JPS60145773A - クランプ回路 - 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】 （技術分野） 本発明は正確な黒レベルを得るのに適したクランプ回路
に関する。

（従来技術） 従来、固体撮像素子を利用した、例えばビデオカメラに
おいて、読出された信号をクランプするとき、各水平帰
線期間に安定した光学的黒基準信号を得るために、水平
帰線期間のバックポーチに相当する撮像セルに遮光部を
設・ゲる場合が多い。これは、固体撮像素子の黒レベル
変動の要因である暗電流が、素子の温度上昇８℃に付約
２倍になるという点、又ビデオ・カメラの一般的使用条
件が一１Ｏ℃から＋４０℃にまで及ぶことを考慮すれば
、当然のことである。

上述の目的のために一般には固体撮像素子の水平帰線期
間のバックポーチに相当する数〜数十セルの撮像セルを
遮光する事によって暗′１流分のみを形成させ、この部
分の信号レベルを基準黒レベルにクランプする事が行な
われる。この場合安定したクランプ動作を行なうには、
遮光部に割当てられる撮像セルが多いことが望ましい。

ところが遮光部に多くのセルを用いると、水平方向につ
めて撮像セル数が不足して込る現状にあって、ますます
解像度が低下してしまう欠点がある。

一方限られたサイズ内で撮像セル数を増すことは素子の
大面積化・高集積化を意味し、プロセス技術の大幅な改
善がなければ困難な問題である。

このような問題の解決方法として一般に撮像管を利用し
たビデオ・カメラにおいては、フィードバック形クラン
プ方法、即ちビームブランキング期間のレベルを黒レベ
ルとして基準レベルにクランプするクランプ回路と、こ
のクランプされた信号を増巾した後γ補正等するプロセ
ス回路とから成る系を考え、この系の出力を安定させる
為にプロセス回路出力を所定の基準レベルと比較し、こ
の差出力がゼロになるように、ｍｌ　Ｈｅｒクランク”
レベルにフィードバックをかける方法が考えられている
。

しかし、この方法を特に固体撮像デバイスに用いた場合
固体撮像デバイスでは出力アンプがフローティング構造
等採用している為ブランキング期間内のノイズが入り込
みやすい０又固体撮像デバイスでは、一般に信号読出し
期間には、信号読出し転送パルスの容貴結曾によるクロ
ックノイズが発生する（飽和信号レベルの約％）。従っ
て従来の様に、このクロックノイズを含んだ遮光部電位
を検出して、ある基準レベルと比較し、クランプすると
、映像信号は十分な精度で直流再生できないという問題
があった。

この問題を解決する手段として、フィードバッククラン
プの前段に上述のクロックノイズを除去するサンプルホ
ールド手段を設ける場合がある。しかし、低電圧化・低
消費電力化を考慮した場合にはサンプルホールド手段で
も数十ｍＶのコマンドパルスのクロックノイズが発生す
る。

−力信号レベルとしては、固体撮像素子の飽８ｌ−ＩＪ
信号出力レベルの約％〜％位を標準動作レベルとして使
うが通常、固体撮像素子の飽和信号出力レベルは数百ｍ
Ｖであるので、信号レベルは約５　ｒｎ　Ｖ程度になる
。従ってこの信号レベルと一ヒ１ｄ々のクロックノイズ
の比は約２０ｄＢであり１黒レベル安寧性（あるいはク
ロックノイズの低周波変換ノイズ）を撮像装置に通溶要
求される約−！ｊ　Ｏｄ　１３以下にするためには、フ
ィードバッククランプ回路の性能を約−３０ｄＢ以下に
する必要がある。

また、上述の固体撮像装置を静止画を撮像する為の成子
スチルカメラとして使う場合は、低消費電力化とともに
、電源立上り特性が要求される。即ち、レリーズスイッ
チ（電源スィッチ）のＯＮとともＶこ、電気回路は固体
撮像素子からの信号をすげやく処理する能力を備えてい
なけれはならない。そのために４−Ｉｌ、電気回路は極
力容Ｆｉｔ結合を避り、直結化する事が望ましい。

ところが直結化しようとすると固体撮像素子の出力アン
プがＭＯ８アンプで構成されており、ＭＯＳのしぎい値
電圧のバラツキがあるためにダイナミックレンジの小さ
いサンプルホールド器は固体撮像素子のすぐ後段に設け
なければならず、その後で信号を増幅し、クランプ回路
へ入力するよう構成しなければならない。この機力時は
、クロックノイズも増幅されるのでクランプ回路にはよ
り一層の電位安定性がめられる０ （目　的） 本発明は上述の諸欠点を解消し得るクランプ回路を提供
する事を目的としたものである。

特に安定な黒レベルの得られるクランプ回路を提供する
事を目的としている。

（実施例） 以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

本発明の実施例では上述の如き従来技術の欠点を解消す
るためにパルス幅の広い第１のゲート信号としてのクラ
ンプパルスで透光部信号をクランプし、そして黒レベル
検出回路で、クランプパルスよりパルス幅の狭い第２の
ゲート信号としてのパルスで電位検出を行う事により、
クロックノイズの影響を軽減しようとするものである。

以下、本発明の実施例の具体的説明を図面に従って行な
う。

＠　ｔ　＋７は本発明に適用し得る固体撮像素子の構成
の一例を示し、第２図は本発明の信号処理系の一例を示
すブロック図、第３図は第２図の各部波形を示す図、第
４図はクランプ回路４の具体的な構成図である。

周知のように固体撮像素子には大きく分けてＭＯＳ形と
ＣＣＤ形があるが、本発明の実施例としてフレーム転送
方式のＣＯＤの場合につき説明するものとし、かかるＣ
ＯＤを第１図に示す。第１図に示すようにフレーム転送
方式のＣＣＤは撮像部ＰＤ、蓄積部８Ｄ％読出しレジス
タｌ（ｌ（、及びオンチップされたプリアンプＡＤより
構成されている。そして、撮像部ＰＤには信号のクラン
プ時に基準信号に相当する遮光部Ｏ８が設けられている
。

第２図においてｌは固体撮像素子、２は本発明の保持手
段としてのサンプル・ホールド回路、３は増幅器、４は
クランプ回路、５は信号処理回路、６は信号発生手段と
しての同期信号発生回路である。また第４図において４
１は直流増幅器、４２はサンプルホールド回路、４３は
誤差増幅器、４４はクランプ手段としてのクランパ、Ｃ
，、Ｃ２はコンデンサ、Ｅは基準電源、４５けクランプ
レベル形成手段としての久ランプレベル形成回路である
。

以上の構成から成る実施例の作動を説明する。

第２図において、本発明の撮像素子駆動手段としての同
期信号発生回路６からの駆動パルス６ａによって駆動さ
れた固体撮像素子１の撮像部ＰＤでは入射光により光電
子が発生して公知のポテンシャル井戸の働きにより例え
ばｌフィールド期間の・１荷が蓄積される。そして４積
された信号電荷は垂直ブランキング間開に蓄積部８Ｄへ
並列転送され、さらに次のフィールド期間では、撮像部
ＰＤＩＣおいては次のフィールドのだめの電荷を蓄積す
る。

一方、蓄積部ＳＤの信号電荷は水平の１行ずつ読み出し
レジスタ８几に転送され、ｌ水平期間内では先ず遮光部
Ｏ８のセルに対応する黒レベル期間の信号が読み出され
、続いて撮像部ＰＤＫ蓄積された画像信号′電荷が順次
時系列的に読み出される。

しかも、本発明では撮像部ＦＤの１ライン分の信号を読
み出した後も読み出しレジスタｌ（几に駆動パルスを供
給する事によって空読み出し信号を得ている。

この空読み出し信号中の暗・電流分は比較的少ないが、
近似的に前記遮光部Ｏ８の暗覗流レベルと同じとみなす
事ができる。

このようにして得られたＰ　Ａ　Ｍ　（Ｐｕｌ　ｓｅ　
Ａｍｐｌ　ｉ　ｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ　）信号
は第３図実線１ａで模式的に示される。

即ち前記ＰＡＭ信°号１ａにおいて、１０１の部分は遮
光部Ｏ８，１０２の部分は空続出し期間、１０３は水平
ブランキング期間に対応する信号である。これらの信号
は後段のサンプル・ホールド回路２において第３図示の
サンプル・ホールドパルス６　ｂ　（６ｂ、はサンプル
、６ｂ、はホールド）により第３図示２ａの信号となる
。

即ち信号２ａにはサンプルホールド器のクロックノイズ
２ａ′が重畳している。信号２ａは増幅器３で適正な信
号レベルに増幅されてクランプ回路４において直流再生
が行なわれる。ここで、上述のクランプ回路４は例えば
第４図示の如き構成であり、前記増幅器３を通った信号
３ａはカップリングコンデンサＣ１を経た後、第３図（
Ｃ）の第１のゲート信号としてのクランプパルス６ｃｍ
１により駆動されるクランパ４４を介してコンデンサＣ
２にチャージされたある電位にクランプされる。このク
ランプされた信号は直流増幅器４１を通してエンコーダ
回路等からなる信号処理回路５の入力信号４ａとなるが
、前記信号４ａの内遮光部Ｏ８に対応する黒レベル期間
の信号部分は第３図（Ｂ）の第２のゲート信号としての
サンプル・ホールドパルス６ｃｍ２により駆動されるサ
ンプル・ホールド回路４２によってサンプル・ホールド
される。これによって光学的基準信号を検出し、かかる
検出信号と基準電圧Ｅを誤差増幅器４３で比較増幅する
ことによりクランプ誤差分を含んだ新たなりランプ基準
電位を得ることができ、この信号をクランパ４４に供給
することで前記誤差分をキャンセルするか同に映像信号
３ａをクランプする。

尚、第３図（Ａ）に示されるクランプパルス６Ｃ−１は
空続出し信号をサンプルホールド器２でホールドした１
位をクランプする場合のパルスであるが、この場合映像
信号２ａにはクロックツイス２ａ′が重畳しているので
サンプルホールド回路４２における光学的基準信号検出
時にクロックノイズ２ａも、検出してしまい、安定した
クランプ動作が出来なくなってしまう。

そこで本発明の実施例では前述のように第３図（Ｃ）の
様なタイミングのパルス６Ｃ−１をクランクパルスとし
て利用する。即ち黒レベル期間である遮光部１０１をク
ランプする事により、遮光部のクロックノイズを除去す
るところに特徴がある。遮光部のクロックノイズを除去
すると共にサンプルホールド回路４２で黒レベルを検出
し、フィードバッククランプを行なえば安定したクラン
プ動作が出来る。もしクランプパルス６　ｃ　−１、！
：サンプルホールドパルス６ｃｍ２に同一かつ同位相の
パルス、例えば図示（Ｂ）を利用した場合には、やはり
、クランプ動作は安定しない。何故ならばクランパ４４
に２いてはパルスの後端Ｂｌが一番重要であるからであ
る。即ち後端がクロックノイズと位相が一致した場合、
り、ランプはそのクロックノイズの・１位で行なわれる
ので、クロックノイズとクランプパルスの位相が一致し
ない部分でもやはりクロックノイズは除去されずに残っ
てしまう。そしてその残ったクロックノイズをサンプル
ホールド回路４２で検出してしまう可能性がある。又サ
ンプル・ホールド回路４２においてもパルスの後縁Ｂ２
が重要であるからクランプ回路においてクランプ用容量
ＣＩとクランパ４４０間は直結であり、そのためにクラ
ンク時定数は小さい。そこでここに抵抗を挿入してクラ
ンク時定数を大きくしてソフトクランプ的なフィードバ
ッククランプ回路としても良い。これはクロックツイス
レヘルが特に大きい場合に効果がある。

またフィードバッククランプ回路のクランブバ／Ｌ／、
Ｘ　６　ｃ　−１として黒基準検出用サンプルホールド
パルス６ｃｍ２を適当に遅延したものでも良い。

（効　果） 以上説明したように、遮光部に相当する信号をクランプ
してクロックノイズを除去すると共にその期間内で光学
的黒基準信号を検出すれば安定なりランプ動作が出来る
。

また従来の様にクランプ回路の前段にクロックノイズ除
去回路を置かないで隣むので、除去回路のパルスノイズ
の問題もなくただ単にクランプパルスの後縁？黒レベル
検出サンプルホールドパルス後縁よりも時間的に少し遅
れる様にするだけで良いから構成が非常に簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレーム転送方式のＣＯＤを示す図。 第２図は信号処理系のブロックの一例を示す図、第３図
は第２図の各部波形図、第４図は本発明に係るフィード
バック形のクランプ回路の−ψ１の構成図を示す。 ｌは固体撮１蒙素子、２Ｆｉ、サンプルボールド回路％
３は増幅器、４はクランプ回路、５は信号処理回路、６
け信号発生手段としての同門（Ｈ号発生回路、４１は直
流増幅器、４２はサンプル・ホールド回路、４３は誤差
増幅器、４４はクランプ手段としてのクランパ、４５は
クランプレベル形成回路としてのクランプレベル形成回
路、６ｃ］Ｌ３第１のゲート信号としてのクランプパル
ス５６ｃｍ２＋よ第２のゲート信号としてのサンプルホ
ールドパルス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号を第１のゲート信号に応じた期間所定の
   クランプレベルにクランプするクランプ手段と、クラン
   プ後の信号を第２のゲート信号に応じた期間抜き取って
   前記クランプレベルを形成するクランプレベル形成手段
   と、信号中の黒レベル期間中に前記第１・第２のゲート
   信号を出力する信号発生手段とを有するクランプ回路。
2. （２）前記信号発生手段は第１のゲート信号の後縁を第
   ２のゲート信号の後縁よりも時間的に先行させて出力す
   る事を特徴とする特許請求の範囲第ｆｉ１項記載のクラ
   ンプ回路。