JPH08125934A - 固体撮像素子の信号処理回路及びその処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な回路構成にて確実に複数チャンネル間
のゲインマッチングをとることが可能な固体撮像素子の
信号処理回路を提供する。 【構成】 複数チャンネルの各々の出力信号中の映像信
号部分を所定期間内において積分する検波回路１７，１
８と、この検波回路１７，１８による各々の積分値を各
チャンネル間で共通の基準電圧Ｖref と比較する比較器
１９，２０と、これら比較器１９，２０の各チャンネル
ごとの比較出力に応じて複数チャンネルの出力系のゲイ
ンを制御するＡＧＣ回路１５，１６とを備えた構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子の信号処
理回路及びその処理方法に関し、特に複数チャンネルの
出力系を有する固体撮像素子の各チャンネルの出力信号
を処理する信号処理回路及びその処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数チャンネルの出力系を有する固体撮
像素子として、例えば、各画素から読み出された信号電
荷を垂直転送レジスタ中で混合することなく読み出すい
わゆる全画素読出し方式のＣＣＤ固体撮像素子がある。
この全画素読出し方式のＣＣＤ固体撮像素子は、解像度
を高めるために水平転送レジスタを２本具備し、奇数ラ
インの信号電荷と偶数ラインの信号電荷とを別々の水平
転送レジスタにて同時に水平転送し、１Ｈ（Ｈは水平走
査期間）内に２ライン分の信号電荷を読み出すというも
のである。

【０００３】この全画素読出し方式のＣＣＤ固体撮像素
子のように、２チャンネルの出力系を有するＣＣＤ固体
撮像素子においては、各々のチャンネルの出力系にゲイ
ンのバラツキ等が生ずると、そのバラツキが各チャンネ
ルの出力信号にレベル差として反映されることになる。
例えば、図５において、原画像（ａ）の各画素の信号電
荷を２チャンネルで読み出し、これを合成する場合、各
チャンネル間にゲイン差があると、これに伴って各チャ
ンネルの出力（ｂ），（ｃ）間にレベル差（図面上で
は、濃度差）が生じるために、出力画像（ｄ）が横縞と
なって画質を損ねることになってしまう。

【０００４】これを解消するためには、ＣＣＤ固体撮像
素子の信号処理回路において、チャンネル間でゲインの
マッチングをとる必要がある。そのため、従来は、２本
の水平転送レジスタの出力部分において、各チャンネル
に同じ量のパイロット信号用電荷を注入し、その注入電
荷に基づく一方のチャンネルの信号レベルが所定の基準
電圧になるように、当該チャンネルのゲインをコントロ
ールする一方、他方のチャンネルの信号レベルが一方の
チャンネルの信号レベルと等しくなるように他方のチャ
ンネルのゲインを一方のチャンネルのゲインに合わせ込
むようにしていた。その従来例の構成を図６に示す。

【０００５】図６において、ＣＣＤ固体撮像素子６０の
２本の水平転送レジスタ６１，６２に対し、その出力側
のダミービット部分にそれぞれ同じ量のパイロット信号
用電荷を注入する。すると、このパイロット信号用電荷
は、水平転送によって信号電荷よりも先に電荷検出部６
３，６４で電圧信号に変換され、出力アンプ６５，６６
を通して外部に導出され、信号処理回路６７に供給され
る。この信号処理回路６７において、ＣＣＤ固体撮像素
子６０のＣＣＤ出力１，２は、サンプル／ホールド（Ｓ
／Ｈ）回路６８，６９にてサンプル／ホールドされ、Ａ
ＧＣ(Auto GainControl) 回路７０，７１を経た後、Ａ
／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器７２，７３でディ
ジタル信号に変換される。

【０００６】ＡＧＣ回路７０の後段では、一方のチャン
ネルｃｈ１の出力中に含まれるパイロット信号の信号レ
ベルが検波回路７４によって検出され、その信号レベル
が比較器７５で所定の基準電圧Ｖref と比較される。こ
れにより、比較器７５の比較出力として、基準電圧Ｖre
f に対するチャンネルｃｈ１側のパイロット信号のレベ
ル差が導出される。そして、この比較出力がＡＧＣ回路
７０のゲインコントロール信号となる。その結果、チャ
ンネルｃｈ１側のパイロット信号の信号レベルが常に基
準電圧Ｖref となるように、チャンネルｃｈ１の出力系
のゲインが自動的に調整されることになる。

【０００７】一方、Ａ／Ｄ変換器７２，７３の出力側に
おいては、チャンネルｃｈ１，ｃｈ２の各出力中に含ま
れるパイロット信号がサンプル／ホールド回路７６，７
７によってサンプル／ホールドされ、各々の信号レベル
が比較器７８で比較される。これにより、比較器７８の
比較出力として、チャンネルｃｈ１，ｃｈ２の各パイロ
ット信号の信号レベルのレベル差が導出される。そし
て、この比較出力がＡＧＣ回路７１のゲインコントロー
ル信号となる。その結果、チャンネルｃｈ２側のパイロ
ット信号の信号レベルが、基準電圧Ｖref に対して調整
されたチャンネルｃｈ１側のパイロット信号の信号レベ
ルと等しくなるように、チャンネルｃｈ２の出力系のゲ
インが自動的に調整されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の従来の信号処理回路では、ゲインマッチングのため
に専用のパイロット信号用電荷を注入する構成を採らな
ければならなく、しかも一方のチャンネルｃｈ１のゲイ
ンを自動調整する回路系と、そのチャンネルｃｈ１のゲ
インに他方のチャンネルｃｈ２のゲインを合わせ込む回
路系とが必要となるため、構成が非常に複雑となり、コ
スト高になるという問題があった。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、簡単な回路構成にて
確実に複数チャンネル間のゲインマッチングをとること
が可能な固体撮像素子の信号処理回路及びその処理方法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による信号処理回
路は、複数チャンネルの出力系を有する固体撮像素子の
各チャンネルの出力信号を処理する回路であって、複数
チャンネルの各々の出力信号中の映像信号部分を所定期
間内において積分する積分手段と、複数チャンネルの各
々の積分値を各チャンネル間で共通の基準電圧と比較す
る比較手段と、この比較手段の各チャンネルごとの比較
出力に応じて複数チャンネルの出力系のゲインを制御す
るゲイン制御手段とを備えた構成となっている。

【００１１】本発明による信号処理方法は、複数チャン
ネルの出力系を有する固体撮像素子の各チャンネルの出
力信号を処理する方法であって、複数チャンネルの各々
の出力信号中の映像信号部分を所定期間内において積分
し、複数チャンネルの各々の積分値を各チャンネル間で
共通の基準電圧と比較し、各チャンネルごとの比較結果
に応じて複数チャンネルの出力系のゲインを制御する。

【００１２】

【作用】本発明では、一般の画像においてフィールド
（又はフレーム）同士の平均信号レベルは殆ど同じであ
ることに着目している。そして、上記構成の信号処理回
路及びその処理方法において、先ず、複数チャンネルの
各々の映像信号の所定期間内における積分値を得、各チ
ャンネルの積分値を各チャンネル共通の基準電圧と比較
する。フィールド（又はフレーム）同士の平均信号レベ
ルは殆ど同じであることから、ゲイン設定のための基準
電圧を各チャンネル共通にできるのである。そして、各
チャンネルごとに得られた比較結果に応じて各チャンネ
ルの出力系のゲインを制御する。

【００１３】

【実施例】以下、全画素読出し方式のＣＣＤ固体撮像素
子に適用された本発明の実施例について図面を参照しつ
つ詳細に説明する。なお、本発明は、全画素読出し方式
のＣＣＤ固体撮像素子への適用に限定されるものではな
く、複数チャンネルの出力系を有する固体撮像素子全般
に適用し得るものである。

【００１４】図１は、本発明の一実施例を示す構成図で
ある。図１において、行方向（垂直方向）及び列方向
（水平方向）にマトリクス状に配列されて入射光量に応
じた信号電荷を蓄積する複数個のセンサ部（光電変換
部）１と、これらセンサ部１の垂直列ごとに配列されて
各センサ部１から読み出された信号電荷を垂直転送する
複数本の垂直転送レジスタ２とによって撮像領域３が構
成されている。

【００１５】この撮像領域３において、センサ部１は例
えばＰＮ接合のフォトダイオードからなり、垂直転送レ
ジスタ２はＣＣＤによって構成されている。センサ部１
に蓄積された信号電荷は、図示せぬ読出しゲートに電荷
読出しパルスＸＳＧが印加されることによって垂直転送
レジスタ２に読み出される。垂直転送レジスタ２は、例
えば４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によって転
送駆動される。垂直転送レジスタ２に読み出された信号
電荷は、水平ブランキング期間の一部にて１走査線に相
当する部分ずつ順に垂直方向に転送される。

【００１６】撮像領域３の図面上の下側には、複数本の
垂直転送レジスタ２から１走査線に相当する信号電荷が
順次転送されるＣＣＤからなる２本の水平転送レジスタ
４，５が転送ゲート６を挟んで並行して配置されてい
る。この２本の水平転送レジスタ４，５のうち、撮像領
域３側の水平転送レジスタ４には奇数ラインの信号電荷
が転送され、他方の水平転送レジスタ５には偶数ライン
の信号電荷が水平転送レジスタ４及び転送ゲート６を介
して転送される。そして、この２本の水平転送レジスタ
４，５は、２相の水平転送クロックφＨ１，φＨ２によ
って転送駆動される。これにより、２ライン分の信号電
荷は、水平ブランキング期間後の水平走査期間において
順次水平方向に転送される。

【００１７】水平転送レジスタ４，５の端部には例えば
フローティング・ディフュージョン構成の電荷検出部
７，８が配されており、水平転送された２チャンネルの
信号電荷はこの電荷検出部７，８で順次電圧信号に変換
される。そして、この電圧信号は出力アンプ９，１０で
増幅された後、被写体からの光の入射量に応じた２チャ
ンネルｃｈ１，ｃｈ２の撮像出力として導出される。以
上により、インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素
子１１が構成されている。

【００１８】ＣＣＤ固体撮像素子１１の２チャンネルｃ
ｈ１，ｃｈ２の撮像出力は、本実施例による信号処理回
路１２に供給される。この信号処理回路１２は、各チャ
ンネル間のゲインのバラツキを調整するために設けられ
たものであり、２チャンネルｃｈ１，ｃｈ２の撮像出力
をそれぞれサンプル／ホールドするサンプル／ホールド
（Ｓ／Ｈ）回路１３，１４と、このサンプル／ホールド
出力を可変なゲインにてそれぞれ増幅するＡＧＣ回路１
５，１６と、このＡＧＣ出力をそれぞれ時間的に積分す
る検波回路１７，１８と、この検波出力を所定の基準電
圧Ｖref とそれぞれ比較し、その比較出力をＡＧＣ回路
１５，１６のゲインコントロール信号とする比較器１
９，２０とから構成されている。

【００１９】上記構成の信号処理回路１２において、検
波回路１７，１８は、２チャンネルの各々の出力信号中
の映像信号部分を所定期間内、例えば１フィールド（又
は１フレーム）内において時間的に積分し、映像信号部
分の平均値（積分値）を求める積分手段を構成してい
る。一般の画像において、各チャンネルのフィールド
（又はフレーム）の平均信号レベルは殆ど同じである。
したがって、各チャンネルの出力系において、各チャン
ネル間でゲインにバラツキがなければ、各チャンネルの
出力信号はほぼ同レベルとなる。

【００２０】ここで、各チャンネル間でゲインにバラツ
キが生じた場合の信号処理について説明する。各チャン
ネル間でゲインがアンバランスになると、検波回路１
７，１８において検出された各平均信号（積分値）間に
レベル差が生じ、図２に示すように、各チャンネルの出
力（ａ），（ｂ）にレベル差（図面上では、濃度差）が
生じる。本来、この平均信号レベルはほぼ同レベルとな
るべきものである。そこで、本実施例では、ゲイン調整
の際の基準電圧Ｖref を各チャンネル間で共通に設定し
ている。

【００２１】これにより、各チャンネル間でゲインにバ
ラツキが生じたとしても、各チャンネルのフィールド
（又はフレーム）の平均信号レベルが検波回路１７，１
８で検出され、各平均信号レベルが共通の基準電圧Ｖre
f と比較器１９，２０でそれぞれ比較され、各々のレベ
ル差に応じてＡＧＣ回路１５，１６のゲイン制御が行わ
れる。このように、各チャンネルの平均信号レベルを共
通の基準電圧Ｖref と比較し、ゲイン制御にフィードバ
ックをかけることにより、各チャンネル間でゲインのマ
ッチングをとることができる。その結果、ＣＣＤ固体撮
像素子１１の２チャンネルの出力系にゲインのバラツキ
が生じ、図２に示すように、各出力（ａ），（ｂ）にレ
ベル差が生じたとしても、信号処理回路１２において、
各チャンネル間のゲインマッチングをとることによって
良好な再生画像（ｃ）を得ることができる。

【００２２】図３は、カラー画像対応のＣＣＤ固体撮像
素子に適用された本発明の他の実施例を示すブロック図
であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示
してある。カラー対応のＣＣＤ固体撮像素子において
は、２次元に配列された画素の各々に色フィルタを重
ね、色情報を輝度情報に多重された形で得る構成となっ
ている。その色フィルタアレイの色配列の一例を図４に
示す。この色配列は、市松状に高解像度が必要な輝度信
号に近いＧ（緑）を配列し、残りの部分に比較的解像度
を要求されないＢ（青），Ｒ（赤）を各々が市松状にな
るように配列した緑市松方式と言われるものである。な
お、本実施例が適用されるのは、この緑市松方式に限ら
れるものではない。ただし、各ラインに必ず同じ色が存
在していることが条件となる。

【００２３】この緑市松方式の色フィルタ対応の場合に
おいて、本実施例による信号処理回路１２′では、図１
に示す先の実施例の場合の構成要素に加え、ＡＧＣ回路
１５を経たチャンネルｃｈ１の出力信号中のＧの情報を
サンプル／ホールドしてその出力を検波回路１７に供給
する色分離のためのサンプル／ホールド回路２１と、Ａ
ＧＣ回路１６を経たチャンネルｃｈ２の出力信号中のＧ
の情報をサンプル／ホールドしてその出力を検波回路１
８に供給する色分離のためのサンプル／ホールド回路２
２とを新たに備えた構成となっている。

【００２４】この構成によれば、検波回路１７，１８に
おいては、サンプル／ホールド回路２１，２２でサンプ
ル／ホールドされたＧの情報に関して、各チャンネルの
フィールド（又はフレーム）の平均信号レベルが検出さ
れることになるので、各チャンネル間でゲインにバラツ
キがなければ、各チャンネルの平均信号レベルはほぼ同
レベルとなる。一方、各チャンネル間でゲインにバラツ
キが生じた場合には、Ｇの情報をサンプル／ホールド
し、その平均値（積分値）をとり、先の実施例の場合と
同様に、各チャンネルの平均信号レベルを共通の基準電
圧Ｖref と比較してゲイン制御にフィードバックをかけ
ることにより、各チャンネル間でゲインのマッチングを
とることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一般の画像において、フィールド（又はフレーム）同士
の平均信号レベルが殆ど同じであることに着目し、複数
チャンネルの各々の出力信号中の映像信号部分を所定期
間内において積分し、各々の積分値を各チャンネル間で
共通の基準電圧と比較し、各チャンネルごとの比較結果
に応じて複数チャンネルの出力系のゲインを制御するよ
うにしたことにより、ゲインマッチングのためのパイロ
ット信号用信号電荷を注入する必要がないため、簡単な
回路構成にて確実にチャンネル間のゲインマッチングを
とることができるとともに、部品削減によるコスト低減
及び故障率の低下が図れる。しかも、回路部品の特性の
バラツキをキャンセルできるため、部品選定のための工
数の削減及び調整コストの低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子
に適用された本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の動作説明図である。

【図３】カラー画像対応のＣＣＤ固体撮像素子に適用さ
れた本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図４】緑市松方式の色フィルタアレイを示す図であ
る。

【図５】従来例の動作説明図である。

【図６】従来例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ センサ部 ２ 垂直転送レジスタ ４，５ 水平転送レジスタ ７，８ 電荷検出部 １１ ＣＣＤ固体撮像素子 １２，１２′ 信号処理回路 １５，１６ ＡＧＣ回路 １７，１８ 検波回路 １９，２０ 比較器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数チャンネルの出力系を有する固体撮
   像素子の各チャンネルの出力信号を処理する信号処理回
   路であって、 前記複数チャンネルの各々の出力信号中の映像信号部分
   を所定期間内において積分する積分手段と、 前記複数チャンネルの各々の積分値を各チャンネル間で
   共通の基準電圧と比較する比較手段と、 前記比較手段の各チャンネルごとの比較出力に応じて前
   記複数チャンネルの出力系のゲインを制御するゲイン制
   御手段とを備えたことを特徴とする固体撮像素子の信号
   処理回路。
2. 【請求項２】 複数チャンネルの出力系を有する固体撮
   像素子の各チャンネルの出力信号を処理する信号処理方
   法であって、 前記複数チャンネルの各々の出力信号中の映像信号部分
   を所定期間内において積分し、 前記複数チャンネルの各々の積分値を各チャンネル間で
   共通の基準電圧と比較し、 各チャンネルごとの比較結果に応じて前記複数チャンネ
   ルの出力系のゲインを制御することを特徴とする固体撮
   像素子の信号処理方法。