JPS63283382A - 遠隔駆動型固体撮像装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は固体撮像素子とその駆動制御部を遠隔ケーブ
ルにより分離した遠隔駆動型固体撮像装置に関する。

（従来の技術） 最近の半導体技術、高密度実装技術の発達により、固体
撮像素子を用いたビデオカメラの軽量、小形化が進んで
いる。更に固体撮像素子の小形、軽量という特徴を生か
して素子側（カメラヘッド部）と、駆動および信号処理
部（カメラ制御ユニット）を分離し、ヘッド部の起生形
化を図ったものも開発されている。

更に固体撮像素子自体の開発も進み素子の性能改善はも
とより、これを使用するに当たって、小形、多画素化に
よる感度低下にともなうＳ／Ｈの劣化を補うなめの相関
二重サンプル法、遅延ノイズ除去法に代表されるノイズ
低減信号処理方式が採用されたり、また周、波数多重さ
れた色信号成分を効率良く抽出検波するため、その変調
周波数クロックにより同期検波して抽出する方法などが
採用されている。

第４図（ａ）は固体撮像素子の基本構成を示し、同図（
ｂ）はこの固体撮像素子で使用される信号及び出力信号
を示している。光電変換及び垂直転送部１１には、垂直
駆動パルスΦｖ１〜Φｖ２が供給され、また水平転送部
１２には水平駆動パルスΦＩｌｌ、ΦＨ２が供給され、
出力取出し部１３にはゲートパルスＯＧ、画素単位リセ
ット信号ΦＲ８が供給される。そして出力信号Ｏ８は、
バッファ増幅器を介して導出される。

同図（ｂ）は固体撮像素子の駆動周期１／ｆＴに対する
各パルスの位相関係を示している。駆動周波数ｆＴは、
２相の駆動パルスΦＨ１、ΦＨ２の周波数と等しい。こ
の１周期には、リセット期間１４Ｔと、鎮静期間１５Ｔ
と、信号期間１１３Ｔとがある。出力信号Ｏ８は、これ
らの期間１４Ｔ　、　１５Ｔ　、　ＩＧＴに時系列化さ
れた信号として出力される。先のノイズ低減信号処理方
式は、リセット期間１４Ｔと、鎮静期間１５Ｔと、信号
期間１６Ｔに存在する固体撮像素子固有の雑音成分を除
去することを狙いとしている。

上記したような固体撮像素子に、第５図に示すような色
フィルタを装着した場合、一般にその第（ｎ）及び第（
ｎ＋１）ライン（第（ｎ＋２６３）及び第（ｎ＋２６４
）ライン）の走査信号は以下に示すようになる。

Ｅ（ｎ）−（Ｍｇ＋Ｃｙ）＋（Ｇ＋Ｙｅ）＋　（（Ｍｇ
＋Ｃｙ）−（Ｇ＋Ｙｅ）ｌ　５１ｎ（２ｙｒ　−−ｆＴ
　−ｔ）＝（３Ｇ＋２Ｒ千２Ｂ）”（２Ｂ−Ｇ）ｓｉｎ
（２ｒｒ　　・−ｒＴ　−ｔ）　　　　　　　　　　　
−（１）■ Ｅ（ｎ＋１）−（Ｍｇ＋Ｙｅ）＋（Ｇ＋Ｃｙ）＋　ｌ（
Ｍｇ＋Ｙｅ）−（Ｇ＋Ｃｙ）ｌ　５ｉｎ（２π−−ｒＴ
　−ｔ）一（３Ｇ＋２Ｒ＋２Ｂ）”（２Ｒ−Ｇ）ｓｌｎ
（２ｒｒ　・−ｆＴ　−ｔ）　　　　＝（２）輝度信号
ＥＹは、（１）式及び（２）式の直流分（Ｅ　Ｙ　−３
Ｇ＋　２Ｒ＋　２Ｂ）から取出され、色信号（色差信号
信号）は、（１）式及び（２）式から光学的に１／２　
ｆＴにより変調された信号として取出される。つまり、
第６図に示すように色信号は、固体撮像素子の出力信号
からｌ／２　ｆ’Ｔ変調成分を抽出し、１／２　ｆ’Ｔ
の周波数のクロックで同期検波を行なえば取出すことが
できる。この同期検波用のクロック１／２　ｆ’Ｔは、
通常は第７図に示すように作られる。即ち、駆動及び同
期信号発生回路２０１から得られるクロックｆＴを分周
回路２０２で１／２に分周することにより作られる。こ
こで、電源投入時には、クロックｆ’Ｔの立上がり（立
ち下がり）トリガによる１／２分周クロックの極性が撮
像素子出力の変調クロックに所定の位相で合致するよう
にライン毎にリセットする必要がある。

第７図の固体撮像装置は、以上のことをふまえて構成さ
れた装置である。

即ちカメラヘッド部１００、カメラケーブル３００、カ
メラ制御ユニット２００からなり、ヘッド部１００は、
光学レンズ１０１、水晶フィルタ１０２、固体撮像素子
１０３を有する。またカメラ制御ユニット２００は、駆
動及び同期信号発生回路２０１、分周回路２０２、移相
回路２０３．２０４、ノイズ低減回路２０５、駆動周波
数であるクロックｒＴの帯域通過特性を有する帯域フィ
ルタ２０６、同期検波回路２０７を有する。

固体撮像素子１０３に対する駆動信号は、駆動及び同期
信号発生回路２０１からケーブル３００内のラインを介
して供給される。また固体撮像素子１０３からの出力信
号は、カメラケーブル３００内のラインを介してノイズ
低減回路２０５に導入される。このノイズ低減回路２０
５の一部信号は、帯域フィルタ２０６を介して色成分を
取出すための同期検波回路２０７に供給され、また高域
成分の除去された信号は輝度情報Ｙとして導出される。

上記のように遠隔駆動型固体撮像装置は、固体撮像素子
が小形、軽量であることを有効に活用し、カメラ制御ユ
ニット２００側に駆動信号、同期信号、ビデオ情報処理
部を全て内蔵させている。

（発明が解決しようとする問題点） 遠隔ケーブルとしてのカメラケーブル３００により分離
構造とした場合、外的環境変化やケーブルの遅延特性に
より、カメラ制御ユニット２００側の駆動タイミングに
対して、カメラヘッド部１００から戻って来た出力信号
のタイミングとにずれが生じる。このずれを補正するた
めに、第７図に示したシステムでは、カメラ制御ユニッ
ト２００の内部に、移相回路２０３．２０４を設け、ノ
イズ除去回路２０５の信号処理及び同期検波回路２０７
の信号処理タイミングを補正している。

しかしながら、上記移相回路２０３．２０４の移相量は
、生産した全てのビデオカメラに共通という訳ではなく
、個々のカメラで調整を必要とする。更に、固体撮像素
子の多画累化が進むと、その駆動クロック周波数が高く
なり、ますますタイミングの余裕度が厳しくなる。また
〜上記のシステムでは、カメラヘッド部、カメラケーブ
ルを取替えたときの互換性がない。

第８図は上記のような問題を解決するために工夫したシ
ステムであるが、そのために別の問題を生じたシステム
である。

即ち第７図のシステムに対応する部分には同じ符号を付
して説明する。このシステムは、カメラ制御部２００か
ら固体撮像素子１０３に供給する駆動信号の一部を、ラ
イン３０１．３０２を介して送り返すもので、この送り
返えされた信号を参照してノイズ低減回路２０５および
分周回路２０２の同期を得るようにしている。

ライン３０１で送り返す信号は、固体撮像素子の出力信
号のリセット部に対応する画素単位リセット信号（駆動
周波数クロックｆＴと同じ周波数）、ライン３０２で送
り返す信号は、水平リセット信号ＨＰである。このよう
に画素単位リセット信号と、水平リセット信号とを、一
旦ケーブルを通して送り返してカメラ制御ユニット２０
０内部の同期を得ることにより上記した問題が解決され
る。そして同期検波回路２０７で使用する検波クロック
を作る場合には、水平リセット信号ＨＰにより分周回路
２０２をリセットし、送り返された画素単位リセット信
号をクロック入力に供給する。これにより、同期検波回
路２０７における検波クロックも、固体撮像素子１０３
の出力信号との位相合わせが得られる。

しかしながら上記の解決手段で問題となる。のは、水平
リセット信号ＨＰは、画素単位リセット信号（周波数は
駆動周波数クロックｔ’ｔと同じ）と違い、これより周
波数がかなり低い。このために、水平リセット信号ＨＰ
と、画素単位リセット信号ΦＲ８とでは、ラインを通過
させる上で、遅延特性が異なり両信号の相対的な位相ず
れを考慮しなければならない。またこの相対的な位相ず
れを無くすためのラインを実現することは困難であり、
ケーブルを交換したときも問題が生じる。水平リセット
信号ＨＰと、画素単位リセット信号ΦＲ８との相対的な
位相ずれが生じると、分周器２０２で作っている同期検
波用のクロックの立上がりまたは立下がり極性が誤った
方向となり、色検波が正常に得られない。

また、画素単位リセット信号は、固体撮像素子１０３の
駆動の目的と、カメラ制御ユニット２００内部の位相同
期補正という２つの目的があり有効に利用されるのに対
して、水平リセット信号ＨＰは、カメラ制御ユニット２
００内部の位相同期補正という１つの目的のために、送
り返えされるだけである。しかって、そのためにカメラ
ケーブル３００の中に、１本のラインを増設しなければ
ならず、かつそのための転送電力も必要となる。

そこでこの発明は上記の問題を解決すべくなされたもの
で、簡単な回路構成により、固体撮像素子を遠隔制御し
た時に生じる外的要因の影響を受けにくく、また遠隔ケ
ーブルの長さを可変した場合でも無調整で正しくノイズ
低減効果及び色同期検波を得ることのできる安定性のあ
る遠隔駆動型固体撮像装置を提供することを目的とする
。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） この発明は、固体撮像素子とその制御ユニットとを遠隔
分離し、遠隔ケーブルを介して前記制御ユニットから前
記固体撮像素子に駆動および同期信号を転送し、かつ前
記固体撮像素子の出力信号を前記制御ユニットに導くと
ともに、さらに前記駆動及び同期信号の一部を前記固体
撮像素子側から送り返し、前記出力信号を前記制御ユニ
ット内で処理するための同期信号とする遠隔駆動型固体
撮像装置において、前記固体撮像素子は、その出力信号
に色信号成分が色フィルタの繰返し周期で光学的に変調
された信号として多重されて読み出される単板カラー固
体撮像素子であり、前記固体撮像素子側から送り返され
る信号を前記固体撮像素子の駆動信号とし、前記固体撮
像素子の出力信号に対する遅延特性と同じ遅延特性を有
するラインを介して送り返し、かっこの送り返し信号に
対しては、前記制御ユニットから転送する際に予め水平
ブランキング処理を施すように構成されたことを特徴と
するものである。

（作用） 上記の手段により、送り返し信号は予め水平リセット信
号と関連づけたブランキング処理が行われているので、
その送り返し信号をクロックとすれば制御ユニット側の
水平リセット信号との位相関係も所定の関係に保持され
ている。

（実施例） 以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例であり、第１図は固体撮像
素子の基本構成を示し、第３図はこの固体撮像装置で使
用される信号のタイミングチャートを示している。カメ
ラヘッド部１００、カメラケーブル３００、カメラ制御
ユニット２００がらなり、ヘッド部１００は、光学レン
ズ１０１、水晶フィルタ１０２、固体撮像素子１０３を
有する。またカメラ制御ユニット２００は、駆動及び同
期信号発生回路２０１、分周回路２０２、移相回路２０
３．２０４、ノイズ低減回路２０５、駆動周波数クロッ
クｒＴの帯域通過特性を有する帯域フィルタ２０６、同
期検波回路２０７ををする。

固体撮像素子１０３に対する駆動パルスΦ旧、ΦＨ２、
Φｖｌ〜Φｖ２等は駆動及び同期信号発生回路２０１か
らケーブル３００内のラインを介して供給される。

ここで、この発明の装置では、例えば駆動信号の一種で
ある画素単位リセット信号ΦＲ８は、タイミング補正回
路４００を介して水平ブランキング処理を施された信号
ΦＲ８Ｉに変換されて固体撮像素子１０３に供給される
。

また固体撮像素子１０３からの出力信号は、カメラケー
ブル３００内のライン３１０を介してノイズ低減回路２
０５に導入される。このノイズ低減回路２０５の信号の
一部は、帯域フィルタ２０６を介して色成分を取出すた
めの同期検波回路２０７に供給され、また高域成分の除
去された信号は輝度情報Ｙとして導出される。

ここで、上記した画素単位リセット信号ΦＲ３Ｉは、ラ
イン３１０と遅延特性が同じライン３１１を介して送り
返され、ノイズ低減回路２０５のクロックおよび分周回
路２０２のクロックとして使用される。またこの分周回
路２０２には、タイミング補正回路４００で処理された
水平リセット信号Ｉ　Ｐ　２°が供給されている。

タイミング補正回路４００は、例えば第２図に示す構成
であり第３図の信号も参照して説明する。

この回路４００は、駆動及び同期信号発生回路２０１か
らの処理前の画素単位リセット信号ΦＲ３゜処理前の水
平リセット信号ＨＰを受けて、ブランキング処理および
遅延処理を行なっている。即ち、処理前の水平リセット
信号ＨＰは、インバータ４０１、オア回路４０２の一方
に供給される。インバータ４０１の出力は、抵抗４０３
およびコンデンサ４０４より構成された遅延回路を介し
てオア回路４０２の他方に供給される。これにより、オ
ア回路４０２からは、第３図に示すように一定期間τレ
ベル反転した水平リセット信号１１Ｐ２が得られる。こ
の信号ＨＰ２は、アンド回路４０５の一方に供給され、
このアンド回路４０５の他方に供給されている画素単位
リセット信号ΦＲ３のブランキング処理を行なう。これ
により、画素単位リセット信号ΦＲ８は、ブランキング
期間に間引き処理が施された信号ΦＲ３Ｉとなり、固体
撮像素子１０３に駆動信号として与えられる。

一方水平リセット信号ＨＰ２は、インバータ４０６を介
して分周回路２０２のリセット信号ＨＰ２°として用い
られる。

上記した本発明の装置によれば、分周回路２０２から得
られる検波クロックが正確な位相および極性で得られる
。すなわち従来技術及び発明が解決しようとする問題点
で述べたように、遠隔ケーブルによりカメラヘッド部を
制御ユニットから分離した場合には、その外的環境の影
響及びケーブル長によらず正しく信号処理を行なうため
には、撮像素子を駆動するパルスをその撮像出力信号と
すくなくとも同じ遅延特性を持ったケーブルで制御ユニ
ット側に戻す必要がある。このとき時系列化した撮像出
力信号と駆動パルス（画素単位リセットパルス）の位相
は一致するために、ノイズ低減回路２０５のタイミング
調整は容易であった。

ここで問題となったのは、分周回路２０２にて送り返さ
れた信号ΦＲ３Ｉを分周して同期検波クロックを作る場
合、分周回路２０２のリセットタイミングをどのように
設定するかということであった。

この分周回路２０２のリセットタイミングを得る手段と
して、本装置では上記したタイミング補正回路４００を
設け、画素単位リセット信号ΦＲ８にブランキング処理
を施しこれを固体撮像素子１０３の駆動信号として用い
るとともに、この送り返し信号ΦＲ８２をノイズ低減回
路２０５のクロックとして用いるとともに、分周回路２
０２のクロックとして用いるようにしている。一方、水
平リセット信号ＨＰは、上記のブランキング処理を施す
ために使用するとともに、分周回路２０２のリセット信
号として用いられ、カメラヘッド部１００側に伝送され
ることはない。このために、画素単位リセット信号ΦＲ
３に対しては、これを撮像素子側に供給する以前に水平
リセット信号との位相関係が付けられることになる。ま
たこの場合、ブランキング処理を施した期間τは、少な
くとも遠隔ケーブルの送り返しの最大遅延時間以上に設
定されている。

このように動作させることにより、送り返された画素単
位リセット信号ΦＲ８２は、τ期間遅延しているが、分
周回路２０２は必ず所望の極性の分周出力を得るように
設定されている。これは、撮像素子側に供給する前に予
め水平リセット信号ＨＰを用いたブランキング処理を行
ない、位相関係の関連付けが成されているからである。

そして、最大遅延期間τまでのケーブルであるかぎり、
水平リセット期間の終わり時点ｔ１は、全て送り返され
た信号ΦＲ８２のブランキング期間ＢＬ内に位置するこ
とになる。よってブランキング期間が終わって始めて分
周回路にクロックが供給されたとき、この分周回路から
は常に一定の極性の検波クロックを得ることができる。

なお遠隔ケーブルがない場合には、送り返し信号ΦＩ？
Ｓ２はΦＲ８Ｉと同じ位相であり、水平リセット信号の
相対位相関係は上記の場合と変わりはない。

［発明の効果コ 以上説明したようにこの発明は簡単な回路構成により、
固体撮像素子を遠隔制御した時に生じる外的要因の影響
をうけにくく、また遠隔ケーブルの長さを可変した場合
でも無調整で正しくノイズ低減効果及び色同期検波を得
ることのできる安定性のある遠隔駆動型固体撮像装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第２図
は第１図のタイミング補正回路の例を示す図、第３図は
この発明装置の動作を説明するのに示したタイミングチ
ャート、第４図は固体撮像素子の構成及び動作信号波形
を示す図、第５図は固体撮像素子の色フィルタの例を示
す図、第６図は固体撮像素子の出力信号の説明図、第７
図、第８図はそれぞれ従来の固体撮像装置の構成を示す
図である。 １００・・・カメラヘッド部、２００・・・カメラ制御
ユニット、３００・・・カメラケーブル、１０１・・・
光学レンズ、１０２・・・水晶フィルタ、１０３・・・
固体撮像素子、２０１・・・駆動及び同期信号発生回路
、２０２・・・分周回路、２０５・・・ノイズ低減回路
、２０６・・・帯域フィルタ、２０７・・・同期検波回
路、４００・・・タイミング補正回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固体撮像素子とその制御ユニットとを遠隔分離し、遠隔
   ケーブルを介して前記制御ユニットから前記固体撮像素
   子に駆動および同期信号を転送し、かつ前記固体撮像素
   子の出力信号を前記制御ユニットに導くとともに、さら
   に前記駆動および同期信号の一部を前記固体撮像素子側
   から送り返し、前記出力信号を前記制御ユニット内で処
   理するための同期信号とする遠隔駆動型固体撮像装置に
   おいて、 前記固体撮像素子は、その出力信号に色信号成分が色フ
   ィルタの繰返し周期で光学的に変調された信号として多
   重されて読み出される単板カラー固体撮像素子であり、
   前記固体撮像素子側から送り返される信号を前記固体撮
   像素子の駆動信号とし、前記固体撮像素子の出力信号に
   対する遅延特性と同じ遅延特性を有するラインを介して
   送り返し、かつこの送り返し信号に対しては、前記制御
   ユニットから転送する際に予め水平リセット信号に関連
   付けた水平ブランキング処理を施すように構成されたこ
   とを特徴とする遠隔駆動型固体撮像装置。