JP4809189B2

JP4809189B2 - 撮像装置及び固体撮像素子の制御方法

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Publication number: JP4809189B2
Application number: JP2006299053A
Authority: JP
Inventors: 悠介鵜飼
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: EP1919193A3; JP2008118361A; EP1919193A2; US20080106627A1; US8045030B2

Description

本発明は、撮像装置及び固体撮像素子の制御方法に関するものである。

従来、様々の画像データを取得するために、固体撮像素子のうちＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳ型撮像素子）が多く用いられている。一般に、ＭＯＳ型などの撮影デバイスはラティテュード及びダイナミック・レンジが、撮影用のネガ・フィルムに比べ狭いといわれている。このラティテュード及びダイナミック・レンジが狭い場合、画像の暗い部分が黒画素として、そして画像の明るい部分が白画素として色階調が低減してしまうため、これらを拡大する技術として、対数圧縮型の撮像デバイスがある。

図７に対数圧縮型ＣＭＯＳイメージセンサの回路図を示す。ＭＯＳトランジスタＴ１のドレインとゲートを互いに接続しているため、フォトダイオードＰＤは常にＭＯＳトランジスタＴ１のドレインに接続された電圧線から電圧供給を受ける。この時、ＭＯＳトランジスタＴ１はサブスレッショルド領域で動作し、フォトダイオードＰＤで光電変換された入射する光電流及び暗電流の合成電流がＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン電流として流れ、式（１）よりフォトダイオードＰＤのカソード電圧Ｖ５が決まる（詳細は例えば非特許文献１参照）。
Ｖ５＝Ｖｇ−Ｖｔ−ｎＫＴ／ｑ×ｌｎ（ＩｄＬ／ＷｕＣｏｘ）…（式１）
フォトダイオードＰＤのカソード電圧はＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接続されＭＯＳトランジスタＴ２により信号増幅される。増幅された信号は行信号線ＭによりＭＯＳトランジスタＴ３を介して、マトリクス状に配置された後段の回線に出力される。

画素信号となるフォトダイオードＰＤのカソード電圧は、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン電流（フォトダイオードＰＤに流れる電流と同じ）に敏感に反応する。式１に温度Ｔが含まれているため、温度変化により、ドレイン電流の暗電流成分が変化してしまい、入射する光電流と暗電流の比率からなる感度が著しく劣化するのである。

所定温度の時、フォトダイオードＰＤのカソード電圧Ｖ５は図８に示す電圧Ｖ５ａのように変化する。一方、温度が変化した場合、フォトダイオードＰＤのカソード電圧は図８に示す電圧Ｖ５ｂのように変化する。つまり、画素への入射光量が同じであっても、フォトダイオードＰＤのカソード電圧が変化する露光期間Ｋ２において、周辺温度に応じてカソード電圧の変化量が異なるため、そのカソード電圧がほぼ安定する読み出し期間Ｋ３における電圧が周辺温度に応じて異なる。

この温度変化による問題に対応する方法として、イメージセンサから出力されるＡ／Ｄ変換されたセンサ信号を、イメージセンサの温度に応じて補正する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特表２００２−０４５４１４号公報「対数変換形ＣＭＯＳイメージセンサの開発」、ＫＯＮＩＫＡＭＩＮＯＲＵＴＡＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＲＥＰＯＲＴｖｏｌ．１、２００４年、ｐ．４５―５０

ところで、例えば、特許文献１のような構成を採用すると、イメージセンサにおける出力特性のばらつきを補正することや、出力信号のオフセットを補正することが必要となる。このため、各補正と温度補正とをそれぞれ行うための構成が必要であり、回路構成が複雑化するという問題があった。

この発明は、構成の複雑化を抑え、固体撮像素子毎に温度に対する輝度感度のばらつきを低減させることを目的とする。

この発明による撮像装置は、受光素子とＭＯＳ型トランジスタとを直列に接続し、該ＭＯＳ型トランジスタを弱反転状態で動作させて入射光に応じて前記受光素子に流れるフォト電流を電圧変換し、該電圧を出力する画素セルを複数有する撮像部と、前記受光素子の出力電圧を初期化するリセット電圧を生成するリセット電圧生成回路と、前記受光素子の出力電圧を初期化するリセット期間には前記リセット電圧を前記画素セルに供給し、露光期間には前記ＭＯＳ型トランジスタを弱反転状態で動作させる駆動電圧を前記画素セルに供給するデコーダと、を備えた固体撮像素子と、前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出部と、を備え、前記リセット電圧生成回路は、前記温度検出部の検出結果に基づいてその時々の温度に対応するリセット電圧を生成する。この構成により、温度変化に応じてリセット電圧を変更することで、温度変化に応じて補正する回路構成を設けることなく、温度変化が生じた場合においても温度変化の影響が少ない光電変換信号が得られる。

この発明の一態様においては、前記固体撮像素子の温度を複数記憶するとともに、各温度に対応する制御値を記憶するテーブルと、前記温度検出部の検出結果に基づいてその時々の温度に対応する制御値を前記テーブルから読出し、その読み出した制御値を前記リセット電圧生成回路に設定する設定部と、を備え、前記リセット電圧生成回路は、前記設定部により設定された制御値に応じてリセット電圧を生成する。この構成により、予め制御値が記憶されたテーブルから温度変化に応じたリセット電圧の制御値から温度変化の影響が少ない光電変換信号を得ることができる。

この発明の一態様においては、前記設定部は、前記リセット電圧生成回路に設定した制御値を記憶し、該制御値と所定時間毎に前記温度検出部の検出結果に応じて前記テーブルから読み出した制御値とを比較し、両制御値の差が所定値以上の場合には前記テーブルから読み出した制御値を前記リセット電圧生成回路に設定する。このため、複雑な演算などを行う必要が無く、温度に応じたリセット電圧を生成して画素をリセットすることができる。

この発明の一態様においては、前記デコーダは前記画素セルと行信号線、駆動信号線及び動作制御線を介して接続され、前記画素セルは、第１端子が前記駆動信号線に接続され、第２端子が前記受光素子に接続され、ゲートが前記動作制御線に接続された第１トランジスタと、ゲートが前記第１トランジスタと前記受光素子との間に接続され、第１端子が高電位電源に接続され、第２端子が第３トランジスタの第１端子に接続された第２トランジスタと、第２端子が列データ線に接続され、ゲートが前記行信号線に接続された第３トランジスタと、を備え、前記デコーダは、前記駆動信号線を介して駆動電圧とリセット電圧とを前記第１トランジスタに供給し、前記動作制御線を介して、リセット期間には前記第１トランジスタをオンするように電圧を供給し、露光期間には前記第１トランジスタが弱反転領域にて動作するよう電圧を供給し、読み出し期間には前記行信号線を介して前記第３トランジスタをオンするよう電圧を供給する。このため、駆動信号線を介して駆動電圧とリセット電圧とを切替えることができる。

この発明による固体撮像素子の制御方法は、受光素子とＭＯＳ型トランジスタとを直列に接続し、該ＭＯＳ型トランジスタを弱反転状態で動作させて入射光に応じて前記受光素子に流れるフォト電流を電圧変換し、該電圧変換を出力する画素セルを複数有する撮像部と、前記受光素子の出力電圧を初期化するリセット電圧を生成するリセット電圧生成回路と、前記受光素子の出力電圧を初期化するリセット期間には前記リセット電圧を前記画素セルに供給し、露光期間には前記ＭＯＳ型トランジスタを弱反転状態で動作させる駆動電圧を前記画素セルに供給するデコーダと、を備えた固体撮像素子の制御方法であって、前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出工程と、を備え、前記リセット電圧生成回路は、前記温度検出工程の検出結果に基づいてその時々の温度に対応するリセット電圧を生成する。この工程により、温度変化が生じた場合においても、画素セルから出力される光電変換信号をテーブルに記憶された制御値を用いて容易に補正することができる。

この発明の一態様においては、前記固体撮像素子の温度を複数記憶するとともに、各温度に対応する制御値を記憶するテーブルと、前記温度検出工程の検出結果に基づいてその時々の温度に対応する制御値を前記テーブルから読み出し、その読み出した制御値を前記リセット電圧生成回路に設定する設定工程と、を備え、前記リセット電圧生成回路は、前記設定工程により設定された制御値に応じてリセット電圧を生成する。この構成により、予め制御値が記憶されたテーブルから温度変化に応じたリセット電圧の制御値から温度変化の影響が少ない光電変換信号を得ることができる。

この発明の一態様においては、前記設定工程は、前記リセット電圧生成回路に設定した制御値を記憶し、該制御値と所定時間毎に前記温度検出結果に応じて前記テーブルから読み出した制御値とを比較し、両制御値の差が所定値以上の場合には前記テーブルから読み出した制御値を前記リセット電圧生成回路に設定する。このため、所定時間と所定値を作業者は調整したうえで、所定の差以上に温度変化が生じた場合における光電変換信号の変化に対する補正を行うことができる。

以上記述したように、本発明によれば、温度変化に応じてリセット電圧を変更することで、光電変換信号を温度変化に応じて補正する回路構成を設けることなく、簡単な回路を設けることで温度変化が生じた場合においても温度変化の影響が少ない光電変換信号が得られる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に示すように、撮像装置は、固体撮像素子１１と制御回路部１２とを備えている。固体撮像素子１１は、撮像部１３を備え、該撮像部１３は入射光を電気信号に変換する画素を複数備え、各画素にて生成した電気信号（センサ信号）を出力する。Ａ／Ｄ変換器１４は、撮像部１３より出力されたセンサ信号をデジタル信号（画像データ）に変換し、該画像データを設定部としての制御回路１５に出力する。制御回路１５には温度センサ１６が接続されており、該温度センサ１６は固体撮像素子１１の温度を検出し、該温度に応じた検出信号を出力する。制御回路１５の温度検出部としての温度モニタ１５ａは、温度センサ１６の検出信号を所定時間毎（例えば、１秒）にサンプリングし、そのサンプリングしたデジタル値（温度値）を生成する。制御回路１５のテーブル１５ｂには、複数の温度値と、各温度値に対応する制御値が予め記憶されている。各温度値に対する制御値は、実験などにおいて、固体撮像素子１１の温度を変更し、各温度における出力電圧が同じ値になるように画素セルＣａに供給するリセット電圧を変更することにより求められ、テーブル１５ｂに記憶される。そして、温度モニタ１５ａは、動作中における時々の固体撮像素子１１の温度に対応する制御値をテーブル１５ｂから読み出す。そして、温度モニタ１５ａは、制御値を含む設定コマンドを、シリアルインタフェイス回路１７を介してリセット電圧生成回路としての電圧制御回路１８に出力する。

電圧制御回路１８は、設定コマンドを入力すると、該設定コマンドに含まれる制御値をレジスタ１８ａに記憶する。電圧制御回路１８は、レジスタ１８ａに記憶された制御値に応じたリセット電圧を固体撮像素子１１の各画素に供給する。また、制御回路１５は、フレームメモリ１５ｃ、ノイズ除去部１５ｄ、画像処理部１５ｅ、をさらに備えている。フレームメモリ１５ｃには固体撮像素子１１から出力され、Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタル化された１画面分の画像データが記憶される。ノイズ除去部１５ｄは、フレームメモリ１５ｃに記憶された画像データと補正データとを演算（例えば減算）して固定パターンノイズを除去する。画像処理部１５ｅは、ストレッチ処理（γ補正処理）を行う。そして、制御回路１５は、上記処理後の画像データを、画像信号Ｇｏとして出力する。

図２は撮像部１３の概略ブロック図である。撮像部１３は画素アレイ２１、アドレスデコーダとしてのＸデコーダ２２、及びＹデコーダ２３、増幅器としてのコラムアンプ２４、出力回路２５、電圧制御回路１８、直並列変換器２６を含む。画素アレイ２１は、行列配列された複数の画素セルＣａを備えている。説明の簡略化のため、本実施形態では２行２列のマトリクス状に配列された、図１の画素に相当する画素セルＣａを備えた画素アレイ２１について説明する。各画素セルＣａは、受光素子に流れる電流を検出して電気信号に変換する。各行の画素セルＣａはそれぞれ行信号線Ｍ０，Ｍ１に接続され、各列の画素セルＣａはそれぞれ列データ線Ｎ０，Ｎ１に接続される。

シリアル変換されたアドレス信号Ｓｉは直並列変換器２６に入力される。直並列変換器２６は、アドレス信号Ｓｉをパラレル変換し、画素アレイ２１の行列数に対応するビット数の行アドレス信号及び、列アドレス信号を生成し、行アドレス信号をＸデコーダ２２に出力して、列アドレス信号をＹデコーダ２３に出力する。尚、本実施形態では、画素アレイ２１が２行２列の画素セルＣａを備えているため、直並列変換器２６は、それぞれ１ビットの行アドレス信号Ｘ０及び列アドレス信号Ｙ０を生成する。

Ｘデコーダ２２には、画素アレイ２１の行数に対応する２本の行信号線Ｍ０，Ｍ１、駆動信号線Ｉ０，Ｉ１及び動作制御線Ｌ０，Ｌ１が接続されている。Ｘデコーダ２２には電圧制御回路１８が接続されている。電圧制御回路１８は、画素セルＣａから電気信号を出力するために必要な各種電圧（画素セルＣａを駆動するための駆動電圧及び画素セルＣａを動作させるための動作電圧、画素セルＣａから電気信号を読み出すための選択電圧、等）を生成し、Ｘデコーダ２２に供給する。また、電圧制御回路１８は、画素セルＣａを初期化するリセット期間に各画素に供給する駆動電圧（リセット電圧）を、レジスタ１８ａに記憶された制御値に応じて制御する。

Ｘデコーダ２２は、行アドレス信号Ｘ０に応じて、各行の画素セルＣａに接続された行信号線、駆動信号線、及び動作制御線を選択する。例えば、Ｘデコーダ２２は、行アドレス信号Ｘ０が「０」の場合に行信号線Ｍ０，駆動信号線Ｉ０、及び動作制御線Ｌ０を選択し、行アドレス信号Ｘ０が「１」の場合に行信号線Ｍ１，駆動信号線Ｉ１、及び動作制御線Ｌ１を選択する。そして、Ｘデコーダ２２は、画素セルＣａを駆動するタイミングに従って、選択した配線を介して画素セルＣａに各種電圧を供給する。本実施形態において、Ｘデコーダ２２は、選択した１本の行信号線を介して画素セルＣａに画像情報を読み出すための読み出し電圧を供給する。

また、Ｘデコーダ２２は、選択した駆動信号線を介して、駆動電圧又はリセット電圧を画素セルＣａに供給する。さらにＸデコーダ２２は、選択した動作制御線を介して画素セルＣａに制御電圧を供給する。このように、本実施形態では、選択された１本の行信号線を介して、同行信号線に接続された２個の画素セルＣａに画像情報を読み出すための電圧が読み出し信号として供給される。各画素セルＣａは、各信号線を介して供給される電圧に応じて動作する。

画素セルＣａに供給されるリセット電圧は、電圧制御回路１８のレジスタ１８ａに記憶された制御値に対応しており、この制御値は固体撮像素子１１の温度に対応している。従って、各画素セルＣａには、固体撮像素子１１の温度に応じたリセット電圧が供給される。

２個の画素セルＣａから読み出された画像情報としての光電変換信号は、各画素セルＣａが接続された列データ線Ｎ０，Ｎ１を介してコラムアンプ２４に入力される。コラムアンプ２４は、Ｙデコーダ２３に接続され、該Ｙデコーダ２３には画素アレイ２１の列数に対応するビットの列アドレス信号Ｙ０が入力される。この後、Ｙデコーダ２３は、列アドレス信号Ｙ０をデコードした信号をコラムアンプ２４に出力する。

コラムアンプ２４は、増幅部、マルチプレクサ回路部、そしてアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部を含み、増幅部は各列データ線Ｎ０，Ｎ１に対応して設けられている。各列データ線Ｎ０，Ｎ１を介して入力される光電変換信号は各増幅部にてそれぞれ増幅され、マルチプレクサ回路部を介してＡ／Ｄ変換部に伝達される。Ａ／Ｄ変換部は対応する増幅部の出力信号を所定のクロック信号に基づいてサンプリングし、そのサンプリングしたアナログ量（例えば電圧）をデジタル信号に変換する。このように、コラムアンプ２４は各行信号線Ｍ０，Ｍ１に接続された２個の画素セルＣａから、それぞれ読み出された光電変換信号に対応する２つのデジタル信号を生成する。次いで、コラムアンプ２４はＹデコーダ２３の出力信号に基づき、２つのデジタル信号のうち列アドレス信号Ｙ０の論理レベルに対応する１つのデジタル信号を選択し、該デジタル信号を出力回路２５に出力する。出力回路２５は、コラムアンプ２４の出力信号を変換し、出力信号Ｄｏを出力する。

以上により、固体撮像素子１１は、マトリクス状に配列された複数の画素セルＣａを備え、行アドレス信号Ｘ０及び列アドレス信号Ｙ０により決定される一つの画素セルＣａを選択する。そして、固体撮像素子１１は、選択された１つの画素セルＣａの画像情報、すなわち光電変換により生成された入射光量に応じた光電変換信号を出力信号Ｄｏとして出力する。従って、行アドレス信号Ｘ０及び列アドレス信号Ｙ０により、任意の位置にある画素セルＣａの画像情報を読み出すことができる。

上記固体撮像素子１１を構成する各列の画素セルＣａは、それぞれ動作制御線Ｌ０、Ｌ１に接続され、各動作制御線Ｌ０，Ｌ１は電圧制御回路１８にそれぞれ接続されている。
次に、画素セルＣａの構成を説明する。各画素セルＣａは同じ構成を持つため、ここでは行信号線Ｍ０と列データ線Ｎ０とに接続された画素セルＣａを取り上げ説明する。

図３に本実施形態の画素セルＣａを示す。画素セルＣａは、受光素子としてのフォトダイオードＰＤと、３つのＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３から構成されている。第１〜第３ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ３は、本実施形態においては１導電チャネル型トランジスタのうちＮチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、バックゲートはそれぞれグラウンドＧＮＤに接続されている。

負荷トランジスタとしての第１トランジスタＴ１のドレイン（第１端子）は、駆動信号線Ｉ０に接続され、ゲート（制御端子）は動作制御線Ｌ０に接続され、ソース（第２端子）はフォトダイオードＰＤのカソードに接続されている。フォトダイオードＰＤのアノードは低電位電源（本実施形態ではグラウンドＧＮＤ）に接続されている。フォトダイオードＰＤは、入射光の光量に応じた電流が流れ、それに伴いノード電圧Ｖ４がかかる。また、ＰＤと並列に寄生容量Ｃ１が接続される。

第１トランジスタＴ１とフォトダイオードＰＤとの中間にある接続点は、増幅トランジスタとしての第２トランジスタＴ２のゲートに接続されている。第２トランジスタＴ２のドレインには高電位電源Ｖｄｄが供給され、ソースには画素選択トランジスタとしての第３トランジスタＴ３の第１端子（本実施形態ではドレイン）に接続されている。第３トランジスタＴ３のゲートは行信号線Ｍ０に接続され、第２端子（この場合ソース）は、列データ線Ｎ０に接続されている。第３トランジスタＴ３は行信号線Ｍ０を介して供給される読み出し信号に応じてオンオフ動作し、第２トランジスタＴ２と列データ線Ｎ０とが接続される。列データ線Ｎ０には図示しない定電流源が接続されており、この定電流源と第２トランジスタＴ２によりソースフォロア回路を構成し、ノード電圧Ｖ４が第２トランジスタＴ２を介して光電変換信号として列データ線Ｎ０に出力される。

上記のように構成された画素セルＣａに対する制御を説明する。
画素セルＣａのフォトダイオードＰＤに所定の電圧を一定期間供給する。この電圧供給は、画素セルＣａを初期化する、詳しくはフォトダイオードＰＤの出力電圧を初期化し、残像の発生を防ぐために行なわれる。このフォトダイオードＰＤに供給する電圧をリセット電圧と言い、リセット電圧を供給する期間をリセット期間と言う。

画素セルＣａに光が当たると、この光量に応じてフォトダイオードＰＤに流れるフォト電流と同量のサブスレショールド電流（Subthreshold Current）が第１トランジスタＴ１に流れ、フォトダイオードＰＤの出力電圧はリセット電圧から変化し、ノード電圧Ｖ４は入射光量に応じた電位に安定する（電気的平衡状態）。この時、第１トランジスタＴ１は弱反転領域にて動作するため、ノード電圧Ｖ４はフォト電流を対数変換した電位となる。そして、読み出し信号（例えば行信号線Ｍ０，Ｍ１からの信号）により第３トランジスタＴ３をオンさせることにより、ノード電圧Ｖ４、すなわち入射光量に対応する電位の光電変換信号が列データ線Ｎ０に出力される。

Ｘデコーダ２２は、信号を読み出す際には、例えば行信号線Ｍ０，Ｍ１に加える電圧Ｖ１をＨレベルに変更し、読み取りが終わればＬレベルへと戻す。
図５に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２におけるリセット期間Ｋ１において、Ｘデコーダ２２は、電圧制御回路１８にて発生させた電圧Ｖ２を電位Ｖ２ａのレベルで駆動信号線Ｉ０に供給するとともに、動作制御線Ｌ０に電圧Ｖ３を電位Ｖ３ｂのレベルで供給する。すると、リセット期間Ｋ１において、画素セルＣａより出力される光電変換信号のノード電圧Ｖ４は、電位Ｖ４ａにリセットされ、次の露光期間Ｋ２に備える状態となる。

次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３における露光期間Ｋ２において、Ｘデコーダ２２は、電圧制御回路１８にて発生させた電位Ｖ２ｂを駆動信号線Ｉ０に供給するとともに、動作制御線Ｌ０に電位Ｖ３ａを供給する。この時、前記した様に画素セルより出力される光電変換信号のノード電圧Ｖ４はリセット電圧から入射光に応じて発生するフォト電流に応じた電位へと偏移し安定する。

次に、時刻ｔ３から時刻ｔ４における読み出し期間Ｋ３において、撮像装置の温度差が所定値以上（例えば、±１度など）変化すると、電圧制御回路１８は、温度センサ１６による測定値に基づいて、そのときの温度に対応するリセット電圧を発生させる（図示略）。読み出し期間Ｋ３において、Ｘデコーダはこのリセット電圧をＩ０に供給するため、画素セルＣａより出力される光電変換信号のノード電圧Ｖ４は、電位Ｖ４ｂにリセットされる。

温度の変化が生じた場合には、露光期間Ｋ２において、ノード電圧Ｖ４は、その温度に応じて図５に示す一点鎖線のように変化する。なお、このときの入射光量は、画素セルＣａより出力される光電変換信号のノード電圧Ｖ４が電位Ｖ４ａにリセットされたときと同じである。そしてこの時、前記した様に画素セルより出力される光電変換信号のノード電圧Ｖ４はリセット電圧から入射光に応じて発生するフォト電流に応じた電位へと偏移し安定する。この時、読み出し期間Ｋ３において、温度変化の影響が少ない光電変換信号を得ることができる。

次に、温度変化に対する制御値の設定方法を図４に従って説明する。
図４のステップ４１において、制御回路１５は初期値を含むコマンドを送信し、電圧制御回路１８に組み込まれたレジスタ１８ａに、初期設定コマンドに含まれる制御値の初期（デフォルト）値を記憶させる。温度モニタ１５ａが、所定タイミングにより温度センサ１６にて感知された温度を捉えると、タイミング毎の温度は新温度として制御回路１５に入力される（温度検出工程としてのステップ４２）。新しく設定された温度に応じて、初期値を制御回路１５内にあるテーブル１５ｂから読み出し（ステップ４３）、図示しない記憶部（レジスタ）から読み出した前回の制御値と等しいか否かを判定する（ステップ４４）。制御値が等しい、又は所定範囲内であれば、温度変化は生じていないと見て電圧は変化させず、ステップ４２の所定タイミングが来るのを待つ。一方、制御値が所定範囲以外であれば温度変化が生じたものとして、レジスタ１８ａに設定された電圧を、制御回路１５のテーブル１５ｂに書き込まれた温度に対応する制御値に変更する設定コマンドを送信する（設定工程としてのステップ４５）。さらに、このステップにおいて、図示しない記憶部に制御値を記憶する。

制御自体を終了する指示が制御回路１５を通じて与えられた場合（ステップ４６）、終了する場合には終了コマンドをレジスタに送信（ステップ４７）し、終了しない場合にはステップ４２の所定タイミングが来るのを待つ状態へと処理が繰り返される。

図６（ａ）（ｂ）は、光量の変化に対する出力電圧の変化を温度（８０度，４０度，０度，−４０度）毎に示した特性図である。尚、図６（ａ）（ｂ）において、８０度は実線、４０度は破線、０度は一点鎖線、−４０度は二点鎖線でそれぞれ示している。図６（ａ）は、本実施形態において、固体撮像素子１１の温度に応じて各画素セルＣａに供給するリセット電圧を制御したときの出力電圧の変化を示し、図６（ｂ）は、リセット電圧を制御しない、即ち従来例の出力電圧の変化を示す。図６（ａ）（ｂ）から明らかなように、本実施形態では、温度変化に対する出力電圧の変動を抑制することができる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）固体撮像素子１１と、温度を検出する温度センサ１６と、温度センサ１６の出力信号により固体撮像素子１１の温度を検出する温度モニタ１５ａとを撮像装置に備えた。そして、この検出結果に基づいてその時々の温度に対応する制御値を電圧制御回路１８のレジスタ１８ａに設定する。電圧制御回路１８は、レジスタ１８ａの制御値に応じて画素セルＣａに供給するリセット電圧を制御する。この構成により、温度変化に応じてリセット電圧を変更することで、光電変換信号を温度変化に応じて補正する回路構成を設けることなく、温度変化が生じた場合においても温度変化の影響が少ない光電変換信号を得ることができる。

（２）制御回路１５は電圧制御回路１８のレジスタ１８ａに設定した制御値を記憶し、該制御値と所定時間毎に検出結果に応じてテーブル１５ｂから読み出した制御値とを比較する。両制御値の差が所定値以上の場合にはテーブル１５ｂから読み出した制御値を電圧制御回路１８のレジスタ１８ａに設定するため、複雑な演算などを行う必要が無く、温度に応じたリセット電圧を生成して画素をリセットすることができる。

（３）Ｘデコーダ２２は画素セルＣａと行信号線（例えば、Ｍ０）、駆動信号線（Ｉ０）及び動作制御線（Ｌ０）を介して接続される。画素セルＣａは、第１端子が駆動信号線（Ｉ０）に、第２端子がフォトダイオードＰＤに、ゲートが動作制御線（Ｌ０）に接続された第１トランジスタＴ１を有している。また、ゲートが第１トランジスタＴ１とフォトダイオードＰＤとの間に、第１端子が高電位電源Ｖｄｄに、第２端子が第３トランジスタＴ３の第１端子に接続された第２トランジスタＴ２と、第２端子が列データ線（Ｎ０）に、ゲートが行信号線（Ｍ０）に接続された第３トランジスタＴ３と、を備えている。Ｘデコーダ２２は、駆動信号線（Ｉ０）を介して駆動電圧とリセット電圧とを第１トランジスタＴ１に供給し、動作制御線（Ｌ０）を介して、リセット期間Ｋ１には第１トランジスタＴ１をオンするように電圧を供給する。また、Ｘデコーダ２２は、露光期間Ｋ２には第１トランジスタＴ１が弱反転領域にて動作するよう電圧を供給し、読み出し期間Ｋ３には行信号線（Ｍ０）を介して第３トランジスタＴ３をオンするよう電圧を供給する。このため、駆動信号線（Ｉ０）を介して駆動電圧とリセット電圧とを切替え、光電変換とリセットを確実に行い、温度に対する補正を行うことができる。

尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・撮像部は２行２列の画素を用いたが、４行４列、５行５列などであってもよい。又、行数と列数が異なっていてもよい。

・動作制御信号が複数ビット、又は複数の信号により構成されていても、該複数ビット又は該複数信号の論理レベルの組み合わせに基づいて駆動電圧を制御してもよい。
・Ｘデコーダ、Ｙデコーダ並びに制御信号線などの配置は、接続を考慮したうえで相互に交換してもよい。

・温度変化を捉えるタイミングは、テーブルから規定値を読み出してからでなくても、温度入力時に温度を比較するなどしてもよい。
・各所信号に対して、電圧制御回路１８が応答する信号の電位をＨレベル（高電位）、Ｌレベル（低電位）と分け説明しているが、これはどちらを基準レベルに用いてもよい。

・テーブルから規定値を読み出すだけではなく、テーブルに記憶された制御値を利用して、検出された温度値から演算した値を制御値としてもよい。
例えば、テーブルに１つの温度における制御値を記憶し、検出した温度に対する制御値を読み出した制御値から演算により求めてもよい。また、テーブルに複数の温度（例えば、８０度，４０度，０度，−４０度）に対応する制御値を記憶し、検出した温度に対する制御値をテーブルに記憶した複数の制御値から補間（例えば直線補間）により求めてもよい。

・テーブルから規定値を読み出すのではなく、温度値から直接制御値を（二次式などを用いた演算により）計算してもよい。

一実施形態の撮像装置の電気的構成を示すブロック図。固体撮像素子の電気的構成を示すブロック図。固体撮像素子の撮像部を示す回路図。固体撮像素子の制御方法を示すフローチャート。撮像部の入出力信号を示す特性図。（ａ）（ｂ）は温度変化に対する撮像部の出力信号を示す特性図。従来の撮像部を示す回路図。従来の撮像部の入出力信号を示す特性図。

符号の説明

Ｃａ…画素セル、ＰＤ…フォトダイオード、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３…ＭＯＳトランジスタ、１１…固体撮像素子、１３…撮像部、１５…設定部としての制御回路、１５ａ…温度モニタ、１５ｂ…テーブル、１６…温度センサ、１８…電圧制御回路、２１…画素アレイ、２２…Ｘデコーダ、２３…Ｙデコーダ。

Claims

受光素子とＭＯＳ型トランジスタとを直列に接続し、該ＭＯＳ型トランジスタを弱反転状態で動作させて入射光に応じて前記受光素子に流れるフォト電流を電圧変換し、該電圧を出力する画素セルを複数有する撮像部と、前記受光素子の出力電圧を初期化するリセット電圧を生成するリセット電圧生成回路と、前記受光素子の出力電圧を初期化するリセット期間には前記リセット電圧を前記画素セルに供給し、露光期間には前記ＭＯＳ型トランジスタを弱反転状態で動作させる駆動電圧を前記画素セルに供給するデコーダと、を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出部と、
前記固体撮像素子の温度を複数記憶するとともに、各温度に対応する制御値を記憶するテーブルと、
前記温度検出部の検出結果に基づいてその時々の温度に対応する制御値を前記テーブルから読出し、その読み出した制御値を前記リセット電圧生成回路に設定する設定部と、
を備え、
前記リセット電圧生成回路は、前記設定部により設定された制御値に応じてリセット電圧を生成する、
ことを特徴とする撮像装置。
前記設定部は、前記リセット電圧生成回路に設定した制御値を記憶し、該制御値と所定時間毎に前記温度検出部の検出結果に応じて前記テーブルから読み出した制御値とを比較し、両制御値の差が所定値以上の場合には前記テーブルから読み出した制御値を前記リセット電圧生成回路に設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記デコーダは前記画素セルと行信号線、駆動信号線及び動作制御線を介して接続され、
前記画素セルは、
第１端子が前記駆動信号線に接続され、第２端子が前記受光素子に接続され、ゲートが前記動作制御線に接続された第１トランジスタと、
ゲートが前記第１トランジスタと前記受光素子との間に接続され、第１端子が高電位電源に接続され、第２端子が第３トランジスタの第１端子に接続された第２トランジスタと、
第２端子が列データ線に接続され、ゲートが前記行信号線に接続された第３トランジスタと、
を備え、
前記デコーダは、前記駆動信号線を介して駆動電圧とリセット電圧とを前記第１トランジスタに供給し、前記動作制御線を介して、リセット期間には前記第１トランジスタをオンするように電圧を供給し、露光期間には前記第１トランジスタが弱反転領域にて動作するよう電圧を供給し、読み出し期間には前記行信号線を介して前記第３トランジスタをオンするよう電圧を供給する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
受光素子とＭＯＳ型トランジスタとを直列に接続し、該ＭＯＳ型トランジスタを弱反転状態で動作させて入射光に応じて前記受光素子に流れるフォト電流を電圧変換し、該電圧変換を出力する画素セルを複数有する撮像部と、前記受光素子の出力電圧を初期化するリセット電圧を生成するリセット電圧生成回路と、前記受光素子の出力電圧を初期化するリセット期間には前記リセット電圧を前記画素セルに供給し、露光期間には前記ＭＯＳ型トランジスタを弱反転状態で動作させる駆動電圧を前記画素セルに供給するデコーダと、を備えた固体撮像素子の制御方法であって、
前記固体撮像素子の温度を検出する温度検出工程と、
前記固体撮像素子の温度を複数記憶するとともに、各温度に対応する制御値を記憶するテーブルと、
前記温度検出工程の検出結果に基づいてその時々の温度に対応する制御値を前記テーブルから読み出し、その読み出した制御値を前記リセット電圧生成回路に設定する設定工程と、
を備え、
前記リセット電圧生成回路は、前記設定工程により設定された制御値に応じてリセット電圧を生成する、
ことを特徴とする固体撮像素子の制御方法。
前記設定工程は、前記リセット電圧生成回路に設定した制御値を記憶し、該制御値と所定時間毎に前記温度検出結果に応じて前記テーブルから読み出した制御値とを比較し、両制御値の差が所定値以上の場合には前記テーブルから読み出した制御値を前記リセット電圧生成回路に設定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の制御方法。