JP4255223B2 - 相関2重サンプリングタイミング調整装置 - Google Patents
相関2重サンプリングタイミング調整装置 Download PDFInfo
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Description
【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、CDS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、CCD(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、CDS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CDS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CCD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CCDOUT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11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る。すなわち、CDS回路2は、電圧変換されたCCD1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、CCDOUT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(CDS)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、CCD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CCDOUT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CDS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SP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CCD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、CDS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】
本発明は、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、前記制御手段は、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。
【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】
また、本発明は、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、前記制御手段は、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。
【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。
【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、CDS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(CDS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MOS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、CCD駆動回路35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CLPOUT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、CCD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iRP、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FP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、CCD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、CCD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FP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・・・SPn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RPk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CDS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、CDS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CDS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RP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CCD24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CDS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、CCD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CCD24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SUB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、CCD24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、CCD24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CDS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、SP00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SP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
Claims (2)
- 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、
前記制御手段は、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相関2重サンプリングタイミング調整装置。 - 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、
前記制御手段は、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相関2重サンプリングタイミング調整装置。
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