JP3290702B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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JP3290702B2 JP18735992A JP18735992A JP3290702B2 JP 3290702 B2 JP3290702 B2 JP 3290702B2 JP 18735992 A JP18735992 A JP 18735992A JP 18735992 A JP18735992 A JP 18735992A JP 3290702 B2 JP3290702 B2 JP 3290702B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置、特に、デジ
タル信号処理を行なう撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus, and more particularly to an image pickup apparatus for performing digital signal processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】撮像装置は、近年の電子技術の進歩と共
に、小型、軽量化が進んできている。その中において、
半導体技術の進歩に伴って、高速のアナログ−デジタル
変換器(以下ADコンバータ)デジタル−アナログ変換
器(以下DAコンバータ)が実用化され、これを用い
て、デジタル信号化されたビデオ信号をデジタル信号処
理する方式も提案されている。これらは、撮像信号をA
D変換して、デジタル処理を行ない、DA変換して出力
するものである。これらの装置に用いられているADコ
ンバータは、変換時間0.1μsあるいはそれ以下の高
速動作が必要とされ、入力信号を、分解能分のコンパレ
ータにより、それぞれに加えられた基準電圧と比較して
デジタル化するフラッシュ型ADコンバータが従来提案
されている。例えば、8ビットの分解能を持つもので
は、127個のコンパレータが用いられる。
2. Description of the Related Art Image pickup apparatuses have been reduced in size and weight with the recent progress in electronic technology. In that,
With the progress of semiconductor technology, high-speed analog-to-digital converters (hereinafter, AD converters) and digital-to-analog converters (hereinafter, DA converters) have been put into practical use. Processing methods have also been proposed. These convert the imaging signal to A
D-conversion, digital processing, D / A conversion and output. The AD converters used in these devices require high-speed operation with a conversion time of 0.1 μs or less, and compare the input signal with a reference voltage applied to each by a comparator for resolution. 2. Description of the Related Art A flash-type AD converter has been proposed. For example, for a device having an 8-bit resolution, 127 comparators are used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来提
案されているこれらの撮像装置においては、分解能の増
加と共に、ADコンバータの回路規模が非常に大きくな
ってしまう欠点があった。
However, these conventional imaging devices have the disadvantage that the circuit scale of the AD converter becomes very large with the increase in resolution.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、請
求項1において、撮像素子と、前記撮像素子の出力を基
準レベルに固定するクランプ回路と、前記クランプ回路
の出力をアナログデジタル変換するアナログ−デジタル
コンバータと、このアナログ−デジタルコンバータの出
力をデジタル信号処理するプロセス回路と、前記アナロ
グ−デジタルコンバータの出力のうち、前記撮像素子の
撮像面上に構成された光学黒部分の信号に基いて前記ク
ランプ回路の基準レベルを生成するオプティカルブラッ
ク制御回路とを有する撮像装置であって、前記アナログ
−デジタルコンバータの分解能は、前記クランプ回路の
基準レベル付近においては、最小値であって、前記クラ
ンプ回路の基準値電圧より所定値小さいレベル、および
所定値大きいレベルにおいては、前記最小値より大きく
なるよう構成したことを特徴とする撮像装置であり、請
求項2において、前記アナログ−デジタルコンバータの
出力のうち、前記撮像素子の撮像面上に構成された光学
黒部分の信号を取り出し積分するオプティカルブラック
積分回路を有することを特徴とする請求項1に記載の撮
像装置であり、請求項3において、前記オプティカルブ
ラック制御は、前記オプティカルブラック積分回路から
の出力を所定の基準値と比較し前記クランプ回路の基準
レベルを生成することを特徴とする請求項2に記載の撮
像装置である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an image pickup apparatus, comprising: an image pickup device; a clamp circuit for fixing an output of the image pickup device to a reference level; and an analog-to-digital conversion of an output of the clamp circuit. An analog-to-digital converter, a process circuit for performing digital signal processing on the output of the analog-to-digital converter, and an output of the analog-to-digital converter based on a signal of an optical black portion formed on an imaging surface of the imaging device. An optical black control circuit for generating a reference level of the clamp circuit, wherein the resolution of the analog-to-digital converter is a minimum value near the reference level of the clamp circuit, and Level lower than the reference voltage of the circuit by a predetermined value and level higher than the predetermined value 3. The image pickup apparatus according to claim 2, wherein the output value of the analog-to-digital converter is larger than the minimum value. 4. The image pickup apparatus according to claim 1, further comprising an optical black integration circuit that extracts and integrates a signal of a part, wherein the optical black control according to claim 3, controls an output from the optical black integration circuit to a predetermined value. 3. The imaging apparatus according to claim 2, wherein a reference level of the clamp circuit is generated by comparing the reference level with a reference value of the control signal.

【0005】[0005]

【作用】本発明の構成により、ADコンバータの分解能
は、上述クランプの基準電圧付近においては、最小値で
あって、上述クランプの基準電荷より所定値小さい電
圧、および、所定値大きい電圧に於ては、前述最小値よ
り大きくなるよう構成したことにより、回路規模を非常
に小さくすることが可能である。
According to the structure of the present invention, the resolution of the AD converter is the minimum value near the reference voltage of the clamp, and is smaller than the reference charge of the clamp by a predetermined value and a voltage larger by the predetermined value. Is configured to be larger than the aforementioned minimum value, so that the circuit scale can be made very small.

【0006】[0006]

【実施例】図1は、本発明の撮像装置の一実施例のブロ
ック図である。図1において、1は撮像光学系、2は絞
り、3は固体撮像素子であるCCD、4は、CCDの出
力信号を連続信号に変換するサンプルアンドホールド回
路、5は、可変ゲインアンプと、出力レベルを積分し
て、可変ゲインアンプを制御する制御系を有し、入力信
号の変化によらず出力信号を一定に保つAGC、6は入
力信号の黒レベルを、基準入力電圧に固定するクラン
プ、7は入力信号をアナログデジタル変換するADコン
バータ(ADC)、8はデジタル信号処理により、色分
離、ガンマ、ホワイトクリップ、黒クリップ、色変調、
同期付加を行なうプロセス回路、9はデジタルアナログ
変換を行なうDAコンバータ(DAC)、10は出力端
子、11は入力信号の積分値を一定に保つように絞り2
を制御する自動露出(AE)回路、13は入力されるO
B信号レベルと基準電圧レベルを比較し、OB信号レベ
ルを一定になる様に制御するOB制御回路、14はDA
コンバータである。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an image pickup apparatus according to the present invention. In FIG. 1, 1 is an imaging optical system, 2 is an aperture, 3 is a CCD which is a solid-state imaging device, 4 is a sample-and-hold circuit for converting a CCD output signal into a continuous signal, 5 is a variable gain amplifier, An AGC that has a control system that integrates the level and controls the variable gain amplifier, and keeps the output signal constant irrespective of changes in the input signal; 6, a clamp that fixes the black level of the input signal to a reference input voltage; Reference numeral 7 denotes an AD converter (ADC) that converts an input signal from analog to digital, and 8 denotes digital signal processing for color separation, gamma, white clip, black clip, color modulation,
A process circuit for adding synchronization, 9 a DA converter (DAC) for performing digital-to-analog conversion, 10 an output terminal, and 11 a diaphragm 2 for keeping the integrated value of the input signal constant.
An automatic exposure (AE) circuit 13 controls the input O
An OB control circuit that compares the B signal level with the reference voltage level and controls the OB signal level to be constant.
It is a converter.

【0007】不図示の被写体像は、撮像光学系1、絞り
2を通り、撮像素子3の受光面上に結像され、光電変換
され、サンプルアンドホールド回路4により連続した撮
像信号になり、AGC5により、所定のレベルに増幅さ
れ、クランプ回路6により、後述する基準電圧にクラン
プされ、ADC7で、アナログデジタル変換され、少な
くともガンマ補正回路を含むプロセス回路8で、デジタ
ル処理されてデジタルビデオ信号になり、DAC9でデ
ジタルアナログ変換され、出力端子10から不図示の外
部機器にビデオ信号として出力される。一方、ADC7
の出力の内、CCD上の、光学的に遮蔽された画素部分
(OB)は、OB積分回路12で積分され、OB制御回
路13で基準値と比較され、OB信号レベルが一定にな
る様に制御する電圧が発生され、DAC14でデジタル
アナログ変換され、クランプ回路6に基準電圧として入
力される。
[0007] A subject image (not shown) passes through the image pickup optical system 1 and the diaphragm 2, is formed on the light receiving surface of the image pickup device 3, is photoelectrically converted, and becomes a continuous image pickup signal by the sample-and-hold circuit 4. Thus, the signal is amplified to a predetermined level, clamped to a reference voltage described later by the clamp circuit 6, analog-to-digital converted by the ADC 7, and digitally processed by the process circuit 8 including at least the gamma correction circuit to become a digital video signal. , DAC 9, and output as a video signal from an output terminal 10 to an external device (not shown). On the other hand, ADC7
Of the output, the pixel portion (OB) optically shielded on the CCD is integrated by the OB integration circuit 12 and compared with the reference value by the OB control circuit 13 so that the OB signal level becomes constant. A voltage to be controlled is generated, digital-to-analog converted by the DAC 14, and input to the clamp circuit 6 as a reference voltage.

【0008】また一方、サンプルアンドホールド4の出
力は、AE回路11により積分され、基準電圧と比較さ
れる。AE回路11はこの比較結果に従い、絞り駆動信
号を発生し、絞り2を制御する。これによって、CCD
3への入射光量が一定値になる。
On the other hand, the output of the sample and hold 4 is integrated by the AE circuit 11 and compared with a reference voltage. The AE circuit 11 generates an aperture drive signal according to the comparison result, and controls the aperture 2. With this, CCD
3, the amount of light incident on the lens 3 becomes constant.

【0009】図2は本発明の第1の実施例のうち、AD
C7の詳細図である。
FIG. 2 shows the first embodiment of the present invention.
It is a detailed view of C7.

【0010】101は入力信号を入力する入力端子、1
02〜112は抵抗器、113〜122は夫々コンパレ
ータ、123は論理回路、124は出力端子である。入
力端子101より入力されたアナログ信号の電圧は、コ
ンパレータ113〜122の1つの入力端子に接続され
る。
Reference numeral 101 denotes an input terminal for inputting an input signal;
02 to 112 are resistors, 113 to 122 are comparators, 123 is a logic circuit, and 124 is an output terminal. The voltage of the analog signal input from the input terminal 101 is connected to one input terminal of the comparators 113 to 122.

【0011】コンパレータ113〜122の他の入力端
子には、所定の基準電圧VREF1,VREF2を分割
する抵抗器102〜112間の電圧がそれぞれ接続され
ている。所定抵抗値をRとした時、抵抗器102〜11
2のうち、102〜104は4Rの値、105〜107
は2Rの値、108〜110はRの値、111〜112
は2Rの値を持つ。コンパレータ113〜122には、
これらによって分圧された各々の電圧が入力される。
The other input terminals of the comparators 113 to 122 are connected to voltages between the resistors 102 to 112 for dividing predetermined reference voltages VREF1 and VREF2, respectively. When the predetermined resistance value is R, the resistors 102 to 11
Of the two, 102 to 104 are 4R values, 105 to 107
Is the value of 2R, 108 to 110 are the values of R, 111 to 112
Has a value of 2R. Comparators 113 to 122 include:
Each voltage divided by these is input.

【0012】論理回路123では、入力される各コンパ
レータの出力に応じて、出力データを生成する。この
時、接続されているコンパレータの入力端子に接続され
ている抵抗器のうち、下側に(VREF2側)に接続さ
れている抵抗器の値がRの時は、そのコンパレータが反
転することにより出力が1増加するように、また、2R
の時は2、4Rの時は4増加するように構成されてい
る。この出力は、出力端子124より前述のプロセス8
およびOB積分12に接続される。
The logic circuit 123 generates output data according to the output of each comparator that is input. At this time, if the value of the resistor connected to the lower side (VREF2 side) of the resistors connected to the input terminal of the connected comparator is R, the comparator is inverted. So that the output increases by 1 and 2R
It is configured to increase by 2 for 4R and 4 for 4R. This output is sent from output terminal 124 to process 8 described above.
And OB integral 12.

【0013】なお、このADCでは、入力信号の見かけ
の全分割数は、各抵抗値の合計値で表される。図2では
説明の簡略化のため、25となっているが、実際の応用
では、分圧抵抗器、コンパレータは、必要分解能が取れ
るような組み合わせ、例えば10bit分解能であれば
各抵抗値の合計値を1023Rになるように構成する。
In this ADC, the apparent total number of divisions of the input signal is represented by the sum of the resistance values. In FIG. 2, for simplicity of explanation, the value is 25. However, in actual application, the voltage dividing resistor and the comparator are a combination that can obtain a required resolution, for example, a total value of each resistance value when the resolution is 10 bits. Is configured to be 1023R.

【0014】図3は、本発明の動作説明図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the present invention.

【0015】図3(イ)は、通常動作時のADC7の入
力波形である。縦軸は入力電圧で、下端が上述したAD
C7の基準電圧VREF2、上端がADC7の基準電圧
VREF1を示している。ここでAの区間は分解能が2
(2R)、Bの区間は分解能が1(R)、Cの区間は分
解能が2(2R)、Dの区間は分解能が4(4R)であ
る。A,B,C,Dの各区間は図2上で、抵抗112〜
111、110〜108、107〜105、104〜1
02に対応する。
FIG. 3A shows the input waveform of the ADC 7 during normal operation. The vertical axis is the input voltage, and the lower end is the AD voltage described above.
The reference voltage VREF2 of C7, and the upper end shows the reference voltage VREF1 of ADC7. Here, the section A has a resolution of 2
The (2R) and B sections have a resolution of 1 (R), the C section has a resolution of 2 (2R), and the D section has a resolution of 4 (4R). Each section of A, B, C and D is shown in FIG.
111, 110-108, 107-105, 104-1
02.

【0016】また、Eは、クランプ基準電圧である。横
軸は時間軸で、aは1水平区間、bはOB区間、cはC
CDの非動作区間、dは映像区間、eは画面上の高輝度
区間を示す。前述のように、OB制御13により、OB
区間はEの基準電圧に固定されており、映像区間dのう
ち高輝度のeを除く期間は、Bの範囲に入っており、分
解能1でAD変換される。
E is a clamp reference voltage. The horizontal axis is the time axis, a is one horizontal section, b is OB section, c is C
A non-operating section of the CD, d indicates a video section, and e indicates a high luminance section on the screen. As described above, the OB control 13
The section is fixed to the reference voltage of E, and the period of the video section d excluding the high-brightness e falls within the range of B, and is AD-converted with a resolution of 1.

【0017】また、eの高輝度区間は、高輝度の被写体
を撮影した期に対応しており後のプロセス回路8によ
り、ガンマ処理され、圧縮されるため、分解能として、
C区間の2あるいはD区間の4でAD変換される。ま
た、図示のように、通常状態では映像区間d、OB区間
bのノイズはB区間の範囲を越えることはない。
The high-luminance section of e corresponds to the period when a high-luminance object is photographed, and is subjected to gamma processing and compression by the process circuit 8 later.
AD conversion is performed in 2 of C section or 4 of D section. As shown in the figure, in the normal state, the noise in the video section d and the OB section b does not exceed the range of the B section.

【0018】図3(ロ)は、入射光量が減少して、AE
11により絞り2が開放にされ、さらにAGC5のゲイ
ンが増加したときのADC7の入力波形である。図示の
様に、OB区間bのノイズが増幅されてBの区間を越え
てAにまで達している。しかしこの部分の電圧は、後の
OB積分12により積分されるため、分解能2でも充分
な精度が保たれる。
FIG. 3B shows that AE is reduced when the amount of incident light is reduced.
11 is an input waveform of the ADC 7 when the aperture 2 is opened by 11 and the gain of the AGC 5 further increases. As shown in the figure, the noise in the OB section b is amplified and reaches the point A over the section B. However, since the voltage in this portion is integrated by the OB integration 12 later, sufficient accuracy is maintained even at the resolution 2.

【0019】図3(ハ)は、ADCの変換特性を示す。
この例では、分解能10bitの例を示している。図示
のように、出力コードにおいて0〜96は分解能2のA
区間、96〜512は分解能1のB区間、512〜76
8は分解能2のC区間、768〜1020は分解能4の
D区間に設定されている。この時、分解能2の場合は、
出力コードは2おきに例えば512,514,516・
・・の様になる。
FIG. 3C shows the conversion characteristics of the ADC.
In this example, an example of a resolution of 10 bits is shown. As shown in FIG.
Sections, 96 to 512 are B sections of resolution 1, 512 to 76
8 is set to C section of resolution 2 and 768 to 1020 is set to D section of resolution 4. At this time, when the resolution is 2,
The output code is, for example, every 512, 514, 516
・ ・

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、少な
い数のコンパレータを内蔵したADCを用いても、通常
撮像時には最大の分解能が得られ、高輝度やノイズ増加
時においても必要な情報を得ることができるため、撮像
信号のダイナミックレンジが増加され、また、回路規模
が減少される。従って、性能の向上、コストダウン、装
置の小型化に大きな効果がある。
As described above, according to the present invention, the maximum resolution can be obtained at the time of normal imaging even if an ADC having a small number of comparators is used, and the necessary information can be obtained even at the time of high luminance or increased noise. Can be obtained, the dynamic range of the imaging signal is increased, and the circuit size is reduced. Therefore, there is a great effect on improvement of performance, cost reduction, and downsizing of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例としての撮像装置の構成を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus as one embodiment of the present invention.

【図2】図1の撮像装置中のADCの詳細な構成を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of an ADC in the imaging device in FIG. 1;

【図3】図1の撮像装置の動作を説明するため図であ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining an operation of the imaging device of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 CCD 5 AGC 6 クランプ回路 7 ADC 8 プロセス回路 12 OB積分回路 13 OB制御回路 14 DAC 3 CCD 5 AGC 6 Clamp circuit 7 ADC 8 Process circuit 12 OB integration circuit 13 OB control circuit 14 DAC

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/225 - 5/247 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H04N 5/225-5/247

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 撮像素子と、前記撮像素子の出力を基準
レベルに固定するクランプ回路と、前記クランプ回路の
出力をアナログデジタル変換するアナログ−デジタルコ
ンバータと、このアナログ−デジタルコンバータの出力
をデジタル信号処理するプロセス回路と、前記アナログ
−デジタルコンバータの出力のうち、前記撮像素子の撮
像面上に構成された光学黒部分の信号に基いて前記クラ
ンプ回路の基準レベルを生成するオプティカルブラック
制御回路とを有する撮像装置であって、 前記アナログ−デジタルコンバータの分解能は、前記ク
ランプ回路の基準レベル付近においては、最小値であっ
て、前記クランプ回路の基準値電圧より所定値小さいレ
ベル、および所定値大きいレベルにおいては、前記最小
値より大きくなるよう構成したことを特徴とする撮像装
置。
An image pickup device, a clamp circuit for fixing an output of the image pickup device to a reference level, an analog-to-digital converter for converting the output of the clamp circuit from analog to digital, and a digital signal for converting the output of the analog-to-digital converter A process circuit for processing, and an optical black control circuit for generating a reference level of the clamp circuit based on a signal of an optical black portion formed on an imaging surface of the imaging device among outputs of the analog-digital converter. The resolution of the analog-to-digital converter is a minimum value near a reference level of the clamp circuit, a level lower than a reference value voltage of the clamp circuit by a predetermined value, and a level higher than the reference value by a predetermined value. In the above, it is configured so that it becomes larger than the minimum value. Imaging device according to claim.
【請求項2】 前記アナログ−デジタルコンバータの出
力のうち、前記撮像素子の撮像面上に構成された光学黒
部分の信号を取り出し積分するオプティカルブラック積
分回路を有することを特徴とする請求項1に記載の撮像
装置。
2. An optical black integration circuit for extracting and integrating a signal of an optical black portion formed on an imaging surface of the imaging device from an output of the analog-digital converter. An imaging device according to any one of the preceding claims.
【請求項3】 前記オプティカルブラック制御は、前記
オプティカルブラック積分回路からの出力を所定の基準
値と比較し前記クランプ回路の基準レベルを生成するこ
とを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
3. The imaging device according to claim 2, wherein the optical black control generates a reference level of the clamp circuit by comparing an output from the optical black integration circuit with a predetermined reference value.
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