JP2004088323A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像装置において、良好な画質を得ようとすると、駆動開始時の出力端子のクランプに時間を要し、立ち上がりを高速化することができない。
【解決手段】撮像装置の駆動開始に伴い同期信号生成部６０ａが水平同期信号ＨＴの生成を開始すると、カウンタ６０ｂがそのパルス数をカウントする。クランプ能力制御部６０ｃはカウントが所定値に達すると、クランプモード信号をＨレベルに立ち上げる。クランプパルス生成部６０ｄは、撮像装置の駆動開始から信号ＳＣの立ち上がりまでの間、クランプパルスＣＰの幅を通常時より広げてクランプ回路５２のスイッチ素子５２ｃのオン時間を長くし、クランプの時定数を短くする。一方、信号ＳＣが立ち上がった後は、スイッチ素子５２ｃのオン時間を通常時の比較的短い時間として、クランプの時定数を大きくする。これにより、クランプ時定数が短い場合にノイズに追従して生じ得る横引きノイズが抑制される。
【選択図】 図１
【解決手段】撮像装置の駆動開始に伴い同期信号生成部６０ａが水平同期信号ＨＴの生成を開始すると、カウンタ６０ｂがそのパルス数をカウントする。クランプ能力制御部６０ｃはカウントが所定値に達すると、クランプモード信号をＨレベルに立ち上げる。クランプパルス生成部６０ｄは、撮像装置の駆動開始から信号ＳＣの立ち上がりまでの間、クランプパルスＣＰの幅を通常時より広げてクランプ回路５２のスイッチ素子５２ｃのオン時間を長くし、クランプの時定数を短くする。一方、信号ＳＣが立ち上がった後は、スイッチ素子５２ｃのオン時間を通常時の比較的短い時間として、クランプの時定数を大きくする。これにより、クランプ時定数が短い場合にノイズに追従して生じ得る横引きノイズが抑制される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子にて画像信号を生成して出力する撮像装置に関し、特に、画像信号のクランプ処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ等の撮像素子で得られた画像信号は、通常、コンデンサでカップリングして取り出される。そのため、画像信号の直流レベルは映像のレベルにより変動し得る。そこで、撮像素子の画素配列の周縁部分に設けられたオプティカルブラック（Ｏｐｔｉａｌ Ｂｌａｃｋ：ＯＰＢ）領域に対応して得られる画像信号（ＯＰＢ画像信号）を所定の黒レベルにするクランプ処理がなされる。クランプ処理では、コンデンサでカップリングされた画像信号を出力する信号端子を、ＯＰＢ画像信号期間において基準電圧源に接続する操作が行われる。
【０００３】
ＯＰＢ領域は上述のように有効撮像領域を取り囲んで設けられる。つまり、撮像素子の画素配列を構成する複数の水平ラインのうちの上下端それぞれの数ラインと、有効な画像信号を構成する水平ラインの前端、後端それぞれの複数画素がＯＰＢ領域とされる。クランプ操作は、各水平ラインのＯＰＢ画像信号期間にて行われる。このようにクランプ操作をラインごとに周期的に行うことにより、垂直走査期間内における直流レベルの変動が抑制される。
【０００４】
図５は従来の撮像装置の模式的な回路図である。この装置はＣＣＤイメージセンサ２、クランプ回路４、アナログ信号処理回路６、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路８、デジタル信号処理回路１０を含む。ＣＣＤイメージセンサ２で生成された画像信号は、クランプ回路４内のコンデンサ４ａでカップリングして信号線２２に取り出される。そして、その画像信号はアナログ信号処理回路６、Ａ／Ｄ変換回路８、デジタル信号処理回路１０で所定の信号処理を行った後、例えば、表示装置等へ出力される。クランプ回路４は信号線２２の電位をクランプする回路であり、基準電圧源であるバッファ回路４ｂと、バッファ回路４ｂを信号線２２に接続するスイッチ素子４ｃとを有する。バッファ回路４ｂは、例えば、電源端子及び接地端子間に２つのトランジスタＭ１、Ｍ２が直列に接続されて構成され、２つのトランジスタＭ１、Ｍ２間の電圧が基準電圧として出力される。トランジスタＭ１はゲートに第１の制御電圧Ｖ１が印加され、この第１の制御電圧Ｖ１によってバッファ回路４ｂを流れる電流が決定される。トランジスタＭ２は、ゲートに第２の制御電圧Ｖ２が印加され、この第２の制御電圧Ｖ２によってバッファ回路４ｂの出力電圧が決定される。スイッチ素子４ｃは、図示しないタイミング制御回路にて生成されるクランプパルスＣＰに応じて開閉制御される。図６は、従来のクランプ回路の動作を説明するタイミング図である。クランプパルス３０は、水平同期信号ＨＴに同期するように生成される。クランプパルス３０は一定の幅を有し、その期間だけスイッチ素子４ｃはオン状態とされ、バッファ回路４ｂの出力電圧ＶＫが信号線２２に印加される。クランプパルスは各水平ラインの先頭のＯＰＢ画像信号期間内に発生され、これによりＯＰＢ画像信号が所定電位にクランプされ、黒レベルが一定レベルに固定される。
【０００５】
クランプ操作では、バッファ回路４ｂから信号線２２へ電流が供給されることにより、信号線２２の電位がバッファ回路４ｂの出力電圧ＶＫへ向けて変化する。１回のクランプ操作での信号線２２の電位変化量をここではクランプ能力と称する。クランプ能力はバッファ回路４ｂの電流供給能力及びスイッチ素子４ｃのオン時間に依存する。すなわち、バッファ回路４ｂの電流供給能力が大きいほど、また導通時間が長いほど、クランプ能力が大きくなる。
【０００６】
ここで、クランプ能力を高くすると、設定される直流レベルがＯＰＢ画像信号期間中のノイズに追従しやすくなる。そのため、水平ラインごとに画像信号の直流レベルが変動し、その結果、再生画像にて横引きノイズが生じる。
【０００７】
そこで、従来は、所定レベルへのクランプが比較的多くのラインに亘って達成されるようにクランプ能力を低めに設定して、ノイズの影響を平滑化し、横引きノイズを抑制している。例えば、従来のクランプ能力は、１フィールド期間をかけて、出力端子の電位を所定レベルに収束させるような大きな時定数に設定されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
撮影が必要とされない場合には、撮像素子、駆動回路、信号処理回路での消費電力の低減のために、撮像素子の駆動が停止される。駆動停止期間はＯＢ画像信号は得られず、クランプ操作も停止される。そのため、撮像素子の駆動停止期間中に放電により出力端子の電位が変化する。
【０００９】
上述のように従来は、横引きノイズの防止のため、クランプ能力が抑制されている。そのため、撮像素子の駆動開始時に、出力端子の電位が撮像素子の定常動作状態での安定した電位に到達するまでに長い時間を要する。つまり、画像も定常状態におけるものとなるまで時間がかかるという問題があった。このクランプレベルを所定電位まで立ち上げる動作が、撮像装置の動作立ち上げの高速化を阻害する１つの要因となっていた。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、撮像素子の駆動開始時に出力端子の電位が速やかに所定のレベルにクランプされ、速やかに通常の画像が得られる撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像装置は、入射光に応じて発生する情報電荷を複数の受光画素に蓄積する固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動して画像信号を得る駆動回路と、前記固体撮像素子から出力される画像信号の基準レベルを所定のレベルにクランプするクランプ回路とを備え、前記クランプ回路は、前記固体撮像素子の撮像動作の立ち上げから所定期間にクランプ能力を高く設定される。
【００１２】
クランプされる信号線は固体撮像素子の出力部に容量結合され、クランプ回路はこの信号線を周期的に基準電圧源に接続して、画像信号の基準レベルを漸次、所定電位へクランプする。本発明によれば、１回のクランプ操作での電位変化量を表すクランプ能力は、固体撮像素子が動作立ち上がりの過渡的な状態を脱して安定に動作している状態では、比較的低いクランプ能力（標準クランプ能力）に設定される。例えば、標準クランプ能力は、横引きノイズが抑制される程度のものである。一方、固体撮像素子の駆動開始後、所定期間の動作立ち上がり時には、クランプ能力は、標準クランプ能力に比較して高いクランプ能力（高クランプ能力）に設定され、直流レベルが安定した画像に速やかに到達する。撮像動作の立ち上がりの際の所定期間に設定される高クランプ能力は、当該所定期間中、一定であってもよいし、変化するように設定してもよい。例えば、高クランプ能力は動作立ち上げ時に大きな値に設定され、その後、所定期間の終わりに向けて、漸次、標準クランプ能力に近づくように変化させることができる。
【００１３】
本発明の好適な態様は、前記クランプ回路が、所定の基準電圧を出力するバッファ回路と、前記固体撮像素子の出力端子に繋がる信号線と前記バッファ回路との間で開閉するスイッチ素子とを有し、前記スイッチ素子の導通期間が伸縮制御されて、前記クランプ能力が変更制御される撮像装置である。
【００１４】
本発明の他の好適な態様は、前記クランプ回路が、所定の基準電圧を出力する複数のバッファ回路と、前記複数のバッファ回路の何れかを選択するセレクタと、前記固体撮像素子の出力端子に繋がる信号線と前記セレクタで選択されたバッファ回路との間で開閉するスイッチ素子とを有し、前記セレクタを介して前記複数のバッファ回路が選択的に有効にされて、前記クランプ能力が変更制御される撮像装置である。
【００１５】
他の本発明に係る撮像装置においては、前記固体撮像素子の撮像動作の停止時間に応じて、前記撮像動作の立ち上げ後の前記所定期間における前記クランプ能力が変更される。
【００１６】
容量結合により画像信号が取り出される信号線の電位は、固体撮像素子が撮像動作を停止されてから次に動作開始されるまでの動作停止時間に応じて変化する。一般に、動作停止時間が長いほど、信号線において動作停止時の電位と通常動作時の電位との差が大きくなる。本発明によれば、動作停止時間が長いほど、高クランプ能力の値をより大きな値に設定することができ、直流レベルが安定した画像を速やかに得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施形態である撮像装置の模式的な回路図である。この装置はＣＣＤイメージセンサ５０、クランプ回路５２、アナログ信号処理回路５４、Ａ／Ｄ変換回路５６、デジタル信号処理回路５８、タイミング制御回路６０、昇圧回路６２、垂直ドライバ６４、水平ドライバ６６、レギュレート回路６８を含む。
【００１９】
この装置による撮像動作は、電源投入時のほか、スタンバイモードからの復帰時に立ち上げられる。ここでスタンバイモードとは、昇圧回路６２やレギュレート回路６８といった電源回路に電源が供給された状態で、それらの動作を停止する動作モードである。これにより例えば、垂直ドライバ６４や水平ドライバ６６といったＣＣＤドライバ回路に動作電圧が供給されなくなり、それらの回路での電力消費を抑制することができる。
【００２０】
昇圧回路６２は、供給された電源電圧ＶＤを昇圧して、正側に昇圧された電圧ＶＯＨと、負側に昇圧された電圧ＶＯＬを生成する。生成された昇圧電圧ＶＯＨ、ＶＯＬはそれぞれＣＣＤイメージセンサ５０、垂直ドライバ６４に供給される。レギュレート回路６８は、供給された電源電圧ＶＤを所定のレギュレート電圧ＶＪまで降圧して出力する。レギュレート電圧ＶＪはアナログ信号処理回路５４、Ａ／Ｄ変換回路５６、デジタル信号処理回路５８、水平ドライバ６６で利用される。
【００２１】
ＣＣＤイメージセンサ５０は、例えば、フレーム転送型であり、撮像部５０ｉ、蓄積部５０ｓ、水平転送部５０ｈ及び出力部５０ｄから構成される。撮像部５０ｉは複数の受光画素が行列配置され、入射光に応じて発生する情報電荷を各受光画素に蓄積する。蓄積部５０ｓは撮像部５０ｉに蓄積された１画面分の情報電荷を取り込み、所定期間に亘って蓄積する。水平転送部５０ｈは、蓄積部５０ｓに蓄積された情報電荷を１ライン単位で取り込み、１画素単位で水平転送する。出力部５０ｄは、水平転送部５０ｈから出力される情報電荷を画像信号に変換して出力する。
【００２２】
垂直ドライバ６４は、供給された昇圧電圧ＶＯＬに応じたパルス高のクロックφｆ、φＶを生成する。フレーム転送クロックφｆは垂直同期信号ＶＴに同期して生成され、垂直転送クロックφＶは垂直同期信号ＶＴ及び水平同期信号ＨＴに同期して生成される。クロックφｆ、φＶはＣＣＤイメージセンサ５０に供給される。フレーム転送クロックφｆによって、ＣＣＤイメージセンサ５０の撮像部５０ｉに蓄積された１画面分の情報電荷を蓄積部５０ｓへ高速に一括転送するフレーム転送が行われる。また垂直転送クロックφＶは、蓄積部５０ｓに蓄積された情報電荷を水平同期信号ＨＴの周期毎に１水平ライン単位で垂直転送する。これにより、蓄積部５０ｓから水平転送部５０ｈに１ラインずつ情報電荷が読み出される。
【００２３】
水平ドライバ６６はレギュレート電圧ＶＪを供給され、水平同期信号ＨＴに同期して、水平転送クロックφｈ及びリセットクロックφｒの生成を開始する。水平転送クロックφｈは水平転送部５０ｈに供給され、蓄積部５０ｓから水平転送部５０ｈに移送された１ライン分の情報電荷が１画素単位で水平転送される。これにより、水平転送部５０ｈから出力部５０ｄへ、順次、１画素分の情報電荷が読み出される。出力部５０ｄでは、水平転送部５０ｈから浮遊拡散層に情報電荷を読み出して蓄積する動作と、リセットクロックφｒにより浮遊拡散層から情報電荷を排出する動作とが交互に行われる。浮遊拡散層では蓄積電荷量に応じた電位変化が生じ、この電圧信号が画像信号Ｙ（ｔ）としてＣＣＤイメージセンサ５０から出力される。
【００２４】
撮像動作が行われている状態では、ＣＣＤイメージセンサ５０で生成された画像信号Ｙ（ｔ）は、クランプ回路５２内のコンデンサ５２ａでカップリングして信号線７０に取り出される。そして、その画像信号はアナログ信号処理回路５４、Ａ／Ｄ変換回路５６、デジタル信号処理回路５８で所定の信号処理を行った後、例えば、表示装置等へ出力される。
【００２５】
クランプ回路５２は信号線７０の電位をクランプする回路であり、基準電圧源としてバッファ回路５２ｂと、バッファ回路５２ｂを信号線７０に接続するスイッチ素子５２ｃとを有する。スイッチ素子５２ｃは、タイミング制御回路６０が生成するクランプパルスＣＰに基づいてオン／オフを制御される。
【００２６】
タイミング制御回路６０は、基準クロックＣＫをカウントする複数のカウンタを含んで構成され、基準クロックＣＫに基づいて、クランプ回路５２、垂直ドライバ６４、水平ドライバ６６、レギュレート回路６８及びその他回路に対する各種制御信号や、撮像装置の内部システムクロックとなる内部クロックＣＫ’を生成する。これにより、各回路の動作がＣＣＤイメージセンサ５０の動作に同期するように制御される。
【００２７】
タイミング制御回路６０は、外部から入力されるスタンバイモード信号ＳＴによってスタンバイモードを指示されると、昇圧回路６２及びレギュレート回路６８の動作を停止させる。これにより昇圧回路６２からの昇圧電圧ＶＯＨ、ＶＯＬ、及びレギュレート回路６４からのレギュレート電圧ＶＪの出力が停止される。またタイミング制御回路６０は、同期信号生成部６０ａ、カウンタ６０ｂ、クランプ能力制御部６０ｃ、クランプパルス生成部６０ｄを含む。同期信号生成部６０ａは、基準クロックＣＫを所定の分周比率で分周し、垂直同期信号ＶＴ及び水平同期信号ＨＴを生成する。まず垂直同期信号ＶＴ、水平同期信号ＨＴはカウンタ６０ｂでのカウント動作に用いられる。カウンタ６０ｂは、撮像装置への電源供給開始時及びスタンバイモードからの復帰時に応じてリセットされ、同期信号ＶＴ、ＨＴのパルスをカウントする。
【００２８】
クランプモード信号生成部６０ｃは、カウンタ６０ｂのカウント値に基づいてクランプモード信号ＳＣを生成する。例えば、クランプ能力制御部６０ｃはカウンタ６０ｂのカウント値が予め設定された閾値に達すると、クランプモード信号ＳＣを“Ｌ（Ｌｏｗ）”レベルから“Ｈ（Ｈｉｇｈ）”レベルへ立ち上げる。
【００２９】
クランプパルス生成部６０ｄは、撮像装置の電源供給開始後、又はスタンバイモードからの復帰後、水平同期信号ＨＴに同期してクランプパルスＣＰの生成を開始する。クランプパルス生成部６０ｄは、クランプモード信号ＳＣがＬレベルの間は、クランプパルスＣＰの幅を通常より長く設定し、一方、信号ＳＣがＨレベルに立ち上がると、クランプパルスＣＰの幅を通常値へ変更する。これにより、信号ＳＣが立ち上がるまでの所定期間、スイッチ素子５２ｃは通常より長くオン状態とされ、クランプ回路５２のクランプ能力が高められる。すなわち、撮像動作の立ち上げ時に、端子７０の電位をバッファ回路５２ｂの出力電圧ＶＫへ速やかに近づけることができる。
【００３０】
図２は、本装置の電源投入時のクランプ制御を説明するタイミング図である。図２（ａ）は電源のオン／オフの状態を示し、図２（ｂ）は内部システムクロックＣＫ’、図２（ｃ）は水平同期信号ＨＴ、図２（ｄ）はクランプモード信号ＳＣを表す。時刻ｔ１にて、電源がオンにされると、これに同期してクロックＣＫ’の発振が開始され、それと共に水平同期信号ＨＴの生成が開始される。上述のように、カウンタ６０ｂは時刻ｔ１で“０”にリセットされ、１水平走査期間（１Ｈ）周期で発生される水平同期信号ＨＴのパルス１００をカウントアップする。クランプ能力制御部６０ｃは、そのカウント値が予め設定された閾値“３”以下の間、クランプモード信号ＳＣをＬレベルに保つが、カウント値が閾値を超えて“４”となる時刻ｔ２で信号ＳＣをＨレベルへ切り替える。クランプパルス生成部６０ｄは、上述のように信号ＳＣがＬレベルである期間ｔ１〜ｔ２において、クランプ回路５２のクランプ能力が高くなるように制御し、時刻ｔ２以降の期間はクランプ回路５２のクランプ能力を、横引きノイズが許容レベル以下に抑えられる通常のクランプ能力へ下げる。
【００３１】
図３は、本装置のスタンバイモードからの復帰時のクランプ制御を説明するタイミング図である。図３（ａ）は電源のオン／オフの状態を示し、図３（ｂ）はスタンバイモード信号ＳＴ、図３（ｃ）は内部システムクロックＣＫ’、図３（ｄ）は水平同期信号ＨＴ、図３（ｅ）はクランプモード信号ＳＣを表す。時刻ｔ１にて、スタンバイモード信号ＳＴがＬレベルからＨレベルに切り替わることによりスタンバイモードからの復帰が指示される。これに同期してクロックＣＫ’が開始され、それと共に水平同期信号ＨＴの生成が開始される。図２にて説明した電源投入時と同様に、クランプ能力制御部６０ｃは、カウンタ６０ｂのカウント値が“３”以下の間、クランプモード信号ＳＣをＬレベルに保つが、カウント値が“４”となる時刻ｔ２で信号ＳＣをＨレベルへ切り替える。クランプパルス生成部６０ｄは、上述のように信号ＳＣがＬレベルである期間ｔ１〜ｔ２において、クランプ回路５２のクランプ能力が高くなるように制御し、時刻ｔ２以降の期間はクランプ回路５２のクランプ能力を、横引きノイズが許容レベル以下に抑えられる通常のクランプ能力へ下げる。
【００３２】
上述の構成では、クランプ回路５２のクランプ能力はスイッチ素子５２ｃをオンするクランプパルスＣＰの幅によって制御される。ここで、クランプ能力は、スイッチ素子５２ｃがオンされたときにクランプ回路５２が端子７０に供給する電流を増減することによっても制御することができる。
【００３３】
図４は、クランプ回路の他の構成を示す回路構成図である。クランプ回路７２はＣＣＤイメージセンサ５０の出力をクランプする構成として、スイッチ素子７２ｃ、並列に配置される２つのバッファ回路７２ｂ、７２ｂ’、及びこれら２つのバッファ回路７２ｂ、７２ｂ’の出力を選択してスイッチ素子７２ｃに接続するセレクタ７２ｄを有している。こういった構成において、例えば、バッファ回路７２ｂの供給電流がバッファ回路７２ｂ’の供給電流より大きい場合、上述の期間ｔ１〜ｔ２においてセレクタ７２ｄはバッファ回路７２ｂを選択し、時刻ｔ２以降の期間の通常動作においてバッファ回路７２ｂ’を選択する。例えば、セレクタ７２ｄの切り替え制御を行うセレクト信号として信号ＳＣを用いることが可能であり、その場合、セレクタ７２ｂは制御信号としてＬレベルを入力されている間、バッファ回路７２ｂを選択し、Ｈレベルを入力されている間、バッファ回路７２ｂ’を選択するように構成される。また、この図４の構成においては、上述の期間ｔ１〜ｔ２において、クランプ能力を通常動作時よりも高める場合、セレクタ７２ｄで、バッファ回路７２ｂ、７２ｂ’の出力を共に有効としてクランプ能力を高めることが可能である。すなわち、複数のバッファ回路のうち、有効とするものを選択的に組み合わせることによって、クランプ能力の変更を行う。なお、２つのバッファ回路７２ｂ、７２ｂ’の電流供給能力は互いに等しく設定してあっても良いし、互いに異なるように設定してあっても良い。
【００３４】
以上、本発明の実施形態を説明した。本実施形態においては、ＣＣＤイメージセンサ５０として、フレーム転送型を例示したが、これに限られるものではない。すなわち、他の転送方式を採用するインターライン型やフレームインターライン型のＣＣＤイメージセンサを用いた撮像装置であっても適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の撮像装置によれば、撮像装置の駆動開始時に、出力端子の電位が速やかに通常動作状態の電位へクランプされる一方で、通常動作時には比較的低いクランプ能力でクランプが行われるので横引きノイズを抑制することができる。その結果、撮像装置の動作立ち上がりが高速化されると共に、良好な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である撮像装置の模式的な回路図である。
【図２】本装置の電源投入時のクランプ制御を説明するタイミング図である。
【図３】本装置のスタンバイモードからの復帰時のクランプ制御を説明するタイミング図である。
【図４】クランプ電流を変化させてクランプ能力を切り替えるクランプ回路の回路構成図である。
【図５】従来の撮像装置の模式的な回路図である。
【図６】従来のクランプ回路の動作を説明するタイミング図である。
【符号の説明】
５０ ＣＣＤイメージセンサ、５２ クランプ回路、５２ｂ バッファ回路、５４ アナログ信号処理回路、５８ デジタル信号処理回路、６０ タイミング制御回路、６０ａ 同期信号生成部、６０ｂ カウンタ、６０ｃ クランプ能力制御、６０ｄ クランプパルス生成部、６２ 昇圧回路、６４ 垂直ドライバ、６６ 水平ドライバ、６８ レギュレート回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子にて画像信号を生成して出力する撮像装置に関し、特に、画像信号のクランプ処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ等の撮像素子で得られた画像信号は、通常、コンデンサでカップリングして取り出される。そのため、画像信号の直流レベルは映像のレベルにより変動し得る。そこで、撮像素子の画素配列の周縁部分に設けられたオプティカルブラック（Ｏｐｔｉａｌ Ｂｌａｃｋ：ＯＰＢ）領域に対応して得られる画像信号（ＯＰＢ画像信号）を所定の黒レベルにするクランプ処理がなされる。クランプ処理では、コンデンサでカップリングされた画像信号を出力する信号端子を、ＯＰＢ画像信号期間において基準電圧源に接続する操作が行われる。
【０００３】
ＯＰＢ領域は上述のように有効撮像領域を取り囲んで設けられる。つまり、撮像素子の画素配列を構成する複数の水平ラインのうちの上下端それぞれの数ラインと、有効な画像信号を構成する水平ラインの前端、後端それぞれの複数画素がＯＰＢ領域とされる。クランプ操作は、各水平ラインのＯＰＢ画像信号期間にて行われる。このようにクランプ操作をラインごとに周期的に行うことにより、垂直走査期間内における直流レベルの変動が抑制される。
【０００４】
図５は従来の撮像装置の模式的な回路図である。この装置はＣＣＤイメージセンサ２、クランプ回路４、アナログ信号処理回路６、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路８、デジタル信号処理回路１０を含む。ＣＣＤイメージセンサ２で生成された画像信号は、クランプ回路４内のコンデンサ４ａでカップリングして信号線２２に取り出される。そして、その画像信号はアナログ信号処理回路６、Ａ／Ｄ変換回路８、デジタル信号処理回路１０で所定の信号処理を行った後、例えば、表示装置等へ出力される。クランプ回路４は信号線２２の電位をクランプする回路であり、基準電圧源であるバッファ回路４ｂと、バッファ回路４ｂを信号線２２に接続するスイッチ素子４ｃとを有する。バッファ回路４ｂは、例えば、電源端子及び接地端子間に２つのトランジスタＭ１、Ｍ２が直列に接続されて構成され、２つのトランジスタＭ１、Ｍ２間の電圧が基準電圧として出力される。トランジスタＭ１はゲートに第１の制御電圧Ｖ１が印加され、この第１の制御電圧Ｖ１によってバッファ回路４ｂを流れる電流が決定される。トランジスタＭ２は、ゲートに第２の制御電圧Ｖ２が印加され、この第２の制御電圧Ｖ２によってバッファ回路４ｂの出力電圧が決定される。スイッチ素子４ｃは、図示しないタイミング制御回路にて生成されるクランプパルスＣＰに応じて開閉制御される。図６は、従来のクランプ回路の動作を説明するタイミング図である。クランプパルス３０は、水平同期信号ＨＴに同期するように生成される。クランプパルス３０は一定の幅を有し、その期間だけスイッチ素子４ｃはオン状態とされ、バッファ回路４ｂの出力電圧ＶＫが信号線２２に印加される。クランプパルスは各水平ラインの先頭のＯＰＢ画像信号期間内に発生され、これによりＯＰＢ画像信号が所定電位にクランプされ、黒レベルが一定レベルに固定される。
【０００５】
クランプ操作では、バッファ回路４ｂから信号線２２へ電流が供給されることにより、信号線２２の電位がバッファ回路４ｂの出力電圧ＶＫへ向けて変化する。１回のクランプ操作での信号線２２の電位変化量をここではクランプ能力と称する。クランプ能力はバッファ回路４ｂの電流供給能力及びスイッチ素子４ｃのオン時間に依存する。すなわち、バッファ回路４ｂの電流供給能力が大きいほど、また導通時間が長いほど、クランプ能力が大きくなる。
【０００６】
ここで、クランプ能力を高くすると、設定される直流レベルがＯＰＢ画像信号期間中のノイズに追従しやすくなる。そのため、水平ラインごとに画像信号の直流レベルが変動し、その結果、再生画像にて横引きノイズが生じる。
【０００７】
そこで、従来は、所定レベルへのクランプが比較的多くのラインに亘って達成されるようにクランプ能力を低めに設定して、ノイズの影響を平滑化し、横引きノイズを抑制している。例えば、従来のクランプ能力は、１フィールド期間をかけて、出力端子の電位を所定レベルに収束させるような大きな時定数に設定されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
撮影が必要とされない場合には、撮像素子、駆動回路、信号処理回路での消費電力の低減のために、撮像素子の駆動が停止される。駆動停止期間はＯＢ画像信号は得られず、クランプ操作も停止される。そのため、撮像素子の駆動停止期間中に放電により出力端子の電位が変化する。
【０００９】
上述のように従来は、横引きノイズの防止のため、クランプ能力が抑制されている。そのため、撮像素子の駆動開始時に、出力端子の電位が撮像素子の定常動作状態での安定した電位に到達するまでに長い時間を要する。つまり、画像も定常状態におけるものとなるまで時間がかかるという問題があった。このクランプレベルを所定電位まで立ち上げる動作が、撮像装置の動作立ち上げの高速化を阻害する１つの要因となっていた。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、撮像素子の駆動開始時に出力端子の電位が速やかに所定のレベルにクランプされ、速やかに通常の画像が得られる撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像装置は、入射光に応じて発生する情報電荷を複数の受光画素に蓄積する固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動して画像信号を得る駆動回路と、前記固体撮像素子から出力される画像信号の基準レベルを所定のレベルにクランプするクランプ回路とを備え、前記クランプ回路は、前記固体撮像素子の撮像動作の立ち上げから所定期間にクランプ能力を高く設定される。
【００１２】
クランプされる信号線は固体撮像素子の出力部に容量結合され、クランプ回路はこの信号線を周期的に基準電圧源に接続して、画像信号の基準レベルを漸次、所定電位へクランプする。本発明によれば、１回のクランプ操作での電位変化量を表すクランプ能力は、固体撮像素子が動作立ち上がりの過渡的な状態を脱して安定に動作している状態では、比較的低いクランプ能力（標準クランプ能力）に設定される。例えば、標準クランプ能力は、横引きノイズが抑制される程度のものである。一方、固体撮像素子の駆動開始後、所定期間の動作立ち上がり時には、クランプ能力は、標準クランプ能力に比較して高いクランプ能力（高クランプ能力）に設定され、直流レベルが安定した画像に速やかに到達する。撮像動作の立ち上がりの際の所定期間に設定される高クランプ能力は、当該所定期間中、一定であってもよいし、変化するように設定してもよい。例えば、高クランプ能力は動作立ち上げ時に大きな値に設定され、その後、所定期間の終わりに向けて、漸次、標準クランプ能力に近づくように変化させることができる。
【００１３】
本発明の好適な態様は、前記クランプ回路が、所定の基準電圧を出力するバッファ回路と、前記固体撮像素子の出力端子に繋がる信号線と前記バッファ回路との間で開閉するスイッチ素子とを有し、前記スイッチ素子の導通期間が伸縮制御されて、前記クランプ能力が変更制御される撮像装置である。
【００１４】
本発明の他の好適な態様は、前記クランプ回路が、所定の基準電圧を出力する複数のバッファ回路と、前記複数のバッファ回路の何れかを選択するセレクタと、前記固体撮像素子の出力端子に繋がる信号線と前記セレクタで選択されたバッファ回路との間で開閉するスイッチ素子とを有し、前記セレクタを介して前記複数のバッファ回路が選択的に有効にされて、前記クランプ能力が変更制御される撮像装置である。
【００１５】
他の本発明に係る撮像装置においては、前記固体撮像素子の撮像動作の停止時間に応じて、前記撮像動作の立ち上げ後の前記所定期間における前記クランプ能力が変更される。
【００１６】
容量結合により画像信号が取り出される信号線の電位は、固体撮像素子が撮像動作を停止されてから次に動作開始されるまでの動作停止時間に応じて変化する。一般に、動作停止時間が長いほど、信号線において動作停止時の電位と通常動作時の電位との差が大きくなる。本発明によれば、動作停止時間が長いほど、高クランプ能力の値をより大きな値に設定することができ、直流レベルが安定した画像を速やかに得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施形態である撮像装置の模式的な回路図である。この装置はＣＣＤイメージセンサ５０、クランプ回路５２、アナログ信号処理回路５４、Ａ／Ｄ変換回路５６、デジタル信号処理回路５８、タイミング制御回路６０、昇圧回路６２、垂直ドライバ６４、水平ドライバ６６、レギュレート回路６８を含む。
【００１９】
この装置による撮像動作は、電源投入時のほか、スタンバイモードからの復帰時に立ち上げられる。ここでスタンバイモードとは、昇圧回路６２やレギュレート回路６８といった電源回路に電源が供給された状態で、それらの動作を停止する動作モードである。これにより例えば、垂直ドライバ６４や水平ドライバ６６といったＣＣＤドライバ回路に動作電圧が供給されなくなり、それらの回路での電力消費を抑制することができる。
【００２０】
昇圧回路６２は、供給された電源電圧ＶＤを昇圧して、正側に昇圧された電圧ＶＯＨと、負側に昇圧された電圧ＶＯＬを生成する。生成された昇圧電圧ＶＯＨ、ＶＯＬはそれぞれＣＣＤイメージセンサ５０、垂直ドライバ６４に供給される。レギュレート回路６８は、供給された電源電圧ＶＤを所定のレギュレート電圧ＶＪまで降圧して出力する。レギュレート電圧ＶＪはアナログ信号処理回路５４、Ａ／Ｄ変換回路５６、デジタル信号処理回路５８、水平ドライバ６６で利用される。
【００２１】
ＣＣＤイメージセンサ５０は、例えば、フレーム転送型であり、撮像部５０ｉ、蓄積部５０ｓ、水平転送部５０ｈ及び出力部５０ｄから構成される。撮像部５０ｉは複数の受光画素が行列配置され、入射光に応じて発生する情報電荷を各受光画素に蓄積する。蓄積部５０ｓは撮像部５０ｉに蓄積された１画面分の情報電荷を取り込み、所定期間に亘って蓄積する。水平転送部５０ｈは、蓄積部５０ｓに蓄積された情報電荷を１ライン単位で取り込み、１画素単位で水平転送する。出力部５０ｄは、水平転送部５０ｈから出力される情報電荷を画像信号に変換して出力する。
【００２２】
垂直ドライバ６４は、供給された昇圧電圧ＶＯＬに応じたパルス高のクロックφｆ、φＶを生成する。フレーム転送クロックφｆは垂直同期信号ＶＴに同期して生成され、垂直転送クロックφＶは垂直同期信号ＶＴ及び水平同期信号ＨＴに同期して生成される。クロックφｆ、φＶはＣＣＤイメージセンサ５０に供給される。フレーム転送クロックφｆによって、ＣＣＤイメージセンサ５０の撮像部５０ｉに蓄積された１画面分の情報電荷を蓄積部５０ｓへ高速に一括転送するフレーム転送が行われる。また垂直転送クロックφＶは、蓄積部５０ｓに蓄積された情報電荷を水平同期信号ＨＴの周期毎に１水平ライン単位で垂直転送する。これにより、蓄積部５０ｓから水平転送部５０ｈに１ラインずつ情報電荷が読み出される。
【００２３】
水平ドライバ６６はレギュレート電圧ＶＪを供給され、水平同期信号ＨＴに同期して、水平転送クロックφｈ及びリセットクロックφｒの生成を開始する。水平転送クロックφｈは水平転送部５０ｈに供給され、蓄積部５０ｓから水平転送部５０ｈに移送された１ライン分の情報電荷が１画素単位で水平転送される。これにより、水平転送部５０ｈから出力部５０ｄへ、順次、１画素分の情報電荷が読み出される。出力部５０ｄでは、水平転送部５０ｈから浮遊拡散層に情報電荷を読み出して蓄積する動作と、リセットクロックφｒにより浮遊拡散層から情報電荷を排出する動作とが交互に行われる。浮遊拡散層では蓄積電荷量に応じた電位変化が生じ、この電圧信号が画像信号Ｙ（ｔ）としてＣＣＤイメージセンサ５０から出力される。
【００２４】
撮像動作が行われている状態では、ＣＣＤイメージセンサ５０で生成された画像信号Ｙ（ｔ）は、クランプ回路５２内のコンデンサ５２ａでカップリングして信号線７０に取り出される。そして、その画像信号はアナログ信号処理回路５４、Ａ／Ｄ変換回路５６、デジタル信号処理回路５８で所定の信号処理を行った後、例えば、表示装置等へ出力される。
【００２５】
クランプ回路５２は信号線７０の電位をクランプする回路であり、基準電圧源としてバッファ回路５２ｂと、バッファ回路５２ｂを信号線７０に接続するスイッチ素子５２ｃとを有する。スイッチ素子５２ｃは、タイミング制御回路６０が生成するクランプパルスＣＰに基づいてオン／オフを制御される。
【００２６】
タイミング制御回路６０は、基準クロックＣＫをカウントする複数のカウンタを含んで構成され、基準クロックＣＫに基づいて、クランプ回路５２、垂直ドライバ６４、水平ドライバ６６、レギュレート回路６８及びその他回路に対する各種制御信号や、撮像装置の内部システムクロックとなる内部クロックＣＫ’を生成する。これにより、各回路の動作がＣＣＤイメージセンサ５０の動作に同期するように制御される。
【００２７】
タイミング制御回路６０は、外部から入力されるスタンバイモード信号ＳＴによってスタンバイモードを指示されると、昇圧回路６２及びレギュレート回路６８の動作を停止させる。これにより昇圧回路６２からの昇圧電圧ＶＯＨ、ＶＯＬ、及びレギュレート回路６４からのレギュレート電圧ＶＪの出力が停止される。またタイミング制御回路６０は、同期信号生成部６０ａ、カウンタ６０ｂ、クランプ能力制御部６０ｃ、クランプパルス生成部６０ｄを含む。同期信号生成部６０ａは、基準クロックＣＫを所定の分周比率で分周し、垂直同期信号ＶＴ及び水平同期信号ＨＴを生成する。まず垂直同期信号ＶＴ、水平同期信号ＨＴはカウンタ６０ｂでのカウント動作に用いられる。カウンタ６０ｂは、撮像装置への電源供給開始時及びスタンバイモードからの復帰時に応じてリセットされ、同期信号ＶＴ、ＨＴのパルスをカウントする。
【００２８】
クランプモード信号生成部６０ｃは、カウンタ６０ｂのカウント値に基づいてクランプモード信号ＳＣを生成する。例えば、クランプ能力制御部６０ｃはカウンタ６０ｂのカウント値が予め設定された閾値に達すると、クランプモード信号ＳＣを“Ｌ（Ｌｏｗ）”レベルから“Ｈ（Ｈｉｇｈ）”レベルへ立ち上げる。
【００２９】
クランプパルス生成部６０ｄは、撮像装置の電源供給開始後、又はスタンバイモードからの復帰後、水平同期信号ＨＴに同期してクランプパルスＣＰの生成を開始する。クランプパルス生成部６０ｄは、クランプモード信号ＳＣがＬレベルの間は、クランプパルスＣＰの幅を通常より長く設定し、一方、信号ＳＣがＨレベルに立ち上がると、クランプパルスＣＰの幅を通常値へ変更する。これにより、信号ＳＣが立ち上がるまでの所定期間、スイッチ素子５２ｃは通常より長くオン状態とされ、クランプ回路５２のクランプ能力が高められる。すなわち、撮像動作の立ち上げ時に、端子７０の電位をバッファ回路５２ｂの出力電圧ＶＫへ速やかに近づけることができる。
【００３０】
図２は、本装置の電源投入時のクランプ制御を説明するタイミング図である。図２（ａ）は電源のオン／オフの状態を示し、図２（ｂ）は内部システムクロックＣＫ’、図２（ｃ）は水平同期信号ＨＴ、図２（ｄ）はクランプモード信号ＳＣを表す。時刻ｔ１にて、電源がオンにされると、これに同期してクロックＣＫ’の発振が開始され、それと共に水平同期信号ＨＴの生成が開始される。上述のように、カウンタ６０ｂは時刻ｔ１で“０”にリセットされ、１水平走査期間（１Ｈ）周期で発生される水平同期信号ＨＴのパルス１００をカウントアップする。クランプ能力制御部６０ｃは、そのカウント値が予め設定された閾値“３”以下の間、クランプモード信号ＳＣをＬレベルに保つが、カウント値が閾値を超えて“４”となる時刻ｔ２で信号ＳＣをＨレベルへ切り替える。クランプパルス生成部６０ｄは、上述のように信号ＳＣがＬレベルである期間ｔ１〜ｔ２において、クランプ回路５２のクランプ能力が高くなるように制御し、時刻ｔ２以降の期間はクランプ回路５２のクランプ能力を、横引きノイズが許容レベル以下に抑えられる通常のクランプ能力へ下げる。
【００３１】
図３は、本装置のスタンバイモードからの復帰時のクランプ制御を説明するタイミング図である。図３（ａ）は電源のオン／オフの状態を示し、図３（ｂ）はスタンバイモード信号ＳＴ、図３（ｃ）は内部システムクロックＣＫ’、図３（ｄ）は水平同期信号ＨＴ、図３（ｅ）はクランプモード信号ＳＣを表す。時刻ｔ１にて、スタンバイモード信号ＳＴがＬレベルからＨレベルに切り替わることによりスタンバイモードからの復帰が指示される。これに同期してクロックＣＫ’が開始され、それと共に水平同期信号ＨＴの生成が開始される。図２にて説明した電源投入時と同様に、クランプ能力制御部６０ｃは、カウンタ６０ｂのカウント値が“３”以下の間、クランプモード信号ＳＣをＬレベルに保つが、カウント値が“４”となる時刻ｔ２で信号ＳＣをＨレベルへ切り替える。クランプパルス生成部６０ｄは、上述のように信号ＳＣがＬレベルである期間ｔ１〜ｔ２において、クランプ回路５２のクランプ能力が高くなるように制御し、時刻ｔ２以降の期間はクランプ回路５２のクランプ能力を、横引きノイズが許容レベル以下に抑えられる通常のクランプ能力へ下げる。
【００３２】
上述の構成では、クランプ回路５２のクランプ能力はスイッチ素子５２ｃをオンするクランプパルスＣＰの幅によって制御される。ここで、クランプ能力は、スイッチ素子５２ｃがオンされたときにクランプ回路５２が端子７０に供給する電流を増減することによっても制御することができる。
【００３３】
図４は、クランプ回路の他の構成を示す回路構成図である。クランプ回路７２はＣＣＤイメージセンサ５０の出力をクランプする構成として、スイッチ素子７２ｃ、並列に配置される２つのバッファ回路７２ｂ、７２ｂ’、及びこれら２つのバッファ回路７２ｂ、７２ｂ’の出力を選択してスイッチ素子７２ｃに接続するセレクタ７２ｄを有している。こういった構成において、例えば、バッファ回路７２ｂの供給電流がバッファ回路７２ｂ’の供給電流より大きい場合、上述の期間ｔ１〜ｔ２においてセレクタ７２ｄはバッファ回路７２ｂを選択し、時刻ｔ２以降の期間の通常動作においてバッファ回路７２ｂ’を選択する。例えば、セレクタ７２ｄの切り替え制御を行うセレクト信号として信号ＳＣを用いることが可能であり、その場合、セレクタ７２ｂは制御信号としてＬレベルを入力されている間、バッファ回路７２ｂを選択し、Ｈレベルを入力されている間、バッファ回路７２ｂ’を選択するように構成される。また、この図４の構成においては、上述の期間ｔ１〜ｔ２において、クランプ能力を通常動作時よりも高める場合、セレクタ７２ｄで、バッファ回路７２ｂ、７２ｂ’の出力を共に有効としてクランプ能力を高めることが可能である。すなわち、複数のバッファ回路のうち、有効とするものを選択的に組み合わせることによって、クランプ能力の変更を行う。なお、２つのバッファ回路７２ｂ、７２ｂ’の電流供給能力は互いに等しく設定してあっても良いし、互いに異なるように設定してあっても良い。
【００３４】
以上、本発明の実施形態を説明した。本実施形態においては、ＣＣＤイメージセンサ５０として、フレーム転送型を例示したが、これに限られるものではない。すなわち、他の転送方式を採用するインターライン型やフレームインターライン型のＣＣＤイメージセンサを用いた撮像装置であっても適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の撮像装置によれば、撮像装置の駆動開始時に、出力端子の電位が速やかに通常動作状態の電位へクランプされる一方で、通常動作時には比較的低いクランプ能力でクランプが行われるので横引きノイズを抑制することができる。その結果、撮像装置の動作立ち上がりが高速化されると共に、良好な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である撮像装置の模式的な回路図である。
【図２】本装置の電源投入時のクランプ制御を説明するタイミング図である。
【図３】本装置のスタンバイモードからの復帰時のクランプ制御を説明するタイミング図である。
【図４】クランプ電流を変化させてクランプ能力を切り替えるクランプ回路の回路構成図である。
【図５】従来の撮像装置の模式的な回路図である。
【図６】従来のクランプ回路の動作を説明するタイミング図である。
【符号の説明】
５０ ＣＣＤイメージセンサ、５２ クランプ回路、５２ｂ バッファ回路、５４ アナログ信号処理回路、５８ デジタル信号処理回路、６０ タイミング制御回路、６０ａ 同期信号生成部、６０ｂ カウンタ、６０ｃ クランプ能力制御、６０ｄ クランプパルス生成部、６２ 昇圧回路、６４ 垂直ドライバ、６６ 水平ドライバ、６８ レギュレート回路。
Claims (4)
- 入射光に応じて発生する情報電荷を複数の受光画素に蓄積する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を駆動して画像信号を得る駆動回路と、
前記固体撮像素子から出力される画像信号の基準レベルを所定のレベルにクランプするクランプ回路と、を備え、
前記クランプ回路は、前記固体撮像素子の撮像動作の立ち上げから所定期間にクランプ能力を高く設定されること、
を特徴とする撮像装置。 - 請求項１記載の撮像装置において、
前記クランプ回路は、
所定の基準電圧を出力するバッファ回路と、
前記固体撮像素子の出力端子に繋がる信号線と前記バッファ回路との間で開閉するスイッチ素子と、
を有し、
前記スイッチ素子の導通期間が伸縮制御されて、前記クランプ能力が変更制御されること、
を特徴とする撮像装置。 - 請求項１記載の撮像装置において、
前記クランプ回路は、
所定の基準電圧を出力する複数のバッファ回路と、
前記複数のバッファ回路の何れかを選択するセレクタと、
前記固体撮像素子の出力端子に繋がる信号線と前記セレクタで選択されたバッファ回路との間で開閉するスイッチ素子と、
を有し、
前記セレクタを介して前記複数のバッファ回路が選択的に有効にされて、前記クランプ能力が変更制御されること、
を特徴とする撮像装置。 - 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の撮像装置において、
前記固体撮像素子の撮像動作の停止時間に応じて、前記撮像動作の立ち上げ後の前記所定期間における前記クランプ能力が変更されることを特徴とする撮像装置。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080902 |
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