JP2016019040A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光画像減算処理を行う場合においても、良好な画像を出力できる撮像装置を提供する。【解決手段】複数の単位画素が行列状に配置された画素アレイ部の画素列単位で画素から出力されるアナログ信号をデジタル信号にＡＤ変換するカラム処理回路にて、遮光画像減算撮影を行う場合には、遮光画素の撮影時において参照電圧の発生タイミングから設定値になるまでカウンタがカウント動作を行うようにして、本画像の撮影時と遮光画像の撮影時とでカラム処理回路の発熱状態を同じにし、ノイズの少ない良好な画像を出力できるようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関する。

デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等には、光学系により結像された光学像を受光する固体撮像装置としてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサが使用されている。ＣＭＯＳ型イメージセンサは、複数の画素からの電気信号の読み出しを列毎に並列して行うことで読み出し速度を向上させることができる。その一方で、列毎に並列処理することで高速化は実現できるものの、列毎に並列処理するときに回路が消費する電流が局所的に集中することによる電流増加や電流変動が懸念されている。

行列状に配列された複数の画素からの信号を列毎に並列に読み出す撮像装置の読み出し回路において、列毎に画素信号をアナログ−デジタル変換（ＡＤ変換）するものがある（例えば、特許文献１参照）。このＡＤ変換は、次のように行われる。垂直信号線に読み出されたアナログ信号と参照電圧（ある傾きで電圧値が線形に変化するスロープ波形）を列毎に配置されたコンパレータで比較すると同時に、列毎に配置されたカウンタで一定周期のクロックに同期してカウント動作を開始する。その後、アナログ信号と参照電圧との電位の大小関係が逆転しコンパレータの出力が反転した時点でカウンタのカウント動作を停止し、カウンタのカウント値をアナログ信号の大きさに応じたデジタル信号とする。

ここで、カウンタの消費電流は、カウンタがカウント動作を行っている期間、すなわちカウント動作の開始から、垂直信号線に読み出されるアナログ信号と参照電圧との電位の大小関係が逆転する時点まで発生する。そして、カウンタのカウント動作を停止した時点で、カウンタで消費する電流はほぼゼロになる。言い換えれば、画素からの信号量、つまり被写体の明るさに応じてカウンタがカウント動作を行う期間が変動し、カウンタの消費電流も信号に応じて変動する。例えば、画素からの信号が高いとき、つまり被写体が明るいときに、カウンタの消費電流は増加する。

実際に被写体を撮影する場合に、撮像装置の画面内で明暗が変化することにより信号読み出し中の消費電流の増減が発生し、その影響で撮像装置の電源を揺らすことにより画像の劣化を引き起こすことも懸念される。この解決手段として特許文献２に記載の技術では、被写体の明るさに応じてカウント動作を先カウント又は後カウントにすることによって、カウンタ処理回路のカラム合計消費電流が行毎に変動することに起因する電流変動や電流増加を抑えるようにしている。

特開２００５−２７８１３５号公報 特開２００９−２０６７０９号公報

特許文献２に記載の技術においては、カラム合計消費電流が行毎に変動することに起因する電流変動や電流増加は抑えられているが、消費電流の増加による発熱の影響については考慮されていない。実際には、被写体の明るさに応じて列毎のＡＤ変換器の消費電流が変化することで発熱状態が変化し、撮像装置内の暗電流が局所的に変動する。カメラで夜景等を高感度で撮影する場合、本画像から遮光画像を減算する方法（以下、「遮光画像減算処理」とも称す）で固定ノイズを低減しようとしても、撮像装置内の暗電流が局所的に変動すると所望の良好な画像を得ることができない場合がある。本発明の目的は、遮光画像減算処理を行う場合においても良好な画像を出力できる撮像装置を提供することである。

本発明に係る撮像装置は、それぞれが光電変換素子を含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイ部と、前記画素アレイ部の画素列単位で前記画素から出力されるアナログ信号をデジタル信号にアナログデジタル変換するカラム処理回路とを有し、前記カラム処理回路は、前記アナログ信号と傾斜状波形で変化する参照電圧とを比較し、前記アナログ信号と前記参照電圧との電位の大小関係が逆転するタイミングで出力が反転するコンパレータと、一定の周期のクロックに同期してカウント動作を行い、前記参照電圧の発生タイミングから前記コンパレータの出力が反転するタイミングまでカウント動作を行う第１のカウントモード、及び前記参照電圧の発生タイミングから設定値になるまでカウント動作を行う第２のカウントモードを動作モードとして有するカウンタと、前記コンパレータの出力が反転するタイミングで前記カウンタのカウント値を保持するラッチとを有し、撮影モードに応じて前記カウンタの動作モードを切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、遮光画像を用いた本画像の補正処理を行う場合に、本画像の撮影時と遮光画像の撮影時とでカラム処理回路の発熱状態を同じにすることが可能になり、ノイズの少ない良好な画像を出力することができる。

本発明の実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態におけるカラム処理回路の構成例を説明する図である。 第１の実施形態におけるプリセットカウンタの構成例を示す図である。 第１の実施形態における撮像装置の一部構成を説明する図である。 第１の実施形態におけるＡＤ変換の例を示す図である。 第１の実施形態における撮像装置で取得される画像の例を示す図である。 第２の実施形態におけるＡＤ変換の例を示す図である。 本発明の実施形態の応用例を説明するフローチャートである。 参考技術としてのカラム処理回路の構成例を説明する図である。 図９に示すカラム処理回路でのＡＤ変換の例を示す図である。 遮光画像減算撮影で取得される画像の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態による撮像装置は、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。本実施形態における撮像装置は、１つの半導体基板（チップ）上に形成された画素アレイ部１１、垂直走査回路１２、カラム処理回路１３、水平転送走査回路１４、参照電圧発生回路１５、出力アンプ１６、信号処理回路１７、及びタイミング制御回路１８を有する。なお、信号処理回路１７は、チップ外に設けた構成としても良い。

画素アレイ部１１は、入射する可視光をその光量に応じた電荷量に光電変換する光電変換素子を含む図示しない複数の単位画素（以下、単に「画素」とも称す）を有しており、それらが行列状に２次元配置されている。単位画素は、光電変換素子（例えばフォトダイオード）、光電変換素子からの信号をフローティングデフュージョンに転送するための転送トランジスタ、光電変換素子やフローティングデフュージョンをリセットするためのリセットトランジスタを有する。また、単位画素は、増幅トランジスタ及び選択トランジスタも含み、例えば４つのＮチャネルＭＯＳトランジスタを有する構成であるが、これらの組み合わせに限られるものではない。

画素アレイ部１１には、行列状の画素配列に対して、行毎に画素駆動線Ｖｐが行方向（画素行の画素の配列方向）に沿って形成され、列毎に垂直信号線ＶＬが列方向（画素列の画素の配列方向）に沿って形成されている。図１に示した例では、画素駆動線Ｖｐは各行１本として図示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線Ｖｐの一端は、垂直走査回路１２の各行に対応した出力端に接続されている。

垂直走査回路１２は、読み出し走査系及び掃き出し走査系を有し、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成される。読み出し走査系は、信号を読み出す単位画素について行単位で順に選択走査を行う。掃き出し走査系は、読み出し走査系によって読み出し走査が行われる読み出し行に対して、その読み出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して当該読み出し行の単位画素の光電変換素子から不要な電荷を掃き出す（リセットする）。

掃き出し走査系による不要電荷の掃き出し（リセット）により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことを言う。読み出し走査系による読み出し動作によって読み出される信号は、その直前の読み出し動作又は電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。直前の読み出し動作による読み出しタイミング又は電子シャッタ動作による不要電荷の掃き出しタイミングから、今回の読み出し動作による読み出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積時間（露光時間）となる。

垂直走査回路１２によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号（アナログ信号）は、垂直信号線ＶＬの各々を通してカラム処理回路１３に供給される。カラム処理回路１３は、画素アレイ部１１の画素列毎に、選択行の各画素から出力される信号を読み出す読み出し回路であり、画素列単位で各画素から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換（ＡＤ変換）機能を有する。カラム処理回路１３の詳細な回路構成及び回路動作については後述する。

水平転送走査回路１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、カラム処理回路１３の各列の回路部分を順番に選択する。水平転送走査回路１４による選択走査により、カラム処理回路１３により画素列毎にデジタル化された画素信号が順に水平信号線ＨＬに読み出され、出力アンプ１６を介して信号処理回路１７に供給される。参照電圧発生回路１５は、カラム処理回路１３でのＡＤ変換処理に用いられる、ある傾きで線形に変化する傾斜状波形（ＲＡＭＰ波形）の参照電圧Ｖｓｌｏｐｅを発生する。

信号処理回路１７は、水平転送走査回路１４による選択走査により、カラム処理回路１３から水平信号線ＨＬ及び出力アンプ１６を介して供給される画素信号に対して種々の信号処理を施して出力する。信号処理回路１７での信号処理としては、例えば、黒レベル調整、列毎のばらつきの補正、色関係処理等がある。タイミング制御回路１８は、垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤ、及びマスタークロックＭＣＫ等の基準信号に基づいて、垂直走査回路１２、カラム処理回路１３、水平転送走査回路１４、及び参照電圧発生回路１５等の回路動作のタイミング制御を行う。また、タイミング制御回路１８は、カラム処理回路１３においてＡＤ変換の際に用いる一定周期のクロックＣＬＫを生成する。

次に、ＡＤ変換機能を有するカラム処理回路１３の具体的な回路構成について説明する。図１に示したように、カラム処理回路１３は、各々画素アレイ部１１の画素列毎に配置されたコンパレータ１３１、カウンタ１３２、及びラッチ１３３を有する。

コンパレータ１３１は、単位画素から垂直信号線ＶＬに読み出されるアナログ信号Ｖｖｌを一方の入力、参照電圧発生回路１５で発生される傾斜状波形の参照電圧Ｖｓｌｏｐｅを他方の入力として、それらを比較する。コンパレータ１３１は、アナログ信号Ｖｖｌと参照電圧Ｖｓｌｏｐｅとの電位の大小関係が逆転するタイミングで出力が反転する。コンパレータ１３１は、例えば参照電圧Ｖｓｌｏｐｅに対してアナログ信号Ｖｖｌが高いときに“Ｌ”（ローレベル）を出力し、アナログ信号Ｖｖｌと参照電圧Ｖｓｌｏｐｅとの電位の大小関係が逆転するタイミングで出力を“Ｈ”（ハイレベル）に反転する。なお、参照電圧発生回路１５は、タイミング制御回路１８によるタイミング制御の下に、傾斜状波形の参照電圧Ｖｓｌｏｐｅの発生を開始する。

カウンタ１３２は、タイミング制御回路１８によるタイミング制御の下に、参照電圧発生回路１５が参照電圧Ｖｓｌｏｐｅを発生すると同時に、タイミング制御回路１８から与えられる一定周期のクロックＣＬＫに同期してカウント動作を開始する。カウンタ１３２は、アナログ信号Ｖｖｌと参照電圧Ｖｓｌｏｐｅとの電位の大小関係が逆転するタイミングで、コンパレータ１３１の出力の反転を受けてクロックＣＬＫの入力を停止させ、カウント動作を停止する。

図９は、本発明にいたる参考技術としてのカラム処理回路（以下、「カラムＡＤ変換器」とも称す）１３の回路構成を説明する図である。カウンタ１３２Ａの入力側には、図９に示すように、インバータ９０１及び否定論理積演算回路（ＮＡＮＤ回路）９０２を有するゲート回路１３４Ａが設けられている。

ゲート回路１３４Ａは、コンパレータ１３１の出力が“Ｌ”の期間においてゲートが開となって、タイミング制御回路１８から与えられるクロックＣＬＫをカウンタ１３２Ａに供給する。カウンタ１３２Ａは、参照電圧Ｖｓｌｏｐｅの発生タイミングから、アナログ信号Ｖｖｌと参照電圧Ｖｓｌｏｐｅとの電位の大小関係が逆転しコンパレータ１３１の出力が“Ｈ”に変化するタイミングまでの期間、クロックＣＬＫに同期してカウント動作を行う。

カウンタ１３２Ａは、そのカウント値ＣＮＴが参照電圧Ｖｓｌｏｐｅのある電位と一対一の対応をとりながら変化することで、アナログ信号Ｖｖｌをデジタル信号に変換する。すなわち、参照電圧Ｖｓｌｏｐｅの変化は、電圧の変化を時間の変化に変換するためのものであり、その時間をカウンタ１３２Ａによって一定周期のクロックＣＬＫに同期してカウントすることでデジタル値に変換する。

また、アナログ信号Ｖｖｌと参照電圧Ｖｓｌｏｐｅとの電位の大小関係が逆転するタイミングで、カウンタ１３２Ａのカウント値ＣＮＴ、すなわちアナログ信号Ｖｖｌの大きさに応じたデジタル値が、ラッチ１３３に保持される。ラッチ１３３に保持された一行分のデジタル値は、図１に示した水平転送走査回路１４による選択走査によって順に水平信号線ＨＬに読み出され、出力アンプ１６を介して信号処理回路１７に供給される。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、図９に示したカラム処理回路１３におけるＡＤ変換の様子を説明する図である。図１０（ａ）には、単位画素からの信号Ｖｖｌが比較的小さいＶｖｌ（ａ）であるときの、参照電圧Ｖｓｌｏｐｅ、カウンタに入力されるクロックＣＬＫ、コンパレータ出力ＣＯＭＰを示している。図１０（ｂ）には、単位画素からの信号Ｖｖｌが比較的大きいＶｖｌ（ｂ）であるときの、参照電圧Ｖｓｌｏｐｅ、カウンタに入力されるクロックＣＬＫ、コンパレータ出力ＣＯＭＰを示している。

図１０（ａ）に示すように単位画素からの信号Ｖｖｌが小さいときには、コンパレータ出力ＣＯＭＰが短時間（図示の例では期間Ｔａ）で反転するためカウンタに入力されるクロックＣＬＫも短時間で停止し、カウンタ１３２Ａの電流消費も短時間で停止する。一方、図１０（ｂ）に示したように単位画素からの信号Ｖｖｌが大きいときには、コンパレータ出力ＣＯＭＰが反転するまでの時間が長くなり（図示の例では期間Ｔｂ）、カウンタにクロックＣＬＫが入力される時間も長くなる。そのため、その時間だけカウンタ１３２Ａの電流消費時間が長くなる。カウンタ１３２が電流を消費することで、各カウンタは発熱する。したがって、図１０（ａ）に示した場合には発熱量が小さく、図１０（ｂ）に示した場合には発熱量が大きくなる。つまり、カウンタ１３２Ａの電流消費時間の差は、各カウンタの発熱量の差となって表れてくる。

この発熱が画像にどのような影響を与えるかを、図１１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。カメラ等を用いて夜景等を高感度で撮影する際に固定ノイズ低減の目的で用いられる露光方法として次のような撮影方法（以下、「遮光画像減算撮影」とも称す）がある。まず、被写体を適切な露出で撮影できる条件（レンズ絞り、露光時間、撮影感度（ＩＳＯ感度））で撮像装置を駆動し画像（本画像）を取得する。次に、撮影した本画像と同一時間だけ撮像装置の蓄積を行わせた遮光画像を取得する。そして、それぞれ取得した本画像と遮光画像との差分画像を生成することで、固定ノイズを減算する。なお、このような遮光画像減算撮影は広く使用されているため詳細説明は割愛するが、本画像と遮光画像は露光状態以外の条件がすべて同一であるという前提で成り立っている。

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、前述した遮光画像減算撮影を、図９に示したカラム処理回路（カラムＡＤ変換器）を有する撮像装置で行った場合に取得される画像の例を示したものである。図１１（ａ）は、本画像として夜景の月を高感度で撮影している様子で、模式的に画素アレイ部１１上に被写体の「月」１１０１とカラム（列）ＡＤ変換器１３を示したものである。図１１（ａ）では、画像右中央付近に高輝度の被写体である「月」があり、画像上部から下部に向かって行順次に画素出力がＡＤ変換されていく。カラム（列）ＡＤ変換器１３が、「月」付近をＡＤ変換する際、図１０で説明したように高輝度の被写体の信号をＡＤ変換するブロック付近１１０３Ａでより発熱を起こす。

前述したように、読み出し動作による読み出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積時間であるので、その後に読み出される画素群は、この発熱の影響を受けることになる。このことは撮影条件が高感度であるほど顕著に現れる。具体的には、画素アレイ部１１の右下付近１１０２Ａが局所的に熱の影響を受け、単位画素内で発生する暗電流が増加し、読み出された本画像は本来の出力よりも高い出力を示すことになる。カラム（列）ＡＤ変換器１３は、本画像をすべて読み出した後、電力を遮断されることにより、急速に通常の温度（周囲環境温度）に戻る。

図１１（ｂ）は、本画像と同一時間だけ撮像装置の蓄積を行わせた遮光画像を取得する様子を示している。遮光状態であるので単位画素からの信号Ｖｖｌは極めて小さく、カラム（列）ＡＤ変換器１３の行毎のカウント時間が短く発熱がほとんどない上、列毎の発熱もほとんどない。したがって、出力された画像は右下付近１１０２Ｂを含め、ほぼ均一な遮光画像となっている。

図１１（ｃ）は、本画像と遮光画像との差分画像を示しており、被写体である「月」以外の部分は固定ノイズのない遮光状態と同程度の出力になっていることが期待される。しかしながら、本画像のみ図１１（ａ）で説明したように局所的に熱の影響を受けているため、差分画像でも右下付近１１０２Ｃの部分で本来の出力よりも高い出力（暗電流によるムラ）となり、期待した良好な画像を得られていない。これは、本画像の撮影時と遮光画像の撮影時とでカラム（列）ＡＤ変換器１３の発熱状態が異なることに起因している。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態におけるカラム処理回路１３の構成例を説明する図である。第１の実施形態におけるカラム処理回路１３は、本画像の撮影時と遮光画像の撮影時とで発熱状態を同じにして、遮光画像減算撮影により良好な画像を得ることができるようにしたものである。

第１の実施形態におけるカラム処理回路１３は、動作モードとして第１のカウントモード及び第２のカウントモードを有する。第１のカウントモードでは、コンパレータ１３１の出力が“Ｌ”の期間、入力されるクロックＣＬＫを通常にカウントする。第２のカウントモードでは、予めプリセットされたカウント数（設定値ＰＳＤＴ）だけ入力されるクロックＣＬＫをカウントする。本画像の撮影時には第１のカウントモードで動作させ、遮光画像の撮影時には第２のカウントモードで動作させるようにしている。

第１のカウントモードでは、ゲート回路１３４内に制御信号Ｃ／Ｐにより駆動されるスイッチ２０１がｃ側に接続されることで、コンパレータ１３１の出力が“Ｌ”の期間、プリセットカウンタ１３２がクロックＣＬＫを通常にカウントする。コンパレータ１３１の出力が“Ｈ”になることで、プリセットカウンタ１３２に入力されるクロックが停止する。

第２のカウントモードでは、スイッチ２０１がｐ側に接続されるとともにプリセットカウンタ１３２がプリセットデータ（設定値）ＰＳＤＴを受ける。プリセットカウンタ１３２は、プリセットされた数（設定値）のクロックＣＬＫをカウントすると、出力信号を“Ｌ”から“Ｈ”に反転させる。プリセットカウンタ１３２の出力信号ＯＤＴが、スイッチ２０１を介してインバータ２０２に入力されることで、プリセットカウンタ１３２に入力されるクロックが停止する。

ラッチ回路１３３は、カウントモードにかかわらず、アナログ信号Ｖｖｌと参照電圧Ｖｓｌｏｐｅとの電位の大小関係が逆転する（コンパレータ１３１の出力が“Ｌ”から“Ｈ”になる）タイミングで、プリセットカウンタ１３２のカウント値ＣＮＴを保持する。

ここで、第１のカウントモードにおいて、プリセットカウンタ１３２は、クロックＣＬＫのカウント開始からコンパレータ１３１の出力が“Ｌ”から“Ｈ”になるまでの期間、カウント動作を行う（クロックが入力される）ため電流を消費する。一方、第２のカウントモードにおいては、プリセットカウンタ１３２は、クロックＣＬＫのカウント開始からプリセットされた数（設定値）のクロックをカウントするまでの期間、カウント動作を行う（クロックが入力される）ため電流を消費する。

図３は、プリセットカウンタ１３２の構成例を示す図である。プリセットカウンタ１３２は、カウンタ３０１、デコーダ３０２、比較回路３０３、及びゲート回路３０４を有する。カウンタ３０１は、所定のリセット動作後にクロックＣＬＫが供給されている間、クロックのカウント動作を行う。デコーダ６４２は、プリセットされたデータＰＳＤＴをカウンタ出力と比較するためのデータ変換を行い、比較回路３０３（図示の例では４ビット）に入力する。比較回路３０３にはカウンタ３０１の各ビット出力も入力され、比較回路３０３の出力を受けるゲート回路３０４は、プリセットデータとカウンタ３０１の出力が一致すると出力ＯＤＴが“Ｌ”から“Ｈ”に変化する。ゲート回路３０４の出力ＯＤＴは、図２に示したスイッチ２０１のｐ側に接続されている。

図４は、第１の実施形態における撮像装置の一部構成を説明する図である。図１に示した撮像装置、及び図２、図３で説明したカラムＡＤ変換器を示している。カラムＡＤ変換器１３の出力は、制御回路７０１に行順次に入力され所定の処理が行われる。制御回路７０１からは単位画素毎のＡＤ変換により得られた値を基に、行毎に各列のカウンタをプリセットする信号がカラムＡＤ変換器１３に対して出力される。

図５（ａ）〜図５（ｄ）は、図４に示した構成において遮光画像減算撮影を行ったときのＡＤ変換の様子を説明する図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本画像の撮影時のＡＤ変換の様子を示しており、図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、遮光画像の撮影時の図５（ａ）及び図５（ｂ）にそれぞれ対応する単位画素のＡＤ変換の様子を示している。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ図１０（ａ）及び図１０（ｂ）と同様であり、図５（ａ）は単位画素からの信号Ｖｖｌが比較的小さいＶｖｌ（ａ）のとき、図５（ｂ）は単位画素からの信号Ｖｖｌが比較的大きいＶｖｌ（ｂ）のときの様子である。

本画像の撮影時は、第１のカウントモードで動作してＡＤ変換を行う。したがって、カラムＡＤ変換器１３は、図５（ａ）や図５（ｂ）に示すように、アナログ信号Ｖｖｌと参照電圧Ｖｓｌｏｐとの電位の大小関係が逆転するタイミングまでクロックＣＬＫが入力され、カウント動作を行う。

一方、遮光画像の撮影時は、第２のカウントモードで動作してＡＤ変換を行う。図４における制御回路７０１により、すでに取得済の本画像の単位画素毎のＡＤ変換値を基に、行毎に各列の（カラムＡＤ変換器１３内の）プリセットカウンタ１３２に本画像と同じカウント値をセットする。そのため、図５（ｃ）や図５（ｄ）に示すように、遮光画像、すなわち信号量がＶｖｌ（ａ’）、Ｖｖｌ（ｂ’）のように極小でありながら、カラムＡＤ変換器１３は、クロックＣＬＫが本画像と同じ期間に亘って入力され、カウント動作が行われる。つまり、本画像の撮影時と遮光画像の撮影時とで、各単位画素のＡＤ変換時のカラムＡＤ変換器１３の発熱状態を同じにすることができる。

ここで、図３におけるデコーダ３０２、比較回路３０３、ゲート回路３０４は、第１のカウントモード時には不要な回路ではあるが、第１及び第２のカウントモードで消費電力を同じにするために、第１のカウントモード時においても動作させておく。この場合、プリセットするデータは、例えば設定可能な最大値をセットするものとする。また、第１のカウントモード時には、スイッチ２０１のｃ側に接続されているため、動作上の不具合はない。

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、このような撮像装置で遮光画像減算撮影を行った場合に取得される画像の例を示したものである。図６（ａ）は、図１１（ａ）と同様で、本画像として夜景の月を高感度で撮影している様子である。したがって、画素アレイ部１１の右下付近６０１Ａが局所的に熱の影響を受け、単位画素内で発生する暗電流が増加し、読み出された本画像は本来の出力よりも高い出力を示している。

図６（ｂ）は、本画像と同一時間だけ撮像装置の蓄積を行わせた遮光画像を取得する様子を示している。本実施形態では、カラムＡＤ変換器１３の発熱状態が本画像と同じであるので、画素アレイ部１１の右下付近６０１Ｂが図６（ａ）と同様に局所的に本来の出力よりも高い出力を示している。図６（ｃ）は、本画像と遮光画像との差分画像を示しており、期待通り被写体である「月」以外の部分は固定ノイズのない遮光状態と同程度の出力にすることができている。

第１の実施形態によれば、遮光画像を用いた本画像の補正処理を行うとき、カラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３を、本画像の撮影時は第１のカウントモードで動作させ、遮光画像の撮影時は第２のカウントモードで動作させる。これにより、遮光画像減算撮影において、本画像の撮影時と遮光画像の撮影時とでカラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３の発熱状態を同じにすることができ、ノイズの少ない良好な画像を出力することが可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。前述した第１の実施形態では、遮光画像減算撮影において、本画像の撮影時と遮光画像の撮影時とでカラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３のカウントモードを変更することで、カラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３の発熱状態を同じにしている。以下に説明する第２の実施形態では、遮光画像減算撮影において、本画像の撮影時と遮光画像の撮影時とでカラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３のカウントモードを変更せずに、本画像の撮影時と遮光画像の撮影時で発熱状態を同じにするものである。

具体的には、図２におけるカラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３を常に第２のカウントモードで動作させるとともに、制御回路７０１により（カラムＡＤ変換器１３内の）プリセットカウンタ６３２に常に最大のカウント値をセットするようにする。これを本画像の撮影時と遮光画像の撮影時の両方で行う。ここで最大のカウント値は、例えば１２ビット出力のＡＤ変換器であれば４０９６をプリセットし、常に４０９６クロックカウントを継続させる。

このときのＡＤ変換の様子を示したのが図７である。単位画素からの信号Ｖｖｌの信号量が小さくても、クロックＣＬＫは常に最大数だけ入力されてカウント動作が行われる。このように信号量が極小であっても常にカラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３は最大のカウント動作を行うため、消費電流（発熱）は多少増加するが、本画像の撮影時と遮光画像の撮影時とで発熱状態を同じにすることができる。したがって、遮光画像減算撮影において、ノイズの少ない良好な画像を出力することが可能になる。

（実施形態の応用例）
遮光画像減算撮影以外の撮影（すなわち本画像のみ撮影する通常撮影など）においては、カラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３は、常に第１のカウントモードで動作させることが望ましい。例えば、一般的にはノイズの少ない低感度での撮影頻度が多く、低感度ではカラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３の発熱による暗電流の増減が画像に影響を及ぼすことも少ない。

そこで、撮影者が撮像装置で被写体撮影する場合において、撮影モードが遮光画像減算処理を行う撮影モードであるかどうかを判定し、遮光画像減算処理を行う撮影モードであれば前述した実施形態の動作を行う。それ以外ではカラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３を第１のカウントモードで動作させる。このように動作させることによって、撮影者の意図を反映させた最良の画像を出力できる撮像装置を提供することが可能である。

例えば、図８（ａ）に示すように、遮光画像減算処理を行う撮影モードであるかどうかを判定する（Ｓ８０１）。遮光画像減算処理を行う撮影モードでなければ、カラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３は、第１のカウントモードで通常にＡＤ変換を行う（Ｓ８０２）。一方、遮光画像減算処理を行う撮影モードであれば、カラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３は、本画像を第１のカウントモードで通常にＡＤ変換し、遮光画像を第２のカウントモードで本画像と同じ発熱状態になるようにＡＤ変換を行う（Ｓ８０３）。

また、例えば図８（ｂ）に示すように、遮光画像減算処理を行う撮影モードであるかどうかを判定する（Ｓ８１１）。遮光画像減算処理を行う撮影モードでなければ、カラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３は、第１のカウントモードで通常にＡＤ変換を行う（Ｓ８１２）。一方、遮光画像減算処理を行う撮影モードであれば、カラム処理回路（カラムＡＤ変換器）１３は、本画像と遮光画像を第２のカウントモードで且つプリセットカウンタを最大値にセットし、本画像と遮光画像で同じ発熱状態になるようにＡＤ変換を行う（Ｓ８１３）。

なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１１：画素アレイ部 １３：カラム処理回路（カラムＡＤ変換器） １３１：コンパレータ １３２：カウンタ（プリセットカウンタ） １３３：ラッチ １８：タイミング制御回路 １３４：ゲート回路 ２０１：スイッチ ２０２：インバータ ２０３：ＮＡＮＤ回路

Claims (6)

1. それぞれが光電変換素子を含む複数の画素が行列状に配置された画素アレイ部と、
   前記画素アレイ部の画素列単位で前記画素から出力されるアナログ信号をデジタル信号にアナログデジタル変換するカラム処理回路とを有し、
   前記カラム処理回路は、
   前記アナログ信号と傾斜状波形で変化する参照電圧とを比較し、前記アナログ信号と前記参照電圧との電位の大小関係が逆転するタイミングで出力が反転するコンパレータと、
   一定の周期のクロックに同期してカウント動作を行い、前記参照電圧の発生タイミングから前記コンパレータの出力が反転するタイミングまでカウント動作を行う第１のカウントモード、及び前記参照電圧の発生タイミングから設定値になるまでカウント動作を行う第２のカウントモードを動作モードとして有するカウンタと、
   前記コンパレータの出力が反転するタイミングで前記カウンタのカウント値を保持するラッチとを有し、
   撮影モードに応じて前記カウンタの動作モードを切り替えることを特徴とする撮像装置。
2. 本画像から遮光画像を減算する第１の撮影モードと、前記第１の撮影モードとは異なる撮影モードとで、前記カウンタの動作モードを切り替えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記第１の撮影モードでは、本画像に係る信号をアナログデジタル変換するときに前記第１のカウントモードで前記カウンタがカウント動作を行い、遮光画像に係る信号をアナログデジタル変換するときに前記第２のカウントモードで前記カウンタがカウント動作を行うことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 前記遮光画像に係る信号をアナログデジタル変換するときに、前記本画像の単位画素毎のアナログデジタル変換により得られた値を基に、各列の前記カウンタに本画像と同じカウント値を設定することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 前記第１の撮影モードでは、本画像に係る信号及び遮光画像に係る信号をアナログデジタル変換するときに前記第２のカウントモードで前記カウンタがカウント動作を行うことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
6. 前記第２のカウントモードでは、各列の前記カウンタに設定可能な最大値を設定することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。

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