JPH08139967A

JPH08139967A - 画像入力装置

Info

Publication number: JPH08139967A
Application number: JP6277959A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ise; 誠伊勢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】固体撮像装置の画像信号処理回路において、ク
ランプ電圧を一定に保持し、且つダイナミックレンジを
確保する。【構成】ビデオ信号をサンプルホールドするサンプルホ
ールド回路と、ビデオ信号を制御電圧によって利得制御
可能なＶＣＡ（電圧制御型増幅器）とを具備するビデオ
信号処理装置であって、サンプルホールド回路４、の出
力電圧をＶＣＡ１２、への入力に対する基準電圧Ｓ３、
とすることを特徴とする。また、上記ビデオ信号処理装
置において、ＶＣＡは、乗算手段５と該乗算手段の差動
出力を入力する差動増幅手段１１を備え、乗算手段は、
ビデオ信号を入力する入力端と基準電圧を入力する入力
端を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤセンサーなどの
撮像素子により光電変換して読み出された撮像信号をＡ
／Ｄ変換器でデジタルデータとして取り込む画像入力装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤセンサーなどの撮像素子に
より光電変換して読み出された撮像信号を、Ａ／Ｄ変換
器で変換しデジタルデータとして取り込む画像入力装置
においては、そのＡ／Ｄ変換器の前段の信号処理回路と
して、図９に示すブロック図のような構成が一般的であ
った。図において、まず撮像素子より光電変換して読み
出されたセンサー出力の撮像信号Ｓ２０１は、光電変換
時に用いられたリセットクロック成分を除去するため
に、まずサンプルホールド回路２０１に入力され、次
に、そのサンプルホールド出力信号Ｓ２０２がクランプ
回路２０２に入力される。

【０００３】また、クランプ回路２０２には、クランプ
基準電圧ＶREFＳ２０３が供給されており、不図示のオ
プティカルブラック（光学的黒レベル）読み出し期間に
合わせて、サンプルホールド出力信号Ｓ２０２を、所定
のクランプ基準電圧Ｓ２０３にＤＣレベルシフトさせる
クランプ機能を有する。クランプ回路２０２のクランプ
出力信号Ｓ２０５は、さらに可変の直流電圧Ｓ２０５に
よって利得制御が可能なＶＣＡ（電圧制御型増幅器）２
０３に入力されて、撮像素子の感度ばらつきを吸収した
り、ＶＣＡ２０３の後段に設けられた不図示のＡ／Ｄ変
換器の入力ダイナミックレンジに適するように、利得調
整されＶＣＡ出力Ｓ２０６として出力される。ＶＣＡ２
０３には、利得調整のために可変の直流電圧Ｓ２０５が
不図示の制御装置より与えられる。

【０００４】図１０によれば、ＧＮＤレベルを基準とし
て、センサーの黒レベルが暗電流として残り、光量に従
って、その黒レベルに加算されてセンサー出力Ｓ２０１
の信号となる。その後、所定ポイントをサンプルホール
ドして信号Ｓ２０２を得る。次にクランプ回路により直
流電圧Ｓ２０３をクランクレベルに下げ、ＶＣＡ回路
で、増幅率を指示する直流電圧Ｓ２０５の指示によって
出力レベルを制御され、図１０においては、一つは増幅
率を下げ、他方は増幅率を上げた例を示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、図１０の動作説明図に示すように、クランプ
の基準電圧Ｓ２０３とＶＣＡ２０３の増幅度を示す直流
電圧Ｓ２０５が別々に設定されていたので、たとえばＶ
ＣＡの増幅率が変更されると、それに連動して出力の直
流電圧レベルまで変化してしまう。そうすれば、撮像信
号の明るさの基準となる黒レベルの変動を生じてしま
う。そのため、ＶＣＡ２０３の調整利得に合わせて再度
クランプ回路の基準電圧を調整したり、ＶＣＡの後段に
さらに撮像信号の黒レベルを設定するクランプ回路を設
けて対処する必要がある。そうすれば、その分の調整手
順や回路構成を必要とし、回路処理を複雑にしてしまう
という問題点があった。。

【０００６】また、撮像信号の信号振幅以外のこのよう
な直流電圧レベルの変動は、ＶＣＡ２０３を含めて、回
路系の撮像信号のダイナミックレンジを減少させるの
で、回路のＩＣ化に際して、限られた電源電圧に対して
撮像信号のＳ／Ｎ比やリニアリティーを確保するのが、
それだけ難しくなるという問題点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
問題点を解決しようとするものである。すなわち、ＶＣ
Ａの増幅率に影響されずに、撮像信号の明るさの基準と
なる黒レベルをＶＣＡの出力段で確保することで、ＶＣ
Ａを含めて回路系の撮像信号のダイナミックレンジの最
適化をはかり、Ｓ／Ｎ比やリニアリティー、温度特性等
に優れた、しかもＩＣ化に適した信号処理方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００８】本発明は、上記目的を達成するためになさ
れたもので、上記従来例で示したＶＣＡにおいて、利得
の基準となる電圧を同じくＶＣＡに入力される撮像信号
の黒レベルに関連づけるための補助手段を設けた。具体
的には、ビデオ信号をサンプルホールドするサンプルホ
ールド回路と、ビデオ信号を制御電圧によって利得制御
可能なＶＣＡ（電圧制御型増幅器）とを具備するビデオ
信号処理装置であって、サンプルホールド回路の出力電
圧をＶＣＡへの入力に対する基準電圧とすることを特徴
とする。

【０００９】また、上記ビデオ信号処理装置において、
ＶＣＡは、乗算手段と該乗算手段の差動出力を入力する
差動増幅手段を備え、乗算手段は、ビデオ信号を入力す
る入力端と基準電圧を入力する入力端を具備したことを
特徴とする。さらに、上記ビデオ信号処理装置におい
て、ＶＣＡは、乗算手段と該乗算手段の差動出力を入力
する差動増幅手段を備え、乗算手段は、ビデオ信号と基
準電圧とを入力し、制御電圧を制御端子に入力し、乗算
結果を差動形式で差動出力することを特徴とし、差動出
力を入力する差動増幅手段は、差動出力の一方に基準電
圧を加算されることを、特徴とし、該差動増幅手段の増
幅出力がＶＣＡの出力となることを特徴とする。

【００１０】また、ビデオ信号の黒レベルを所定の電圧
に固定するクランプ回路と、該クランプ回路の出力を入
力する制御電圧によって利得制御可能なＶＣＡ（電圧制
御型増幅器）とを具備する画像入力装置であって、クラ
ンプ回路の所定の電圧ないしは出力直流電圧をＶＣＡへ
の入力に対する基準電圧とすることを特徴とする。さら
に、上記画像入力装置において、クランプ回路は、ビデ
オ信号が第１の演算増幅器の反転入力端子に入力され、
該第１の演算増幅器の出力をＶＣＡに供給し、且つビデ
オ信号の黒レベル期間をサンプルホールドするサンプル
ホールド回路に入力され、該サンプルホールド回路の出
力を第２の演算増幅器の反転入力端子に入力され、該第
２の演算増幅器の出力を第１の演算増幅器の非反転入力
端子に入力されることを特徴とする。

【００１１】加えて、上記ビデオ信号処理装置におい
て、ＶＣＡは、ビデオ信号とクランプ回路の所定の電圧
ないしは出力直流電圧とを入力として制御電圧に応じて
乗算され差動出力を得る乗算器と、乗算器の差動出力を
入力とし該差動出力の一方に基準電圧を加算して増幅し
ＶＣＡの出力とする差動増幅器とを具備することを特徴
とする。

【００１２】また、複数のビデオ信号の黒レベルを所定
の直流電圧にそれぞれ固定するクランプ回路と、該クラ
ンプ回路の出力を並列に読み込み、順次切り換えて出力
するマルチプレクサと、制御電圧によって利得制御可能
なＶＣＡ（電圧制御型増幅器）とを具備するビデオ信号
処理装置であって、複数のビデオ信号のうち少なくとも
ひとつの直流電圧をＶＣＡへの入力に対する基準電圧と
することを特徴とする。さらに、上記ビデオ信号処理
装置において、クランプ回路は、ビデオ信号が第１の演
算増幅器の反転入力端子に入力され、該第１の演算増幅
器の出力をＶＣＡに供給し、且つビデオ信号の黒レベル
期間をサンプルホールドするサンプルホールド回路に入
力され、該サンプルホールド回路の出力を第２の演算増
幅器の反転入力端子に入力され、該第２の演算増幅器の
出力を第１の演算増幅器の非反転入力端子に入力される
ことを特徴とする。

【００１３】加えて、上記ビデオ信号処理装置におい
て、ＶＣＡは、乗算手段と該乗算手段の出力を受ける差
動増幅手段を備え、乗算手段は、基準電圧に対するビデ
オ信号を入力とし、制御電圧を制御入力として乗算さ
れ、差動形式で出力し、差動増幅手段は、差動形式の出
力を入力し、該差動形式の出力の一方には基準電圧が加
算され、差動増幅してＶＣＡの出力とすることを特徴と
する。

【００１４】

【作用】本発明によれば、ＶＣＡの増幅率に影響されず
に、撮像信号の明るさの基準となる黒レベルをＶＣＡの
出力段で確保することができるので、Ｓ／Ｎ比やリニア
リティー、温度特性等に優れた、しかもＩＣ化に適した
信号処理方法を実現できる。

【００１５】具体的には、まず前提として、撮像素子か
らの画素ビデオ信号をサンプルホールドするサンプルホ
ールド回路により、各ラインセンサ等の各画素毎の出力
を滑らかなビデオ信号とし、上記サンプルホールド回路
からのビデオ信号を入力とする利得制御可能なＶＣＡ
（電圧制御型増幅器）により後段のビデオ処理回路に必
要な出力レベルとダイナミックレンジとを確保するため
に、ビデオ信号をサンプルホールド回路によりビデオ信
号の黒レベルにホールドしたホールド電圧信号を生成し
て後段のＶＣＡの基準電圧を得て、ないしは黒レベルに
ホールドしたホールド電圧信号を生成するサンプルホー
ルド回路の出力と所定電圧とを比較してクランプループ
を組みそのときの所定の電圧を後段のＶＣＡの基準電圧
として、ＶＣＡにビデオ信号と基準電圧とを入力とし、
ＶＣＡの入出力につき基準電圧を一定とした所定のレベ
ルとするビデオ出力を得るという、本発明の基本的な作
用を行なう。

【００１６】

【実施例】以下、本発明による実施例について、図を参
照しつつ詳細に説明する。［第１の実施例］第１の実施例について、図１、図２を
参照しつつ説明する。図１において、まず撮像素子等よ
り光電変換して読み出されたセンサー出力の撮像信号
は、光電変換時に用いられたリセットクロック成分を除
去するために、まず第１のサンプルホールド回路に入力
され、第１のサンプルホールド回路によって画素毎にサ
ンプルホールドされた後、ビデオ信号としてのセンサー
出力Ｓ１は、一方は第２のサンプルホールド回路４に入
力され、他方はＶＣＡ１２に入力される。サンプルホー
ルド回路４のサンプルホールド出力Ｓ３は、ＶＣＡ１２
の入力ビデオ信号の基準電圧としてＶＣＡ１２に供給さ
れる。この基準電圧はビデオ信号の黒レベルにホールド
した直流電圧で、信号に対する基準の電圧であって、通
称いわゆるアースに対する信号の場合のアース電位とい
う概念と同等である。

【００１７】サンプルホールド回路４は、アナログスイ
ッチ１、ホールド用コンデンサ２、バッファ回路３によ
り構成されている。センサー出力Ｓ１はアナログスイッ
チ１を介してホールド用コンデンサ２に接続され、さら
にバッファ回路３を介してサンプルホールド出力Ｓ３と
して出力される。ホールドコンデンサ２のもう一端はグ
ランドに接地される。アナログスイッチ１のスイッチ制
御端子ＳＨＰにはサンプルホールドパルスＳ２が供給さ
れる。

【００１８】ＶＣＡ１２は、乗算器５、バッファ回路
６、抵抗７、８、９、１０および演算増幅器１１により
構成されている。サンプルホールド回路４のサンプルホ
ールド出力Ｓ３は乗算器５の基準電圧として乗算器５に
供給されるとともにバッファ回路６、抵抗１０を介して
演算増幅器１１の一端子に入力される。乗算器５は差動
形式の２入力段からその差に制御入力に応じた乗算ゲイ
ンを得られ、反転非反転の２出力として構成されてお
り、乗算器５には、まず被乗算入力としてのセンサー出
力Ｓ１とサンプルホールド出力Ｓ３およびＶＣＡの利得
制御電圧Ｓ４が入力されており、乗算結果は差動形式で
それぞれ抵抗７を介して演算増幅器１１の他端子に、お
よび抵抗９を介して演算増幅器１１の一端子に入力され
る。演算増幅器１１の出力は抵抗８を介して他端子に帰
還されるとともに、ＶＣＡ１２の出力信号Ｓ５になる。

【００１９】以下、図１の動作を図２の動作説明図をも
とに説明する。センサー出力から第１のサンプルホール
ド回路を経由したセンサー出力Ｓ１は、まずセンサーの
オプティカルブラック（光学的黒レベル）読み出し期間
に合わせて、Highレベルになるサンプルホールドパルス
Ｓ２によって、アナログスイッチ１を介してホールドコ
ンデンサ２に充電され、この期間の出力レベルをセンサ
ーの黒レベルＳ３として保持する。保持された黒レベル
Ｓ３は乗算器５の基準電圧として動作し、センサー出力
レベルＳ１に対し、乗算器５からは利得制御電圧Ｓ４に
応じて、（Ｓ１−Ｓ３）に比例する電圧が差動形式で出
力される。差動形式で出力された二つの乗算出力は、演
算増幅器１１および抵抗７〜１０で構成される差動増幅
器にそれぞれ入力され、差動増幅器の一端子にはさらに
保持された黒レベルＳ３が入力されることで、差動増幅
器からはこの保持された黒レベルＳ３を出力直流電圧の
基準とするセンサー出力信号Ｓ１の増幅出力Ｓ５が得ら
れる。これによって本実施例では前述の従来例の場合と
異なり、ＶＣＡ１２の出力信号であるＳ５の黒レベルの
直流電圧は、図２に示すようにＶＣＡ１２の利得制御に
依存せず、オプティカルブラック読み出し期間と同じ一
定の黒レベル出力になるとともに、通常の撮像信号の読
み出し期間には、増幅率を指示する制御信号Ｓ４に従っ
た利得制御によってこの黒レベルを基準とする増幅出力
になる。

【００２０】［第２の実施例］ところで、ＣＣＤなどの
撮像センサーの黒レベルは、センサー自身の温度特性に
より、時間とともに変動する。第１の実施例の場合も従
来例と同様にこの変動分を相殺するためには、入力段に
クランプ回路を必要とするが、このクランプ回路に本発
明を応用した例を、本発明による第２の実施例として以
下に示して説明する。図３は第２の実施例の一例を示す
ブロック図であり、図４はその動作説明図である。

【００２１】図３において、第２の実施例は、ブロック
として引き算増幅器３６、サンプルホールド回路４５、
積分器４１、ＶＣＡ５３により構成される。まず、撮像
素子等より光電変換して読み出されたセンサー出力の撮
像信号は、第１のサンプルホールド回路に入力され、第
１のサンプルホールド回路によって画素ごとにサンプル
ホールドされ、その後のビデオ信号としてのセンサー出
力Ｓ３１が、引き算増幅器３６の負極に入力される。引
き算増幅器３６の出力Ｓ３５は第２のサンプルホールド
回路４５およびＶＣＡ５３に入力される。第２のサンプ
ルホールド回路４５の出力Ｓ３３は、積分器４１および
ＶＣＡ５３に基準電圧として入力される。積分器４１の
積分出力は、引き算増幅器３６の正極に入力される。

【００２２】個別にみると、引き算増幅器３６は抵抗３
１、３２、３３、３４および演算増幅器３５によって構
成されており、センサー出力Ｓ３１が抵抗３１を介して
演算増幅器３５の負極に入力され、さらに演算増幅器３
５の負極には出力側から帰還抵抗３２が接続される。演
算増幅器３５の正極には抵抗３１を介して積分器４１の
出力が接続される。演算増幅器３５の正極には、また抵
抗３４が接続され抵抗３４のもう一端はグランドに接地
される。サンプルホールド回路４５は、アナログスイッ
チ４２、サンプルホールドコンデンサ４３、バッファ回
路４４より構成されており、引き算増幅器３６の出力Ｓ
３５がアナログスイッチ４２を介してホールドコンデン
サ４３に接続され、さらにバッファ回路４４を介してサ
ンプルホールド出力Ｓ３３として出力される。ホールド
コンデンサ４３のもう一端はグランドに接地される。ア
ナログスイッチ４２のスイッチ制御端子にはサンプルホ
ールドパルスＳ３４が供給される。

【００２３】積分器４１は、抵抗３７、３９およびコン
デンサ３８、演算増幅器４０より構成されており、サン
プルホールド出力Ｓ３３が抵抗３７を介して演算増幅器
４０の負極に入力される。演算増幅器４０の負極には出
力側からコンデンサ３８と抵抗３９が接続される。演算
増幅器４０の正極にはクランプ基準電圧ＣＰ−REFＳ３
２が入力される。演算増幅器４０の出力は入力信号を積
算した積分器出力として、引き算増幅器３６に出力され
る。

【００２４】ＶＣＡ５３は、乗算器４６、バッファ回路
４７、抵抗４８、４９、５０、５１および演算増幅器５
２により構成されており、サンプルホールド回路４５の
サンプルホールド出力Ｓ３３は、乗算器４６の基準電圧
として乗算器４６に供給されるとともに、バッファ回路
４７、抵抗５１を介して演算増幅器５２の一端子に入力
される。乗算器４６には被乗算入力として引き算増幅器
３６の出力Ｓ３５とサンプルホールド出力Ｓ３３が、お
よび制御端子としてＶＣＡの利得制御電圧Ｓ３６が入力
されており、乗算結果は差動形式でそれぞれ抵抗４８を
介して演算増幅器５２の他端子に、および抵抗５０を介
して演算増幅器５２の一端子に入力される。演算増幅器
５２の出力は抵抗４９を介して他端子に帰還されるとと
もに、ＶＣＡ５３の出力信号Ｓ３７になる。演算増幅器
５２および抵抗４８、４９、５０、５１は、いわゆる差
動増幅器を形成している。

【００２５】以下、図４の動作説明図をもとに動作の説
明をする。センサー出力は第１のサンプルホールド回路
によりＳ／Ｈ出力Ｓ３１となり、引き算増幅器３６で積
分器４１の出力との差の電圧に比例する電圧に反転増幅
され、その出力であるＳ３５が、センサーのオプティカ
ルブラック（光学的黒レベル）読み出し期間に合わせ
て、HighレベルになるサンプルホールドパルスＳ３４に
よって、アナログスイッチ４２を介してホールドコンデ
ンサ４３に充電され、この期間の出力レベルがセンサー
出力の黒レベルＳ３３として保持される。センサー出力
の黒レベルＳ３３は積分器４１でクランプ基準電圧ＣＰ
−REFＳ３２との差の電圧が、抵抗３７、３９、コンデ
ンサ３８の定数に基づいて積分されて、引き算増幅器３
６に負帰還される。こうして負帰還のループ構成になっ
ているので、最終的にセンサーの黒レベルＳ３３は積分
器４１で、クランプ基準電圧Ｓ３２との差の電圧がほぼ
ゼロになるように収束する。

【００２６】すなわち、センサー出力の黒レベルＳ３３
がクランプ基準電圧Ｓ３２に収束し、結果的に、センサ
ー出力Ｓ３１は引き算増幅器３６でセンサーの黒レベル
部分がクランプ基準電圧Ｓ３２になるように、かつ反転
してクランプ出力Ｓ３５になる。また保持された黒レベ
ルＳ３３は、ＶＣＡ５３の乗算器４６の基準電圧として
動作しクランプ出力Ｓ３５に対し、乗算器４６からは利
得制御電圧Ｓ３６に応じて、（Ｓ３５−Ｓ３３）に比例
する電圧が差動形式で出力される。差動形式で出力され
た二つの乗算出力は、演算増幅器５２および抵抗４８、
４９、５０、５１で構成される差動増幅器にそれぞれ入
力され、差動増幅器の一端子にはさらに保持された黒レ
ベルＳ３３が入力されることで、差動増幅器からはこの
保持された黒レベルＳ５３を出力直流電圧の基準とする
センサー出力信号Ｓ３１の反転増幅出力Ｓ３７が得られ
る。

【００２７】これによって、本第２の実施例では、ＶＣ
Ａ５３の出力信号であるＳ３７は図４に示すように、そ
の黒レベルによる直流成分は、ＶＣＡ５３の利得制御に
依存せず、オプティカルブラック読み出し期間にサンプ
ルホールドした一定の黒レベル出力Ｓ３３になるととも
に、通常の撮像信号の読み出し期間には、利得制御によ
ってこの黒レベルを基準とする増幅出力になる。しか
も、この保持された黒レベルＳ３３はクランプ動作の収
束した状態では、クランプ基準電圧Ｓ３２に等しいの
で、前述したようなセンサーの温度特性による黒レベル
の直流変動分も含まず、温湿度等の変化による環境耐性
に強い構成になっている。

【００２８】さらに、図４に示したように（ａ）正相入
力−逆相出力と（ｂ）逆相入力−正相出力とのそれぞれ
の場合でクランプ基準電圧Ｓ３２を適切な値に設定する
ことで、回路系の撮像信号のダイナミックレンジを減少
させることなく、正逆いずれのセンサー出力にも対応が
可能である。［第３の実施例］第３の実施例について、図５のブロッ
ク図及び図６の波形図を参照しつつ説明する。図５に示
す構成において、まず引き算増幅器６６、サンプルホー
ルド回路７５、積分器７１、ＶＣＡ８３がある。まず第
２の実施例と同様に、第１のサンプルホールド回路によ
って、画素ごとにサンプルホールドされた後のセンサー
出力Ｓ６１が、引き算増幅器６２の負極に入力される。
引き算増幅器６６の出力Ｓ６５はサンプルホールド回路
７５およびＶＣＡ８３に入力される。サンプルホールド
回路７５のボルテージホロワ７４の出力は、積分器７１
に入力される。積分器７１の積分出力は引き算増幅器６
６の正極に入力される。

【００２９】個別にみると、引き算増幅器６６は抵抗６
１、６２、６３、６４および演算増幅器６５によって構
成されており、センサー出力Ｓ６１が抵抗６１を介して
演算増幅器６５の負極に入力され、さらに演算増幅器６
５の負極には出力側から帰還抵抗６２が接続される。演
算増幅器６５の正極には抵抗６３を介して積分器７１の
出力が接続される。演算増幅器６５の正極にはまた抵抗
６４が接続され抵抗６４のもう一端はグランドに接地さ
れる。

【００３０】また、サンプルホールド回路６５は、アナ
ログスイッチ７２、サンプルホールドコンデンサ７３、
バッファ回路７４より構成されており、引き算増幅器６
６の出力Ｓ６５がアナログスイッチ７２を介してホール
ドコンデンサ７３に接続され、さらにバッファ回路７４
を介してサンプルホールド出力Ｓ６３として出力され
る。ホールドコンデンサ７３のもう一端はグランドに接
地される。アナログスイッチ７２のスイッチ制御端子に
はサンプルホールドパルスＳ６４が供給される。

【００３１】さらに、積分器７１は抵抗６７、６９およ
びコンデンサ６８、演算増幅器７０より構成されてお
り、サンプルホールド出力Ｓ６３が抵抗６７を介して演
算増幅器７０の負極に入力される。演算増幅器７０の負
極には出力側からコンデンサ６８と抵抗６９が接続され
る。演算増幅器７０の正極にはクランプ基準電圧ＣＰ−
REFＳ６２が入力される。演算増幅器７０の出力は積分
器出力として引き算増幅器６６に出力される。

【００３２】また、ＶＣＡ８３は、乗算器７６、バッフ
ァ回路７７、抵抗７８、７９、８０、８１および演算増
幅器８２により構成されており、クランプ基準電圧Ｓ６
２は、また乗算器７６の基準電圧として乗算器７６に供
給されるとともにバッファ回路７７、抵抗８１を介して
演算増幅器８２の一端子に入力される。乗算器７６には
被乗算入力として引き算増幅器６６の出力Ｓ６４とクラ
ンプ基準電圧Ｓ６２、および利得制御用としてＶＣＡの
利得制御電圧Ｓ６６が入力されており、乗算結果は差動
形式で、それぞれ抵抗７８を介して演算増幅器８２の他
端子におよび抵抗８０を介して演算増幅器８２の一端子
に入力される。演算増幅器８２の出力は抵抗７９を介し
て他端子に帰還されるとともにＶＣＡ８３の出力信号Ｓ
６７になる。演算増幅器８２および抵抗７８、７９、８
０、８１は、いわゆる差動増幅器を形成している。

【００３３】以下、図７に動作説明図をもとに動作の説
明をする。センサー出力Ｓ６１はまず、引き算増幅器６
６において積分器７１の出力との差の電圧に比例する電
圧に反転増幅され、その出力であるＳ６５が、センサー
のオプティカルブラック（光学的黒レベル）読み出し期
間に合わせて、Highレベルになるサンプルホールドパル
スＳ６４によって、アナログスイッチ７２を介してホー
ルドコンデンサ７３に充電され、この期間の出力レベル
をセンサーの黒レベルＳ６３として保持する。センサー
の黒レベルＳ６３は積分器７１でクランプ基準電圧Ｓ６
２との差の電圧が、抵抗６７、６９、コンデンサ６８の
定数に基づいて積分されて、引き算増幅器６６に負帰還
される。負帰還のループ構成になっているので、最終的
にセンサーの黒レベルＳ６３は積分器７１でクランプ基
準電圧ＣＰ−REFＳ６２との差の電圧がほぼゼロになる
ように収束する。すなわちセンサー信号の黒レベルＳ６
３がクランプ基準電圧Ｓ６２に収束し、結果的にセンサ
ー出力Ｓ６１は引き算増幅器６６でセンサーの黒レベル
部分がクランプ基準電圧Ｓ６２になるようにかつ反転し
てクランプ出力Ｓ６５になる。

【００３４】また、クランプ基準電圧Ｓ６２は乗算器７
６の基準電圧として動作し、クランプ出力Ｓ６５に対
し、乗算器７６からは利得制御電圧Ｓ６６に応じて（Ｓ
６５−Ｓ６２）に比例する電圧が差動形式で出力され
る。差動形式で出力された二つの乗算出力は、演算増幅
器８２および抵抗７８、７９、８０、８１で構成される
差動増幅器にそれぞれ入力され、差動増幅器の一端子に
はさらにクランプ基準電圧Ｓ６２が入力されることで、
差動増幅器からは、このクランプ基準電圧Ｓ６２を出力
直流電圧の基準とするセンサー出力信号Ｓ６１の反転増
幅出力Ｓ６７が得られる。これによって本実施例ではＶ
ＣＡ８３の出力信号であるＳ６７は図６に示すようにＶ
ＣＡ８３の利得制御に依存せず、オプティカルブラック
読み出し期間に一定のクランプ基準電圧Ｓ６２になると
ともに通常の撮像信号の読み出し期間には、利得制御に
よってこのクランプ基準電圧Ｓ６２を基準とする増幅出
力になる。

【００３５】さらに図４に示したように（ａ）正相入力
−逆相出力と（ｂ）逆相入力−正相出力とのそれぞれの
場合で、クランプ基準電圧Ｓ６２を適切な値に設定する
ことで回路系の撮像信号のダイナミックレンジを減少さ
せることなく、正逆いずれのセンサー出力にも対応が可
能である。［第４の実施例］第４の実施例について、図７のブロッ
ク図、図８の動作説明図を参照しつつ説明する。図７
において、固体撮像装置はラインセンサから検出された
映像信号を走査ライン毎に奇数、偶数の順に積み重ねて
１次元の画像を２次元の画像に変換して一枚の画像を形
成するもので、その過程での画像信号処理回路として、
引き算増幅器９６、１１１、サンプルホールド回路１０
５、１２０、積分器１０１、１１６、ＶＣＡ１２９、ア
ナログマルチプレクサ１２１で構成されている。

【００３６】まず、ＯＤＤ側の第１のサンプルホールド
回路によって、画素ごとにサンプルホールドされた後の
センサーのＯＤＤ出力Ｓ７１が、引き算増幅器９６の負
極に入力され、引き算増幅器９６の出力Ｓ７５は第２の
サンプルホールド回路１０５および２入力１出力形式の
アナログマルチプレクサ１２１の一方の入力端子に入力
される。サンプルホールド回路１０５の出力は積分器１
０１に入力される。積分器１０１の積分出力は、引き算
増幅器９６の正極に入力される。

【００３７】同様に、ＥＶＥＮ側の第１のサンプルホー
ルド回路によって、画素ごとにサンプルホールドされた
後のセンサーのＥＶＥＮ出力Ｓ７３が、引き算増幅器１
１１の負極に入力され、引き算増幅器１１１の出力Ｓ７
６は第２のサンプルホールド回路１２０および２入力１
出力形式のアナログマルチプレクサ１２１の他方の入力
端子に入力される。サンプルホールド回路１２０の出力
は積分器１１６に入力される。積分器１１６の積分出力
は引き算増幅器１１１の正極に入力される。アナログマ
ルチプレクサ１２１の出力はＶＣＡ１２９に入力され
る。

【００３８】個別にみると、引き算増幅器９６は抵抗９
１、９２、９３、９４および演算増幅器９５によって構
成されておりセンサーＯＤＤ出力Ｓ７１が抵抗９１を介
して演算増幅器９５の負極に入力され、さらに演算増幅
器９５の負極には出力側から帰還抵抗９２が接続され
る。演算増幅器９５の正極には抵抗９３を介して積分器
１０１の出力が接続される。演算増幅器９５の正極には
また抵抗９４が接続され抵抗９４のもう一端はグランド
に接地される。

【００３９】また、サンプルホールド回路１０５は、ア
ナログスイッチ１０２、サンプルホールドコンデンサ１
０３、バッファ回路１０４より構成されており、引き算
増幅器９５の出力Ｓ７５がアナログスイッチ１０２を介
してホールドコンデンサ１０３に接続され、さらにバッ
ファ回路１０４を介してサンプルホールド出力Ｓ７７と
して出力される。ホールドコンデンサ１０３のもう一端
はグランドに接地される。アナログスイッチ１０２のス
イッチ制御端子にはサンプルホールドパルスＳ７９が供
給される。

【００４０】さらに、積分器１０１は抵抗９７、９９お
よびコンデンサ９８演算増幅器１００より構成されてお
り、サンプルホールド出力Ｓ７７が抵抗９７を介して演
算増幅器１００の負極に入力される。演算増幅器１００
の負極には出力側からコンデンサ９８と抵抗９９が接続
される。演算増幅器１００の正極にはクランプ基準電圧
Ｓ７２が入力される。演算増幅器１００の出力は積分器
出力として引き算増幅器９６に出力される。

【００４１】一方、ＥＶＥＮ側において、引き算増幅器
１１１は抵抗１０６、１０７、１０８、１０９および演
算増幅器１１０によって構成されておりセンサーＥＶＥ
Ｎ出力Ｓ７２が抵抗１０６を介して演算増幅器１１０の
負極に入力され、さらに演算増幅器１１０の負極には出
力側から帰還抵抗１０７が接続される。演算増幅器１１
０の正極には抵抗１０８を介して積分器１１６の出力が
接続される。演算増幅器１１０の正極にはまた抵抗１０
９が接続され抵抗１０９のもう一端はグランドに接地さ
れる。

【００４２】また、サンプルホールド回路１２０は、ア
ナログスイッチ１１７、サンプルホールドコンデンサ１
１８、バッファ回路１１９より構成されており引き算増
幅器１１１の出力Ｓ７６がアナログスイッチ１１７を介
してホールドコンデンサ１１８に接続されさらにバッフ
ァ回路１１９を介してサンプルホールド出力Ｓ７８とし
て出力される。ホールドコンデンサ１１８のもう一端は
グランドに接地される。アナログスイッチ１１７のスイ
ッチ制御端子には、ＯＤＤ側と共通のサンプルホールド
パルスＳ７９が供給される。

【００４３】さらに、積分器１１６は抵抗１１２、１１
４およびコンデンサ１１３演算増幅器１１５より構成さ
れており、サンプルホールド出力Ｓ７８が抵抗１１２を
介して演算増幅器１１５の負極に入力される。演算増幅
器１１５の負極には出力側からコンデンサ１１３と抵抗
１１４が帰還接続される。演算増幅器１１５の正極には
クランプ基準電圧ＥＶＥＮ−REFＳ７４が入力される。
演算増幅器１１５の出力は積分器出力として引き算増幅
器１１１に出力される。

【００４４】また、アナログマルチプレクサ１２１には
入力切り替え制御端子に切り替え制御信号Ｓ８０が供給
される。また、ＶＣＡ１２９は、乗算器１２２、バッフ
ァ回路１２３、抵抗１２４、１２５、１２６、１２７お
よび演算増幅器１２８により構成されており、クランプ
基準電圧Ｓ７２はまた乗算器１２２の基準電圧として乗
算器１２２に供給されるとともにバッファ回路１２３、
抵抗１２７を介して演算増幅器１２８の一端子に入力さ
れる。乗算器１２２には被乗算入力としてアナログマル
チプレクサ１２１の出力Ｓ８１とクランプ基準電圧Ｓ７
２、およびＶＣＡの利得制御電圧Ｓ８２が入力されてお
り、乗算結果は差動形式でそれぞれ抵抗１２４を介して
演算増幅器１２８の他端子に、および抵抗１２６を介し
て演算増幅器１２８の一端子に入力される。演算増幅器
１２８の出力は抵抗１２５を介して他端子に帰還される
とともにＶＣＡ１２９の出力信号Ｓ８３になる。演算増
幅器１２８および抵抗１２４、１２５、１２６、１２
７、１２８は、いわゆる差動増幅器を形成している。

【００４５】上記構成において、この動作作用を図７を
参照しつつ説明をする。センサーＯＤＤ出力Ｓ７１はま
ず引き算増幅器９６で積分器１０１の出力との差の電圧
に比例する電圧に反転増幅され、その出力であるＳ７５
がセンサーのオプティカルブラック（光学的黒レベル）
読み出し期間に合わせて、Highレベルになるサンプルホ
ールドパルスＳ７９によって、アナログスイッチ１０２
を介してホールドコンデンサ１０３に充電され、この期
間の出力レベルがセンサーのＯＤＤ信号の黒レベルＳ７
７として保持される。ＯＤＤ信号の黒レベルＳ７７は積
分器１０１でクランプ基準電圧Ｓ７２との差の電圧が、
抵抗９７、９９、コンデンサ９８の定数に基づいて積分
されて、引き算増幅器９６に負帰還される。負帰還のル
ープ構成になっているので、最終的にＯＤＤ信号の黒レ
ベルＳ７７は、積分器１０１でクランプ基準電圧Ｓ７２
との差の電圧がほぼゼロになるように収束する。すなわ
ちＯＤＤ信号の黒レベルＳ７７がクランプ基準電圧Ｓ７
２に収束し、結果的にセンサー出力Ｓ７１は引き算増幅
器９６でＯＤＤ信号の黒レベル部分がクランプ基準電圧
Ｓ７２になるように、かつ反転してクランプ出力Ｓ７５
になる。

【００４６】同様に、センサーＥＶＥＮ出力Ｓ７３はま
ず引き算増幅器１１１で積分器１１６の出力との差の電
圧に比例する電圧に反転増幅され、その出力であるＳ７
６がセンサーのオプティカルブラック（光学的黒レベ
ル）読み出し期間に合わせて、Highレベルになるサンプ
ルホールドパルスＳ７９によってアナログスイッチ１１
７を介してホールドコンデンサ１１８に充電され、この
期間の出力レベルがセンサーのＥＶＥＮ信号の黒レベル
Ｓ７８として保持する。ＥＶＥＮ信号の黒レベルＳ７８
は積分器１１６でクランプ基準電圧ＥＶＥＮ−REFＳ７
４との差の電圧が、抵抗１１２、１１４、コンデンサ１
１３の定数に基づいて積分されて引き算増幅器１１１に
負帰還される。負帰還のループ構成になっているので、
最終的にＥＶＥＮ信号の黒レベルＳ７８は積分器１１６
でクランプ基準電圧Ｓ７４との差の電圧がほぼゼロにな
るように収束する。すなわちＥＶＥＮ信号の黒レベルＳ
７８がクランプ基準電圧Ｓ７４に収束し、結果的にセン
サーＥＶＥＮ出力Ｓ７３は引き算増幅器１１１でＥＶＥ
Ｎ信号の黒レベル部分がクランプ基準電圧Ｓ７４になる
ように、かつ反転してクランプ出力Ｓ７６になる。

【００４７】センサーのＯＤＤ信号Ｓ７１およびＥＶＥ
Ｎ信号Ｓ７３の画素ごとのサンプリング周波数に対し
て、アナログマルチプレクサ１２１の入力切り替え制御
端子にこの２倍の周波数の切り替え制御信号Ｓ８０を供
給することで、アナログマルチプレクサ１２１ではＯＤ
Ｄ信号Ｓ７１とＥＶＥＮ信号Ｓ７３の反転出力信号Ｓ７
５、Ｓ７６は１画素おきの時系列の順次化処理を行って
いる。

【００４８】また、クランプ基準電圧Ｓ７２は乗算器１
２２の基準電圧として動作し、アナログマルチプレクサ
１２１の出力Ｓ８１に対し、乗算器１２２からは利得制
御電圧Ｓ８２に応じて、（Ｓ８１−Ｓ７２）に比例する
電圧が差動形式で出力される。差動形式で出力された二
つの乗算出力は、演算増幅器１２８および抵抗１２５、
１２６、１２７、１２８で構成される差動増幅器にそれ
ぞれ入力され、差動増幅器の一端子にはさらにクランプ
基準電圧Ｓ７２が入力されることで、差動増幅器から
は、このクランプ基準電圧Ｓ７２をＯＤＤ信号の黒レベ
ルの基準とするセンサー信号の反転増幅出力Ｓ８３が得
られる。またＶＣＡ出力Ｓ８３の側からみてＥＶＥＮ信
号の黒レベルがＯＤＤ信号の黒レベルと等しくなるよう
にクランプ基準電圧Ｓ７３を調整することで、ＥＶＥＮ
信号についても比較的容易にＯＤＤ信号と回路系のダイ
ナミックレンジの上限が合わせられる。

【００４９】これによって、本実施例ではＶＣＡ１２９
の出力信号であるＳ８３のセンサー黒レベルに関して、
図８に示すように、ＶＣＡ１２９の利得制御に依存せ
ず、オプティカルブラック読み出し期間にクランプした
一定のクランプ基準電圧Ｓ７２になるとともに、通常の
撮像信号の読み出し期間には、利得制御によってこのク
ランプ基準電圧Ｓ７２を基準とする増幅出力になる。さ
らに図８に示したように（ａ）正相入力−逆相出力と
（ｂ）逆相入力−正相出力とのそれぞれの場合で、クラ
ンプ基準電圧Ｓ７２を適切な値に設定することで、回路
系の撮像信号のダイナミックレンジを減少させることな
く、正逆いずれのセンサー出力にも対応が可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＶＣＡにおいて利得の基準となる電圧を同じＶＣＡに入
力される撮像信号の黒レベルに関連づけるために種種の
補助手段を設けることにより、ＶＣＡの増幅率に影響さ
れずに、撮像信号の明るさの基準となる黒レベルをＶＣ
Ａの出力段で確保することができる。これによりＶＣＡ
を含めて回路系の撮像信号のダイナミックレンジの最適
化がはかれるので、それだけ回路のＳ／Ｎ比やリニアリ
ティー、温度特性等が改善でき、また電源電圧の制約の
大きいＩＣ化にも容易に対応できる。

【００５１】また、本発明による画像入力装置は、ライ
ンセンサ等の固体撮像装置ばかりでなく、２次元イメー
ジセンサ等にもクランプ基準電圧を基準として出力する
ので、輝度信号の黒レベルが一定で固定されて出力さ
れ、さらにクランプ基準電圧を融通性よくビデオ信号の
正相・逆相に対応して選択できるのでこの応用性が広が
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例を表すブロック図であ
る。

【図２】本発明による図１の一実施例の動作説明図であ
る。

【図３】本発明による他の実施例を表すブロック図であ
る。

【図４】本発明による図３の他の実施例の動作説明図で
ある。

【図５】本発明による他の実施例を表すブロック図であ
る。

【図６】本発明による図５の他の実施例の動作説明図で
ある。

【図７】本発明による他の実施例を表すブロック図であ
る。

【図８】本発明による図７の他の実施例の動作説明図で
ある。

【図９】従来の固体撮像装置の画像信号処理回路例を表
すブロック図である。

【図１０】従来の固体撮像装置の画像信号処理回路例の
動作説明図である。

【符号の説明】１アナログスイッチ２コンデンサ３、６バッファ回路４サンプルホールド回路５乗算器７、８、９、１０抵抗１１演算増幅器１２ＶＣＡ３１、３２、３３、３４、３７、３９、４８、４９、５
０、５１抵抗３５、４０、４７、５２演算増幅器３６引き算増幅器３８、４３コンデンサ４１積分器４２アナログスイッチ４５サンプルホールド回路４６乗算器５３ＶＣＡ６１、６２、６３、６４、６７、６９、７８、７９、８
０、８１抵抗６５、７０、８２演算増幅器６６引き算増幅器６８、７３コンデンサ７１積分器７２アナログスイッチ７５サンプルホールド回路７６乗算器８３ＶＣＡ９１、９２、９３、９４、９７、９９、１０６、１０
７、１０８、１０９、１１２、１１４、１２４、１２
５、１２６、１２７抵抗９３、１００、１１０、１１５、１２３、１２８演算
増幅器９６、１１１引き算増幅器９８、１０３、１１３、１１８コンデンサ１０１、１１６積分器１０２、１１７アナログスイッチ１０５、１２０サンプルホールド回路１２１アナログマルチプレクサ１２２乗算器１２９ＶＣＡ２０１サンプルホールド回路２０２クランプ回路２０３ＶＣＡ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビデオ信号をサンプルホールドするサン
プルホールド回路と、前記ビデオ信号を制御電圧によっ
て利得制御可能なＶＣＡ（電圧制御型増幅器）とを具備
するビデオ信号処理装置であって、前記サンプルホールド回路の出力電圧を前記ＶＣＡへの
入力に対する基準電圧とすることを特徴とするビデオ信
号処理装置。
【請求項２】請求項１に記載のビデオ信号処理装置に
おいて、前記ＶＣＡは、乗算手段と該乗算手段の差動出
力を入力する差動増幅手段を備え、前記乗算手段は、前
記ビデオ信号を入力する入力端と前記基準電圧を入力す
る入力端を具備したことを特徴とするビデオ信号処理装
置。
【請求項３】請求項１に記載のビデオ信号処理装置に
おいて、前記ＶＣＡは、乗算手段と該乗算手段の差動出
力を入力する差動増幅手段を備え、前記乗算手段は、前
記ビデオ信号と前記基準電圧とを入力し、前記制御電圧
を制御端子に入力し、該乗算結果を差動形式で差動出力
することを特徴とし、前記差動出力を入力する前記差動
増幅手段は、前記差動出力の一方に前記基準電圧を加算
されることを、特徴とし、該差動増幅手段の増幅出力が
前記ＶＣＡの出力となることを特徴とするビデオ信号処
理装置。
【請求項４】ビデオ信号の黒レベルを所定の電圧に固
定するクランプ回路と、該クランプ回路の出力を入力す
る制御電圧によって利得制御可能なＶＣＡ（電圧制御型
増幅器）とを具備する画像入力装置であって、前記クランプ回路の所定の電圧を前記ＶＣＡへの入力に
対する基準電圧とすることを特徴とする画像入力装置。
【請求項５】ビデオ信号の黒レベルを所定の電圧に固
定するクランプ回路と、該クランプ回路の出力を入力す
る制御電圧によって利得制御可能なＶＣＡ（電圧制御型
増幅器）とを具備する画像入力装置であって、前記クランプ回路の出力直流電圧を前記ＶＣＡへの入力
に対する基準電圧とすることを特徴とする画像入力装
置。
【請求項６】請求項４又は請求項５に記載の画像入力
装置において、前記クランプ回路は、前記ビデオ信号が
第１の演算増幅器の反転入力端子に入力され、該第１の
演算増幅器の出力を前記ＶＣＡに供給し、且つ前記ビデ
オ信号の黒レベル期間をサンプルホールドするサンプル
ホールド回路に入力され、該サンプルホールド回路の出
力を第２の演算増幅器の反転入力端子に入力され、該第
２の演算増幅器の出力を前記第１の演算増幅器の非反転
入力端子に入力されることを特徴とする画像入力装置。
【請求項７】請求項４に記載のビデオ信号処理装置に
おいて、前記ＶＣＡは、前記ビデオ信号と前記クランプ
回路の所定の電圧とを入力として前記制御電圧に応じて
乗算され差動出力を得る乗算器と、前記乗算器の差動出
力を入力とし該差動出力の一方に前記基準電圧を加算し
て増幅し前記ＶＣＡの出力とする差動増幅器とを具備す
ることを特徴とする画像入力装置。
【請求項８】請求項５に記載のビデオ信号処理装置に
おいて、前記ＶＣＡは、前記ビデオ信号と前記クランプ
回路の出力直流電圧とを入力として前記制御電圧に応じ
て乗算され差動出力を得る乗算器と、前記乗算器の差動
出力を入力とし該差動出力の一方に前記基準電圧を加算
して増幅し前記ＶＣＡの出力とする差動増幅器とを具備
することを特徴とする画像入力装置。
【請求項９】複数のビデオ信号の黒レベルを所定の直
流電圧にそれぞれ固定するクランプ回路と、該クランプ
回路の出力を並列に読み込み、順次切り換えて出力する
マルチプレクサと、制御電圧によって利得制御可能なＶ
ＣＡ（電圧制御型増幅器）とを具備するビデオ信号処理
装置であって、前記複数のビデオ信号のうち少なくともひとつの前記直
流電圧を前記ＶＣＡへの入力に対する基準電圧とするこ
とを特徴とするビデオ信号処理装置。
【請求項１０】請求項９に記載のビデオ信号処理装置
において、前記クランプ回路は、前記ビデオ信号が第１
の演算増幅器の反転入力端子に入力され、該第１の演算
増幅器の出力を前記ＶＣＡに供給し、且つ前記ビデオ信
号の黒レベル期間をサンプルホールドするサンプルホー
ルド回路に入力され、該サンプルホールド回路の出力を
第２の演算増幅器の反転入力端子に入力され、該第２の
演算増幅器の出力を前記第１の演算増幅器の非反転入力
端子に入力されることを特徴とするビデオ信号処理装
置。
【請求項１１】請求項９に記載のビデオ信号処理装置
において、前記ＶＣＡは、乗算手段と該乗算手段の出力
を受ける差動増幅手段を備え、前記乗算手段は、前記基
準電圧に対する前記ビデオ信号を入力とし、前記制御電
圧を制御入力として乗算され、差動形式で出力し、前記
差動増幅手段は、前記差動形式の出力を入力し、該差動
形式の出力の一方には前記基準電圧が加算され、差動増
幅して前記ＶＣＡの出力とすることを特徴とするビデオ
信号処理装置。