JP2006345200A - 相関二重サンプリング回路と撮像装置および撮像信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】映像フォーマットの切り換えを行っても良好な撮像画像を得る。
【解決手段】相関二重サンプリングを用いて撮像信号Ｓaのノイズ除去を行う。映像フォーマットに応じた周波数特性である複数のサンプルホールド部２１０-a〜２１０-dを設ける。選択したフォーマットに対応するサンプルホールド部にタイミング信号ＴＭf（ＴＭs）を供給してフィードスルー期間や信号期間の信号レベルをサンプルホールドする。撮像素子の駆動周波数を、映像フォーマットに応じて切り換えて撮像信号Ｓaを生成したとき、周波数特性の適したサンプルホールド部を用いてサンプルホールド動作が行われるので、映像フォーマットを切り換えても、Ｓ／Ｎや変調度を良好な状態に保ちながらノイズ除去を行える。
【選択図】 図４

Description

この発明は、相関二重サンプリング回路と撮像装置および撮像信号処理方法に関する。詳しくは、相関二重サンプリングを行って撮像信号のノイズ除去を行う際に、撮像信号の映像フォーマットに応じた周波数特性であるサンプルホールド動作を選択して行わせることで、映像フォーマットを切り換えても、Ｓ／Ｎや変調度等の特性を良好な状態に維持するものである。

従来、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサに代表される撮像素子を用いた撮像装置では、素子のバラツキや熱雑音等による固定パターンノイズを除去するため、特許文献１に示すように相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling:ＣＤＳ)回路が用いられている。また、積分回路を有した相関二重サンプリング回路である積分形相関二重サンプリング(Integration type correlated Double Sampling:ＩＤＳ)回路も用いられている。

特開２００３−２７４２９２号公報

ところで、映像フォーマットの多様化に伴い、複数の映像フォーマットに対応可能な撮像装置も実用化されている。ここで、例えば選択した映像フォーマットに応じて撮像素子の駆動周波数を切り換えると、撮像素子から出力される撮像信号を選択した映像フォーマットに変換するフォーマット変換処理が必要ないため、信号処理が容易となる。

しかし、撮像素子の駆動周波数を切り換えると、ノイズ帯域や信号帯域が駆動周波数に応じて変化する。このため、ＣＤＳ回路やＩＤＳ回路の周波数特性が固定されていると、固定パターンノイズの除去が不十分となりＳ／Ｎの悪化を招いてしまう。また、変調度等の特性も最適なものでなくなってしまう。

そこで、この発明では、映像フォーマットの切り換えを行っても、良好な撮像画像を得ることができる相関二重サンプリング回路と撮像装置および撮像信号処理方法を提供するものである。

この発明に係る相関二重サンプリング回路では、周波数特性の異なる複数のサンプルホールド部が設けられて、タイミング信号生成部では、撮像信号の映像フォーマットに応じた周波数特性であるサンプルホールド部に対して撮像信号に応じたタイミング信号が供給されて、差分検出部は、撮像信号に応じたタイミング信号が供給されたサンプルホールド部でサンプルホールドしたフィードスルー期間と信号期間の信号レベルの差分が検出される。

また、撮像装置では、撮像信号を生成する撮像部と、撮像部を駆動するためのタイミング信号と、撮像信号のフィードスルー期間に同期したタイミング信号と信号期間に同期したタイミング信号を生成するタイミング信号生成部と、タイミング信号に基づき、撮像信号のフィードスルー期間と信号期間の信号レベルをサンプルホールドして、該サンプルホールドしたフィードスルー期間と信号期間の信号レベルの差分を出力するノイズ除去部と、複数の映像フォーマットから１つの映像フォーマットを選択するフォーマット選択部と、フォーマット選択部で選択された映像フォーマットに応じて、タイミング信号生成部とノイズ除去部の動作を制御する制御部とを有するものとして、ノイズ除去部には、映像フォーマットに応じた周波数特性のサンプルホールド部を複数の映像フォーマットに応じて設け、タイミング信号生成部と制御部は、選択された映像フォーマットに応じた周波数特性であるサンプルホールド部にタイミング信号を供給して、該サンプルホールド部でサンプルホールドしたフィードスルー期間と信号期間の信号レベルの差分を出力させるものである。また制御部は、選択された映像フォーマットに応じた周波数特性のサンプルホールド部を除く他のサンプルホールド部に対しての電力供給を停止するものである。

この発明に係る撮像信号処理方法は、撮像信号のフィードスルー期間に同期したタイミング信号と信号期間に同期したタイミング信号を生成するタイミング信号生成工程と、撮像信号の映像フォーマットに応じた周波数特性であるサンプルホールド動作を選択して、タイミング信号生成工程で生成されたタイミング信号に基づきサンプルホールド動作を行うサンプルホールド工程とを有するものである。

この発明によれば、映像フォーマットの切り換えが行われても、切り換え後の映像フォーマットに最適化された周波数特性であるサンプルホールド部を用いてノイズ除去が行われる。このため、Ｓ／Ｎ、変調度等を良好な状態に維持しながら、固定パターンノイズの除去を行うことが可能となり、映像フォーマットに依らず良好な撮像画像を得ることができる。

以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図１は撮像装置の概略構成を示している。被写体（図示せず）からの入射光（像光）は、撮像レンズ１１によって撮像素子１５の撮像面上に結像される。撮像素子１５は、入射光を画素単位で光電変換し、後述する駆動部４２からの駆動信号ＤＲに基づき、各画素の信号を読み出して撮像信号Ｓaとしてノイズ除去部２０に供給する。

ノイズ除去部２０は、相関二重サンプリング回路を用いて構成されており、撮像信号Ｓaから素子のバラツキや熱雑音等による固定パターンノイズを除去してＡ／Ｄ変換部３０に供給する。Ａ／Ｄ変換部３０は、ノイズ除去後の撮像信号Ｓbをディジタルの映像信号ＤＶaに変換してディジタル信号処理部３１に供給する。ディジタル信号処理部３１は、供給された映像信号ＤＶaに対してホワイトバランス調整や色補正、エッジ強調、ガンマ補正等の種々の信号処理を行い、映像信号ＤＶbを生成して出力部３２に供給する。出力部３２はディジタル信号処理部３１から供給された映像信号ＤＶbに基づき映像出力信号ＤＶoutを生成して出力する。

タイミング信号生成部４１は、撮像素子１５を駆動するための基準となるタイミング信号ＴＤを生成して駆動部４２に供給する。また、ノイズ除去部２０を駆動するための基準となるタイミング信号ＴＭf，ＴＭsを生成してノイズ除去部２０に供給する。さらに、タイミング信号生成部４１は、図示せずも基準クロック信号や水平同期信号および垂直同期信号等を生成して、各部に供給する処理も行う。駆動部４２は、タイミング信号生成部４１から供給されたタイミング信号ＴＤに基づき駆動信号ＤＲを生成して撮像素子１５に供給する。

ユーザインタフェース４５は、ユーザ操作に応じた操作信号ＰＳを生成して制御部５０に供給する。また、ユーザインタフェース４５は、外部制御装置等から供給された撮像制御信号ＲＭを制御部５０に供給する。

制御部５０は、ユーザインタフェース４５から供給された操作信号ＰＳやユーザインタフェース４５を介して供給された撮像制御信号ＲＭに基づき制御信号ＣＴを生成して各部に供給することで、撮像装置の動作がユーザ操作に応じた動作や外部から指示された動作となるように各部の動作を制御する。

また、制御部５０は、操作信号ＰＳや撮像制御信号ＲＭによって、出力部３２から出力される映像出力信号ＤＶoutの映像フォーマットの選択が行われたとき、タイミング信号生成部４１を制御して、駆動部４２に供給するタイミング信号ＴＤを選択された映像フォーマットに応じて切り換えて、選択された映像フォーマットの撮像信号Ｓaを撮像素子１５から出力させる。また、タイミング信号生成部４１を制御して、ノイズ除去部２０に供給するタイミング信号ＴＭf，ＴＭsを選択された映像フォーマットに応じて切り換える。さらに、制御部５０からノイズ除去部２０に対して、選択された映像フォーマットに応じた電力供給制御信号ＥＳや選択制御信号ＳＳを供給して、ノイズ除去部２０の動作を選択された映像フォーマットに応じた動作に切り換える。

図２は、ノイズ除去部２０の構成を示している。ノイズ除去部２０は、撮像信号Ｓaにおけるフィードスルー期間の信号レベルをサンプルホールドするサンプルホールド部２１Ｆa，２１Ｆbと、信号期間の信号レベルのサンプルホールドを行うサンプルホールド部２１Ｓを有している。

撮像素子１５から供給された例えば図３Ａに示す撮像信号Ｓaは、ノイズ除去部２０のサンプルホールド部２１Ｆaとサンプルホールド部２１Ｓに供給する。サンプルホールド部２１Ｆaは、タイミング信号生成部４１から供給された図３Ｂに示すタイミング信号ＴＭfに基づき後述するアナログスイッチの駆動を行い、撮像信号Ｓaのフィードスルー期間の信号レベルをサンプルホールドしてサンプルホールド信号ＳＰfaを生成する。サンプルホールド部２１Ｓは、タイミング信号生成部４１から供給された図３Ｃに示すタイミング信号ＴＭsに基づきアナログスイッチの駆動を行い、撮像信号Ｓaの信号期間の信号レベルをサンプルホールドしてサンプルホールド信号ＳＰsを生成する。サンプルホールド部２１Ｆbは、タイミング信号ＴＭsに基づきアナログスイッチの駆動を行い、サンプルホールド部２１Ｆaで生成されたサンプルホールド信号ＳＰfaを、サンプルホールド部２１Ｓに同期してサンプルホールドすることによりサンプルホールド信号ＳＰfbを生成する。

差動アンプ２２は、サンプルホールド部２１Ｆbで生成されたサンプルホールド信号ＳＰfbと、サンプルホールド部２１Ｓで生成されたサンプルホールド信号ＳＰsとの差分を検出して、この差分を示す信号を撮像信号Ｓbとして出力する。

映像出力信号ＤＶoutの映像フォーマットの切り換えが行われて、撮像信号Ｓaの駆動周波数が変更される場合、ノイズ除去部２０の周波数特性が固定されていると、ノイズ除去部２０の周波数特性は、変更後の撮像信号Ｓaに対して最適化されたものではなくなり、Ｓ／Ｎや変調度の悪化を招いてしまうことがある。このため、ノイズ除去部２０には、映像フォーマットに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部を、映像フォーマット毎に設けるものとする。

図４は、例えば４つの映像フォーマットを選択可能として、映像フォーマット毎に周波数特性を最適化した４つのサンプルホールド部２１０-a〜２１０-dを設ける場合の構成を示している。

サンプルホールドする撮像信号Ｓaは、サンプルホールド部２１０-aのアナログスイッチ２１１の入力端子に供給する。アナログスイッチ２１１の出力端子は、抵抗器２１２を介してコンデンサ２１３とアンプ２１４と接続する。また、コンデンサ２１３の他方の端子を接地して、抵抗器２１２とコンデンサ２１３で一次低域通過フィルタ（ＬＰＦ）である積分回路を構成する。このアナログスイッチ２１１は、タイミング信号生成部４１で生成されたタイミング信号によってオン／オフ駆動される。サンプルホールド部２１０-aには、電力供給スイッチ２１６-aを介して電源電圧ＶDDを印加して電力供給を行う。

また、サンプルホールド部２１０-b〜２１０-dも、サンプルホールド部２１０-aと同様に構成する。サンプルホールド部２１０-a〜２１０-dの抵抗器２１２の抵抗値とコンデンサ２１３の静電容量は、各サンプルホールド部２１０-a〜２１０-dに対応する映像フォーマットに最適化した周波数特性となるように設定する。

ここで、ノイズ除去部２０において、映像フォーマットに最適化した周波数特性である複数のサンプルホールド部を設ける部分は、ノイズ除去部２０から出力される撮像信号Ｓbにおいて、Ｓ／Ｎや変調度が良好に保たれるように設定すれば良い。例えば、サンプルホールド部２１Ｆa，２１Ｆb，２１Ｓのいずれか１つあるいは２つまたは全てを、図４に示すように、映像フォーマット毎に周波数特性が最適化した複数のサンプルホールド部で構成する。

次に、映像フォーマットに最適化した周波数特性である４つのサンプルホールド部２１０-a〜２１０-dを用いて、サンプルホールド部２１Ｆaを構成する場合の動作について図５および図６を用いて説明する。

図５に示すように、映像フォーマットＭＤ-aに対しては、サンプルホールド部２１０-aの周波数特性が最適となるように抵抗器２１２を抵抗値「２Ｒ」、コンデンサ２１３を静電容量「Ｃ」に設定する。このとき、一次ＬＰＦの周波数特性は図６の実線で示す特性となり、カットオフ周波数は「１／（４πＣＲ）」である。

映像フォーマットＭＤ-bに対しては、サンプルホールド部２１０-bの周波数特性が最適となるように抵抗器２１２を抵抗値「Ｒ」、コンデンサ２１３を静電容量「Ｃ」に設定する。このとき、一次ＬＰＦの周波数特性は図６の破線で示す特性となり、カットオフ周波数は「１／（２πＣＲ）」である。

映像フォーマットＭＤ-cに対しては、サンプルホールド部２１０-cの周波数特性が最適となるように抵抗器２１２を抵抗値「Ｒ」、コンデンサ２１３を静電容量「Ｃ／２」に設定する。このとき、一次ＬＰＦの周波数特性は図６の一点鎖線で示す特性となり、カットオフ周波数は「１／（πＣＲ）」である。

映像フォーマットＭＤ-dに対しては、サンプルホールド部２１０-bの周波数特性が最適となるように抵抗器２１２を抵抗値「Ｒ／２」、コンデンサ２１３を静電容量「Ｃ／２」に設定する。このとき、一次ＬＰＦの周波数特性は図６の二点鎖線で示す特性となり、カットオフ周波数は「２／（πＣＲ）」である。

ここで、映像フォーマットＭＤ-aが選択された場合、タイミング信号生成部４１は、撮像素子１５の駆動周波数が「ｆｓ-a」となるようにタイミング信号ＴＤを生成して、駆動部４２に供給する。また、駆動周波数を「ｆｓ-a」として撮像素子１５を駆動して得られる撮像信号Ｓaのフィードスルー期間に同期したタイミング信号ＴＭf-aを生成して、映像フォーマットＭＤ-aに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２１０-aのアナログスイッチ２１１に供給する。

制御部５０は、電力供給制御信号ＥＳ-aによって、電力供給スイッチ２１６-aをオン状態、電力供給スイッチ２１６-b〜２１６-dを電力供給制御信号ＥＳ-b〜ＥＳ-dによってオフ状態として、サンプルホールド部２１０-aに対してのみ電力供給を行う。また、制御部５０は、選択制御信号ＳＳによって信号選択部２１７を駆動して、切換端子ＰＴ-sの位置をサンプルホールド部２１０-aと接続された端子ＰＴ-aに設定する。

このように映像フォーマットＭＤ-aが選択された場合、映像フォーマットＭＤ-aに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２１０-aによって、映像フォーマットＭＤ-aに対応した撮像信号Ｓaのフィードスルー期間の信号レベルがサンプルホールドされて、このサンプルホールド結果を示す信号が信号選択部２１７からサンプルホールド信号ＳＰfaとして出力される。

映像フォーマットＭＤ-bが選択された場合、タイミング信号生成部４１は、撮像素子１５の駆動周波数が「ｆｓ-b」となるようにタイミング信号ＴＤを生成して、駆動部４２に供給する。また、駆動周波数を「ｆｓ-b」として撮像素子１５を駆動して得られる撮像信号Ｓaのフィードスルー期間に同期したタイミング信号ＴＭf-bを生成して、映像フォーマットＭＤ-bに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２１０-bのアナログスイッチ２１１に供給する。

制御部５０は、電力供給制御信号ＥＳ-bによって、電力供給スイッチ２１６-bをオン状態、電力供給制御信号ＥＳ-a，ＥＳ-c，ＥＳ-dによって、電力供給スイッチ２１６-a，２１６-c，２１６-dをオフ状態として、サンプルホールド部２１０-bに対してのみ電力供給を行う。また、制御部５０は、選択制御信号ＳＳによって信号選択部２１７を駆動して、切換端子ＰＴ-sの位置をサンプルホールド部２１０-bと接続された端子ＰＴ-bに設定する。

このように映像フォーマットＭＤ-bが選択された場合、映像フォーマットＭＤ-bに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２１０-bによって、映像フォーマットＭＤ-bに対応した撮像信号Ｓaのフィードスルー期間の信号レベルがサンプルホールドされて、このサンプルホールド結果を示す信号が信号選択部２１７からサンプルホールド信号ＳＰfaとして出力される。

映像フォーマットＭＤ-c，ＭＤ-dが選択された場合も同様に、映像フォーマットＭＤ-cに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２１０-cや、映像フォーマットＭＤ-dに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２１０-dによって、映像フォーマットＭＤ-cに対応した撮像信号Ｓaや映像フォーマットＭＤ-dに対応した撮像信号Ｓaのフィードスルー期間の信号レベルがサンプルホールドされて出力される。また、駆動されるサンプルホールド部に対してのみ電力供給を行う。

また、４つのサンプルホールド部２１０-a〜２１０-dを用いて、サンプルホールド部２１Ｆbを構成する場合には、選択された映像フォーマットに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部に対して、タイミング信号生成部４１から撮像信号Ｓaの信号期間に同期したタイミング信号を供給して、サンプルホールド部２１Ｆaから出力されるサンプルホールド信号ＳＰfaを、信号期間のタイミングでサンプルホールドすればサンプルホールド信号ＳＰfbを生成できる。

例えば、映像フォーマットＭＤ-aが選択された場合、タイミング信号生成部４１は、駆動周波数を「ｆｓ-a」として撮像素子１５を駆動して得られる撮像信号Ｓaの信号期間に同期したタイミング信号ＴＭs-aを生成して、映像フォーマットＭＤ-aに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２１０-aのアナログスイッチ２１１に供給する。映像フォーマットＭＤ-bが選択された場合、タイミング信号生成部４１は、駆動周波数を「ｆｓ-b」として撮像素子１５を駆動して得られる撮像信号Ｓaの信号期間に同期したタイミング信号ＴＭs-bを生成して、映像フォーマットＭＤ-bに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２１０-bのアナログスイッチ２１１に供給する。同様に、映像フォーマットＭＤ-c（ＭＤ-d）が選択された場合、撮像信号Ｓaの信号期間に同期したタイミング信号ＴＭs-c（ＴＭs-d）を生成して、映像フォーマットＭＤ-c（ＭＤ-d)に最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２１０-c（２１０-d)のアナログスイッチ２１１に供給する。

このように、撮像信号Ｓaの信号期間に同期したタイミング信号に基づき、サンプルホールド部２１Ｆaから出力されるサンプルホールド信号ＳＰfaをサンプルホールドすることでサンプルホールド信号ＳＰfbを生成できる。

４つのサンプルホールド部２１０-a〜２１０-dを用いて、サンプルホールド部２１Ｓを構成する場合には、上述のサンプルホールド部２１Ｆbを構成する場合と同様に、選択された映像フォーマットに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部に対して、タイミング信号生成部４１から撮像信号Ｓaの信号期間に同期したタイミング信号を供給する。サンプルホールド部では、供給されたタイミング信号に基づきアナログスイッチを駆動して、撮像信号Ｓaを信号期間のタイミングでサンプルホールドすれば、サンプルホールド信号ＳＰsを生成できる。

また、映像フォーマットに最適化した周波数特性である複数のサンプルホールド部は、図７に示すように、次数の異なるＬＰＦを用いて構成するものとしても良い。例えば、アナログスイッチ２１１の出力側は、抵抗器２３１，２３２を介してコンデンサ２３３の一方の端子およびアンプ２３４に接続する。コンデンサ２３３の他方の端子は接地する。また、抵抗器２３１と抵抗器２３２との接続点ＪＴと、アンプ２３４の出力端子との間にはコンデンサ２３５を設けて、二次ＬＰＦを構成する。

このように次数の異なるＬＰＦを用いてサンプルホールド部を構成することにより、サンプルホールド部の周波数特性を設定する際の自由度を高くすることができ、周波数特性を映像フォーマットに応じてさらに最適化することも可能となる。

このように、サンプルホールド部２１Ｆa，２１Ｆb，２１Ｓのいずれか１つあるいは２つまたは全てを、映像フォーマットに最適化した周波数特性である複数のサンプルホールド部で構成して、選択した映像フォーマットに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部でフィードスルー期間や信号期間の信号レベルをサンプルホールドすることにより、Ｓ／Ｎや変調度を良好な状態に維持してノイズ除去を行うことができる。また、映像フォーマットに最適化した周波数特性のサンプルホールド部にのみ電力供給を行うことで、消費電力を従来と同等のレベルに保つことができる。

さらに、ノイズ除去部２０を積分形相関二重サンプリング回路で構成する場合にも、映像フォーマットに最適化した周波数特性である複数のサンプルホールド部を設けるものとすれば、Ｓ／Ｎや変調度を良好な状態に維持してノイズ除去を行うことができる。

ノイズ除去部２０を積分形相関二重サンプリング回路で構成する場合、タイミング信号生成部４１は、図８Ａに示す撮像信号Ｓaに対して、図８Ｂに示すようにフィードスルー期間を示すタイミング信号ＴＭfiをノイズ除去部２０に供給して、撮像信号Ｓaのフィードスルー期間の積分結果をサンプルホールドさせる。また、図８Ｃに示すように信号期間を示すタイミング信号ＴＭsiをノイズ除去部２０に供給して、撮像信号Ｓaの信号期間の積分結果をサンプルホールドさせる。さらに、タイミング信号ＴＭsiを利用して、サンプルホールドされているフィードスルー期間の積分結果を信号期間の積分結果と同期させて差分を求めることで、ノイズ除去された撮像信号Ｓbを得ることができる。

また、タイミング信号生成部４１は、フィードスルー期間の積分結果や信号期間の積分結果を次の積分が行われる前にリセットするための図８Ｄに示すタイミング信号ＴＭdcを生成して、ノイズ除去部２０に供給する。

ノイズ除去部２０を積分形相関二重サンプリング回路で構成する場合、サンプリング部は例えば図９に示すように構成する。なお、図９は例えば映像フォーマット毎に周波数特性を最適化した４つのサンプルホールド部２５０-a〜２５０-dを用いて、撮像信号Ｓaのフィードスルー期間を積分してサンプルホールドする場合の構成であり、図８では積分回路をサンプリング部に含めて示している。

サンプルホールドする撮像信号Ｓaは、サンプルホールド部２５０-aの抵抗器２５１を介してアナログスイッチ２５２の入力端子に供給する。アナログスイッチ２５２の出力端子は、コンデンサ２５３とアンプ２５４に接続する。また、コンデンサ２５３の他方の端子を接地して、アナログスイッチ２５２がオン状態とされたとき、抵抗器２５１とコンデンサ２５３で一次低域通過フィルタ（ＬＰＦ）である積分回路を構成する。また、コンデンサ２５３には、コンデンサ２５３に蓄積された電荷を放電するためのアナログスイッチ２５５が並列に接続されている。

アナログスイッチ２５２，２５５は、タイミング信号生成部４１で生成されたタイミング信号によってオン／オフ駆動される。また、サンプルホールド部２５０-aには、電力供給スイッチ２５６-aを介して電力供給を行う。また、サンプルホールド部２５０-b〜２５０-dも、サンプルホールド部２５０-aと同様に構成する。サンプルホールド部２５０-a〜２５０-dの抵抗器２５１の抵抗値とコンデンサ２５３の静電容量は、各サンプルホールド部２５０-a〜２５０-dに対応する映像フォーマットに最適化した周波数特性となるように設定する。

ここで、映像フォーマットＭＤ-aが選択された場合、タイミング信号生成部４１は、撮像素子１５の駆動周波数が「ｆｓ-a」となるようにタイミング信号ＴＤを生成して、駆動部４２に供給する。また、駆動周波数を「ｆｓ-a」として撮像素子１５を駆動して得られる撮像信号Ｓaのフィードスルー期間を示すタイミング信号ＴＭfi-aを生成して、映像フォーマットＭＤ-aに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２５０-aのアナログスイッチ２５２に供給する。さらに、タイミング信号生成部４１は、撮像信号Ｓaのフィードスルー期間を積分してサンプルホールドを行ったのち、次のフィードスルー期間の積分を開始する前に、コンデンサ２５３に蓄積されている電荷を放電させるためのタイミング信号ＴＭdcを生成して、アナログスイッチ２５５に供給する。

制御部５０は、電力供給制御信号ＥＳによって、電力供給スイッチ２５６-aをオン状態、電力供給スイッチ２５６-b〜２５６-dをオフ状態として、サンプルホールド部２５０-aに対してのみ電力供給を行う。また、制御部５０は、選択制御信号ＳＳによって信号選択部２５７を駆動して、サンプルホールド部２５０-aの出力を選択する。

このように映像フォーマットＭＤ-aが選択された場合、映像フォーマットＭＤ-aに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２５０-aによって、映像フォーマットＭＤ-aに対応した撮像信号Ｓaのフィードスルー期間が積分されたのちサンプルホールドされて、信号選択部２５７からサンプルホールド信号ＳＰfaとして出力される。

映像フォーマットＭＤ-b（ＭＤ-c，ＭＤ-d）が選択された場合も同様に、映像フォーマットＭＤ-b（ＭＤ-c，ＭＤ-d）に最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２５０-b（c，２５０-d）によって、映像フォーマットＭＤ-b（ＭＤ-c，ＭＤ-d）に対応した撮像信号Ｓaのフィードスルー期間が積分されたのちサンプルホールドされて、信号選択部２５７からサンプルホールド信号ＳＰfaとして出力される。また、駆動されるサンプルホールド部に対してのみ電力供給を行う。

また、４つのサンプルホールド部２５０-a〜２５０-dを用いて、撮像信号Ｓaの信号期間を積分してサンプルホールドする場合、選択された映像フォーマットに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部に対して、タイミング信号生成部４１から撮像信号Ｓaの信号期間を示すタイミング信号ＴＭsiを供給する。さらに、撮像信号Ｓaの信号期間を積分してサンプルホールドを行ったのち、次の信号期間の積分を開始する前に、コンデンサ２５３に蓄積されている電荷を放電させるためにタイミング信号ＴＭdcもタイミング信号生成部４１から供給する。

例えば映像フォーマットＭＤ-aが選択された場合、タイミング信号生成部４１は、駆動周波数を「ｆｓ-a」として撮像素子１５を駆動して得られる撮像信号Ｓaの信号期間を示すタイミング信号ＴＭsi-aを生成して、映像フォーマットＭＤ-aに最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２５０-aのアナログスイッチ２５２に供給する。また、コンデンサ２５３に蓄積されている電荷を放電させるためにタイミング信号ＴＭdcを生成して、サンプルホールド部２５０-aのアナログスイッチ２５５に供給する。

同様に、映像フォーマットＭＤ-ｂ（ＭＤ-c，ＭＤ-d）が選択された場合、撮像信号Ｓaの信号期間を示すタイミング信号ＴＭsi-b（ＴＭsi-c，ＴＭsi-d）を生成して、映像フォーマットＭＤ-b（ＭＤ-c，ＭＤ-d)に最適化した周波数特性であるサンプルホールド部２５０-b（２５０-c，２５０-d)のアナログスイッチ２５２に供給する。また、コンデンサ２５３に蓄積されている電荷を放電させるためのタイミング信号ＴＭdcを生成して、サンプルホールド部２５０-b（２５０-c，２５０-d）のアナログスイッチ２５５に供給する。

なお、撮像信号Ｓaのフィードスルー期間を積分してサンプルホールドした結果を、撮像信号Ｓaの信号期間を積分してサンプルホールドした結果と同期させるためのサンプルホールド部は、従来と同様な構成、あるいは図４に示す構成とする。

このように、ノイズ除去部２０を積分形相関二重サンプリング回路で構成する場合においても、映像フォーマットに最適化した周波数特性のサンプルホールド部を設けておき、選択された映像フォーマットに対応するサンプルホールド部を駆動することで、Ｓ／Ｎや変調度を良好な状態に維持してノイズ除去を行うことができる。また、映像フォーマットに最適化した周波数特性のサンプルホールド部にのみ電力供給を行うことで、消費電力を従来と同等のレベルに保つことができる。

また、映像フォーマットの切り換えによって、撮像部の駆動周波数を変更しても、Ｓ／Ｎや変調度を良好な状態に維持してノイズ除去を行うことができるので、カメラシステムにとって重要な画質特性を維持しながら、ディジタル信号処理による画素数変換やフレームレート変換を行う必要の無い、マルチフォーマット（例えばＨＤフォーマットやＳＤフォーマットなど）に対応可能な撮像装置を提供できる。

また、周波数特性が最適化されたサンプルホールド部を独立して複数設けるだけで、複数の映像フォーマットに容易に対応できることから、ノイズ除去部の回路規模を非常に小さくできる。さらに、最適な周波数特性のサンプルホールド回路を選択することでＳ／Ｎや変調度等の特性を最適なものとすることができる。例えば第１の映像フォーマットでは１次フィルタ、第２の映像フォーマットでは２次フィルタを用いることで特性が最適なものとなる場合、上述のように１次フィルタを用いたサンプルホールド部と２次フィルタを用いたサンプルホールド回路を設けておき、周波数特性が最適なサンプルホールド部を選択するだけで容易に対応できる。

なお、上述の形態では、４つの映像フォーマットを選択可能とした場合について説明したが、映像フォーマットの数やＬＰＦの構成、相関二重サンプリング回路・積分形相関二重サンプリング回路など撮像素子からの信号に対するノイズ除去回路は例示的なものであり限定的なものでないことは勿論である。

撮像装置の構成を示す図である。 ノイズ除去部の構成を示す図である。 撮像信号とタイミング信号を示す図である。 サンプルホールド部の構成を示す図である。 サンプルホールド部の設定と駆動を説明するための図である。 サンプルホールド部の周波数特性を示す図である。 サンプルホールド部の他の構成を示す図である。 撮像信号と積分形相関二重サンプリングで用いるタイミング信号を示す図である。 積分形相関二重サンプリングを用いたときのサンプルホールド部の構成を示す図である。

符号の説明

１０・・・撮像装置、１１・・・撮像レンズ、１５・・・撮像素子、２０・・・ノイズ除去部、２１Fa，２１Fb，２１Ｓ，２１０-a〜２１０-d，２５０-a〜２５０-d・・・サンプルホールド部、２２・・・差動アンプ、３０・・・Ａ／Ｄ変換器、３１・・・ディジタル信号処理部、３２・・・出力部、４１・・・タイミング信号生成部、４２・・・駆動部、４５・・・ユーザインタフェース、５０・・・制御部、２１１，２５２，２５５・・・アナログスイッチ、２１４，２３４，２５４・・・アンプ、２１６-a〜２１６-d，２５６-a〜２５６-d・・・電力供給スイッチ、２１７，２５７・・・信号選択部

Claims (4)

1. 撮像信号のフィードスルー期間に同期したタイミング信号と信号期間に同期したタイミング信号を生成するタイミング信号生成部と、前記タイミング信号に基づき前記撮像信号のフィードスルー期間と信号期間の信号レベルをサンプルホールドするサンプルホールド部と、前記サンプルホールド部でサンプルホールドした前記フィードスルー期間と信号期間の信号レベルの差分を検出する差分検出部とを有する相関二重サンプリング回路において、
   周波数特性の異なる複数の前記サンプルホールド部を設け、
   前記タイミング信号生成部は、前記撮像信号の映像フォーマットに応じた周波数特性であるサンプルホールド部に対して前記撮像信号に応じたタイミング信号を供給し、
   前記差分検出部は、前記撮像信号に応じたタイミング信号が供給されたサンプルホールド部でサンプルホールドした前記フィードスルー期間と信号期間の信号レベルの差分を検出する
   ことを特徴とする相関二重サンプリング回路。
2. 撮像信号を生成する撮像部と、
   前記撮像部を駆動するためのタイミング信号と、前記撮像信号のフィードスルー期間に同期したタイミング信号と信号期間に同期したタイミング信号を生成するタイミング信号生成部と、
   前記タイミング信号に基づき、前記撮像信号のフィードスルー期間と信号期間の信号レベルをサンプルホールドして、該サンプルホールドしたフィードスルー期間と信号期間の信号レベルの差分を出力するノイズ除去部と、
   複数の映像フォーマットから１つの映像フォーマットを選択するフォーマット選択部と、
   前記フォーマット選択部で選択された映像フォーマットに応じて、前記タイミング信号生成部と前記ノイズ除去部の動作を制御する制御部とを有し、
   前記ノイズ除去部には、映像フォーマットに応じた周波数特性のサンプルホールド部を前記複数の映像フォーマットに応じて設けるものとし、
   前記タイミング信号生成部と前記制御部は、前記選択された映像フォーマットに応じた周波数特性であるサンプルホールド部にタイミング信号を供給して、該サンプルホールド部でサンプルホールドしたフィードスルー期間と信号期間の信号レベルの差分を出力させる
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 前記制御部は、前記選択された映像フォーマットに応じた周波数特性のサンプルホールド部を除く他のサンプルホールド部に対しての電力供給を停止する
   ことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 撮像信号のフィードスルー期間と信号期間の信号レベルのサンプルホールド動作を行い、サンプルホールドしたフィードスルー期間と信号期間の信号レベルの差分を出力する撮像信号処理方法において、
   前記撮像信号のフィードスルー期間に同期したタイミング信号と信号期間に同期したタイミング信号を生成するタイミング信号生成工程と、
   前記撮像信号の映像フォーマットに応じた周波数特性であるサンプルホールド動作を選択して、前記タイミング信号生成工程で生成されたタイミング信号に基づきサンプルホールド動作を行うサンプルホールド工程とを有する
   ことを特徴とする撮像信号処理方法。

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