JP6730464B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、テレビジョンカメラなどの撮像装置に係わり、特に撮像素子の固定パターン補正機能を備える撮像装置に関する。

撮像装置からの映像信号（「撮像信号」とも言う）に含まれるノイズには、時間変動するランダムノイズと、時間変動しない固定パターンノイズ（ＦＰＮ:Fixed Pattern Noise）がある。ＦＰＮは、その規則性に基づいて、信号処理により除去又は抑圧することが可能である。

撮像素子において、一般に、６℃温度上昇で暗電流は２倍程度となっていて、撮像素子温度の指数関数に比例して変動する。しかし、高画素や高感度や高速読出しに特化するために、暗電流が温度に非線形に応じて変化するＣＭＯＳ撮像素子もある（例えば、特許文献１参照）。更に、暗電流が温度に非線形に応じて画面内で不均一に変化するＣＭＯＳ撮像素子もある。そのため、高温時のＣＭＯＳ撮像素子の遮光時の映像信号からＦＰＮを補正値として記憶しておき、ＣＭＯＳ撮像素子の温度に応じてＦＰＮを算出して補正することが困難な場合がある。

そのため、３０分程度電源を通電してヒートランしておき、撮像装置のＦＰＮ補正部において、遮光時の映像信号からＦＰＮを抽出して補正値として記憶しておき、実際の映像信号から補正値を差し引いて、ＦＰＮが除去された補正映像信号を出力するようにしている。更に、映像信号から、暗時ＦＰＮと明時ＦＰＮの両方を除去する技術もある（例えば、特許文献２参照）。言い換えると、従来のＵＨＤＴＶ８Ｋ（有効画素数７６８０Ｈｘ４３２０Ｖ）カメラでは、３０分のヒートラン後に有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から差し引いていた。

また、アバランシェ増倍光電変換膜を有する撮像管を用いた制作用カメラでは、ペルチェ素子を正負両方向に通電駆動する駆動回路を有し、アバランシェ増倍光電変換膜の動作が不安定になる超低温でも撮影可能に制御する技術がある（例えば、特許文献３参照）。更に、アバランシェ増倍させるとアバランシェ増倍光電変換膜の画面内に飽和信号電流が流れるキズが徐々に成長するような高温で起動すると、アバランシェ増倍せず単なる光電変換動作させる動作電圧にして低感度撮影状態にして、ペルチェ冷却が有効になり安定にアバランシェ増倍できる温度まで、アバランシェ増倍光電変換膜が冷却される起動約３秒後に高感度撮影可能だった。

特開２００９−１００３８０号公報 特開２０１５−１０００９９号公報 特開平５−３１６４０７号公報

ところで、上述のアバランシェ増倍光電変換膜を有する撮像管を用いた放送用カメラは、撮像管の電子銃のヒータのみ通電するプリヒートまたはスタンバイと称される状態で待機してあれば、アバランシェ増倍光電変換膜が徐々に壊れることを承知で、ペルチェ冷却が有効になる前の起動直後からアバランシェ増倍による高感度撮影可能だった。
このように、放送用カメラでは、起動直後からの撮影可能が要求されることが多くあり、対策の技術が求められていた。

本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、上記課題を解決することを目的とする。

本発明は、撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子の温度を検出する固体撮像素子温度検出手段と、筐体外の周囲温度を検出する筐体外周温度検出手段と、前記固体撮像素子に取り付けられたペルチェ素子と、筐体内外の空気の流出入を促す通風ファンと、
前記ペルチェ素子に取り付けられた放熱フィンと、前記ペルチェ素子を駆動するペルチェ素子駆動回路と、前記固体撮像素子への光を遮光する遮光手段と、有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から前記記憶した固定パターン信号を差し引くＯＢ補正処理を行う画像処理手段と、前記撮像素子の温度を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、起動時は前記遮光手段の遮光を開始し、前記通風ファンを停止して、前記ペルチェ素子駆動回路を、前記周囲温度と前記撮像素子の温度との差分に応じた第１の時間でパルス駆動を実行し、つづいて、前記第１の時間より長い第２の時間において前記ペルチェ素子に電流を流さない状態に制御し、前記第２の時間の状態に制御されることによって、前記周囲温度と前記固体撮像素子の温度の温度差が所定の温度範囲内となったら、前記制御部は、前記通風ファンを前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御するとともに、前記ペルチェ素子駆動回路を前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御し、前記画像処理部は、前記ＯＢ補正処理を実行する。
本発明の別の撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子の温度を検出する固体撮像素子温度検出手段と、筐体外の周囲温度を検出する筐体外周温度検出手段と、前記固体撮像素子に取り付けられたペルチェ素子と、筐体内外の空気の流出入を促す通風ファンと、前記ペルチェ素子に取り付けられた放熱フィンと、前記ペルチェ素子を駆動するペルチェ素子駆動回路と、前記固体撮像素子への光を遮光する遮光手段と、有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から前記記憶した固定パターン信号を差し引くＯＢ補正処理を行う画像処理手段と、前記撮像素子の温度を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、起動時は前記遮光手段の遮光を開始し、前記通風ファンを停止して、前記ペルチェ素子駆動回路を、前記周囲温度と前記撮像素子の温度との差分に応じた第１の時間で、前記ペルチェ素子が冷却するようにパルス駆動を実行し、つづいて、前記第１の時間より長い第２の時間において前記ペルチェ素子に電流を流さない状態に制御し、前記第２の時間の状態に制御されることによって、前記周囲温度と前記固体撮像素子の温度の温度差が所定の温度範囲内となったら、前記制御部は、前記通風ファンを前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御するとともに、前記ペルチェ素子駆動回路を前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御し、前記画像処理部は、前記ＯＢ補正処理を実行し、前記第１の時間は、０．００１秒〜０．１秒の範囲であって、前記第２の時間は、１秒〜３秒の範囲である。
本発明のさらに別の撮像装置は、前記固体撮像素子の温度を検出する固体撮像素子温度検出手段と、筐体外の周囲温度を検出する筐体外周温度検出手段と、前記固体撮像素子に取り付けられたペルチェ素子と、筐体内外の空気の流出入を促す通風ファンと、前記ペルチェ素子に取り付けられた放熱フィンと、前記ペルチェ素子を駆動するペルチェ素子駆動回路と、前記固体撮像素子への光を遮光する遮光手段と、有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から前記記憶した固定パターン信号を差し引くＯＢ補正処理を行う画像処理手段と、前記撮像素子の温度を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、起動時は前記遮光手段の遮光を開始し、前記通風ファンを停止して、前記ペルチェ素子駆動回路を正負にパルス駆動して、前記ペルチェ素子駆動回路の正負電源電圧の電圧比の逆比の時間比で正負にパルス駆動して前記ペルチェ素子の両面で温度差がないように前記固体撮像素子と前記放熱フィンとを加熱し、前記周囲温度と前記固体撮像素子の温度の温度差が所定の温度範囲内となったら、前記通風ファンを前記固体撮像素子の温度に対応した通常の運転に制御するとともに、前記ペルチェ素子駆動回路を前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御し、前記画像処理部は、前記ＯＢ補正処理を実行する。

本発明によると、固体撮像素子の温度に対し非線形に画面内で不均一に変動する撮像素子の暗電流むらのいわゆる固定パターン雑音の変化を、起動後すぐに（例えば、約１秒から約３秒）、固定パターン雑音成分を検出して撮影時に固定パターン雑音成分を減算して補正することにより、固定パターン雑音成分のない高品位な撮影までの時間（従来では、起動後３０分程度とされていた時間）を、大幅に短縮することができる。

本発明の実施形態に係る、撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る、白キズ検出補間部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る、完全黒キズ検出補間部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る、遮光時のＯＢ補正前の完全黒キズの周囲８画素の中央値で補間する場合の模式図である。 本発明の実施形態に係る、遮光時のＯＢ補正前の完全黒キズの周囲８画素の中央値で補間する場合の模式図である。 本発明の実施形態に係る、遮光時のＯＢ補正前の撮像信号での白キズの周囲８画素の中央値でする場合の補間の模式図である。 本発明の実施形態に係る、遮光時のＯＢ補正前の撮像信号での白キズの周囲８画素の中央値で補間する場合の模式図である。 本発明の実施形態に係る、白キズ周囲画素補間部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る、黒キズ周囲画素補間部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る、暗電流算出ＯＢ補正部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る、ＦＰＮ補正部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の実施例１に係る、ペルチェ素子駆動回路のブロック図である。 本発明の実施形態の実施例１に係る、ペルチェ駆動回路を用いたペルチェ素子７１の駆動例を示す図である。 本発明の実施形態の実施例１に係る、ペルチェ駆動回路を用いたペルチェ素子の別の駆動例を示す図である。 本発明の実施形態の実施例１に係る、起動時のパルス駆動による撮像素子加熱による短時間ＦＰＮ変化低減後のＦＰＮ検出のフローチャートである。 本発明の実施形態の実施例１に係る、撮像時のＦＰＮ補正のフローチャートである。 本発明の実施形態の実施例２に係る、ペルチェ駆動回路のブロック図である。 本発明の実施形態の実施例２に係る、ペルチェ駆動回路を用いたペルチェ素子

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。本実施形態では、撮像素子（固体撮像素子）の温度で変動する撮像素子の暗電流むらのいわゆる固定パターン雑音を、起動後すぐに短時間で安定化させて検出し、温度に対し非線形に画面内で不均一に変化する固定パターン雑音を有する撮像素子を、起動後３０分程度で内部温度上昇が飽和に近づき変化が小さくなってから固定パターン雑音を検出してから撮影して固定パターン雑音を補正するのではなく、起動後すぐに固定パターン雑音の変化を飽和に近づけて検出して撮影して固定パターン雑音を補正する。

図１は本実施形態の撮像装置３０の全体構成を示すブロック図であり、例えば、テレビジョンカメラである。図１の撮像装置３０は、主にガンマ後マトリクスの映像信号処理の機能に着目して示している。撮像装置３０は、雑音低減、ゲイン補正およびアナログ−デジタル変換のＡＦＥ（アナログ・フロント・エンド）を集積したＣＭＯＳ撮像素子（固体撮像素子）を備え、映像信号処理では、遮光画素の映像信号の代表値を有効画素映像信号から減算するＯＢ補正を行う。

より具体的には、撮像装置３０は、オンチップカラーフィルタ付ＣＭＯＳ撮像素子（以下、「撮像素子７０」と称する）と、白キズ完全黒キズ検出補間機能付映像信号処理部３５と、パラレル−シリアル変換部３７と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３９を備える。

更に、撮像装置３０は、ペルチェ素子７１、ペルチェ駆動回路７２、放熱フィン７３、モーターファン７４、モーターファン駆動回路７５、温度センサー２０、及び周囲温度センサー２０ａを備え、撮像素子７０の冷却機能を実現する。モーターファン７４はモーターファン駆動回路７５により駆動が制御され、筐体内外への空気の流出入を促すよう動作する。また、撮像装置３０には、レンズ３１及びビューファインダ４０が取り付けられる。

撮像素子７０は、Ｒ／Ｇ／Ｂの信号を出力するが、ここでは、ベイヤー配列のカラーフィルタを備え、Ｇの信号としてＧ１及びＧ２の信号を出力する。すなわち、Ｒ／Ｇ１／Ｇ２／Ｂの信号が出力される。なお、Ｇ１及びＧ２の信号を区別しない場合は、「Ｇ１」及び「Ｇ２」を「Ｇ」として表記・説明する。

白キズ完全黒キズ検出補間機能付映像信号処理部３５は、白キズ完全黒キズ検出補間部３８と、ガンマ色輪郭補正５３と、ＭＡＴＲＩＸ部３６とを備える。白キズ完全黒キズ検出補間部３８は、白キズ検出補間部５０と、完全黒キズ検出補間部５１と、暗電流算出ＯＢ補正部５２と、撮像素子制御部５４とを備える。

各構成の機能について、信号の流れとともに具体的に説明する。
被写体からの入射光はレンズ部３１で結像され、結像された入射光は撮像装置３０の撮像素子７０で光電変換される。撮像素子７０で光電変換されたＲ／Ｇ１／Ｇ２／Ｂの信号に対して、撮像素子７０内で雑音低減、ゲイン補正およびアナログ−デジタル変換が行われ、変換された信号は、白キズ完全黒キズ検出補正機能付映像信号処理部の３５に送られる。白キズ完全黒キズ検出補間機能付映像信号処理部３５は、色補正、輪郭補正、ガンマ補正、ニー補正等の各種映像信号処理を行う。

撮像素子７０の近傍には、温度センサー２０が設けられており、撮像素子７０の温度を検出する。周囲温度センサー２０ａは、筐体外周温度検出手段であって、撮像装置３０の筐体外側付近の温度を検出する。なお、周囲温度センサー２０ａは、撮像装置３０に外付けされて有線又は無線接続によって計測結果を撮像装置３０に通知してもよい。

ＣＰＵ３９は、撮像素子７０の温度に基づき、ペルチェ素子７１及びモーターファン７４を駆動し、撮像素子７０を冷却又は加熱する。具体的には、ＣＰＵ３９は、ペルチェ駆動回路７２へ指示を出しペルチェ素子７１を駆動する。また、ＣＰＵ３９は、モーターファン駆動回路７５へ指示を出しモーターファン７４を駆動し、放熱フィン７３の温度を所望の温度、例えば周囲温度に近づけるように制御する。

撮像素子制御部５４は、ＣＰＵ３９の指示に従い、撮像素子７０の蓄積や読出しを制御する。レンズ部３１は、ＣＰＵ３９の指示に従い遮光または標準撮像を光学絞りまたは可変光学減衰（以下、「絞り」という）で制御する。

撮像装置３０の起動時は、レンズ３１の絞りを閉めて遮光し、モーターファン７４を停止してペルチェ駆動回路７２をパルス駆動し、周囲温度と撮像素子７０の温度の温度差が、撮像素子７０と放熱フィン７３との飽和（具体的には、熱抵抗と熱容量の飽和）の温度差に近づけるように制御する。

その飽和の温度差に近づいたら、ペルチェ素子７１の駆動とモーターファン７４の駆動を、撮像素子７０の温度に対応した通常の運転に移行させる。その後、６４回（約１秒間）だけ有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を映像信号から差し引いて、さらに固定パターン信号を減算する。詳細は実施例１及び実施例２で後述する。

白キズ完全黒キズ検出補間機能付映像信号処理部３５は、各種映像信号処理等を施したのち、ＭＡＴＲＩＸ部３６を用いて次式の変換式により、ＢＴ．７０９の映像信号の出力のＲ／Ｇ／Ｂから輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｐｂ／Ｐｒ）に変換する。
Ｙ＝０．２１２６Ｒ＋０．７１５２Ｇ＋０．０７２２Ｂ
Ｐｂ＝０．５３８９（Ｂ−Ｙ）
Ｐｒ＝０．６３５０（Ｒ−Ｙ）
そしてパラレル−シリアル変換部３７でシリアル映像信号に変換され、外部に出力される。

また、ＢＴ．７０９の原色点より広色域のＩＴＵ／ＢＴ．２０２０での映像信号の出力
Ｙ＝０．２６２７Ｒ＋０．６７８０Ｇ＋０．０５９３Ｂ
Ｐｂ＝０．５３１５（Ｂ−Ｙ）
Ｐｒ＝０．６７８２（Ｒ−Ｙ）
の映像信号出力もある。
さらに、赤緑青の原色の映像信号の出力も、図次しないが、赤緑１緑２青の原色の映像信号の出力もある。

ＣＰＵ３９は、撮像装置３０の各部を制御する。また、ビューファインダ４０またはモニタディスプレイ（図示せず）の画像表示部は、撮像装置３０の設定用メニューや暗電流が異常に多い撮像画素（以下、「白キズ」という。）と正常画素と感度が異常に低く暗電流が漏れ電流程度しかない撮像画素（以下、「完全黒キズ」という。）との自動補間操作や任意の画素の手動での周囲画素での補間操作を表示する。

ビューファインダ４０またはモニタディスプレイでは、被写体の映像にメニュー画面を重畳し、ユーザーはメニュー画面を見ながら白キズと完全黒キズとの自動検出補間操作や任意の画素の手動での周囲画素での補間操作を表示する。

以下、キズ検出と補間処理に関し基本的な構成及び動作を、上述した図１と、図２〜図１０及び図０７を用いて説明する。

図２は、白キズ検出補間部５０の構成を示すブロック図である。図３は、完全黒キズ検出補間部５１の構成を示すブロック図である。図２で示す白キズ検出補間部５０は、暗電流が異常に多い撮像画素（いわゆる「白キズ」）検出と補間を行う。図３の完全黒キズ検出補間部５１は、感度が異常に低く暗電流が漏れ電流程度しかない撮像画素（いわゆる「完全黒キズ」）検出を行う。

具体的には、白キズ検出補間部５０は、撮像素子７０からＲ／Ｇ／Ｂの信号を取得し白キズ検出補間処理を行い、Ｒの白キズ補間信号Ｒ（１）／Ｇの白キズ補間信号Ｇ（１）／Ｂの白キズ補間信号Ｂ（１）を完全黒キズ検出補間部５１へ出力する。

完全黒キズ検出補間部５１は、白キズ検出補間部５０からＲの白キズ補間信号Ｒ（１）／Ｇの白キズ補間信号Ｇ（１）／Ｂの白キズ補間信号Ｂ（１）を取得し完全黒キズ検出補間処理を行い、Ｒの完全黒キズ補間信号Ｒ（２）／Ｇの完全黒キズ補間信号Ｇ（２）／Ｂの完全黒キズ補間信号Ｂ（２）を暗電流算出ＯＢ補正部５２へ出力する。

このとき、完全黒キズ検出補間部５１は、完全黒キズ検出の長時間蓄積での完全黒キズ基準レベルを減算し、完全黒キズの映像信号タイミング（アドレス）を判定し、標準撮像時に、標準撮像時の完全黒キズ補間レベル判定はしないで、完全黒キズの映像信号タイミング（アドレス）で完全黒キズの周囲画素での補間を行う。

図２に示すように、白キズ検出補間部５０は、白キズ判定部１５と、白キズ周囲画素補間部１６と、３つの減算器（減算器（１）１２ａ、減算器（２）１３ａ、減算器（３）１４ａ）とを備える。

白キズ判定部１５は、白キズの映像信号タイミング（アドレス）判定と標準撮像時の白キズ補間判定を行い、Ｒ／Ｇ／Ｂの信号に対応した白キズの映像信号タイミング（アドレス）Ｔｗｒ、Ｔｗｇ、Ｔｗｂを白キズ周囲画素補間部１６へ出力する。なお、各白キズの映像信号タイミング（アドレス）Ｔｗｒ、Ｔｗｇ、Ｔｗｂを区別しない場合は、白キズの映像信号タイミング（アドレス）Ｔｗと称して説明する。白キズ周囲画素補間部１６は、白キズの周囲画素での補間を行う。

図３に示すように、完全黒キズ検出補間部５１は、黒キズ判定部１７と、黒キズ周囲画素補間部１８と、３つの減算器（減算器（１）１２ｂ、減算器（２）１３ｂ、減算器（３）１４ｂ）とを備える。

黒キズ判定部１７は、黒キズの映像信号タイミング（アドレス）判定を行い、Ｒ／Ｇ／Ｂの信号に対応した黒キズの映像信号タイミング（アドレス）Ｔｂｒ、Ｔｂｇ、Ｔｂｂを黒キズ周囲画素補間部１８へ出力する。なお、各黒キズの映像信号タイミング（アドレス）Ｔｂｒ、Ｔｂｇ、Ｔｂｂを区別しない場合は、黒キズの映像信号タイミング（アドレス）Ｔｂと称して説明する。黒キズ周囲画素補間部１８は黒キズの周囲画素での補間を行う。

図１、図２、図３に示すように、ＣＰＵ３９は、レンズ３１に絞りを閉じて撮像素子７０を遮光する指示をする。次に、ＣＰＵ３９は、撮像素子制御部５４へおよそ１秒の中時間蓄積を指示する。撮像素子制御５４はその指示にもとづき、白キズ検出用中時間間欠パルスを発生させ、撮像素子７０に供給する。そして、白キズ検出補間部５０の減算器（１）１２ａ、減算器（２）１３ａ、減算器（３）１４ａが、遮光中時間蓄積したＲ、Ｇ、Ｂの撮像信号と白キズ検出の中時間蓄積での白キズ基準レベル（ＳＲ１、ＳＧ１、ＳＢ１）との差分を白キズ判定部１５へ出力する。白キズ基準レベル（ＳＲ１、ＳＧ１、ＳＢ１）は、ＣＰＵ３９から出力される。白キズ判定部１５は、その差分から白キズの映像信号タイミング（アドレス）判定を行う。

次にＣＰＵ３９は、撮像素子制御部５４へ正常画素の暗電流に反比例させて長時間（１秒から１６３８９４秒）蓄積を指示する。撮像素子制御５４は、その指示にもとづき、完全黒キズ検出用長時間間欠パルスを発生させ、撮像素子７０に供給する。そして、完全黒キズ検出補間部５１の減算器（１）１２ｂ、減算器（２）１３ｂ、減算器（３）１４ｂが、遮光長時間蓄積したＲ，Ｇ，Ｂの撮像信号を白キズの映像信号タイミング（アドレス）に基づき１６で白キズの周囲画素での補間を行ったＲ，Ｇ，Ｂの補間信号（Ｒ（１）、Ｇ（１）、Ｂ（１））と完全黒キズ検出の長時間蓄積での完全黒キズ基準レベル（ＳＲ２、ＳＧ２、ＳＢ２）との差分を黒キズ判定部１７へ出力する。黒キズ判定部１７は、その差分から完全黒キズの映像信号タイミング（アドレス）判定を行う。

標準撮像時に、ＣＰＵ３９は、レンズ３１に絞りを開かせ、撮像素子制御部５４へ標準撮像を指示する。その指示にもとづいて、撮像素子制御５４は標準撮像パルスを発生させ撮像素子７０に供給する。白キズ検出補間部５０の減算器（１）１２ａ、減算器（２）１３ａ、減算器（３）１４ａが、標準撮像したＲ、Ｇ、Ｂの撮像信号と標準撮像時の白キズ補間レベル（ＳＲ１‘、ＳＧ１’、ＳＢ１‘）との差分を白キズ判定部１５へ出力する。白キズ判定部１５は、その差分から白キズの映像信号タイミング（アドレス）判定を行う。白キズ周囲画素補間部１６は白キズ補間レベル以下の撮像信号で白キズの映像信号タイミング（アドレス）で白キズの周囲画素での補間を行う。白キズ周囲画素補間部１６が白キズの周囲画素での補間を行ったＲ，Ｇ，Ｂの補間信号（Ｒ（１）、Ｇ（１）、Ｂ（１））は完全黒キズ検出補間部５１へ出力される。完全黒キズ検出補間部５１の黒キズ周囲画素補間部１８は、完全黒キズの映像信号タイミング（アドレス）に基づき、完全黒キズを周囲画素の中央値で補間を行う。黒キズ判定部１７は、標準撮像時の完全黒キズ補間レベル判定は行わない。

また、図２において、判定レベルに関して、白キズ検出の中時間蓄積での白キズ基準レベル（ＳＲ１、ＳＧ１、ＳＢ１）又は標準撮像時の白キズ補間レベル（ＳＲ１‘、ＳＧ１’、ＳＢ１‘）を入れ替えて、白キズの映像信号タイミング（アドレス）判定と標準撮像時の白キズ補間判定とを同一手段（白キズ判定部１５）で行うことが可能であり、回路の小型化と低価格化が実現できる。

図４Ａは、遮光時のＯＢ補正前の完全黒キズの周囲８画素の中央値で補間する場合の模式図であり、標準撮像信号での完全黒キズの周囲正常画素での補間を示している。図示のように、中央の完全黒キズ撮像信号「０」が、周囲の周囲正常画素撮像信号「３２」、「４８」、「５６」、「６４」、「８０」、「９６」、「１０２」、「１２８」の中央値「６４」または「８０」で補間される。

図４Ｂは、遮光時のＯＢ補正前の完全黒キズの周囲８画素の中央値で補間する場合の模式図であり、標準撮像信号での完全黒キズの周囲黒キズを含む正常画素での補間を示している。図示のように、中央の完全黒キズ撮像信号「０」が、周囲（図のマトリックス右下）の完全黒キズ撮像信号「０」を除く周囲の周囲正常画素撮像信号「３２」、「４８」、「５６」、「６４」、「８０」、「１０２」、「１２８」の中央値「６４」で補間される。

図４Ｃは、遮光時のＯＢ補正前の撮像信号での白キズの周囲８画素の中央値で補間する場合の模式図であり、標準撮像信号での白キズの周囲正常画素での補間の例を示している。図示のように、中央の白キズ撮像信号「１０２４」が、周囲の周囲正常画素撮像信号「３２」、「４８」、「５６」、「６４」、「８０」、「９６」、「１０２」、「１２８」の中央値「６４」または「８０」で補間される。

図４Ｄは、遮光時のＯＢ補正前の撮像信号での白キズの周囲８画素の中央値で補間する場合の模式図であり、標準撮像信号での白キズの周囲白キズを含む正常画素での補間の例を示している。図示のように、中央の白キズ撮像信号「１０２４」が、周囲の周囲正常画素撮像信号「３２」、「４８」、「５６」、「８０」、「９６」、「１０２」、「１２８」の中央値「８０」で補間される。完全黒キズ補間は白キズ補間後に行われる。

図５は白キズ周囲画素補間部１６の構成を示すブロック図である。図６は黒キズ周囲画素補間部１８の構成を示すブロック図である。白キズ周囲画素補間部１６及び黒キズ周囲画素補間部１８は、同様の構成を有しており、それぞれ周囲８画素の中央値を算出し補間する。

図５に示すように、白キズ周囲画素補間部１６は、周辺画素信号選択部９ａと、周囲画素中央値検出部１９ａと、遅延器８ａと、出力切替器２９ａとを備える。周辺画素信号選択部９ａは、ラインメモリ（１）５ａと、ラインメモリ（２）６ａと、入力切替器７ａとを備える。周囲画素中央値検出部１９ａは、８つの比較器（比較器（１）２１ａ〜比較器（８）２８ａ）を備え、周囲画素中央値を出力切替器２９ａに出力する。ラインメモリ（１）５ａ及びラインメモリ（２）６ａは、０Ｈ番地の撮像信号から１Ｈ番地、２Ｈ番地の撮像信号を生成する。

入力切替器７ａは、０Ｈ番地、１Ｈ番地、２Ｈ番地の撮像信号を選択して撮像信号の周囲画素信号を生成する。ラインメモリ（１）５ａ及びラインメモリ（２）６ａの替わりに、図示しないフレームメモリが用いられてもよい。遅延器８ａは、周囲画素中央値検出部１９ａの遅延分撮像信号を遅延させる。

そして、周囲画素中央値検出部１９ａは、撮像信号の周囲画素信号を、比較器（１）２１ａ〜比較器（８）２８ａで例えば降順に並び換えて、中央値に対応する比較器（４）２４ａから撮像信号の周囲画素中央値を出力切替器２９ａへ検出する。更に、図０２で示した、白キズ判定部１５からの白キズのレベル以下判定時の白キズの映像信号タイミング（アドレス）Ｔｗに応じて白キズ周囲画素補間部１６の出力切替器２９で、撮像信号を撮像信号の周囲画素中央値に補間する。

また、図６に示すように、キズ周囲画素補間部１８は、周辺画素信号選択部９ｂと、周囲画素中央値検出部１９ｂと、遅延器８ｂと、出力切替器２９ｂとを備える。周辺画素信号選択部９ｂは、ラインメモリ（１）５ｂと、ラインメモリ（２）６ｂと、入力切替器７ｂとを備える。周囲画素中央値検出部１９ｂは、８つの比較器（比較器（１）２１ｂ〜比較器（８）２８ｂ）を備え、周囲画素中央値を出力する。ラインメモリ（１）５ｂ及びラインメモリ（２）６ｂは、０Ｈ番地の白キズ補間信号から１Ｈ番地、２Ｈ番地の白キズ補間信号を生成する。

入力切替器７ｂは、０Ｈ番地、１Ｈ番地、２Ｈ番地の白キズ補間信号を選択して白キズ補間信号の周囲画素信号を生成する。遅延器８ｂは、周囲画素中央値検出部１９ｂの白キズ補間信号を遅延させる。

そして、周囲画素中央値検出部１９ｂは、白キズ補間信号の周囲画素信号を、比較器（１）２１ｂ〜比較器（８）２８ｂで例えば降順に並び換え、中央値に対応する比較器（４）２４ｂから白キズ補間信号の周囲画素中央値を出力切替器２９ｂへ検出する。更に、図３の黒キズ判定部１７からの完全黒キズの映像信号タイミング（アドレス）Ｔｂに応じて黒キズ周囲画素補間部１８の出力切替器２９ｂで、白キズ補間信号を白キズ補間信号の周囲画素中央値に補間する。

なお、図５の白キズ周囲画素補間部１６や図６の黒キズ周囲画素補間部１８において、周囲画素に複数の白キズが存在していたとしても、白キズ補間後に完全黒キズ補間するので、完全黒キズ補間は、白キズの影響を受けない。また、完全黒キズ補間は白キズ補間後に行うので、白キズ周囲画素補間部１６と黒キズ周囲画素補間部１８との機能が同じ回路で入力信号と制御信号とを切り替えることで実現されてもよい。

図７は、暗電流算出ＯＢ補正部５２の構成を示すブロック図であって、ＯＢ画素信号の最小値からＮ番目からＮ＋Ｍ番目の画素値を代表値として検出し、その代表値の加算平均値を出力する。ここでは、一実施例として、最小値から４番目〜７番目（すなわち、Ｎ＝３、Ｍ＝４）の画素値の加算平均を出力する構成について例示する。

暗電流算出ＯＢ補正５２は、代表値平均検出部４８と、遅延器５５と、減算器４とを備える。代表値平均検出部４８は、代表値検出部４７と、１／４除算部４６と、加算器（１）４３、加算器（２）４４及び加算器（３）４５とを備える。

代表値検出部４７は、完全黒キズ検出補間部５１からＯＧ画素信号を取得し、加算器（１）４３、加算器（２）４４及び加算器（３）４５で、最小値から４番目〜７番目の画素値を加算し１／４除算部４６へ出力する。

具体的には、代表値検出部４７は、図示のように、比較器（１）２１ｃ〜比較器（８）２８ｃを備え、例えば、ＯＧ画素値が降順に並び変え、最小値が比較器（８）２８ａに最大値（すなわち、最小値から８番目の画素値）が比較器（１）２１ｃに設定される。ここでは、比較器（２）２２ｃから７番目の画素値が、比較器（３）２３ｃから６番目の画素値が、加算器（１）４３へ出力される。また、比較器（４）２４ｃから５番目の画素値が、比較器（５）２５ｃから４番目の画素値が加算器（２）４４に出力される。そして、加算器（１）４３で加算された画素値と加算器（２）４４で加算された画素値が加算器（３）４５で更に加算され、１／４除算部４６へ出力される。

１／４除算部４６は、最小値から４番目〜７番目（すなわち、Ｎ＝３、Ｍ＝４）の画素値の加算値を加算器（３）４５から取得し、２ｂｉｔシフトによって１／４化する。この様な処理によって、代表値平均検出部４８は、白キズと完全黒キズを除外したＯＢ画素信号を加算平均する。

なお、遅延器５５で遅延された撮像有効画素信号は、減算器４で代表値平均検出部４８から出力される加算平均で補正し、ＯＢ補正撮像画素信号として出力される。なお、Ｖ−ＯＢ補正（垂直ＯＢ補正）において、遅延器５５は必須ではないが、撮像有効画素信号を遅延器５５で遅延させ、有効画素後のＶ−ＯＢで補正したほうが安定する。なお、Ｖ−ＯＢ補正は、縦筋補正やＨＳｈａｄｉｎｇ補正も兼ねる。

一般に、撮像装置３０の適用が想定されるテレビカメラでは、撮像素子は、２Ｋ、４Ｋ、８Ｋと高画素になるに従い、有効画素に比較してＯＢ画素が少なくなる。そのため、ＯＢ画素の白キズと完全黒キズの影響を受けやすくなる。しかし、本実施形態では、ＯＢ画素の白キズと完全黒キズの影響を受けないで、例えば、撮像素子７０の温度（以下「撮像素子温度」ともいう。）が６℃上昇すると約２倍に増加するＯＢ画素信号の正常画素の暗電流を検出することができる。その結果、検出した（撮像素子温度６℃上昇でおよそ２倍となる）正常画素の暗電流に蓄積時間を逆比例させることができる。

また、検出したＯＢ画素信号の正常画素の暗電流の信号を撮像有効画素信号から減算すれば、ＯＢ画素の白キズと完全黒キズの影響を受けないで、映像信号処理で安定にＯＢ補正をすることができ、映像信号の黒が安定し、テレビカメラのワイドダイナミックレンジ化が容易になる。

撮像素子温度が６℃上昇すると約２倍に増加するＯＢ画素信号の代表値を検出することにより、温度センサーを別途設けなくても、撮像素子の温度を検出することができる。検出した（撮像素子温度に６℃でおよそ２倍となる）正常画素の暗電流に蓄積時間を逆比例させることにより、正常画素の暗電流が少ない低温時の正常画素の暗電流と、感度が異常に低く漏れ電流相当の暗電流しかない異常低感度画素（以下、「完全黒キズ」という）の暗電流と確実に識別し、完全黒キズを確実に検出することができる。白キズ検出と異なり、完全黒キズの信号検出は困難なので、低温度における検出時の長時間蓄積が許容される。

図８は、図１に示した撮像装置３０に適用されるＦＰＮ補正部８０の構成を示すブロック図である。第１の撮像装置は、遮光時に入力された映像データの１フレーム加算平均値を算出し、これに基づいて、１フレーム加算平均を減算することで突発的な直流変動を補正し、良好なＦＰＮ補正値を算出できるようにしている。

具体的には、図示のように、ＦＰＮ補正部８０は、黒レベル減算器８１と、メモリコントローラ８２と、フレームメモリ８３と、１フレーム加算平均演算部８４と、加算器８７と、ラインバッファ（１）８８と、ラインバッファ（２）８９と、除算器８５と、減算器（１）８６と、減算器（２）９０とを備えている。ＦＰＮ補正部８０は、例えばＦＰＧＡとＤＤＲメモリで実現されてもよいし、メモリ大容量のＦＰＧＡで実現されてもよい。

黒レベル減算器８１は、ＦＰＮ補正の補正値の基になる累積補正値を算出する補正値算出処理において、遮光時の映像信号から黒基準レベルを減算する。これにより、ＦＰＮレベルの基準をデジタル値ゼロとするものである。

メモリコントローラ８２は、フレームメモリ８３に対するデータの入出力を制御する。
フレームメモリ８３は、映像データを記憶するものであり、黒レベル減算器８１から入力された遮光時の１フレーム分の映像データを記憶するエリアと、１フレーム分の累積補正値を記憶するエリアとを備えている。なお、入力データ用のメモリと累積補正値用のメモリの２つを備えるようにしてもよい。

１フレーム加算平均演算部８４は、黒レベル減算器８１から出力された遮光時の１フレーム分の映像データについて、全画素の加算平均演算を行って、１フレーム加算平均値を算出する。具体的には、１フレーム加算平均演算部８４は、入力された画素のデータを累積加算し、１フレーム分加算した後、総画素数で除して当該フレームの１フレーム加算平均値とする。

加算器８７は、フレームメモリ８３から読み出された累積補正値を画素毎に加算する。
ラインバッファ（１）８８は、加算器８７からの出力を行毎に保持し、行単位でメモリコントローラ８２に出力する。ラインバッファ（２）８９は、メモリコントローラ８２からの行毎の出力を保持し、加算器８７に画素毎に出力するとともに、除算器８５へ出力する。

除算器８５は、フレームメモリ８３から読み出された累積補正値を画素毎に所定の加算回数（ｋ回とする）で除算して、遮光時の映像データの平均レベルを算出し、画素毎のＦＰＮ補正値として減算器（１）８６に出力する。

減算器（１）８６は、補正値算出処理が終了後、撮影時に入力された映像データから、除算器８５からのＦＰＮ補正値を画素毎に減算して、補正された映像データ（補正映像データ）を出力する。

上述の構成による実施例１、実施例２を以下に説明する。
＜実施例１＞
上述のように、一般に、撮像素子では、６℃温度上昇で、暗電流は２倍程度となっている。放熱に工夫しているカメラでは、一般に、内部温度上昇がおおよそ３０分で変化が少なくなり、更に、おおよそ２時間で飽和し１２℃程度となっている。そのため、周囲温度が一定であっても、内部温度上昇１２℃で、起動時に比べ、内部温度上昇の飽和時には４倍となる。しかし、高画素や高感度や高速読出しに特化するために、暗電流が温度に非線形に応じて画面内で不均一に変化するＣＭＯＳ撮像素子もある。

以下、実施例１について、上述の図１の撮像装置３０及び、図９、図１０、図１１、図１２、図１３を参照して説明する。

図１で示した撮像装置３０は、起動時はモーターファン７４を停止してペルチェ駆動回路７２をパルス駆動する。周囲温度と撮像素子７０の温度（撮像素子温度）の温度差が、撮像素子７０と放熱フィン７３との熱抵抗及び熱容量の飽和の温度差に近づいたら、ペルチェ素子７１の駆動とモーターファン７４の駆動とを撮像素子温度に対応した通常の運転にする。そして、６４回（約１秒間）だけ有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を映像信号から差し引いて、さらに固定パターン信号を減算する。

ここで、図９は、実施例１のペルチェ素子駆動回路７２のブロック図である。このペルチェ駆動回路７２は、正（撮像素子冷却でフィン加熱）方向のペルチェ素子駆動を実現する回路例である。

ペルチェ駆動回路７２は、演算増幅器ＩＣ1と、トランジスタＱ１とを備える。演算増幅器ＩＣ１は、例えば、入／出力ともにＲａｉｌ−ｔｏ−Ｒａｉｌのオペアンプである。トランジスタＱ１はＰＮＰタイプである。トランジスタＱ１のコレクタ端子がペルチェ素子７１の一端に接続される。トランジスタＱ１はＰｃｈＭＯＳＦＥＴでも良い。

正の電源電圧Ｖｃｃは、演算増幅器ＩＣ１の正電源端子及びトランジスタＱ１のエミッタ端子に接続される。ＣＰＵ３９のＤ／Ａ出力（Ｖｉｎ）は、抵抗Ｒ２を介して演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子に接続される。なお、抵抗Ｒ２と演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子の間の経路は、抵抗Ｒ３を介して接地されている。

演算増幅器ＩＣ１の非反転入力端子は、ペルチェ素子７１の他端に接続され、ペルチェ素子７１からの帰還信号が入力される。この帰還信号の経路は抵抗Ｒ１を介して接地されている。演算増幅器ＩＣ１の出力は、トランジスタＱ１のベース端子に接続される。

ここで、ＣＰＵ３９のＤ／Ａ出力（Ｖｉｎ）と抵抗Ｒ１からの帰還電圧Ｖｒとの関係は、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３を用いて、次式で表される。
Ｖｒ＝Ｖｉｎ×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）
例えば、正の電源電圧Ｖｃｃ＝＋１２Ｖ、抵抗Ｒ１＝０．１Ω、抵抗Ｒ２＝４７ｋΩ、抵抗Ｒ３＝１ｋΩ、Ｖｉｎ＝５Ｖの場合を想定すると、帰還電圧Ｖｒは次式のように、約０．１２Ｖとなる。
Ｖｒ＝５×１．２／４８．２≒０．１２Ｖ
ここで、ペルチェ素子７１の両端電圧は約１２Ｖでペルチェ素子の電流は約１.２Ａとなる。Ｖｉｎが０Ｖの場合にＶｒ＝Ｖｉｎ×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＝０Ｖとなり、ペルチェ素子７１の両端電圧は０Ｖでペルチェ素子の電流は０Ａとなる。

図１０は、図９のペルチェ駆動回路７２を用いたペルチェ素子７１の駆動例を示す図である。正（撮像素子冷却でフィン加熱）方向のパルス駆動による撮像素子加熱の２回パルスの例であり、（ａ：上段）ペルチェ素子７１の両端電圧とペルチェ素子７１の電流の推移と、（ｂ：下段）ペルチェ素子７１両端温度（撮像素子温度ＴＳとフィン温度Ｔｆｉｎ）の推移を示している。ここでは周囲温度Ｔａを基準とした相対温度で示している。

図１０において、撮像素子冷却でフィン加熱の期間は、１回目は０．１５秒と比較的短くなっている。これに対し、非駆動の０．８５秒はペルチェ素子７１の熱抵抗と撮像素子７０の熱容量との積の熱時定数（通常１秒以下）と同等以上に長くなっている。非駆動の０．８５秒の間に、フィン加熱の熱がペルチェ素子７１の熱伝導により、撮像素子７０に届き、全体としては、撮像素子７０を加熱する。

撮像素子温度Ｔｓの上昇が撮像時のペルチェ弱冷却時の熱飽和相当にまだ近づけきらなかったら、正（撮像素子冷却でフィン加熱）方向の期間は、２回目は０．０２秒となっている。一方、非駆動は０．９８秒になっており、この非駆動の０．９８秒の間に、フィン加熱の熱がペルチェ素子７１の熱伝導により、撮像素子７０に届き、全体としては、撮像素子７０を加熱する。遮光動作が完了し、撮像素子温度の温度上昇が撮像時のペルチェ弱冷却時の熱飽和相当に近づいたらつまり所定の温度範囲内となったら、ＦＰＮ検出期間として、撮像時のペルチェ弱冷却にして、遮光状態でおよそ１秒蓄積してＯＢ画素の暗電流の典型値を減算して固定パターン信号を計算し記憶する。

図１１は、図９のペルチェ駆動回路７２を用いたペルチェ素子７１の別の駆動例を示す図である。正（撮像素子冷却でフィン加熱）方向のパルス駆動による撮像素子加熱の１回パルスの例であり、（ａ）ペルチェ素子の両端電圧とペルチェ素子の電流の推移と、（ｂ）ペルチェ両端（撮像素子温度ＴＳとフィン温度Ｔｆｉｎ）温度の推移を示している。ここでは周囲温度Ｔａを基準とした相対温度で示している。

図１１において、撮像素子冷却でフィン加熱の期間は１回のみで、０．１７秒と比較的短い。これに対し、非駆動の０．８３秒はペルチェ素子７１の熱抵抗と撮像素子７０の熱容量との積の熱時定数（通常１秒以下）と同等以上に長くなっている。この非駆動の０．８３秒の間に、フィン加熱の熱がペルチェ素子７１の熱伝導により、撮像素子７０に届き、全体としては、撮像素子７０を加熱する。遮光動作が完了し、撮像素子温度の温度上昇が撮像時のペルチェ弱冷却時の熱飽和相当に近づいたらつまり所定の温度範囲内となったら、ＦＰＮ検出期間として、撮像時のペルチェ弱冷却にして、遮光状態でおよそ１秒蓄積してＯＢ画素の暗電流の典型値を減算して固定パターン信号を計算し記憶する。

遮光にはレンズ３１の絞りを閉じても良いし、フィルタディスクホイールを電動にした遮光フイルタを選択しても良い。ただし、ペルチェ素子７１をパルス駆動することにより撮像素子７０を加熱し温度を内部温度上昇の飽和に近づける前に遮光が完了する必要がある。図１０と図１１では、遮光動作は約１秒以下と一般的な速度で良い。

図１２は、起動時のパルス駆動による撮像素子加熱による短時間ＦＰＮ変化低減後のＦＰＮ検出のフローチャートである。起動後に、モーターファン７４が停止し（Ｓ１）、周囲温度Ｔａと撮像素子温度Ｔｓの測定がされ（Ｓ２）、温度上昇が冷却の飽和相当以上かどうかが判断される（Ｓ３）。

温度上昇が冷却の飽和相当未満であれば（Ｓ３のＮ）、ペルチェ素子７１を飽和との差分に応じてパルス駆動させる処理が実行され（Ｓ４）、Ｓ２の処理に戻る。温度上昇が冷却の飽和相当以上であれば（Ｓ３のＹ）、周囲温度Ｔａと撮像素子温度Ｔｓとの差分に応じてペルチェ素子７１を冷却(正）の直流駆動がなされる（Ｓ５）。更に、周囲温度Ｔａと撮像素子温度Ｔｓとの差分に応じてモーターファン７４が駆動される（Ｓ６）。簡易には、単にモーターファン７４を駆動させてもよい。つづいて、遮光が行われ（Ｓ７）、ＦＰＮメモリがクリアされる（Ｓ８）。

ＦＰＮメモリのクリアにつづき、全画素暗電流検出処理（Ｓ９）、ＯＢ画素典型暗電流算出処理（Ｓ１０）が行われ、有効画素暗電流からＯＢ画素典型暗電流を減算しＦＰＮ成分が算出され（Ｓ１１）、算出されたＦＰＮ成分がＦＰＮメモリに加算される（Ｓ１２）。上記処理（Ｓ９〜１２）が２５６回目に達していなければ（Ｓ１３のＮ）、全画素暗電流検出処理（Ｓ９）に戻る。２５６回目であれば（Ｓ１０３のＹ）、遮光が中止となり（Ｓ１４）、当該フローは終了となる。

図１３は、撮像時のＦＰＮ補正のフローチャートである。撮像開始後に、周囲温度Ｔａと撮像素子温度Ｔｓとが測定され（Ｓ１０１）、周囲温度Ｔａと撮像素子温度Ｔｓとの差分に応じてペルチェ素子７１を正（撮像素子冷却でフィン加熱）方向の直流駆動がなされる（Ｓ１０２）。更に、周囲温度Ｔａと撮像素子温度Ｔｓとの差分に応じてファン駆動が行われる（Ｓ１０３）。ここでも、簡易には、単にモーターファン７４を駆動させてもよい。

標準撮像がなされ（Ｓ１０４）、ＦＰＮメモリ信号を減算する処理が行われ（Ｓ１０５）、キズの周囲画素補間処理（Ｓ１０６）が行われる。撮影継続の場合（Ｓ１０７のＮ）、Ｓ１０１の処理に戻る。撮影終了の場合（Ｓ１０７のＹ）、当該フローは終了となる。

実施例１では、起動時にペルチェ素子７１を撮像素子７０の冷却方向で放熱フィンの加熱方向に約０．２秒パルス駆動と約１秒から約２秒放置することにより撮像素子７０を加熱し、撮像素子温度を内部温度上昇の飽和に近づけて、撮像素子温度に対し非線形に画面内で不均一に変動する撮像素子７０の暗電流むらのいわゆる固定パターン雑音の変化を内部温度上昇の飽和に近づけて、ペルチェ素子７１をパルス駆動した以降の撮影時の変化を少なくして、固定パターン雑音成分を約１秒で検出し、撮影時に固定パターン雑音成分を減算して補正する。

つまり、本発明は起動後３０分程度で変化が少なくなってから固定パターン雑音を補正してから撮影するのではなく、起動後約２秒から３秒といった短時間で固定パターン雑音成分を減算して、固定パターン雑音成分のない高品位な撮影をすることが可能となる。

以上の実施例１の特徴を纏めると次の通りである。すなわち、実施例１の撮像装置３０は、温度センサー２０（固体撮像素子温度検出手段）と周囲温度センサー２０ａ（筐体外周温度検出手段）と、モーターファン７４（通風ファン）と、放熱フィン７３と、撮像素子７０（固体撮像素子）と放熱フィン７３の間のペルチェ素子７１と、ペルチェ素子７１を正（冷却）に駆動するペルチェ駆動回路７２と、レンズ７１の絞り又は電動フィルタディスクホイール等の遮光手段と、有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から差し引く白キズ完全黒キズ検出補間部３８（画像処理手段）と、を有する。

そして、撮像装置３０は、起動時は該遮光手段の遮光を開始し、モーターファン７４を停止してペルチェ素子駆動回路７２を周囲温度と撮像素子温度との差分に応じた時間(０．００１秒から０．１秒程度)に駆動させることで、ペルチェ素子７１の正方向のパルス駆動を実行して、つづいて、パルス駆動より十分長い時間(おおよそ１秒から３秒程度)ペルチェ素子７１に電流を流さない状態にして（すなわち、ペルチェ素子７１の両面で温度差がないように撮像素子７０と放熱フィン７３とを加熱し）、周囲温度と撮像素子７０の温度の温度差が撮像素子７０と放熱フィン７３との飽和（熱抵抗と熱容量の飽和）の温度差に近づいたらつまり所定の温度範囲内となったら、モーターファン７４を撮像素子の温度に対応した通常の駆動にして、ペルチェ駆動回路７２も撮像素子温度に対応した通常の駆動にして、有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から差し引く。

＜実施例２＞
以下、実施例２について、上述の図１の撮像装置３０及び、図１４、図１５、図１２、図１３を用いて説明する。

図１で示した撮像装置３０は、実施例１と同様に、起動時はモーターファン７４を停止してペルチェ駆動回路７２をパルス駆動する。周囲温度と撮像素子７０の温度（撮像素子温度）の温度差が、撮像素子７０と放熱フィン７３との熱抵抗及び熱容量の飽和の温度差に近づいたらつまり所定の温度範囲内となったら、ペルチェ素子７１の駆動とモーターファン７４の駆動とを撮像素子の温度に対応した通常の駆動にする。そして、６４回（約１秒間）だけ有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を映像信号から差し引いて、固定パターン信号を減算する。

ここで、図１４は、実施例２のペルチェ駆動回路７２のブロック図である。このペルチェ駆動回路７２は、正（撮像素子冷却でフィン加熱）負（撮像素子加熱でフィン冷却）両方向のペルチェ素子駆動を実現する回路例である。

このペルチェ駆動回路７２は、図９で示した実施例１の回路構成に、トランジスタＱ２を追加及び抵抗Ｒ４を追加した構成である。トランジスタＱ２はＮＰＮタイプである。トランジスタＱ２のコレクタ端子は、トランジスタＱ１のコレクタ端子と接続され、共通にペルチェ素子７１の一端に接続される。トランジスタＱ２のベース端子は、トランジスタＱ１のベース端子と接続され、共通に演算増幅器ＩＣ１の出力に接続される。トランジスタＱ２のエミッタ端子は、負の電源電圧Ｖｅｅに接続される。ここで、負の電源電圧Ｖｅｅは−５Ｖである。また、負の電源電圧Ｖｅｅと演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子との間には、抵抗Ｒ４が設けられる。抵抗Ｒ４は、ここでは１００ｋΩである。トランジスタＱ１はＰｃｈＭＯＳＦＥＴでトランジスタＱ２はＰｃｈＭＯＳＦＥＴでも良い。

ここで、ＣＰＵ３９のＤ／Ａ出力Ｖｉｎと抵抗Ｒ１からの帰還電圧Ｖｒの関係は、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を用いて、次式で表される。
Ｖｒ＝(Ｖｉｎ／Ｒ２＋Ｖｅｅ／Ｒ４)×Ｒ２・Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）
例えば、正の電源電圧Ｖｃｃ＝＋１２Ｖ、負の電源電圧Ｖｅｅ＝−５Ｖ、抵抗Ｒ１＝０．１Ω、抵抗Ｒ２＝４７ｋΩ、抵抗Ｒ３＝１５００Ω、抵抗Ｒ４＝１００Ｋ、Ｖｉｎ＝５Ｖの場合を想定すると、帰還電圧Ｖｒ≒０．１２Ｖになる。このとき、ペルチェ素子７１の両端電圧は約１２Ｖでペルチェ素子７１の電流は約１.２Ａとなる。Ｖｉｎ＝０Ｖの場合では、帰還電圧Ｖｒ≒−０．０５Ｖとなり、ペルチェ素子７１の両端電圧は約−５Ｖでペルチェ素子７１の電流は約−０．５Ａとなる。

図１５は、図１４のペルチェ駆動回路７２を用いたペルチェ素子７１の駆動例を示す図である。正（撮像素子冷却でフィン加熱）負（撮像素子加熱でフィン冷却）両方向のペルチェ素子駆動のパルス駆動の時間と電圧と電流とを模式的に示している。ここでは、（ａ：上段）ペルチェ素子７１の両端電圧とペルチェ素子の電流で、（ｂ）ペルチェ素子７１両端温度（撮像素子温度Ｔｓとフィン温度Ｔｆｉｎ）の推移を示している。正方向（撮像素子冷却でフィン加熱）と負方向（撮像素子加熱でフィン冷却）とをペルチェ素子駆動回路７２の正負電源電圧の電圧比の逆比の時間比で正負にパルス駆動し、約０．１０２秒と短時間に撮像素子とフィンとを加熱する。ここでは、正方向の駆動に対応するＨレベル（１２Ｖ、１．２Ａ）が約１ｍ秒、負方向の駆動に対応するＬレベル（−５Ｖ、−０．５Ａ）が約２．４ｍ秒のパルスの組み合わせを３０回、すなわち０．１０２秒間動作する。別の動作例では、Ｈレベル（１２Ｖ１．２Ａ）が約1０ｍ秒、Ｌレベル（−５Ｖ、−０．５Ａ）が約２４ｍ秒のパルスの組み合わせを５回、合計（１０＋２４）ｍ秒×５＝１７０ｍ秒（０．１７秒）となる。このように、実施例２の遮光動作は前者の例では約０．１秒以下と高速である必要がある。

遮光動作が完了し、撮像素子温度の温度上昇が撮像時のペルチェ弱冷却時の熱飽和相当に近づいたら、撮像時のペルチェ弱冷却にして、ＦＰＮ検出期間として遮光状態でおよそ１秒蓄積してＯＢ画素の暗電流の典型値を減算して固定パターン信号を計算し記憶する。

なお、起動時のパルス駆動による撮像素子加熱による短時間ＦＰＮ変化低減後のＦＰＮ検出処理は、実施例１の図１２のフローチャートと同様である。また、撮像時のＦＰＮ補正処理は、実施例１の図１３のフローチャートと同様である。ここでは、説明を省略する。

本実施例２は、起動時にペルチェ素子７１を正方向（撮像素子７０の冷却方向で放熱フィン７３の加熱方向）に約1ミリ秒のパルス駆動と負方向（撮像素子７０の加熱方向で放熱フィンの冷却方向に約２．４ミリ秒駆動するパターンを繰り返し、約０．１秒撮像素子７０と放熱フィン７３を加熱し撮像素子温度を内部温度上昇の飽和に近づけて、撮像素子７０の温度に対し非線形に画面内で不均一に変動する撮像素子７０の暗電流むらのいわゆる固定パターン雑音の変化を内部温度上昇の飽和に近づけて、ペルチェ素子７１をパルス駆動した以降の撮影時の変化を少なくして、固定パターン雑音成分を約１秒で検出し、撮影時に固定パターン雑音成分を減算して補正する。

つまり、本発明は起動後３０分程度で変化が少なくなってから固定パターン雑音を補正してから撮影するのではなく、起動後約１秒とすぐに固定パターン雑音成分を減算して、固定パターン雑音成分のない高品位な撮影をすることが可能となる。

以上のように、実施例２の撮像装置３０は、温度センサー２０（固体撮像素子温度検出手段）と周囲温度センサー２０ａ（筐体外周温度検出手段）と、モーターファン７４（通風ファン）と、放熱フィン７３と、撮像素子７０（固体撮像素子）と放熱フィン７３の間のペルチェ素子７１と、ペルチェ素子７１を正負両方向（冷却方向及び加熱方向）に駆動するペルチェ駆動回路７２と、レンズ７１の絞り又は電動フィルタディスクホイール等の遮光手段と、有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から前記記憶した固定パターン信号を差し引く白キズ完全黒キズ検出補間部３８（画像処理手段）と、を有する。

そして、起動時は遮光手段の遮光を開始し、放熱フィン７３を停止してペルチェ駆動回路７２を正負両方向にパルス駆動して、ペルチェ駆動回路７２の正負電源電圧の電圧比の逆比の時間比で正負にパルス駆動し、ペルチェ素子７１の両面で温度差がないようにペルチェ素子７１と放熱フィン７３とを加熱する。

更に、周囲温度と撮像素子温度の温度差が、撮像素子７０と放熱フィン７３との飽和（熱抵抗と熱容量との飽和）の温度差に近づいたら、放熱フィン７３を撮像素子温度に対応した通常の運転にして、ペルチェ駆動回路７２も撮像素子温度に対応した通常の駆動にし、有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から前記記憶した固定パターン信号を差し引く。

本発明を実施形態（実施例１及び実施例２を含む）をもとに説明した。これらの特徴を纏めると次の通りである。撮像装置３０は、温度センサー２０（固体撮像素子温度検出手段）と、周囲温度センサー２０ａ（筐体外周温度検出手段）と、モーターファン７４（通風ファン）と、放熱フィン７３と、撮像素子７０（固体撮像素子）と放熱フィン７３の間のペルチェ素子７１と、ペルチェ素子７１を駆動するペルチェ駆動回路７２と、レンズ７１の絞り又は電動フィルタディスクホイール等の遮光手段と、有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から前記記憶した固定パターン信号を差し引く白キズ完全黒キズ検出補間部３８（画像処理手段）と、を有する。

そして、起動時は遮光手段の遮光を開始し、モーターファン７４を停止してペルチェ駆動回路７２を周囲温度と撮像素子温度との差分に応じた時間、すなわち、ペルチェ駆動回路７２が正（冷却）方向のみ駆動なら０．０１秒から０．２秒程度にてペルチェ素子７１の正（冷却）のパルス駆動を実行して、続いてパルス駆動より十分長い時間（おおよそ１秒から３秒程度)ペルチェ素子７１に電流を流さない状態にする。

このとき、ペルチェ駆動回路７２が正（＋１２Ｖ）負（−５Ｖ）両方向駆動なら、正（冷却）方向におおよそ０．１ｍ秒から３０ｍ秒ペルチェ素子７１を冷却(正）方向のパルス駆動を実行して、負（加熱）方向におおよそ０．２ｍ秒から７０ｍ秒ペルチェ素子７１を負（加熱）方向のパルス駆動を実行して、ペルチェ素子７１の両面で温度差がないように撮像素子７０と放熱フィン７３とを加熱する。

更に、周囲温度と撮像素子温度の温度差が撮像素子７０と放熱フィン７３との飽和（熱抵抗と熱容量の飽和）の温度差に近づいたらつまり所定の温度範囲内となったら、モーターファン７４を撮像素子の温度に対応した通常の駆動にして、ペルチェ駆動回路７２も撮像素子温度に対応した通常の駆動にして、有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から差し引く。

つまり、本実施形態によると、ペルチェ素子７１をパルス駆動することにより撮像素子７０を加熱し温度を内部温度上昇の飽和に近づけて、撮像素子７０の温度に対し非線形に画面内で不均一に変動する撮像素子の暗電流むらのいわゆる固定パターン雑音の変化を内部温度上昇の飽和に近づけて、ペルチェ素子７１をパルス駆動した以降の撮影時の変化を少なくして固定パターン雑音成分を約１秒〜３秒程度で検出し、撮影時に固定パターン雑音成分を減算して補正することができる。すなわち、撮像装置３０では、起動後約１秒〜３秒で高画質に撮影可能とし、８ＫカメラをＥＮＧ（Electronic News Gathering）対応にすることができる。また、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）対応の２Ｋ、４Ｋ、８Ｋカメラに多用されつつあるＣＭＯＳ撮像素子の温度に対し非線形に画面内で不均一に変動する暗電流むらのいわゆる固定パターン雑音の変化を許容して、ＨＤＲ対応の２Ｋ、４Ｋ、８Ｋカメラのコスト低減を実現できる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、撮像装置３０として、オンチップカラーフィルタの撮像素子を用いたカラーカメラで説明したが、Ｒ／Ｇ／Ｂの３撮像素子を用いたカラーカメラであってもよいし、Ｒ／Ｇ１／Ｇ２／Ｂの４撮像素子を用いたカラーカメラでもよい。また、オンチップカラーフィルタのない撮像素子を用いたモノクロカメラでも、映像信号処理でＯＢ補正をしていれば、本発明の処理を適用することができる。

４：減算器
５ａ、５ｂ： ラインメモリ（１）
６ａ、６ｂ： ラインメモリ（２）
７ａ、７ｂ： 映像信号切替器
８ａ、８ｂ、５５： 遅延器
９ａ、９ｂ： 周囲画素信号選択部
１２ａ〜１４ａ、１２ｂ〜１４ｂ： 減算器（１）〜減算器（３）
１５： 白キズ判定部
１６： 白キズ周囲画素補間部
１７： 黒キズ判定部
１８： 黒キズ周囲画素補間部
１９ａ、１９ｂ： 周囲画素中央値検出部、
２０： 温度センサー
２０ａ： 周囲温度センサー
２１ａ〜２８ａ、２１ｂ〜２８ｂ、２１ｃ〜２８ｃ： 比較器（１）〜比較器（８）
２９ａ、２９ｂ： 映像信号切替器
３０： 撮像装置
３１： レンズ
３５： 白キズ完全黒キズ検出補間機能付映像信号処理部
３６： ＭＡＴＲＩＸ部
３７： パラレル−シリアル変換部（Ｐ／Ｓ）
３８： 白キズ完全黒キズ検出補間部
３９： ＣＰＵ（制御部）
４０： ビューファインダ
４３〜４５： 加算器（１）〜加算器（３）
４６： １／４除算部
４７： 代表値検出部
４８： 代表値平均検出部
５０： 白キズ検出補間部
５１： 完全黒キズ検出補間部
５２： 暗電流算出ＯＢ補正部
５３： ガンマ色輪郭補正部
５４： 撮像素子制御部
７０： 撮像素子
７１： ペルチェ素子
７２： ペルチェ駆動回路（Ｐ駆動回路）
７３： 放熱フィン
７４： モーターファン
７５： モーターファン駆動回路（Ｆ駆動回路）
８０： ＦＰＮ補正部
８１： 黒レベル減算部
８２： メモリコントローラ
８３： フレームメモリ
８４： １フレーム加算平均部
８５： 除算器
８６、９０： 減算器
８８： ラインバッファ（１）
８９： ラインバッファ（２）
ＩＣ1： 演算増幅器（Ｏｐ−Ａｍｐ）
Ｑ１、Ｑ２： トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ４： 抵抗

Claims (3)

1. 固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の温度を検出する固体撮像素子温度検出手段と、
   筐体外の周囲温度を検出する筐体外周温度検出手段と、
   前記固体撮像素子に取り付けられたペルチェ素子と、
   筐体内外の空気の流出入を促す通風ファンと、
   前記ペルチェ素子に取り付けられた放熱フィンと、
   前記ペルチェ素子を駆動するペルチェ素子駆動回路と、
   前記固体撮像素子への光を遮光する遮光手段と、
   有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から前記記憶した固定パターン信号を差し引くＯＢ補正処理を行う画像処理手段と、
   前記固体撮像素子の温度を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   起動時は前記遮光手段の遮光を開始し、前記通風ファンを停止して、前記ペルチェ素子駆動回路を、前記周囲温度と前記固体撮像素子の温度との差分に応じた第１の時間でパルス駆動を実行し、つづいて、前記第１の時間より長い第２の時間において前記ペルチェ素子に電流を流さない状態に制御し、
   前記第２の時間の状態に制御されることによって、前記周囲温度と前記固体撮像素子の温度の温度差が所定の温度範囲内となったら、
   前記制御部は、前記通風ファンを前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御するとともに、前記ペルチェ素子駆動回路を前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御し、前記画像処理手段は、前記ＯＢ補正処理を実行することを特徴とする撮像装置。
2. 固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の温度を検出する固体撮像素子温度検出手段と、
   筐体外の周囲温度を検出する筐体外周温度検出手段と、
   前記固体撮像素子に取り付けられたペルチェ素子と、
   筐体内外の空気の流出入を促す通風ファンと、
   前記ペルチェ素子に取り付けられた放熱フィンと、
   前記ペルチェ素子を駆動するペルチェ素子駆動回路と、
   前記固体撮像素子への光を遮光する遮光手段と、
   有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から前記記憶した固定パターン信号を差し引くＯＢ補正処理を行う画像処理手段と、
   前記固体撮像素子の温度を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   起動時は前記遮光手段の遮光を開始し、前記通風ファンを停止して、前記ペルチェ素子駆動回路を、前記周囲温度と前記固体撮像素子の温度との差分に応じた第１の時間で、前記ペルチェ素子が冷却するようにパルス駆動を実行し、つづいて、前記第１の時間より長い第２の時間において前記ペルチェ素子に電流を流さない状態に制御し、
   前記第２の時間の状態に制御されることによって、前記周囲温度と前記固体撮像素子の温度の温度差が所定の温度範囲内となったら、前記制御部は、前記通風ファンを前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御するとともに、前記ペルチェ素子駆動回路を前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御し、前記画像処理手段は、前記ＯＢ補正処理を実行し、
   前記第１の時間は、０．００１秒〜０．１秒の範囲であって、
   前記第２の時間は、１秒〜３秒の範囲である
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の温度を検出する固体撮像素子温度検出手段と、
   筐体外の周囲温度を検出する筐体外周温度検出手段と、
   前記固体撮像素子に取り付けられたペルチェ素子と、
   筐体内外の空気の流出入を促す通風ファンと、
   前記ペルチェ素子に取り付けられた放熱フィンと、
   前記ペルチェ素子を駆動するペルチェ素子駆動回路と、
   前記固体撮像素子への光を遮光する遮光手段と、
   有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた固定パターン信号を読出して記憶し、撮像時の有効画素撮像信号からＯＢ画素典型値を差し引いた映像信号から前記記憶した固定パターン信号を差し引くＯＢ補正処理を行う画像処理手段と、
   前記固体撮像素子の温度を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   起動時は前記遮光手段の遮光を開始し、前記通風ファンを停止して、前記ペルチェ素子駆動回路を正負にパルス駆動して、前記ペルチェ素子駆動回路の正負電源電圧の電圧比の逆比の時間比で正負にパルス駆動して前記ペルチェ素子の両面で温度差がないように前記固体撮像素子と前記放熱フィンとを加熱し、
   前記周囲温度と前記固体撮像素子の温度の温度差が前記固体撮像素子と前記放熱フィンとの飽和の温度差に近づいたら、前記通風ファンを前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御するとともに、前記ペルチェ素子駆動回路を前記固体撮像素子の温度に対応した通常の駆動に制御し、前記画像処理手段は、前記ＯＢ補正処理を実行することを特徴とする撮像装置。
   

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