JPH04258091A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラヘッドとカメラ
コントロールユニットが分離したヘッド分離型カメラや
ＣＣＴＶ用カメラに好適な固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−７８３８２号公報には、映像
信号のゲインの歪みを補正する従来の固体撮像素子と、
その後段の信号処理回路が示されている。この固体撮像
素子では、画像情報を有する光電荷の読み出し経路にお
いて、信号ゲインの偏差を補正するために一定レベルの
基準電荷を光電荷に重畳等する構造が付加されている。 この構造は、垂直方向の光電荷を順次読み出すための垂
直ＣＣＤレジスタと、この垂直ＣＣＤレジスタを介して
読み出される電荷を１列毎に読み出すための２つの水平
ＣＣＤレジスタと、この２つの水平ＣＣＤレジスタに読
み出された各光電荷をそれぞれ外部に映像信号と取り出
すための２つの出力アンプと、垂直ＣＣＤレジスタに対
して一定の基準電荷を供給し、光電荷に重畳するための
基準電荷供給部により構成されている。したがって、出
力アンプからは、光電荷と基準電荷が重畳した信号が取
り出される。

【０００３】他方、この固体撮像素子の後段の信号処理
回路は、固体撮像素子の２つの出力アンプから取り出さ
れた各映像信号に重畳された２つの基準信号をサンプリ
ングしてレベル差を比較し、このレベル差をゲインコン
トローラにフィードバックして固体撮像素子の出力経路
間のゲイン差を解消するように構成されている。したが
って、この従来の固体撮像素子によれば、複数の読み出
し経路を備えた場合に各経路のゲイン差を後段の信号処
理回路により自動的に補正することができる。すなわち
、この従来の固体撮像素子から出力される基準信号は、
一定レベルの基準電荷を光電荷に重畳し、複数の経路の
各経路のゲイン差を比較することを目的としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カメラ
ヘッドとカメラコントロールユニットが分離したヘッド
分離型カメラやＣＣＴＶ用カメラに適用してカメラヘッ
ドを小型化した場合のように、固体撮像素子と後段の処
理回路の伝送路が長くなると、信号ゲインのみならず位
相の歪みや周波数特性のように、幾つかの項目における
映像信号の波形の劣化が発生する。したがって、上記従
来の固体撮像素子を適用しても、簡単な基準信号である
ので不十分であるという問題点がある。

【０００５】図４は、単板カラーＣＣＤ１３を用いたカ
メラヘッド１０とコントロールユ　　ニット２０を分離
し、ケーブル３０を介して接続した場合の一例を示す。 カメラヘッド１０は、レンズ１１と、光学ロウパスフィ
ルタ１２と、単板カラーＣＣＤ１３と、ＣＤＳ回路（相
関二重サンプリング回路）１４と、色多重信号をケーブ
ル３０を介してコントロールユニット２０に出力する７
５Ωドライバ１５と、クロック発振器（ＣＫ）１６と、
ケーブル３０を介してコントロールユニット２０からＨ
ＤパルスやＶＤパルスが入力し、また、Ｈリターンパル
スをコントロールユニット２０に出力するタイミングジ
ェネレータ（ＴＧ）１７と、ＣＣＤ１３用のＣＣＤドラ
イブ回路１８により構成される。

【０００６】他方、コントロールユニット２０は、ＣＣ
Ｄカメラヘッド１０からの色多重信号が入力する色分離
／ビデオプロセス回路２１と、ＲＧＢ信号を出力する３
ｃｈ７５Ωドライバ２２と、クロック発振器２３と、カ
メラヘッド１０との間でＨＤパルスやＶＤパルス、Ｈリ
ターンパルスが入出力等する同期信号ジェネレータ　　
（ＳＧ）２４より構成される。

【０００７】このような構成のカメラヘッド１０では、
タイミングジェネレータ回路１７において、カメラユニ
ット２０からのＨＤパルスやＶＤパルスによりＰＬＬ等
でクロックパルスが生成され、このクロックパルスによ
りＣＣＤ１３の各種ドライブパルスが生成され、ＣＣＤ
ドライブ回路１８を介してＣＣＤ１３に撮像動作を行わ
せる。また、このクロックパルスによりＣＤＳ回路１４
のサンプルホールド　　（Ｓ／Ｈ）パルスが生成され、
ＣＤＳ回路１４は、このＳ／Ｈパルスにより映像信号の
抽出、ノイズの抑圧を行い、色多重信号を７５Ωドライ
バ１５、ケーブル３０を介してコントロールユニット２
０に出力する。タイミングジェネレータ回路１７は更に
、クロックパルスを分周してＨＤパルスと同一の周期の
Ｈリターンパルスを生成し、コントロールユニット２０
に出力する。

【０００８】他方、コントロールユニット２０では、同
期信号ジェネレータ２４において、カメラヘッド１０か
らのＨリターンパルスと、クロック発振器２３のクロッ
クパルスを分周して生成したＨパルスの位相を比較して
ヘッド１０、ユニット２０間の遅延時間を求め、ＨＤパ
ルスの位相を調整する。また、同期信号ジェネレータ２
４はこの遅延時間に応じたＳ／Ｈパルスを色分離／ビデ
オプロセス回路２１に出力し、色分離／ビデオプロセス
回路２１はこのＳ／Ｈパルスにより色多重信号を正しく
色分離して３ｃｈ７５Ωドライバ２２に出力する。

【０００９】しかしながら、このような装置が正しく動
作するには幾つかの問題点がある。第１に、カメラヘッ
ド１０からコントロールユニット２０に対する色多重信
号とＨリターンパルスの間には相対的な遅延時間が存在
する。その理由は、この２つの信号がそれぞれの電子回
路を経由する時間差と、接続用ケーブル３０の特性差に
よる時間差を合算した遅延が発生するからである。尚、
この相対的な遅延時間を補償するためには、コントロー
ルユニット２０の同期信号ジェネレータ２４において、
ＨリターンパルスとＨパルスの間の位相を補償する場合
に一定のオフ　　セットを与える必要があるが、このオ
フセット量は微調整しなければならない。この微調整は
、波形を厳密に測定しなければならないので多大な調整
時間を必要とし、また、環境温度に応じて再調整しなけ
ればならない。

【００１０】第２に、ケーブル３０が特に長い場合に、
ケーブル３０の各信号の伝送径路により周波数帯域が低
下して波形が劣化する。この問題点は、上記遅延時間の
問題点の１つの要因であるが、他に色多重信号の各色デ
ータ間に干渉が発生し、最終的には混色が発生して画像
の品質を劣化させる。

【００１１】したがって本発明は、カメラヘッドを小型
化した場合のように、固体撮像素子と後段の処理回路の
伝送路が長い場合に、信号ゲインのみならず位相の歪み
や周波数特性のような項目における映像信号の波形の劣
化を補正することができる固体撮像素子を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、映像信号の周波数帯域を含むスペクトル
を有する基準信号を、映像が存在しない期間に外部から
取り込むようにしている。すなわち本発明によれば、映
像の各画素の光電荷を転送するための転送路　　と、前
記転送路を介して転送される光電荷が示す映像信号の周
波数帯域を含むスペクトルを有する基準信号を、映像が
存在しない期間に外部から取り込むための入力部と、前
記転送路を介して転送される光電荷と前記入力部を介し
て取り込まれた基準信号を有する映像信号を外部に取り
出すための構造を有する固体撮像素子が提供される。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成を有するので、映像の光電荷
と、映像信号の周波数帯域を含むスペクトルを有する基
準信号を有する映像信号が外部に出力され、したがっ　
　て、外部においてこの基準信号を抽出することにより
、信号ゲインのみならず位相の歪みや周波数特性のよう
な項目における映像信号の波形の劣化を補正することが
できる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明に係る固体撮像素子の第１の実施
例を示す概略構成図である。

【００１５】本実施例の固体撮像素子は一例として、受
光部とＣＣＤ転送路を隣接して配置し、信号を電荷を一
度に垂直転送路に移動させ、垂直転送路から水平転送路
に転送し、水平転送路から読み出すインタライン方式の
固体撮像素子を示す。図１において複数の画素１は縦横
のマトリクス状に配置され、各画素１は、受光した光を
電荷に変換する。複数の垂直ＣＣＤレジスタ２は、垂直
転送用クロックにより画素１の縦方向の電荷を図示下方
向に順次転送するように構成されている。１つの水平Ｃ
ＣＤレジスタ３は、垂直ＣＣＤレジスタ２に転送された
横方向の電荷を水平転送用クロックにより順次転送する
ように構成されている。水平ＣＣＤレジスタ３の後段に
は、外部のカメラコントロールユニット等（図示省略）
に取り出すための出力部４が形成されている。複数の垂
直ＣＣＤレジスタ２の電荷転送路の上流側には、後述す
る基準信号を取り込むためのデータ用ＣＣＤレジスタ６
が形成されている。

【００１６】このような固体撮像素子を用いてカメラヘ
ッドを小型化する手段として、いわゆるヘッド分離型の
構成をとり、固体撮像素子と後段の信号処理回路を長い
ケーブルで接続する場合、信号ゲインのみならず位相の
歪みや周波数特性のような項目における波形の劣化を補
正しなければならない。このために、映像信号の周波数
帯域を含むスペクトルを有する基準信号が外部からデー
タ入力部５を介して取り込まれる。この基準信号は、映
像用の転送クロックと異なるタイミング（例えば低速）
でデータ用ＣＣＤレジスタ６に順次転送され、データ用
ＣＣＤレジスタ６により、基準信号を構成する離散的な
サンプル値信号が例えば垂直ブランキング期間に割り当
てられて各垂直ＣＣＤレジスタ２に送り込まれる。各垂
直ＣＣＤレジスタ２上の映像用の光電荷と基準信号用の
電荷を有する映像信号は、水平ＣＣＤレジスタ３、出力
部４を介してカメラコントロールユニット等の外部に出
力される。

【００１７】この基準信号は、例えば通常のテレビジョ
ン放送や中継に用いられ、垂直ブランキング期間に挿入
されるテスト信号であるＶＩＴＳ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　
Ｉｎｔｅｒｖａｌ　ＴｅｓｔＳｉｇｎａｌ）や、伝送ラ
インにおいて発生する色歪みの補正するために送信側で
付加されるリファレンス信号であるＶＩＲＳ（Ｖｅｒｔ
ｉｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｖａｌ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｓ
ｉｇｎａｌ）に類似するテスト信号を用いることができ
る。

【００１８】したがって、上記実施例によれば、映像信
号の周波数帯域を含むスペクトルを有する基準信号が、
映像が存在しない期間に外部から取り込まれ、基準信号
と映像の光電荷を有する映像信号が外部に取り出される
ので、信号ゲインのみならず位相の歪みや周波数特性の
ような項目における映像信号の波形の劣化を補正するこ
とができる。また、外部から基準信号が入力可能である
ので、例えば色フィルタアレイを貼り合わせた単板カラ
ー固体撮像素子のように、フィルタが多様に配置された
固体撮像素子に好適である。

【００１９】図２は、本発明に係る固体撮像素子の第２
の実施例を示す概略構成図であり、図１に示す構成部材
と同一のものには同一の参照符号を付す。この固体撮像
素子は、図１に示す場合と同様なインタライン方式の固
体撮像素子であり、データ入力部５の前段にＤ／Ａコン
バータ７が形成されている。

【００２０】このような固体撮像素子では、映像信号の
周波数帯域を含むスペクトルを有する基準信号のディジ
タル信号が映像用の転送クロックと異なるタイミング（
例えば低速）で、かつ映像の光電荷が存在しない期間に
Ｄ／Ａコンバータ７に入力してアナログ信号に変換され
る。そして、第１の実施例と同様に、アナログの基準信
号がデータ入力部５を介してデータ用ＣＣＤレジスタ６
に順次転送され、各垂直ＣＣＤレジスタ２に送り込まれ
る。この各垂直ＣＣＤレジスタ２上の映像用の光電荷と
基準信号用の電荷を有する映像信号は、水平ＣＣＤレジ
スタ３、出力部４を介してカメラコントロールユニット
等の外部に出力される。

【００２１】したがって、この実施例によれば、基準信
号のディジタル信号が入力可能であるので、図１に示す
ようにアナログ信号を入力する場合に比べてより正確な
基準波形を入力することができる。また、マイクロコン
ピュータのようなディジタル機器を接続することができ
るので、カメラヘッドとカメラコントロールユニットが
分離したヘッド分離型カメラに好適である。なお、上記
実施例では、インタライン方式の固体撮像素子を例にし
て説明したが、フレーム転送型やフレームインタライン
転送型のような他の固体撮像素子に適用することができ
る。

【００２２】図３は、本実施例の固体撮像素子として単
板カラーＣＣＤ１３を用いたカメラヘッド１０ａとコン
トロールユニット２０ａを分離し、ケーブル３０を介し
て接続した場合の一例を示し、図４に示す構成部材と同
一のものには同一の参照符号を付す。カメラヘッド１０
ａには、前述したデータ入力部５に基準信号を印加する
ための基準信号発生回路１９が追加され、コントロール
ユニット２０ａには、例えばトランスバーサルフィルタ
のような波形等化回路２５と、基準信号の抜き取り／歪
み算出回路２６が追加されている。

【００２３】このようなヘッド分離型カメラでは、コン
トロールユニット２０ａの波形等化回路２５は、ケーブ
ル３０の伝送径路と逆の周波数特性を有し、色多重信号
の波形歪みを除去して色分離／ビデオプロセス回路２１
に出力する。また、抜き取り／歪み算出回路２６は、色
多重信号から前述した基準信号を抜き取り、この抜き取
られた基準信号の波形データの歪みによりケーブル３０
の伝送径路の周波数特性を算出し、この周波数特性によ
り波形等化回路２５を制御するとともに、同期信号ジェ
ネレータ２４ａに対しＨリターンパルスとＨパルスの間
の位相を補償するためのオフセット信号を印加する。し
たがって、このヘッド分離型カメラによれば、コントロ
ールユニット２０ａがカメラヘッド１０ａの信号ゲイン
のみならず位相の歪みや周波数特性のような項目におけ
る映像信号の波形の劣化を補正することができる。

【００２４】ここで、図３に示すヘッド分離型カメラは
、ヘッド１０ａとコントロールユ　　ニット間で画像デ
ータを色多重信号で伝送するシステムであり、一種のサ
ンプル値アナログ伝送システムであるが、類似のシステ
ムとしては日本放送協会（ＮＨＫ）のＭＵＳＥ方式と呼
ばれるハイビジョン伝送システムが知られている。この
ＭＵＳＥ方式では、前述したＶＩＴＳ信号が３２．４Ｍ
Ｈｚレートのインパルスとして映像信号に付加され、規
定の伝送径路を経由した場合にそのリンギング波形が１
６．２ＭＨｚの周期でゼロクロス点を通過するインパル
スレスポンス波形となる。図３に示すヘッド分離型カメ
ラでは、このＭＵＳＥ方式のＶＩＴＳ信号に類似する基
準信号（クロックレートが数分の１等）を用いることが
でき、この基準信号を用いる場合には例えば、単一のパ
ルス波形が垂直帰線期間にＣＣＤ１３の水平転送クロッ
クの周期で挿入される。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、映
像の光電荷と、映像信号の周波数帯域を含むスペクトル
を有する基準信号を有する映像信号が外部に出力される
ので、外部においてこの基準信号により、信号ゲインの
みならず位相の歪みや周波数特性のような項目における
映像信号の波形の劣化を補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像素子の第１の実施例を示
す概略構成図である。

【図２】本発明に係る固体撮像素子の第２の実施例を示
す概略構成図である。

【図３】図１、図２の固体撮像素子を用いたカメラヘッ
ドとコントロールユニットを分離したヘッド分離型カメ
ラを示すブロック図である。

【図４】一般的なヘッド分離型カメラを示すブロック図
である。

【符号の説明】

１　　画素 ２　　水平ＣＣＤレジスタ ３　　垂直ＣＣＤレジスタ ４　　出力部 ５　　データ入力部 ６　　データＣＣＤレジスタ ７　　Ｄ／Ａコンバータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　映像の各画素の光電荷を転送するため
   の転送路と、前記転送路を介して転送される光電荷が示
   す映像信号の周波数帯域を含むスペクトルを有する基準
   信号を、映像が存在しない期間に外部から取り込むため
   の入力部と、前記転送路を介して転送される光電荷と前
   記入力部を介して取り込まれた基準信号を有する映像信
   号を外部に取り出すための構造を有する固体撮像素子。
2. 【請求項２】　　前記転送路を介して転送される光電荷
   が示す映像信号の周波数帯域を含むスペクトルを有する
   基準信号のディジタル信号を、映像が存在しない期間に
   外部から取り込み、アナログ信号に変換して前記入力部
   に出力するＤ／Ａコンバータを有する請求項１記載の固
   体撮像素子。