JP2000175108A - イメ―ジセンサの出力補正回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各センサ回路ごとにおけるセンサ出力の特性
のバラツキがなくなるようにセンサ出力を補正する。 【構成】 線形応答領域と対数応答領域とを有する光セ
ンサ回路を画素単位としてイメージセンサを構成したも
のにあって、対数応答領域の信号オフセットが任意のオ
フセットになるように補正したのちに、線形応答領域の
信号を補正し、また同様に、イメージセンサの温度を検
出してセンサ出力の温度補正を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光信号を電気信号に変
換する光センサ回路を画素単位に用いたイメージセンサ
の出力補正回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、画素単位でＭＯＳ型やＣＣＤ型
の光センサを二次元状に配設したイメージセンサでは、
入射光によって生ずる電荷を光信号として用いており、
ＣＣＤ型の光センサでは主に光信号によって発生した電
荷をセンサ信号とし、ＭＯＳ型の光センサではホトダイ
オードの接合容量にあらかじめ電荷を充電し、入射光に
よって放電された電荷をセンサ信号としている。

【０００３】従来、光センサのダイナミックレンジを拡
大するために、ＭＯＳ型のトランジスタに流れる電流が
小さいときにはその抵抗変化が対数特性を示すことを利
用して、光センサ自体に対数出力特性をもたせるように
している。

【０００４】また、従来では、光センサのセンサ電流が
小さいときにはコンデンサの充電電流または放電電流に
比例したセンサ電圧を検出する線形応答領域をそなえる
とともに、センサ電流が大きいときにはＭＯＳ型トラン
ジスタの負荷特性に対応した対数特性を有するセンサ電
圧を検出する対数応答領域をそなえた光センサの出力補
正回路が開発されている（特開平８−２３９５０３号公
報参照）。

【０００５】図１は、画素単位当りにおける従来の光セ
ンサ回路を示している。

【０００６】その光センサ回路において、図２に示すよ
うなタイミングでｎチャンネルのＭＯＳ型トランジスタ
Ｑ１のゲート電圧ＶＧを変化させると、そのゲート電圧
ＶＧが一定期間電源電圧ＶＤよりも高い電圧ＶＨに設定
されたときにトランジスタＱ１は低抵抗状態となってコ
ンデンサＣに電荷が貯えられ、そのゲート電圧ＶＧが電
源電圧ＶＤ以下の電圧ＶＬに設定されたときにトランジ
スタＱ１は弱反転状態となる。

【０００７】そして、コンデンサＣに貯えられた電荷
は、光センサとしてのホトダイオードＰＤに光が入射す
ることによって放電される。その際、ホトダイオードＰ
Ｄに入射する光が弱いときには光電流がほとんど流れな
いためにトランジスタＱ１はハイインピーダンス状態で
あり、主にコンデンサＣに充電された電荷が利用される
ために出力電圧は直線状に変化することになる。また、
ホトダイオードＰＤに入射する光が強いときにはコンデ
ンサＣに充電された電荷は即座に消費され、電流はトラ
ンジスタＱ１を介してホトダイオードＰＤに供給される
ために、出力電圧は対数特性をもって変化することにな
る。図３は、そのときの蓄積動作から対数動作へ移行す
るときの特性を示している。

【０００８】このように、ＭＯＳ型トランジスタＱ１の
ゲート電圧ＶＧを制御することによって図４に示すよう
な光電流が小さいときには直線的な出力が得られ、光電
流が大きいときには対数変換された出力が得られる光セ
ンサが実現される。すなわち、光電流が小さいときには
通常のＭＯＳ型素子と同等の出力が得られ、光電流があ
る程度大きくなると対数出力型の素子と同等の出力が得
られることになる。

【０００９】このような動作を行うことによって、光電
流が小さいときには蓄積効果が利用されることから対数
出力型の素子で問題となるＳＮ比の問題も改善されると
いう効果も有している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来のＭＯＳ型イメージセンサではＣＣＤ型イメ
ージセンサと比較して固定パターンノイズが大きいとい
うことである。その原因としては、各光センサ回路に組
み込まれている信号選択用、イニシャライズ用、増幅用
のトランジスタの特性が不均一であることにある。

【００１１】そして、図１に示す光センサ回路を利用し
たイメージセンサにあっても同様の問題を生じ、特に、
そのセンサ回路では線形動作と対数動作とが存在するた
めに、その両方で動作を保証しなければならない。

【００１２】また、実際の使用に際して、温度変化に対
してもその両方で動作を保証しなければならないという
問題がある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示す光
センサ回路にあって、対数応答領域の信号オフセットが
任意のオフセットになるように補正したのちに、線形応
答領域の信号を補正するようにしている。線形応答領域
は光センサ回路内のトランジスタの特性の不均一によっ
てオフセット、感度のバラツキを生ずるが、対数応答領
域でのバラツキは光センサ（ホトダイオード）のリーク
量が異なる程度で入射光量に対する対数曲線の傾きがほ
ぼ一定となるので、対数応答領域での傾きをあわせ込ん
だ後に、線形応答領域での傾きをあわせ込めばよい。

【００１４】また、本発明は、図１に示す光センサ回路
にあって、光センサの温度を検出してセンサ出力の温度
補正を行うようにしている。線形応答領域はセンサ回路
内のトランジスタの温度特性によってオフセットドリフ
ト、感度変化を生ずるが、対数応答領域での温度特性は
光センサ（ホトダイオード）のリーク量が温度によって
変化するものの入射光量に対する対数曲線の傾きはほぼ
一定となるので、対数応答領域での傾きをあわせ込んだ
後に、線形応答領域での傾きをあわせ込めばよい。

【００１５】

【実施例】図５は、本発明によるイメージセンサの出力
補正回路の構成例を示している。

【００１６】ここでは、イメージセンサ１およびメモリ
２、メモリ３はアドレス信号によって任意のアドレス
（Ｘ，Ｙ）にアクセスが可能な構成になっている。ま
た、メモリ２およびメモリ３には、イメージセンサ１の
各画素に対応する補正値（メモリ２は信号オフセット
量、メモリ３は乗数）が予め記憶されている。

【００１７】比較部４は、信号１１の大きさを比較値Ｈ
と比較して、比較値Ｈよりも大きければ、信号１１を信
号３０として出力し、信号３１として０を出力するよう
になっている。また、その比較部４は、信号１１の大き
さを比較値Ｈと比較して、比較値Ｈよりも小さければ、
信号３０として０を出力し、比較値Ｈから信号１１を引
いた値を信号３１として出力するようになっている。

【００１８】そのイメージセンサの出力補正回路の動作
について、図６に示すフローとともに、以下説明する。

【００１９】まず、イメージセンサ１における画素のア
ドレス（Ｘ，Ｙ）を確定したうえで（ステップＳ１）、
イメージセンサ１からその確定された画素の信号０１を
出力する（ステップＳ２）。

【００２０】次いで、メモリ２のアドレス（Ｘ，Ｙ）を
確定して（ステップＳ３）、メモリ２からオフセット信
号１０を出力する（ステップＳ４）。そして、信号０１
と信号１０とを加算して、信号１１を得る（ステップＳ
５）。

【００２１】そして、信号１１と比較値Ｈとを比較部４
において比較して（ステップＳ６）、比較値Ｈよりも小
さければ、信号３０を０とし（ステップＳ７）、比較値
Ｈから信号１１を引いた値を信号３１として出力する
（ステッブＳ８）。

【００２２】また、そのとき、信号１１が比較値Ｈより
も大きければ、信号１１を信号３０として出力し（ステ
ップＳ９）、信号３１を０とする（ステップＳ１０）。

【００２３】次いで、メモリ３のアドレス（Ｘ，Ｙ）を
確定して（ステップＳ１１）、メモリ３から乗数信号２
０を出力する（ステップＳ１２）。そして、演算部５に
おいて、信号３１の値に乗数信号２０の値を乗ずるとと
もに、比較値Ｈからその乗算結果を引いた信号３５を得
る（ステップＳ１３）。ただし、その際、信号３１＝０
ならば、信号３５＝０として出力する。

【００２４】そして、最終的に、信号３０と信号３５と
を加算した信号５０を出力する（ステップＳ１４）。

【００２５】また、本発明による具体的な処理しては、
以下のように行われる。

【００２７】いま、図７に示すように、イメージセンサ
１における３つの画素Ａ，Ｂ，Ｃのセンサ出力が図示の
ように得られたとする。ここで、センサ面照度のＬ点は
センサ出力が線形出力から対数出力に切り替わる変極点
であり、Ｌｏは暗点である。

【００２８】メモリ２にはセンサ面照度がＬのときにセ
ンサ出力がＨレベルになるような値が各画素分記憶され
ており、その記憶されている値を用いて３つの画素Ａ，
Ｂ，Ｃの各センサ出力を補正すると、図８に示すよう
に、各画素の対数応答領域が重なったセンサ出力とな
る。

【００２９】そして、図８に示すようにオフセット補正
された各画素のセンサ出力に対して、センサ出力がＨレ
ベルよりも小さい部分に対して所定の乗算を行う。具体
的には、センサ出力がＨレベル以上か否かを判断し、Ｈ
レベル以上であればセンサ出力をそのまま出力する。ま
た、センサ出力がＨレベルよりも小さければ、メモリ３
から所定の乗数を読み出して、｛Ｈ−（Ｈ−オフセット
補正されたセンサ出力）×乗数｝なる演算処理を施し
て、図９に示すように、各画素のセンサ出力がのばらつ
きが一律になるように補正されたセンサ出力を得る。

【００３０】しかして、イメージセンサ１から出力され
る各画素のセンサ信号は、線形応答領域では始点と変極
点までの領域が補正され、対数応答領域においてはその
始点（変極点）が揃うように補正される。

【００３１】また、図１０は本発明によるイメージセン
サの出力補正回路の他の構成例を示している。

【００３２】ここでは、イメージセンサ１の温度を検出
して、その検出された温度に応じて各画素のセンサ出力
の温度補正を行うようにしている。

【００３３】図中６は、図５に示したイメージセンサを
含む補正回路である。また、メモリ７およびメモリ８に
は、図示しない温度センサによって検出された温度信号
Ｔをアドレスとして、各アドレスに温度に対応した補正
値（メモリ７は信号オフセット量、メモリ８は乗数）が
予め記憶されている。

【００３４】比較部９は、信号１１１の大きさを比較値
ＴＨと比較して、比較値ＴＨよりも大きければ、信号１
１１を信号１３０として出力し、信号１３１として０を
出力するようになっている。また、その比較部９は、信
号１１１の大きさを比較値ＴＨと比較して、比較値ＴＨ
よりも小さければ、信号１３０として０を出力し、比較
値ＴＨから信号１１１を引いた値を信号１３１として出
力するようになっている。

【００３５】そのイメージセンサの出力補正回路におけ
る温度補正の動作について、図１１に示すフローととも
に、以下説明する。

【００３６】まず、イメージセンサを含む補正回路６に
おけるアドレス（Ｘ，Ｙ）を確定したうえで（ステップ
Ｓ１）、その補正回路６からその確定された画素の補正
されたセンサ信号１０１を出力する（ステップＳ２）。

【００３７】次いで、メモリ７のアドレス（Ｔ）を確定
して（ステップＳ３）、メモリ７からオフセット信号１
１０を出力する（ステップＳ４）。そして、信号１０１
と信号１１０とを加算して、信号１１１を得る（ステッ
プＳ５）。

【００３８】そして、信号１１１と比較値ＴＨとを比較
部９において比較して（ステップＳ６）、比較値ＴＨよ
りも小さければ、信号１３０を０とし（ステップＳ
７）、比較値ＴＨから信号１１１を引いた値を信号１３
１として出力する（ステップＳ８）。

【００３９】また、そのとき、信号１１１が比較値ＴＨ
よりも大きければ、信号１１１を信号１３０として出力
し（ステップＳ９）、信号１３１を０とする（ステップ
Ｓ１０）。ただし、その際、信号１３１＝０ならば、信
号１３５＝０として出力する。

【００４０】次いで、メモリ８のアドレス（Ｔ）を確定
して（ステップＳ１１）、メモリ８３からそのときの検
出温度に応じた乗数信号１２０を出力する（ステップＳ
１２）。そして、演算部１０において、信号１３１の値
に乗数信号１２０の値を乗じて、比較値ＴＨからその乗
算結果を引いた信号１３５を得る（ステップＳ１３）。

【００４１】そして、最終的に、信号１３０と信号１３
５とを加算した信号１５０を出力する（ステップＳ１
４）。

【００４２】また、その温度補正の具体的な処理して
は、以下のように行われる。

【００４３】いま、例えば、図１２に示すように、イメ
ージセンサを含む補正回路６からのセンサ出力が温度に
よって図示のようにＴＡ，ＴＢ，ＴＣのように変化した
とする。ここで、センサ面照度のＬ点はセンサ出力が線
形出力から対数出力に切り替わる変極点であり、Ｌｏは
暗点である。

【００４４】メモリ７にはセンサ面照度がＬのときにセ
ンサ出力がＴＨレベルになるような値が各画素分記憶さ
れており、その記憶されている値を用いてセンサ出力Ｔ
Ａ，ＴＢ，ＴＣを補正すると、図１３に示すように、対
数応答領域が重なったセンサ出力となる。

【００４５】そして、図１３に示すようにオフセット補
正されたセンサ出力に対して、センサ出力がＴＨレベル
よりも小さい部分に対して所定の乗算を行う。具体的に
は、センサ出力がＴＨレベル以上か否かを判断し、ＴＨ
レベル以上であればセンサ出力をそのまま出力する。ま
た、センサ出力がＴＨレベルよりも小さければ、メモリ
８からそのときの検出温度に応じた所定の乗数を読み出
して、｛ＴＨ−（ＴＨ−オフセット補正されたセンサ出
力）×乗数｝なる演算処理を施して、図１４に示すよう
に、センサ出力の温度によるばらつきが一律になるよう
に温度補正されたセンサ出力を得る。

【００４６】しかして、イメージセンサ１から出力され
るセンサ信号は、線形応答領域では始点と変極点までの
領域が補正され、対数応答領域においてはその始点（変
極点）が揃うように補正される。

【００４７】

【発明の効果】以上、本発明によるイメージセンサの出
力補正回路にあっては、線形応答領域と対数応答領域と
を有する光センサ回路を画素単位としてイメージセンサ
を構成したものにあって、各センサ回路の線形応答領域
におけるセンサ出力の特性の傾きが一様であることに着
目して、対数応答領域の信号オフセットが任意のオフセ
ットになるように補正したのちに、線形応答領域の信号
を補正し、また同様に、イメージセンサの温度を検出し
てセンサ出力の温度補正を行うようにしたもので、各セ
ンサ回路ごとにおけるセンサ出力の特性のバラツキがな
くなるようにセンサ出力を最適に補正することができる
という利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】光センサ回路の一般的な構成例を示す電気回路
図である。

【図２】光センサ回路の駆動のタイミングを示すタイム
チャートである。

【図３】光センサ回路における蓄積動作から対数動作へ
移行するときの特性を示すタイムチャートである。

【図４】光センサ回路におけるホトダイオードに流れる
光電流に対するセンサ出力の特性を示す図である。

【図５】本発明の一実施例におけるイメージセンサの出
力補正回路を示すブロック構成図である。

【図６】本発明によるイメージセンサの出力補正回路の
動作のフローを示す図である。

【図７】イメージセンサにおける３つの画素の各センサ
出力の特性図である。

【図８】イメージセンサにおける３つの画素の各センサ
出力が線形応答領域でオフセット補正されたときの特性
を示す図である。

【図９】オフセット補正された３つの画素の各センサ出
力が対数応答領域で乗算処理によって補正されたときの
特性を示す図である。

【図１０】本発明の他の実施例における温度補正をなす
ようにしたイメージセンサの出力補正回路を示すブロッ
ク構成図である。

【図１１】本発明によるイメージセンサの出力補正回路
における温度補正の動作のフローを示す図である。

【図１２】イメージセンサの温度によって異なる各セン
サ出力の特性図である。

【図１３】イメージセンサにおける温度によって異なる
各センサ出力が線形応答領域でオフセット補正されたと
きの特性を示す図である。

【図１４】オフセット補正された温度によって異なる各
センサ出力が対数応答領域で乗算処理によって補正され
たときの特性を示す図である。

【符号の説明】

１ イメージセンサ ２ オフセット用のメモリ ３ 乗数用のメモリ ４ 比較部 ５ 演算部 ６ イメージセンサを含む補正回路 ７ オフセット用のメモリ ８ 乗数用のメモリ ９ 比較部 １０ 演算部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光信号を電気信号に変換する光センサ
   と、その光センサによるセンサ電流を弱反転状態で対数
   特性を有するセンサ電圧に変換するＭＯＳ型トランジス
   タと、光信号の検出時に前記ＭＯＳ型トランジスタのゲ
   ート電圧を所定時間だけ高い電圧に設定してドレイン・
   ソース間のインピーダンスを低下させ、検出端子に接続
   されたコンデンサの充電または放電を制御する初期設定
   手段とをそなえ、光センサのセンサ電流が小さいときに
   前記コンデンサの充電電流または放電電流に比例した検
   出電圧を検出する線形応答領域をそなえるとともに、光
   センサのセンサ電流が大きいときに、前記ＭＯＳ型トラ
   ンジスタの負荷特性に対応した対数特性を有するセンサ
   電圧を検出する対数応答領域をそなえる光センサ回路を
   画素単位に用いたイメージセンサの出力補正回路であっ
   て、対数応答領域の信号オフセットが任意のオフセット
   になるように補正したのちに、線形応答領域の信号を補
   正するようにしたことを特徴とするイメージセンサの出
   力補正回路。
2. 【請求項２】 光センサのパラメータに、線形応答領域
   がら対数応答領域へセンサ出力が切り換わる点の情報
   と、暗時のセンサ出力とを用いることを特徴とする請求
   項１の記載によるイメージセンサの出力補正回路。
3. 【請求項３】 光センサの温度を検出してセンサ出力の
   温度補正を行うようにしたことを特徴とする請求項１の
   記載によるイメージセンサの出力補正回路。
4. 【請求項４】 光センサのパラメータに、任意の温度で
   の線形応答領域から対数応答領域へセンサ出力が切り換
   わる点の情報と、暗時のセンサ出力と、任意の温度から
   光センサの使用温度がずれることによって生ずる新たな
   信号オフセット量と、線形応答領域の振幅がかわること
   によって新たに生ずる乗数とを用いることを特徴とする
   請求項３の記載によるイメージセンサの出力補正回路。