JP2018019441A - 撮像装置および信号補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＭＯＳセンサにおける暗電流の影響を補正する撮像装置および補正方法を与える。【解決手段】複数の画素が設けられた撮像領域を有する撮像素子と、撮像領域の第１領域に設けられた画素から出力される画素信号を読み出す第１読出モードと、第１領域と異なる領域である第２領域に設けられた画素から出力される画素信号を読み出す第２読出モードとを有する読出部と、撮像領域の外周において、第１領域及び第２領域の頂点と対向する位置に設けられた複数の温度センサと、温度センサにより検知された温度に基づいて読出部により読み出された画素信号を補正する補正部と備える撮像装置。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置および信号補正方法に関する。

撮像素子の温度を検出する温度センサを複数備え、検出した温度に基づいて撮像素子の出力信号を補正する装置が知られている（例えば、特許文献１）。
［特許文献１］特開２００７−３２９６５５号公報

各画素の温度をより正確に検出するには、温度センサの数はできるだけ多いことが好ましい。しかし、センサの数を多くしすぎると、コストが高くなってしまう。

本発明の第１の態様においては、複数の画素が設けられた撮像領域を有する撮像素子と、撮像領域の第１領域に設けられた画素から出力される画素信号を読み出す第１読出モードと、第１領域と異なる領域である第２領域に設けられた画素から出力される画素信号を読み出す第２読出モードとを有する読出部と、撮像領域の外周において、第１領域及び第２領域の頂点と対向する位置に設けられた複数の温度センサと、温度センサにより検知された温度に基づいて読出部により読み出された画素信号を補正する補正部と備える撮像装置を提供する。

本発明の第２の態様においては、撮像装置を使って、画素信号を補正する信号補正方法であって、撮像素子により画像を撮像する段階と、読出モードに応じた領域の画素信号を読出す段階と、読出モードに応じた領域の温度を複数の温度センサにより測定する段階と、測定した温度に基づいて画素信号を補正する段階とを備える信号補正方法を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

撮像装置の機能的構成を示すブロック図である。 撮像素子を実装したパッケージの斜視図である。 読出モードに応じた撮像領域および温度センサの配置を説明する図である。 画素の等価回路図を示す。 画素ブロックの例を示す図である。 画素ブロックの他の例を示す図である。 画素信号の補正方法を示すフローチャートである。 裏面照射型のＭＯＳ型撮像素子の断面図である。 撮像チップの画素配列を説明する図である。 画素ブロックにおける画素の接続関係を示す回路図である。 撮像装置の構成を示すブロック図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る撮像装置５００の構成を示すブロック図である。撮像装置５００は、被写体の光学像を撮像領域に結像させる光学レンズ５２０を備える。また、撮像装置５００は、異なる種類の光学レンズ５２０を装着することができる装着部（不図示）を備える。他の構成要素として、撮像装置５００は、撮像素子１００、システム制御部５０１、制御部５０２、ワークメモリ５０４、記録部５０５、および表示部５０６を主に備える。図１における座標軸に示すように、被写体光束が進む方向をＺ軸プラス方向、Ｚ軸に直交する紙面上方向をＹ軸プラス方向、Ｚ軸およびＹ軸に直交する紙面手前方向をＸ軸プラス方向とする。本明細書のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。

光学レンズ５２０は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。また、光学レンズ５２０はレンズ鏡筒に設けられる。装着部は、複数種類のレンズ鏡筒が装着可能である。また、装着部または撮像装置５００は、いずれの種類のレンズ鏡筒または光学レンズ５２０が装着されたかを識別する。

撮像素子１００は、光学レンズ５２０の焦点面近傍に配置され、複数の画素を有する撮像領域に入射する入射光に応じた画素信号を出力する。撮像素子１００は、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサである。また、撮像素子１００には、複数の温度センサ６４０が設けられる。制御部５０２は、撮像素子１００のタイミング制御、後述する領域制御等の電荷蓄積制御を実行する。

システム制御部５０１は、読出部５１０、画像処理部５１１、補正部５１２を備える。読出部５１０は、撮像素子１００から画素信号を読み出す。読出部５１０は、撮像素子１００における撮像領域内の異なる領域を指定する複数の読出モードを有する。読出部５１０は、複数の読出モードのそれぞれに応じた領域に含まれる画素から画素信号を読み出す。読出モードは、例えば装着部に装着された光学レンズ５２０の種類に応じて定まる。読出部５１０は、複数の読出モードのそれぞれに応じた領域の画素の画素信号をグローバルリセットローリング読み出し方式で読み出す。グローバルリセットローリング読み出し方式では、撮像素子１００に含まれる全画素が同時にリセットされる。また、画素信号を読み出す場合、撮像領域の各行が順次指定され、指定された行に含まれる画素の画素信号が行方向に順次読み出される。つまり、画素がリセットされてから画素信号が読み出されるまでの時間が、画素毎に異なる。また、制御部５０２は、システム制御部５０１からの指示に従って、複数の温度センサ６４０のうち、読出モードに応じた１又は複数の温度センサ６４０を選択する。

画像処理部５１１は、ワークメモリ５０４をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像データを生成する。例えば、ＪＰＥＧファイル形式の画像データを生成する場合は、ホワイトバランス処理、ガンマ処理等を施した後に圧縮処理を実行する。

補正部５１２は、読出部５１０が読み出した画素信号を、複数の温度センサ６４０がそれぞれ検知した温度に基づいて補正する。具体的には、補正部５１２は、読出部５１０が読み出した画素信号を、制御部５０２が読出モードに応じて選択した温度センサ６４０が検知した温度に基づいて補正する。

なお、本例においては、補正部５１２を画像処理部５１１と独立であるとして説明したが、補正部５１２は画像処理部５１１の一部であってもよい。生成され、補正された画像データは、記録部５０５に記録されるとともに、表示信号に変換されて予め設定された時間の間、表示部５０６に表示される。

表示部５０６は、補正部５１２により補正された画素信号に応じた画像を表示する。表示部５０６は、例えば、ファインダ、背面パネル、外部ディスプレイ等である。システム制御部５０１は、表示部５０６に表示する画像のアスペクト比に応じて、読出モードを選択してもよい。補正部５１２は、読出モードに応じて、補正係数を含むルックアップテーブルを、ワークメモリ５０４から選択する。

図２は、撮像素子１００を実装したパッケージ６００の斜視図である。図１に示した撮像装置５００において、撮像素子１００はパッケージ６００の状態で設けられる。パッケージ６００は、パッケージ本体６１０と、撮像素子１００をパッケージ本体６１０に固定した後、撮像素子１００を密閉するための封止部６３０と、撮像素子１００の周囲に設けられた複数の温度センサ６４０と、パッケージ本体６１０の側面または裏面に設けられた金属製の端子部６２０を備える。パッケージ本体６１０は、上面に撮像素子１００用の開口部を有する直方体形状の筐体である。

パッケージ本体６１０の側面または裏面には、複数の端子部６２０が互いに離隔され、電気的に絶縁されて設けられている。パッケージ本体６１０は、例えばセラミック等からなる。封止部６３０は、石英ガラス等の光学ガラスからなり、表面に光学コーティングが施されている。温度センサ６４０は、例えば、サーミスタである。サーミスタは、電気抵抗が温度により変化する金属酸化物、シリコン単結晶、薄膜等からなる。本例の温度センサ６４０は、撮像素子１００と同一の基板上に形成される。また、温度センサ６４０は、撮像素子１００の周囲のパッケージ本体６１０に設けられてもよい。

図３は、撮像素子１００の撮像領域１８０の外周における温度センサ６４０の配列を説明する図である。撮像素子１００は、被写体の画像を撮像する撮像領域１８０に配置された複数の画素を含む。

本例の撮像素子１００において、複数の読出モードに対応して、画素信号を読み出す読出領域の位置および大きさが変化する。ここで、読出モードとは、撮像素子１００の撮像領域１８０において各画素に蓄積された電荷を電圧値として読み出すべき領域を指定するモードである。一例として、読出モードは、撮像装置５００に装着する光学レンズ５２０の種類に応じて変化する。本明細書において、読出領域が互いに異なる光学レンズ５２０をＦＸレンズ、ＤＸレンズと称する。ＦＸレンズを使用する読出モードにおいて、読出領域は撮像領域１８０に一致する。一方、ＤＸレンズを使用する読出モードにおいて、読出領域は撮像領域１８０よりも狭い。

撮像素子１００は、複数の読出モードに応じて、撮像領域１８０における異なる領域が指定される。ここで、異なる領域とは、一つの読出モードに対応する領域が他の読出モードに対応する領域を包含する関係、または、一つの読出モードに対応する領域の一部が、他の読出モードに対応する領域の一部と重複する関係にある領域を指す。図１に示した読出部５１０は、複数の読出モードのそれぞれに応じた領域に含まれる画素から画素信号を読み出す。

本例において読出モードは、ＦＸレンズを装着した場合のＦＸモード、および、ＤＸレンズを装着した場合のＤＸモードを含む。ＦＸモードにおいては、撮像領域１８０のすべての画素から被写体の画像信号を取得する。ＦＸモードにおいては、撮像領域１８０と読出領域６５０は同一となる。ＤＸモードにおいては、ＦＸモードより面積の小さい読出領域６６０の画素から被写体の画像信号を取得する。

他の例において読出モードは、図１に示した表示部５０６に表示する画像のアスペクト比に応じて変化する。ここで、表示部５０６とは、例えば、ファインダ内の表示パネル、背面パネル、外部ディスプレイである。読出モードは、表示部５０６に表示される画像のアスペクト比が１６：９のＨＤ画像である場合のＨＤモードを含む。ＨＤモードにおいては、ＨＤ画像に応じた読出領域６５０の画素から被写体の画像信号を取得する。読出モードは、ＨＤモード以外に、画像のアスペクト比が２１：９のシネマ画像である場合のシネマモードを含んでよい。シネマモードにおいては、アスペクト比が２１：９の読出領域６７０の画素から被写体の画像信号を取得する。

温度センサ６４０は、撮像領域１８０の外周において、複数の読出モードのそれぞれで指定される領域の頂点と対向する位置に設けられる。撮像領域１８０の外周とは、撮像素子１００と同一のシリコン基板上における撮像領域１８０の外側を指す。また、読出領域の外周とは、パッケージ本体６１０の開口部における撮像素子１００の外縁近傍であってもよい。読出モードで指定される領域の頂点とは、撮像領域１８０における読出モードに応じた読出領域を構成する４辺のうち、長辺方向に沿った直線と、短辺方向に沿った直線とが互いに垂直に交わる点を指す。頂点と対向する位置とは、撮像領域１８０と同一面において、各頂点から長辺方向（Ｘ軸方向）、および、短辺方向（Ｙ軸方向）に延長した延長線上の位置を指す。

つまり、読出モードに応じて指定された読出領域の頂点と、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において対向する位置に予め温度センサ６４０を作成しておく。一例として、温度センサ６４０がサーミスタの場合、ＣＭＯＳセンサと同じプロセスで同じシリコン基板上に作り込むことができるので好ましい。複数の温度センサ６４０のうち、複数の読出モードのそれぞれに応じた温度センサ６４０が選択される。

具体的には、読出モードがＦＸモードの場合、読出領域６５０の４隅の位置に予め設けられた４つの温度センサ６４０−１が選択される。読出モードがＤＸモードの場合、読出領域６６０の４つの頂点のそれぞれにおいて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対向する位置に予め設けられた８つの温度センサ６４０−２が選択される。読出モードがＨＤモードの場合、読出領域６７０の４隅の位置に予め設けられた４つの温度センサ６４０−３が選択される。

撮像素子１００は、選択した温度センサ６４０が検出した温度に基づいて、各画素の画素値（画素データ）を補正する。例えば撮像素子１００は、選択した温度センサ６４０が検出した温度に基づいて各画素の温度を推定する。画素の温度は、例えば画素と各温度センサ６４０との距離に応じた重み付け係数を用いて、それぞれの温度センサ６４０が検出した温度を重み付け加算することで算出できる。図１に示した補正部５１２は、こうして推定した画素の温度に基づいて、画素データを補正する。本例の撮像素子１００には、各温度に対応する暗電流値のテーブルが予め与えられており、当該テーブルを用いて各画素の画素データを補正する。

また、補正係数のルックアップテーブルは、読出モードごとに異なることが好ましい。これは、読出モードごとに読出領域が異なるので、読出開始から読出終了までにかかる時間が異なることに由来する。例えば、ＦＸモードの場合とＤＸモードの場合とを比較すると、ＦＸモードの読出領域６５０は、ＤＸモードの読出領域６６０に比べ、読み出す画素の行数が多い。したがって、グローバルリセットローリング読み出し方式では、ＦＸモードの方がＤＸモードに比べ、読出開始から読出終了までの読み出し時間が長くなる。つまり、読出しモードに応じて、例えば最後に読み出される画素の待ち時間が変化する。待ち時間が変化すると、電荷蓄積時間が変化するので暗電流が変化する。補正係数テーブルは、読出しモード毎の電荷蓄積時間の変化による暗電流の変化を補償すべく、読出しモード毎に設けられる。例えば補正係数テーブルは、各画素（または各画素ブロック）に対する補償係数として、電荷蓄積時間に応じた係数を有する。図１に示した補正部５１２は、静止画を補正するときに、読出しモードに応じた補正係数テーブルを用いてよい。また、補正部５１２は、動画を補正するときにも、読出しモードに応じた補正係数テーブルを用いてよい。

本例によれば、読出モードに応じて配置される温度センサ６４０を使用することにより、画素ブロックごとに画素データの補正を行うことができる。また、読出モードに応じた補正係数のテーブルを用いることで、読出モードに応じて電荷蓄積時間が変化する画素における暗電流を精度よく補正することができる。

図４は、撮像領域１８０に含まれる複数の画素１５０のうち、一つの画素１５０の等価回路図を示す。複数の画素１５０の各々は、ＰＤ（フォトダイオード）１０４、転送トランジスタ１５２、リセットトランジスタ１５４、増幅トランジスタ１５６および選択トランジスタ１５８を有する。さらに、画素１５０には、リセットトランジスタ１５４のオン信号が供給されるリセット配線３００、転送トランジスタ１５２のオン信号が供給される転送配線３０２、電源Ｖｄｄから電力の供給を受ける電源配線３０４、選択トランジスタ１５８のオン信号が供給される選択配線３０６、および、画素信号を出力する出力配線３０８が配される。

転送トランジスタ１５２のソース、ゲート、ドレインはそれぞれ、ＰＤ１０４の一端、転送配線３０２、増幅トランジスタ１５６のゲートに接続される。また、リセットトランジスタ１５４のドレインは電源配線３０４に接続され、ソースは増幅トランジスタ１５６のゲートに接続される。増幅トランジスタ１５６のドレインは電源配線３０４に接続され、ソースは選択トランジスタ１５８のドレインに接続される。

選択トランジスタ１５８のゲートは選択配線３０６に接続され、ソースは出力配線３０８に接続されている。負荷電流源３０９は、出力配線３０８に電流を供給する。すなわち、選択トランジスタ１５８に対する出力配線３０８は、ソースフォロアにより形成される。

図５は、撮像領域１８０を、複数の画素ブロックに分割する例を示す。撮像領域１８０を複数の画素ブロックに分割し、それぞれのブロックごとに温度を測定することで画像処理の負荷を低減させることができるので正確かつ高速な温度補正を行うことができる。読出モードのそれぞれに応じた読出領域が、複数の画素ブロックに分割される。本例では、読出モードがＦＸモードの場合について説明する。なお、撮像領域１８０は、他の読出モードにおいても同様に分割されてよい。ＦＸモードの読出領域６５０は、４つの画素ブロック（６５０−１、６５０−２、６５０−３、６５０−４）を含む。各画素ブロックは、同数の画素を含んでよい。画素ブロック（６５０−１、６５０−２、６５０−３、６５０−４）のそれぞれの頂点に対応する位置には温度センサ６４０―１、６４０−５が設けられている。

例えば、画素ブロック６５０−１の頂点に対向する位置には、温度センサ６４０−５および温度センサ６４０―１が設けられている。ここで、温度センサ６４０−１は、ＦＸモードにおける読出領域６５０の頂点に対向する位置に設けられた温度センサである。つまり、本例においては、読出モードによって指定された位置に設けられた温度センサが画素ブロックの複数の温度センサのひとつとして機能する。

画素ブロック６５０−２の頂点に対向する位置には、温度センサ６４０−５、温度センサ６４０−１が設けられている。画素ブロック６５０−１と画素ブロック６５０−２との境界に位置する温度センサ６４０−５は、両方の画素ブロックの温度センサとして機能する。画素ブロック６５０−３の頂点に対向する位置には、温度センサ６４０−５および温度センサ６４０−１が設けられている。画素ブロック６５０−１と画素ブロック６５０−３との境界に位置する温度センサ６４０−５は、両方の画素ブロックの温度センサとして機能する。

画素ブロック６５０−４の頂点に対向する位置には、温度センサ６４０−５および温度センサ６４０−１が設けられている。画素ブロック６５０−３と画素ブロック６５０−４との境界に位置する温度センサ６４０−５は、両方のブロックの温度センサとして機能する。また、画素ブロック６５０−２と画素ブロック６５０−４との境界に位置する温度センサ６４０−５は、両方のブロックの温度センサとして機能する。４つの画素ブロック（６５０−１、６５０−２、６５０−３、６５０−４）の温度は、画素ブロックのそれぞれに対応する温度センサ６４０が選択されて測定される。

本例において、図１に示した補正部５１２は、温度センサ６４０が検知した複数の画素ブロックのそれぞれの温度に基づいて、画素ブロック毎の画素信号を補正する。一例として、読出モードがＦＸモードの場合、画素ブロック６５０―１の温度を測定するために、制御部５０２は、画素ブロック６５０−１の頂点の位置に対向して配置された温度センサ６４０−１、６４０−５を選択する。温度センサ６４０−１、６４０−５が測定したそれぞれの頂点での温度から、画素ブロック６５０−１の面内における温度分布を推測する。

温度分布は、シミュレーション等により予め求められてワークメモリ５０４に格納されている。補正部５１２は、読出部５１０が読み出しを開始する時刻における画素ブロック６５０−１の平均温度を、実測値およびシミュレーションから推定する。図３において説明したように、撮像装置５００は、温度センサ６４０が検知した画素ブロックの温度に対する補正係数を含む補正係数テーブルを、読出しモードごとに有する。

補正係数テーブルはルックアップテーブルであってよく、ワークメモリ５０４に予め格納されている。補正部５１２は、読出モードに応じた補正係数テーブルを検索し、画素ブロック６５０―１の温度に基づいて、画素ブロック６５０−１に含まれる画素の画素データを補正する。

本例によれば、画素ブロックに応じて配置される温度センサ６４０を使用することにより、画素ブロックごとに画素データの補正を行うことができる。したがって、暗電流の影響を画素ブロックごとに相殺することができるので、画像の１フレーム内で輝度ムラを十分に抑制できる。

図６は、撮像領域１８０を、複数の画素ブロックに分割する他の例を示す。図５に示した画素ブロック６５０−４が、４つのサブブロック（６６０−１、６６０−２、６６０−３、６６０−４）にさらに分割されている点で、図５に示す例と異なる。他は、図５と同様なので説明を省略する。画素ブロック６６０−２の頂点に対向する位置には、温度センサ６４０−６、温度センサ６４０−５が設けられている。画素ブロック６６０−２と画素ブロック６５０−２との境界に位置する温度センサ６４０−５は、両方の画素ブロックの温度センサとして機能する。

画素ブロック６６０−３の頂点に対向する位置には、温度センサ６４０−６および温度センサ６４０―５が設けられている。画素ブロック６６０−３と画素ブロック６５０−３との境界に位置する温度センサ６４０−５は、両方の画素ブロックの温度センサとして機能する。画素ブロック６６０−４の頂点に対向する位置には、温度センサ６４０−６および温度センサ６４０−１が設けられている。画素ブロック６６０−３と画素ブロック６６０−４との境界に位置する温度センサ６４０−６は、両方のブロックの温度センサとして機能する。また、画素ブロック６６０−２と画素ブロック６６０−４との境界に位置する温度センサ６４０−６は、両方の画素ブロックの温度センサとして機能する。

図６に示すように、画素ブロック６５０−１の周囲に配置される温度センサ（６４０−１、６４０−２、６４０−５）に比べ、図５の画素ブロック６５０−４を分割した画素ブロック（６６０−１、６６０−２、６６０−３、６６０−４）の周囲に配置される温度センサ（６４０−１、６４０−２、６４０−３、６４０−５、６４０−６）の方が、数が多い。本例において、画素ブロック６５０−１の周囲に配置される温度センサの個数は６個であるのに対して、画素ブロック（６６０−１、６６０−２、６６０−３、６６０−４）の周囲に配置される温度センサの個数は８個である。つまり、画素ブロック６５０−１と、画素ブロック（６６０−１、６６０−２、６６０−３、６６０−４）とでは隣接する温度センサの間隔が一部異なる。換言すれば、画素ブロック（６６０−１、６６０−２、６６０−３、６６０−４）の温度センサは、画素ブロック６５０−１の温度センサよりも密に配置された部分を含む。

図１に示した補正部５１２は、図５の例と同様に、温度センサ６４０が検知した複数の画素ブロックのそれぞれの温度に基づいて、画素ブロック毎の画素信号を補正する。本例によれば、読出開始領域よりも読出終了領域の画素ブロックの面積を小さくすることにより、発熱の大きな領域の画素データを細かく補正することができる。ここで、読出開始領域とは、被写体を撮像素子１００により撮像した１フレーム分の画素信号をグローバルリセットローリング読み出し方式で読み出すときの読出モードに応じた読出領域における最初の画素ブロックの一行目の画素をさす。一方、読出終了領域とは、被写体を撮像素子１００により撮像した１フレーム分の画素信号をグローバルリセットローリング読み出し方式で読み出すときの読出モードに応じた読出領域における最後の画素ブロックの最終行の画素をさす。

したがって、より精度の高い暗電流補正を行うことができる。さらに、読出モードに応じた位置に配置された温度センサおよび画素ブロックの頂点に対向する位置に配置された温度センサを使用して画素ブロックの平均温度を測定するため、撮像領域１８０の周囲全体に温度センサを敷き詰めるよりも補正部５１２での処理負荷が小さくてすむので好ましい。

図７は、実施形態にかかる画素信号補正方法を示すフローチャートである。本例の画素信号補正方法は、被写体の画像を撮像する段階と、複数の読出モードのそれぞれに応じた領域の画素信号を読出す段階と、複数の読出モードのそれぞれに応じた領域の温度を複数の温度センサにより測定する段階と、測定した温度に基づいて画素信号を補正する段階とを備える。

被写体を撮像する前に、ステップＳ１００において、読出モードを選択する。上述したように、読出モードは使用するレンズの種類、表示部に表示する画像領域のアスペクト比に応じて、選択される。選択は、ユーザ自身が行ってもよいし、撮像装置５００が自動的に行ってもよい。例えば、ＦＸレンズが装着されたことをシステム制御部５０１が検知したときに自動的に読出モードがＦＸモードに変化する。

ステップＳ１１０において、被写体を撮像する。その後、ステップＳ１２０において、システム制御部５０１は、制御部５０２を介して撮像素子１００の読出モードに応じた撮像領域を複数の画素ブロックに分割する。続いて、システム制御部５０１は、読出モードおよび画素ブロックの頂点に応じた位置に設けられている温度センサ６４０を選択する。次にステップＳ１４０において、読出部５１０が画素ブロックの画素の行毎に画素信号をグローバルシャッタローリング読み出し方式で読み出す。

続いて、ステップＳ１５０において、制御部５０２は、画素ブロックごとに読出時刻ｔにおける平均温度を測定する。制御部５０２は、選択した温度センサ６４０から得られる実測値およびワークメモリ５０４に格納された温度勾配のシミュレーション結果から平均温度を推定する。ステップＳ１６０において、画素信号がＡ／Ｄ変換されて画素データが得られる。

ステップＳ１７０において、複数の画素ブロックのそれぞれの画素ブロックの温度に基づいて、画素ブロックに含まれる画素の画素信号を補正する。補正部５１２は、読出モードに応じた補正係数テーブルをワークメモリ５０４から検索し、画素ブロックごとの画素データを当該補正係数テーブルの補正係数を使って補正する。なお、画素データの補正は、Ａ／Ｄ変換するステップＳ１６０の前に行ってもよい。

次にステップＳ１８０において、補正後の画素データを記録部５０５に格納する。続いて、ステップＳ１９０において、記録部５０５に格納した画素データを読み出し、表示部５０６に表示する。

図８は、本実施形態に係る撮像素子１００の断面図である。図８では、裏面照射型の撮像素子１００を示すが、撮像素子１００は裏面照射型に限定されない。撮像素子１００は、入射光に対応した画素信号を出力する撮像チップ１１３と、画素信号を処理する信号処理チップ１１１と、画素信号を記憶するメモリチップ１１２とを備える。これら撮像チップ１１３、信号処理チップ１１１およびメモリチップ１１２は積層されており、Ｃｕ等の導電性を有するバンプ１０９により互いに電気的に接続される。

なお、図示するように、入射光は主に白抜き矢印で示すＺ軸プラス方向へ向かって入射する。本実施形態においては、撮像チップ１１３において、入射光が入射する側の面を裏面と称する。また、座標軸に示すように、Ｚ軸に直交する紙面右方向をＸ軸プラス方向、Ｚ軸およびＸ軸に直交する紙面手前方向をＹ軸プラス方向とする。

撮像チップ１１３の一例は、裏面照射型のＭＯＳイメージセンサである。ＰＤ層１０６は、配線層１０８の裏面側に配されている。ＰＤ層１０６は、二次元的に配された複数のＰＤ１０４、および、ＰＤ１０４に対応して設けられたトランジスタ１０５を有する。トランジスタ１０５は、図４に示した転送トランジスタ１５２、リセットトランジスタ１５４、増幅トランジスタ１５６および選択トランジスタ１５８に対応する。なお、図４に示した定電流源３１１は、撮像チップ１１３側に設けても良いし、信号処理チップ１１１側に設けても良い。

ＰＤ層１０６における入射光の入射側にはパッシベーション膜１０３を介してカラーフィルタ１０２が設けられる。カラーフィルタ１０２は、互いに異なる波長領域を透過する複数の種類を有しており、ＰＤ１０４のそれぞれに対応して特定の配列を有している。カラーフィルタ１０２の配列については後述する。カラーフィルタ１０２、ＰＤ１０４およびトランジスタ１０５の組が一つの画素を形成する。

カラーフィルタ１０２における入射光の入射側には、それぞれの画素に対応して、マイクロレンズ１０１が設けられる。マイクロレンズ１０１は、対応するＰＤ１０４へ向けて入射光を集光する。

配線層１０８は、ＰＤ層１０６からの画素信号を信号処理チップ１１１に伝送する配線１０７を有する。配線１０７は多層であってもよく、また、受動素子および能動素子が設けられてもよい。

配線層１０８の表面には複数のバンプ１０９が配される。当該複数のバンプ１０９が信号処理チップ１１１の対向する面に設けられた複数のバンプ１０９と位置合わせされて、撮像チップ１１３と信号処理チップ１１１とが加圧等されることにより、位置合わせされたバンプ１０９同士が接合されて、電気的に接続される。

同様に、信号処理チップ１１１およびメモリチップ１１２の互いに対向する面には、複数のバンプ１０９が配される。これらのバンプ１０９が互いに位置合わせされて、信号処理チップ１１１とメモリチップ１１２とが加圧等されることにより、位置合わせされたバンプ１０９同士が接合されて、電気的に接続される。

なお、バンプ１０９間の接合には、固相拡散によるＣｕバンプ接合に限らず、はんだ溶融によるマイクロバンプ結合を採用しても良い。また、バンプ１０９は、例えば後述する一つの出力配線に対して一つ程度設ければ良い。したがって、バンプ１０９の大きさは、ＰＤ１０４のピッチよりも大きくても良い。また、画素が配列された撮像領域以外の周辺領域において、撮像領域に対応するバンプ１０９よりも大きなバンプを併せて設けても良い。

信号処理チップ１１１は、表裏面にそれぞれ設けられた回路を互いに接続するＴＳＶ（シリコン貫通電極）１１０を有する。ＴＳＶ１１０は、周辺領域に設けられることが好ましい。また、ＴＳＶ１１０は、撮像チップ１１３の周辺領域、メモリチップ１１２にも設けられて良い。

図９は、撮像チップ１１３の画素配列を説明する図である。本例において画素はマトリクス状に配置された単位グループ１３１を構成する。単位グループ１３１は、緑色画素Ｇｂ、Ｇｒ、青色画素Ｂおよび赤色画素Ｒの４画素から成るいわゆるベイヤー配列を、上下左右に４つ内包する。緑色画素Ｇｂ、Ｇｒは、カラーフィルタ１０２として緑色フィルタを有し、入射光のうち緑色波長帯の光を受光する。同様に、青色画素Ｂは、カラーフィルタ１０２として青色フィルタを有し、青色波長帯の光を受光し、赤色画素Ｒは、カラーフィルタ１０２として赤色フィルタを有し、赤色波長帯の光を受光する。

図１０は、図５に示す画素ブロックのうち第１の画素ブロック６５０―１の回路構成図である。回路構成は、他の画素ブロックでも同様である。なお、図１０は、説明をわかりやすくするために、画素ブロック６５０−１は４画素×４画素の１６個の画素を有するが、回路構成はこれに限定されない。各画素の各トランジスタは、図４の画素１５０における対応する位置に配された各トランジスタと同じ構成および機能を有する。

行が同一の画素の転送トランジスタの転送ゲートは行毎に共通の転送配線３１０に接続されている。行が同一の画素の選択トランジスタの選択ゲートは行毎に共通の選択配線３１４に接続されている。行が同一の各画素の選択トランジスタのソースは共通の信号配線３１５に接続されている。行毎の信号配線３１５は、Ｙ軸方向に延びる共通の出力配線３２２に接続される。

列が同一の画素のリセットトランジスタのリセットゲートは、列ごとに共通のリセット配線３１８に接続されている。列ごとのリセット配線３１８は、Ｘ軸方向に延びる共通のリセット配線３２６に接続される。出力配線３２２には負荷電流源３１３が接続される。なお、リセット配線３２６および電源配線３１２は画素ブロック６５０−１で共通である。

本実施形態においては、複数の読出モードのそれぞれに応じた領域の画素の画素信号がグローバルリセットローリング読み出し方式で読み出される。つまり、図１０に示す回路構成において、それぞれの画素ブロックを構成する画素の画素信号はグローバルリセットローリング読み出し方式で行毎に順次読み出される。複数の読出モードのそれぞれに応じた読出領域は、グローバルリセットローリング読み出し方式で、１フレーム分の画素信号を読み始めるときの読出開始領域、および、１フレーム分の画素信号の読み出しを終了するときの読出終了領域を含む。

図６で説明したように、本例において温度センサ６４０は、画素ブロックごとに同じ密度で配置されていない。つまり、複数の温度センサ６４０は、少なくとも一つの複数の読出モードに対応する読出領域について、読出開始領域に対向する位置に比べ、読出終了領域に対向する位置の方が密に配置されている。また、図６に示したように、読出終了領域における画素ブロック（６６０−１、６６０−２、６６０−３、６６０−４）は、読出開始領域における画素ブロック６５０−１に比べ、面積が小さい。

一般に、グローバルリセットローリング読み出し方式で画素信号の読み出しを行う場合、読出終了領域の画素は、読出開始領域の画素に比べ、発熱量が大きい。これは、上述したように、両者の画素がリセットされてから、画素信号を読み出すまでの時間に差が生じるためである。この時間差によって、電荷の蓄積時間が長い分、ＰＤの発熱量が大きくなる。さらに、出力配線３２２を流れる電流による配線抵抗からの発熱の影響が大きくなる。この熱に起因して転送トランジスタを通じてＰＤに暗電流が流れる。

結果として、転送トランジスタの閾値が変化し、設計値以上の電圧が出力配線３２２に印加され、輝度の上昇を招く。前述したように、回路および素子の発熱によって生じる暗電流ノイズは、後段の補正部５１２によって補正することができる。読出終了領域近傍の画素の温度を詳細かつ正確に知ることで、補正の精度が向上する。結果として、フレーム内で輝度の高低が少ない高品質な画像を得ることができる。

図１１は、撮像素子１００の機能的構成を示すブロック図である。アナログのマルチプレクサ４１１は、上述した画素ブロックの各行の画素を順番に選択して、それぞれの画素信号を出力配線３２０へ出力させる。マルチプレクサ４１１を介して出力された画素信号は、出力配線３２０を介して、信号処理回路４１２に引き渡される。信号処理回路４１２は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）・アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換を行う。Ａ／Ｄ変換された画素信号は、出力配線３２１を介してデマルチプレクサ４１３に引き渡され、それぞれの画素に対応する画素メモリ４１４に格納される。

マルチプレクサ４１１は、撮像チップ１１３に形成される。信号処理回路４１２は、信号処理チップ１１１に形成される。デマルチプレクサ４１３および画素メモリ４１４は、メモリチップ１１２に形成される。

演算回路４１５は、画素メモリ４１４に格納された画素信号を処理して後段の画像処理部に引き渡す。演算回路４１５は、信号処理チップ１１１に設けられても良いし、メモリチップ１１２に設けられても良い。なお、本例では、１画素ブロック分の接続を示すが、実際にはこれらが画素ブロックごとに存在して、並列で動作する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ 撮像素子、１０１ マイクロレンズ、１０２ カラーフィルタ、１０３ パッシベーション膜、１０４ ＰＤ、１０５ トランジスタ、１０６ ＰＤ層、１０７ 配線、１０８ 配線層、１０９ バンプ、１１０ ＴＳＶ、１１１ 信号処理チップ、１１２ メモリチップ、１１３ 撮像チップ、１３１ 単位グループ、１５０ 画素、１５２ 転送トランジスタ、１５４ リセットトランジスタ、１５６ 増幅トランジスタ、１５８ 選択トランジスタ、１８０ 撮像領域、３００ リセット配線、３０２ 転送配線、３０４ 電源配線、３０６ 選択配線、３０８ 出力配線、３０９ 負荷電流源、３１０ 転送配線、３１２ 電源配線、３１３ 負荷電流源、３１４ 選択配線、３１５ 信号配線、３１８ リセット配線、３２０ 出力配線、３２１ 出力配線、３２２ 出力配線、３２６ リセット配線、４１１ マルチプレクサ、４１２ 信号処理回路、４１３ デマルチプレクサ、４１４ 画素メモリ、４１５ 演算回路、５００ 撮像装置、５２０ 光学レンズ、５０１ システム制御部、５０２ 制御部、５０４ ワークメモリ、５０５ 記録部、５０６ 表示部、５１１ 画像処理部、５１２ 補正部、５２０ 光学レンズ、６００ パッケージ、６１０ パッケージ本体、６２０ 端子部、６３０ 封止部、６４０ 温度センサ、６５０ 読出領域、６６０ 読出領域、６７０ 読出領域

Claims (10)

1. 第１方向に配置された複数の第１画素と、前記第１画素に対して前記第１方向と交差する第２方向に配置された第２画素と、を含む複数の画素が配置された撮像領域を有する撮像素子と、
   前記第１画素で生成された第１信号を読み出した後に、前記第２画素で生成された第２信号を読み出す読出部と、
   前記撮像領域の外側において前記第１方向よりも前記第２方向に多く配置され、温度を検知する温度センサと、
   前記温度センサで検知された温度により前記第１信号及び前記第２信号を補正する補正部と、
   を備える撮像装置。
2. 異なる種類の光学レンズが装着されるレンズ装着部を更に備え、
   前記読出部は、前記撮像領域の第１領域に配置された前記画素で生成された信号を読み出す第１読出モードと、前記第１領域と異なる第２領域に配置された前記画素で生成された信号を読み出す第２読出モードとを有し、装着された前記光学レンズの種類に応じて前記第１読出モード又は前記第２読出モードのうち、いずれか一方の読出モードにより前記画素で生成された信号を読み出す請求項１に記載の撮像装置。
3. 複数の前記温度センサのうち、前記第１読出モード又は前記第２読出モードのそれぞれに応じた温度センサを選択する制御部を更に備え、
   前記補正部は、前記制御部により選択された温度センサが検知した温度に基づいて前記読出部により読み出された前記信号を補正する請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記制御部は、前記第１領域又は前記第２領域を複数の領域に分割し、当該複数の領域のそれぞれに対応する前記温度センサを選択し、
   前記補正部は、前記温度センサが検知した前記複数の領域のそれぞれの温度に基づいて前記読出部により読み出された前記信号を補正する請求項３に記載の撮像装置。
5. 
   前記補正部は、前記温度センサが検知した前記複数の領域の温度に対する補正係数を含む補正係数テーブルを、前記読出モードごとに有する請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記読出部により読み出された前記信号に応じた画像が表示される表示部を更に備え、
   前記読出部は、前記表示部に表示される画像のアスペクト比に応じて前記第１読出モード又は前記第２読出モードのうち、いずれか一方の読出モードで前記信号を読み出す請求項２に記載の撮像装置。
7. 前記読出部は、前記第１領域及び前記第２領域に配置された前記画素で生成された前記信号をローリング読み出し方式で読み出し、
   前記第１領域及び前記第２領域は、１フレーム分の前記信号を、前記ローリング読み出し方式で読み始めるときの読出開始領域、および、前記１フレーム分の前記信号の読み出しを終了するときの読出終了領域を含み、
   複数の前記温度センサは、少なくとも一つの前記読出モードに対応する領域について、前記読出開始領域に対向する位置に比べ、前記読出終了領域に対向する位置の方が密に配置されている請求項２から６のいずれか一項に記載の撮像装置。
8. 前記読出終了領域は、前記読出開始領域に比べて面積が小さい請求項７に記載の撮像装置。
9. 複数の前記温度センサは、前記複数の画素と同一の基板上に形成されている請求項１から８のいずれか一項に記載の撮像装置。
10. 前記撮像素子は、裏面照射ＣＭＯＳセンサである請求項１から９のいずれか一項に記載の撮像装置。

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