JP2003018477A - 相関２重サンプリングタイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 相関２重サンプリングのパルスのタイミング
調整を安定して確実に行う。撮像手段の高画素化に伴う
高速転送に対応する。 【解決手段】 ＣＣＤ24のアナログの出力信号をＣＤＳ
回路25に入力する。ＣＤＳ回路25は、フィードスルーク
ランプパルスＦＰと同期して出力信号のフィードスルー
部をサンプルホールドし、サンプルパルスＳＰと同期し
て出力信号の画素信号部をサンプルホールドし、両者を
引き算してリセットノイズ及び低周波ノイズを除去す
る。フィードスルークランプパルスＦＰ及びサンプルパ
ルスＳＰのタイミングの調整時には、マイコン33の指示
により、ＣＣＤ24は調整用信号を出力する。さらに、調
整用信号を利用し、リセットパルスＲＰのパルス幅を調
整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像手段の出力信
号に対して相関２重サンプリングを行う相関２重サンプ
リングタイミング調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、相関２重サンプリング(以下、Ｃ
ＤＳと称する)を行い、固体撮像素子のアナログ画像出
力信号中に含まれるリセットノイズ及び低周波ノイズを
除去する構成が知られている。

【０００３】以下、図１０及び図１１を参照して、ＣＣ
Ｄ(電荷結合デバイス)などの固体撮像素子を駆動し、固
体撮像素子のアナログ画像出力信号中に含まれるリセッ
トノイズ及び低周波ノイズを除去するＣＤＳを行い、Ｃ
ＤＳされた後のアナログ画像信号をデジタル信号に変換
する部分までの一般的な構成を説明する。また、図１０
は撮像装置の一部の構成図であり、１はＣＣＤ、２はＣ
ＤＳ回路、３は増幅器(ＡＭＰ)、４は黒基準のクランプ
回路、５はアナログデジタル変換器(Ａ／Ｄ)、６はＣＣ
Ｄ駆動回路である。また、図１１は波形図である。

【０００４】一般に、２次元ＣＣＤの場合、画素は２次
元状に配置されていて、画素信号電荷は垂直電荷転送、
水平電荷転送を組み合わせることにより、１画素毎に順
次出力段に導かれる。そして、ＣＣＤ駆動回路６は、こ
れら駆動信号を生成する回路であり、図中、垂直駆動系
パルス群は、垂直電荷転送を行うための複数の垂直駆動
パルスを示し、Ｈ1，Ｈ2は水平画素転送を行うための水
平転送パルス(水平駆動パルス)をそれぞれ示している。
さらに、ＲＰは以下に説明するフローティングディフュ
ージョンアンプをリセットするためのリセットパルスで
ある。

【０００５】そして、ＣＣＤ１の内部の出力段では、フ
ローティングディフュージョンアンプにより、電荷の状
態の各画素信号は電圧信号に変換される。このフローテ
ィングディフュージョンアンプでは、順次転送されてく
る信号電荷を、水平転送パルスＨ1，Ｈ2による充電と、
リセットパルスＲＰによるリセット(放電)を繰り返して
電圧信号に変換する。しかし、この変換の際にリセット
ノイズを発生させる特質があり、さらに、この変換の後
段ではバッファとしてＭＯＳアンプが使用されているこ
とから、ＣＣＤ１の出力信号全体に低周波ノイズが混合
される。そこで、ＣＣＤ１の電圧出力信号であるＣＣＤ
ＯＵＴは、これらの動作及びノイズが反映された形にな
っている。

【０００６】すなわち、このＣＣＤＯＵＴの波形は、図
１１に示すように、水平転送パルスＨ1，Ｈ2による信号
電荷充電の結果の「画素信号部」、リセットパルスＲＰ
による信号電荷放電の結果の「リセット部」、及び、リ
セットから次の信号電荷充電までの間にリセットノイズ
を含んだ状態で安定し、その後充電される画素信号の基
準となる「フィードスルー部」などにより構成されてい
る。さらに、これら「画素信号部」、「リセット部」、
及び「フィードスルー部」で構成される各画素の信号
は、時系列で連続しており、低周波ノイズの重畳により
波形全体の直流レベルが緩やかに変動する。なお、図１
１の波形図では、ＣＣＤＯＵＴに含まれる、低周波ノイ
ズ、リセットノイズを誇張して表現している。

【０００７】また、ＣＤＳ回路２は、上記のＣＣＤＯＵ
Ｔに混合されているノイズの除去を目的とした回路であ
る。すなわち、ＣＤＳ回路２は、電圧変換されたＣＣＤ
１の出力信号であるＣＣＤＯＵＴ中のフィードスルー部
を、ＣＤＳパルスを構成するフィードスルークランプパ
ルスＦＰでサンプルホールドし、画素信号部をＣＤＳパ
ルスを構成するサンプルパルスＳＰでサンプルホールド
して、両者を引き算することでリセットノイズを除去
し、同時に低周波ノイズも除去する。なお、ＣＣＤ１の
出力信号であるＣＣＤＯＵＴは、画像信号に比例して負
の方向に振幅が大きくなる形態をとるが、ＣＤＳ回路２
の出力信号であるＣＤＳＯＵＴでは正負が反転されてい
る。また、図１１では、説明を簡略にするために、ＣＣ
ＤＯＵＴの有効画素出力部の各画素の画素信号情報とし
ての出力振幅は同一レベルとしてＣＤＳ回路２の動作が
示されている。従って、このＣＣＤＯＵＴをＣＤＳした
結果であるＣＤＳ回路２の出力すなわちＣＤＳＯＵＴで
は、有効画素出力部に相当する部分が一率平坦な信号と
なっている。

【０００８】そして、増幅器(ＡＭＰ)３は、ＣＤＳ回路
２の出力信号であるＣＤＳＯＵＴを適切に増幅する。

【０００９】さらに、黒基準のクランプ回路４は、後段
のアナログデジタル変換器(Ａ／Ｄ)５において、画像信
号の黒レベルを基準のデジタルコード値に安定させるた
めに、増幅器３の出力信号であるＡＭＰＯＵＴを直流ク
ランプするクランプ回路である。すなわち、ＯＢクラン
プパルスＯＢＣＰは、ＣＣＤ１が遮光された画素信号な
どの黒基準信号を出力するタイミングでアクティブとな
るものであるが、クランプ回路４は、ＣＣＤ駆動回路６
が出力するこのＯＢクランプパルスＯＢＣＰを受けて、
ＡＭＰＯＵＴの直流レベルを基準レベルにクランプす
る。そして、ＯＢクランプパルスＯＢＣＰが非アクティ
ブとなった状態でも、この直流レベルは維持され、信号
全体の基準直流レベルは、アナログデジタル変換器５の
デジタル出力において、一定の黒基準コードを出力する
位置に安定する。

【００１０】また、アナログデジタル変換器５は、上記
に示したように、アナログ信号をデジタル信号に変換す
るものである。

【００１１】なお、黒基準クランプを含むこれらの動作
の各信号の様子も図１１に示されているが、図１１で
は、説明を容易にするため、各構成要素で発生する信号
遅延などは描かれていない。そして、実際には、画素単
位で遅延が発生するため、例えば、ＯＢクランプパルス
ＯＢＣＰなどは、これらの遅延を考慮したタイミングで
設定され、あるいは、変化位置に余裕を持たせるなどの
配慮がなされる。

【００１２】上記のように、相関２重サンプリング(Ｃ
ＤＳ)は、リセットノイズ、低周波ノイズを除去する上
で、極めて有効な手段である。しかしながら、近年、Ｃ
ＣＤの画素数は多画素化の傾向が著しいにも関わらず、
現行テレビジョン(ＴＶ)規格の制約から、画像信号の読
み出し時間は現状通り維持する必要があること、画像撮
影時間の冗長化が画像撮像装置として好ましくないこと
などを主な理由として、画像読み出し時の１画素当たり
の時間は高速化する一方となっている。そこで、ＣＤＳ
を行うにあたって、ＣＣＤの出力信号であるＣＣＤＯＵ
Ｔと、このＣＣＤＯＵＴ中のフィードスルー部をサンプ
ルホールドするフィードスルークランプパルスＦＰ、及
びＣＣＤＯＵＴ中の画素信号部をサンプルホールドする
サンプルパルスＳＰとのタイミングを、結果として得ら
れる最終画質を高く維持しつつ良好な位置関係に安定さ
せることがますます困難になってきている。

【００１３】この点、例えば、特開平８−７９６３４号
公報に示された相関２重サンプリング装置が知られてい
る。この公報記載の構成は、ＣＤＳ回路に供給されるＣ
ＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)を定常的に安定させ、高画質を
維持することを図り、ＣＤＳパルスの内、サンプルパル
スＳＰの発生回路がタイミング(位相)可変機構を備え、
マイコンがこの機構を制御することにより、最適なタイ
ミングを自動で検出、設定するようになっている。

【００１４】以下、この特開平８−７９６３４号公報記
載の構成を、図１２の構成図を参照し、具体的な動作に
ついて図１３を参照して順を追って説明する。

【００１５】まず、ＣＣＤ１は、図１３(a)に示す信号
をＣＤＳ回路２に出力する。

【００１６】そして、フィードスルークランプパルス発
生回路(クランプパルス発生回路)6aは、図１３(b)に示
すように、ＣＣＤ１の出力信号中のフィードスルーレベ
ルをクランプするフィードスルークランプパルス(クラ
ンプパルス)ＦＰをＣＤＳ回路２に出力し、サンプルパ
ルス発生回路6bは、図１３(c)に示すように、ＣＣＤ１
の出力信号中の画素信号部をサンプルホールドするサン
プルパルスＳＰをＣＤＳ回路２に出力する。

【００１７】そして、ＣＤＳ回路２は、相関２重サンプ
リング処理を行い、アナログデジタル変換器(ＡＤＣ回
路)５が、ＣＤＳ回路２の出力信号のアナログデジタル
変換を行う。

【００１８】そして、アナログデジタル変換器５から出
力されたデジタル変換後の画像データは、メモリ７のア
ドレスａに記憶される。

【００１９】ここで、マイコン８は、図１３(d)に示す
ように、サンプルパルス発生回路6bに、先のパルスより
任意の位相角θ0だけ位相を進ませた位相制御設定を行
う。

【００２０】そして、再度上記の各工程が行われ、デジ
タル変換後の画像データをメモリ７のアドレスｂに記憶
する。

【００２１】ここで、マイコン８は、アドレスａとアド
レスｂとに記憶した画像データの差分をとる。そして、
この差分が予め設定された値より大きければ、アドレス
ｂの画像データをアドレスａに代入し、図１３(e)に示
すように、サンプルパルス発生回路6bに、先のパルスよ
り任意の位相角θ1だけ位相を進ませた位相制御設定を
行った上、再度上記の各工程を行い、デジタル変換後の
画像データをメモリ７のアドレスｂに記憶する。

【００２２】そして、マイコン８は、このような、サン
プルパルス位相角制御、デジタル画像データのメモリ７
への記憶、差分演算、差分判定、メモリ内データ操作、
との繰り返し動作を行い、差分が予め設定した値に収束
した時点で、この繰り返し動作を終了し、調整を終わ
る。

【００２３】このように、この特開平８−７９６３４号
公報記載の構成では、ＣＤＳ回路に供給されるＣＤＳパ
ルスの内、サンプルパルスＳＰのみを位相可変として、
マイコン、メモリなどを構成に含めた上で、自動位相位
置調整を図っている。

【００２４】また、例えば、特開平６−１０５８０７号
公報に示された電子内視鏡装置の信号処理回路が知られ
ている。この公報記載の構成は、ＣＣＤを利用した電子
内視鏡装置に関するもので、ＣＣＤ出力信号の高速化を
図るものではなく、ＣＣＤとＣＤＳ回路との間の信号経
路が著しく長く、ＣＤＳ回路に到達するＣＣＤ出力信号
に遅延が生じるなどの特殊な状況下で、ＣＤＳパルスで
あるフィードスルークランプパルスＦＰ及びサンプルパ
ルスＳＰの双方のタイミングを最適な状態に維持するこ
とを図り、これらフィードスルークランプパルスＦＰ及
びサンプルパルスＳＰの双方共に位相調整機能を持たせ
ている。

【００２５】以下、この特開平６−１０５８０７号公報
記載のフィードスルークランプパルス(クランプパルス)
ＦＰ及びサンプルパルスＳＰに関する位相調整回路の構
成を、図１４の構成図を参照して説明する。

【００２６】そして、この位相調整回路の前段には、水
平転送パルスＨ1，Ｈ2及びリセットパルスＲＰの入力か
ら、基となるパルスを生成するパルス幅処理回路が配置
されており、このパルス幅処理回路から出力されたパル
スを入力として、この位相調整回路がフィードスルーク
ランプパルスＦＰ及びサンプルパルスＳＰを生成する。

【００２７】そして、この位相調整回路は、パルス幅処
理回路から出力されたパルスが入力されるフィードスル
ークランプパルスＦＰの生成部11及びサンプルパルスＳ
Ｐの生成部12を備えている。そして、各フィードスルー
クランプパルスＦＰの生成部11は第１のインバータ14、
可変抵抗Ｒ1及びコンデンサＣ1からなり遅延回路として
動作するＲＣ回路、第２のインバータ15及びパルス増幅
素子16が直列に接続されている。また、サンプルパルス
ＳＰの生成部12も同様に、第１のインバータ17、可変抵
抗Ｒ2及びコンデンサＣ2からなり遅延回路として動作す
るＲＣ回路、第２のインバータ18及びパルス増幅素子19
が直列に接続されている。また、フィードスルークラン
プパルスＦＰの生成部11の第２のインバータ15の入力側
には、それぞれ＋５Ｖ電源及び接地間に抵抗Ｒ3，Ｒ4が
接続されている。同様に、サンプルパルスＳＰの生成部
12の第２のインバータ18の入力側には、それぞれ＋５Ｖ
電源及び接地間に抵抗Ｒ5，Ｒ6が接続されている。

【００２８】そこで、この公報記載の構成では、可変抵
抗Ｒ1及びコンデンサＣ1がフィードスルークランプパル
スＦＰの位相調整に寄与し、可変抵抗Ｒ2及びコンデン
サＣ2がサンプルパルスＳＰの位相調整に寄与する。す
なわち、各可変抵抗Ｒ1，Ｒ2の抵抗値を大きくすること
により、それぞれ位相の遅れ量を大きくし、抵抗値を小
さくすることにより、位相の遅れ量を小さくすることを
図っている。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の各構成では、撮像装置単体でＣＤＳパルスのタイミ
ングを調整する場合に使用するＣＣＤ信号出力の具体的
導出に関する構成がなく、実用上、自動調整が所望の効
果を奏しないおそれがある。

【００３０】すなわち、撮像装置単体でのタイミング調
整時にＣＣＤによる撮影信号を用いる場合、調整中に外
光の変化が生じると、ＣＣＤの出力信号の振幅に変化が
生じ、正確なタイミング位置を設定できないおそれがあ
るが、特開平８−７９６３４号公報記載の構成では、こ
の調整用のＣＣＤの出力信号をどのように安定的に得る
のかについて示されていない。

【００３１】一方、タイミングの調整用に安定したＣＣ
Ｄ出力信号を得るため、特定の安定した光源を撮影した
時の撮像素子出力信号を用いる構成は、撮像装置の製造
時には有効であるものの、既に完成し稼働している撮像
装置の単体で、温度変化などの使用環境の変化などに対
応することは実用的でない。

【００３２】また、特開平６−１０５８０７号公報に記
載されているように、図１４の構成図に示すタイミング
調整回路を用いる場合には、温度変化により、可変抵抗
Ｒ1，Ｒ2及びコンデンサＣ1，Ｃ2の回路定数が変化し、
さらに、各インバータ14，15，17，18、あるいはパルス
増幅素子16，19伝搬遅延時間の変化が累積するため、撮
像装置の使用温度環境によっては、調整したタイミング
が最適な設定から容易に大きくずれる結果となる。この
ように、タイミング調整可能としたことが原因で実用上
の画質を悪化させるおそれがあり、さらに、撮像装置単
体での自動調整の必要性が増加する。

【００３３】加えて、撮像素子の多画素化にともなう高
速駆動化にＣＤＳ回路をさらに効率よく対応させ、ＣＤ
Ｓパルスのタイミング調整後の安定度を向上させる構成
も示されていない。

【００３４】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、相関２重サンプリングを行い、撮像手段から出力
されたアナログ信号からノイズを除去して画質を向上で
きる相関２重サンプリングタイミング調整装置及び相関
２重サンプリングを利用する撮像装置を提供することを
目的とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の相関２重
サンプリングタイミング調整装置は、複数の画素を備
え、各画素について、リセット部、フィードスルー部、
及び画素信号部を有したアナログの出力信号を出力する
撮像手段と、この撮像手段の出力信号が入力される相関
２重サンプリング手段と、前記撮像手段から調整用信号
を出力させる調整用信号出力手段と、前記撮像手段にリ
セットパルスを供給するとともに、前記調整用信号が入
力された前記相関２重サンプリング手段の出力を解析
し、相関２重サンプリング手段に前記フィードスルー部
に対応するフィードスルークランプパルス及び前記画素
信号部に対応するサンプルパルスをタイミング調整可能
に供給する制御手段とを具備したものである。

【００３６】そして、この構成では、撮像手段の出力信
号が入力された相関２重サンプリング手段は、フィード
スルークランプパルスが入力された時点でフィードスル
ー部をサンプルホールドし、サンプルパルスが入力され
た時点で画素信号部をサンプルホールドし、両者を引き
算することでリセットノイズ及び低周波ノイズを除去す
る。制御手段は、調整用信号出力手段により撮像手段か
ら出力された調整用信号を用いて、フィードスルークラ
ンプパルス及びサンプルパルスを出力するタイミングを
調整することにより、安定した調整が可能になり、安定
した高品質な画像が提供される。また、調整用信号出力
手段を備えることにより、撮像手段の高画素化などに伴
う高速転送への対応が可能になる。さらに、調整用信号
出力手段を備えることにより、この相関２重サンプリン
グタイミング調整装置を備えた撮像装置の単体での調整
が可能になり、温度変化などの環境変化への対応が可能
になる。

【００３７】請求項２記載の相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置は、請求項１記載の相関２重サンプリン
グタイミング調整装置において、調整用信号出力手段
は、撮像手段を構成する撮像素子に設けられたものであ
る。

【００３８】そして、この構成では、調整用信号出力手
段を設けた撮像素子を用いることにより、撮像手段から
調整用信号を出力させる調整用信号出力手段が容易に実
現される。そして、調整用信号を出力させる画素を、有
効画素以外の部分に設けることにより、常時安定した調
整用信号の出力が可能になる。

【００３９】請求項３記載の相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置は、請求項１記載の相関２重サンプリン
グタイミング調整装置において、調整用信号出力手段
は、撮像手段を駆動する駆動手段に設けられたものであ
る。

【００４０】そして、この構成では、駆動手段の制御に
より、撮像手段から調整用信号が容易に出力され、撮像
手段から調整用信号を出力させる調整用信号出力手段が
容易に実現される。

【００４１】請求項４記載の相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置は、請求項１ないし３いずれか記載の相
関２重サンプリングタイミング調整装置において、制御
手段は、リセットパルスのパルス幅を調整するものであ
る。

【００４２】そして、この構成では、リセットパルスの
パルス幅を必要最低限に設定することにより、フィード
スルー部の幅を最大限に確保し、フィードスルークラン
プパルスのタイミング調整の自由度が高く、撮像手段の
高速駆動が容易になる。

【００４３】請求項５記載の相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置は、請求項１ないし４いずれか記載の相
関２重サンプリングタイミング調整装置において、制御
手段は、フィードスルークランプパルス及びサンプルパ
ルスのタイミングを変化させ、ノイズ量が小さい状態に
フィードスルークランプパルス及びサンプルパルスのタ
イミングを設定するものである。

【００４４】そして、この構成では、ノイズ量を抑制
し、高品質な画像が提供される。

【００４５】請求項６記載の相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置は、請求項１ないし５いずれか記載の相
関２重サンプリングタイミング調整装置において、制御
手段は、相関２重サンプリング手段の出力を記憶する記
憶手段と、この記憶手段に記憶されたデータを解析する
演算処理装置とを備えたものである。

【００４６】そして、この構成では、この相関２重サン
プリングタイミング調整装置を備えた撮像装置につい
て、単独で、自動的に調整作業を行うことが可能にな
る。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の相関２重サンプリ
ングタイミング調整装置の第１の実施の形態を図１ない
し図７を参照して説明する。

【００４８】図１において、21は撮像装置で、この撮像
装置21は、例えば、デジタルビデオカメラ、デジタルス
チルカメラなどであり、相関２重サンプリングタイミン
グ調整装置22を備えている。そして、この相関２重サン
プリングタイミング調整装置22は、調整用信号出力手段
を兼ねた撮像手段としてのセンサであるＣＣＤ(電荷結
合デバイス)24、相関２重サンプリング(以下、ＣＤＳと
称する)を行い、ＣＣＤ24のアナログ画像出力信号中に
含まれるリセットノイズ及び低周波ノイズを除去する相
関２重サンプリング手段としてのＣＤＳ回路25、増幅器
(ＡＭＰ)26、黒基準のクランプ回路27、アナログデジタ
ル変換器(Ａ／Ｄ)28、及び制御手段30を備えている。ま
た、この制御手段30は、記憶手段としてのＲＡＭ(ラン
ダムアクセスメモリ)などのメモリ32、演算処理装置とし
てのＣＰＵなどを備えたマイコン33、駆動手段としての
ＣＣＤ駆動回路35、リセットパルス発生回路36、ＣＤＳ
パルスを構成するフィードスルークランプパルスＦＰを
供給するフィードスルークランプパルス発生回路37、Ｃ
ＤＳパルスを構成するサンプルパルスＳＰを供給するサ
ンプルパルス発生回路38を備えている。

【００４９】さらに、図示しないが、この撮像装置21
は、筐体を備え、この筐体に、上記の相関２重サンプリ
ングタイミング調整装置22を構成する各構成要素の他、
画像を記憶する記憶媒体、この記憶媒体に画像を書込読
み出しする書込読出手段、画像を表示する表示手段、操
作者の操作用の操作手段、電源装置などが備えられてい
る。

【００５０】そして、ＣＣＤ24は、撮像素子である固体
撮像素子で、いわゆるＣＣＤ型固体撮像素子であり、画
素が２次元状に配置された２次元ＣＣＤを構成してい
る。そして、このＣＣＤ24は、調整用信号出力機能を有
し、マイコン33からの指示である制御信号Ａ1により、
一般的な撮像動作を行いすなわち通常動作による撮影画
像信号を出力する一般撮像モードと、調整用信号(ＣＤ
Ｓパルス調整用信号)を出力する調整モードとに動作が
切り替えられる。すなわち、ＣＣＤ24は、一般撮像モー
ドでは、ＣＣＤ駆動回路35が生成する駆動信号である水
平画素転送を行うための水平転送パルス(水平駆動パル
ス)Ｈ1，Ｈ2及び垂直電荷転送を行うための複数の垂直
駆動パルス群Ｖが入力され、垂直電荷転送、水平電荷転
送を組み合わせることにより、画素信号電荷が１画素毎
に順次出力段に導かれる。そして、ＣＣＤ24の内部の出
力段では、フローティングディフュージョンアンプによ
り、電荷の状態の各画素信号が電圧信号に変換される。
すなわち、このフローティングディフュージョンアンプ
では、順次転送されてくる信号電荷を、水平転送パルス
Ｈ1，Ｈ2による充電と、リセットパルス発生回路36が出
力するリセットパルスＲＰによるリセット(放電)を繰り
返して電圧信号に変換し、さらにバッファとしてのＭＯ
Ｓアンプを介して、電圧出力信号ＣＣＤＯＵＴとして出
力する。

【００５１】すなわち、このＣＣＤＯＵＴの波形は、図
２に示すように、水平転送パルスＨ1，Ｈ2による信号電
荷充電の結果の画素信号部Ｃv、リセットパルスＲＰに
よる信号電荷放電の結果のリセット部Ｃr、及び、リセ
ットから次の信号電荷充電までの間にリセットノイズを
含んだ状態で安定し、その後充電される画素信号の基準
となるフィードスルー部Ｃfなどにより構成されてい
る。さらに、これら画素信号部Ｃv、リセット部Ｃr、及
びフィードスルー部Ｃfで構成される各画素の信号は、
時系列で連続している。

【００５２】また、ＣＤＳ回路(相関２重サンプリング
回路)25は、ＣＣＤＯＵＴに混合されているノイズの除
去を目的とした回路であり、電圧変換されたＣＣＤ24の
出力信号であるＣＣＤＯＵＴ中のフィードスルー部Ｃf
を、フィードスルークランプパルスＦＰでサンプルホー
ルドし、画素信号部をサンプルパルスＳＰでサンプルホ
ールドして、両者を引き算することでリセットノイズを
除去し、同時に低周波ノイズも除去するようになってい
る。なお、ＣＣＤ24の出力信号であるＣＣＤＯＵＴは、
画像信号に比例して負の方向に振幅が大きくなる形態を
とるが、ＣＤＳ回路25の出力信号であるＣＤＳＯＵＴで
は正負が反転されている。

【００５３】そして、増幅器(ＡＭＰ)26は、ＣＤＳ回路
25の出力信号であるＣＤＳＯＵＴを適切に増幅する増幅
回路である。

【００５４】さらに、黒基準のクランプ回路27は、後段
のアナログデジタル変換器(Ａ／Ｄ)28において、画像信
号の黒レベルを基準のデジタルコード値に安定させるた
めに、増幅器26の出力信号であるＡＭＰＯＵＴを黒基準
画素出力期間及びＯＢクランプパルスＯＢＣＰを基に基
準直流レベルにクランプするクランプ回路である。すな
わち、ＯＢクランプパルスＯＢＣＰは、ＣＣＤ24が遮光
された画素信号などの黒基準信号を出力するタイミング
でアクティブとなるものであり、クランプ回路27は、Ｃ
ＣＤ駆動回路35が出力するこのＯＢクランプパルスＯＢ
ＣＰを受けて、ＡＭＰＯＵＴの直流レベルを基準レベル
にクランプする。そして、ＯＢクランプパルスＯＢＣＰ
が非アクティブとなった状態でも、この直流レベルは維
持され、信号全体の基準直流レベルは、アナログデジタ
ル変換器28のデジタル出力において、一定の黒基準コー
ドを出力する位置に安定する。

【００５５】また、アナログデジタル変換器28は、アナ
ログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコ
ンバータであり、クランプ回路27の出力信号であるＣＬ
ＰＯＵＴをデジタル信号であるＡＤＯＵＴに変換する。

【００５６】さらに、メモリ32は、ＡＤＯＵＴをすなわ
ちデジタル化された画像信号を一時保存するためのメモ
リであり、通常動作時には、画像信号の信号処理、ある
いは図示しない画像表示手段用のいわゆるビデオメモリ
などに利用される。

【００５７】また、マイコン33は、メモリ32に保存され
た画像信号などのデータを解析し、判断して、画像撮影
及びＣＤＳ調整を含む動作を制御するマイクロプロセッ
サであり、ＣＣＤ24を制御する制御信号Ａ1の他、ＣＣ
Ｄ駆動回路35を制御する制御信号Ａ2、リセットパルス
発生回路36を制御する制御信号Ａ3、フィードスルーク
ランプパルス発生回路37を制御する制御信号Ａ4、及び
サンプルパルス発生回路38を制御する制御信号Ａ5を生
成出力する。

【００５８】そして、ＣＣＤ駆動回路35は、上記のよう
に、ＣＣＤ24を駆動するための駆動信号(水平転送パル
ス(水平駆動パルス)Ｈ1，Ｈ2及び垂直駆動パルス群
Ｖ)、及びＯＢクランプパルスＯＢＣＰを生成出力する
他、リセットパルス発生回路36に供給する同期信号iR
P、フィードスルークランプパルス発生回路37に供給す
る同期信号iFP、及びサンプルパルス発生回路38に供給
する同期信号iSPを生成出力する。

【００５９】また、フィードスルークランプパルス発生
回路37は、ＣＣＤ駆動回路35の同期信号iFPと同期し
て、ＣＤＳパルスを構成するフィードスルークランプパ
ルスＦＰを生成出力するとともに、マイコン33の制御信
号Ａ4の指示により、フィードスルークランプパルスＦ
Ｐを出力するタイミング位置を変化させる機能を有して
いる。

【００６０】そして、サンプルパルス発生回路38は、Ｃ
ＣＤ駆動回路35の同期信号iSPと同期して、ＣＤＳパル
スを構成するサンプルパルスＳＰを生成出力するととも
に、マイコン33の制御信号Ａ5の指示により、サンプル
パルスＳＰを出力するタイミング位置を変化させる機能
を有している。

【００６１】さらに、リセットパルス発生回路36は、Ｃ
ＣＤ駆動回路35の同期信号iRPと同期して、ＣＣＤ24内
部のフローティングディフュージョンアンプをリセット
するリセットパルスＲＰを生成出力するとともに、マイ
コン33の制御信号Ａ3の指示により、出力するリセット
パルスＲＰのパルス幅を変化させる機能を有している。

【００６２】このようにして、この撮像装置21の通常動
作時の撮像動作は、図１０及び図１１に示す構成と同様
に行われる。さらに、この構成では、メモリ32により、
画像信号の処理あるいは表示手段への表示が行われる。

【００６３】次に、本実施の形態の相関２重サンプリン
グタイミング調整装置22の動作を説明する。

【００６４】すなわち、この相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置22は、ＣＣＤ24から出力される調整用出
力信号を利用し、ＣＤＳパルスを構成するフィードスル
ークランプパルスＦＰ及びサンプルパルスＳＰのタイミ
ング位置調整と、リセットパルスＲＰのパルス幅を調整
する。そして、一連の動作は、フィードスルークランプ
パルスＦＰを予め決められたタイミング位置に固定し、
このフィードスルークランプパルスＦＰに対して、サン
プルパルスＳＰのタイミング位置を画素単位で周期性を
有する調整用出力信号の１画素分の範囲で微小時間ずつ
移動操作させつつデジタルデータ化された画像信号を記
録することにより、ＣＤＳ回路25が実際に受ける調整用
画像信号の信号波形の全体像を把握し、フィードスルー
クランプパルスＦＰ及びサンプルパルスＳＰのタイミン
グ位置を決定する。この後、リセットパルスＲＰのパル
ス幅を、予め設定された初期パルス幅から微小時間ずつ
細くしつつ、同様に特定部分の画像データを記録するこ
とにより、適切なリセットパルスＲＰのパルス幅を決定
するものである。

【００６５】さらに、フィードスルークランプパルスＦ
Ｐ及びサンプルパルスＳＰのタイミング調整手段を概説
すれば、まず、撮像素子から安定した調整用信号である
撮像素子出力信号を出力させ、以下の調整動作の過程に
おいて撮像素子にこの調整用信号を出力させる。そし
て、フィードスルークランプパルスＦＰ及びサンプルパ
ルスＳＰを撮像素子出力信号の予め決められた調整初期
タイミング位置になるように設定する。次いで、i)調整
用の撮像素子出力信号に対し、ＣＤＳ、増幅、黒基準ク
ランプ、アナログデジタル変換を行った結果のデータを
メモリに保存する。ii)サンプルパルスＳＰを直前のタ
イミング位置から遅延方向すなわち撮像素子出力信号の
画素信号部方向に僅かに位置を変える。このi)，ii)の
工程を繰り返し、サンプルパルスＳＰのタイミング位置
を調整初期タイミング位置から遅延方向にずらしつつデ
ータを取得し、集められたデータから信号波形形状の全
体像を把握する。そして、得られた信号波形形状から最
適なフィードスルークランプパルスＦＰのタイミング位
置及びサンプルパルスＳＰのタイミング位置を求め、各
ＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)をそれぞれのタイミング位置
に設定する。そして、これら一連の動作により、ＣＤＳ
回路の内部遅延をも含め、ＣＤＳ回路がＣＤＳパルス
(ＦＰ，ＳＰ)で実際にサンプリングする撮像素子の出力
波形の全体像を正確につかむことができ、十分な余裕度
を考慮した上で極めて正確にＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)
のタイミング位置を調整できるものである。

【００６６】また、リセットパルスＲＰのパルス幅の調
整手段を概説すれば、上記のＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)
のタイミング調整に加え、リセットパルスＲＰのパルス
幅可変の手段により、以下の手順でリセットパルスＲＰ
のパルス幅を最適化し、フィードスルークランプパルス
ＦＰの調整の余裕度を広げ、調整後の安定度を向上させ
るものである。すなわち、まず、撮像素子から安定した
調整用信号を出力させる。そして、リセットパルスＲＰ
のパルス幅を決められた調整初期の幅に設定する。次い
で、i)調整用信号が出力される画素から調整用信号が出
力されない画素への変化点の、本来画素信号が出力され
ない側の境界画素の画素信号をＣＤＳ、増幅、黒基準ク
ランプ、アナログデジタル変換を行った結果のデータを
メモリに保存する。ii)リセットパルスＲＰのパルス幅
を直前の状態から微小時間分細くする。そして、この
i)，ii)の工程を繰り返してデータを取得し、集められ
たデータからフローティングディフュージョンアンプの
リセット動作が安定して動作する条件でかつ最も細いパ
ルス幅となるパルス幅にリセットパルスＲＰを設定して
調整を終わる。すなわち、リセットパルスＲＰのパルス
幅が十分でないと、フローティングディフュージョンア
ンプのリセット動作が正しく行われず、画素電荷の混合
(画素電荷混合)が起こるが、上記の境界画素のＣＤＳ、
増幅、黒基準クランプ、アナログデジタル変換の結果の
データの解析により、リセットパルスＲＰのパルス幅と
画素電荷混合、すなわちリセット動作との関係を正確に
知ることができる。さらに、画素電荷混合の起こらない
最小のリセットパルスＲＰのパルス幅に適度な余裕を与
えて、必要最小限のリセットパルスＲＰを決定すること
により、ＣＤＳ動作の内、撮像素子出力信号のフィード
スルー部に対するフィードスルークランプパルスＦＰの
タイミング位置の余裕度をさらに大きくし、これら一連
のＣＤＳに絡む調整動作後の温度変化などの環境変化に
対する耐性をさらに向上できる。

【００６７】次に、ＣＤＳパルスの調整手順の詳細を説
明する。

【００６８】まず、マイコン33の指示により、ＣＣＤ24
は、通常動作時の画像信号の出力状態から、調整用信号
の出力状態に切り替わる。この調整用信号の信号波形で
は、図２の波形図に示すように、本来黒基準画素が出力
される部分が一定の直流値Ｂに置き換えられている。そ
こで、以後の調整動作の過程で、ＣＤＳパルスのサンプ
ルパルスＳＰのタイミング位置を様々な位置に移動させ
ても、黒基準画素部は一定の直流電圧となっているた
め、フィードスルークランプパルスＦＰ及びサンプルパ
ルスＳＰの位置関係に影響することなく、黒基準クラン
プの対象部において、常に振幅がゼロとなるＣＤＳ出力
を得られ、本来のタイミング位置とは異なる特殊なフィ
ードスルークランプパルスＦＰ及びサンプルパルスＳＰ
のタイミング位置にも関わらず、黒基準のクランプ動作
を正しく行うことができるようになっている。

【００６９】次に、マイコン33は、フィードスルークラ
ンプパルス発生回路37及びサンプルパルス発生回路38を
制御し、フィードスルークランプパルスＦＰ及びサンプ
ルパルスＳＰを調整初期位置(図３中のFP0，SP0)に設定
する。この状態から、マイコン33は、ＣＤＳ回路25、増
幅器26、黒基準のクランプ回路27を介してアナログデジ
タル変換器(Ａ／Ｄ)28から出力されたデジタル信号デー
タをメモリに32に記録しつつ、微小時間ずつサンプルパ
ルスＳＰのタイミング位置をSP1，SP2・・・SPi・・・S
Pnとずらし、１画素分の範囲を走査し、(ｎ＋１)個のデ
ータを記録する。

【００７０】そして、この１画素分の範囲の走査が終了
すると、マイコン33は、メモリに32に記録された結果デ
ータを解析する。ここで、サンプルパルスＳＰの走査位
置と記録された結果データとの関係は、図４(b)に示す
グラフＤを描き、このグラフＤの形状は、図４(a)に示
すＣＤＳ回路25が受ける信号形状そのものを示してい
る。すなわち、図４(b)に示すグラフＤは、左側から、
リセット部の右淵、フィードスルー部、画素信号部に対
応する。

【００７１】なお、メモリ32に記録されている走査の結
果データから図４(b)に示す形のグラフＤを作製するに
あたり、各サンプルパルスＳＰのタイミング位置につい
て、それぞれ複数の画素データの平均値を用いるように
すると、リセットノイズ及びその他のノイズの影響を軽
減することができる。

【００７２】そして、この結果データのグラフＤを、サ
ンプルパルスＳＰの位置で一次微分すると、図４(c)に
示す形のグラフＥが得られる。そして、マイコン33は、
この図４(c)に示すグラフＥにおいて、原点側で微分値
が最初に谷になる領域Ａの内で最もゼロに近くなる点を
FP位置(図４(c)におけるFPa)とし、次に谷になる領域Ｂ
の内で最もゼロに近くなる点をSP位置(図４(c)における
SPa)とし、ＣＤＳパルスを構成するフィードスルークラ
ンプパルスＦＰ及びサンプルパルスＳＰの位置をそれぞ
れ決定する。

【００７３】このように、フィードスルークランプパル
スＦＰ及びサンプルパルスＳＰのタイミング位置を決定
した後、マイコン33は、リセットパルスＲＰのパルス幅
を決定する。すなわち、マイコン33は、リセットパルス
発生回路36を制御し、図５に示すように、リセットパル
スＲＰを調整初期位置(図５中のRP0)に設定する。この
状態から、マイコン33は、ＣＤＳ回路25、増幅器26、黒
基準のクランプ回路27を介してアナログデジタル変換器
(Ａ／Ｄ)28から出力されたデジタル信号データをメモリ
に32に記録しつつ、予め設定された幅(太さ)RPnになる
まで微小時間ずつパルス幅を小さくし、すなわち、パル
スを立ち上げるタイミング位置は固定した状態でリセッ
トパルスＲＰのパルス幅をRP1，RP2・・・RPnと順次小
さくし、(ｎ＋１)個のデータを記録する。

【００７４】そして、このリセットパルスＲＰのパルス
幅のシフト動作が終了すると、マイコン33は、メモリに
32に記録された結果データを解析する。ここでは、マイ
コン33は、リセットパルスＲＰのパルス幅とフローティ
ングディフュージョンアンプのリセット動作状況との関
係の指標として、フローティングディフュージョンアン
プに最後に電荷が充電された出力画素信号と水平転送の
空送りなどで、電荷充電がなされなかった出力画素信号
との境界部の、電荷充電がなされなかった側の出力画素
信号に着目する。すなわち、リセットパルスＲＰのパル
ス幅が十分であれば、フローティングディフュージョン
アンプのリセットすなわち放電は正常に行われるため、
１段前の画素の信号電荷は完全に放電される。一方、リ
セットパルスＲＰのパルス幅が細すぎて十分ではない
と、放電動作が完全には行われず、１段前の画素の信号
電荷の放電されずに残された分と、次の画素の信号電荷
とが混合されることになる。そこで、１段前の画素には
信号電荷があり、次の画素が水平転送空送り部や遮光画
素などで信号電荷がゼロであったとすると、その部分の
出力画素信号を観察することで、１画素前の信号電荷の
放電残量が分かり、リセット動作の確実性を判断でき
る。例えば、図６(a)に示す波形図は、十分なパルス幅
のリセットパルスＲＰを与えた場合であり、水平転送空
送り出力部を観察することにより、放電動作が行われた
ことが分かる。図６(b)に示す波形図は、リセットパル
スＲＰのパルス幅が不足した場合であり、水平転送空送
り出力部を観察することにより、放電動作が不完全であ
ることが分かる。

【００７５】そして、リセットパルスＲＰのパルス幅
と、図６中の水平転送空送り出力部のＡ部分の出力との
関係は、図７に示すグラフＧとなる。なお、メモリ32に
記録されているデータから、図７に示す形のデータを導
出するにあたり、各リセットパルスＲＰのパルス幅につ
いて、それぞれ複数の図６のＡ部分の出力データの平均
を用いるようにすると、より正確性が増す。そして、図
７のグラフＧから、データが最初にゼロで無くなる点RP
kを求め、そこから予め余裕度として決められていた時
間Δtだけ太い側にシフトさせた点RPaを最終的なリセッ
トパルスＲＰのパルス幅として決定する。

【００７６】このように、本実施の形態では、相関２重
サンプリングを行う相関２重サンプリングタイミング調
整装置及び相関２重サンプリングを利用する撮像手段を
搭載した撮像装置に関し、ＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)の
タイミング及びリセットパルスＲＰの幅を調整可能と
し、撮像素子からそれらの調整用信号を出力することに
より、正確にＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)のタイミング位
置を調整でき、高品質な画像を提供でき、さらに、撮像
手段の高画素化などに伴う高速転送化において重要な技
術を提供できる。

【００７７】すなわち、本実施の形態では、相関２重サ
ンプリングタイミング調整装置22において、フィードス
ルークランプパルスＦＰ及びサンプルパルスＳＰのタイ
ミング調整手段の調整動作の過程において、撮像素子で
あるＣＣＤ24から安定した調整用信号を出力させること
により、ＣＤＳ回路25の内部遅延をも含めて、ＣＤＳ回
路25がＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)で実際にサンプリング
するＣＣＤ24の出力波形の全体像を正確に把握すること
ができ、十分な余裕度を考慮した上で極めて正確にＣＤ
Ｓパルス(ＦＰ，ＳＰ)のタイミング位置を調整できる。

【００７８】また、本実施の形態では、オシロスコープ
などの外部機器を用いる場合よりも、正確な調整が可能
になる。すなわち、ＣＤＳ回路25に入力されるＣＣＤ24
の出力信号ＣＣＤＯＵＴやＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)を
オシロスコープのプローブに接続すると、このプローブ
自体の等価容量の影響で、プローブが接触していない本
来の状態とは異なる波形が観測されてしまう。さらに、
プローブによる遅延も存在することから、正確なタイミ
ングの相互関係を知ることができなくなる。また、ＣＤ
Ｓ回路25が集積回路である場合には、集積回路の内部に
含まれるＣＤＳ回路25の入力部にプローブを接触させこ
のＣＤＳ回路25を直接観測することは困難である。この
点、本実施の形態によれば、ＣＤＳ回路25が実際にＣＤ
Ｓパルス(ＦＰ，ＳＰ)でサンプリングする信号波形の全
体像を明示的に知ることができるため、ＣＤＳパルス
(ＦＰ，ＳＰ)のタイミング位置を極めて正確に求めるこ
とができる。

【００７９】また、ＣＣＤ24の出力信号の波形の内、フ
ィードスルー部Ｃfは、画像信号部(信号サンプル部)Ｃv
に比べて、もともとリセットパルスＲＰが存在する分、
時間幅が小さく、信号の高速駆動化が進むにつれてタイ
ミング位置の余裕度(自由度)の減少が深刻な問題とな
る。そして、正しくフィードスルークランプが行われな
いと、リセットノイズや低周波ノイズが除去しきれず、
画質低下の原因になる。この点、本実施の形態では、リ
セットパルス幅調整手段を備え、すなわち、リセットパ
ルスＲＰのパルス幅を調整可能な構成とし、ＣＤＳパル
ス(ＦＰ，ＳＰ)のタイミング調整に、リセットパルスＲ
Ｐのパルス幅の調整を組み入れ、高速駆動時などには、
リセットパルスＲＰのパルス幅を必要最小限に調整、す
なわち最適化することにより、フィードスルー部Ｃfの
直流レベルの幅を極力大きく確保し、フィードスルーク
ランプパルスＦＰのタイミング調整の余裕度(自由度)を
より広く確保でき、ＣＤＳタイミング調整後の安定性を
さらに向上できるとともに、ＣＣＤ24の高画素化などに
伴う高速転送化、すなわち高速駆動にも対応することが
できる。

【００８０】そして、このように撮像素子であるＣＣＤ
24から安定した調整用信号を得られる相関２重サンプリ
ングタイミング調整装置22を備えた撮像装置21につい
て、さらに、マイコン33及びメモリ32を備えることによ
り、この撮像装置21の単体で、自動的にＣＤＳタイミン
グに関する調整を行うことができる。すなわち、マイコ
ン33により、ＣＣＤ24への調整用信号出力指示、フィー
ドスルークランプパルスＦＰ及びサンプルパルスＳＰの
タイミング制御指示、リセットパルスＲＰのパルス幅制
御指示、メモリ32に記録された結果データの解析による
各パルスの最終調整値決定など、タイミング調整時に必
要な各部の制御、結果の判定、及び最終調整値の決定を
全てマイコン33が自動で行うことにより、本実施の形態
の相関２重サンプリングタイミング調整装置22を組み込
んだあらゆる撮像装置21は、いかなる時も装置単体でＣ
ＤＳに関する調整を行うことが可能になり、例えば、温
度変化などの環境変化に対応して最適に調整された状態
を維持でき、撮像装置21の使用環境の範囲を拡大できる
とともに、稼働品質を安定させることができる。また、
メモリ32は、マイコン33が調整の途中過程から最終調整
値を判断する過程で調整に必要な画像データを一次記憶
する媒体として使用される。

【００８１】なお、上記の実施の形態では、調整用信号
生成手段としては、撮像素子であるＣＣＤ24に調整用信
号出力機能を持たせたが、この構成としては、例えば、
ＣＣＤ24の有効画素(受光画素)の周辺部遮光画素部に極
端に大きな暗電流を発生する、あるいは、何らかの手段
により擬似信号電荷を発生する画素を設け、この画素
に、通常の駆動状態において、撮影光に関わらず安定し
た調整用信号を出力させる構成とすることができる。例
えば、有効画素の周辺部に暗黒条件においても常に信号
電荷供給のある状態の画素列を設けて、安定した調整用
画素出力信号を得ることができる。また、撮像素子であ
るＣＣＤ24に調整用信号出力機能を持たせる構成として
は、例えば、調整用信号の出力時にフローティングディ
フュージョンアンプに別経路で安定した調整用信号電荷
を供給する手段を設けることもできる。また、例えば、
出力信号の黒基準画素出力部を一定直流値に切り替える
機能を設けることもでき、この構成では、タイミング位
置調整時にＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)のタイミング位置
を移動しても、黒基準を常にゼロに保つことができる。
さらに、撮像素子に調整用信号出力機能を持たせた構成
では、調整用の画素列に素子構造により遮光させること
により、シャッタなどの外的な遮光手段の状況によら
ず、常に安定した調整用出力信号を得ることができる。

【００８２】また、調整用信号生成手段としては、撮像
素子であるＣＣＤ24に調整用信号出力機能を持たせる
他、既存の撮像素子であるＣＣＤを用いて、この撮像素
子の駆動条件、バイアス状況を変化させて、調整用信号
を生成することもできる。すなわち、調整時に、既存の
撮像素子の駆動条件や内部バイアス状況を意図的に通常
動作とは異なる状況に設定して、画素内に擬似信号電荷
を発生させ、撮像素子出力を安定した調整用信号(パル
スタイミング調整用信号)として用いることができる。
例えば、ＣＣＤ型固体撮像素子において、ＳＵＢバイア
ス電圧を極端に下げて意図的に注入電荷をフォトダイオ
ード内に蓄積させ、その後、溜められた電荷を読み出し
て、調整用信号として利用することができる。また、必
要に応じて、注入電荷量が一定レベルになるまで電荷蓄
積時間も通常とは異なる設定とすることができる。ま
た、この他に、既存の撮像素子を用いる構成としては、
例えば、撮像素子に供給する電源電圧、あるいは各種駆
動パルスなどの駆動条件を通常とは異なる状態に変更す
ることにより、暗電流などを意図的に極端に増加させる
などして、擬似信号を生成することもできる。また、既
存の撮像素子を用いる構成では、調整時に撮像素子を外
部手段で遮光することにより、外光によらず常に安定し
た調整用信号を得ることができる。

【００８３】また、上記の実施の形態では、ＣＤＳパル
スについて、フィードスルークランプパルスＦＰに対し
てサンプルパルスＳＰのタイミング位置をシフトして調
整したが、この構成に限られず、例えば、リセットパル
スＲＰに対して、フィードスルークランプパルスＦＰ及
びサンプルパルスＳＰの双方を個別にシフトしてタイミ
ング調整可能とすることもできる。

【００８４】次に、第２の実施の形態を図８及び図９を
参照して説明する。

【００８５】なお、図１などに示す構成と同様の部分は
同一の符号を付して説明を省略する。

【００８６】そして、本実施の形態は、既存の撮像素子
から調整用信号を出力させる構成であり、撮像手段とし
てのＣＣＤ24は、一般的な既存のＣＣＤ型固体撮像素子
である。

【００８７】また、リセットパルス発生回路36は、ＣＣ
Ｄ駆動回路35と同期して、ＣＣＤ24内部のフローティン
グディフュージョンアンプをリセットするリセットパル
スＲＰを生成出力するとともに、マイコン33の指示によ
り、リセットパルスＲＰのパルス幅を変化させる機能
と、ＣＣＤ24が本来黒基準画素を出力する部分において
リセットパルスＲＰを高レベル状態に維持し続ける出力
形態に切り替わる機能とを有している。

【００８８】また、図８に示された水平転送パルス発生
回路51は、ＣＣＤ駆動回路35と同期して、第１の実施の
形態の図１ではＣＣＤ駆動回路35が出力していたＣＣＤ
24の駆動信号の内、水平転送パルスＨ1，Ｈ2を生成出力
するとともに、マイコン33の指示により、ＣＣＤ24が本
来、黒基準画素を出力する部分において、Ｈ1を高レベ
ル状態、Ｈ2を低レベル状態に維持し続ける出力形態に
切り替わる機能を有している。

【００８９】また、図８に示されたＳＵＢバイアス発生
回路53は、マイコン33の指示により、ＣＣＤ24の内部Ｓ
ＵＢバイアス電圧を外部から特定の電圧値に切り替える
機能を有している。

【００９０】さらに、図８に示された遮光手段55は、Ｃ
ＣＤ24の撮像面を外光から遮光する機械的遮光手段であ
り、例えば、マイコン33により開閉が制御されるメカニ
カルシャッタである。なお、この遮光手段55について
は、電子スチルカメラなどの撮像装置21で高精細な静止
画像を得る目的でほとんどの製品に採用されているメカ
ニカルシャッタを利用し、あるいは、メカニカルシャッ
タを用いない構成などでは、撮影レンズの保護や撮像素
子のカラーフィルタの退職防止などの目的で多くの撮像
装置に採用されているレンズバリアを用いることもでき
る。さらに、この遮光手段55は、これらメカニカルシャ
ッタ及びレンズバリアを含みあらゆる遮光手段を含むも
のであり、開閉動作も必ずしもマイコン33が制御する必
要はなく、撮像装置21の使用者が手動で開閉する構成と
することもできる。但し、遮光手段55の開閉を手動で行
う構成では、調整動作に先立って事前に使用者の手によ
り遮光手段55が閉じられている必要がある。

【００９１】そして、これら上記の構成の他は、第１の
実施の形態と同様であり、これら構成要素は、通常動作
時には、図１０及び図１１に示す構成と同様に動作す
る。但し、遮光手段55がメカニカルシャッタや自動開閉
機構付きのレンズバリアの場合には、撮影動作におい
て、マイコン33による遮光手段35の開閉制御が行われ
る。各部の信号の流れ及び動作については第１の実施の
形態と同様である。

【００９２】次に、ＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)のタイミ
ング位置調整及びリセットパルスＲＰのパルス幅調整動
作について図８及び図９を参照して説明する。この第２
の実施の形態の基本的な動作手順は、第１の実施の形態
の動作手順と類似するが、ＣＣＤ24から調整用信号出力
を得る部分の手順が異なっている。

【００９３】そして、ＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)のタイ
ミング位置調整の詳細を説明すると、まず、調整に先立
ち、マイコン33は、ＳＵＢバイアス発生回路53を制御
し、ＣＣＤ24に与えるＳＵＢバイアス電圧を通常動作電
圧よりも低い電圧に変更する。そして、ＳＵＢバイアス
電圧が極端に低くなると、ＣＣＤ24内のＳＵＢ基板から
ＣＣＤ24の各画素部に電荷が注入される。通常動作時に
は、この電荷が撮影信号電荷と混合されると画像再現と
しては好ましくないため、ＳＵＢ基板には適切なバイア
ス電圧が与えられている。これに対して、本実施の形態
では、上記のように、ＳＵＢバイアスを通常とは異なる
状態として、意図的に画素に注入された電荷を、ＣＤＳ
パルス(ＦＰ，ＳＰ)のタイミング位置調整の調整用信号
源として用いるものである。なお、適度な量の注入電荷
を得るために、必要に応じてマイコン33はＣＣＤ駆動回
路35を制御して、ＣＣＤ24の電荷蓄積時間も制御する。

【００９４】そして、このような調整時には、ＣＣＤ24
の全ての画素に電荷が注入されるため、ＣＣＤ24からの
出力は、図９(a)に示す通常動作状態の出力波形に対
し、図９(b)に示すように、本来黒基準画素を出力する
黒基準画素出力部にも信号電圧が発生している。

【００９５】次に、マイコン33は、図９(c)に示すよう
に、水平転送パルス発生回路51のパルス出力である水平
転送パルスＨ1，Ｈ2について、ＣＣＤ24の信号出力の黒
基準画素出力部において、Ｈ1は高レベルを維持、Ｈ2は
低レベルを維持する出力形態に変更する指示を出す。

【００９６】さらに、マイコン33は、リセットパルス発
生回路36のパルス出力であるリセットパルスＲＰが、Ｃ
ＣＤ24の信号出力の黒基準画素出力部において、高レベ
ルを維持する出力形態に変更する指示を出す。

【００９７】なお、これら水平転送パルスＨ1，Ｈ2及び
リセットパルスＲＰの出力形態の通常動作時との相違は
図９の(a)と(c)とを比較すると分かりやすい。

【００９８】そして、このような調整の結果、ＣＣＤ24
の信号出力の信号波形は、図９(c)に示すように、第１
の実施の形態の図２に示した調整用波形信号と等価な形
状になる。そこで、以降は、この図９(c)に示す信号波
形を調整用信号波形として、第１の実施の形態と同様
に、ＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)のタイミング位置調整及
びリセットパルスＲＰのパルス幅調整ができ、第１の実
施の形態と同様に、撮像素子からそれらの調整用信号を
出力することにより、正確にＣＤＳパルス(ＦＰ，ＳＰ)
のタイミング位置を調整でき、高品質な画像を提供でき
るとともに、撮像手段の高画素化などに伴う高速転送化
に対応できる。

【００９９】さらに、この第２の実施の形態では、撮像
手段として一般的な既存のＣＣＤ型固体撮像素子である
ＣＣＤ24を用いることが可能であり、製造コストの低減
が容易になる。

【０１００】また、調整手法をさらに発展させると、新
たな部品あるいは装置を追加することなく、上記のＣＤ
Ｓパルス(ＦＰ，ＳＰ)の位置調整に加え、撮像装置の提
供する画像の画質に直接的に最も影響のある、画像信号
のＳ／Ｎに着目したさらに高精度な調整が可能になる。
また、このようなＳ／Ｎを考慮したより高精度な調整に
ついても、マイコン及びメモリを備えることにより、装
置単体で自発的に実行することができる。

【０１０１】次に、第３の実施の形態を説明する。

【０１０２】この第３の実施の形態は、ＣＤＳパルス
(ＦＰ，ＳＰ)のタイミング位置調整の指標として、Ｓ／
Ｎを利用し、さらに詳細な調整を行うもので、構成は図
１及び図８に準じるものである。

【０１０３】すなわち、この構成では、事前に、第１あ
るいは第２の実施の形態の構成により、ＣＤＳパルス
(ＦＰ，ＳＰ)のタイミング位置及びリセットパルスＲＰ
のパルス幅の調整を行い、この調整位置を第１の調整位
置とする。そして、この第３の実施の形態では、さらに
より確実に高画質を得るために、得られたデジタル信号
のノイズ量を調整の指標として、より高精度な第２の調
整を行うことを目的とする。

【０１０４】そして、この構成を概説すれば、第１ある
いは第２の実施の形態の動作で決定されたリセットパル
スＲＰの位置を第１の調整位置に固定する一方、ＣＤＳ
パルスを構成するフィードスルークランプパルスＦＰ及
びサンプルパルスＳＰについては、第１の調整位置か
ら、この第１の調整位置の前後を含む複数の位置へずら
し、ノイズの状況を比較し、最もノイズの少ないタイミ
ング位置にフィードスルークランプパルスＦＰ及びサン
プルパルスＳＰのタイミング位置を決定するものであ
る。

【０１０５】以下、この第３の実施の形態の手順を詳細
に説明する。

【０１０６】フィードスルークランプパルスＦＰ及びサ
ンプルパルスＳＰの第１の調整位置をそれぞれＦＰ00、
ＳＰ00とする。そしてこれら第１の調整位置ＦＰ00、Ｓ
Ｐ00の前後それぞれ１ステップまでを第２の調整位置の
候補とする。すなわち、フィードスルークランプパルス
ＦＰについては、ＦＰ-1，ＦＰ00，ＦＰ+1の３点、サン
プルパルスＳＰについては、ＳＰ-1，ＳＰ00，ＳＰ+1の
３点をそれぞれ第２の調整位置の候補とする。よって、
フィードスルークランプパルスＦＰ及びサンプルパルス
ＳＰの位置の全組合せとしては、９種類が存在すること
になる。

【０１０７】まず、マイコン33は、フィードスルークラ
ンプパルスＦＰをＦＰ-1、サンプルパルスＳＰをＳＰ-1
として、ＣＣＤ24を調整用信号出力状態とし、各状態
で、調整用信号のデジタルデータ、すなわち、ＣＤＳ回
路25、増幅器26、黒基準のクランプ回路27を介してアナ
ログデジタル変換器(Ａ／Ｄ)28から出力されたデジタル
信号データをそれぞれメモリに32に記録する。この後、
マイコン33は、記録されたデジタルデータの内の予め決
められていた領域の複数画素データを標本として、これ
ら標本間の標準偏差σ0を求める。

【０１０８】次に、マイコン33は、フィードスルークラ
ンプパルスＦＰのタイミング位置はＦＰ-1に固定したま
ま、サンプルパルスＳＰをＳＰ00として再度同様の動作
を行い、デジタルデータの内の上記の構成と同一の標本
領域の複数画素データの標準偏差σ1を求める。

【０１０９】さらに、マイコン33は、サンプルパルスＳ
ＰをＳＰ+1として再度同様の動作を行い、標準偏差σ2
を求め、この後、フィードスルークランプパルスＦＰの
タイミング位置をＦＰ00、サンプルパルスＳＰをＳＰ-1
として、同様にσ3を求める。

【０１１０】このようにして、マイコン33は、標準偏差
σ0からσ8までの９個の標準偏差を求め、最もσの値の
小さい、すなわち、最もノイズ量の少なくなるフィード
スルークランプパルスＦＰ及びサンプルパルスＳＰの位
置の組合せを導出し、この組合せをフィードスルークラ
ンプパルスＦＰ及びサンプルパルスＳＰのタイミング位
置を第２の調整位置として調整を完了する。

【０１１１】そして、この第３の実施の形態によれば、
ノイズ量を削減し、より確実に高画質を得ることができ
る。

【０１１２】なお、この第３の実施の形態では、第２の
調整位置の候補は、第１の調整位置の前後１ステップと
したが、さらに多数のステップ数とすることもできる。
また、ノイズ量の指標としては、標準偏差を使用した
が、分散を領しても良く、また、簡易的に、標本中の最
大値と最小値との差の絶対値とすることもできる。

【０１１３】さらに、この第３の実施の形態では、デー
タの標本を、予め決められた領域の複数画像データすな
わち異なる画素の集合としたが、特定の１画素のデータ
を複数回取得し、これらデータを標本として用いること
もできる。

【０１１４】また、上記の各実施の形態において、撮像
素子は、ＣＣＤに限られるものではなく、個別の画素で
構成された固体撮像素子のような構造のもので良い。ま
た、撮像素子は、２次元のものに限られず、１次元のも
のに適用することもできる。

【０１１５】

【発明の効果】請求項１記載の相関２重サンプリングタ
イミング調整装置によれば、撮像手段の出力信号が入力
された相関２重サンプリング手段は、フィードスルーク
ランプパルスが入力された時点でフィードスルー部をサ
ンプルホールドし、サンプルパルスが入力された時点で
画素信号部をサンプルホールドし、両者を引き算するこ
とでリセットノイズ及び低周波ノイズを除去できる。制
御手段は、調整用信号出力手段により撮像手段から出力
された調整用信号を用いて、フィードスルークランプパ
ルス及びサンプルパルスを出力するタイミングを調整す
ることにより、安定して調整でき、安定した高品質な画
像を提供できる。また、調整用信号出力手段を備えるこ
とにより、撮像手段の高画素化などに伴う高速転送へ対
応できる。さらに、調整用信号出力手段を備えることに
より、この相関２重サンプリングタイミング調整装置を
備えた撮像装置の単体で調整でき、温度変化などの環境
変化へ対応できる。

【０１１６】請求項２記載の相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置によれば、請求項１記載の効果に加え、
調整用信号出力手段を設けた撮像素子を用いることによ
り、撮像手段から調整用信号を出力させる調整用信号出
力手段を容易に実現できる。そして、調整用信号を出力
させる画素を、有効画素以外の部分に設けることによ
り、常時安定した調整用信号を出力できる。

【０１１７】請求項３記載の相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置によれば、請求項１記載の効果に加え、
調整用信号出力手段を、撮像手段を駆動する駆動手段に
設けたため、駆動手段の制御により、撮像手段から調整
用信号を容易に出力でき、撮像手段から調整用信号を出
力させる調整用信号出力手段を容易に実現できる。

【０１１８】請求項４記載の相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置によれば、請求項１ないし３いずれか記
載の効果に加え、制御手段がリセットパルスのパルス幅
を調整するため、リセットパルスのパルス幅を必要最低
限に設定することにより、フィードスルー部の幅を最大
限に確保し、フィードスルークランプパルスのタイミン
グ調整の自由度を高め、撮像手段を容易に高速駆動でき
る。

【０１１９】請求項５記載の相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置によれば、請求項１ないし４いずれか記
載の効果に加え、制御手段は、フィードスルークランプ
パルス及びサンプルパルスのタイミングを変化させ、ノ
イズ量が小さい状態にフィードスルークランプパルス及
びサンプルパルスのタイミングを設定することにより、
ノイズ量を抑制し、高品質な画像を提供できる。

【０１２０】請求項６記載の相関２重サンプリングタイ
ミング調整装置によれば、請求項１ないし５いずれか記
載の効果に加え、制御手段は、相関２重サンプリング手
段の出力を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶さ
れたデータを解析する演算処理装置とを備えたため、こ
の相関２重サンプリングタイミング調整装置を備えた撮
像装置について、単独で、自動的に調整作業を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の相関２重サンプリングタイミング調整
装置の第１の実施の形態を示す構成図である。

【図２】同上相関２重サンプリングタイミング調整装置
の動作を示す波形図である。

【図３】同上相関２重サンプリングタイミング調整装置
の動作を示す波形図である。

【図４】同上相関２重サンプリングタイミング調整装置
の動作を示す説明図である。

【図５】同上相関２重サンプリングタイミング調整装置
の動作を示す波形図である。

【図６】同上相関２重サンプリングタイミング調整装置
の動作を示す波形図である。

【図７】同上相関２重サンプリングタイミング調整装置
の動作を示す説明図である。

【図８】本発明の相関２重サンプリングタイミング調整
装置の第２の実施の形態を示す構成図である。

【図９】同上相関２重サンプリングタイミング調整装置
の動作を示す波形図である。

【図１０】従来の相関２重サンプリング装置を示す構成
図である。

【図１１】同上関２重サンプリング装置の動作を示す波
形図である。

【図１２】従来の相関２重サンプリング装置の他の例を
示す構成図である。

【図１３】同上２重サンプリング装置の動作を示す波形
図である。

【図１４】従来の相関２重サンプリング装置のさらに他
の例を示す一部の回路図である。

【符号の説明】

22 相関２重サンプリングタイミング調整装置 24 撮像手段としての撮像素子としてのＣＣＤ 25 相関２重サンプリング手段としてのＣＤＳ回路 30 調整用信号出力手段を兼ねた制御手段 32 記憶手段としてのメモリ 33 演算処理手段としてのマイコン 35 駆動手段としてのＣＣＤ駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA10 DD09 DD12 FA06 5C024 CX06 CX08 GY01 GY21 GY22 HX02 HX09 HX12 HX13 HX15 HX23 HX51 HX55

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素を備え、各画素について、リ
   セット部、フィードスルー部、及び画素信号部を有した
   アナログの出力信号を出力する撮像手段と、 この撮像手段の出力信号が入力される相関２重サンプリ
   ング手段と、 前記撮像手段から調整用信号を出力させる調整用信号出
   力手段と、 前記撮像手段にリセットパルスを供給するとともに、前
   記調整用信号が入力された前記相関２重サンプリング手
   段の出力を解析し、相関２重サンプリング手段に前記フ
   ィードスルー部に対応するフィードスルークランプパル
   ス及び前記画素信号部に対応するサンプルパルスをタイ
   ミング調整可能に供給する制御手段とを具備したことを
   特徴とする相関２重サンプリングタイミング調整装置。
2. 【請求項２】 調整用信号出力手段は、撮像手段を構成
   する撮像素子に設けられたことを特徴とする請求項１記
   載の相関２重サンプリングタイミング調整装置。
3. 【請求項３】 調整用信号出力手段は、撮像手段を駆動
   する駆動手段に設けられたことを特徴とする請求項１記
   載の相関２重サンプリングタイミング調整装置。
4. 【請求項４】 制御手段は、リセットパルスのパルス幅
   を調整することを特徴とする請求項１ないし３いずれか
   記載の相関２重サンプリングタイミング調整装置。
5. 【請求項５】 制御手段は、フィードスルークランプパ
   ルス及びサンプルパルスのタイミングを変化させ、ノイ
   ズ量が小さい状態にフィードスルークランプパルス及び
   サンプルパルスのタイミングを設定することを特徴とす
   る請求項１ないし４いずれか記載の相関２重サンプリン
   グタイミング調整装置。
6. 【請求項６】 制御手段は、 相関２重サンプリング手段の出力を記憶する記憶手段
   と、 この記憶手段に記憶されたデータを解析する演算処理装
   置とを備えたことを特徴とする請求項１ないし５いずれ
   か記載の相関２重サンプリングタイミング調整装置。