JPH0519864B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は正確な黒レベルを得るのに適したクラ
ンプ回路に関する。

（従来技術） 従来、固体撮像素子を利用した、例えばビデオ
カメラにおいて、読出された信号をクランプする
とき、各水平帰線期間に安定した光学的黒基準信
号を得るために、水平帰線期間のバツクポーチに
相当する撮像セルに遮光部を設ける場合が多い。
これは、固体撮像素子の黒レベル変動の要因であ
る暗電流が、素子の温度上昇８℃に付約２倍にな
るという点、又ビデオ・カメラの一般的使用条件
が−10℃から＋40℃にまで及ぶことを考慮すれ
ば、当然のことである。上述の目的のために一般
には固体撮像素子の水平帰線期間のバツクポーチ
に相当する数〜数十セルの撮像セルを遮光する事
によつて暗電流分のみを形成させ、この部分の信
号レベルを基準黒レベルにクランプする事が行な
われる。この場合安定したクランプ動作を行なう
には、遮光部に割当てられる撮像セルが多いこと
が望ましい。ところが遮光部に多くのセルを用い
ると、水平方向について撮像セル数が不足してい
る現状にあつて、ますます解像度が低下してしま
う欠点がある。

一方限られたサイズ内で撮像セル数を増すこと
は素子の大面積化・高集積化を意味し、プロセス
技術の大幅な改善がなければ困難な問題である。

このような問題の解決方法として一般に撮像管
を利用したビデオ・カメラにおいては、フイード
バツク形クランプ方法、即ちビームプランキング
期間のレベルを黒レベルとして基準レベルにクラ
ンプするクランプ回路と、このクランプされた信
号を増巾した後γ補正等するプロセス回路とから
成る系を考え、この系の出力を安定させる為にプ
ロセス回路出力を所定の基準レベルと比較し、こ
の差出力がゼロになるように、前記クランプレベ
ルにフイードバツクをかける方法が考えられてい
る。

しかし、この方法を特に固体撮像デバイスに用
いた場合固体撮像デバイスでは出力アンプがフロ
ーテイング構造等採用している為プランキング期
間内のノイズが入り込みやすい。

又固体撮像デバイスでは、一般に信号読出し期
間には、信号読出し転送パルスの容量結合による
クロツクノイズが発生する（飽和信号レベルの約
１／３）。従つて従来の様に、このクロツクノイズを
含んだ遮光部電位を検出して、ある基準レベルと
比較し、クランプすると、映像信号は十分な精度
で直流再生できないという問題があつた。

この問題を解決する手段として、フイードバツ
ククランプの前段に上述のクロツクノイズを除去
するサンプルホールド手段を設ける場合がある。
しかし、低電圧化・低消費電力化を考慮した場合
にはサンプルホールド手段でも数十mVのコマン
ドパルスのクロツクノイズが発生する。一方信号
レベルとしては、固体撮像素子の飽和信号出力レ
ベルの約1/3〜1/8位を標準動作レベルとして使う
が通常、固体撮像素子の飽和信号出力レベルは数
百mVであるので、信号レベルは約百mV程度に
なる。従つてこの信号レベルと上述のクロツクノ
イズの比は約20dBであり、黒レベル安定性（あ
るいはクロツクノイズの低周波変換ノイズ）を撮
像装置に通常要求される約−50dB以下にするた
めには、フイードバツククランプ回路の性能を約
−30dB以下にする必要がある。

また、上述の固体撮像装置を静止画を撮像する
為の電子スチルカメラとして使う場合は、低消費
電力化とともに、電源立上り特性が要求される。
即ち、レリーズスイツチ（電源スイツチ）のON
とともに、電気回路は固体撮像素子からの信号を
すばやく処理する能力を備えていなければならな
い。そのためには電気回路は極力容量結合を避
け、直結化する事が望ましい。

ところが直結化しようとすると固体撮像素子の
出力アンプがMOSアンプで構成されており、
MOSのしきい値電圧のバラツキがあるためにダ
イナミツクレンジの小さいサンプルホールド器は
固体撮像素子のすぐ後段に設けなければならず、
その後で信号を増幅し、クランプ回路へ入力する
よう構成しなければならない。この様な時は、ク
ロツクノイズも増幅されるのでクランプ回路には
より一層の電位安定性が求められる。

（目的） 本発明は上述の諸欠点を解消し得るクランプ回
路を提供する事を目的としたものである。

特に安定な黒レベルの得られるクランプ回路を
提供する事を目的としている。

（実施例） 以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

本発明の実施例では上述の如き従来技術の欠点
を解消するためにパルス幅の広い第１のゲート信
号としてのクランプパルスで遮光部信号をクラン
プし、そして黒レベル検出回路で、クランプパル
スよりパルス幅の狭い第２のゲート信号としての
パルスで電位検出を行う事により、クロツクノイ
ズの影響を軽減しようとするものである。

以下、本発明の実施例の具体的説明を図面に従
つて行なう。

第１図は本発明に適用し得る固体撮像素子の構
成の一例を示し、第２図は本発明の信号処理系の
一例を示すブロツク図、第３図は第２図の各部波
形を示す図、第４図はクランプ回路４の具体的な
構成図である。

周知のように固体撮像素子には大きく分けて
MOS形とCCD形があるが、本発明の実施例とし
てフレーム転送方式のCCDの場合につき説明す
るものとし、かかるCCDを第１図に示す。第１
図に示すようにフレーム転送方式のCCDは撮像
部PD、蓄積部SD、読出しレジスタRR及びオン
チツプさたプリアンプADより構成されている。
そして、撮像部PDには信号のクランプ時に基準
信号に相当する遮光部OSが設けられている。

第２図において１は固体撮像素子、２は本発明
の保持手段としてのサンプル・ホールド回路、３
は増幅器、４はクランプ回路、５は信号処理回
路、６は信号発生手段としての同期信号発生回路
である。また第４図において４１は直流増幅器、
４２はサンプルホールド回路、４３は誤差増幅
器、４４はクランプ手段としてのクランパ、C₁，
C₂はコンデンサ、Ｅは基準電源、４５はクラン
プレベル形成手段としてのクランプレベル形成回
路である。

以上の構成から成る実施例の作動を説明する。

第２図において、本発明の撮像素子駆動手段と
しての同期信号発生回路６からの駆動パルス６ａ
によつて駆動された固体撮像素子１の撮像部PD
では入射光により光電子が発生して公知のポテン
シヤル井戸の働きにより例えば１フイールド期間
の電荷が蓄積される。そして蓄積された信号電荷
は垂直ブランキング期間に蓄積部SDへ並列転送
され、さらに次のフイールド期間では、撮像部
PDにおいては次のフイールドのための電荷を蓄
積する。

一方、蓄積部SDの信号電荷は水平の１行ずつ
読み出しレジスタRRに転送され、１水平期間内
では先ず遮光部OSのセルに対応する黒レベル期
間の信号が読み出され、続いて撮像部PDに蓄積
された画像信号電荷が順次時系列的に読み出され
る。

しかも、本発明では撮像部PDの１ライン分の
信号を読み出した後も読み出しレジスタRRに駆
動パルスを供給する事によつて空読み出し信号を
得ている。

この空読み出し信号中の暗電流分は比較的少な
いが、近似的に前記遮光部OSの暗電流レベルと
同じとみなす事ができる。

このようにして得られたPAM（Pulse
Amplitude Modulation）信号は第３図実線１ａ
で模式的に示される。

即ち前記PAM信号１ａにおいて、１０１の部
分は遮光部OS、１０２の部分は空読出し期間、
１０３は水平ブランキング期間に対応する信号で
ある。これらの信号は後段のサンプル・ホールド
回路２において第３図示のサンプル・ホールドパ
ルス６ｂ（６b₁はサンプル、６b₂はホールド）に
より第３図示２ａの信号となる。即ち信号２ａに
はサンプルホールド器のクロツクノイズ２a′が重
畳している。信号２ａは増幅器３で適正な信号レ
ベルに増幅されてクランプ回路４において直流再
生が行なわれる。ここで、上述のクランプ回路４
は例えば第４図示の如き構成であり、前記増幅器
３を通つた信号３ａはカツプリングコンデンサ
C₁を経た後、第３図Ｃの第１のゲート信号とし
てのクランプパルス６ｃ−１により駆動されるク
ランパ４４を介してコンデンサC₂にチヤージさ
れたある電位にクランプされる。このクランプさ
れた信号は直流増幅器４１を通してエンコーダ回
路等からなる信号処理回路５の入力信号４ａとな
るが、前記信号４ａの内遮光部OSに対応する黒
レベル期間の信号部分は第３図Ｂの第２のゲート
信号としてのサンプル・ホールドパルス６ｃ−２
により駆動されるサンプル・ホールド回路４２に
よつてサンプル・ホールドされる。これによつて
光学的基準信号を検出し、かかる検出信号と基準
電圧Ｅを誤差増幅器４３で比較増幅することによ
りクランプ誤差分を含んだ新たなクランプ基準電
位を得ることができ、この信号をクランパ４４に
供給することで前記誤差分をキヤンセル方向に映
像信号３ａをクランプする。

尚、第３図Ａに示されるクランプパルス６ｃ−
１′は空読出し信号をサンプルホールド器２でホ
ールドした電位をクランプする場合のパルスであ
るが、この場合映像信号２ａにはクロツクノイズ
２a′が重畳しているのでサンプルホールド回路４
２における光学的基準信号検出時にクロツクノイ
ズ２a′も、検出してしまい、安定したクランプ動
作が出来なくなつてしまう。

そこで本発明の実施例では前述のように第３図
Ｃの様なタイミングのパルス６ｃ−１をクランプ
パルスとして利用する。即ち黒レベル期間である
遮光部１０１をクランプする事により、遮光部の
クロツクノイズを除去するところに特徴がある。
遮光部のクロツクノイズを除去すると共にサンプ
ルホールド回路４２で黒レベルを検出し、フイー
ドバツククランプを行なえば安定したクランプ動
作が出来る。もしクランプパルス６ｃ−１とサン
プルホールドパルス６ｃ−２に同一かつ同位相の
パルス、例えば図示Ｂを利用した場合には、やは
り、クランプ動作は安定しない。何故ならばクラ
ンパ４４においてはパルスの後端B₁が一番重要
であるかあである。即ち後端がクロツクノイズと
位相が一致した場合、クランプはそのクロツクノ
イズの電位で行なわれるので、クロツクノイズと
クランプパルスの位相が一致しない部分でもやは
りクロツクノイズは除去されずに残つてしまう。
そしてその残つたクロツクノイズをサンプルホー
ルド回路４２で検出してしまう可能性がある。又
サンプル・ホールド回路４２においてもパルスの
後縁B₂が重要であるからクランプ回路において
クランプ用容量C₁とクランパ４４の間は直結で
あり、そのためにクランプ時定数は小さい。そこ
でここに抵抗を挿入してクランプ時定数を大きく
してソフトクランプ的なフイードバツククランプ
回路としても良い。これはクロツクノイズレベル
が特に大きい場合に効果がある。またフイードバ
ツククランプ回路のクランプパルス６ｃ−１とし
て黒基準検出用サンプルホールドパルス６ｃ−２
を適当に遅延したものでも良い。

（効果） 以上説明したように、遮光部に相当する信号を
クランプしてクロツクノイズを除去すると共にそ
の期間内で光学的黒基準信号を検出すれば安定な
クランプ動作が出来る。

また従来の様にクランプ回路の前段にクロツク
ノイズ除去回路を置かないで済むので、除去回路
のパルスノイズの問題もなくただ単にクランプパ
ルスの後縁を黒レベル検出サンプルホールドパル
ス後縁よりも時間的に少し遅れる様にするだけで
良いから構成が非常に簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレーム転送方式のCCDを示す図、
第２図は信号処理系のブロツクの一例を示す図、
第３図は第２図の各部波形図、第４図は本発明に
係るフイードバツク形のクランプ回路の一例の構
成図を示す。 １は固体撮像素子、２はサンプルホールド回
路、３は増幅器、４はクランプ回路、５は信号処
理回路、６は信号発生手段としての同期信号発生
回路、４１は直流増幅器、４２はサンプル・ホー
ルド回路、４３は誤差増幅器、４４はクランプ手
段としてのクランパ、４５はクランプレベル形成
手段としてのクランプレベル形成回路、６ｃ−１
は第１のゲート信号としてのクランプパルス、６
ｃ−２は第２のゲート信号としてのサンプルホー
ルドパルス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被写体からの撮像光を光電変換する受光部の
   一部に光学的に遮光された部分を有する撮像手段
   と 上記撮像手段の遮光部から出力される黒レベル
   信号を所定の基準レベルにクランプするクランプ
   手段と、 クランプ後の黒レベル信号をサンプリングした
   信号に基づいて上記基準レベルを制御するレベル
   制御手段と、 上記クランプ手段におけるクランプのタイミン
   グを設定する第１の信号及び上記レベル制御手段
   におけるサンプリングのタイミングを設定する第
   ２の信号を出力する信号発生手段とを備え、 少なくとも上記第１の信号と第２の信号とを一
   部オーバラツプさせるとともに、上記第２の信号
   の後縁を上記第１の信号の後縁よりも先行させた
   ことを特徴とする撮像手段。