JP4196557B2

JP4196557B2 - Imaging device

Info

Publication number: JP4196557B2
Application number: JP2001365459A
Authority: JP
Inventors: 英史田中
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003169262A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置に係り、特にテレビカメラ、ディジタルカメラ等の撮像装置の撮像信号をクランプするクランプ装置を有する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、固体撮像素子を用いたカラー撮像装置では、暗電流と呼ばれる固体撮像素子の熱雑音に起因するノイズが温度変化に依存して変化するため、撮像信号の黒レベルが安定しない。そこで、従来の撮像装置では、撮像信号の黒レベル安定化のため、固体撮像素子を図９（Ａ）に示すように、入射される被写体光像を光電変換して撮像信号を得る多数の画素からなる画像部１０１と、被写体光像を遮光する遮光部１０２とより構成し、被写体光像に感応しない遮光部１０２から得られる撮像信号を光学的な黒レベル（オプチカルブラック：以下、ＯＢと記す）の基準とすることが知られている（例えば、特開平８−３２１９７０号公報）。
【０００３】
従来の撮像信号クランプ装置では、上記の遮光部１０２が水平方向端部に設けられているので、図９（Ｂ）に示す、遮光部１０２に対応した位置で発生する水平クランプ信号に基づき、撮像信号を水平ライン毎に遮光部１０２（ＯＢ位置）で直流クランプし、上記の黒レベルの安定化を図っている。
【０００４】
また、撮像信号の走査線１本又は複数本毎に水平ＯＢを検出して、１水平走査期間の周期でＯＢレベルを算出し、あるいは撮像信号の垂直ＯＢを検出して１垂直走査期間の周期でＯＢレベルを算出し、このＯＢレベルに基づき、ＯＢ段差信号を発生して撮像信号から差し引くことにより、ＯＢ段差を補正するようにした撮像装置も従来より知られている（特開２０００−１５２０９８号公報）。また、この公報には、上記のＯＢ段差信号を生成するＯＢ段差補正回路の入力撮像信号がアナログ信号である場合と、ディジタル信号である場合のそれぞれについて開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の撮像装置は、いずれも固体撮像素子としてＣＣＤ（電荷転送素子）を用いた場合によく用いられている構成ではあるが、ＣＣＤの製造過程が複雑なため、水平方向、垂直方向あるいは空送り部の情報をもとに正確な補正を行わなければならない。このため、補正回路部の構成が複雑なものとなり、小型化や低電力化が困難でコストアップにもなり実用性に乏しかった。
【０００６】
いずれにせよ水平方向のクランプ方法が主体であり、垂直方向は補助手段として用いられているのみであった。このため、ＣＣＤでは画素数の多い高画質な固体撮像素子を実用化するのは困難で、特に高精細度テレビ（ＨＤＴＶ）方式の画素数以上の画素数を持つ動画用の固体撮像素子については実現していない。
【０００７】
また、高精細度テレビ（ＨＤＴＶ）方式の画素数以上の画素数を持つ撮像装置において、駆動信号周波数を下げるために撮像部を複数に分割して用いる場合、分割部分毎に被写体光像遮光部を設けることは画像内で不可能であり、従って水平方向の直流クランプをかけることができず、暗電流等の直流電位の変化の影響を防ぐことが困難である。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、高解像度の分割画像でも直流電位を一定にすることができ、暗電流の温度変化に影響されない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】
上記の目的を達成するため、本発明の第１の撮像装置は、被写体光像が照射され、その被写体光像の光量に応じた電荷を発生する撮像領域と、撮像領域の垂直方向に付加された垂直遮光領域とからなり、撮像領域及び垂直遮光領域が少なくとも水平方向に３分割された複数の分割領域を有する撮像素子を備え、複数の分割領域のそれぞれから撮像信号を並列出力するＣＭＯＳセンサと、並列出力されたそれぞれの垂直遮光領域部分からの信号を所定電位にクランプし、所定電位を並列出力された撮像信号の基準にするクランプ手段と、クランプ手段から出力された撮像信号を映像信号に変換して出力する信号処理手段とを有する構成としたものである。また、本発明の第２の撮像装置は、第１の撮像装置の構成に加えて、ＣＭＯＳセンサから並列出力された画素単位の撮像信号の、垂直遮光領域の範囲内に対応した位置でクランプパルスを発生するクランプパルス発生手段を設けたものである。第１、第２の発明では、ＣＭＯＳセンサから並列出力されるそれぞれの垂直遮光領域部分からの信号を所定電位にクランプし、所定電位をＣＭＯＳセンサから並列出力される撮像信号の基準にする。
【００１４】
また、上記の目的を達成するため、本発明の第３の撮像装置は、被写体光像が照射され、被写体光像の光量に応じた電荷を発生する撮像領域と、前記撮像領域の垂直方向に付加された垂直遮光領域とからなり、撮像領域及び垂直遮光領域が少なくとも水平方向に３分割された複数の分割領域を有する撮像素子を備え、複数の分割領域のそれぞれに含まれる画素単位の撮像信号を並列出力するＣＭＯＳセンサと、並列出力されたそれぞれの垂直遮光領域部分からの信号を所定電位にクランプし、所定電位を並列出力された撮像信号の基準にするクランプ手段と、所定電位を基準に垂直遮光領域部分を含めた撮像信号をディジタル信号化するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段から取り出されたディジタル信号のうち、垂直遮光領域のディジタル信号により補正信号を作成する補正信号作成手段と、Ａ／Ｄ変換手段から取り出されたディジタル信号を、補正信号で減算して映像信号に変換して出力する信号処理手段とを有する構成としたものである。また、本発明の第４の撮像装置は、第３の撮像装置の構成に加えて、ＣＭＯＳセンサから並列出力された画素単位の撮像信号の、垂直遮光領域の範囲内に対応した位置でクランプパルスを発生するクランプパルス発生手段を設けたものである。
【００１５】
この発明では、垂直方向に直流クランプされ、かつ、ディジタル信号に変換された撮像信号を、垂直遮光領域のディジタル信号を演算して得た補正信号で補正するようにしたため、アナログ信号では困難な垂直方向単位の画質劣化補正ができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる撮像装置の第１の実施の形態のブロック図を示す。同図において、撮像素子１１、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）回路１２、タイミング発生器（ＴＧ）１３、駆動回路１４及び増幅器１５は、本発明の撮像装置の一実施の形態であるＣＭＯＳセンサ１６を構成している。ＣＭＯＳセンサ１６は、ＣＣＤ素子とは異なり撮像素子１１以外の演算機能もセンサと同じ製法で内蔵できるため、ＣＤＳ回路１２、ＴＧ１３、駆動回路１４及び増幅器１５は、撮像素子１１と同一の大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）基板上に搭載されている。
【００２１】
ここで、撮像素子１１は、図２に示すように、撮像領域Ａと垂直方向の遮光領域である垂直オプチカルブラック（Ｖ．ＯＢ）部分Ｂとからなる。撮像領域Ａは、水平方向の画素数が高精細度テレビ（ＨＤＴＶ）方式の水平方向の画素数１９２０の２倍の３８４０画素で、垂直方向の画素数がＨＤＴＶ方式の垂直方向の画素数１０８０の２倍の２１６０画素（ライン）からなる。また、Ｖ．ＯＢ部分Ｂは、撮像領域Ａの垂直方向に付加された３２画素（ライン）からなる。
【００２２】
また、撮像素子１１の撮像領域Ａの各画素は、フォトダイオードと、フォトダイオードにより入射光量に応じて発生した電荷を蓄積する蓄積部と、電荷を蓄積部に転送する転送部と、蓄積部に蓄積された電荷を出力する出力部などから構成されている。撮像素子１１のＶ．ＯＢ部分Ｂの各画素も撮像領域Ａの各画素と構成は同様であるが、入射される被写体光像が遮光されるため、フォトダイオードは入射光量に応じた電荷は発生しない。
【００２３】
映像信号を動画用とするためには垂直駆動周波数を３０Ｈｚに設定する。従って図２の撮像領域Ａを、水平方向に８分割した構成とすると、水平駆動周波数６７.５ｋＨｚ、各画素のクロック周波数３７.１２５ＭＨｚがＨＤＴＶ信号に準じた設定となる。撮像素子１１からは、図２の撮像領域を水平方向に８分割した、各分割撮像領域から８系統のアナログ出力Ａ０〜Ａ７が同時に並列出力される。図２の場合、これらの構成は全て８組となり、ＣＭＯＳセンサとしては容易に実現できる。
【００２４】
再び図１に戻って説明するに、ＣＭＯＳセンサ１６には、ＴＧ１３に基準となる同期信号を供給する同期信号発生器（ＳＳＧ）１７と、ＣＭＯＳセンサ１６から出力された撮像信号の直流分をクランプするクランプ回路１９とが接続され、また、クランプ回路１９にＯＢの期間ＯＢクランプパルスを供給するＯＢクランプパルス発生回路１８と、クランプ回路１９から出力された撮像信号を信号処理する信号処理回路２０とが設けられている。ＣＭＯＳセンサ１６、ＳＳＧ１７、ＯＢクランプパルス発生回路１８及びクランプ回路１９が撮像信号クランプ装置の一実施の形態を構成しており、これと信号処理回路２０とにより撮像装置の一実施の形態が構成される。
【００２５】
次に、本実施の形態の動作について説明する。図１において、撮像素子１１は被写体光像が全画素に同時に照射され、被写体光像の光量に応じた電荷を発生して電気信号である撮像信号に変換し、ＴＧ１３からのタイミング信号に基づいて駆動回路１４から発生される駆動信号に基づいて、図２の８つ分割撮像領域から撮像信号Ａ０〜Ａ７として並列に同時出力する。撮像素子１１から８並列出力された撮像信号は、ＣＤＳ回路１２において撮像素子１１で発生するノイズ成分がＴＧ１３からのサンプリング信号に基づき除去される。ＣＤＳ回路１２においてノイズ成分が除去された撮像信号は、増幅器１５で増幅された後、クランプ回路１９に供給される。
【００２６】
一方、ＳＳＧ１７から出力された同期信号はＯＢクランプパルス発生回路１８に供給され、ここで垂直同期信号に同期して作成された図２に黒地で示したＶ．ＯＢ部分Ｂの指定信号をクランプパルスとして発生させる。クランプ回路１９は、ＣＭＯＳセンサ１６から取り出された８並列の撮像信号の、図２に示したＶ．ＯＢ部分Ｂの期間の信号部分の直流分を基準にして、撮像信号をそれぞれ直流クランプする。クランプ回路１９で直流クランプされた８並列撮像信号は、信号処理回路２０に供給され、ＨＤＴＶ方式の４倍の画素数の高解像度の映像信号、あるいはＨＤＴＶ方式と同じ画素数の４種類の映像信号などに変換されて出力される。
【００２７】
上記のクランプ回路１９の動作について、更に図３と共に説明する。図３（Ａ）は図２にＢで示したＶ.ＯＢ部分であり、Ａ０ｎ〜Ａ７ｎはそれぞれＣＭＯＳセンサ１６の信号出力Ａ０〜Ａ７のＶ.ＯＢ部分の水平方向画素数ｎ（図２では４８０画素）を示し、ＬｍはＶ.ＯＢ部分のライン数ｍ（図２では３２ライン）を示す。
【００２８】
このＶ．ＯＢ部分の範囲内のあるラインの撮像信号Ａ０、Ａ１、・・・、Ａ７は、図３（Ｂ）にＤ０、Ｄ１、・・・、Ｄ７で示す信号レベルであり、ばらついているが、クランプ回路１９によりこのＶ．ＯＢ部分の撮像信号の直流分をクランプすることにより、図３（Ｃ）に示すように基準電位Ｄｓの一定値が設定される。このように、Ｖ．ＯＢ部分の範囲内の撮像信号の直流電位をクランプすることで、従来ばらついていたＶ．ＯＢ部分の範囲内の撮像信号の信号レベルを基準電位Ｄｓに設定することができる。更に、ＣＭＯＳセンサ１６が温度変化等により暗電流を生じ直流電位が変化した場合にも、クランプ回路１９により撮像信号の直流電位を基準電位Ｄｓに保つことができる。
【００２９】
図４はＣＭＯＳセンサ１６から８系統の信号Ａ０〜Ａ７が並列に出力される状態を示す。Ｖ．ＯＢ部分のクランプ期間はＶ .ＯＢ部分内の範囲であり、垂直同期信号期間内でもある。
【００３０】
図５はＨＤＴＶ信号に準じた垂直クランプパルス例を示す。図５（Ａ）は垂直帰線消去期間でインターレースの場合、２２Ｈか２３Ｈ（Ｈは水平走査期間）である。図５（Ｂ）は水平駆動信号で１Ｈパルスが連続する。従来の水平クランプパルスは、この水平駆動信号を基にして水平帰線消去期間内に作られ１Ｈ間隔で連続する。
【００３１】
これに対し、本実施の形態では、ＯＢクランプパルス発生回路１８は図５（Ｃ）又は同図（Ｄ）に示すクランプパルスを発生する。図５（Ｃ）に示すクランプパルスは、垂直帰線消去期間内の水平消去信号期間を除いたものであり、図５（Ｄ）に示すクランプパルスは、水平消去期間が短くクランプ効果への影響は少ないので省略した、垂直帰線消去期間一定論理値のパルスである。
【００３２】
このようにして、本実施の形態では、垂直方向に撮像信号のクランプを行うようにしたため、高解像度の分割画像でもその撮像信号の直流電位を一定にすることができる。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は本発明になる撮像装置の第２の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図６において、ＣＭＯＳセンサ１６から並列に出力された８つのアナログ撮像信号は、クランプ回路１９でＶ．ＯＢ部分の範囲内の各撮像信号の直流分が基準電位Ｄｓとして設定され、その基準電位Ｄｓに直流分がクランプされてＡ／Ｄ変換器２２に供給される。
【００３４】
このとき、Ａ／Ｄ変換器２２に供給される撮像信号のＶ．ＯＢ部分の直流電位を一定とし、略信号成分の最低値として扱えば、Ａ／Ｄ変換器２２の入力アナログ信号に対するダイナミックレンジの利用効率が高まり、変換幅が広い良好なディジタル信号を得ることができる。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器２２でディジタル信号に変換された撮像信号は、信号処理回路２４に供給される一方、ＯＢデータ作成回路２３に供給され、ここで図２にＢで示したＶ．ＯＢ部分の範囲内のディジタル信号に基づき、ＯＢ補正信号（ＯＢデータ）が作成される。このＯＢデータ作成回路２３の動作につき更に図７と共に説明する。図７（Ａ）は図６のクランプ回路１９で直流クランプされた、Ｖ．ＯＢ部分の撮像信号、すなわちＯＢアナログ信号で、Ｌ０、Ｌ１、・・・、Ｌｎの各水平ライン信号から構成される。これらｎ＋１本の水平ラインは、図２のＶ．ＯＢ部分Ｂの３２本、図３（Ａ）に示したｍラインに相当する。
【００３６】
図７（Ｂ）はこのうちの１ラインに含まれる画素単位の信号レベルを点で示したもので、この各画素毎に、Ａ／Ｄ変換器２２でＡ／Ｄ変換すると、図７（Ｃ）に示すようなデータ列が得られる。例えば、水平ライン信号Ｌ０においては、D00、D01、D02、・・・、D0kとなる。ＯＢデータ作成回路２３は、このＶ．ＯＢ部分のデータ列を垂直方向に例えば加重平均して、図７（Ｄ）に示すＤ０、Ｄ１、Ｄ２、・・・、ＤｋのＯＢ補正信号を作成する。なお、加重平均の際に、撮像素子１１自体の傷などによる異常値を除去することは自明である。
【００３７】
再び図６に戻って説明するに、クランプ回路１９によりＶ．ＯＢ部分の撮像信号の直流分の設定電位Ｄｓで直流クランプされた後、Ａ／Ｄ変換器２２でディジタル信号に変換された被写体光像の撮像信号は、信号処理回路２４において、ＯＢデータ作成回路２３から取り出された前記ＯＢ補正信号と減算されることで補正され、被写体光像以外の原因で（例えば、撮像素子の垂直方向不均一成分）、図８（Ａ）に示すような垂直方向に濃淡を生じている画像（太線が濃い画像、細線が薄い画像を示す）を、図８（Ｂ）に示すように、濃淡の無い本来の平坦な被写体の画像とされる。信号処理回路２４は上記の補正処理終了後に、ガンマ・色変換等の処理を行い、被写体の映像信号として出力する。
【００３８】
このように、本実施の形態では、被写体光像の撮像信号に対して、垂直クランプで平均的な直流電位の固定を行った後、垂直成分毎の濃淡差の補正を行うようにしたため、第１の実施の形態と同様に高解像度の分割画像でも直流電位を一定にすることができ、暗電流の温度変化に影響されない撮像装置を実現できるという効果を奏すると共に、これに加えて画質劣化の殆ど無い良好な画質の映像信号を得ることができる。また、本実施の形態では、Ａ／Ｄ変換器２２に入力される撮像信号の直流電位を最適化するようにしているため、Ａ／Ｄ変換器２２の変換幅を十分に広く使え、これにより得られたディジタル信号に基づき、Ｖ．ＯＢ部分の詳細なＯＢ補正信号を作成することができる。
【００３９】
なお、アナログ撮像信号に対して垂直方向不均一部分を検出して補正することは、データの蓄積が長時間かかるため、蓄積が困難で大掛かりな構成を必要とするが、ディジタル信号では長時間の蓄積は容易に行えるため、本実施の形態ではＡ／Ｄ変換器２２によりＡ／Ｄ変換した後のディジタル撮像信号に対してＯＢ補正信号作成のための演算を行う。これにより、アナログ信号では困難な垂直方向単位の画質劣化補正を、簡単で精度良く行うことができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来水平方向に行っていた撮像信号の直流クランプを垂直方向に行うことで、撮像信号の直流電位を一定にするようにしたため、従来に比べて簡単な構成で暗電流の温度変化に影響されない撮像装置を実現でき、特に撮像信号の直流クランプを、複数の分割領域から並列に取り出された複数の撮像信号毎に行うようにしたため、従来では困難であった高解像度の分割画像でも直流電位を一定にすることができる。
【００４１】
また、本発明によれば、垂直方向に直流クランプした撮像信号を、Ａ／Ｄ変換手段に供給することにより、Ａ／Ｄ変換手段に入力される撮像信号の直流電位を最適化するようにしたため、Ａ／Ｄ変換手段の変換幅を十分広く使って、容易に垂直遮光領域の詳細な補正信号を得ることができ、これによりアナログ信号では困難な垂直方向単位の画質劣化補正を、簡単で精度良く行うことができる。
【００４２】
また、本発明によれば、撮像素子、駆動手段及びノイズ除去手段は同一半導体基板上に搭載することにより、撮像素子が複数の分割領域から構成されている場合にも、小型な構成とすることができるため、ＣＣＤを撮像素子に用いた従来の撮像装置に比べて、小型で低消費電力で安価な構成により、高解像度の分割画像に対しても、垂直同期信号期間内で撮像信号の直流分を一定にする直流クランプができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のブロック図である。
【図２】本発明における撮像素子の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の要部であるＶ．ＯＢ部分によるクランプ動作を説明する図である。
【図４】本発明における撮像素子から並列に出力される８系統の撮像信号の状態を模式的に示す図である。
【図５】本発明におけるクランプパルスの各例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態のブロック図である。
【図７】図６中のＯＢデータ作成回路の動作説明図である。
【図８】図６の実施の形態におけるＯＢ補正による効果を説明する図である。
【図９】従来の撮像素子の遮光部を説明する図である。
【符号の説明】
１１撮像素子
１２ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路
１３タイミング発生器（ＴＧ）
１４駆動回路
１５増幅器
１６ＣＭＯＳセンサ
１７同期信号発生器（ＳＳＧ）
１８ＯＢクランプパルス発生回路
１９クランプ回路
２０、２４信号処理回路
２２Ａ／Ｄ変換器
２３ＯＢデータ作成回路
Ａ撮像領域
Ｂ垂直オプチカルブラック（Ｖ．ＯＢ）部分（垂直遮光領域）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus, particularly relates television camera, an imaging signal of the imaging device such as a digital camera to the image pickup apparatus having a clamp to torque lamp device.
[0002]
[Prior art]
In general, in a color imaging device using a solid-state imaging device, noise caused by thermal noise of the solid-state imaging device called dark current changes depending on a temperature change, so the black level of the imaging signal is not stable. Therefore, in the conventional imaging device, in order to stabilize the black level of the imaging signal, as shown in FIG. 9A, the solid-state imaging device has a large number of pixels that obtain an imaging signal by photoelectrically converting the incident subject light image. An image signal obtained from the light shielding unit 102 that is not sensitive to the subject light image is represented by an optical black level (hereinafter referred to as OB). ) Is known (for example, JP-A-8-321970).
[0003]
In the conventional imaging signal clamping device, since the above-described light shielding portion 102 is provided at the end in the horizontal direction, imaging is performed based on a horizontal clamp signal generated at a position corresponding to the light shielding portion 102 shown in FIG. The signal is DC clamped at the light shielding portion 102 (OB position) for each horizontal line to stabilize the black level.
[0004]
Further, the horizontal OB is detected for each scanning line or a plurality of scanning lines of the imaging signal, and the OB level is calculated in the period of one horizontal scanning period, or the vertical OB of the imaging signal is detected and the period of one vertical scanning period. Also known is an imaging apparatus in which the OB level is calculated by calculating the OB level, and an OB level difference signal is generated and subtracted from the imaging signal based on the OB level (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-152098). Issue gazette). This publication also discloses a case where the input image pickup signal of the OB step correction circuit that generates the OB step signal is an analog signal and a digital signal.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
All of the conventional imaging devices described above have a configuration that is often used when a CCD (charge transfer device) is used as a solid-state imaging device, but the manufacturing process of the CCD is complicated, so that the horizontal direction, vertical direction, or Correct correction must be performed based on the information of the idle feed section. For this reason, the configuration of the correction circuit section becomes complicated, and it is difficult to reduce the size and power consumption, and the cost is increased, which is not practical.
[0006]
In any case, the horizontal clamping method is mainly used, and the vertical direction is only used as auxiliary means. For this reason, it is difficult to put a high-quality solid-state image sensor having a large number of pixels into practical use with a CCD. Particularly, for a moving image solid-state image sensor having a pixel number greater than that of a high-definition television (HDTV) system. Not realized.
[0007]
Further, in an imaging apparatus having a number of pixels equal to or greater than the number of pixels of the high definition television (HDTV) system, when the imaging unit is divided into a plurality of parts in order to reduce the drive signal frequency, the subject light image shielding unit is provided for each divided part Therefore, it is impossible to provide a horizontal DC clamp, and it is difficult to prevent the influence of a change in DC potential such as dark current.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can make a direct current potential constant even in a high-resolution divided image and is not affected by a temperature change of dark current.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first imaging device of the present invention is added to an imaging region that is irradiated with a subject light image and generates a charge corresponding to the amount of light of the subject light image, and in the vertical direction of the imaging region. A CMOS sensor that includes an imaging element having a plurality of divided areas in which the imaging area and the vertical light shielding area are divided into at least three in the horizontal direction, and outputs imaging signals in parallel from each of the plurality of divided areas; Clamp means for clamping the signals from the respective vertical light shielding area portions output in parallel to a predetermined potential and using the predetermined potential as a reference for the image signals output in parallel, and the image pickup signals output from the clamp means as video signals And a signal processing means for outputting after conversion. In addition to the configuration of the first imaging device, the second imaging device of the present invention includes a clamp pulse at a position corresponding to the range of the vertical light-shielding region of the pixel-by-pixel imaging signals output in parallel from the CMOS sensor. Is provided with a clamp pulse generating means. In the first and second inventions, the signals from the respective vertical light shielding regions output in parallel from the CMOS sensor are clamped to a predetermined potential, and the predetermined potential is used as a reference for the imaging signal output in parallel from the CMOS sensor.
[0014]
In order to achieve the above object, the third imaging device of the present invention is configured to capture an object light image and generate an electric charge according to the amount of light of the object light image in a direction perpendicular to the image pickup area. An image pickup element including a plurality of divided areas each including an image pickup area and a vertical light shield area divided into at least three in the horizontal direction, and an image pickup signal for each pixel included in each of the plurality of divided areas. A CMOS sensor that outputs in parallel, a clamp means that clamps a signal from each vertical light-shielding region portion that is output in parallel to a predetermined potential, and uses the predetermined potential as a reference for the imaging signal that is output in parallel, and a predetermined potential as a reference a / D converting means for digital signal the image signal including the vertical light shield area portion, of the digital signal taken from the a / D converter, a digital vertical shielding region Those with the correction signal generation means for generating a correction signal, a digital signal taken out from the A / D converting means, a configuration and a signal processing means for converting a video signal by subtracting the correction signal by No. It is. In addition to the configuration of the third imaging device, the fourth imaging device of the present invention includes a clamp pulse at a position corresponding to the range of the vertical light-shielding region of the pixel-by-pixel imaging signals output in parallel from the CMOS sensor. Is provided with a clamp pulse generating means.
[0015]
In the present invention, the imaging signal that has been DC clamped in the vertical direction and converted into a digital signal is corrected with the correction signal obtained by calculating the digital signal in the vertical light-shielding region. It is possible to correct image quality deterioration in units of directions.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of a first embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. In the figure, the image pickup device 11, CDS (Correlated Double Sampling: correlated double sampling) circuit 12, a timing generator (TG) 13, a driving circuit 14 and the amplifier 15, in one embodiment of an imaging apparatus of the present invention A certain CMOS sensor 16 is configured. Unlike the CCD element, the CMOS sensor 16 can incorporate other calculation functions other than the image sensor 11 by the same manufacturing method as the sensor. Therefore, the CDS circuit 12, the TG 13, the drive circuit 14, and the amplifier 15 are the same large-scale semiconductor as the image sensor 11. It is mounted on an integrated circuit (LSI) substrate.
[0021]
Here, as shown in FIG. 2, the imaging device 11 includes an imaging area A and a vertical optical black (V.OB) portion B that is a light shielding area in the vertical direction. The imaging area A has 3840 pixels, the number of pixels in the horizontal direction is twice the number of horizontal pixels 1920 in the high definition television (HDTV) system, and the number of pixels in the vertical direction is 1080 in the vertical direction of the HDTV system. It consists of 2160 pixels (lines). V. The OB portion B is composed of 32 pixels (lines) added in the vertical direction of the imaging region A.
[0022]
Each pixel in the imaging region A of the imaging device 11 includes a photodiode, an accumulation unit that accumulates charges generated according to the amount of incident light by the photodiode, a transfer unit that transfers charges to the accumulation unit, and an accumulation unit. It comprises an output unit that outputs the accumulated charge. V. of the image sensor 11. Each pixel in the OB portion B has the same configuration as that of each pixel in the imaging region A. However, since the incident subject light image is shielded, the photodiode does not generate charges corresponding to the incident light amount.
[0023]
In order to use the video signal for moving images, the vertical drive frequency is set to 30 Hz. Therefore, if the imaging area A in FIG. 2 is divided into eight in the horizontal direction, the horizontal drive frequency 67.5 kHz and the clock frequency 37.125 MHz of each pixel are set according to the HDTV signal. From the image pickup device 11, eight analog outputs A0 to A7 are simultaneously output in parallel from each divided image pickup region obtained by dividing the image pickup region of FIG. 2 into eight in the horizontal direction. In the case of FIG. 2, all of these configurations are eight sets, which can be easily realized as a CMOS sensor.
[0024]
Referring back to FIG. 1 again, the CMOS sensor 16 is clamped with a synchronization signal generator (SSG) 17 that supplies a reference synchronization signal to the TG 13 and a DC component of the imaging signal output from the CMOS sensor 16. and the clamp circuit 19 is connected to, also, the signal processing circuit 20 in which the OB clamp pulse generating circuit 18 supplies the time OB Kuranpupa ls e of the OB to the clamp circuit 19, signal processing an image signal output from the clamp circuit 19 And are provided. The CMOS sensor 16, the SSG 17, the OB clamp pulse generation circuit 18 and the clamp circuit 19 constitute an embodiment of the imaging signal clamping device, and this and the signal processing circuit 20 constitute an embodiment of the imaging device. The
[0025]
Next, the operation of the present embodiment will be described. In FIG. 1, the imaging element 11 irradiates all the pixels with the subject light image at the same time, generates a charge corresponding to the amount of light of the subject light image, converts it into an imaging signal that is an electrical signal, and based on the timing signal from the TG 13. Based on the drive signal generated from the drive circuit 14, image signals A0 to A7 are simultaneously output in parallel from the eight-divided image pickup region of FIG. From the image pickup signals output in parallel from the image pickup device 11, noise components generated in the image pickup device 11 in the CDS circuit 12 are removed based on the sampling signal from the TG 13. The imaging signal from which the noise component has been removed in the CDS circuit 12 is amplified by the amplifier 15 and then supplied to the clamp circuit 19.
[0026]
On the other hand, the synchronization signal output from the SSG 17 is supplied to the OB clamp pulse generation circuit 18, where the V.V. shown in black in FIG. The designation signal for OB portion B is generated as a clamp pulse. The clamp circuit 19 is configured to output the V. parallel imaging signals shown in FIG. The imaging signal is DC clamped on the basis of the DC component of the signal portion during the period of the OB portion B. The eight parallel imaging signals DC-clamped by the clamp circuit 19 are supplied to the signal processing circuit 20, and a high-resolution video signal having four times as many pixels as the HDTV system or four types of video signals having the same number of pixels as the HDTV system. Is converted to output.
[0027]
The operation of the clamp circuit 19 will be further described with reference to FIG. 3A is a V.OB portion indicated by B in FIG. 2, and A0n to A7n are horizontal pixel numbers n (480 in FIG. 2) of the V.OB portion of the signal outputs A0 to A7 of the CMOS sensor 16, respectively. Lm indicates the number of lines m in the V.OB portion (32 lines in FIG. 2).
[0028]
This V. Image signals A0, A1,..., A7 of a certain line within the range of the OB portion are signal levels indicated by D0, D1,..., D7 in FIG. This V.P. By clamping the DC component of the image signal of the OB portion, a constant value of the reference potential Ds is set as shown in FIG. Thus, V.I. By clamping the DC potential of the imaging signal within the range of the OB portion, V. The signal level of the imaging signal within the range of the OB portion can be set to the reference potential Ds. Further, even when the CMOS sensor 16 generates a dark current due to a temperature change or the like and the DC potential changes, the clamp circuit 19 can keep the DC potential of the imaging signal at the reference potential Ds.
[0029]
FIG. 4 shows a state in which eight systems of signals A0 to A7 are output from the CMOS sensor 16 in parallel. V. Between the clamps life of OB portion is in the range of the V. OB portion, are also within the vertical synchronizing signal period.
[0030]
FIG. 5 shows an example of a vertical clamp pulse according to the HDTV signal. FIG. 5A shows 22H or 23H (H is a horizontal scanning period) in the case of interlace in the vertical blanking period. FIG. 5B shows a horizontal drive signal in which 1H pulse continues. The conventional horizontal clamp pulse is generated within the horizontal blanking period based on this horizontal drive signal and is continued at 1H intervals.
[0031]
On the other hand, in the present embodiment, the OB clamp pulse generation circuit 18 generates a clamp pulse shown in FIG. 5C or FIG. The clamp pulse shown in FIG. 5C is obtained by removing the horizontal erase signal period in the vertical blanking period, and the clamp pulse shown in FIG. 5D has a short horizontal erase period and has an influence on the clamp effect. Is a pulse having a constant logical value in the vertical blanking interval, which is omitted because it is small.
[0032]
In this manner, in this embodiment, since the imaging signal is clamped in the vertical direction, the DC potential of the imaging signal can be made constant even in a high-resolution divided image.
[0033]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a block diagram of a second embodiment of the imaging apparatus according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. In FIG. 6, eight analog image pickup signals output in parallel from the CMOS sensor 16 are transmitted to the V.P. The direct current component of each imaging signal within the range of the OB portion is set as the reference potential Ds, and the direct current component is clamped to the reference potential Ds and supplied to the A / D converter 22.
[0034]
At this time, the V.V. of the imaging signal supplied to the A / D converter 22. If the DC potential of the OB portion is made constant and handled as the lowest value of the signal component, the use efficiency of the dynamic range for the input analog signal of the A / D converter 22 increases, and a good digital signal with a wide conversion width can be obtained. it can.
[0035]
The imaging signal converted into a digital signal by the A / D converter 22 is supplied to the signal processing circuit 24, and is also supplied to the OB data creation circuit 23. Here, the V.V. Based on the digital signal within the range of the OB portion, an OB correction signal (OB data) is created. The operation of the OB data creation circuit 23 will be further described with reference to FIG. 7A shows a V.V. signal clamped by the clamp circuit 19 of FIG. An OB portion image pickup signal, that is, an OB analog signal, is composed of L0, L1,..., Ln horizontal line signals. These n + 1 horizontal lines are shown in FIG. This corresponds to 32 OB portions B and the m lines shown in FIG.
[0036]
FIG. 7B shows the signal level in units of pixels included in one of these lines as dots. When the A / D converter 22 performs A / D conversion for each pixel, FIG. ) Is obtained. For example, in the horizontal line signal L0, D00, D01, D02,. The OB data creation circuit 23 is connected to this V.D. The OB portion data string is weighted averaged in the vertical direction, for example, to generate OB correction signals D0, D1, D2,..., Dk shown in FIG. It is obvious that an abnormal value due to scratches on the image sensor 11 itself is removed during the weighted average.
[0037]
Returning to FIG. 6 again, V.V. An imaging signal of a subject optical image that has been DC clamped with a set potential Ds for DC of the imaging signal of the OB portion and then converted into a digital signal by the A / D converter 22 is converted into an OB data creation circuit in the signal processing circuit 24. 8 is corrected by subtracting it from the OB correction signal taken out from the image 23, and is caused in a vertical direction as shown in FIG. 8A due to causes other than the subject light image (for example, the vertical non-uniform component of the image sensor). As shown in FIG. 8B, an image in which shading is generated (an image having a thick thick line and an image having a thin thin line) is an image of an original flat subject having no shading. The signal processing circuit 24 performs processing such as gamma / color conversion after the completion of the correction processing, and outputs it as a video signal of the subject.
[0038]
As described above, in the present embodiment, since the average DC potential is fixed by the vertical clamp for the imaging signal of the subject optical image, the tone difference is corrected for each vertical component. As in the first embodiment, the DC potential can be made constant even in a high-resolution divided image, and an imaging device that is not affected by the temperature change of the dark current can be realized. It is possible to obtain a video signal with good image quality that is almost absent. In the present embodiment, since the DC potential of the image pickup signal input to the A / D converter 22 is optimized, the conversion width of the A / D converter 22 can be used sufficiently widely. Based on the digital signal obtained, V. A detailed OB correction signal of the OB portion can be created.
[0039]
It should be noted that detecting and correcting the vertical non-uniform portion with respect to the analog imaging signal requires a large-scale configuration because it takes a long time to accumulate data. Since the accumulation can be easily performed, in the present embodiment, an operation for creating an OB correction signal is performed on the digital image pickup signal after A / D conversion by the A / D converter 22. Thereby, it is possible to easily and accurately perform the image quality deterioration correction in the vertical direction, which is difficult with an analog signal.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the DC potential of the image pickup signal is made constant by performing the DC clamp of the image pickup signal in the vertical direction, which is conventionally performed in the horizontal direction. With this configuration, an imaging device that is not affected by changes in dark current temperature can be realized, and in particular, DC clamping of the imaging signal is performed for each of a plurality of imaging signals taken out in parallel from a plurality of divided regions. The DC potential can be made constant even in the high resolution divided image.
[0041]
Further, according to the present invention, the DC potential of the imaging signal input to the A / D conversion unit is optimized by supplying the imaging signal DC clamped in the vertical direction to the A / D conversion unit. By using a wide enough conversion width of the A / D conversion means, it is possible to easily obtain a detailed correction signal for the vertical light-shielding area, thereby making it easy and accurate to correct image quality deterioration in the vertical direction, which is difficult with analog signals. Can be done well.
[0042]
In addition, according to the present invention, the image pickup device, the driving unit, and the noise removing unit are mounted on the same semiconductor substrate, so that the image pickup device is configured in a small size even when the image pickup device is formed of a plurality of divided regions. Therefore, compared to conventional imaging devices that use CCDs as imaging elements, the DC of the imaging signal is within the vertical sync signal period even for high resolution divided images due to its small size, low power consumption, and low cost. A DC clamp that keeps the minute constant is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of an image sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a V.I. It is a figure explaining the clamp operation by an OB part.
FIG. 4 is a diagram schematically showing states of eight systems of image signals output in parallel from the image sensor according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing examples of clamp pulses in the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a second exemplary embodiment of the present invention.
7 is an operation explanatory diagram of the OB data creation circuit in FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a diagram for explaining the effect of OB correction in the embodiment of FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a light shielding portion of a conventional image sensor.
[Explanation of symbols]
11 Image sensor 12 CDS (correlated double sampling) circuit 13 Timing generator (TG)
14 Drive circuit 15 Amplifier 16 CMOS sensor 17 Synchronization signal generator (SSG)
18 OB Clamp Pulse Generation Circuit 19 Clamp Circuits 20 and 24 Signal Processing Circuit 22 A / D Converter 23 OB Data Creation Circuit A Imaging Area B Vertical Optical Black (V.OB) Part (Vertical Shading Area)

Claims

Subject light image is irradiated, consists and the imaging region that generates charges corresponding to the amount of the subject light image, and a vertical light shield region added to the vertical direction of the imaging region, the imaging area and the vertical light shield region A CMOS sensor comprising an imaging device having a plurality of divided regions divided into at least three in the horizontal direction, and outputting an imaging signal in parallel from each of the plurality of divided regions;
Clamping means for clamping the signal from each of the vertical light shielding area portions output in parallel to a predetermined potential, and setting the predetermined potential as a reference for the imaging signal output in parallel ;
An image pickup apparatus comprising: signal processing means for converting the image pickup signal output from the clamp means into a video signal and outputting the image signal.

An imaging area that is irradiated with a subject light image and generates a charge according to the amount of light of the subject optical image, and a vertical light shielding area added in the vertical direction of the imaging area, and the imaging area and the vertical light shielding area are A CMOS sensor comprising an imaging device having a plurality of divided regions divided into at least three in the horizontal direction, and outputting an imaging signal in parallel from each of the plurality of divided regions;
Clamp pulse generating means for generating a clamp pulse at a position corresponding to the range of the vertical light-shielding region of the pixel-by-pixel imaging signal output in parallel from the CMOS sensor;
Clamping means for clamping the signal from each of the vertical light shielding region portions output in parallel to a predetermined potential based on the clamp pulse, and using the predetermined potential as a reference of the imaging signal output in parallel;
Signal processing means for converting the imaging signal output from the clamping means into a video signal and outputting the video signal;
An imaging device comprising:

An imaging area that is irradiated with a subject light image and generates a charge according to the amount of light of the subject optical image, and a vertical light shielding area added in the vertical direction of the imaging area, and the imaging area and the vertical light shielding area are A CMOS sensor comprising an image sensor having a plurality of divided regions divided into at least three in the horizontal direction, and outputting in parallel image signals in pixel units included in each of the plurality of divided regions;
Clamping means for clamping the signal from each of the vertical light shielding area portions output in parallel to a predetermined potential, and setting the predetermined potential as a reference for the imaging signal output in parallel ;
A / D conversion means for converting the imaging signal including the vertical light shielding area portion into a digital signal with reference to the predetermined potential ;
Of the digital signal taken out from the A / D converting means, and the correction signal generation means for generating a correction signal by a digital signal of the vertical light shield region,
An image pickup apparatus comprising: a signal processing unit that subtracts the digital signal extracted from the A / D conversion unit by the correction signal, converts the digital signal into a video signal, and outputs the video signal.

An imaging area that is irradiated with a subject light image and generates a charge according to the amount of light of the subject optical image, and a vertical light shielding area added in the vertical direction of the imaging area, and the imaging area and the vertical light shielding area are A CMOS sensor comprising an image sensor having a plurality of divided regions divided into at least three in the horizontal direction, and outputting in parallel image signals in pixel units included in each of the plurality of divided regions;
Clamp pulse generating means for generating a clamp pulse at a position corresponding to the range of the vertical light-shielding region of the pixel-by-pixel imaging signal output in parallel from the CMOS sensor;
  Clamping means for clamping the signal from each of the vertical light shielding region portions output in parallel to a predetermined potential based on the clamp pulse, and using the predetermined potential as a reference of the imaging signal output in parallel;
  A / D conversion means for converting the imaging signal including the vertical light shielding area portion into a digital signal with reference to the predetermined potential;
  Among the digital signals extracted from the A / D conversion means, a correction signal creating means for creating a correction signal from the digital signal in the vertical light shielding area;
  Signal processing means for subtracting the digital signal extracted from the A / D conversion means by the correction signal, converting the digital signal into a video signal, and outputting the video signal;
  An imaging device comprising:

The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the imaging area includes pixels that are twice or more the number of pixels of a high-definition television system.