(57)【要約】【課題】可変ゲインアンプを用いて、映像信号の利得を制御することは映像信号処理において利得値にかかわらず、安定した画像を迅速に出力でき、かつ、回路規模が従来よりも小さな映像信号クランプ回路を提供することを目的とする。【解決手段】可変ゲイン差動増幅器２にゲイン値を設定すると同時に、このゲイン値に応じたＤ／Ａ設定値を補正値出力手段８によって求めて前記可変ゲイン差動増幅器２に減算値として入力して黒レベル補正する。つまり、可変ゲイン差動増幅器２に設定する利得値を監視しながら黒レベル補正値をそれに連動して制御する。【選択図】      図１
2004328554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたアナログ映像信号を増幅して出力するとともにそのゲインを外部入力端からのゲイン設定値により制御可能な差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記外部入力端からのゲイン設定値に応じた補正値を前記差動増幅器に黒レベル補正値として出力する補正値出力手段と
を設け、前記Ａ／Ｄ変換器の出力側からデジタル映像信号を出力する
映像信号クランプ回路。
【請求項２】
補正値出力手段を、
差動増幅器のゲインを設定するゲイン設定値を計算式に代入して前記ゲイン設定値と一定の関係にあるアナログデータを出力する演算器と、
前記演算器の出力するアナログデータをデジタル変換して前記差動増幅器に黒レベル補正値として出力するＤ／Ａ変換器と
で構成した
請求項１記載の映像信号クランプ回路。
【請求項３】
補正値出力手段を、
差動増幅器のゲインを設定するゲイン設定値に応じたデータが書き込まれており時々の前記ゲイン設定値に応じて黒レベル補正値を読み出して出力する記憶手段で構成した
請求項１記載の映像信号クランプ回路。
【請求項４】
入力されたアナログ映像信号を増幅して出力するとともにそのゲインを外部入力端からのゲイン設定値により制御可能な差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力のＯＢ部のレベルを平均化しＯＢ平均値を出力する平均回路と、
前記平均回路からのＯＢ平均値と外部から入力されたＯＢ基準値の差分値を出力する減算器と、
前記差分値と前記外部入力端からのゲイン設定値に応じた補正値を前記差動増幅器に黒レベル補正値として出力する補正値出力手段と
を設け、前記Ａ／Ｄ変換器の出力側からデジタル映像信号を出力する
映像信号クランプ回路。
【請求項５】
補正値出力手段を、
前記差動増幅器のゲインを設定するゲイン設定値と前記減算器の出力する差分値とを計算式に代入して前記ゲイン設定値と一定の関係にあるアナログデータを出力する演算器と、
前記演算器の出力するアナログデータをデジタル変換して前記差動増幅器に黒レベル補正値として出力するＤ／Ａ変換器と
で構成した
請求項４記載の映像信号クランプ回路。
【請求項６】
補正値出力手段を、
差動増幅器のゲインを設定するゲイン設定値と前記減算器の出力する差分値に応じたデータが書き込まれており時々の前記ゲイン設定値と前記差分値に応じて読み出して黒レベル補正値を出力する記憶手段で構成した
請求項４記載の映像信号クランプ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＣＤ、ＭＯＳセンサ等の固体撮像素子から出力されるアナログ映像信号をデジタル変換して出力映像信号を発生する回路で使用されるクランプ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子からの映像信号を取り扱う機器では、黒レベルを固定させる映像信号クランプ回路（ＯＢクランプ回路と呼ばれている）が用いられている。通常、黒レベルの基準として、固体撮像素子の撮像面上に設けられた遮光部（オプチカルブラック、以下、ＯＢと称す）を用いて、映像信号の黒レベルを固定している。
【０００３】
（特許文献１）には、状況に応じて時定数を制御可能なクランプ回路が提案されている。その構成を図３に示す。
図３の構成において、撮像素子（図示せず）からの入力アナログ映像信号は、アナログ映像入力１０１を介して差動増幅器１０２に入力されて増幅される。差動増幅器１０２の出力信号は可変ゲインアンプ１０３を介して差動増幅器１０４に入力される。可変ゲインアンプ１０３は外部から入力される制御信号に応じてゲインを可変することができる。
【０００４】
差動増幅器１０４の出力は、Ａ／Ｄ変換器１０５を介して出力デジタル映像信号にデジタル変換されてデジタル映像出力１０６を介してデジタル映像信号処理部（図示せず）へ出力される。
【０００５】
また、Ａ／Ｄ変換器１０５の出力は、減算器１０７において基準値入力端子１０８から入力される基準値が減算され、本来クランプしたい基準値との誤差が出力される。
【０００６】
減算器１０７の出力は平均回路１１０へ供給され、基準レベルとの誤差を数画素分平均した値が出力される。このとき、入力１０９からの制御信号により映像信号のＯＢ部と無信号部の基準値からの誤差平均が出力される。
【０００７】
平均回路１１０の出力は、クリップ回路１１１によりクリップがかけられ、クリップ回路１１０の出力は垂直積分回路１１２により、複数の水平走査線期間で平均化した誤差レベルを加算器１１３へ入力し、現在の帰還直流レベルであるＤ型フリップフリップ１１４の出力を加算し、次の帰還直流レベルとなる。そして、次の水平走査線期間のクロックＨＣＬＫ２により新たな帰還直流レベルとしてＤ／Ａ変換器１１５によりアナログ変換されてアナログ信号レベルとなり、前記差動増幅器１０４へ入力される。すなわち、差動増幅器１０４にはＯＢ部のレベルを基準値と比較してフィードバックがかかる。
【０００８】
また、前記クリップ回路１１１の出力は、乗算器１１６によりゲインｋを乗算されたあと、加算器１１７を経て、１フィールド遅延回路１１８へ入力される。この１フィールド遅延回路１１８の出力が加算器１１７へ入力され、現在の帰還直流レベルと加算され、Ｄ／Ａ変換器１１９によりアナログ信号レベルへ変換されて、前記差動増幅器１０２に入力される。すなわち、差動増幅器１０２には無信号部のレベルを基準値と比較してフィードバックがかかる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２２４４４０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、暗い場所を撮像したり、明るい場所を撮像する場合には、映像信号回路に直列に介装されている可変ゲインアンプのゲインを変更して、映像信号の利得を制御する。
【００１１】
この場合、利得を変化させる際には、映像信号の直流電流成分が必ず変動するため、前記可変ゲインアンプの後段において、Ａ／Ｄ変換器によってこれをデジタル変換して出力映像信号を得るためには、Ａ／Ｄ変換器のデジタル変換の有効範囲に可変ゲインアンプの出力信号を納めることが必要である。
【００１２】
特開２０００−２２４４４０号公報の回路構成では、可変ゲインアンプ１０３の利得の変動が小さい場合にはＯＢレベルと基準レベルの差が小さく、ＯＢレベルを安定させることができる。
【００１３】
しかし、今日、携帯電話等にカメラが搭載されることが増え、暗い場所を手軽に撮像したいという要望が出てきている。この場合には可変ゲインアンプ１０３の利得をこれまで以上に大きくする必要性がある。
【００１４】
一般的に、可変ゲインアンプの利得を大きくすると、可変ゲインアンプの出力ＤＣ成分の変動が大きくなり、Ａ／Ｄ変換器のデジタル変換の有効範囲を超えてしまう場合が起こりうる。
【００１５】
図４（ｂ）は前記可変ゲインアンプの出力のアナログ映像信号がＡ／Ｄ変換器のデジタル変換の有効範囲に収まっている場合の正常な出力映像の例を示している。この場合は、参考に記載した出力画像のように、正常な画像が得られる。
【００１６】
これに対して、前記可変ゲインアンプの出力のアナログ映像信号が前記Ａ／Ｄ変換器のデジタル変換の有効範囲に対して図４（ａ）に示すように、高いレベルに外れた場合は、出力映像が白浮きを起こし、反対に図４（ｃ）に示すように低いレベルに外れた場合は出力映像が黒沈みを起こし、図４（ａ）（ｃ）のいずれの場合も映像として成立しない。
【００１７】
特開２０００−２２４４４０号公報の構成では、ＯＢレベルが基準値に対して大きく外れた場合にはクリップ回路１１１のクリップ値を大きくすることで収束速度は早くできるが、フィードバック方式を採用しているため、少なくとも２回以上のフィードバックが必要である。これを図５に基づいて具体的に説明する。
【００１８】
図５は、ＯＢレベルが基準値に対して高いレベルに映像が外れて白浮きを起こした場合の補正の様子を示している。
この場合には、図５（ａ）に示すように、一度、白浮きを起こした映像が現れ、次に目標値に近づけるよう図５（ｂ）に示すように補正をかける。しかし、前記の補正ではまだ目標値より外れているので、図５（ｃ）に示すようにさらに補正をかけて目標値に到達して正常画像が得られる。
【００１９】
すなわち、大きな利得を可変ゲインアンプ１０３に設定した場合、Ａ／Ｄ変換器１０５の有効範囲をこえて、画像の黒沈み、および、白浮きが発生し、映像が成立しない場合が存在し、直ちに正常画像が得られない問題がある。
【００２０】
そこで本発明は、可変ゲインアンプ１０３に設定する利得値にかかわらず、安定した画像を迅速に出力でき、かつ、回路規模が従来よりも小さな映像信号クランプ回路を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の映像信号クランプ回路は、可変ゲインアンプに設定する利得値を監視しながら黒レベル補正値をそれに連動して制御するように構成したことを特徴とする。
【００２２】
本発明の映像信号クランプ回路は、入力されたアナログ映像信号を増幅して出力するとともにそのゲインを外部入力端からのゲイン設定値により制御可能な差動増幅器と、前記差動増幅器の出力をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、前記外部入力端からのゲイン設定値に応じた補正値を前記差動増幅器に黒レベル補正値として出力する補正値出力手段とを設け、前記Ａ／Ｄ変換器の出力側からデジタル映像信号を出力することを特徴とする。
【００２３】
この構成によると、ゲイン値を設定すると同時に、そのゲイン値に応じたＤ／Ａ変換器の設定値を補正値出力手段が設定するので、前記差動増幅器に設定するゲイン値によらず、前記差動増幅器の出力をＡ／Ｄ変換器の有効範囲内に収めることができ、安定した画像が迅速に得られる。
【００２４】
具体的には、補正値出力手段を、前記差動増幅器のゲインを設定するゲイン設定値を計算式に代入して前記ゲイン設定値と一定の関係にあるアナログデータを出力する演算器と、前記演算器の出力するアナログデータをデジタル変換して前記差動増幅器に黒レベル補正値として出力するＤ／Ａ変換器とで構成した場合には、前記差動増幅器から出力された信号のＯＢレベルが基準値からはずれないような、Ｄ／Ａ変換器からの出力ＤＣを発生する設定値を計算できる計算式を用いる。
【００２５】
また、入力されたアナログ映像信号を増幅して出力するとともにそのゲインを外部入力端からのゲイン設定値により制御可能な差動増幅器と、前記差動増幅器の出力をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力のＯＢ部のレベルを平均化しＯＢ平均値を出力する平均回路と、前記平均回路からのＯＢ平均値と外部から入力されたＯＢ基準値の差分値を出力する減算器と、前記差分値と前記外部入力端からのゲイン設定値に応じた補正値を前記差動増幅器に黒レベル補正値として出力する補正値出力手段とを設け、前記Ａ／Ｄ変換器の出力側からデジタル映像信号を出力することを特徴とする。
【００２６】
この構成によると、撮像素子の製造ばらつき、およびシステム動作中の温度変化による前記差動増幅器からの出力の変動を吸収することができ、より安定した画像を出力できる。また、撮像素子のばらつきを吸収できることにより、この映像信号クランプ回路を使用した製品の特性保証範囲を広げられ、歩留まり率の向上を期待できる。
【００２７】
具体的には、補正値出力手段を、前記差動増幅器のゲインを設定するゲイン設定値と前記減算器の出力する差分値とを計算式に代入して前記ゲイン設定値と一定の関係にあるアナログデータを出力する演算器と、前記演算器の出力するアナログデータをデジタル変換して前記差動増幅器に黒レベル補正値として出力するＤ／Ａ変換器とで構成する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、発明の各実施の形態を図１と図２に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の（実施の形態１）の映像信号クランプ回路を示す。
【００２９】
図１の構成において、１は映像信号入力端子、２は可変ゲイン差動増幅器、３はＡ／Ｄ変換器、４はデジタル映像出力端子、５は外部入力端、６は演算器、７はＤ／Ａ変換器である。この実施の形態では演算器６とＤ／Ａ変換器７とで補正値出力手段８が構成されている。
【００３０】
映像信号入力端子１から入力された入力アナログ映像信号１１は、映像信号を含む有効信号部と映像信号を含まないブランキング期間で構成されている。また、ブランキング期間は黒レベルの基準となるＯＢ部と無信号部で構成されている。映像機器の黒レベルの基準となるのは、ＯＢ部なのでこのＯＢ部のレベルを一定にすることが必要である。また、映像信号処理には可変ゲインを用いて、映像信号のゲインを可変ゲインアンプによって制御することが通常である。このとき、映像信号の直流電流成分が変動する。また、可変ゲイン差動増幅器２から出力されたアナログ映像信号１２はＡ／Ｄ変換器３へ入力される。Ａ／Ｄ変換器３の適切な入力範囲に入力するため直流電流成分を一定のレベルに制御する必要がある。この２つの制御を行うことがクランプ回路の目的である。
【００３１】
この入力アナログ映像信号１１は、可変ゲイン差動増幅器２の非反転入力端子（＋）に入力され、外部入力端５から入力される所定のゲイン設定値１６で指定されたゲインで増幅されたアナログ映像信号１２はＡ／Ｄ変換器３へ入力される。ここで、可変ゲイン差動増幅器２の反転入力端子（−）には、後述の直流電圧１５が印加され、入力アナログ映像信号１１と差動増幅される。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器３でデジタル変換されたデジタル映像信号１３はデジタル映像出力端子４から図示しないデジタル信号処理回路へ供給される。
演算器６には外部入力端５からのゲイン設定値１６を入力し、この値に応じた演算を行い、Ｄ／Ａ変換器７へのＤ／Ａ設定値１４を出力する。
【００３３】
ここで、演算器６での演算を説明する。
演算式を  線形一次式  ｙ＝Ａｘ＋Ｂ  と仮定する。ここで、ｙはＤ／Ａ変換器７への設定値、ｘは外部入力端５からのゲイン設定値１６、Ａ，Ｂは定数とする。定数Ａ，Ｂは、可変ゲイン差動増幅器２、Ａ／Ｄ変換器３、および、Ｄ／Ａ変換器７の特性を考慮し、ゲイン設定値１６として規定された範囲のゲイン値が入力されてもＯＢ部のレベルが目標値になるような、Ｄ／Ａ変換器７へのＤ／Ａ設定値１４を算出するように決定されている。
【００３４】
Ｄ／Ａ設定値１４はＤ／Ａ変換器７によりデジタル変換されて直流電圧１５となり、可変ゲイン差動増幅器２の反転入力端子（−）に入力される。
すなわち、ゲイン設定値１６に対応した一意の値を演算により算出して、Ｄ／Ａ変換器７に設定し、直流電圧１５を決定することで、ＯＢレベルを固定する。
【００３５】
このとき、可変ゲイン差動増幅器２にゲイン設定値１６を設定すると同時に、Ｄ／Ａ設定値１４をＤ／Ａ変換器７に設定するようにタイミング制御するよう構成することが望ましい。
【００３６】
なお、外部入力端５からのゲイン設定値に応じた補正値を可変ゲイン差動増幅器２に黒レベル補正値として出力する補正値出力手段８を、可変ゲイン差動増幅器２のゲインを設定するゲイン設定値１６を計算式に代入して前記ゲイン設定値１６と一定の関係にあるアナログデータを出力する演算器６と、演算器６の出力するアナログデータをデジタル変換して可変ゲイン差動増幅器２に黒レベル補正値として出力するＤ／Ａ変換器７とで構成したが、この補正値出力手段８は、可変ゲイン差動増幅器２のゲインを設定するゲイン設定値１６に応じたデータが書き込まれており時々の前記ゲイン設定値１６に応じて黒レベル補正値を読み出して出力する記憶手段で構成することもできる。
【００３７】
（実施の形態２）
図２は（実施の形態２）の映像信号クランプ回路を示す。
図１に示した（実施の形態１）とは、補正値出力手段８の構成だけが異なっている。なお、同じ構成用件には（実施の形態１）と同じ符号を付けて説明する。
【００３８】
図２の構成において、１は映像信号入力端子、２は可変ゲイン差動増幅器、３はＡ／Ｄ変換器、４はデジタル映像出力端子、４５は平均回路、４６はＯＢ基準値入力端子、４７は減算器、４８は外部入力端、４９は演算器である。この実施の形態では演算器４９とＤ／Ａ変換器７とで補正値出力手段８が構成されている。
【００３９】
入力アナログ映像信号１１は可変ゲイン差動増幅器２の非反転入力端子（＋）に入力され、外部入力端５から入力される所定のゲイン設定値１６で指定されたゲインで増幅されたアナログ映像信号１２はＡ／Ｄ変換器３へ入力される。ここで、可変ゲイン差動増幅器２の反転入力端子（−）には、後述の直流電圧５８が印加され、入力アナログ映像信号１１と差動増幅される。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換器３でデジタル変換されたデジタル映像信号１３はデジタル映像出力端子４から図示しないデジタル信号処理回路へ供給されるとともに、平均回路４５へ入力される。
【００４１】
平均回路４５は、ＯＢ部のレベルを平均化しＯＢ平均値を出力する。ＯＢ平均値は基準値入力端４６から入力されたＯＢ基準値５４と減算器４７で減算され、ＯＢ基準値５４との差分値５５が出力される。
【００４２】
演算器４９は外部入力端４８からのゲイン設定値１６と差分値５５を入力とし、この値に応じた演算を行い、Ｄ／Ａ変換器７へのＤ／Ａ設定値５７を出力する。
【００４３】
ここで、演算器４９での演算を説明する。
演算式を  線形一次式  ｙ＝Ａｘ＋Ｂ  と仮定する。ここで、ｙはＤ／Ａ変換器７への設定値、ｘは外部入力端５からのゲイン設定値１６、Ａ，Ｂは変数とする。変数Ａ，Ｂは、可変ゲイン差動増幅器２、Ａ／Ｄ変換器３、およびＤ／Ａ変換器７の特性を考慮し、ゲイン設定値１６に対してＯＢ部のレベルがＯＢ基準値５４になるようなＤ／Ａ変換器７のＤ／Ａ設定値５７を算出するように初期値を決定する必要がある。また、差分値５５が正値を取る場合、変数Ａ，Ｂを小さくし、差分値５５が負値を取る場合に変数Ａ，Ｂを大きくし、線形一次式を動的に補正する。
【００４４】
演算器４９からのＤ／Ａ設定値５７はＤ／Ａ変換器７により直流電圧５８となり、可変ゲイン差動増幅器２の反転入力端子（−）に入力される。
すなわち、ゲイン設定値１６に対応した一意の値を演算式により算出、Ｄ／Ａ変換器７に設定し、直流電圧５８を決定することで、ＯＢレベルを固定する。また、演算式を動的に補正をすることで、撮像素子の特性のばらつき、温度変化に対応したクランプ回路を提供できる。
【００４５】
このとき、可変ゲイン差動増幅器２にゲイン設定値１６を設定すると同時に、Ｄ／Ａ設定値５７をＤ／Ａ変換器７に設定することが望ましい。
なお、差分値５５と外部入力端５からのゲイン設定値に応じた補正値を可変ゲイン差動増幅器２に黒レベル補正値として出力する補正値出力手段８を、可変ゲイン差動増幅器２のゲインを設定するゲイン設定値１６と減算器４７の出力する差分値５５とを計算式に代入して前記ゲイン設定値１６と一定の関係にあるアナログデータを出力する演算器４９と、演算器４９の出力するアナログデータをデジタル変換して可変ゲイン差動増幅器２に黒レベル補正値として出力するＤ／Ａ変換器７とで構成したが、この補正値出力手段８は、可変ゲイン差動増幅器２のゲインを設定するゲイン設定値１６と減算器４７の出力する差分値５５に応じたデータが書き込まれた記憶手段で構成し、時々の前記ゲイン設定値１６と前記差分値５５に応じてこの記憶手段から読み出して黒レベル補正値を出力するように構成することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、入力されたアナログ映像信号を増幅する差動増幅器に設定するゲイン値に連動して、前記差動増幅器の出力をＡ／Ｄ変換器の有効範囲内に収めることができ、安定した画像が迅速に得られる。
【００４７】
また、撮像素子の製造ばらつき、およびシステム動作中の温度変化による前記差動増幅器からの出力の変動を吸収することができ、より安定した画像を出力できる。また、撮像素子のばらつきを吸収できることにより、製品の特性保証範囲を広げられ、歩留まり率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の（実施の形態１）の映像信号クランプ回路のブロック図
【図２】本発明の（実施の形態２）の映像信号クランプ回路のブロック図
【図３】従来の映像信号クランプ回路のブロック図
【図４】問題点を説明する説明図
【図５】白浮きを発生した場合に正常画像を得るまでの補正過程の説明図
【符号の説明】
１    映像信号入力端子
２    可変ゲイン差動増幅器
３    Ａ／Ｄ変換器
４    デジタル映像出力端子
５    外部入力端
６    演算器
７    Ｄ／Ａ変換器
８    補正値出力手段
１１    入力アナログ映像信号
１２    アナログ映像信号
１４    Ｄ／Ａ設定値
１６    ゲイン設定値
４５    平均回路
４６    ＯＢ基準値入力端子
４７    減算器
４８    外部入力端
４９    演算器
【図１】
2004328554.tif 000003
【図２】
2004328554.tif 000004
【図３】
2004328554.tif 000005
【図４】
2004328554.tif 000006
【図５】
2004328554.tif 000007