(57)【要約】  映像感知システムは同じ基板上に配置された映像センサとブラッククランプ回路とを有している。特定の実施形態では、映像化とブラッククランプの両者に共通の部品が使用され、アナログブラッククランプ機能のデジタル制御が行われる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上の映像センサと、前記基板上のブラッククランプ回路とを具備し、前記ブラッククランプ回路は前記映像センサに対する正確なブラック基準信号を維持するように接続されている映像感知システム。
【請求項２】
前記基板は集積回路チップを含んでいる請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記映像センサとブラック正規化回路は全てＣＭＯＳまたはバイポーラである請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記ブラッククランプ回路は，
前記映像センサによって生成されたアナログのマスクされた信号と前記ブラック基準信号との間の差に対応するエラー信号を生成するように接続されている差動増幅器と、
前記エラー信号をデジタルフォーマットに変換するように接続されているアナログ・デジタル変換器と、
前記デジタルエラー信号とエラー基準信号との間の差に基づいて前記ブラック基準信号を調節するブラッククランプ補正回路とを具備している請求項１記載のシステムにおける回路。
【請求項５】
前記映像センサは，
映像信号を生成するように構成された電磁放射検出器アレイと、
出力インターフェースとを具備し、
前記差動増幅器は前記映像信号を前記ブラック基準信号と比較して正規化された映像信号を生成するように構成され、
前記アナログ・デジタル変換器は前記正規化された映像信号をデジタルフォーマットに変換するように構成されている請求項４記載の回路。
【請求項６】
アナログ映像信号を生成するように構成された電磁放射検出器と、
前記映像信号に対するブラック基準信号を保持するブラッククランプ調節回路と、
前記アナログ映像信号を前記基準信号と比較し、正規化された映像信号を生成するように構成されている差動増幅器と、
前記正規化された映像信号をデジタルの正規化された映像信号に変換するように構成されているアナログ・デジタル変換器と、
映像システムのタイミングおよび動作を制御するように構成されている制御装置とを具備し、
前記ブラッククランプ調節回路は前記差動増幅器および前記アナログ・デジタル変換器と共に映像システムに対するブラック基準信号を維持するように構成されている映像システム。
【請求項７】
さらに、前記デジタルの正規化された映像信号に応答して前記出力信号を生成するように構成された出力インターフェースを備えている請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記検出器はマスクされた信号を出力するマスクされた画素と、マスクされない信号を出力するマスクされない画素とを含み、前記制御装置は前記マスクされた信号の出力期間中前記ブラッククランプ調節回路を付勢し、前記マスクされない信号の出力期間中前記ブラッククランプ回路を付勢しないように構成されている請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記マスクされない画素からの信号を前記出力インターフェースに導き、前記マスクされた画素からの信号を前記ブラッククランプ調節回路に導くように構成されている請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記電磁放射検出器は２次元画素アレイを具備している請求項６記載のシステム。
【請求項１１】
マスクされたアナログ映像信号を生成するように構成された映像センサに対するアナログブラック基準信号を維持するブラック正規化回路において、
前記マスクされたアナログの映像信号と前記アナログのブラック基準信号と比較し、それらの信号の差にしたがって変化するエラー信号を生成するように構成されている差動増幅器と、
前記エラー信号に基づいて制御信号を生成するように構成されている制御回路と、
前記制御信号に応答して前記アナログブラック基準の正確度を維持するように構成されている補正回路とを具備しているブラック正規化回路。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記マスクされたアナログ映像信号が前記ブラック基準信号よりも大きいか小さいかを決定し、前記ブラック基準信号を調節して前記マスクされたアナログ映像信号と整合させる請求項１１記載の回路。
【請求項１３】
前記映像センサはマスクされない映像信号を前記マスクされたブラック信号と交互に生成し、前記補正回路は前記マスクされた信号に応答して設定された前記ブラック基準信号を前記マスクされない映像信号の期間中保持するように構成されている請求項１１記載の回路。
【請求項１４】
さらに、前記正規化されたマスクされた信号をデジタルフォーマットに変換するアナログ・デジタル変換器を備えている請求項１１記載の回路。
【請求項１５】
基板と、
前記基板上に設けられ、受信された放射線に応答してアナログ映像信号を生成する電磁放射検出器と、
前記基板上に設けられ、前記電磁放射検出器からのブラック基準信号を正規化し、前記映像システムに対する正確なブラック基準信号を維持するように構成されているブラッククランプ回路と、
前記映像システムのタイミングおよび動作を制御するように構成されている制御装置とを具備している映像システム。
【請求項１６】
前記制御装置は、前記マスクされた画素からの信号を前記ブラッククランプ調節回路に導くように構成されている請求項１５記載の映像システム。
【請求項１７】
前記検出器は、マスクされた信号を出力するマスクされた画素と、マスクされない信号を出力するマスクされない画素とを含み、前記制御装置は前記マスクされた信号の出力期間中は前記ブラッククランプ調節回路を付勢し、前記マスクされない信号の出力期間中は前記ブラッククランプ回路を付勢しないように構成されている請求項１５記載の映像システム。
【請求項１８】
放射検出器から出力されるアナログブラック信号とアナログブラック基準信号との差を感知して応答する正規化されたブラック信号を生成し、
前記正規化されたブラック信号をデジタルフォーマットに変換し、
前記デジタル化された正規化されたブラック信号に少なくとも部分的に基づいて補正信号を生成し、
前記補正信号に少なくとも部分的に基づいて前記アナログブラック基準信号を調節して前記ブラック信号中の変化を補償する映像システムのブラック正規化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル映像装置に関し、特に、デジタル映像装置のオンチップブラック正規化に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル映像技術は、近年デジタルカメラ、デジタルカムコーダ、および高解像度テレビジョン（ＨＤＴＶ）を含めてポコュラーなものとなっている。多くのデジタル映像システムは映像センサを使用し、それによって可視光をアナログまたはデジタル電子信号に変換する。多くの映像センサ応用、特にビデオ応用では可視光の存在しない状態（すなわち黒色）を表す信号レベルを必要としている。黒色に対応する信号レベルは温度および照明状態の変化に対して安定してそれによって映像センサが一定したカラー品質を示すことが必要である。
【０００３】
ブラック正規化またはブラッククランプは時間にわたって正確なブラック基準を維持するために映像システムにより使用されるプロセスである。センサの画素の一部はマスクされてブラックに対応する信号を生成する。この信号はセンサ全体に対するブラック基準を更新し、維持するために使用される。
【０００４】
ブラック正規化は、ビデオ或いはＨＤＴＶ応用に対して特に重要である。その理由はほとんど瞬間的に、連続して行わなければならないからである。静止した写真の場合には全ての色の正規化は映像が捕捉された後のある時間に行われるためにそれ程重要ではない。
【０００５】
現在多くの映像システムで使用されている映像センサは電荷結合装置（ＣＣＤ）である。ＣＣＤ映像システムは回路板で比較的大量の空間を占有し、製造が高価である。ＣＣＤ映像システムにおけるブラッククランプは例えばＳＴマイクロエレクトロニクスのデータシートＳＴＶ0502に記載されているように映像感知チップから分離することによって行われている。また、同データシートに示されているようにブラッククランプはアナログ部品を使用して構成されているが、それは制御が困難であり、正規化プロセス中に行われることのできる較正に制限がある。
【０００６】
別の形式の映像センサはＣＭＯＳ感知素子を使用している。ＣＭＯＳセンサは固定されたブラック基準を使用し、或いは連続的に更新される正確なブラック基準を必要としない応用で使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、共通基板上に映像センサとブラッククランプ回路を有する映像感知システムおよび映像感知方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の別の特徴は、映像感知システムとブラッククランプ機能の両者に対する共通の部品の利用と、アナログブラッククランプ機能のデジタル制御を含んでいる。したがって回路板のスペースの減少が可能になり、製造時間および費用が減少される。
【０００９】
１実施形態は、アナログ映像信号を生成するように構成された電磁放射検出器と、映像信号から基準信号を減算して正規化された信号を生成してアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を駆動する差動増幅器と、正規化された信号をデジタル形態に変換するアナログ・デジタル変換器と、映像システムのタイミングおよび動作を制御するように構成されている制御装置と、ブラッククランプ回路とを具備し、このブラッククランプ回路はまたブラック基準を維持するために差動増幅器およびＡＤＣを映像システムの残りの部分と共に共有している。差動増幅器およびＡＤＣは映像システムおよびブラッククランプ回路中で使用され、システム全体に必要なスペース量および製造価格を減少させる。
【００１０】
別の特徴は、デジタル制御によるブラック基準信号のアナログ補正である。混合された信号の使用によりブラッククランプ機能の非常に正確な制御が可能になる。エラー信号のグループの平均化のような付加的な機能もまたブラッククランプ制御の正確さを増加させるためにデジタル的に行われることができる。通常の映像システムと比較したとき、この実施形態はブラック基準信号の良好な制御を行い、実行のための計算を容易にする効果を有する。
【００１１】
本発明のその他の特徴および効果は、添付図面を参照にした以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の１実施形態によるブラッククランプを有する映像感知システムは図１に示されている。そのシステムは、典型的に集積回路チップである共通基板16上に映像センサ12およびブラッククランプ回路14を有している。ブラッククランプ回路14は映像センサ12に対する正確なブラック基準を維持する。センサと回路は全てＣＭＯＳまたはバイポーラで構成されてもよく、したがって製造処理は簡単である。共通基板上に全ての能動素子を形成することにより、システム全体のスペースと複雑性を減少させることができる。
【００１３】
映像センサ12は電磁放射検出器画素20のアレイ18を含み、映像信号はライン24に出力されて差動増幅器26に供給される。この明細書においては、差動増幅器は出力がその入力間の差によって変化する増幅として定義される。変化は線形、非線形のいずれでもよい。所望ならばプログラム可能な利得制御（ＰＧＣ）が行われることができ、利得１の設定であってもよい。差動増幅器はまたライン28でブラック基準信号を受取り、正規化された映像信号を比較器出力ライン30に出力する。アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）32は正規化された映像信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換してＡＤＣ出力ライン34に出力する。差動増幅器26の利得は通常ＡＤＣ入力範囲に整合するように選択される。出力インターフェース36はＨＤＴＶのような表示装置に供給するデジタルの正規化された映像信号を調整する。
【００１４】
ＡＤＣ出力ライン34上のデジタルの正規化された映像信号はブラッククランプ回路14によって使用され、このブラッククランプ回路14は映像システム10に対してライン28上のブラック基準信号を維持する。ブラッククランプ回路14はブラッククランプ調節回路38、差動増幅器26およびＡＤＣ32を含んでいる。映像センサ12のいくつかの構成部品がブラッククランプ回路で使用されるから、全体のシステムの大きさおよび複雑性を減少させることができる。
【００１５】
システム制御装置40はブラッククランプ調節回路38の付勢状態を制御する。アレイ18中のいくつかの画素は入射放射から遮蔽（マスク）される。マスクされた画素からの信号がアレイ18から送られるとき、ブラッククランプ調節回路38はシステム制御装置40によって付勢され、ブラック基準信号を維持する。マスクされない画素からの信号が送られ、この期間中一定のブラック基準信号が維持されるとき、ブラッククランプ調節回路38が消勢され、或いは代わりにＡＤＣ出力から遮断される。
【００１６】
比較的少数の画素の行（１０００以上の行の典型的に１〜１０行）だけがマスクされるため、全ての画素信号は出力インターフェース36に送られて表示装置によって表示される。マスクされた画素は非常に狭い黒のラインとして表示された映像のエッジにおいて表示装置上に現れる可能性がある。しかしながら、通常は、それらはブランキング期間内にあり、可視映像のフレーム外にある。
【００１７】
ブラッククランプ調節回路38を付勢および消勢する代わりに、制御装置40は破線で示されているマルチプレクサ42を制御することによってブラッククランプ調節回路38または出力インターフェース36のいずれかにＡＤＣの出力ライン34によりデジタルの正規化された映像信号を導くようにプログラムされることができる。このようにしてブラッククランプ調節回路38はマスクされた画素信号を受信するだけで、出力インターフェース36だけがマスクされない画素信号を受信する。いずれの方法によっても、差動増幅器26およびＡＤＣ32は映像信号を出力し、ブラッククランプを行うために使用される。システム制御装置40はマルチプレクサをマスクされた画素信号およびマスクされない画素信号に同期し、またシステム全体のタイミングおよび動作を制御する。
【００１８】
アレイ18は典型的に画素20の２次元の行−列アレイであるが、３次元または円形アレイのような他の形状のアレイが使用されてもよい。各画素20はフォトダイオードまたはフォトトランジスタのような電磁放射感知装置および読取り増幅器を含んでいる。本発明は最も普通には可視光、赤外線および／または紫外線を感知する光感知検出器に適用可能であるが、他の領域の電磁放射スペクトルにも適用可能である。材料および構造の選択のような通常のメカニズムにより異なったアレイが電磁放射スペクトル、可視光、および／または不可視光の電磁放射スペクトルの異なった部分を感知するように設計されることができる。アレイからのアナログ出力電圧は入射放射線のレベルにより変化する。
【００１９】
出力インターフェース36はさらに転送するためにＡＤＣ32から受信されたデジタル信号調整する通常の形式のものである。それは典型的にはデータ圧縮およびデジタルフィルタを含んでいる。
【００２０】
アレイ18は、図２に画素20の２次元のアレイとして詳細に示されている。図２は実際のスケールとは異なっている。画素20はＣＭＯＳ電磁放射センサ22またはその他の利用可能な形式のセンサでよく、全てのセンサは通常は同じ形式のものである。画素のいくつかの行はマスク44により物理的に覆われてその下の画素46に電磁放射が少ししか到達しないように、或いは全く到達しないようにされている。マスクされた画素46は“マスクされた”信号を出力し、それは差動増幅器26による映像信号と同様にブラック基準信号と比較される。差動増幅器は比較器の正規化されたマスクされた信号として２つの入力間の差を出力ライン30に出力し、この信号は典型的に非常に小さく、或いはゼロである。ＡＤＣ32は正規化されたマスクされた信号をデジタルのマスクされた信号に変換し、その変換された信号はデジタルブラック基準信号と比較される。差が生じると、ブラッククランプ調節回路38はライン28上のブラック基準信号を調節し、それによりライン30の信号レベルはＡＤＣ32によりデジタル化され、デジタル基準にさらに等しくなる。
【００２１】
マスクされた画素46は信号を出力し、それはマスクされない画素からの信号と共に環境状態により変化する。ブラック基準信号のレベルも類似した方法で変化する。正規化されたマスクされた信号はブラッククランプ調節回路38に戻され、そのような変化に対して回路を補償させ、正確なブラック基準を維持する。例えば、もしも温度変化がマスクされた画素信号とマスクされない画素信号のレベルを増加させれば、ブラッククランプ調節回路38はブラック基準信号における補償された増加を生じる。
【００２２】
画素読取りは典型的にラスター方式で行われ、アレイ18の左上隅から開始して左から右へ、上から下へ１行づつ進み、最後に一番下の右隅に到達する。このプロセスはその後反復される。システム制御装置40は列および行読出し回路47, 48を制御してアレイ18の特定の列および行を付勢し、それは付勢された列と行の交差点の画素が通常の方法で読出される。制御装置は行および列を順次付勢して所望の画素を読取る。システム制御装置40はどの画素が読取られるかを制御するから、マスクされた画素46が読取られているときのみブラッククランプ調節回路38が付勢される（或いは随意選択的にマルチプレクサ44に指令してその出力をブラッククランプ調節回路38に導く）。このようにしてマスクされた画素信号だけがブラッククランプ調節回路38によって使用されて映像システムのブラック基準を維持する。
【００２３】
本発明の１実施形態によるブラッククランプ回路14が図３に示されている。この回路14は、出力ライン30に正規化されたマスクされた信号を出力する差動増幅器26を含み、この正規化されマスクされた信号は、マスクされた画素が読取られている期間中のライン28上のブラック基準信号とライン24上のマスクされた信号との差に対応している。ＡＤＣ32は上述したように差動増幅器26の出力ライン30における正規化されたマスクされた信号を変換し、ＡＤＣ出力ライン34上にデジタルの正規化されたマスクされた信号を出力する。回路14はさらに制御回路52を備え、それはライン34上にデジタルの正規化されたマスクされた信号とライン53からのデジタル基準信号を受取り、それに応答して正規化されたマスクされた信号がデジタル基準信号より高いか低いかに応じてライン54に制御信号を出力する。この制御信号は補正回路56によって使用され、ライン28上に補正されたブラック基準信号を供給する。制御回路52と補正回路56はまとまって図１のブラッククランプ調節回路38を構成している。
【００２４】
差動増幅器26は典型的には演算増幅器として構成されるが、２つの信号の減算または比較を行うことのできる他の装置も使用可能であり、信号がデジタル形態で比較される場合にはデジタル加算器が使用されることもできる。差動増幅器26の出力ライン30における正規化されたマスクされた信号はライン28上のブラック基準信号とライン24上のマスクされた信号との差に対応しており、差動増幅器の閉ループ利得により増幅される。
【００２５】
この実施形態では、ライン24上のマスクされた信号とライン28上のブラック基準信号はアナログ信号である。しかしながらデジタル構成が使用されることもできる。ＡＤＣの出力ライン34上にデジタル信号はライン54上の制御信号を生成する制御回路52の動作を支配している。デジタルフォーマットでは、マスクされた画素信号の多数回の読取りの平均のような多くの異なった正確な計算およびタスクが行われて補正の回数を最小にし、より均一なブラック基準を得ることができる。
【００２６】
ブラッククランプ回路14の特定の構成が図４に示されている。ブラック基準信号は調節されることのできる電圧レベルとして与えられ、基準キャパシタ66に記憶され、このキャパシタ66が更新の間の期間中ブラック基準信号を一定に保持する。
【００２７】
ＡＤＣの出力ライン34上のデジタルの正規化されたマスクされた信号は、デジタル比較器68によりライン60上のエラー基準電圧と比較され、デジタルの正規化されたマスクされた信号の極性を決定する。エラー基準70は典型的には接地電位のような固定値であるが、プログラム可能なエラー基準70であってもよく、それはユーザがブラック基準または代わりに固定電圧レベルを制御することを可能にする。システム制御装置40は１連のスイッチ制御信号を生成することによってデジタル比較器68からの出力に応答する。これらの信号は補正回路56に更新されたブラック基準信号をライン28上に生成させ、その信号は、マスクされない画素に対するブラック基準信号として基準キャパシタ66に記憶される。
【００２８】
説明のために、ＡＤＣの出力ライン34の信号を基準信号60と比較するデジタル比較器68は、ＡＤＣ32によりデジタル信号に変換されたマスクされた画素信号が基準信号60よりも小さいとき負の出力を生成すると仮定する。システム制御装置40は補正回路56を制御して、エラーが負であるときブラック基準信号を減少させ、エラーが正であるときブラック基準信号を増加させる。
【００２９】
ブラック基準信号を増加させるために、システム制御装置40はスイッチ78をオンに切換えて正電圧の電源80を接続し、補正キャパシタ90を電源の電圧レベルで充電する。電源80からの正の電圧は基準キャパシタ66の予想された電圧レベルよりも大きい。その場合にはスイッチ78を図４に示されているオフ位置に戻され、補正キャパシタ90から遮断され、システム制御装置40は補正キャパシタ90を基準キャパシタ66に接続するように補正スイッチ88を設定する。電荷は補正キャパシタ90から基準キャパシタ66に流れて補正キャパシタ90の電圧を減少させ、基準キャパシタ66の電圧を増加させて最終的に両者の電圧は等しくなる。基準キャパシタ66は補正キャパシタ90よりも遥かに大きいことが望ましいので、電荷の大部分を取込む。これはキャパシタ66により与えられるブラック基準信号の小さいインクリメントの調節を行うことを可能にする。ライン24のマスクされた画素信号のレベルまで変化させるのに必要とされる多数の小さい調節がブラック基準に対して行われることを可能にする。そのような調節は、ライン24のマスクされた画素信号のレベルがライン28のブラック基準信号レベルを越えることを差動増幅器26が示しているとき行われる。
【００３０】
ブラック基準信号を減少させるために、システム制御装置40は補正キャパシタ90を負電圧の電源86に接続するように別のスイッチ84を設定する。補正キャパシタ90は負電圧の電源86の負レベルに充電される。スイッチ84はその後図４に示されている位置に戻り、補正キャパシタ90から遮断され、システム制御装置40は、２つのキャパシタの電圧が等しくなるまで補正キャパシタ90を基準キャパシタ66に接続するように補正スイッチ88を設定する。基準キャパシタ66から補正キャパシタ90への流れはブラック基準信号を減少させる。システム制御装置40は、ブラック基準信号レベルがマスクされた画素信号に等しくなるまでプロセスを反復する。全てのスイッチは、単一チップ製造処理を簡単にするために電磁放射センサにより使用されるような同じタイプのトランジスタ（ＣＭＯＳまたはバイポーラ）で構成されることが好ましい。
【００３１】
補正キャパシタ90は典型的にはその最大電圧まで充電されるが、正電圧の電源80または負の電圧の電源86に接続される時間量を制限することによって最大よりも少なく充電されることもできる。１個の補正キャパシタが示されているが、種々の大きさの多数のキャパシタが使用されて１補正サイクル中にブラック基準信号に対して異なったインクリメントの調節が行われてもよく、正と負の補正に対して異なったキャパシタが使用されてもよい。後者のオプションは補正キャパシタ90を放電させる必要をなくし、正と負の補正の切替えのとき反対の極性11にそれを再充電してブラック基準信号を設定しより迅速、正確に調節することができる。
【００３２】
以上、本発明の特定の実施形態が示され、説明されたが、当業者には多数の変形、変更が可能であろう。したがって本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載されているじこうによってのみ限定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の１実施形態による共通基板上にブラッククランプ回路を有する映像システムのブロック図。
【図２】ブラッククランプのためにマスクされた若干の画素を有する電磁放射検出器の平面図。
【図３】本発明によるブラッククランプ回路のブロック図。
【図４】図３のブラッククランプ回路の構成の概略図。
【図１】
2008518550.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008518550.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2008518550.tif 000007
2008518550.tif 000008
2008518550.tif 000009