JP4770563B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

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。

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）。

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。

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。

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）。
特開平１１−２９８７９８号公報 特開２００２−７７７３３号公報 特開２００２−３４４８１７号公報

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。

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。

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。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

１．光電変換素子を含み、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得る通常画素が複数個マトリクス状に配置された通常画素部を有する撮像素子と、
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、定電流源を含むダミー画素を備え、
前記撮像制御部は、前記ダミー画素の動作を制御し、
前記信号処理部は、前記ダミー画素の出力信号を用いて前記通常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。

２．前記温度特性補償手段は、前記撮像制御部が前記ダミー画素の定電流源を制御し、
前記通常画素の光電変換特性が線形特性を示す少なくとも２つの電流値で動作させた時の前記ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の線形特性領域の温度特性補償を行い、
また、前記通常画素の光電変換特性が対数特性を示す少なくとも２つの電流値で動作させた時の前記ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の対数特性領域の温度特性補償を行うことを特徴とする１に記載の撮像装置。

３．前記ダミー画素は、前記通常画素部の周辺部に、前記通常画素部の画素配列方向に並行して配置されることを特徴とする１または２に記載の撮像装置。

４．前記撮像制御部は、前記通常画素部の出力信号の読出動作の前後または途中に前記ダミー画素の出力信号の読出動作を行うことを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。

５．前記撮像制御部は、少なくとも２回、前記定電流源の電流値を切り換えて前記ダミー画素の線形特性の出力信号の読出動作を行い、また、少なくとも２回、前記定電流源の電流値を切り換えて前記ダミー画素の対数特性の出力信号の読出動作を行うことを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。

６．前記温度特性補償手段は、読み出された前記ダミー画素の出力信号に基づいて前記通常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通常画素の光電変換特性に基づいて、前記通常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５の何れか１項に記載の撮像装置。

７．前記温度特性補償手段は、読み出された前記ダミー画素の出力信号を前記通常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、前記通常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５の何れか１項に記載の撮像装置。

８．前記撮像素子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、読み出された前記ダミー画素の出力信号に基づいて前記通常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通常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ダミー画素の出力信号読み出し時の前記撮像素子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通常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通常画素の光電変換特性の何れかに基づいて、前記通常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５の何れか１項に記載の撮像装置。

９．光電変換素子を含み、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通常画素が複数個マトリクス状に配置された通常画素部を有する撮像素子と、
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、定電圧源を含む線形ダミー画素と、定電流源を含む対数ダミー画素とを備え、
前記撮像制御部は、前記線形ダミー画素と前記対数ダミー画素の動作を制御し、
前記信号処理部は、前記線形ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の線形領域の温度特性を補償し、前記対数ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の対数領域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。

１０．前記温度特性補償手段は、前記撮像制御部が前記線形ダミー画素の定電圧源を制御し、少なくとも２つの電圧値で動作させた時の前記線形ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の線形特性領域の温度特性補償を行い、
前記撮像制御部が前記ダミー画素の定電流源を制御し、前記通常画素の光電変換特性が対数特性を示す少なくとも２つの電流値で動作させた時の前記ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の対数特性領域の温度特性補償を行うことを特徴とする９に記載の撮像装置。

１１．前記線形ダミー画素および対数ダミー画素は、前記通常画素部の周辺部に、前記通常画素部の画素配列方向に並行してそれぞれ配置されることを特徴とする９または１０に記載の撮像装置。

１２．前記撮像制御部は、前記通常画素部の出力信号の読出動作の前後または途中に前記線形ダミー画素および対数ダミー画素の出力信号を読出動作を行うことを特徴とする９乃至１１の何れか１項に記載の撮像装置。

１３．前記撮像制御部は、少なくとも２回、前記定電圧源の電圧値を切り換えて前記線形ダミー画素の出力信号の読出動作を行い、また、少なくとも２回、前記定電流源の電流値を切り換えて前記対数ダミー画素の出力信号の読出動作を行うことを特徴とする９乃至１２の何れか１項に記載の撮像装置。

１４．前記温度特性補償手段は、読み出された前記線形ダミー画素および対数ダミー画素の出力信号に基づいて前記通常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通常画素の光電変換特性に基づいて、前記通常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９乃至１３の何れか１項に記載の撮像装置。

１５．前記温度特性補償手段は、読み出された前記線形ダミー画素および対数ダミー画素の出力信号を前記通常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、前記通常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９乃至１３の何れか１項に記載の撮像装置。

１６．前記温度特性補償手段は、読み出された前記ダミー画素の出力信号に基づいて前記通常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通常画素の光電変換特性と、前記ダミー画素の出力信号読み出し時の前記撮像素子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通常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通常画素の光電変換特性の何れかに基づいて、前記通常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９乃至１３の何れか１項に記載の撮像装置。

本発明によれば、撮像素子上に定電流源を含むダミー画素を備え、ダミー画素の動作を制御した上で、ダミー画素の出力を読み出し、その出力から撮像素子の光電変換特性を導出することで、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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。ここに、温度センサ１９１は本発明における温度検出手段として機能する。

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。

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５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。

図２において、撮像素子１６２は、図３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２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４に示すダミー画素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。

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。

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。

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。

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。

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。

図３は、撮像素子１６２の通常画素部１６２Ｂを構成する通常画素１６２ｂの回路構成の一例を示す回路図である。

図３において、画素１６２ｂは、埋め込み型フォトダイオードＰＤ（以下、ＰＤ部と言う）と、Ｎ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〜Ｑ４とから構成されている。トランジスタＱ１のドレインとＱ２のソースの接続部は、フローティングディフュージョンＦＤ（以下、ＦＤ部と言う）で構成されている。リセット信号φＲＳＴ、転送信号φＴＸ、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。

ＰＤ部は、アノードが接地され、カソードがトランジスタＱ１のソースに接続されている。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量に応じた光電流Ｉｐが発生され、光電流Ｉｐは光電荷ＱｐとしてＰＤ部の寄生容量Ｃｐに蓄積される。

トランジスタＱ１は転送ゲートと呼ばれ、ソースがＰＤ部のカソードに、ドレインがトランジスタＱ２のソースとトランジスタＱ３のゲートの接続部、つまりＦＤ部に、ゲートが転送信号φＴＸにそれぞれ接続されており、ゲート電位が中間電位ＶＭにされることでＰＤ部の光電流Ｉｐがリニアログ特性で光電変換され、ゲート電位が高電位ＶＨにされることでＰＤ部に蓄積された光電荷ＱｐがＦＤ部に完全転送される。

ＦＤ部は、ＰＤ部に蓄積された光電荷Ｑｐを完全転送して読み出すための容量性の読み出し部である。

トランジスタＱ２はリセットゲートと呼ばれ、ドレインが電源電位ＶＤＤに、ソースがＦＤ部に、ゲートがリセット信号φＲＳＴ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ＦＤ部が電源電位ＶＤＤにリセットされる。

トランジスタＱ３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Ｑ４のドレインに、ゲートがＦＤ部にそれぞれ接続され、ＦＤ部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。

トランジスタＱ４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Ｑ３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、ＦＤ部の電位がトランジスタＱ３を介して低インピーダンス化されて、出力信号Ｖｏｕｔとして垂直信号線ＶＳＬに導出される。

図４は、撮像素子１６２のダミー画素行１６２Ｘを構成するダミー画素１６２ｘの回路構成の一例を示す回路図である。

図４においては、図３のＰＤ部の代わりに定電流源ＣＣ（以下、ＣＣ部と言う）とダミー容量Ｃｄとが配置されている。その他は図３と同じである。ＣＣ部は、定電流値が、通常画素１６２ｂの光電変換特性が線形特性を示す少なくとも２つの電流値（例えばＩｄ１とＩｄ２とする）と、通常画素１６２ｂの光電変換特性が対数特性を示す少なくとも２つの電流値（例えばＩｄ３とＩｄ４とする）との合計４つ以上の電流値に切換可能に設定されている。なお、ＣＣ部の定電流値は温度によらず一定な定電流であることが望ましく、このような温度依存性のない定電流は例えば所謂バンドギャップを用いた定電流回路で実現可能である。

図４の回路で図３の通常画素の撮像動作と同様の動作をさせると、ＣＣ部の定電流がトランジスタＱ１によってリニアログ特性で変換されてダミー容量Ｃｄに光電荷Ｑｐに相当するダミー電荷Ｑｄが蓄積され、出力信号Ｖｏｕｔに相当するダミー信号Ｖｄが出力される。

ダミー容量Ｃｄは、通常画素１６２ｂの光電変換特性が線形特性を示すＣＣ部の定電流値（上述したＩｄ１とＩｄ２）で、ダミー画素１６２ｘが同様に線形特性を示すような容量値に設定される。従って、ＣＣ部の定電流値（上述したＩｄ１とＩｄ２）が、通常画素１６２ｂの光電変換特性が線形特性を示すＰＤ部の光電流値と同等に設定されれば、ダミー容量ＣｄもＰＤ部の寄生容量Ｃｐと同等に設定される。

図５は、図２乃至図４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５（ａ）は水平ｊ行目（ｊは正の整数）の画素行の駆動方法を示すタイミングチャート、図５（ｂ）は撮像素子１６２の水平転送信号φＨを示したタイミングチャート、図５（ｃ）は撮像素子１６２の水平転送信号φＨの別の例を示したタイミングチャートである。

図５（ａ）において、水平ｊ行目の画素行で、まず、時間ｔ１〜ｔ２でリセット信号φＲＳＴｊが電源電位ＶＤＤにされて、ＦＤ部が電源電位ＶＤＤにリセット（初期化）される。同時に転送信号φＴＸｊが中間電位ＶＭにされることで、水平ｊ行目の全ての画素１６２ｂのトランジスタＱ１はリニアログ変換動作状態となり、ＰＤ部で光電変換された光電流Ｉｐがリニアログ特性に変換され、光電流Ｉｐによる光電荷Ｑｐが時間ｔ１〜ｔ２の間ＰＤ部の寄生容量Ｃｐに蓄積される。時間ｔ２でリセット信号φＲＳＴｊと転送信号φＴＸｊがともに接地電位ＧＮＤにされて、ＦＤ部の初期化が終了される。時間ｔ１〜ｔ２が所謂露出時間である。ダミー画素行１６２Ｘにおいては、光電流Ｉｐによる光電荷Ｑｐの代わりに定電流（Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３、Ｉｄ４）によるダミー電荷Ｑｄがダミー容量Ｃｄに蓄積される。

時間ｔ３〜ｔ４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ＦＤ部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Ｑ３とＱ４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。時間ｔ５〜ｔ６で転送信号φＴＸｊが高電位ＶＨにされることで、水平ｊ行目の全ての画素１６２ｂのＰＤ部の寄生容量Ｃｐに蓄積された光電荷ＱｐがＦＤ部に完全転送されるとともに、ＰＤ部に蓄積された電荷が０（ゼロ）となり、ＰＤ部が初期化される。ダミー画素行１６２Ｘにおいては、光電荷Ｑｐの代わりにダミー電荷ＱｄがＦＤ部に完全転送される。

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ＦＤ部に転送された光電荷Ｑｐによる電位がトランジスタＱ３とＱ４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。垂直信号線ＶＳＬに出力されたノイズ信号Ｖｎと光電変換信号Ｖｓ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）。ダミー画素行１６２Ｘにおいては、光電変換信号Ｖｓの代わりにダミー信号Ｖｄが垂直信号線ＶＳＬに出力され、ノイズ信号Ｖｎとダミー信号Ｖｄとの差分がとられ、ダミー画素信号Ｖｄｍとなる（Ｖｄｍ＝Ｖｄ−Ｖｎ）。

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。ダミー画素行１６２Ｘにおいては、ダミー画素信号Ｖｄｍの水平１行分が、水平走査信号φＨｘに従って、水平１行分のダミー出力信号１６２ｋｘ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。

図５（ｂ）において、上述した動作が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、上述した水平ｊ行目のφＨｊを経て最終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。

ｎ行目の次に、例えば定電流値が図４で述べたＩｄ１に設定されたダミー画素行１６２Ｘのダミー出力信号１６２ｋｘがダミー画素行１６２Ｘの水平走査信号φＨｘに同期して出力される。これで１フレーム分の読出動作が終了し、続いて次フレームの水平１行目の出力動作に進む。次フレームにおいては、ダミー画素行１６２Ｘの定電流値はＩｄ２に設定されて同様に出力される。なお、ダミー画素行１６２Ｘの定電流値が線形特性の値Ｉｄ１およびＩｄ２の場合には、図５（ａ）の時間ｔ１〜ｔ２でのダミー画素行１６２Ｘ転送信号φＴＸｘを電源電位ＶＤＤとして、ダミー画素１６２ｘのトランジスタＱ１を完全にオンさせた方が好ましい。

３フレーム目においてはダミー画素行１６２Ｘの定電流値はＩｄ３に設定され、４フレーム目においてはダミー画素行１６２Ｘの定電流値はＩｄ４に設定されて同様に出力される。従って、４フレームでダミー画素行１６２Ｘの定電流値Ｉｄ１からＩｄ４の４つの定電流値でのダミー出力信号１６２ｋｘが得られ、図６以降で説明する温度特性補償用のダミーデータとして用いられる。つまり、４フレーム毎に温度特性の補償値が更新されることになり、これによってリアルタイムの温度特性補償が行われる。通常用いられるフレームレートは毎秒３０フレームあるいはそれ以上であり、４／３０秒以内に撮像素子１６２の温度が急変することは通常は考えられないので、上述した動作で温度補償用のダミーデータを得ることができれば問題はない。

あるいは、上述した定電流値Ｉｄ１からＩｄ４の４つの定電流値でのダミー出力信号１６２ｋｘの内の１つのダミー出力信号１６２ｋｘをフレーム毎に更新していく方法で、毎フレーム温度特性の補償値を更新することも考えられる。

更に、もし、フレーム毎に温度補償用のダミーデータを全て得る必要がある場合は、図５（ｃ）のような動作を行えばよい。

図５（ｃ）において、通常画素部１６２Ｂの水平１行目のφＨ１から最終ｎ行目のφＨｎまでの動作は図５（ｂ）と同じである。ｎ行目の次に、定電流値がＩｄ１に設定されたダミー画素行１６２Ｘで図５（ａ）の時間ｔ１からｔ８までの動作が時間を縮めて行われた後にダミー出力信号１６２ｋｘが水平走査信号φＨｘ１に同期して出力される。

続いて定電流値がＩｄ２に変更されて上述したと同様に時間ｔ１からｔ８までの動作が時間を縮めて行われた後にダミー出力信号１６２ｋｘが水平走査信号φＨｘ２に同期して出力される。定電流値Ｉｄ３およびＩｄ４についても同様の動作が行われ、ｎ行目の後にダミー画素行１６２Ｘの出力動作が４回繰り返されて１フレーム分の読み出し動作が終了し、続いて次フレームの水平１行目の出力動作に進む。これによって、フレーム毎に温度補償用のダミーデータを全て得ることができる。

ただし、この場合、ダミー画素行１６２Ｘでは上述した合計４つあるいはそれ以上の定電流値での電荷蓄積と出力信号の読み出しを連続して行うので、定電流を蓄積する時間を通常画素部１６２Ｂに比べて短くする必要がある。従って、定電流値およびダミー容量Ｃｄの容量値は、それも加味して決定される必要がある。

続いて、本発明における温度補償方法について、図６乃至図８を用いて説明する。図６は、ダミー画素１６２ｘの上述した４つの定電流値（Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３、Ｉｄ４）でのダミー画素信号値（ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３、ＤＡ４）から通常画素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つのダミー画素信号値（ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３、ＤＡ４）は、ダミー画素行１６２Ｘの全ダミー画素のダミー画素信号Ｖｄｍの平均値であるとする。

図６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、定電流値Ｉｄ１でのダミー画素信号値ＤＡ１と定電流値Ｉｄ２でのダミー画素信号値ＤＡ２とから線形特性部分が求められ、定電流値Ｉｄ３でのダミー画素信号値ＤＡ３と定電流値Ｉｄ４でのダミー画素信号値ＤＡ４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。

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（Ｉｄ１，ＤＡ１）と（Ｉｄ２，ＤＡ２）を代入し、
ＤＡ１＝ａＡ・Ｉｄ１＋ｂＡ
ＤＡ２＝ａＡ・Ｉｄ２＋ｂＡ
上式から定数ａＡおよびｂＡを求めると、
ａＡ＝（ＤＡ１−ＤＡ２）／（Ｉｄ１−Ｉｄ２）
ｂＡ＝（Ｉｄ１・ＤＡ２−Ｉｄ２・ＤＡ１）／（Ｉｄ１−Ｉｄ２）
となって、（１式）が求まる。

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（Ｉｄ３，ＤＡ３）と（Ｉｄ４，ＤＡ４）を代入し、
ＤＡ３＝ｃＡ・ｌｎ（Ｉｄ３）＋ｄＡ
ＤＡ４＝ｃＡ・ｌｎ（Ｉｄ４）＋ｄＡ
上式から定数ｃおよびｄを求めると、
ｃＡ＝（ＤＡ３−ＤＡ４）／ｌｎ（Ｉｄ３／Ｉｄ４）
ｄＡ＝｛ＤＡ４・ｌｎ（Ｉｄ３）−ＤＡ３・ｌｎ（Ｉｄ４）｝／｛ｌｎ（Ｉｄ３／Ｉｄ４）｝
となって、（２式）が求まる。

次に、変曲点の値ＴｈＡを求める。変曲点では定電流値ＩｄＡでの（１式）と（２式）のダミー画素信号Ｖｄｍ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。

以上をまとめると、
ｙ＝ａＡ・ｘ＋ｂＡ ・・・（１式）
ａＡ＝（ＤＡ１−ＤＡ２）／（Ｉｄ１−Ｉｄ２）
ｂＡ＝（Ｉｄ１・ＤＡ２−Ｉｄ２・ＤＡ１）／（Ｉｄ１−Ｉｄ２）
ｙ＝ｃＡ・ｌｎ（ｘ）＋ｄＡ ・・・（２式）
ｃＡ＝（ＤＡ３−ＤＡ４）／ｌｎ（Ｉｄ３／Ｉｄ４）
ｄＡ＝｛ＤＡ４・ｌｎ（Ｉｄ３）−ＤＡ３・ｌｎ（Ｉｄ４）｝／｛ｌｎ（Ｉｄ３／Ｉｄ４）｝
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でのダミー画素１６２ｘのダミー画素信号Ｖｄｍを与える式が求められたことになる。図３の説明で述べたようにダミー画素１６２ｘは通常画素１６２ｂのＰＤ部の代わりにＣＣ部を備えているだけで、画素中のトランジスタに起因する光電変換特性の温度特性は通常画素１６２ｂとダミー画素１６２ｘとでは同一であるから、上述した式が撮像素子１６２のチップ温度Ｔ＝Ｔａでの通常画素１６２ｂの光電変換特性を示していることになる。

図７は、図６で求められた通常画素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。

図７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として線形特性、対数特性ともに基準特性よりも傾きがねている特性を例にとって説明する。

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。

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。

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。

（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
であるから、これからｘを求めて（１１式）に代入して、変換式（２１式）を得る。

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
であるから、これからｘを求めて（１２式）に代入して、変換式（２２式）を得る。

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。

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として線形特性、対数特性ともに基準特性よりも傾きが立っている特性を例にとって説明する。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。

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。

（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
であるから、これからｘを求めて（１１式）に代入して、変換式（３３式）を得る。

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
であるから、これからｘを求めて（１１式）に代入して、変換式（３４式）を得る。

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
であるから、これからｘを求めて（１２式）に代入して、変換式（３５式）を得る。

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６で述べた（１式）、（２式）および（３式）を用いて、撮像時のダミー画素行１６２Ｘのダミー画素信号Ｖｄｍの平均値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。

以上に述べたように、ダミー画素行１６２Ｘを構成するダミー画素１６２ｘのダミー画素信号Ｖｄｍの平均値を用いて通常画素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、また撮像時の温度を意識することなく、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。

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８を用いて説明する。図８は、図６および図７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。

図８において、ＬＵＴで構成される係数変換テーブル８０１には、ダミー画素１６２ｘの定電流Ｉｄ１〜Ｉｄ４でのダミー画素信号値ＤＡ１〜ＤＡ４が入力され、ＤＡ１とＤＡ２とから線形特性の係数ａＡとｂＡとが、ＤＡ３とＤＡ４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。係数変換テーブル８０１は、図６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。

係数変換テーブル８０１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６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。

係数変換テーブル８０１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、変換前の通常画素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７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。

以上に述べたように、図８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８に示したＬＵＴを全て用いる必要はなく、各ＬＵＴと図６、図７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。

次に、図６および図７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９を用いて説明する。図９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。

図９において、特性算出手段９０１には、図６の説明で示した４つのダミー画素信号値（ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３、ＤＡ４）が入力され、図６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つのダミー画素信号値（ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３、ＤＡ４）読み出し時の撮像素子１６２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。

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、撮像素子近傍の温度と光電変換特性を示す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。

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）を用いて変換前の通常画素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）を用いて変換前の通常画素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。

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。

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１０乃至図１２を用いて説明する。図１０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。

図１０において、撮像素子１６２は、図３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１０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１１に示す線形ダミー画素１６２ｙが１行ｎ列に配置された線形ダミー画素行１６２Ｙ、同じく図４に示したと同じ対数ダミー画素１６２ｘが１行ｎ列に配置された対数ダミー画素行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。線形ダミー画素行１６２Ｙおよび対数ダミー画素行１６２Ｘは複数行配置されてもよい。

通常画素１６２ｂは、図３に示したと同じ回路構成でよく、動作も同じである。

対数ダミー画素１６２ｘは、図４に示したと同じ回路構成であるが、ＣＣ部の定電流値は通常画素１６２ｂが対数特性を示す定電流値（例えばＩｄ３およびＩｄ４）がとれればよく、線形特性を示す定電流値（例えばＩｄ１およびＩｄ２）は必要ない。撮像素子の高画素化によるＰＤ部の面積の縮小や、車載用途等での高フレームレート動作等の場合には、線形特性を示す定電流値は非常に微少な電流値となるために制御が難しい場合があり、そのような場合には本第２の実施の形態の方が有利である。

通常画素部１６２Ｂ、線形ダミー画素行１６２Ｙおよび対数ダミー画素行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、線形ダミー画素１６２ｙあるいは対数ダミー画素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。

図１１は、撮像素子１６２の線形ダミー画素行１６２Ｙを構成する線形ダミー画素１６２ｙの回路構成の一例を示す回路図である。

図１１においては、図３のＰＤ部あるいは図４のＣＣ部の代わりに定電圧源φＶｒｅｆが配置されており、トランジスタＱ１のゲートは定電圧印加信号φＲＥＦに接続されている。その他は図３あるいは図４と同じである。定電圧源φＶｒｅｆは、定電圧値が少なくとも２つの電圧値（例えばＶｄ１とＶｄ２とする）に切換可能に設定されている。なお、定電圧源φＶｒｅｆの定電圧値は温度依存性のない定電圧であることが望ましい。

図１２は、図１１の線形ダミー画素１６２ｙからなる線形ダミー画素行１６２Ｙの駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。図１２において、線形ダミー画素行１６２Ｙで、まず、時間ｔ１でリセット信号φＲＳＴが電源電位ＶＤＤにされて、ＦＤ部が電源電位ＶＤＤにリセット（初期化）されるとともに、定電圧源φＶｒｅｆの定電圧がＶｄ１に設定される。時間ｔ２でリセット信号φＲＳＴが接地電位ＧＮＤにされて、ＦＤ部の初期化が終了される。時間ｔ３〜ｔ４で読出信号φＶｙが電源電位ＶＤＤにされることで、線形ダミー画素行１６２Ｙの全ての線形ダミー画素１６２ｙのＦＤ部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Ｑ３とＱ４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。時間ｔ５〜ｔ６で定電圧印加信号φＲＥＦが電源電位ＶＤＤにされることで、線形ダミー画素行１６２Ｙの全ての線形ダミー画素１６２ｙのＦＤ部の電位がトランジスタＱ１のソースに印加された定電圧源φＶｒｅｆの定電圧値Ｖｄ１に等しくされる。

時間ｔ７〜ｔ８で読出信号φＶｙが電源電位ＶＤＤにされることで、線形ダミー画素行１６２Ｙの全ての線形ダミー画素１６２ｙのＦＤ部の電位Ｖｄ１がトランジスタＱ３とＱ４とを介して線形ダミー信号Ｖｓｄとして垂直信号線ＶＳＬに出力される。垂直信号線ＶＳＬに出力されたノイズ信号Ｖｎと線形ダミー信号Ｖｓｄ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、線形ダミー画素信号Ｖｄｙとなる（Ｖｄｙ＝Ｖｓｄ−Ｖｎ）。

線形ダミー画素行１６２Ｙの全ての線形ダミー画素１６２ｙの線形ダミー画素信号Ｖｄｙが、図２に示した水平走査回路１６２ｆの水平走査信号φＨｙに従って、線形ダミーデータＤｙ１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。以上で１フレーム分の線形ダミー画素行の読み出し動作が終了し、図５で述べた対数ダミー画素行１６２Ｘの定電流値がＩｄ３に設定された読み出し動作が行われる。すなわち、１フレームで線形特性と対数特性のダミー画素のデータが各々１つづつ得られたことになる。

続いて、次フレームの時間ｔ１でリセット信号φＲＳＴが電源電位ＶＤＤにされて、ＦＤ部が電源電位ＶＤＤにリセット（初期化）されるとともに、定電圧源φＶｒｅｆの定電圧がＶｄ２に設定される。以下、上述したと同じ動作が定電圧値がＶｄ２に設定された状態で行われ、定電圧値がＶｄ２での線形ダミーデータＤｙ２が出力される。次に図５で述べた対数ダミー画素行１６２Ｘの定電流値がＩｄ４に設定された読み出し動作が行われる。すなわち、次フレームで線形特性と対数特性のダミー画素の残りのデータが各々１つづつ得られたことになる。

よって、本第２の実施の形態では２フレーム毎に温度特性の補償値が更新されることになり、第１の実施の形態よりも温度特性の補償値の更新頻度を高くすることができる。もちろん、第１の実施の形態と同様に、４つのダミーデータの内の２つのダミーデータをフレーム毎に更新していく方法も可能であるし、１フレーム中に線形ダミー画素行１６２Ｙと対数ダミー画素行１６２Ｘとを２回ずつ読み出す方法も可能である。

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６および図７に示した方法、図８に示した方法、図９に示した方法のいずれもが適応可能である。

以上に述べたように、本発明によれば、撮像素子上に定電流源を含むダミー画素を備え、ダミー画素の動作を制御した上で、ダミー画素の出力を読み出し、その出力から撮像素子の光電変換特性を導出することで、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、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。

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。

撮像装置の内部構成を示すブロック図である。 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。 通常画素の回路構成の一例を示す回路図である。 ダミー画素の回路構成の一例を示す回路図である。 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。 撮像素子のチップ温度Ｔ＝Ｔａでのダミー画素のダミー信号を示した模式図である。 ダミー画素のダミー信号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６および図７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。 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。 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。 線形ダミー画素の回路構成の一例を示す回路図である。 線形ダミー画素行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

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 通常画素
１６２Ｂ 通常画素部
１６２ｘ ダミー画素（および対数ダミー画素）
１６２Ｘ ダミー画素行（および対数ダミー画素行）
１６２ｙ 線形ダミー画素
１６２Ｙ 線形ダミー画素行
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

Claims (16)

1. 光電変換素子を含み、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得る通常画素が複数個マトリクス状に配置された通常画素部を有する撮像素子と、
   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、定電流源を含むダミー画素を備え、
   前記撮像制御部は、前記ダミー画素の動作を制御し、
   前記信号処理部は、前記ダミー画素の出力信号を用いて前記通常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。
2. 前記温度特性補償手段は、前記撮像制御部が前記ダミー画素の定電流源を制御し、
   前記通常画素の光電変換特性が線形特性を示す少なくとも２つの電流値で動作させた時の前記ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の線形特性領域の温度特性補償を行い、
   また、前記通常画素の光電変換特性が対数特性を示す少なくとも２つの電流値で動作させた時の前記ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の対数特性領域の温度特性補償を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記ダミー画素は、前記通常画素部の周辺部に、前記通常画素部の画素配列方向に並行して配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像制御部は、前記通常画素部の出力信号の読出動作の前後または途中に前記ダミー画素の出力信号の読出動作を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。
5. 前記撮像制御部は、少なくとも２回、前記定電流源の電流値を切り換えて前記ダミー画素の線形特性の出力信号の読出動作を行い、また、少なくとも２回、前記定電流源の電流値を切り換えて前記ダミー画素の対数特性の出力信号の読出動作を行う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。
6. 前記温度特性補償手段は、読み出された前記ダミー画素の出力信号に基づいて前記通常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通常画素の光電変換特性に基づいて、前記通常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５の何れか１項に記載の撮像装置。
7. 前記温度特性補償手段は、読み出された前記ダミー画素の出力信号を前記通常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、前記通常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５の何れか１項に記載の撮像装置。
8. 前記撮像素子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、読み出された前記ダミー画素の出力信号に基づいて前記通常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通常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ダミー画素の出力信号読み出し時の前記撮像素子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通常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通常画素の光電変換特性の何れかに基づいて、前記通常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５の何れか１項に記載の撮像装置。
9. 光電変換素子を含み、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通常画素が複数個マトリクス状に配置された通常画素部を有する撮像素子と、
   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、定電圧源を含む線形ダミー画素と、定電流源を含む対数ダミー画素とを備え、
   前記撮像制御部は、前記線形ダミー画素と前記対数ダミー画素の動作を制御し、
   前記信号処理部は、前記線形ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の線形領域の温度特性を補償し、前記対数ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の対数領域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。
10. 前記温度特性補償手段は、前記撮像制御部が前記線形ダミー画素の定電圧源を制御し、少なくとも２つの電圧値で動作させた時の前記線形ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の線形特性領域の温度特性補償を行い、
    前記撮像制御部が前記ダミー画素の定電流源を制御し、前記通常画素の光電変換特性が対数特性を示す少なくとも２つの電流値で動作させた時の前記ダミー画素の出力信号を用いて前記通常画素の光電変換特性の対数特性領域の温度特性補償を行うことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記線形ダミー画素および対数ダミー画素は、前記通常画素部の周辺部に、前記通常画素部の画素配列方向に並行してそれぞれ配置されることを特徴とする請求項９または１０に記載の撮像装置。
12. 前記撮像制御部は、前記通常画素部の出力信号の読出動作の前後または途中に前記線形ダミー画素および対数ダミー画素の出力信号を読出動作を行うことを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項に記載の撮像装置。
13. 前記撮像制御部は、少なくとも２回、前記定電圧源の電圧値を切り換えて前記線形ダミー画素の出力信号の読出動作を行い、また、少なくとも２回、前記定電流源の電流値を切り換えて前記対数ダミー画素の出力信号の読出動作を行うことを特徴とする請求項９乃至１２の何れか１項に記載の撮像装置。
14. 前記温度特性補償手段は、読み出された前記線形ダミー画素および対数ダミー画素の出力信号に基づいて前記通常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通常画素の光電変換特性に基づいて、前記通常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９乃至１３の何れか１項に記載の撮像装置。
15. 前記温度特性補償手段は、読み出された前記線形ダミー画素および対数ダミー画素の出力信号を前記通常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、前記通常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９乃至１３の何れか１項に記載の撮像装置。
16. 前記温度特性補償手段は、読み出された前記ダミー画素の出力信号に基づいて前記通常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通常画素の光電変換特性と、前記ダミー画素の出力信号読み出し時の前記撮像素子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通常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通常画素の光電変換特性の何れかに基づいて、前記通常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９乃至１３の何れか１項に記載の撮像装置。

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