JPH11261846A - クランプ電圧生成回路およびクランプレベルの調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成でクランプレベルを調整する。 【解決手段】 ローパスフィルタ７０はＡ／Ｄ変換器か
ら出力されたデジタル信号の最下位ビットに対応する電
圧を平滑化し、サンプルホールド回路８０に出力する。
サンプルホールド回路８０では、オプティカルブラック
期間にジェネレータから出力されるタイミングシグナル
に基づいてスイッチ８３にサンプルホールドパルスが与
えられ、黒レベルの最下位ビットの電圧がクランプレベ
ル調整回路９０に出力される。クランプレベル調整回路
９０の減算器９１では、サンプルホールド回路から入力
された電圧が０Ｖより高ければ、基準電圧からその電圧
を減算した電圧をクランプ電圧としてクランプ回路に出
力し、入力電圧が０Ｖの場合はプルアップ抵抗Ｒ９によ
りクランプ電圧を上昇させて出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号の伝送系
におけるクランプ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビデオカメラ等で撮影された画像
情報は、撮像素子で光電変換されてアナログ画像信号と
して出力された後、カメラに内蔵されたマイクロコンピ
ュータ等で処理するためにＡ／Ｄ変換される。画像信号
は、画面の平均的な明るさを表す直流成分と、直流成分
に相当するレベルを中心として変動する、画面の詳細情
報を表す交流成分とからなっているが、画像信号が交流
的に結合された回路を通ると直流成分が失われるため、
画像信号をＡ／Ｄ変換器に入力する際に直流成分を再生
しなければならない。そのため、黒レベルを一定のレベ
ルに固定する、すなわち黒レベルをＡ／Ｄ変換器の所定
レベルにクランプすることが必要である。

【０００３】黒レベルのクランプレベルは温度等の使用
環境によって変動するため、随時レベルを調整しないと
適切なＡ／Ｄ変換が行われない場合が生じる。このよう
な状況に対処するため、Ａ／Ｄ変換の出力をＤ／Ａ変換
等によって検出することにより、クランプされているレ
ベルが適切かどうか判定し、常にクランプレベルを調整
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
構成ではクランプレベル調整用のＤ／Ａ変換器を必要と
するため、製品全体のコストアップの原因となってい
た。

【０００５】本発明は、以上の問題を解決するものであ
り、簡易な構成のクランプ電圧生成回路を提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるクランプ
電圧生成回路は、アナログ画像信号が入力され、このア
ナログ画像信号におけるオプティカルブラック期間中の
信号レベルを所定のレベルにクランプするクランプ回路
と、クランプ回路から出力されるアナログ画像信号をデ
ジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換
器から出力されるデジタル画像信号の最下位ビットに対
応する電圧を平滑化して出力するローパスフィルタと、
アナログ画像信号におけるオプティカルブラック期間の
タイミングで黒レベルのローパスフィルタの出力電圧を
保持して出力するサンプルホールド回路と、サンプルホ
ールド回路の出力信号と、黒レベルのデジタル信号がＡ
／Ｄ変換器の出力レベルのゼロレベルである基準電圧と
を比較し、その比較結果に基づいてクランプ電圧をクラ
ンプ回路に出力するクランプレベル調整回路とを備え、
クランプ回路においてクランプする信号レベルがクラン
プ電圧に基づいて決定されることを特徴とする。

【０００７】好ましくは、クランプレベル調整回路にお
いて、サンプルホールド回路の出力電圧が０Ｖより大き
い間は、基準電圧からサンプルホールド回路の出力電圧
を減算した電圧をクランプ電圧として出力し、サンプル
ホールド回路の出力電圧が０Ｖの間は、出力するクラン
プ電圧を上昇させる。

【０００８】好ましくは、クランプレベル調整回路は、
減算器と、コンデンサと、第１および第２の抵抗を備
え、減算器のマイナス端子にはサンプルホールド回路が
接続され、減算器の出力端子には、コンデンサと第１の
抵抗の一方の端子が接続され、第１の抵抗の他方の端子
には所定の電圧が印加され、減算器のプラス端子には第
２の抵抗を介して基準電圧が印加されている。

【０００９】好ましくは、サンプルホールド回路の出力
電圧が０Ｖより大きい間は、減算器により基準電圧から
サンプルホールド回路の出力電圧が減算され、サンプル
ホールド回路の出力電圧が０Ｖの間は、第１の抵抗がク
ランプ電圧を上昇させる。

【００１０】好ましくは、第１の抵抗に印加される所定
の電圧の値、第１の抵抗の抵抗値および第２の抵抗の抵
抗値は、第１および第２の抵抗による分割される減算器
の出力端子の電圧値が基準電圧より高くなるよう設定さ
れている。

【００１１】好ましくはサンプルホールド回路の出力電
圧が０Ｖより大きい間は、サンプルホールド回路の出力
電圧が０Ｖに一致するまでクランプ電圧を基準電圧より
低いレベルに維持しつつ上昇させ続け、サンプルホール
ド回路の出力電圧が０Ｖの間は、サンプルホールド回路
の出力電圧が０Ｖより大きくなるまでクランプ電圧を上
昇させ続ける。

【００１２】また、本発明に係るクランプレベルの調整
方法は、画像信号をクランプする際、黒レベルをＡ／Ｄ
変換したデジタル信号の最下位ビットに対応する電圧を
平滑化し、黒レベルがＡ／Ｄ変換のゼロレベルに一致す
るよう、平滑化された電圧のレベルに応じて画像信号の
クランプレベルを調整することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係るク
ランプ電圧生成回路のブロック図である。ジェネレータ
１０はスタンダード・シグナル、及びＳ／Ｈ（サンプル
ホールド）信号、クランプパルス信号、クロック信号等
の様々なタイミング・シグナル等の信号を生成し各回路
へ供給する。各回路はジェネレータ１０から供給される
信号に基づいて動作する。光電変換された画像信号はジ
ェネレータ１０の制御に基づいて撮像素子２０から読み
出されプロセス回路３０に入力される。画像信号はプロ
セス回路３０においてレベルシフト、サンプリング等の
所定の処理が施されクランプ回路４０に入力される。ク
ランプ回路４０では画像信号がクランプされる。すなわ
ち、入力された画像信号の所定部分（オプティカルブラ
ック期間に相当する部分）の信号レベルが予め設定され
ている固定値に周期的にクランプされる。従って、Ａ／
Ｄ変換器５０に入力される画像信号のクランプレベルが
一定に保たれる。Ａ／Ｄ変換回路５０において画像信号
はデジタル信号に変換され、画像メモリ６０に一時的に
格納される。

【００１４】デジタルの画像信号の最下位のビット（以
下、「ＬＳＢ」）情報の「Ｈ」または「Ｌ」に対応して
変化する電圧信号（以下、「ＬＳＢ電圧」）は、ローパ
スフィルタ（ＬＰＦ）７０に入力される。ローパスフィ
ルタ７０ではＬＳＢ電圧が平滑化されてサンプルホール
ド回路（Ｓ／Ｈ）８０に出力される。サンプルホールド
回路８０では、オプティカルブラック期間にのみサンプ
ルホールドパルスが与えられ、黒レベルのＬＳＢ電圧が
取り出され、クランプレベル調整回路９０に出力され
る。クランプレベル調整回路９０では、黒レベルのＬＳ
Ｂ電圧のレベルに応じてクランプ回路４０に出力される
クランプ電圧が調整される。Ａ／Ｄ変換回路５０および
クランプレベル調整回路９０には、Ａ／Ｄ変換器５０の
出力レベルがゼロの場合の電圧（以下、「基準電圧」）
が供給される。

【００１５】図２は、本実施形態のクランプ電圧生成回
路の要部を示すブロック図である。ローパスフィルタ７
０は抵抗Ｒ７とコンデンサＣ７から成り、Ａ／Ｄ変換器
５０（図１参照）から出力されたデジタル信号のＬＳＢ
電圧が入力される。ＬＳＢの値は、カメラの使用環境等
によって発生するノイズにより他のビットに比べて変動
しやすく、その変動のためＬＳＢ電圧はそれに伴う交流
成分を含んでいる。ローパスフィルタ７０では、ＬＳＢ
電圧に含まれるその交流成分を除去し平滑化する。

【００１６】ローパスフィルタ７０により平滑化された
ＬＳＢ電圧はサンプルホールド回路８０に入力される。
サンプルホールド回路８０は、増幅器８１、８２、スイ
ッチ８３、コンデンサＣ８から成っている。ＬＳＢ電圧
は増幅器８１により増幅されスイッチ８３に入力され
る。オプティカルブラック期間にジェネレータ１０（図
１参照）から出力されるタイミングシグナルに基づい
て、スイッチ８３にサンプルホールドパルスが与えられ
スイッチ８３はオンとなる。スイッチ８３がオンになる
とＬＳＢ電圧に応じた電荷がコンデンサＣ８に蓄積され
る。サンプルホールドパルスが与えられなくなるとスイ
ッチ８３はオフし、コンデンサＣ８に蓄積されていた電
荷に基づいてＬＳＢ電圧が増幅器８２を介してクランプ
レベル調整回路９０に印加される。すなわち、オプティ
カルブラック期間にＡ／Ｄ変換器５０（図１参照）から
出力されるデジタル信号、すなわち黒レベルのＬＳＢ電
圧のみが取り出され、クランプレベル調整回路９０に出
力される。

【００１７】クランプレベル調整回路９０は減算器（差
動アンプ）９１、抵抗（第１の抵抗）Ｒ９、コンデンサ
Ｃ９、抵抗（第２の抵抗）Ｒ１０から成っている。減算
器９１のプラス端子（非反転入力端子）には抵抗Ｒ１０
を介して基準電圧が供給され、マイナス端子（反転入力
端子）にはサンプルホールド回路８０の増幅器８２の出
力端子が接続されている。そして、抵抗Ｒ９の一端には
電圧Ｖｄが印加されており、抵抗Ｒ９はプルアップ抵抗
となっている。

【００１８】サンプルホールド回路８０の増幅器８２か
ら出力された電圧、すなわち平滑化された黒レベルのＬ
ＳＢ電圧が０Ｖより高い場合、減算器９１では、基準電
圧からＬＳＢ電圧を減算した電圧をクランプ電圧として
クランプ回路４０（図１参照）に出力する。

【００１９】一方、サンプルホールド回路８０の増幅器
８２から出力された電圧が０Ｖの場合、クランプレベル
調整回路９０はプルアップ抵抗Ｒ９とコンデンサＣ９と
の接続点電圧（クランプ電圧）が上昇するよう構成され
ている。すなわち、プルアップ抵抗Ｒ９を介して流れる
電流によりコンデンサＣ９が充電され、コンデンサＣ９
の充電電圧の上昇に伴ってプルアップ抵抗Ｒ９とコンデ
ンサＣ９との接続点の電圧値が上昇する。また、コンデ
ンサＣ９はクランプ電圧の急激な変動を抑制し、それに
より安定したクランプ電圧が得られる（スタビライザ
ー）。従って、ＬＳＢ電圧値が０Ｖの状態が続くような
場合であっても、クランプ電圧は上昇する方向に向かう
ため、クランプ電圧が常時、フィードバック制御される
ようになっている。

【００２０】尚、抵抗Ｒ１０は、プルアップ抵抗Ｒ９と
協動してクランプレベル調整回路９０の出力端子の電圧
値を基準電圧よりも若干高い値に設定するための分割抵
抗の機能も有している。従って、プルアップ抵抗Ｒ９に
印加される電圧値、プルアップ抵抗Ｒ９及びＲ１０の抵
抗値は、プルアップ抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０により分割さ
れる値が基準電圧よりも高くなるよう、それぞれ設定さ
れている。

【００２１】本実施形態の動作を図３および４を用いて
説明する。図３は、黒レベルが基準電圧より高い場合の
各回路の出力信号波形を示している。（ａ）はクランプ
回路４０から出力される画像信号、すなわちクランプさ
れた画像信号の波形である。線Ｌ１０は基準電圧を示
す。（ｂ）はＬＳＢ電圧がローパスフィルタ７０を通過
した後の電圧、すなわち平滑化されたＬＳＢ電圧の波形
である。線Ｌ２０は、ＬＳＢの「Ｈ」（または「１」）
に対応するハイレベルの電圧値、線Ｌ２２は、ＬＳＢの
「Ｌ」（または「０」）に対応するローレベルの電圧値
である。また、上述のように、ＬＳＢはカメラの使用環
境等によって発生するノイズにより他のビットに比べて
変動しやすく頻繁に反転するので、そのような状況でＬ
ＳＢ電圧がローパスフィルタ７０を通過すると、ハイレ
ベルとローレベルの電圧値の中間値に平滑化される。線
Ｌ２１は、これらハイレベルの電圧値とローレベルの電
圧値との中間値を示している。（ｃ）はサンプルホール
ド回路８０において与えられるサンプルホールドパルス
の波形を示し、（ｄ）はサンプルホールド回路８０の出
力電圧の波形を示す。線Ｌ３０は０Ｖ（ボルト）を示
す。ＬＳＢ電圧がローレベルにある場合、サンプルホー
ルド回路８０の出力電圧は０Ｖとなる。（ｅ）はクラン
プ電圧調整回路９０から出力されるクランプ電圧の波形
を示し、線Ｌ４０は基準電圧を示す。

【００２２】図３においてＳ１０からＳ２０、Ｓ３０か
らＳ４０、Ｓ５０からＳ６０、Ｓ７０からＳ８０、Ｓ９
０からＳ１００の期間はオプティカルブラック期間であ
る。従ってこれらの期間の（ａ）の波形は黒レベルであ
る。また、Ｓ２０からＳ３０、Ｓ４０からＳ５０、Ｓ６
０からＳ７０、Ｓ８０からＳ９０の期間は１水平走査期
間である。従ってこれらの期間の（ａ）の波形は画像信
号を示す。

【００２３】図３（ａ）において、Ｓ１０からＳ２０の
期間の黒レベルは基準電圧よりも高いレベルにある。従
って、（ｂ）に示すようにローパスフィルタ７０を通過
した後のＬＳＢ電圧はローレベルより高いレベルにあ
る。Ｓ１１の時点でサンプルホールド回路８０において
サンプルホールドパルスが与えられ、Ｓ１０からＳ２０
の間のＬＳＢ電圧がサンプルホールド回路８０に入力さ
れ所定の処理が施されて出力される。（ｄ）に示すよう
にサンプルホールド回路８０の出力電圧は０Ｖよりも高
い。従って、上述のように、クランプ電圧調整回路９０
の減算器９１において基準電圧からサンプルホールド回
路８０の出力電圧が減算され、クランプ電圧としてクラ
ンプ回路４０にフィードバックされる。これによりクラ
ンプ回路４０のクランプレベルが所定量低下する。

【００２４】次いでＳ３０からＳ４０のオプティカルブ
ラック期間のＬＳＢ電圧がＳ３１で検出される。Ｓ１０
からＳ２０の間の黒レベルのＬＳＢ電圧の検出結果をも
とにクランプ回路４０のクランプレベルが調整されたこ
とに伴い、Ｓ３０からＳ４０の期間のサンプルホールド
回路８０からの出力電圧と基準電圧との差分は減少して
いる。しかしながら、（ｄ）に示すようにサンプルホー
ルド回路８０からの出力電圧は依然として０Ｖより高い
ため、基準電圧からサンプルホールド回路８０からの出
力電圧を減算したクランプ電圧がクランプ電圧調整回路
９０からクランプ回路４０へフィードバックされる。そ
の結果、Ｓ３１以降のクランプ電圧は、基準電圧より低
くかつＳ３１までのレベルよりやや高いレベルに設定さ
れる。

【００２５】以上のような処理が、（ａ）のＳ９０から
Ｓ１００に示すように黒レベルが基準電圧と一致するま
で繰り返される。黒レベルがゼロレベルより高い状態に
ある間、すなわちサンプルホールド回路８０から出力さ
れる電圧が０Ｖより高い状態にある間は、クランプ電圧
として基準電圧からサンプルホールド回路８０の出力電
圧を減算した電圧がクランプ回路４０にフィードバック
され続ける。

【００２６】図４は、黒レベルが基準電圧より低い場合
の各回路の出力信号波形を示している。図４の（ａ）〜
（ｅ）の波形は図３と同様である。Ｔ１０からＴ２０の
間の黒レベルは基準電圧より低いレベルにあるため、
（ｄ）に示すようにサンプルホールド回路８０の出力電
圧は０Ｖである。上述のように、クランプレベル調整回
路９０においてプルアップ抵抗Ｒ９に印加される電圧
は、プルアップ抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０により分割される
値が基準電圧よりも高くなるように設定されている。従
って、Ｔ１０からＴ２０の間のサンプルホールド回路８
０の出力電圧が０Ｖであることに対応して、プルアップ
抵抗Ｒ９とコンデンサＣ９との接続点電圧であるクラン
プ電圧が上昇され、クランプ回路４０にフィードバック
される。

【００２７】Ｔ３０からＴ４０、およびＴ５０からＴ６
０の黒レベルのＬＳＢ電圧が同様に検出されるが、いず
れもサンプルホールド回路８０からの出力電圧は０Ｖで
あるため、クランプ調整回路９０によるクランプ電圧は
徐々に上昇し続ける。その結果、Ｔ７０からＴ８０の間
の黒レベルが基準電圧より高いレベルに達し、それに応
じてＴ７１の時点でサンプルホールド回路８０から出力
される電圧は０Ｖより高いレベルに達する。

【００２８】サンプルホールド回路８０から出力される
電圧が０Ｖより高くなると、上述のようにクランプレベ
ル調整回路９０において基準電圧からサンプルホールド
回路８０の出力電圧が減算され、その結果Ｔ７１まで上
昇しつづけたクランプ電圧は（ｅ）に示すようにＴ７１
で所定量低下する。Ｔ７１までのレベルより低下したク
ランプ電圧がクランプ回路４０にフィードバックされる
と、Ｔ９０からＴ１００の間の黒レベルは、Ｔ７０から
Ｔ８０の間の黒レベルより低下し基準電圧のレベルとな
る。

【００２９】すなわち、サンプルホールド回路８０の出
力電圧が０Ｖより大きい間は、サンプルホールド回路８
０の出力電圧が０Ｖに一致するまで、基準電圧からサン
プルホールド回路８０の出力電圧を減算した電圧をクラ
ンプ電圧として出力する。また、サンプルホールド回路
の出力電圧が０Ｖの間は、黒レベルが基準電圧に比べど
の程度低いレベルにあるのか判別できないため、サンプ
ルホールド回路８０の出力電圧が０Ｖより高くなるま
で、出力するクランプ電圧を上昇し続ける。サンプルホ
ールド回路８０の出力電圧が０Ｖより高いレベルに達し
たら、同様に基準電圧からサンプルホールド回路８０の
出力電圧を減算した電圧をクランプ電圧として出力す
る。

【００３０】以上のように、本実施形態によれば、黒レ
ベルのデジタル信号の最下位ビットの情報をもとにクラ
ンプ電圧をクランプ回路にフィードバックする構成をと
っているためＤ／Ａ変換器を備える必要がない。従っ
て、構成が簡易になるとともに製品全体のコストが低減
される。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば簡易な構
成でクランプレベルを常時適切なレベルに維持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るクランプ電圧生成回路
のブロック図である。

【図２】クランプ電圧生成回路の要部のブロック図であ
る。

【図３】黒レベルが基準電圧より高い場合の各回路の出
力信号波形である。

【図４】黒レベルが基準電圧より低い場合の各回路の出
力信号波形である。

【符号の説明】

１０ ジェネレータ ２０ 撮像素子 ３０ プロセス回路 ４０ クランプ回路 ５０ Ａ／Ｄ変換器 ６０ 画像メモリ ７０ ローパスフィルタ ８０ サンプルホールド回路 ９０ クランプレベル調整回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アナログ画像信号が入力され、このアナ
   ログ画像信号におけるオプティカルブラック期間中の信
   号レベルを所定のレベルにクランプするクランプ回路
   と、 前記クランプ回路から出力されるアナログ画像信号をデ
   ジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、 前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル画像信号の最
   下位ビットに対応する電圧を平滑化して出力するローパ
   スフィルタと、 前記アナログ画像信号におけるオプティカルブラック期
   間のタイミングで黒レベルの前記ローパスフィルタの出
   力電圧を保持して出力するサンプルホールド回路と、 前記サンプルホールド回路の出力信号と、前記黒レベル
   のデジタル信号が前記Ａ／Ｄ変換器の出力レベルのゼロ
   レベルである基準電圧とを比較し、その比較結果に基づ
   いてクランプ電圧を前記クランプ回路に出力するクラン
   プレベル調整回路とを備え、 前記クランプ回路においてクランプする信号レベルが前
   記クランプ電圧に基づいて決定されることを特徴とする
   クランプ電圧生成回路。
2. 【請求項２】 前記クランプレベル調整回路において、
   前記サンプルホールド回路の出力電圧が０Ｖより大きい
   間は、前記基準電圧から前記サンプルホールド回路の出
   力電圧を減算した電圧を前記クランプ電圧として出力
   し、前記サンプルホールド回路の出力電圧が０Ｖの間
   は、出力する前記クランプ電圧を上昇させることを特徴
   とする請求項１に記載のクランプ電圧生成回路。
3. 【請求項３】 前記クランプレベル調整回路は、減算器
   と、コンデンサと、第１および第２の抵抗を備え、 前記減算器のマイナス端子には前記サンプルホールド回
   路が接続され、 前記減算器の出力端子には、前記コンデンサと前記第１
   の抵抗の一方の端子が接続され、 前記第１の抵抗の他方の端子には所定の電圧が印加さ
   れ、前記減算器のプラス端子には前記第２の抵抗を介し
   て前記基準電圧が印加されていることを特徴とする請求
   項２に記載のクランプ電圧生成回路。
4. 【請求項４】 前記サンプルホールド回路の出力電圧が
   ０Ｖより大きい間は、前記減算器により前記基準電圧か
   ら前記サンプルホールド回路の出力電圧が減算され、前
   記サンプルホールド回路の出力電圧が０Ｖの間は、前記
   第１の抵抗が前記クランプ電圧を上昇させることを特徴
   とする請求項３に記載のクランプ電圧生成回路。
5. 【請求項５】 前記所定の電圧の値、前記第１の抵抗の
   抵抗値および前記第２の抵抗の抵抗値は、前記第１およ
   び第２の抵抗による分割される前記減算器の出力端子の
   電圧値が前記基準電圧より高くなるよう設定されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のクランプ電圧生成回
   路。
6. 【請求項６】 前記サンプルホールド回路の出力電圧が
   ０Ｖより大きい間は、前記サンプルホールド回路の出力
   電圧が０Ｖに一致するまで前記クランプ電圧を前記基準
   電圧より低いレベルに維持しつつ上昇させ続け、前記サ
   ンプルホールド回路の出力電圧が０Ｖの間は、前記サン
   プルホールド回路の出力電圧が０Ｖより大きくなるまで
   前記クランプ電圧を上昇させ続けることを特徴とする請
   求項２に記載のクランプ電圧生成回路。
7. 【請求項７】 画像信号をクランプする際、黒レベルを
   Ａ／Ｄ変換したデジタル信号の最下位ビットに対応する
   電圧を平滑化し、前記黒レベルのクランプレベルがＡ／
   Ｄ変換のゼロレベルに一致するよう、前記平滑化された
   電圧のレベルに応じて前記画像信号のクランプレベルを
   調整することを特徴とするクランプレベルの調整方法。