度と係数とのテーブルがすでに記憶されている時には、係数記憶手段９０３は上記の５つの係数（ａＡ、ｂＡ、ｃＡ、ｄＡ、ＴｈＡ）と、既知の係数が存在することを示す信号ＣＴＲとを特性変換手段９０５に向けて出力する。
【００９５】
特性変換手段９０５は、係数記憶手段９０３からの既知の係数が存在することを示す信号ＣＴＲを受信した場合は係数記憶手段９０３からの上記の５つの係数（ａＡ、ｂＡ、ｃＡ、ｄＡ、ＴｈＡ）を用いて変換前の画素１６２ｂの画素信号Ｖｐｘの値Ｄを基準特性Ｓ上の変換後の画素信号Ｖｐｘの値Ｄｏｕｔに変換し、係数記憶手段９０３からの既知の係数が存在することを示す信号ＣＴＲを受信しなかった場合は特性算出手段９０１の出力である５つの係数（ａＡ、ｂＡ、ｃＡ、ｄＡ、ＴｈＡ）を用いて変換前の画素１６２ｂの画素信号Ｖｐｘの値Ｄを基準特性Ｓ上の変換後の画素信号Ｖｐｘの値Ｄｏｕｔに変換する。
【００９６】
以上のように、一度特性算出手段９０１で算出された５つの係数をその時の撮像素子１６２の近傍の温度とともに記憶して係数記憶手段９０３上にデータテーブルを自己学習的に作成し、以後の撮影時に撮像素子１６２の近傍の温度が過去に撮影された温度であった場合には、特性算出手段９０１での算出を行わずに係数記憶手段９０３上のデータテーブルから５つの係数を引き出して使用することで、特性算出手段９０１での算出を省略でき、算出時間の短縮を図ることができる。
【００９７】
次に、本発明における撮像素子１６２の第２の実施の形態について、図９乃至図１１を用いて説明する。図９は、第２の実施の形態における撮像素子１６２を構成する各部の配置を示す模式図である。ここでは、通常の撮影を行う画素とは別に温度特性補償用のダミー画素を設ける例について説明する。
【００９８】
図９において、撮像素子１６２は、図１０（ａ）に示す通常画素１６２ｂがｍ行ｎ列に配置された通常画素部１６２Ｂ、図９上で通常画素部１６２Ｂの下部に通常画素部１６２Ｂの画素間隔と同じ間隔で図１０（ｂ）に示す温度特性補償用のダミー画素１６２ｘが１行ｎ列に配置されたダミー画素行１６２Ｘ、垂直走査回路１６２ｃ、サンプルホールド回路１６２ｄ、出力回路１６２ｅ、水平走査回路１６２ｆ、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１６２ｈ等で構成されている。ダミー画素１６２ｘは、複数行配置されてもよい。
【００９９】
通常画素部１６２Ｂおよびダミー画素行１６２Ｘは、垂直走査回路１６２ｃにより順次選択され、選択された行の各列の通常画素１６２ｂあるいはダミー画素１６２ｘのいずれかの出力信号がサンプルホールド回路１６２ｄに保持される。サンプルホールド回路１６２ｄに保持された出力信号は、水平走査回路１６２ｆの走査に従って、出力信号１６２ｋとして出力回路１６２ｅから順次出力される。これらの動作は、撮像制御部１６１の制御下でタイミングジェネレータ（ＴＧ）１６２ｈにより制御される。
【０１００】
本例においては、ダミー画素１６２ｘは、通常画素部１６２Ｂの画素間隔と同じ間隔で１行ｎ列に配置されたダミー画素行１６２Ｘとして、図２上で通常画素部１６２Ｂの下部に通常画素部１６２Ｂの水平行と並行に配置してあるが、図２上で通常画素部１６２Ｂの上部に通常画素部１６２Ｂの画素間隔と同じ間隔で通常画素部１６２Ｂの水平行と並行に配置してもよい。
【０１０１】
これによって、ダミー画素行１６２Ｘを通常画素部１６２Ｂの画素行と同等とみなして通常画素部１６２Ｂと同様の走査方法で読み出すことができ、特別な動作制御等を行う必要がない。また、ダミー画素１６２ｘが複数個（本例ではｎ個）あるので、その出力信号を平均化して用いることで、よりＳ／Ｎ比の高いデータを得ることができる。さらに、列ごとのデータを利用することで、出力回路１６２ｅの特性の列分布補正にもデータを兼用することができる。
【０１０２】
また、ダミー画素１６２ｘの配置は本例に限るものではなく、例えば通常画素部１６２Ｂの画素間隔と同じ間隔でｍ行１列に配置されたダミー画素行１６２Ｘ’として、図２上で通常画素部１６２Ｂの右部あるいは左部に通常画素部１６２Ｂの垂直列と並行に配置してもよい。これによって、ダミー画素行１６２Ｘ’を通常画素部１６２Ｂと同様の方法で読み出すことができ、特別な動作制御等を行う必要がない。また、ダミー画素１６２ｘが複数個あるので、その出力信号を平均化して用いることで、よりＳ／Ｎ比の高いデータを得ることができる。さらに、所謂グローバルシャッタ動作等、露光から読出しまでの時間が撮像素子の垂直列方向に変化する場合に、その間の温度変化の影響も補正することができる。
【０１０３】
また、スペースの都合でダミー画素を水平行あるいは垂直列の形で配置するのが困難な場合等には、通常画素部１６２Ｂの近傍にダミー画素１６２ｘを１個あるいは複数個、他の回路の空きスペース等に適宜配置することでもよい。
【０１０４】
図１０は、図９に示した通常画素１６２ｂとダミー画素１６２ｘの構成の一例を示す回路図で、図１０（ａ）が通常画素１６２ｂ、図１０（ｂ）がダミー画素１６２ｘである。
【０１０５】
図１０（ａ）において、通常画素１６２ｂは、図３に示した画素回路からトランジスタＱ３と電位入力信号φＲＳＴおよび温度特性検出信号φＲＳＢを削除した構成となっている。これは、図４（ａ）の説明で述べたように、通常の撮影時には電位入力信号φＲＳＴｊが常時電源電位ＶＤＤにされてトランジスタＱ３は動作しないように設定されているためである。その他の画素回路の構成は、図３に示したと同じである。
【０１０６】
同じく図１０（ｂ）において、ダミー画素１６２ｘは、図３に示した画素回路からトランジスタＱ２とＰＤ部およびスイッチ信号φＳを削除した構成となっている。これは、図４（ｂ）の説明で述べたように、温度特性補償情報読出時にはスイッチ信号φＳｊは常時電源電位ＶＤＤにされてＰＤ部とトランジスタＱ１とは切り離された状態にされるように設定されているためである。その他の画素回路の構成は、図３に示したと同じである。
【０１０７】
図１１は、ダミー画素行１６２Ｘを用いる場合の撮像素子１６２の駆動方法の一例を示すタイミングチャートで、図１１（ａ）はダミー画素行１６２Ｘの駆動方法の一例を示すタイミングチャート、図１１（ｂ）はダミー画素行１６２Ｘを用いる場合の水平転送信号φＨの一例を示したタイミングチャートである。通常画素１６２ｂの駆動方法は、図４（ａ）と同じであるので省略する。
【０１０８】
図１１（ａ）も、図４（ｂ）の水平ｊ行目を示すサフィックスｊがダミー画素行を示すサフィックスｘに変わっているのみで、動作は図４（ｂ）と同じである。
【０１０９】
図１１（ｂ）において、Ｎフレーム目の撮像動作において、通常画素部１６２Ｂの水平１行目から図４（ａ）に示した通常の撮像動作が行われ、同様の動作が水平２行目、３行目と水平画素行毎にタイミングをずらして繰り返される。水平走査回路１６２ｆの水平走査信号φＨで見ると、通常画素部１６２Ｂの水平１行目のφＨ１から順にφＨ２、φＨ３と続き、最終ｎ行目のφＨｎまでに同期して各水平行の出力信号１６２ｋが出力される。
【０１１０】
水平ｎ行目の次に、図１１（ａ）の１フレーム目に示した対数特性領域の温度特性補償情報読出動作が行われ、温度特性出力ＤＡ１が水平走査信号φＨｘ１に同期して出力され、Ｎフレーム目の撮像動作が終了される。続いてＮ＋１フレーム目の撮像動作において、上述したＮフレーム目と同じ通常の撮像動作が行われた後、図１１（ａ）の２フレーム目に示した対数特性領域の温度特性補償情報読出動作が行われ、温度特性出力ＤＡ２が水平走査信号φＨｘ２に同期して出力され、Ｎ＋１フレーム目の撮像動作が終了される。
【０１１１】
同様に、Ｎ＋２フレーム目の撮像動作において、図１１（ａ）の３フレーム目に示した線形特性領域の温度特性補償情報読出動作が行われ、温度特性出力ＤＡ３が水平走査信号φＨｘ３に同期して出力され、Ｎ＋３フレーム目の撮像動作において、図１１（ａ）の４フレーム目に示した線形特性領域の温度特性補償情報読出動作が行われ、温度特性出力ＤＡ４が水平走査信号φＨｘ４に同期して出力される。
【０１１２】
本第２の実施の形態によれば、温度特性補償のためのダミー画素行を設けることで、通常撮像動作の最初または最後に温度特性補償情報読出動作を付加するだけでよいので、第１の実施の形態のように温度特性補償情報読出動作のために通常の撮影を中断することがなく、撮影画像がとぎれることがない。
【０１１３】
もし、１フレーム中に４組の温度補償用データを全て得る必要がある場合には、図１１（ｃ）のような動作を行えばよい。図１１（ｃ）において、Ｎフレーム目の撮像動作は、通常画素部１６２Ｂの水平１行目から水平ｎ行目までは図４（ａ）に示した通常の撮像動作であり、図１１（ｂ）と同じ動作である。水平ｎ行目の次に、図９に示した垂直走査回路１６２ｃによってダミー画素行１６２Ｘが４回連続で選択される。つまり、最初に図１１（ａ）の１フレーム目に示した動作が行われ、次いで図１１（ａ）の２フレーム目の動作、３フレーム目の動作、４フレーム目の動作が連続して行われる。
【０１１４】
この場合、２フレーム目の動作から４フレーム目の動作までの３フレーム間、通常の撮影が中断されるように思われるが、１フレーム目の動作の既定時間Ｔｗ１を２つの既定時間の長い方に設定すれば、２フレーム目の既定時間Ｔｗ２は短いため、２フレーム目の動作に要する時間は１フレームより短くてすみ、３フレーム目、４フレーム目では、電位入力信号φＲＳＴｊが接地電位ＧＮＤにされ、温度特性検出信号φＲＳＢｊが信号電位Ｖｒ３およびＶｒ４に設定されてＣＰ１の電位がＶｒ３およびＶｒ４に設定されれば、すぐに信号読出が行えるので、３フレーム目、４フレーム目の動作に要する時間は非常に短くてすむ。
【０１１５】
従って、通常の撮影が中断されるのはごく僅かの時間に限られ、通常の撮影にはほとんど影響なく、１フレーム中に４組の温度補償用データを全て得ることができる。
【０１１６】
本第２の実施の形態に示した撮像素子１６２における温度特性補償は、図５および図６に示した方法、図７に示した方法、図８に示した方法のいずれもが適応可能である。
【０１１７】
以上に述べたように、本発明によれば、温度センサを用いずに撮像素子の光電変換特性の変化を直接測定することができ、撮像素子の個体差も含めた温度特性をリアルタイムに補償することのできる、実用的で新規かつ有用な撮像装置を提供することができる。
【０１１８】
尚、本発明に係る撮像装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における撮像素子を構成する各部の配置を示す模式図である。
【図３】本発明における画素の回路構成の一例を示す回路図である。
【図４】撮像素子をローリングシャッタ方式で駆動する場合のタイミングチャートの一例である。
【図５】温度特性データから画素の光電変換特性を算出する方法を説明するための模式図である。
【図６】図５で求められた画素の光電変換特性を基準の光電変換特性に変換することによって、光電変換特性の温度特性を補償する方法を示す模式図である。
【図７】図５および図６で述べたと同等の温度特性補償をルックアップテーブルを用いて行う方法を示す回路ブロック図である。
【図８】自己学習回路が付加された光電変換特性の温度特性補償回路の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における撮像素子を構成する各部の配置を示す模式図である。
【図１０】通常画素とダミー画素の構成の一例を示す回路図である。
【図１１】ダミー画素を用いる場合の撮像素子の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１２０】
１  撮像装置
１１１  操作部
１１３  表示部
１２１  絞り
１２３  絞り駆動部
１３１  レンズ
１３３  レンズ駆動部
１５１  制御部
１６１  撮像制御部
１６２  撮像素子
１６２ｂ  画素および通常画素
１６２Ｂ  画素部および通常画素部
１６２ｘ  ダミー画素
１６２Ｘ  ダミー画素行
１６３  アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器
１６５  画像処理部
１８１  記録媒体
１９１  温度センサ
８０１  係数変換テーブル（ＬＵＴ）
８０３  変曲点ＬＵＴ
８０５  光電変換特性変換テーブル（ＬＵＴ）
９０１  特性算出手段
９０３  係数記憶手段
９０５  特性変換手段
【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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