JP2002262182A

JP2002262182A - イメージセンサの出力補正装置

Info

Publication number: JP2002262182A
Application number: JP2001239920A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Shinozuka; 典之篠塚; Jiro Kurita; 次郎栗田; Makoto Furukawa; 誠古川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2002-09-13
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: JP4616527B2

Abstract

(57)【要約】【目的】イメージセンサにおける各画素のセンサ信号
の出力状態に応じた最適な出力補正を行わせるようにす
る。【構成】入射光量が多いときには対数応答特性をもっ
て、入射光量が少ないときには非対数応答特性をもって
センサ信号を出力する光センサ回路を画素単位に用いた
イメージセンサにあって、そのイメージセンサから出力
する各画素のセンサ信号をオフセット補正したうえで、
そのオフセットされたセンサ信号が非対数応答領域にあ
るときにはそのままセンサ信号を出力し、そのオフセッ
トされたセンサ信号が対数応答領域にあるときにはゲイ
ン補正して出力する手段を設けて、温度特性のバラツキ
のオフセット補正を行ったのち、各画素の出力特性のバ
ラツキのオフセット補正およびゲイン補正を行ったうえ
で、温度特性のバラツキのゲイン補正を行わせるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＭＯＳ型イメージセ
ンサの各画素における出力特性のバラツキを補正するイ
メージセンサの出力補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＭＯＳ型のイメージセンサにあ
っては、その１画素分の光センサ回路が、図１に示すよ
うに、入射光Ｌｓの光量に応じたセンサ電流を生ずる光
電変換素子としてのフォトダイオードＰＤと、そのフォ
トダイオードＰＤに流れるセンサ電流をオーバフロード
レインによる弱反転状態で対数特性をもって電圧信号Ｖ
ｐｄに変換するトランジスタＱ１と、その変換された電
圧信号Ｖｐｄを増幅するトランジスタＱ２と、読出し信
号Ｖｓのパルスタイミングでもってセンサ信号Ｖｏを出
力するトランジスタＱ３とによって構成され、ダイナミ
ックレンジを拡大して光信号の検出を高感度で行わせる
ことができるようにしている。そして、光検出に先がけ
てトランジスタＱ１のゲート電圧ＶＧを所定時間だけ定
常値よりも高い値に切り換えることによってドレイン・
ソース間のインピーダンスを低下させて、フォトダイオ
ードＰＤの寄生容量Ｃに蓄積された電荷を放電させて初
期化させることにより、センサ電流に急激な変化が生じ
ても即座にそのときの入射光Ｌｓの光量に応じた電圧信
号Ｖｐｄが得られるようにして、入射光量が少ない場合
でも残像が生ずることがないようにしている（特開平１
０−９００５８号公報参照）。

【０００３】このような光センサ回路にあっては、図３
に示すように、入射光量に応じてフォトダイオードＰＤ
に流れるセンサ電流が多いときには対数出力特性を示す
が、センサ電流が少ないときにはフォトダイオードＰＤ
の寄生容量Ｃの充電に応答遅れを生じてほぼ線形の非対
数出力特性を示すようになっている。図中、ＷＡは非対
数応答領域を示し、ＷＢは対数応答領域を示している。

【０００４】

【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、入射光量に応じて光電変換素子に流れるセンサ電
流を弱反転状態で対数特性をもって電圧信号に変換する
トランジスタと、そのトランジスタのゲート電圧を所定
時間だけ定常よりも高い値に切り換えることによってド
レイン・ソース間のインピーダンスを低下させて、前記
光電変換素子の寄生容量に蓄積された電荷を放電させる
初期設定手段とをそなえ、センサ電流が多いときには対
数特性をもって、入射光量が少ないときには非対数特性
をもってセンサ信号を出力する光センサ回路を画素単位
に用いたイメージセンサにあっては、光センサ回路の構
成上からくる出力特性のバラツキおよびその光センサ回
路の温度特性のバラツキに起因して、各画素のセンサ信
号の出力特性が不揃いになっていることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、入射光量に応
じて光電変換素子に流れるセンサ電流を弱反転状態にあ
るトランジスタによって対数特性をもって電圧信号に変
換して、その電圧信号に応じたセンサ信号を出力し、そ
のトランジスタのゲート電圧を所定時間だけ定常よりも
高い値に切り換えて初期化するようにした光センサ回路
を画素単位に用いたイメージセンサにあって、各画素に
おけるセンサ信号の出力特性の不揃いを是正するよう
に、出力レベルのバラツキによるオフセット補正および
感度のバラツキによるゲイン補正を行わせるに際して、
そのときのセンサ信号の出力状態に応じた最適な補正を
行わせるべく、各画素のセンサ信号をオフセット補正し
たうえで、そのオフセットされたセンサ信号が非対数応
答領域にあるときにはそのままセンサ信号を出力し、そ
のオフセットされたセンサ信号が対数応答領域にあると
きにはゲイン補正して出力するような手段を講ずるよう
にしている。

【０００６】その際、特に本発明では、各画素の出力特
性のバラツキおよび温度特性のバラツキを適正に補正で
きるようにするべく、各画素の温度特性のバラツキによ
るオフセット補正を行ったのち、各画素の出力特性のバ
ラツキによるオフセット補正およびゲイン補正を行った
うえで、各画素の温度特性のバラツキによるゲイン補正
を行わせるようにしている。

【０００７】または、その際、特に本発明では、各画素
の出力特性のバラツキおよび温度特性のバラツキを適正
に補正できるようにするべく、各画素の出力特性のバラ
ツキによるオフセット補正を行ったのち、各画素の温度
特性のバラツキによるオフセット補正およびゲイン補正
を行ったうえで、各画素の出力特性のバラツキによるゲ
イン補正を行わせるようにしている。

【０００８】

【実施例】本発明は、基本的に、図１に示す光センサ回
路をイメージセンサの画素単位として用いている。

【０００９】その光センサ回路は、光電変換素子として
のフォトダイオードＰＤと、入射光Ｌｓの光量に応じて
フォトダイオードＰＤに流れるセンサ電流をオーバフロ
ードレインによる弱反転状態で対数特性をもって電圧信
号Ｖｐｄに変換するトランジスタＱ１と、その変換され
た電圧信号Ｖｐｄを増幅するトランジスタＱ２と、読出
し信号Ｖｓのパルスタイミングでもってセンサ信号Ｖｏ
を出力するトランジスタＱ３とからなっている。

【００１０】そして、光検出に先がけて、トランジスタ
Ｑ１のゲート電圧ＶＧを所定時間だけ光検出動作時のロ
ーレベル電圧（定常値）からハイレベル電圧に切り換え
ることにより、トランジスタＱ１のドレイン・ソース間
のインピーダンスを低下させてフォトダイオードＰＤの
寄生容量Ｃの放電を行わせる初期設定のための電圧切換
回路５１が設けられている。その電圧切換回路５１によ
るゲート電圧ＶＧの切り換えは、図示しないイメージセ
ンサのＥＣＵの制御下において行われるようになってい
る。

【００１１】このようなゲート電圧ＶＧの切り換えによ
る初期設定手段をとることによって、センサ電流に急激
な変化が生じても即座にそのときのセンサ電流に応じた
センサ信号Ｖｏを読み出すことができるようになり、セ
ンサ電流が少ない場合でも応答遅れからくる残像の発生
を有効に抑制できるようになる。

【００１２】図２は、そのときの光センサ回路における
各部信号のタイムチャートを示している。ここで、ｔ１
は初期化のタイミングを、ｔ２はセンサ信号読出しのタ
イミングを示している。トランジスタＱ１のゲート電圧
ＶＧをハイレベルＨの電圧に切り換えている間の時間ｔ
ｍとしては、例えば１画素分の読出し速度が１００ｎｓ
ｅｃ程度の場合に５μｓｅｃ程度に設定される。図中、
ＴはフォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃの蓄積期間を示
しており、その蓄積期間ＴはＮＴＳＣ信号の場合１／３
０ｓｅｃ（または１／６０ｓｅｃ）程度となる。

【００１３】その光センサ回路は、図３の特性に示すよ
うに、センサ電流がトランジスタＱ１の負荷特性によっ
て決まるしきい値以上に大きいときには、ダイナミック
レンジを拡大して感度良く光検出を行うことができるよ
うに、トランジスタＱ１の対数特性に即した対数出力特
性（対数応答領域ＷＢ）をもって動作するように設定さ
れている。そして、センサ電流がしきい値ＴＨよりも小
さくなったときには、残像を生ずることがなく、応答性
良く光検出を行うことができるように、フォトダイオー
ドＰＤの寄生容量Ｃの充電電流に比例した電圧信号を生
ずるほぼ線形の非対数出力特性（非対数応答領域ＷＡ）
をもって動作するように設定されている。

【００１４】図４は、このような光センサ回路を画素単
位として、画素をマトリクス状に複数配設して、各セン
サ信号Ｖｏの時系列的な読出し走査を行わせるようにし
たイメージセンサの構成例を示している。ここでは、特
に、各センサ信号Ｖｏの読出し走査に応じた適切なタイ
ミングをもって各画素の初期化を行わせることができる
ように構築している。

【００１５】そのイメージセンサは、その基本的な構成
が、例えば、Ｄ１１〜Ｄ４４からなる４×４の画素をマ
トリクス状に配設して、各１ライン分の画素列を画素列
選択回路１から順次出力される選択信号ＬＳ１〜ＬＳ４
によって選択し、その選択された画素列における各画素
を、画素選択回路２から順次出力される選択信号ＤＳ１
〜ＤＳ４によってスイッチ群３における各対応するスイ
ッチＳＷ１〜ＳＷ４が逐次オン状態にされることによっ
て各センサ信号Ｖｏが時系列的に読み出されるようにな
っている。図中、４は各画素における前記トランジスタ
Ｑ１のドレイン電圧ＶＤ用電源であり、６はゲート電圧
ＶＧ用電源である。

【００１６】そして、各１ライン分の画素列の選択に際
して、その選択された画素列における各画素の前記トラ
ンジスタＱ１のゲート電圧ＶＧを所定のタイミングをも
って光検出時のローレベルＬおよび初期化時のハイレベ
ルＨの各電圧に切り換える電圧切換回路５を設けるよう
にしている。

【００１７】このように構成されたイメージセンサの動
作について、図５に示す各部信号のタイムチャートとと
もに、以下説明をする。

【００１８】まず、画素列選択信号ＬＳ１がハイレベル
Ｈになると、それに対応するＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，
Ｄ１４からなる第１の画素列が選択される。そして、Ｌ
Ｓ１がハイレベルＨになっている一定期間Ｔ１のあいだ
画素選択信号ＤＳ１〜ＤＳ４が順次ハイレベルＨになっ
て、各画素Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４のセンサ信
号Ｖｏが順次読み出される。

【００１９】次いで、画素列選択信号ＬＳ１がローレベ
ルＬになった時点で次のＬＳ２がハイレベルＨになる
と、それに対応するＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４か
らなる第２の画素列が選択される。そして、ＬＳ２がハ
イレベルＨになっている一定期間Ｔ１のあいだ画素選択
信号ＤＳ１〜ＤＳ４が順次ハイレベルＨになって、各画
素Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４のセンサ信号Ｖｏが
順次読み出される。

【００２０】以下同様に、画素列選択信号ＬＳ３および
ＬＳ４が連続的にハイレベルＨになって各対応する第３
および第４の画素列が順次選択され、ＬＳ３およびＬＳ
４がそれぞれハイレベルＨになっている一定期間Ｔ１の
あいだ画素選択信号ＤＳ１〜ＤＳ４が順次ハイレベルＨ
になって、各画素Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４およ
びＤ４１，Ｄ４２，Ｄ４３，Ｄ４４のセンサ信号Ｖｏが
順次読み出される。

【００２１】また、画素列選択信号ＬＳ１がＴ１期間後
にローレベルＬに立ち下がった時点で、そのとき選択さ
れている第１の画素列における各画素Ｄ１１，Ｄ１２，
Ｄ１３，Ｄ１４のゲート電圧ＶＧ１をそれまでのローレ
ベルＬからハイレベルＨに所定時間ｔｍのあいだ切り換
えることによって各画素の初期化が行われ、１サイクル
期間Ｔ２の径過後に行われる次サイクルにおけるセンサ
信号Ｖｏの読出しにそなえる。

【００２２】次いで、画素列選択信号ＬＳ２がＴ１期間
後にローレベルＬに立ち下がった時点で、そのとき選択
されている第２の画素列における各画素Ｄ２１，Ｄ２
２，Ｄ２３，Ｄ２４のゲート電圧ＶＧ２をそれまでのロ
ーレベルＬからハイレベルＨに所定時間ｔｍのあいだ切
り換えることによって各画素の初期化が行われ、１サイ
クル期間Ｔ２の径過後に行われる次サイクルにおけるセ
ンサ信号Ｖｏの読出しにそなえる。

【００２３】以下同様に、画素列選択信号ＬＳ３および
ＬＳ４がそれぞれＴ１期間後にローレベルＬに立ち下が
った時点で、そのとき選択されている第３および第４の
画素列にそれぞれ対応するゲート電圧ＶＧ３をハイレベ
ルＨに切り換えて各画素の初期化が行われ、１サイクル
期間Ｔ２の径過後に行われる次サイクルにおけるセンサ
信号Ｖｏの読出しにそなえる。

【００２４】なお、ここでは画素列選択信号ＬＳＸ（Ｘ
＝１〜４）がＴ１期間後にローレベルＬに立ち下がった
時点でゲート電圧ＶＧＸをハイレベルＨに切り換えて初
期化を行わせるようにしているが、その初期化のタイミ
ングは画素列選択信号ＬＳＸがローレベルＬ状態にある
画素列選択の休止期間Ｔ３中であればよい。

【００２５】以上のような各部信号の発生のタイミング
は、図示しないＥＣＵの制御下で画素列選択回路１、画
素選択回路２および電圧切換回路５の駆動を行わせるこ
とによって決定されるようになっている。

【００２６】このように、各センサ信号Ｖｏの読出し走
査に応じた適切なタイミングをもって各画素の初期化を
行わせることによって、イメージセンサ全体としての蓄
積時間の過不足を低減できるようになる。

【００２７】したがって、残像がなく、高感度でダイナ
ミックレンジの広い対数出力特性をもったイメージセン
サを実現できるようになる。

【００２８】以上のように構成されたイメージセンサに
あって、本発明では、光センサ回路の構成上からくる出
力特性のバラツキおよびその光センサ回路の温度特性の
バラツキに起因する各画素におけるセンサ信号Ｖｏの出
力特性の不揃いを是正するべく、出力レベルのバラツキ
によるオフセット補正および感度のバラツキによるゲイ
ン補正を行わせるに際して、そのときのセンサ信号Ｖｏ
の出力状態に応じた最適な補正を行わせるべく、各画素
のセンサ信号Ｖｏをオフセット補正したうえで、そのオ
フセットされたセンサ信号Ｖｏが非対数応答領域にある
ときにはそのままセンサ信号Ｖｏを出力し、そのオフセ
ットされたセンサ信号Ｖｏが対数応答領域にあるときに
はゲイン補正して出力するような手段を講ずるようにし
ている。

【００２９】図６は、各画素における光センサ回路の構
成上からくる出力特性のバラツキによるオフセット補正
およびゲイン補正を行わせるための基本的な構成を示し
ている。

【００３０】それは、図４に示すイメージセンサ７およ
び各画素のセンサ信号Ｖｏを時系列的に読み出すための
駆動制御を行うＥＣＵ８と、イメージセンサ７から時系
列的に出力するセンサ信号Ｖｏをデジタル信号に変換す
るＡＤ変換器９と、予め各画素の特性に応じたオフセッ
ト補正値ＯＦＳおよびゲイン補正のための乗数ＭＬＴが
設定されており、ＦＣＵ８から与えられるセンサ信号読
出し時における画素のアドレス（Ｘ，Ｙ）の信号ＡＤＤ
ＲＥＳＳに応じて所定のオフセット補正値ＯＦＳおよび
乗数ＭＬＴを読み出すメモリ１０と、そのメモリ１０か
ら読み出されたオフセット補正値ＯＦＳおよび乗数ＭＬ
Ｔにもとづいてデジタル信号に変換されたセンサ信号Ｄ
Ｓのオフセット補正およびゲイン補正の各演算処理を行
う出力補正回路１１とによって構成されている。

【００３１】図８は、３つの画素の構成上からくる各セ
ンサ信号Ａ，Ｂ，Ｃの出力特性のバラツキ状態の一例を
示している。ここで、画素出力のしきい値Ｈに応じたセ
ンサ電流の値Ｉｍは各画素のセンサ信号Ａ，Ｂ，Ｃが非
対数応答領域ＷＡから対数応答領域ＷＢに切り換わる点
を示している。また、Ｉｏは暗時のセンサ電流を示して
いる。

【００３２】本発明では、基本的に、このような非対数
応答領域ＷＡにおける各センサ信号Ｖｏの出力特性の形
状がほぼ同一で、対数応答領域ＷＢにおける各センサ信
号Ｖｏの出力特性の傾きがそれぞれ異なる場合における
イメージセンサの出力補正を行わせるものである。各画
素のパラメータとして、それぞれの各センサ信号Ｖｏが
非対数応答領域ＷＡから対数応答領域ＷＢに切り換わる
点の情報と、暗時の画素出力とを用いている。

【００３３】図７は、出力補正回路１１における処理の
フローを示している。

【００３４】メモリ１０には、センサ電流がＩｍの値の
ときに画素出力がＨとなるようなオフセット補正値ＯＦ
Ｓが設定されている。そして、オフセット補正部１１１
において、そのオフセット補正値ＯＦＳを用いた加減算
処理をなすことによって各画素のデジタル信号に変換さ
れたセンサ信号ＤＳのオフセット補正を行わせると、図
９に示すように、各画素のセンサ信号Ａ，Ｂ，Ｃにおけ
る非対数応答領域ＷＡの特性が一致するようになる。

【００３５】次に、そのオフセット補正されたセンサ信
号ＤＳ１にもとづき、ゲイン補正部１１２において、し
きい値Ｈ以上の対数応答領域ＷＢに対してゲイン補正の
ための乗算処理を行う。

【００３６】具体的には、オフセット補正されたセンサ
信号ＤＳ１がしきい値Ｈ以上であるか否かを判断しで、
しきい値Ｈ以上であれば、すなわちセンサ信号ＤＳ１が
対数応答領域ＷＢにあれば、メモリ１０から読み出され
たゲイン補正のための所定の乗数ＭＬＴを用いて、出力←Ｈ＋（センサ信号ＤＳ１−Ｈ）×乗数なる演算を行って、その演算結果を出力補正されたデジ
タル値によるセンサ信号ＤＳ２として出力する。

【００３７】このような各画素のセンサ信号Ａ，Ｂ，Ｃ
のゲイン補正が行われた結果、図１０に示すように、対
数応答領域ＷＢの特性が一致するようになる。

【００３８】また、その際、オフセット補正されたセン
サ信号ＤＳ１がしきい値Ｈよりも小さければ、すなわち
センサ信号ＤＳ１が非対数応答領域ＷＡにあれば、その
ままオフセット補正されたセンサ信号ＤＳ１を出力補正
されたデジタル値によるセンサ信号ＤＳ２として出力す
る。

【００３９】図１に示す光センサ回路では、温度によっ
てその出力特性が図１１に示すように変化するものにな
っている。図中、ａで示す特性は温度が基準値になって
いるときの出力特性であり、温度がその基準値よりも低
いときには出力特性が図中ｂで示すように上方に変動
し、温度がその基準値よりも高いときには出力特性が図
中ｃで示すように下方に変動することになる。

【００４０】また、図１２は、その光センサ回路から出
力されるセンサ信号Ｖｏの温度に対するセンサ信号Ｖｏ
の出力変化状態を示している。

【００４１】図１３は、各画素の温度特性のバラツキに
よるオフセット補正およびゲイン補正を行わせるための
基本的な構成を示している。

【００４２】それは、イメージセンサ７およびその雰囲
気温度を検出する内蔵の温度センサ１２と、イメージセ
ンサ７から各画素のセンサ信号Ｖｏを時系列的に読み出
すとともに、温度センサ１２による温度検出信号ＴＳを
所定のタイミングで読み出すための制御を行うＥＣＵ８
と、イメージセンサ７から時系列的に出力する各画素の
センサ信号Ｖｏをデジタル信号に変換するＡＤ変換器９
と、温度センサ１２からの温度検出信号ＴＳをデジタル
信号に変換するＡＤ変換器１３と、予め各画素の温度特
性に応じたオフセット補正値Ｔ−ＯＦＳおよびゲイン補
正のための乗数Ｔ−ＭＬＴが設定されており、デジタル
変換された温度検出信号ＤＴＳに応じて所定のオフセッ
ト補正値Ｔ−ＯＦＳおよび乗数Ｔ−ＭＬＴを読み出すメ
モリ１４と、そのメモリ１４から読み出されたオフセッ
ト補正値Ｔ−ＯＦＳおよび乗数Ｔ−ＭＬＴにもとづいて
デジタル信号に変換されたセンサ信号ＤＳのオフセット
補正およびゲイン補正の各演算処理を行う出力補正回路
１５とによって構成されている。

【００４３】図１５は、温度に応じた各センサ信号Ｔ
Ａ，ＴＢ，ＴＣの出力特性のバラツキ状態の一例を示し
ている。ここで、画素出力のしきい値ＴＨに応じたセン
サ電流の値Ｉｔｍは温度に応じた各センサ信号ＴＡ，Ｔ
Ｂ，ＴＣが非対数応答領域ＷＡから対数応答領域ＷＢに
切り換わる点を示している。また、Ｉｏは暗時のセンサ
電流を示している。

【００４４】本発明では、基本的に、このような非対数
応答領域ＷＡにおける温度に応じた各センサ信号ＴＡ，
ＴＢ，ＴＣの出力特性の形状がほぼ同一で、対数応答領
域ＷＢにおける温度に応じた各センサ信号ＴＡ，ＴＢ，
ＴＣの出力特性の傾きがそれぞれ異なる場合におけるイ
メージセンサ７の出力補正を行わせるようにするもので
ある。各画素のパラメータとして、温度に応じた各セン
サ信号ＴＡ，ＴＢ，ＴＣが非対数応答領域ＷＡから対数
応答領域ＷＢに切り換わる点の情報と、暗時の画素出力
とを用いている。

【００４５】図１４は、出力補正回路１５における処理
のフローを示している。

【００４６】メモリ１４には、センサ電流がＩｔｍの値
のときに画素出力がＴＨとなるようなオフセット補正値
Ｔ−ＯＦＳが設定されている。そして、オフセット補正
部１５１において、そのオフセット補正値Ｔ−ＯＦＳを
用いた加減算処理をなすことによって各画素の各デジタ
ル信号に変換されたセンサ信号ＤＳのオフセット補正を
行わせると、図１６に示すように、温度に応じた各セン
サ信号ＴＡ，ＴＢ，ＴＣの非対数応答領域ＷＡの特性が
一致するようになる。

【００４７】次に、そのオフセット補正されたセンサ信
号ＤＳ１′にもとづき、ゲイン補正部１５２において、
しきい値ＴＨ以上の対数応答領域ＷＢに対してゲイン補
正のための乗算処理を行う。

【００４８】具体的には、オフセット補正されたセンサ
信号ＤＳ１′がしきい値ＴＨ以上か否かを判断して、し
きい値ＴＨ以上であれば、メモリ１４から読み出された
ゲイン補正のための所定の乗数Ｔ−ＭＬＴを用いて、出力←ＴＨ＋（センサ信号ＤＳ１−ＴＨ）×乗数なる演算を行って、その演算結果を出力補正されたデジ
タル値によるセンサ信号ＤＳ２′として出力する。

【００４９】このような温度に応じた各センサ信号Ｔ
Ａ，ＴＢ，ＴＣのゲイン補正が行われた結果、図１７に
示すように、対数応答領域ＷＢの特性が一致するように
なる。

【００５０】また、その際、オフセット補正されたセン
サ信号ＤＳ１′がしきい値ＴＨよりも小さければ、その
ままオフセット補正されたセンサ信号ＤＳ１′を出力補
正されたデジタル値によるセンサ信号ＤＳ２′として出
力する。

【００５１】本発明によるイメージセンサの補正装置
は、イメージセンサ７における各画素の構成上からくる
出力特性のバラツキおよび各画素の温度特性のバラツキ
の両方の影響が抑制されたセンサ信号が得られるよう
に、以上説明した各画素の構成上からくる出力特性のバ
ラツキのオフセット補正およびゲイン補正と、温度特性
のバラツキのオフセット補正およびゲイン補正とを行わ
せるようにしたものである。

【００５２】その場合、各画素の構成上からくる出力特
性のバラツキと温度特性のバラツキとの両方の影響を受
けたセンサ信号の補正を行わせるに際して、例えば、先
に図７に示す処理によって各画素の構成上からくる出力
特性のバラツキのオフセット補正およびゲイン補正をな
したうえで、続けて図１４に示す処理によって温度特性
のバラツキのオフセット補正およびゲイン補正を行わせ
るようにすると、温度による変化分を適正化することな
くセンサ信号の補正が行われてしまうことになる。

【００５３】すなわち、図１８に示すように、各画素の
構成上からくる出力特性のバラツキのオフセット補正と
ゲイン補正をＨレベルを境として行わせるに際して、図
中点線で示すように、温度によるセンサ信号のオフセッ
トがない場合には問題ないが、図中実線で示すように、
温度によるセンサ信号のオフセットがある場合にはＨレ
ベルが固定のために補正の切換点がｔからｔ′点に移行
してしまい、正規とは異なった補正が行われてしまう。
ここでは、温度変化によって出力特性が下方向にシフト
した例を示しており、Ｈレベルが非対数応答領域ＷＡと
対数応答領域ＷＢとの境目から上方にずれてしまってい
る。

【００５４】このような問題を解決するため、特に本発
明にあっては、各画素の構成上からくる出力特性のバラ
ツキを補正するに先立って、Ｈレベルを非対数応答領域
ＷＡと対数応答領域ＷＢとの境目に合せるために、温度
特性のバラツキによるオフセット補正を行わせるように
している。

【００５５】同様の問題は、先に温度特性のバラツキの
補正を行わせてから、あとで各画素の構成上からくる出
力特性のバラツキを補正する場合にも生ずることにな
る。したがって、この場合には、温度特性のバラツキを
補正するに先立って、ＴＨレベルを非対数応答領域ＷＡ
と対数応答領域ＷＢとの境目に合せるために、各画素の
構成上からくる出力特性のバラツキによるオフセット補
正を行わせるようにしている。

【００５６】図１９は、温度特性のバラツキのオフセッ
ト補正を行ったのち、各画素の構成上からくる出力特性
のバラツキのオフセット補正およびゲイン補正を行った
うえで、温度特性のバラツキのゲイン補正を行わせるよ
うにしたときの処理のフローを示している。図中、１６
は図７に示す各画素の出力特性のバラツキのオフセット
補正およびゲイン補正を行う処理ブロックと同じもので
あり、１７は図１４に示す温度特性のバラツキのオフセ
ット補正およびゲイン補正を行う処理ブロックと同じも
のである。

【００５７】この場合には、イメージセンサ７から出力
されてデジタル化されたセンサ信号ＤＳが温度特性のバ
ラツキの補正を行う処理ブロック１７側のオフセット補
正部１５１に与えられ、そこでセンサ信号ＤＳの温度特
性のバラツキのオフセット補正が行われることによっ
て、出力特性のバラツキの補正を行わせる際のＨレベル
の合せ込みが行われる。そして、そのオフセット補正さ
れたセンサ信号ＤＳ１１が処理ブロック１６に与えられ
て、そこで出力特性のバラツキのオフセット補正および
ゲイン補正が適正に行われる。次いで、処理ブロック１
６においてオフセット補正およびゲイン補正されたセン
サ信号ＤＳ１２が処理ブロック１７側のゲイン補正部１
５２に与えられて、そこで温度特性のバラツキのゲイン
補正が行われて、最終的に出力特性のバラツキおよび温
度特性のバラツキの補正がなされたセンサ信号ＤＳ１３
が得られることになる。

【００５８】図２０は、各画素の構成上からくる出力特
性のバラツキのオフセット補正を行ったのち、温度特性
のバラツキのオフセット補正およびゲイン補正を行った
うえで、出力特性のバラツキのゲイン補正を行わせるよ
うにしたときの処理のフローを示している。図中、１６
は図７に示す各画素の出力特性のバラツキのオフセット
補正およびゲイン補正を行う処理ブロックと同じもので
あり、１７は図１４に示す温度特性のバラツキのオフセ
ット補正およびゲイン補正を行う処理ブロックと同じも
のである。

【００５９】この場合は、イメージセンサ７から出力さ
れてデジタル化されたセンサ信号ＤＳが出力特性のバラ
ツキの補正を行う処理ブロック１６側のオフセット補正
部１１１に与えられ、そこでセンサ信号ＤＳの出力特性
のバラツキのオフセット補正が行われることによって、
温度特性のバラツキの補正を行わせる際のＴＨレベルの
合せ込みが行われる。そして、そのオフセット補正され
たセンサ信号ＤＳ２１が処理ブロック１７に与えられ
て、そこで温度特性のバラツキのオフセット補正および
ゲイン補正が適正に行われる。次いで、処理ブロック１
７においてオフセット補正およびゲイン補正されたセン
サ信号ＤＳ２２が処理ブロック１６側のゲイン補正部１
１２に与えられて、そこで出力特性のバラツキのゲイン
補正が行われて、最終的に出力特性のバラツキおよび温
度特性のバラツキの補正がなされたセンサ信号ＤＳ２３
が得られることになる。

【００６０】

【発明の効果】以上、本発明によるイメージセンサの出
力補正装置は、センサ電流が多いときには対数応答特性
をもって、入射光量が少ないときには非対数応答特性を
もってセンサ信号を出力するようにした光センサ回路を
画素単位に用いたイメージセンサにあって、そのイメー
ジセンサから出力する各画素のセンサ信号をオフセット
補正したうえで、そのオフセットされたセンサ信号が非
対数応答領域にあるときにはそのままセンサ信号を出力
し、そのオフセットされたセンサ信号が対数応答領域に
あるときにはゲイン補正して出力するようにしたもの
で、センサ信号の出力状態に応じた最適な補正を行わせ
ることができ、各画素の構成上からくる出力特性のバラ
ツキや温度特性のバラツキの影響が抑制された特性の揃
ったセンサ信号が得られるという利点を有している。

【００６１】そして、特に本発明では、イメージセンサ
から出力されるセンサ信号の補正を行わせるに際して、
先に温度特性のバラツキのオフセット補正を行ったの
ち、各画素の出力特性のバラツキのオフセット補正およ
びゲイン補正を行ったうえで、温度特性のバラツキのゲ
イン補正を行わせるようにしているので、各画素の出力
特性のバラツキのオフセット補正およびゲイン補正を行
わせるに際して、温度特性のバラツキの影響を受けるこ
となく、その補正を適正に行わせることができるように
なる。

【００６２】また、特に本発明では、イメージセンサか
ら出力されるセンサ信号の補正を行わせるに際して、先
に各画素の構成上からくる出力特性のバラツキのオフセ
ット補正を行ったのち、温度特性のバラツキのオフセッ
ト補正およびゲイン補正を行ったうえで、出力特性のバ
ラツキのゲイン補正を行わせるようにしているので、温
度特性のバラツキのオフセット補正およびゲイン補正を
行わせるに際して、各画素の構成上からくる出力特性の
バラツキの影響を受けることなく、その補正を適正に行
わせることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイメージセンサに用いられる１画
素分の光センサ回路を示す電気回路図である。

【図２】その光センサ回路における各部信号のタイムチ
ャートである。

【図３】その光センサ回路のセンサ電流に対するセンサ
信号の出力特性を示す図である

【図４】本発明によるイメージセンサの基本的な構成例
を示すブロック構成図である。

【図５】そのイメージセンサにおける各部信号のタイム
チャートである。

【図６】本発明によるイメージセンサの出力補正装置に
おける各画素の出力特性のバラツキを補正するための構
成例を示すブロック構成図である。

【図７】その構成例における出力補正回路の処理のフロ
ーを示す図である。

【図８】イメージセンサにおける各画素の構成上からく
るセンサ信号の出力特性のバラツキ状態の一例を示す特
性図である。

【図９】図８に示す出力特性をもった各画素のセンサ信
号をオフセット補正した結果を示す特性図である。

【図１０】図８に示す出力特性をもった各画素のセンサ
信号をオフセット補正およびゲイン補正した結果を示す
特性図である。

【図１１】光センサの温度による出力特性の変化状態を
示すセンサ電流に対するセンサ出力の特性図である。

【図１２】光センサの温度による出力特性の変化状態を
示す温度に対するセンサ出力の特性図である。

【図１３】本発明によるイメージセンサの出力補正装置
における各画素の温度特性のバラツキを補正するための
構成例を示すブロック構成図である。

【図１４】その構成例における出力補正回路の処理のフ
ローを示す図である。

【図１５】イメージセンサにおける各画素の温度変化に
よるセンサ信号の出力特性のバラツキ状態の一例を示す
特性図である。

【図１６】図１５に示す出力特性をもった各画素のセン
サ信号を温度によるオフセット補正した結果を示す特性
図である。

【図１７】図１５に示す出力特性をもった各画素のセン
サ信号を温度によるオフセット補正およびゲイン補正し
た結果を示す特性図である。

【図１８】温度によるオフセットのないセンサ信号の出
力特性と、温度によるオフセットの影響を受けたときの
センサ信号の出力特性とを示す特性図である。

【図１９】本発明によるイメージセンサの出力補正装置
における各画素の出力特性のバラツキおよび温度特性の
バラツキを補正する際の処理のフローの一例を示す図で
ある。

【図２０】本発明によるイメージセンサの出力補正装置
における各画素の出力特性のバラツキおよび温度特性の
バラツキを補正する際の処理のフローの他の例を示す図
である。

【符号の説明】

７イメージセンサ８ＥＣＵ９ＡＤ変換器１０メモリ１１出力補正回路１１１オフセット補正部１１２ゲイン補正部１２温度センサ１３ＡＤ変換器１４メモリ１５出力補正回路１５１オフセット補正部１５２ゲイン補正部ＷＡ非対数応答領域ＷＢ対数応答領域

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 27/146 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ａ (72)発明者古川誠埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 2G065 AA11 AB04 BA06 BA09 BA34 BC10 BC13 BE08 CA21 DA05 DA18 4M118 AA02 AA05 AB01 BA14 CA02 DD12 DD20 FA06 FA42 5C024 CX27 CX44 GY31 HX18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光量に応じて光電変換素子に流れる
センサ電流を弱反転状態で対数特性をもって電圧信号に
変換するトランジスタと、そのトランジスタのゲート電
圧を所定時間だけ定常よりも高い電圧に切り換えること
によってドレイン・ソース間のインピーダンスを低下さ
せて、前記光電変換素子の寄生容量に蓄積された電荷を
放電させる初期設定手段とをそなえ、入射光量が多いと
きには対数特性をもって、入射光量が少ないときには非
対数特性をもってセンサ信号を出力する光センサ回路を
画素単位に用いたイメージセンサにあって、そのイメー
ジセンサから出力する各画素のセンサ信号をオフセット
補正したうえで、そのオフセットされたセンサ信号が非
対数応答領域にあるときにはそのままセンサ信号を出力
し、そのオフセットされたセンサ信号が対数応答領域に
あるときにはゲイン補正して出力する手段を設けたこと
を特徴とするイメージセンサの出力補正装置。
【請求項２】各画素の出力特性のバラツキによるオフ
セット補正およびゲイン補正を行わせるようにしたこと
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
力補正装置。
【請求項３】各画素の温度特性のバラツキによるオフ
セット補正およびゲイン補正を行わせるようにしたこと
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
力補正装置。
【請求項４】各画素の温度特性のバラツキによるオフ
セット補正を行ったのち、各画素の出力特性のバラツキ
によるオフセット補正およびゲイン補正を行ったうえ
で、各画素の温度特性のバラツキによるゲイン補正を行
わせる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装置。
【請求項５】各画素の出力特性のバラツキによるオフ
セット補正を行ったのち、各画素の温度特性のバラツキ
によるオフセット補正およびゲイン補正を行ったうえ
で、各画素の出力特性のバラツキによるゲイン補正を行
わせる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装置。