クランプ制御装置及び撮像装置
【課題】撮像素子からの出力信号をクランプ制御する装置において、クランプ電位の制御にＤ／Ａ変換回路を使用して制御した場合、Ｄ／Ａ変換回路の変換精度を低くすることができない。
【解決手段】クランプ回路１０１によるクランプ結果の信号をサンプリングして、サンプリング結果と基準値との差分を検出し、差分を帰還回路に反映させるクランプ制御装置において、クランプの制御に用いる電位を、帰還信号生成部１０５からの制御と制御部１０８からの設定値との間でスイッチ１０９により切り替える。
【解決手段】クランプ回路１０１によるクランプ結果の信号をサンプリングして、サンプリング結果と基準値との差分を検出し、差分を帰還回路に反映させるクランプ制御装置において、クランプの制御に用いる電位を、帰還信号生成部１０５からの制御と制御部１０８からの設定値との間でスイッチ１０９により切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像信号の基準レベルを一定のレベルにクランプするためのクランプ制御装置と、これを搭載した撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子からの出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路で信号レベルを抽出するためには、Ｓ／Ｈ回路での基準レベルを撮像素子から出力されるＯＢ（オプティカルブラック）レベルに安定させる必要がある。通常、ＯＢ領域は撮像素子の有効エリアの上下左右に配置されている。このＯＢ領域からＯＢ信号をサンプリングして、ＯＢレベルが一定になるようにクランプ回路で制御される。撮像素子から出力されるＯＢレベルは変動するため、常にＯＢ信号をサンプリングしてフィードバックすることが一般的である。
【０００３】
ある従来技術によれば、ＯＢレベルが基準値になるように、ＯＢレベルと基準値との差分を、現在のクランプ回路を制御しているレベルに加減算してクランプ電位を制御する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２２４４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
監視カメラや医療用カメラなどの撮像装置の分野では、カメラ出力を記録する場合、画像は１秒間に３０フレーム又は６０フィールドといった動画ではなく、１秒間に数フレームの画像、もしくは数秒間に１枚の画像が記録される場合がある。このような場合、撮像素子からは常に出力され、記録媒体に記録する場合や信号処理段階で間引かれることが主流であったが、消費電力を低減するため記録するレートに合わせて撮像素子から出力されるようになってきている。このような場合、撮像素子から出力された信号をクランプする回路に積分容量素子を使用すると、積分容量素子に電荷を積分する間隔が長くなり積分する時間が不足する問題が発生するため、特許文献１の方法に従ってＤ／Ａ変換回路でクランプ電位を制御する方法がとられている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法で制御するためにはＤ／Ａ変換回路に高い精度が必要となる。精度が低いとＤ／Ａ変換回路に入力する信号が少しでも変化すると画像の基準レベルが変化していることが視覚的に判明してしまう。また、撮像素子からの出力が記録するレートに合わせて間引かれた場合、複数の撮像素子の出力を時分割で切り替え入力することが考えられるが、該当の撮像素子に対応したクランプ電位に切り替えることができないため、図６に示すように撮像素子ごとに複数のクランプ回路が必要となる。なお、図６において、６０１及び６０４はクランプ回路、６０２及び６０５はＳ／Ｈ回路、６０３及び６０６はクランプ制御回路である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明によるクランプ制御装置は以下のような構成を備えている。
【０００７】
第１の構成は、撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力と基準値との減算を実行する減算回路と、加算回路と遅延回路とを有する帰還信号生成部と、前記帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力するＤ／Ａ変換回路とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の構成は、複数の撮像素子のデータを切り替えることができるように、前記複数の撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力と基準値との減算を実行する減算回路と、加算回路と遅延回路とを有する帰還信号生成部と、前記帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力するＤ／Ａ変換回路と、記帰還信号生成部の出力を変更するデータ切り替え回路とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
第３の構成は、撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、前記第１のＡ／Ｄ変換回路の出力と第１の基準値との減算を実行する第１の減算回路と、加算回路と遅延回路とを有する第１の帰還信号生成部と、前記Ｓ／Ｈ回路の出力を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、前記第２のＡ／Ｄ変換回路の出力と第２の基準値との減算を実行する第２の減算回路と、加算回路と遅延回路とを有する第２の帰還信号生成部と、前記第２の帰還信号生成部の出力をアナログ信号に変換して前記増幅回路に出力する第２のＤ／Ａ変換回路と、前記第１の帰還信号生成部及び前記第２の前記帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、前記第１の帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力する第１のＤ／Ａ変換回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基準信号にクランプするクランプ回路に入力する制御電圧を帰還信号生成部から制御部で設定する値に切り替えることにより、微小な変動時にクランプ回路に入力される制御電圧の変動を停止することができる。したがって、クランプ回路に入力される制御電圧を生成するＤ／Ａ変換回路を低い変換精度にして回路規模の削減や消費電力の低減を図った場合でも、過度の変動が発生することなく安定的な信号を出力することができる。
【００１１】
また、複数の撮像素子からの出力が時分割で入力された場合でも、該当撮像素子の制御電圧に切り替えることができ、複数の撮像素子に対応する複数のクランプ回路を搭載することなく１つのクランプ回路でクランプすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
《実施の形態１》
本発明の実施の形態１におけるクランプ制御装置は、例えば図１のように構成される。
【００１４】
図１の構成要素は、撮像素子からの出力が入力されるクランプ回路１０１、クランプ回路１０１からの出力が入力され撮像素子の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路１０２、Ｓ／Ｈ回路１０２からの出力が入力されアナログデジタル変換を行うＡ／Ｄ変換回路１０３、Ａ／Ｄ変換回路１０３からの出力が入力され基準値から減算される減算回路１０４、減算回路１０４からの出力が入力され加算回路１０６と遅延回路１０７とを有し帰還信号を生成する帰還信号生成部１０５、帰還信号生成部１０５からの出力が入力されスイッチ１０９の切り替えとスイッチ１０９へ出力する制御部１０８、帰還信号生成部１０５からの入力と制御部１０８からの入力とを切り替えて出力するスイッチ１０９、スイッチ１０９の出力をデジタルアナログ変換してクランプ回路１０１に出力するＤ／Ａ変換回路１１０である。
【００１５】
以上のように構成されたクランプ制御装置は、クランプ回路１０１に撮像素子の出力が入力される。図２に示すように、撮像素子にて画素部には有効画素部とその周辺にＯＢ部が配置されている。ＯＢ部は通常遮光されており、撮像素子の出力信号の基準電位として利用される。
【００１６】
クランプ回路１０１は、ＯＢ部の電位が基準電位になるように制御された電位が入力され動作する。クランプ回路１０１の出力はＳ／Ｈ回路１０２でサンプリングされ、撮像素子出力信号のノイズ等が除去され出力される。Ｓ／Ｈ回路１０２の出力は図示しない映像処理系に出力されると共にＡ／Ｄ変換回路１０３に出力され、Ａ／Ｄ変換回路１０３でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたＯＢ部の信号は、減算回路１０４で基準値から減算され、基準値より大きい場合は負、小さい場合は正の値で出力される。帰還信号生成部１０５ではＤ／Ａ変換回路１１０経由で制御している信号に減算回路１０４からの符号付の信号を加算することで新たな制御信号を生成している。Ａ／Ｄ変換回路１０３、減算回路１０４及び帰還信号生成部１０５は、撮像素子から信号が出力されている期間でかつＯＢ部が出力されているタイミングのみ動作する。ただし、全てのＯＢ部の信号が出力されている期間に動作する必要はない。
【００１７】
ＯＢ部の信号は減算回路１０４で基準値との差分が算出され差分が帰還信号生成部１０５とＤ／Ａ変換回路１１０とを通してクランプ回路１０１に反映されるため基準値との差分は収束していくが、撮像素子のＯＢ部の信号は変動するため、減算回路１０４の出力は０近傍で変動して、図３の帰還信号生成部出力値のように帰還信号生成部１０５の出力も変動する。
【００１８】
このため、制御部１０８では帰還信号生成部１０５の出力が一定期間連続で安定していると判断できる変化量の範囲内での推移を判断している。例えば、図７に示すように制御部１０８で帰還信号生成部１０５からの出力を１画面分平均化し５画面又は１０画面といった期間を一定期間として、この期間の変動が前後１以内であれば安定していると判断する。
【００１９】
制御部１０８でＯＢ部のクランプ結果が基準値近傍で安定していると判断した場合は、帰還信号生成部１０５からの出力結果をもとにスイッチ１０９に出力する値を決定して出力する。通常、スイッチ１０９に出力する値は安定判断基準となった値、もしくは安定判断期間の平均値となる。更に制御部１０８は、スイッチ１０９の切り替え信号を出力してスイッチ１０９を制御部１０８の出力側に切り替える。スイッチ１０９は接続された信号をＤ／Ａ変換回路１１０へ出力する。Ｄ／Ａ変換回路１１０では入力信号をアナログ信号に変換してクランプ回路１０１へ出力する。スイッチ１０９の切り替えは撮像素子から有効画素部の出力期間以外で行う。
【００２０】
また、制御部１０８によるスイッチ１０９の切り替えが電源投入後やシステムのリセット解除後に安定したと制御部１０８が判断したときの１回のみの場合は、温度による変動や経年劣化などの変動要因を考慮しなくてもよいシステムの場合に有効である。
【００２１】
また、制御部１０８によるスイッチ１０９の切り替えが一定期間の場合は、時間とともに光量が変化する屋外設置の場合などに有効である。
【００２２】
この構成により、ＯＢ領域のサンプリング結果に微小な変動が発生している場合でも、またＤ／Ａ変換回路１１０の変換精度が低くても、画像が変動することなく安定した出力結果が得られる。
【００２３】
《実施の形態２》
本発明の実施の形態２におけるクランプ制御装置は、例えば図４のように構成される。
【００２４】
図４の構成要素は、複数の撮像素子からの出力が入力されるクランプ回路４０１、クランプ回路４０１からの出力が入力され撮像素子の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路４０２、Ｓ／Ｈ回路４０２からの出力が入力されアナログデジタル変換を行うＡ／Ｄ変換回路４０３、Ａ／Ｄ変換回路４０３からの出力が入力され基準値から減算される減算回路４０４、減算回路４０４からの出力が入力され加算回路４０６と遅延回路４０７とデータ切り替え回路４１１を有し帰還信号を生成する帰還信号生成部４０５、帰還信号生成部４０５からの出力が入力されスイッチ４０９の切り替えとスイッチ４０９へ出力する制御部４０８、帰還信号生成部４０５からの入力と制御部４０８からの入力とを切り替えて出力するスイッチ４０９、スイッチ４０９の出力をデジタルアナログ変換してクランプ回路４０１に出力するＤ／Ａ変換回路４１０である。
【００２５】
以上のように構成されたクランプ制御装置は、クランプ回路４０１に複数の撮像素子の出力が入力される。クランプ回路４０１は、ＯＢ部の電位が基準電位になるように制御された電位が入力され動作する。クランプ回路４０１の出力はＳ／Ｈ回路４０２でサンプリングされ、撮像素子出力信号のノイズ等が除去され出力される。Ｓ／Ｈ回路４０２の出力は図示しない映像処理系に出力されると共にＡ／Ｄ変換回路４０３に出力され、Ａ／Ｄ変換回路４０３でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたＯＢ部の信号は、減算回路４０４で基準値から減算され、基準値より大きい場合は負、小さい場合は正の値で出力される。帰還信号生成部４０５ではＤ／Ａ変換回路４１０経由で制御している信号に減算回路４０４からの符号付の信号を加算することで新たな制御信号を生成している。
【００２６】
時分割で出力する複数の撮像素子の出力が入力される場合、図５のデータ切り替えタイミングに示すように撮像素子からの出力に合わせて帰還信号生成部４０５で生成されている信号を該当の制御信号に制御部４０８からの設定によりデータ切り替え回路４１１で切り替える。切り替えは該当の撮像素子の出力が開始される前に行われる。帰還信号生成部４０５は、例えば図５の帰還信号生成部動作期間に示すようにデータの切り替え後に該当の撮像素子のＯＢ部で帰還信号を生成して出力する。帰還信号生成部４０５の動作終了後から次の動作開始までに現在の出力が制御部４０８に保持され、次に設定する値となる。Ａ／Ｄ変換回路４０３、減算回路４０４及び帰還信号生成部４０５は、撮像素子から信号が出力されている期間でかつＯＢ部の信号が出力されているタイミングのみ動作する。ただし、全てのＯＢ部が出力されている期間に動作する必要はない。
【００２７】
帰還信号生成部４０５の出力は制御部４０８にも入力され、制御部４０８は、実施の形態１に示すようにクランプ結果の安定を判断して、安定していると判断した場合は期間信号生成部４０５からの出力結果をもとにスイッチ４０９に出力する値を決定して出力する。更に制御部４０８は、スイッチ４０９の切り替え信号を出力してスイッチ４０９を制御部４０８の出力側に切り替える。スイッチ４０８は、接続された信号をＤ／Ａ変換回路４１０へ出力する。Ｄ／Ａ変換回路４１０では入力信号をアナログ信号に変換してクランプ回路４０１へ出力する。
【００２８】
この構成により、複数の撮像素子の出力が入力された場合でも１つのクランプ回路４０１で制御することが可能となる。
【００２９】
また、データ切り替え回路４１１の複数の撮像素子のデータの切り替えは制御部４０８からの設定ではなく、データ切り替え回路４１１内で保持して切り替えてもよい。
【００３０】
《実施の形態３》
本発明の実施の形態３におけるクランプ制御装置は、例えば図８のように構成される。
【００３１】
図８の構成要素は、撮像素子からの出力が入力されるクランプ回路８０１、クランプ回路８０１からの出力が入力され撮像素子の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路８０２、Ｓ／Ｈ回路８０２からの出力が入力されアナログデジタル変換を行う第１のＡ／Ｄ変換回路８０３、第１のＡ／Ｄ変換回路８０３からの出力が入力され第１の基準値から減算される第１の減算回路８０４、第１の減算回路８０４からの出力が入力され第１の加算回路８０６と第１の遅延回路８０７とを有し帰還信号を生成する第１の帰還信号生成部８０５、Ｓ／Ｈ回路８０２の出力を増幅する増幅回路８１１、増幅回路８１１の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路８１３、第２のＡ／Ｄ変換回路８１３の出力を第２の基準値から減算する第２の減算回路８１４、第２の減算回路８１４からの出力が入力され第２の加算回路８１６と第２の遅延回路８１７とを有し帰還信号を生成する第２の帰還信号生成部８１５、第２の帰還信号生成部８１５の出力をアナログ信号に変換して増幅回路８１１に出力する第２のＤ／Ａ変換回路８１２、第１の帰還信号生成部８０５及び第２の帰還信号生成部８１５の出力が入力される制御部８０８、第１の帰還信号生成部８０５の出力と制御部８０８からの出力とを切り替えるスイッチ８０９、スイッチ８０９の出力をデジタルアナログ変換してクランプ回路８０１に出力する第１のＤ／Ａ変換回路８１０である。
【００３２】
以上のように構成されたクランプ制御装置は、クランプ回路８０１に撮像素子の出力が入力される。クランプ回路８０１は、ＯＢ部の電位が基準電位になるように制御された電位が入力され動作する。クランプ回路８０１の出力はＳ／Ｈ回路８０２でサンプリングされ、撮像素子出力信号のノイズ等が除去され出力される。Ｓ／Ｈ回路８０２の出力は第１のＡ／Ｄ変換回路８０３に出力され、第１のＡ／Ｄ変換回路８０３でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたＯＢ部の信号は、第１の減算回路８０４で基準値から減算され、基準値より大きい場合は負、小さい場合は正の値で出力される。第１の帰還信号生成部８０５では第１のＤ／Ａ変換回路８１０経由で制御している信号に第１の減算回路８０４からの符号付の信号を加算することで新たな制御信号を生成している。第１のＡ／Ｄ変換回路８０３、第１の減算回路８０４及び第１の帰還信号生成部８０５は、撮像素子から信号が出力されている期間でかつＯＢ部が出力されているタイミングのみ動作する。ただし、全てのＯＢ部の信号が出力されている期間に動作する必要はない。
【００３３】
Ｓ／Ｈ回路８０２の出力は増幅回路８１１に入力され信号が増幅される。増幅回路８１１では増幅後にＯＢ部の信号が一定値になるようにクランプ処理が実施される。前記一定値は例えば第２のＡ／Ｄ変換回路８１３のビット精度が８ビットであった場合に１６ＬＳＢといった値となる。通常、クランプ回路８０１ではＯＢ部の電位が第２のＡ／Ｄ変換回路８１３後の値が０になるように制御され、増幅回路８１１によって増幅されてもＯＢ部の出力が変化しないように制御される。また、増幅回路８１１でのクランプは、第２のＡ／Ｄ変換回路８１３でＯＢ部に含まれるノイズ成分を第２のＡ／Ｄ変換回路８１３の下限で切り捨てられることを防ぐため、オフセットを付加する目的で一定値になるように制御される。第２のＡ／Ｄ変換回路８１３の出力は第２の減算回路８１４で基準値から減算され、基準値より大きい場合は負、小さい場合は正の値で出力される。第２の帰還信号生成部８１５では第２のＤ／Ａ変換回路８１２経由で制御している信号に第２の減算回路８１４からの符号付の信号を加算することで新たな制御信号を生成している。第２のＡ／Ｄ変換回路８１３、第２の減算回路８１４及び第２の帰還信号生成部８１５は、撮像素子から信号が出力されている期間でかつＯＢ部が出力されているタイミングのみ動作する。ただし、全てのＯＢ部が出力されている期間に動作する必要はない。
【００３４】
第１の帰還信号生成部８０５の出力と第２の帰還信号生成部８１５の出力は制御部８０８にも入力される。制御部８０８では入力された第１の帰還信号生成部８０５の信号から実施の形態１に示すようにクランプ結果の安定を判断して、安定していると判断した場合は、第１の帰還信号生成部８０５からの出力結果をもとにスイッチ８０９に出力する値を決定して出力する。更に制御部８０８は、スイッチ８０９の切り替え信号を出力してスイッチ８０９を制御部８０８の出力側に切り替える。スイッチ８０９は、接続された信号を第１のＤ／Ａ変換回路８１０へ出力する。第１のＤ／Ａ変換回路８１０では入力信号をアナログ信号に変換してクランプ回路８０１へ出力する。
【００３５】
更に制御部８０８は、第２の帰還信号生成部８１５の信号から大きく変動しているかを判断している。例えば図９、図１０に示すように第１の帰還信号生成部８０５からの信号で安定と判断してスイッチ８０８を切り替えた後、第２の帰還信号生成部８１５の信号が第１の帰還信号信号生成部８０５の再起動が必要と判断する値まで変化した場合、スイッチ８０９の切り替え信号を出力してスイッチ８０９を第１の帰還信号生成部８０５の出力側に切り替える。
【００３６】
この構成により、第１の帰還信号生成部８０５の動作停止後に、撮像素子のＯＢ部の出力が大きく変化した場合でもクランプ回路８０１の再調整ができる。
【００３７】
なお、実施の形態２におけるデータ切り替え回路４１１を図８中の第１の帰還信号生成部８０５に導入することも可能である。
【００３８】
《実施の形態４》
図１１は、上述した実施の形態のクランプ制御装置を撮像装置に適用した場合の図である。図１１に記載した撮像装置は、被写体の光学像を撮像素子に結像させるレンズ１１０１、光学像を電気信号に変換する撮像素子１１０２、撮像素子１１０２の出力をクランプするクランプ回路１１０３、相関２重サンプリングを行うＣＤＳ１１０４、ゲイン調整と黒レベル調整を行うＧＣＡ１１０５、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１１０６、信号処理を行うＤＳＰ１１０７、撮像素子１１０２の駆動タイミングを生成するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１１０８、図１に記載のクランプ制御を行うクランプ制御回路１１０９、ＯＢ制御を行うＯＢ制御回路１１１０、クランプ制御回路１１０９とＯＢ制御回路１１１０とＤＳＰ１１０７とを制御するＣＰＵ１１１１より構成される。
【００３９】
《実施の形態５》
図１２は、上述した実施の形態のクランプ制御装置を複数の撮像素子を使用した撮像装置に適用した場合の図である。図１２に記載した撮像装置は、被写体の光学像を撮像素子に結像させる第１のレンズ１２０１と第２のレンズ１２１２、光学像を電気信号に変換する第１の撮像素子１２０２と第２の撮像素子１２１３、撮像素子の出力を切り替える出力切り替え回路１２１４、撮像素子１２０２，１２１３の出力をクランプするクランプ回路１２０３、相関２重サンプリングを行うＣＤＳ１２０４、ゲイン調整と黒レベル調整を行うＧＣＡ１２０５、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１２０６、信号処理を行うＤＳＰ１２０７、撮像素子１２０２の駆動タイミングを生成するＴＧ１２０８、図４に記載のクランプ制御を行うクランプ制御回路１２０９、ＯＢ制御を行うＯＢ制御回路１２１０、クランプ制御回路１２０９とＯＢ制御回路１２１０とＤＳＰ１２０７とを制御するＣＰＵ１２１１より構成される。なお、撮像素子を２つ使用した場合を記載したが、撮像素子は３つ以上使用してもよい。
【００４０】
本発明は、家庭用ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ、医療用カメラなどの撮像装置において適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係るクランプ制御装置は、クランプの帰還制御停止や切り替え機能を有し、撮像素子を使用したカメラなどとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１によるクランプ制御装置の構成図である。
【図２】撮像素子の画素部構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１による帰還信号生成部の出力遷移図である。
【図４】本発明の実施の形態２によるクランプ制御装置の構成図である。
【図５】データ切り替え回路の動作タイミング図である。
【図６】従来のクランプ制御装置の構成図である。
【図７】安定判断処理のフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３によるクランプ制御装置の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３による２つの帰還信号生成部の出力遷移図である。
【図１０】再起動判断処理のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態４による撮像装置の概略構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態５による撮像装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０１，４０１ クランプ回路
１０２，４０２ Ｓ／Ｈ回路
１０３，４０３ Ａ／Ｄ変換回路
１０４，４０４ 減算回路
１０５，４０５ 帰還信号生成部
１０６，４０６ 加算回路
１０７，４０７ 遅延回路
１０８，４０８ 制御部
１０９，４０９ スイッチ
１１０，４１０ Ｄ／Ａ変換回路
４１１ データ切り替え回路
６０１，６０４ 従来のクランプ回路
６０２，６０５ 従来のＳ／Ｈ回路
６０３，６０６ 従来のクランプ制御回路
８０１ クランプ回路
８０２ Ｓ／Ｈ回路
８０３，８１３ Ａ／Ｄ変換回路
８０４，８１４ 減算回路
８０５，８１５ 帰還信号生成部
８０６，８１６ 加算回路
８０７，８１７ 遅延回路
８０８ 制御部
８０９ スイッチ
８１０，８１２ Ｄ／Ａ変換回路
８１１ 増幅回路
１１０１，１２０１，１２１２ レンズ
１１０２，１２０２，１２１３ 撮像素子
１１０３，１２０３ クランプ回路
１１０４，１２０４ ＣＤＳ
１１０５，１２０５ ＧＣＡ
１１０６，１２０６ Ａ／Ｄ変換回路
１１０７，１２０７ ＤＳＰ
１１０８，１２０８ ＴＧ
１１０９，１２０９ クランプ制御回路
１１１０，１２１０ ＯＢ制御回路
１１１１，１２１１ ＣＰＵ
１２１４ 出力切り替え回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像信号の基準レベルを一定のレベルにクランプするためのクランプ制御装置と、これを搭載した撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子からの出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路で信号レベルを抽出するためには、Ｓ／Ｈ回路での基準レベルを撮像素子から出力されるＯＢ（オプティカルブラック）レベルに安定させる必要がある。通常、ＯＢ領域は撮像素子の有効エリアの上下左右に配置されている。このＯＢ領域からＯＢ信号をサンプリングして、ＯＢレベルが一定になるようにクランプ回路で制御される。撮像素子から出力されるＯＢレベルは変動するため、常にＯＢ信号をサンプリングしてフィードバックすることが一般的である。
【０００３】
ある従来技術によれば、ＯＢレベルが基準値になるように、ＯＢレベルと基準値との差分を、現在のクランプ回路を制御しているレベルに加減算してクランプ電位を制御する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２２４４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
監視カメラや医療用カメラなどの撮像装置の分野では、カメラ出力を記録する場合、画像は１秒間に３０フレーム又は６０フィールドといった動画ではなく、１秒間に数フレームの画像、もしくは数秒間に１枚の画像が記録される場合がある。このような場合、撮像素子からは常に出力され、記録媒体に記録する場合や信号処理段階で間引かれることが主流であったが、消費電力を低減するため記録するレートに合わせて撮像素子から出力されるようになってきている。このような場合、撮像素子から出力された信号をクランプする回路に積分容量素子を使用すると、積分容量素子に電荷を積分する間隔が長くなり積分する時間が不足する問題が発生するため、特許文献１の方法に従ってＤ／Ａ変換回路でクランプ電位を制御する方法がとられている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法で制御するためにはＤ／Ａ変換回路に高い精度が必要となる。精度が低いとＤ／Ａ変換回路に入力する信号が少しでも変化すると画像の基準レベルが変化していることが視覚的に判明してしまう。また、撮像素子からの出力が記録するレートに合わせて間引かれた場合、複数の撮像素子の出力を時分割で切り替え入力することが考えられるが、該当の撮像素子に対応したクランプ電位に切り替えることができないため、図６に示すように撮像素子ごとに複数のクランプ回路が必要となる。なお、図６において、６０１及び６０４はクランプ回路、６０２及び６０５はＳ／Ｈ回路、６０３及び６０６はクランプ制御回路である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明によるクランプ制御装置は以下のような構成を備えている。
【０００７】
第１の構成は、撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力と基準値との減算を実行する減算回路と、加算回路と遅延回路とを有する帰還信号生成部と、前記帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力するＤ／Ａ変換回路とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の構成は、複数の撮像素子のデータを切り替えることができるように、前記複数の撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力と基準値との減算を実行する減算回路と、加算回路と遅延回路とを有する帰還信号生成部と、前記帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力するＤ／Ａ変換回路と、記帰還信号生成部の出力を変更するデータ切り替え回路とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
第３の構成は、撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、前記第１のＡ／Ｄ変換回路の出力と第１の基準値との減算を実行する第１の減算回路と、加算回路と遅延回路とを有する第１の帰還信号生成部と、前記Ｓ／Ｈ回路の出力を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、前記第２のＡ／Ｄ変換回路の出力と第２の基準値との減算を実行する第２の減算回路と、加算回路と遅延回路とを有する第２の帰還信号生成部と、前記第２の帰還信号生成部の出力をアナログ信号に変換して前記増幅回路に出力する第２のＤ／Ａ変換回路と、前記第１の帰還信号生成部及び前記第２の前記帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、前記第１の帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力する第１のＤ／Ａ変換回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基準信号にクランプするクランプ回路に入力する制御電圧を帰還信号生成部から制御部で設定する値に切り替えることにより、微小な変動時にクランプ回路に入力される制御電圧の変動を停止することができる。したがって、クランプ回路に入力される制御電圧を生成するＤ／Ａ変換回路を低い変換精度にして回路規模の削減や消費電力の低減を図った場合でも、過度の変動が発生することなく安定的な信号を出力することができる。
【００１１】
また、複数の撮像素子からの出力が時分割で入力された場合でも、該当撮像素子の制御電圧に切り替えることができ、複数の撮像素子に対応する複数のクランプ回路を搭載することなく１つのクランプ回路でクランプすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
《実施の形態１》
本発明の実施の形態１におけるクランプ制御装置は、例えば図１のように構成される。
【００１４】
図１の構成要素は、撮像素子からの出力が入力されるクランプ回路１０１、クランプ回路１０１からの出力が入力され撮像素子の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路１０２、Ｓ／Ｈ回路１０２からの出力が入力されアナログデジタル変換を行うＡ／Ｄ変換回路１０３、Ａ／Ｄ変換回路１０３からの出力が入力され基準値から減算される減算回路１０４、減算回路１０４からの出力が入力され加算回路１０６と遅延回路１０７とを有し帰還信号を生成する帰還信号生成部１０５、帰還信号生成部１０５からの出力が入力されスイッチ１０９の切り替えとスイッチ１０９へ出力する制御部１０８、帰還信号生成部１０５からの入力と制御部１０８からの入力とを切り替えて出力するスイッチ１０９、スイッチ１０９の出力をデジタルアナログ変換してクランプ回路１０１に出力するＤ／Ａ変換回路１１０である。
【００１５】
以上のように構成されたクランプ制御装置は、クランプ回路１０１に撮像素子の出力が入力される。図２に示すように、撮像素子にて画素部には有効画素部とその周辺にＯＢ部が配置されている。ＯＢ部は通常遮光されており、撮像素子の出力信号の基準電位として利用される。
【００１６】
クランプ回路１０１は、ＯＢ部の電位が基準電位になるように制御された電位が入力され動作する。クランプ回路１０１の出力はＳ／Ｈ回路１０２でサンプリングされ、撮像素子出力信号のノイズ等が除去され出力される。Ｓ／Ｈ回路１０２の出力は図示しない映像処理系に出力されると共にＡ／Ｄ変換回路１０３に出力され、Ａ／Ｄ変換回路１０３でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたＯＢ部の信号は、減算回路１０４で基準値から減算され、基準値より大きい場合は負、小さい場合は正の値で出力される。帰還信号生成部１０５ではＤ／Ａ変換回路１１０経由で制御している信号に減算回路１０４からの符号付の信号を加算することで新たな制御信号を生成している。Ａ／Ｄ変換回路１０３、減算回路１０４及び帰還信号生成部１０５は、撮像素子から信号が出力されている期間でかつＯＢ部が出力されているタイミングのみ動作する。ただし、全てのＯＢ部の信号が出力されている期間に動作する必要はない。
【００１７】
ＯＢ部の信号は減算回路１０４で基準値との差分が算出され差分が帰還信号生成部１０５とＤ／Ａ変換回路１１０とを通してクランプ回路１０１に反映されるため基準値との差分は収束していくが、撮像素子のＯＢ部の信号は変動するため、減算回路１０４の出力は０近傍で変動して、図３の帰還信号生成部出力値のように帰還信号生成部１０５の出力も変動する。
【００１８】
このため、制御部１０８では帰還信号生成部１０５の出力が一定期間連続で安定していると判断できる変化量の範囲内での推移を判断している。例えば、図７に示すように制御部１０８で帰還信号生成部１０５からの出力を１画面分平均化し５画面又は１０画面といった期間を一定期間として、この期間の変動が前後１以内であれば安定していると判断する。
【００１９】
制御部１０８でＯＢ部のクランプ結果が基準値近傍で安定していると判断した場合は、帰還信号生成部１０５からの出力結果をもとにスイッチ１０９に出力する値を決定して出力する。通常、スイッチ１０９に出力する値は安定判断基準となった値、もしくは安定判断期間の平均値となる。更に制御部１０８は、スイッチ１０９の切り替え信号を出力してスイッチ１０９を制御部１０８の出力側に切り替える。スイッチ１０９は接続された信号をＤ／Ａ変換回路１１０へ出力する。Ｄ／Ａ変換回路１１０では入力信号をアナログ信号に変換してクランプ回路１０１へ出力する。スイッチ１０９の切り替えは撮像素子から有効画素部の出力期間以外で行う。
【００２０】
また、制御部１０８によるスイッチ１０９の切り替えが電源投入後やシステムのリセット解除後に安定したと制御部１０８が判断したときの１回のみの場合は、温度による変動や経年劣化などの変動要因を考慮しなくてもよいシステムの場合に有効である。
【００２１】
また、制御部１０８によるスイッチ１０９の切り替えが一定期間の場合は、時間とともに光量が変化する屋外設置の場合などに有効である。
【００２２】
この構成により、ＯＢ領域のサンプリング結果に微小な変動が発生している場合でも、またＤ／Ａ変換回路１１０の変換精度が低くても、画像が変動することなく安定した出力結果が得られる。
【００２３】
《実施の形態２》
本発明の実施の形態２におけるクランプ制御装置は、例えば図４のように構成される。
【００２４】
図４の構成要素は、複数の撮像素子からの出力が入力されるクランプ回路４０１、クランプ回路４０１からの出力が入力され撮像素子の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路４０２、Ｓ／Ｈ回路４０２からの出力が入力されアナログデジタル変換を行うＡ／Ｄ変換回路４０３、Ａ／Ｄ変換回路４０３からの出力が入力され基準値から減算される減算回路４０４、減算回路４０４からの出力が入力され加算回路４０６と遅延回路４０７とデータ切り替え回路４１１を有し帰還信号を生成する帰還信号生成部４０５、帰還信号生成部４０５からの出力が入力されスイッチ４０９の切り替えとスイッチ４０９へ出力する制御部４０８、帰還信号生成部４０５からの入力と制御部４０８からの入力とを切り替えて出力するスイッチ４０９、スイッチ４０９の出力をデジタルアナログ変換してクランプ回路４０１に出力するＤ／Ａ変換回路４１０である。
【００２５】
以上のように構成されたクランプ制御装置は、クランプ回路４０１に複数の撮像素子の出力が入力される。クランプ回路４０１は、ＯＢ部の電位が基準電位になるように制御された電位が入力され動作する。クランプ回路４０１の出力はＳ／Ｈ回路４０２でサンプリングされ、撮像素子出力信号のノイズ等が除去され出力される。Ｓ／Ｈ回路４０２の出力は図示しない映像処理系に出力されると共にＡ／Ｄ変換回路４０３に出力され、Ａ／Ｄ変換回路４０３でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたＯＢ部の信号は、減算回路４０４で基準値から減算され、基準値より大きい場合は負、小さい場合は正の値で出力される。帰還信号生成部４０５ではＤ／Ａ変換回路４１０経由で制御している信号に減算回路４０４からの符号付の信号を加算することで新たな制御信号を生成している。
【００２６】
時分割で出力する複数の撮像素子の出力が入力される場合、図５のデータ切り替えタイミングに示すように撮像素子からの出力に合わせて帰還信号生成部４０５で生成されている信号を該当の制御信号に制御部４０８からの設定によりデータ切り替え回路４１１で切り替える。切り替えは該当の撮像素子の出力が開始される前に行われる。帰還信号生成部４０５は、例えば図５の帰還信号生成部動作期間に示すようにデータの切り替え後に該当の撮像素子のＯＢ部で帰還信号を生成して出力する。帰還信号生成部４０５の動作終了後から次の動作開始までに現在の出力が制御部４０８に保持され、次に設定する値となる。Ａ／Ｄ変換回路４０３、減算回路４０４及び帰還信号生成部４０５は、撮像素子から信号が出力されている期間でかつＯＢ部の信号が出力されているタイミングのみ動作する。ただし、全てのＯＢ部が出力されている期間に動作する必要はない。
【００２７】
帰還信号生成部４０５の出力は制御部４０８にも入力され、制御部４０８は、実施の形態１に示すようにクランプ結果の安定を判断して、安定していると判断した場合は期間信号生成部４０５からの出力結果をもとにスイッチ４０９に出力する値を決定して出力する。更に制御部４０８は、スイッチ４０９の切り替え信号を出力してスイッチ４０９を制御部４０８の出力側に切り替える。スイッチ４０８は、接続された信号をＤ／Ａ変換回路４１０へ出力する。Ｄ／Ａ変換回路４１０では入力信号をアナログ信号に変換してクランプ回路４０１へ出力する。
【００２８】
この構成により、複数の撮像素子の出力が入力された場合でも１つのクランプ回路４０１で制御することが可能となる。
【００２９】
また、データ切り替え回路４１１の複数の撮像素子のデータの切り替えは制御部４０８からの設定ではなく、データ切り替え回路４１１内で保持して切り替えてもよい。
【００３０】
《実施の形態３》
本発明の実施の形態３におけるクランプ制御装置は、例えば図８のように構成される。
【００３１】
図８の構成要素は、撮像素子からの出力が入力されるクランプ回路８０１、クランプ回路８０１からの出力が入力され撮像素子の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路８０２、Ｓ／Ｈ回路８０２からの出力が入力されアナログデジタル変換を行う第１のＡ／Ｄ変換回路８０３、第１のＡ／Ｄ変換回路８０３からの出力が入力され第１の基準値から減算される第１の減算回路８０４、第１の減算回路８０４からの出力が入力され第１の加算回路８０６と第１の遅延回路８０７とを有し帰還信号を生成する第１の帰還信号生成部８０５、Ｓ／Ｈ回路８０２の出力を増幅する増幅回路８１１、増幅回路８１１の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路８１３、第２のＡ／Ｄ変換回路８１３の出力を第２の基準値から減算する第２の減算回路８１４、第２の減算回路８１４からの出力が入力され第２の加算回路８１６と第２の遅延回路８１７とを有し帰還信号を生成する第２の帰還信号生成部８１５、第２の帰還信号生成部８１５の出力をアナログ信号に変換して増幅回路８１１に出力する第２のＤ／Ａ変換回路８１２、第１の帰還信号生成部８０５及び第２の帰還信号生成部８１５の出力が入力される制御部８０８、第１の帰還信号生成部８０５の出力と制御部８０８からの出力とを切り替えるスイッチ８０９、スイッチ８０９の出力をデジタルアナログ変換してクランプ回路８０１に出力する第１のＤ／Ａ変換回路８１０である。
【００３２】
以上のように構成されたクランプ制御装置は、クランプ回路８０１に撮像素子の出力が入力される。クランプ回路８０１は、ＯＢ部の電位が基準電位になるように制御された電位が入力され動作する。クランプ回路８０１の出力はＳ／Ｈ回路８０２でサンプリングされ、撮像素子出力信号のノイズ等が除去され出力される。Ｓ／Ｈ回路８０２の出力は第１のＡ／Ｄ変換回路８０３に出力され、第１のＡ／Ｄ変換回路８０３でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたＯＢ部の信号は、第１の減算回路８０４で基準値から減算され、基準値より大きい場合は負、小さい場合は正の値で出力される。第１の帰還信号生成部８０５では第１のＤ／Ａ変換回路８１０経由で制御している信号に第１の減算回路８０４からの符号付の信号を加算することで新たな制御信号を生成している。第１のＡ／Ｄ変換回路８０３、第１の減算回路８０４及び第１の帰還信号生成部８０５は、撮像素子から信号が出力されている期間でかつＯＢ部が出力されているタイミングのみ動作する。ただし、全てのＯＢ部の信号が出力されている期間に動作する必要はない。
【００３３】
Ｓ／Ｈ回路８０２の出力は増幅回路８１１に入力され信号が増幅される。増幅回路８１１では増幅後にＯＢ部の信号が一定値になるようにクランプ処理が実施される。前記一定値は例えば第２のＡ／Ｄ変換回路８１３のビット精度が８ビットであった場合に１６ＬＳＢといった値となる。通常、クランプ回路８０１ではＯＢ部の電位が第２のＡ／Ｄ変換回路８１３後の値が０になるように制御され、増幅回路８１１によって増幅されてもＯＢ部の出力が変化しないように制御される。また、増幅回路８１１でのクランプは、第２のＡ／Ｄ変換回路８１３でＯＢ部に含まれるノイズ成分を第２のＡ／Ｄ変換回路８１３の下限で切り捨てられることを防ぐため、オフセットを付加する目的で一定値になるように制御される。第２のＡ／Ｄ変換回路８１３の出力は第２の減算回路８１４で基準値から減算され、基準値より大きい場合は負、小さい場合は正の値で出力される。第２の帰還信号生成部８１５では第２のＤ／Ａ変換回路８１２経由で制御している信号に第２の減算回路８１４からの符号付の信号を加算することで新たな制御信号を生成している。第２のＡ／Ｄ変換回路８１３、第２の減算回路８１４及び第２の帰還信号生成部８１５は、撮像素子から信号が出力されている期間でかつＯＢ部が出力されているタイミングのみ動作する。ただし、全てのＯＢ部が出力されている期間に動作する必要はない。
【００３４】
第１の帰還信号生成部８０５の出力と第２の帰還信号生成部８１５の出力は制御部８０８にも入力される。制御部８０８では入力された第１の帰還信号生成部８０５の信号から実施の形態１に示すようにクランプ結果の安定を判断して、安定していると判断した場合は、第１の帰還信号生成部８０５からの出力結果をもとにスイッチ８０９に出力する値を決定して出力する。更に制御部８０８は、スイッチ８０９の切り替え信号を出力してスイッチ８０９を制御部８０８の出力側に切り替える。スイッチ８０９は、接続された信号を第１のＤ／Ａ変換回路８１０へ出力する。第１のＤ／Ａ変換回路８１０では入力信号をアナログ信号に変換してクランプ回路８０１へ出力する。
【００３５】
更に制御部８０８は、第２の帰還信号生成部８１５の信号から大きく変動しているかを判断している。例えば図９、図１０に示すように第１の帰還信号生成部８０５からの信号で安定と判断してスイッチ８０８を切り替えた後、第２の帰還信号生成部８１５の信号が第１の帰還信号信号生成部８０５の再起動が必要と判断する値まで変化した場合、スイッチ８０９の切り替え信号を出力してスイッチ８０９を第１の帰還信号生成部８０５の出力側に切り替える。
【００３６】
この構成により、第１の帰還信号生成部８０５の動作停止後に、撮像素子のＯＢ部の出力が大きく変化した場合でもクランプ回路８０１の再調整ができる。
【００３７】
なお、実施の形態２におけるデータ切り替え回路４１１を図８中の第１の帰還信号生成部８０５に導入することも可能である。
【００３８】
《実施の形態４》
図１１は、上述した実施の形態のクランプ制御装置を撮像装置に適用した場合の図である。図１１に記載した撮像装置は、被写体の光学像を撮像素子に結像させるレンズ１１０１、光学像を電気信号に変換する撮像素子１１０２、撮像素子１１０２の出力をクランプするクランプ回路１１０３、相関２重サンプリングを行うＣＤＳ１１０４、ゲイン調整と黒レベル調整を行うＧＣＡ１１０５、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１１０６、信号処理を行うＤＳＰ１１０７、撮像素子１１０２の駆動タイミングを生成するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１１０８、図１に記載のクランプ制御を行うクランプ制御回路１１０９、ＯＢ制御を行うＯＢ制御回路１１１０、クランプ制御回路１１０９とＯＢ制御回路１１１０とＤＳＰ１１０７とを制御するＣＰＵ１１１１より構成される。
【００３９】
《実施の形態５》
図１２は、上述した実施の形態のクランプ制御装置を複数の撮像素子を使用した撮像装置に適用した場合の図である。図１２に記載した撮像装置は、被写体の光学像を撮像素子に結像させる第１のレンズ１２０１と第２のレンズ１２１２、光学像を電気信号に変換する第１の撮像素子１２０２と第２の撮像素子１２１３、撮像素子の出力を切り替える出力切り替え回路１２１４、撮像素子１２０２，１２１３の出力をクランプするクランプ回路１２０３、相関２重サンプリングを行うＣＤＳ１２０４、ゲイン調整と黒レベル調整を行うＧＣＡ１２０５、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１２０６、信号処理を行うＤＳＰ１２０７、撮像素子１２０２の駆動タイミングを生成するＴＧ１２０８、図４に記載のクランプ制御を行うクランプ制御回路１２０９、ＯＢ制御を行うＯＢ制御回路１２１０、クランプ制御回路１２０９とＯＢ制御回路１２１０とＤＳＰ１２０７とを制御するＣＰＵ１２１１より構成される。なお、撮像素子を２つ使用した場合を記載したが、撮像素子は３つ以上使用してもよい。
【００４０】
本発明は、家庭用ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ、医療用カメラなどの撮像装置において適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係るクランプ制御装置は、クランプの帰還制御停止や切り替え機能を有し、撮像素子を使用したカメラなどとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１によるクランプ制御装置の構成図である。
【図２】撮像素子の画素部構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１による帰還信号生成部の出力遷移図である。
【図４】本発明の実施の形態２によるクランプ制御装置の構成図である。
【図５】データ切り替え回路の動作タイミング図である。
【図６】従来のクランプ制御装置の構成図である。
【図７】安定判断処理のフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３によるクランプ制御装置の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３による２つの帰還信号生成部の出力遷移図である。
【図１０】再起動判断処理のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態４による撮像装置の概略構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態５による撮像装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０１，４０１ クランプ回路
１０２，４０２ Ｓ／Ｈ回路
１０３，４０３ Ａ／Ｄ変換回路
１０４，４０４ 減算回路
１０５，４０５ 帰還信号生成部
１０６，４０６ 加算回路
１０７，４０７ 遅延回路
１０８，４０８ 制御部
１０９，４０９ スイッチ
１１０，４１０ Ｄ／Ａ変換回路
４１１ データ切り替え回路
６０１，６０４ 従来のクランプ回路
６０２，６０５ 従来のＳ／Ｈ回路
６０３，６０６ 従来のクランプ制御回路
８０１ クランプ回路
８０２ Ｓ／Ｈ回路
８０３，８１３ Ａ／Ｄ変換回路
８０４，８１４ 減算回路
８０５，８１５ 帰還信号生成部
８０６，８１６ 加算回路
８０７，８１７ 遅延回路
８０８ 制御部
８０９ スイッチ
８１０，８１２ Ｄ／Ａ変換回路
８１１ 増幅回路
１１０１，１２０１，１２１２ レンズ
１１０２，１２０２，１２１３ 撮像素子
１１０３，１２０３ クランプ回路
１１０４，１２０４ ＣＤＳ
１１０５，１２０５ ＧＣＡ
１１０６，１２０６ Ａ／Ｄ変換回路
１１０７，１２０７ ＤＳＰ
１１０８，１２０８ ＴＧ
１１０９，１２０９ クランプ制御回路
１１１０，１２１０ ＯＢ制御回路
１１１１，１２１１ ＣＰＵ
１２１４ 出力切り替え回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像信号の基準レベルを一定のレベルにクランプするためのクランプ制御装置であって、
撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、
前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、
前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路の出力と基準値との減算を実行する減算回路と、
加算回路と遅延回路とを有する帰還信号生成部と、
前記帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、
前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、
前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力するＤ／Ａ変換回路とを備えたことを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のクランプ制御装置において、
前記帰還信号生成部からの出力にて一定範囲内の値が連続した場合に前記スイッチを切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のクランプ制御装置において、
前記スイッチの切り替えは電源投入後に１回のみであることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のクランプ制御装置において、
前記スイッチは、一定周期で前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項５】
撮像信号の基準レベルを一定のレベルにクランプするためのクランプ制御装置であって、
複数の撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、
前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、
前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路の出力と基準値との減算を実行する減算回路と、
加算回路と遅延回路とを有する帰還信号生成部と、
前記帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、
前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、
前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力するＤ／Ａ変換回路と、
前記帰還信号生成部の出力を変更するデータ切り替え回路とを備えたことを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のクランプ制御装置において、
前記データ切り替え回路は、前記複数の撮像素子のいずれからも信号が出力されていない期間に切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のクランプ制御装置において、
前記帰還信号生成部からの出力にて一定範囲内の値が連続した場合に前記スイッチを切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項８】
請求項５に記載のクランプ制御装置において、
前記スイッチの切り替えは電源投入後に１回のみであることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項９】
請求項５又は６に記載のクランプ制御装置において、
前記スイッチは、一定周期で前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項１０】
撮像信号の基準レベルを一定のレベルにクランプするためのクランプ制御装置であって、
撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、
前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、
前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、
前記第１のＡ／Ｄ変換回路の出力と第１の基準値との減算を実行する第１の減算回路と、
加算回路と遅延回路とを有する第１の帰還信号生成部と、
前記Ｓ／Ｈ回路の出力を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、
前記第２のＡ／Ｄ変換回路の出力と第２の基準値との減算を実行する第２の減算回路と、
加算回路と遅延回路とを有する第２の帰還信号生成部と、
前記第２の帰還信号生成部の出力をアナログ信号に変換して前記増幅回路に出力する第２のＤ／Ａ変換回路と、
前記第１の帰還信号生成部及び前記第２の帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、
前記第１の帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、
前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力する第１のＤ／Ａ変換回路とを備え、
前記スイッチは、前記第２の帰還信号生成部からの出力が一定値以上変化した場合に切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のクランプ制御装置において、
前記クランプ回路は、複数の撮像素子からの出力信号が入力され、
前記第１の帰還信号生成部の出力を変更するデータ切り替え回路を更に備えたことを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、１０のいずれか１項に記載のクランプ制御装置を搭載したことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
請求項５、６、７、８、９、１１のいずれか１項に記載のクランプ制御装置を搭載したことを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
撮像信号の基準レベルを一定のレベルにクランプするためのクランプ制御装置であって、
撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、
前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、
前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路の出力と基準値との減算を実行する減算回路と、
加算回路と遅延回路とを有する帰還信号生成部と、
前記帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、
前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、
前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力するＤ／Ａ変換回路とを備えたことを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のクランプ制御装置において、
前記帰還信号生成部からの出力にて一定範囲内の値が連続した場合に前記スイッチを切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のクランプ制御装置において、
前記スイッチの切り替えは電源投入後に１回のみであることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のクランプ制御装置において、
前記スイッチは、一定周期で前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項５】
撮像信号の基準レベルを一定のレベルにクランプするためのクランプ制御装置であって、
複数の撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、
前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、
前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路の出力と基準値との減算を実行する減算回路と、
加算回路と遅延回路とを有する帰還信号生成部と、
前記帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、
前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、
前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力するＤ／Ａ変換回路と、
前記帰還信号生成部の出力を変更するデータ切り替え回路とを備えたことを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のクランプ制御装置において、
前記データ切り替え回路は、前記複数の撮像素子のいずれからも信号が出力されていない期間に切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のクランプ制御装置において、
前記帰還信号生成部からの出力にて一定範囲内の値が連続した場合に前記スイッチを切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項８】
請求項５に記載のクランプ制御装置において、
前記スイッチの切り替えは電源投入後に１回のみであることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項９】
請求項５又は６に記載のクランプ制御装置において、
前記スイッチは、一定周期で前記帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項１０】
撮像信号の基準レベルを一定のレベルにクランプするためのクランプ制御装置であって、
撮像素子からの出力信号が入力されるクランプ回路と、
前記クランプ回路の出力をサンプリング及びホールドするＳ／Ｈ回路と、
前記Ｓ／Ｈ回路の出力をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、
前記第１のＡ／Ｄ変換回路の出力と第１の基準値との減算を実行する第１の減算回路と、
加算回路と遅延回路とを有する第１の帰還信号生成部と、
前記Ｓ／Ｈ回路の出力を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、
前記第２のＡ／Ｄ変換回路の出力と第２の基準値との減算を実行する第２の減算回路と、
加算回路と遅延回路とを有する第２の帰還信号生成部と、
前記第２の帰還信号生成部の出力をアナログ信号に変換して前記増幅回路に出力する第２のＤ／Ａ変換回路と、
前記第１の帰還信号生成部及び前記第２の帰還信号生成部の出力が入力される制御部と、
前記第１の帰還信号生成部の出力と前記制御部からの出力とを切り替えるスイッチと、
前記スイッチにより接続されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記クランプ回路へ出力する第１のＤ／Ａ変換回路とを備え、
前記スイッチは、前記第２の帰還信号生成部からの出力が一定値以上変化した場合に切り替えることを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のクランプ制御装置において、
前記クランプ回路は、複数の撮像素子からの出力信号が入力され、
前記第１の帰還信号生成部の出力を変更するデータ切り替え回路を更に備えたことを特徴とするクランプ制御装置。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、１０のいずれか１項に記載のクランプ制御装置を搭載したことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
請求項５、６、７、８、９、１１のいずれか１項に記載のクランプ制御装置を搭載したことを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−４８４４（Ｐ２００９−４８４４Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６１１４６（Ｐ２００７−１６１１４６）
【出願日】平成１９年６月１９日（２００７．６．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１９日（２００７．６．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]