(57)【要約】【課題】初期状態において、アナログデジタル変換器に、その入力レンジの下限よりも大きな入力信号を与えることを可能にして、収束時間を短縮させる。【解決手段】入力端子を介して入力された映像信号と帰還された信号とを差動増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力をデジタル信号に変換して出力端子に出力するアナログデジタル変換器と、前記アナログデジタル変換器の出力と基準値との差分値を出力する差分器と、前記差分器の出力に基づく第１のアナログ帰還信号を発生して前記差動増幅器に与える第１の帰還手段と、初期状態において、回路のオフセットと前記アナログデジタル変換器の入力レンジの下限との差に基づいて第２のアナログ帰還信号を発生して前記差動増幅器に与える第２の帰還手段と、を具備したことを特徴とする。【選択図】図１
2007142916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子を介して入力された映像信号と帰還された信号とを差動増幅する差動増幅器と
、
前記差動増幅器の出力をデジタル信号に変換して出力端子に出力するアナログデジタル
変換器と、
前記アナログデジタル変換器の出力と基準値との差分値を出力する差分器と、
前記差分器の出力に基づく第１のアナログ帰還信号を発生して前記差動増幅器に与える
第１の帰還手段と、
初期状態において、回路のオフセットと前記アナログデジタル変換器の入力レンジの下
限との差に基づいて第２のアナログ帰還信号を発生して前記差動増幅器に与える第２の帰
還手段と、
を具備したことを特徴とするクランプ回路。
【請求項２】
前記第２のアナログ帰還信号は、回路のオフセットと前記アナログデジタル変換器の入
力レンジの下限との差よりも大きい値を有する回路に固有の固定値であることを特徴とす
る請求項１に記載のクランプ回路。
【請求項３】
前記第１及び第２の帰還手段は、
前記差分器の出力に基づく第１のアナログ帰還信号を発生するクランプ補正値演算手段
と、
回路のオフセットと前記アナログデジタル変換器の入力レンジの下限との差に基づいて
第２のアナログ帰還信号を発生する初期値設定手段と、
初期状態において前記初期値設定手段の出力を選択し、初期状態以外において前記クラ
ンプ補正値演算手段の出力を選択する選択手段と、
前記選択手段が選択した第１又は第２の帰還信号をアナログ信号に変換して前記差動増
幅器に与えるデジタルアナログ変換器と、
を具備したことを特徴とする請求項１に記載のクランプ回路。
【請求項４】
前記入力端子には、固体撮像素子のオプティカルブラック画素から読み出した映像信号
が与えられ、
前記基準値は、所定の黒レベルに設定されることを特徴とする請求項１に記載のクラン
プ回路。
【請求項５】
前記差動増幅器の出力をゲイン設定値に基づく増幅率で増幅して前記アナログデジタル
変換器に与える可変増幅手段を更に具備し、
前記第２の帰還手段は、前記ゲイン設定値に基づいて補正した前記第２のアナログ帰還
信号を前記差動増幅器に与えることを特徴とする請求項１に記載のクランプ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子からの映像信号の黒レベルをオプティカルブラック画素を利用
して調整するものに好適なクランプ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話、デジタルカメラ等には、ＣＣＤ（電荷結合素子）型或いはＣＭＯＳ型
のイメージセンサを用いた固体撮像装置が搭載されることがある。イメージセンサから取
込んだ映像信号については、レベル調整を行った後、ホワイトバランス処理等の映像処理
が行われる。一般的には、固体撮像素子からの映像信号の黒レベルを所定の基準レベルに
固定させるクランプ処理が行われる。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（オプティカルブラック）の画素が用いられる。
【０００３】
このようなオプティカルブラックの画素を用いたクランプ回路として、特許文献１に開
示されたものがある。特許文献１のクランプ回路は、入力アナログ映像信号をデジタル信
号に変換するＡＤＣ（アナログデジタル変換器）と、ＡＤＣの出力と目標とする黒レベル
（以下、ＯＢ基準値ともいう）との差を求める差分器とを有する。そして、差分器の出力
をＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）によってアナログ信号に戻した後、差動増幅器によ
って入力アナログ映像信号と差動増幅することで、フィードバックループを構成する。
【０００４】
このフィードバックループは、差分器の出力を０にするようにＡＤＣの出力が変化する
。即ち、ＡＤＣの出力はＯＢ基準値と一致する。オプティカルブラック（ＯＢ）画素から
読み出した映像信号が与えられると、ＡＤＣの出力をＯＢ基準値に一致させるのである。
撮像範囲の画素からの映像信号については、ＯＢ画素のクランプ処理時の設定を用いて、
クランプ処理を行う。
【特許文献１】特開２００４−３２８５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、クランプ回路は、回路に固有のオフセットを有し、フィードバック制御の初
期の段階で、オフセットにより引き込みの遅延が生じることがある。上述したように、通
常は、ＡＤＣの出力（入力）とＯＢ基準値との差分が差動増幅器にフィードバックされる
。ところが、イメージセンサを含む回路のオフセットの極性によっては、オフセットの影
響を受けた入力映像信号がＡＤＣの入力レンジの下限以下となることが考えられる。この
場合には、ＡＤＣの入力レンジの下限値とＯＢ基準値との差分、即ち、本来フィードバッ
クされるべき差分値よりも小さい値が差動増幅器にフィードバックされることとなり、目
標値への収束に比較的長時間を有する。
【０００６】
オフセットを補正するキャリブレーションが行われない回路においては、オフセットの
極性が不確定であり、オフセットによっては目標値までの収束に比較的長時間を要してし
まう。
【０００７】
本発明は、回路に固有のオフセットに拘わらず、初期状態から安定したフィードバック
制御を可能にして、短時間に出力を基準値に一致させることができるクランプ回路を提供
することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るクランプ回路は、入力端子を介して入力された映像信号と帰還された信号
とを差動増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力をデジタル信号に変換して出力端
子に出力するアナログデジタル変換器と、前記アナログデジタル変換器の出力と基準値と
の差分値を出力する差分器と、前記差分器の出力に基づく第１のアナログ帰還信号を発生
して前記差動増幅器に与える第１の帰還手段と、初期状態において、回路のオフセットと
前記アナログデジタル変換器の入力レンジの下限との差に基づいて第２のアナログ帰還信
号を発生して前記差動増幅器に与える第２の帰還手段と、を具備したことを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、初期状態においては、第２の帰還手段からの第２のアナログ
帰還信号が差動増幅器に与えられる。第２のアナログ帰還信号は、回路のオフセットと前
記アナログデジタル変換器の入力レンジの下限との差に基づいて設定されている。初期状
態においては、回路のオフセットを含む入力映像信号が差動増幅器に入力される。この場
合でも、第２のアナログ帰還信号が付加されることで、差動増幅器の出力はアナログデジ
タル変換器の入力レンジの下限よりも大きくなる。これにより、初期状態から差分器から
は十分なレベルの差分値が出力されることになり、フィードバックループを短時間に収束
させることが可能となる。
【００１０】
また、前記第２のアナログ帰還信号は、回路のオフセットと前記アナログデジタル変換
器の入力レンジの下限との差よりも大きい値を有する回路に固有の固定値であることを特
徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、回路のオフセットとして想定される値とアナログデジタル変
換器の入力レンジの下限との差よりも大きい値の固定値が、第２のアナログ帰還信号とし
て設定される。これにより、差動増幅器の出力は初期状態から確実にアナログデジタル変
換器の入力レンジの下限よりも大きな値となり、初期状態においても十分な差分値を発生
させて、フィードバックループの収束時間を短縮させることができる。
【００１２】
また、本発明の一態様によれば、前記第１及び第２の帰還手段は、前記差分器の出力に
基づく第１のアナログ帰還信号を発生するクランプ補正値演算手段と、回路のオフセット
と前記アナログデジタル変換器の入力レンジの下限との差に基づいて第２のアナログ帰還
信号を発生する初期値設定手段と、初期状態において前記初期値設定手段の出力を選択し
、初期状態以外において前記クランプ補正値演算手段の出力を選択する選択手段と、前記
選択手段が選択した第１又は第２の帰還信号をアナログ信号に変換して前記差動増幅器に
与えるデジタルアナログ変換器と、を具備したことを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、初期値設定手段は、回路のオフセットとアナログデジタル変
換器の入力レンジの下限との差に基づいて第２のアナログ帰還信号を発生し、クランプ補
正値演算手段は、差分器の出力に基づく第１のアナログ帰還信号を発生する。選択手段は
、これらの第１又は第２のアナログ帰還信号を夫々初期状態と初期状態以外とにおいて選
択する。これにより、初期状態においても、アナログデジタル変換器には、入力レンジの
下限よりも大きな値か入力されることになり、十分な差分値を得ることができる。これに
より、フィードバックループの収束時間を短縮させることができる。
【００１４】
また、本発明の一態様によれば、前記入力端子には、固体撮像素子のオプティカルブラ
ック画素から読み出した映像信号が与えられ、前記基準値は、所定の黒レベルに設定され
ることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、基準値を所定の黒レベルに設定し、オプティカルブラック画
素から読み出した映像信号をクランプすることで、固体撮像素子からの映像信号を所定の
黒レベルにクランプすることができる。
【００１６】
また、本発明の一態様によれば、前記差動増幅器の出力をゲイン設定値に基づく増幅率
で増幅して前記アナログデジタル変換器に与える可変増幅手段を更に具備し、前記第２の
帰還手段は、前記ゲイン設定値に基づいて補正した前記第２のアナログ帰還信号を前記差
動増幅器に与えることを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、ゲイン設定値に応じて、第２のアナログ帰還信号を補正して
おり、ゲイン設定値に拘わらず、常に、アナログデジタル変換器にその入力レンジの下限
よりも大きい入力信号を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第
１の実施の形態に係るクランプ回路を示す回路図である。本実施の形態は固体撮像素子の
オプティカルブラックの画素を基準として、入力された映像信号を適切な黒色の基準レベ
ルに調整するものに適用したものである。
【００１９】
図１において、入力端子１１には図示しないイメージセンサからの映像信号が入力され
る。イメージセンサには予め決められた数個の画素が遮光板等によって遮光されてＯＢ（
オプティカルブラック）画素に設定されている。図１のクランプ回路はこのＯＢ画素の映
像信号レベルに基づいて、映像信号の黒レベルを調整するようになっている。
【００２０】
入力端子１１に入力されたアナログ映像信号は、差動増幅器１２の非反転入力端に入力
される。差動増幅器１２の反転入力端には、後述するＤＡＣ１４から帰還信号が入力され
、差動増幅器１２はアナログ映像信号と帰還信号とを差動増幅する。差動増幅器１２の出
力はＡＤＣ１３に与えられる。
【００２１】
ＡＤＣ１３は入力されたアナログ映像信号をデジタル信号に変換して、デジタル映像信
号を出力端子１５に出力する。また、ＡＤＣ１３の出力は、平均化処理回路１６にも与え
られる。平均化処理回路１６は、ＡＤＣ１３の出力を平均化することで、ノイズを除去す
る。平均化処理回路１６の出力は差分器１７に与えられる。
【００２２】
一方、端子１８には、クランプ回路の目標値が与えられる。目標値としては、所定の黒
レベルであるＯＢ基準値が与えられる。端子１８からのＯＢ基準値は差分器１７に与えら
れる。差分器１７は、平均化処理回路１６の出力からＯＢ基準値を減算して、差分を帰還
信号設定回路１９に出力する。
【００２３】
帰還信号設定回路１９は、帰還信号を発生してＤＡＣ１４に出力するものである。帰還
信号設定回路１９は、ＡＤＣ１３とＤＡＣ１４との入力レンジの差等に基づいて差分値か
ら帰還信号（第１の帰還信号）を算出する。また、帰還信号設定回路１９は、クランプ動
作の開始直後の初期状態の帰還信号（第２の帰還信号）を発生するようになっている。
【００２４】
図２は図１中の帰還信号設定回路１９の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【００２５】
クランプ補正値演算回路２１には、差分器１７からの差分値が与えられる。クランプ補
正値演算回路２１は、例えば、ＡＤＣ１３とＤＡＣ１４との入力レンジの差等に応じたテ
ーブルを有しており、このテーブルを利用して、入力された差分値に対応する帰還信号を
発生する。
【００２６】
本実施の形態においては、帰還信号設定回路１９には初期値設定回路２２が設けられて
いる。初期値設定回路２２は、クランプ動作の開始直後の初期状態の帰還信号を設定する
。例えば、初期値設定回路２２は図示しないメモリを有しており、初期状態の帰還信号を
保存していてもよい。また、初期値設定回路２２は、外部入力に従って、初期状態の帰還
信号を設定するようにしてもよい。
【００２７】
クランプ補正値演算回路２１の出力及び初期値設定回路２２の出力はセレクタ２３に与
えられる。セレクタ２３は選択信号が与えられて、選択信号に従って、２入力の一方を選
択的にＤＡＣ１４に出力するようになっている。ＤＡＣ１４は入力された帰還信号をアナ
ログ信号に変換して差動増幅器１２の反転入力端に供給する。
【００２８】
図３乃至図６は初期値設定回路２２の初期状態の帰還信号を説明するための説明図であ
る。図３はＡＤＣの入力レンジを示し、図４及び図５は初期値設定回路２２を採用しない
場合における初期状態の帰還信号を示し、図６は初期値設定回路２２による初期状態の帰
還信号を説明するためのものである。
【００２９】
図３に示すように、定常時においては、ＡＤＣ１３の入力レンジに比べて、ＡＤＣ１３
に入力（出力）される信号のレンジは狭い。ＡＤＣ１３の入力レンジ内で使用されること
になる。例えば、ＡＤＣ１３の入力レンジとしては、０〜１２００ｍＶが設定される。
【００３０】
図４は初期値設定回路２２を採用しない場合における初期状態の差分値を示している。
初期状態においては、イメージセンサを含む回路のオフセットによる回路固有の値が入力
信号としてＡＤＣ１３に供給される。図４はこのような初期状態において、ＡＤＣ１３の
入力レンジの下限よりも高いレベルの入力信号がＡＤＣ１３に入力される場合の例を示し
ている。
【００３１】
この場合には、図４の矢印のレベル範囲に示すように、入力（出力）信号レベルとＯＢ
基準値との差分が差分値として得られ、この差分値に基づく帰還信号がフィードバックさ
れる。この場合には特には問題は生じない。なお、差分値に基づく帰還信号としては、±
１５０ｍＶ程度のレベルが考えられる。
【００３２】
一方、図５は初期値設定回路２２を採用しない場合における初期状態において、ＡＤＣ
１３の入力レンジの下限よりも低いレベルの入力信号がＡＤＣ１３に入力される場合の例
を示している。
【００３３】
この場合には、ＡＤＣ１３の入力レンジの下限がＡＤＣ１３の出力の最低値となるので
、図５の矢印のレベル範囲に示すように、差分値としてはＡＤＣ１３の入力レンジの下限
とＯＢ基準値との差分が用いられる。この差分値に基づく帰還信号がフィードバックされ
る。従って、入力信号に応じた差分値よりも小さい値が差分値として設定されることにな
り、フィードバックループの収束に長時間を要してしまう。
【００３４】
そこで、本実施の形態においては、初期値設定回路２２を設け、初期状態には強制的に
固定レベルの帰還信号を発生するようになっている。図６は強制的に設定する初期状態の
帰還信号を説明するためのものである。
【００３５】
初期値設定回路２２は、ＡＤＣ１３の入力レンジの下限よりも負側において想定される
オフセット分を相殺して、初期状態においても、ＡＤＣ１３に入力レンジの下限よりも大
きなレベルを供給するように、初期状態の帰還信号を設定する。
【００３６】
つまり、初期状態の帰還信号は、ＡＤＣ１３の入力レンジの下限よりも負側において想
定される最大のオフセットとＡＤＣ１３の入力レンジの下限との差よりも大きな値に設定
する。初期状態においてこのような帰還信号を差動増幅器１２に供給することによって、
初期状態においても、入力信号のレベルはＡＤＣ１３の入力レンジの下限よりも高くなる
。図６はこの状態を示している。オフセットを含む入力信号のレベルはＡＤＣ１３の入力
レンジの下限よりも低い。これに対し、初期状態の帰還信号を差動増幅器１２に供給する
ことによって、ＡＤＣ１３に供給される入力信号は、ＡＤＣ１３の入力レンジの下限より
も高くなる。これにより、図６の矢印の範囲に示すように、フィードバック制御を収束さ
せるために必要な差分値を得ることができる。なお、初期状態の帰還信号の絶対値レベル
としては、例えば、１００ｍＶ程度が考えられる。
【００３７】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図７のタイミングチャートを参
照して説明する。図７（ａ）はクロックを示し、図７（ｂ）は帰還信号を示し、図７（ｃ
）はセレクタ２３に供給される選択信号を示している。
【００３８】
いま、回路の初期状態であるものとする。この場合には、図７（ｃ）に示すように、選
択信号はローレベルである。帰還信号設定回路１９のセレクタ２３は選択信号がローレベ
ルの場合には初期値設定回路２２の出力を選択してＤＡＣ１４に与える。ＤＡＣ１４は初
期値設定回路２２からの帰還信号をアナログ信号に変換して差動増幅器１２に出力する。
【００３９】
差動増幅器１２には入力端子１１を介して初期状態における入力映像信号が入力されて
いる。この入力映像信号には、イメージセンサを含む回路のオフセットが含まれている。
いま、このオフセットが図５に示すようにＡＤＣ１３の入力レンジの下限よりも低いレベ
ルであるものとする。この場合でも、初期値設定回路２２は、ＡＤＣ１３の入力レンジの
下限と回路に想定されるオフセットとの差よりも大きな値を初期状態の帰還信号に設定し
ており、差動増幅器１２の出力はＡＤＣ１３の入力レンジよりも高いレベルとなる（図６
参照）。
【００４０】
こうして、初期状態においても、ＡＤＣ１３の出力とＯＢ基準値との差は十分高いレベ
ルとなる。初期状態が終了すると、選択信号はローレベルからハイレベルに変化する。そ
うすると、帰還信号設定回路１９のセレクタ２３はクランプ補正値演算回路２１の出力を
選択する。
【００４１】
クランプ補正値演算回路２１には、差分器１７からの差分値が与えられており、クラン
プ補正値演算回路２１は入力された差分値に応じた帰還信号を発生する。この帰還信号は
、ＤＡＣ１４によってアナログ信号に変換された後、差動増幅器１２に供給される。以後
、差動増幅器１２は、入力映像信号と差分値に基づく帰還信号とを差動増幅する。こうし
て、差動増幅器１２の出力は初期状態から常にＡＤＣ１３の入力レンジよりも高い値とな
り、フィードバックループの収束時間を短縮することができる。
【００４２】
このように本実施の形態においては、初期状態において、イメージセンサを含む回路の
オフセットとＡＤＣの入力レンジとの差よりも大きな値の帰還信号を差動増幅器に供給す
る。これにより、初期状態から、ＡＤＣには入力レンジの下限よりも大きな値が入力され
ることになり、十分なレベルの差分値を発生して、フィードバックループを短時間に収束
させることができる。
【００４３】
図８は本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。図８において図１と同一の構成
要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００４４】
本実施の形態はＰＧＡ３２を付加すると共に、帰還信号設定回路１９に代えて帰還信号
設定回路３３を採用した点が第１の実施の形態と異なる。ＰＧＡ３２は、端子３１を介し
て入力されるゲイン設定値が与えられ、ゲイン設定値に基づくゲインで差動増幅器１２の
出力を増幅してＡＤＣ１３に与えるようになっている。本実施の形態においては、ゲイン
設定値は帰還信号設定回路３３にも与えられるようになっている。
【００４５】
図９は図８中の帰還信号設定回路３３の具体的な構成を示すブロック図である。図８に
おいて図２と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。帰還信号設定回路３
３は、初期設定回路２２に代えて初期設定回路３５を採用した点が帰還信号設定回路１９
と異なる。初期値設定回路３５は、ゲイン設定値が与えられ、初期状態の帰還信号をゲイ
ン設定値に応じて補正するようになっている。即ち、第１の実施の形態における初期状態
の帰還信号、即ちＡＤＣ１３の入力レンジの下限よりも負側において想定される最大のオ
フセットとＡＤＣ１３の入力レンジの下限との差よりも大きな値、に対してゲイン設定値
によるゲインの逆数を掛けた値を、初期状態の帰還信号とする。
【００４６】
他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
このように構成された実施の形態においては、端子３１からのゲイン設定値は、ＰＧＡ
３２に与えられると共に、帰還信号設定回路３３にも与えられる。ＰＧＡ３２は、ゲイン
設定値で指定された増幅率で入力された信号を増幅した後ＡＤＣ１３に供給する。
【００４８】
初期状態の帰還信号として比較的大きな値が設定されている場合には、ＰＧＡ３２によ
る増幅後の信号がＡＤＣ１３の入力レンジの上限を超してしまうことが考えられる。また
、逆に、ゲイン設定値として１よりも小さい増幅率が設定されることもある。この場合に
は、初期状態の帰還信号として十分に大きな値を設定しなければ、ＰＧＡ３２による増幅
後の信号がＡＤＣ１３の入力レンジの下限よりも小さな値になってしまう虞もある。
【００４９】
そこで、本実施の形態においては、ＡＤＣ１３の入力レンジの下限よりも負側において
想定される最大のオフセットとＡＤＣ１３の入力レンジの下限との差の値に対して、ゲイ
ン設定値によるゲインの逆数を掛けた値を、初期状態の帰還信号に設定する。これにより
、ＰＧＡ３２による増幅後の信号は、常にＡＤＣ１３の入力レンジ内の値となる。
【００５０】
他の作用及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るクランプ回路を示す回路図。
【図２】図１中の帰還信号設定回路１９の具体的な構成を示す回路ブロック図。
【図３】初期値設定回路２２の初期状態の帰還信号を説明するための説明図。
【図４】初期値設定回路２２の初期状態の帰還信号を説明するための説明図。
【図５】初期値設定回路２２の初期状態の帰還信号を説明するための説明図。
【図６】初期値設定回路２２の初期状態の帰還信号を説明するための説明図。
【図７】実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す回路図。
【図９】図８中の帰還信号設定回路３３の具体的な構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５２】
１２…差動増幅器、１３…ＡＤＣ、１４…ＤＡＣ、１６…平均化処理回路、１７…差
分器、１９…帰還信号設定回路。
【図１】
2007142916.tif 000003
【図２】
2007142916.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007142916.tif 000006
【図５】
2007142916.tif 000007
【図６】
2007142916.tif 000008
【図７】
2007142916.tif 000009
【図８】
2007142916.tif 000010
【図９】
2007142916.tif 000011