JP3809025B2 - 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

Description

【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ＬＳＢ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７０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ＬＳＢ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ＬＳＢ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、Ｓ９０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、Ｓ６０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８０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Ｔ６０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８０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)

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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。

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