JP3608222B2 - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被写体からの光を撮像して撮像信号を出力する撮像装置に関し、特に、被写体からの光を電荷に変換して出力する電荷結合素子を備え、温度補償を行なうことにより、出力する撮像信号のレベルを一定に保持する撮像装置及び撮像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被写体からの撮像光を電荷に変換して撮像信号を出力する撮像装置には、撮像素子として電荷結合素子（以下、ＣＣＤという）が使用されている。このＣＣＤは、近年の半導体製造技術の飛躍的な向上等により、画素数を増加させたＣＣＤの製造が可能となっている。例えば、高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）装置用のテレビカメラ装置等に使用されるＣＣＤでは、２００万程度の画素を有する。
【０００３】
このようなＣＣＤの画素数の増加に伴なう画素の面積の減少により、画素あたりの蓄積電荷量が減少し、取り出される撮像信号の強度が小さくなり、温度変化による撮像信号の強度の影響が無視できないものとなっている。
【０００４】
このため、温度変化に基づくＣＣＤからの撮像信号の強度の変化を補償するようにしたＣＣＤの読出回路が用いられている。この読出回路は、例えばＣＣＤからの撮像信号に参照パルスを挿入し、このパルスのレベルの変化に応じて、全体のゲインを調整して温度補償を行なうようになっている。
【０００５】
この読出回路は、具体的には、例えば図５に示すように、ＣＣＤ５０から読み出された撮像信号に含まれているリセット雑音等による直流電圧を除去する相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳという）５１と、供給端子５２から供給される参照パルスをＣＤＳ５１からの撮像信号に挿入する加算部５３と、該加算部５３からの撮像信号を増幅して出力端子５４に出力するビデオアンプ５５とを備えている。
【０００６】
そして、ＣＤＳ５１は、ＣＣＤ５０から読み出された撮像信号いわゆる相関二重サンプリングを行なって、ＣＣＤ５０からの撮像信号に含まれているリセット雑音等による直流電圧を除去して加算部５３に供給する。
【０００７】
加算部５３は、供給端子５２から供給される参照パルスをＣＤＳ５１からの撮像信号に挿入してビデオアンプ５５に供給する。
【０００８】
ビデオアンプ５５は、加算部５３からの撮像信号を増幅して出力端子５４に出力すると共に、撮像信号中の参照パルスのレベルを検出して、この検出出力に応じてゲインを調整することにより、出力する撮像信号の出力レベルを一定に保持するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この読出回路では、ＣＤＳ５１の出力に参照パルスを挿入しているため、ビデオアンプ５４の温度特性は補償できるが、ＣＣＤ５１及びＣＤＳ５２の温度補償を行なうことはできない問題があった。
【００１０】
そこでこの問題を解決するために、ＣＣＤ５０後段に加算部を設け、ＣＣＤ５０の出力に参照パルスを挿入することが考えられるが、この場合は、ＣＣＤ５０からの読出信号が劣化しないように、周波数特性の良い加算部を必要とし、回路構成上の制約あるいはコスト面での制約があり、実現が難しい問題があった。
【００１１】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、温度によらず安定した出力が得られる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像装置は、リセット信号及びリセット電圧を発生する発生手段と、前記発生手段からの前記リセット信号に基づいて、前記発生手段からの前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生手段と、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号発生手段からの前記参照信号を挿入して読出信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子から出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整手段と、前記調整手段により出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する前記参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整手段に供給する供給手段とを備え、前記撮像素子は、被写体からの光に応じた電荷を読み出す読出制御手段と、該読出制御手段からの電荷を保持すると共に、保持した電荷を前記読出信号として出力する保持手段と、前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧をスイッチングして前記保持手段に供給することにより、前記保持手段をリセットするゲート手段と備え、前記参照信号発生手段は、前記リセット電圧を可変すると共に、前記リセット信号を制御して前記ゲート手段のスイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、前記調整手段は、前記供給手段により供給された前記制御信号に基づいて、前記調整手段のゲインを調整することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る撮像装置は、前記調整手段からの前記撮像信号を増幅する増幅手段を更に備え、前記供給手段は、前記増幅手段により増幅された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る撮像装置は、前記撮像素子からの前記読出信号に相関二重サンプリングを行ない、前記撮像素子からの前記読出信号に重畳されている直流成分を除去して出力する除去手段を更に備え、前記調整手段は、前記除去手段により出力された前記読出信号のレベルを調整することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る撮像装置は、リセット信号及びリセット電圧を発生する発生手段と、前記発生手段からの前記リセット信号に基づいて、前記発生手段からの前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生手段と、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号発生手段からの前記参照信号を挿入して読出信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子から出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整手段と、前記調整手段により出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整手段に供給する供給手段とを備え、前記撮像素子は、被写体からの光に応じた電荷を読み出す読出制御手段と、該読出制御手段からの電荷を保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力する保持手段と、ゲート電圧に基づいて、リセット電圧をスイッチングして前記保持手段に供給することにより、前記保持手段をリセットするゲート手段と備え、前記参照信号発生手段は、ゲート電圧を可変すると共に、前記ゲート手段のスイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、前記調整手段は、前記供給手段により供給された前記制御信号に基づいて、前記調整手段のゲインを調整することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る撮像装置は、前記調整手段からの前記撮像信号を増幅する増幅手段を更に備え、前記供給手段は、前記増幅手段により増幅された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出することを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明に係る撮像装置は、前記撮像素子からの前記読出信号に相関二重サンプリングを行ない、前記撮像素子からの前記読出信号に重畳されている直流成分を除去して出力する除去手段を更に備え、前記調整手段は、前記除去手段により出力された前記読出信号のレベルを調整することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る撮像方法は、リセット信号及びリセット電圧を発生する発生ステップと、前記発生ステップにより発生した前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生ステップと、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号発生ステップにより発生した前記参照信号を挿入して読出信号を出力する出力ステップと、前記出力ステップにより出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整ステップと、前記調整ステップにより出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する前記参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整ステップの調整処理に供給する供給ステップとを備え、前記出力ステップでは、被写体からの光に応じた電荷を読み出して保持すると共に、保持した電荷を前記読出信号として出力し、前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧をスイッチングすることにより、前記保持した電荷をリセットし、前記参照信号発生ステップでは、前記リセット電圧を可変すると共に、前記リセット信号を制御して前記のスイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、前記調整ステップでは、前記供給ステップにより供給された前記制御信号に基づいて、前記調整ステップでのゲインを調整することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る撮像方法は、リセット信号及びリセット電圧を発生する発生ステップと、前記発生ステップにより発生した前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生ステップと、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号を挿入して読出信号を出力する出力ステップと、前記出力ステップにより出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整ステップと、前記調整ステップにより出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整ステップの調整処理に供給する供給ステップとを備え、前記出力ステップでは、被写体からの光に応じた電荷を読み出して保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力し、ゲート電圧に基づいて、リセット電圧をスイッチングすることより、前記保持した電荷をリセットし、前記参照信号発生ステップでは、前記ゲート電圧を可変すると共に、前記スイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、前記調整ステップでは、前記供給ステップにより供給された前記制御信号に基づいて、前記調整ステップでのゲインを調整することを特徴とする。
【００２０】
【作用】
本発明に係る撮像装置では、撮像素子は被写体からの光に応じた電荷を読み出し、参照信号発生手段からの参照信号を挿入して読出信号を出力し、処理手段は撮像素子からの読出信号に所定の処理を行なって撮像信号を出力する。
【００２１】
検出手段は処理手段の参照信号に対応する出力のレベルの変化を検出し、調整手段は検出手段の検出出力に基づいて処理手段の出力のレベルを調整する。
【００２２】
ここで、温度が変化して参照信号に対応する処理手段の出力のレベルが変化すると、検出手段は、処理手段の出力のレベルの変化を検出し、調整手段は検出手段の検出出力に基づいて処理手段の出力のレベルを調整する。これにより、温度が変化しても、処理手段の出力のレベルが一定となる。
【００２３】
また、本発明に係る撮像装置では、参照信号発生手段は、リセット電圧を可変すると共に、ゲート電圧を制御して固体撮像素子のゲート手段のスイッチングのタイミングを制御することにより、参照信号を発生して読出信号に挿入する。
【００２４】
また、本発明に係る撮像装置では、参照信号発生手段は、ゲート電圧を可変すると共に、固体撮像素子のゲート手段のスイッチングのタイミングを制御することにより、参照信号を発生して読出信号に挿入する。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明に係る撮像装置の好適な実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
この実施例は、撮像素子として電荷結合素子を用いた撮像装置に本発明を適用したものである。
【００２７】
この撮像装置は、例えば図１に示すように、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、参照信号（以下、参照パルスという）を挿入して読出信号を出力する電荷結合素子（以下、ＣＣＤという）１と、ＣＣＤ１からの読出信号に重畳されている直流成分等のノイズを除去する相関二重サンプリング回路２（以下、ＣＤＳという）と、ＣＤＳ２からの読出信号のレベルを調整するゲインコントロールアンプ３と、ゲインコントロールアンプ３からの読出信号を増幅して撮像信号を出力端子４から出力するビデオアンプ５と、を備えている。
【００２８】
また、この撮像装置は、上述の図１に示すように、上記ビデオアンプ５からの撮像信号から参照パルスに対応する出力（以下、参照電圧という）を抽出する検波部６と、検波部６からの参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めてフィードバック信号としてゲインコントロールアンプ３に供給する誤差増幅部７とを備えている。
【００２９】
また、この撮像装置は、上述の図１に示すように、リセット信号を発生してＣＣＤ１に供給するＲＧパルス発生部８と、リセット電圧を発生してＣＣＤ１に供給するＲＤパルス発生部９とを備え、上記ＣＣＤ１は、ＲＧパルス発生部８からのリセット信号に基づいてＲＤパルス発生部９からのリセット電圧をスイッチングして参照パルスを発生して読出信号に挿入するようになっている。
【００３０】
そして、ＣＣＤ１は、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、上述のように参照パルスを挿入して読出信号を形成し、形成した読出信号をＣＤＳ２に供給する。ＣＤＳ２は、ＣＣＤ１からの読出信号にいわゆる相関二重サンプリングを行なって読出信号に重畳されている直流成分等のノイズを除去してゲインコントロールアンプ３に供給する。
【００３１】
ゲインコントロールアンプ３は、誤差増幅部７からのフィードバック信号に基づいてＣＤＳ２からの読出信号のレベルを調整してビデオアンプ５に供給する。ビデオアンプ５は、ゲインコントロールアンプ３から供給された読出信号を増幅して撮像信号を出力端子４と検波部６に供給する。
【００３２】
検波部６は、ビデオアンプ５から供給される撮像信号から参照電圧を抽出して誤差増幅部７に供給する。誤差増幅部７は、検波部６からの参照電圧を外部から供給される基準電圧と比較し、誤差を求めてフィードバック信号としてゲインコントロールアンプ３に供給するようになっている。
【００３３】
具体的には、上記ＣＣＤ１の読出信号を出力する出力部は、例えば図２に示すように、上記ＲＧパルス発生部８からのリセット信号（リセットゲートパルス）ＲＧが供給されるリセット端子１０と、上記ＲＤパルス発生部９からのリセット電圧ＲＤが供給される端子１１と、リセット端子１０からのリセットゲートパルスＲＧにより、リセット電圧ＲＤのスイッチングを行なうリセットゲート１２と、ＣＣＤ１の転送レジスタ（図示せず）からの電荷が供給される読出端子１３と、該読出端子１３からの電荷を保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力する増幅部１４と、増幅部１４からの読出信号を増幅して出力する出力アンプ１５等を備える。
【００３４】
上記増幅部１４は、一端が電気的に浮遊状態となっている容量からなるいわゆる浮遊拡散アンプ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）からなり、読出端子１３から供給される電荷を保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力アンプ１５に供給するようになっている。また、増幅部１４は、リセットゲート１２を介して供給されるリセット電圧ＲＤにより保持した電荷をリセットするようになっている。
【００３５】
上記リセット端子１０に供給されるリセットゲートパルスＲＧの周期は、例えば図３（ａ）に示すように、ＣＣＤ１の１画素の電荷の読出時間となっている。リセットゲートパルスＲＧがハイレベルとなると、増幅部１４が端子１１に供給されるリセット電圧ＲＤの電位となる。すなわち、１画素の電荷の読出毎に増幅部１４がリセットされるようになっている。
【００３６】
また、このＣＣＤ１では、上述したようにＲＧパルス発生部８からのリセットゲートパルスＲＧ及びＲＤパルス発生部９からのリセット電圧ＲＤにより参照パルスの生成を行なうようになっている。
【００３７】
具体的には、ＲＧパルス発生部８は、参照パルスを生成するときに、例えば図３（ａ）に示すように、２画素の読出時間の間リセットゲートパルスＲＧをＶＲ とする。この２画素の読出時間の間、ＲＤパルス発生部９は、例えば図３（ｂ）に示すように、リセット電圧ＲＤの電位を通常の電圧よりΔＶ低い値としてリセットゲート１２に供給する。このとき、増幅部１４に供給される電圧は、図３（ｃ）に示すように、通常のリセット電圧ＲＤよりΔＶ低い値となり、参照パルスＲ１ が生成される。
【００３８】
そして、ＣＣＤ１は上述のように参照パルスを挿入した読出信号を、ＣＤＳ２に供給する。ＣＤＳ２は、図３（ｄ）、図３（ｅ）に示す、クリップパルスＳＨＰ及びサンプルホールドパルスＳＨＤに基づいて、ＣＣＤ１からの読出信号を相関二重サンプリングして撮像信号として出力する。この撮像信号は、図３（ｆ）に示すように、参照パルスＲ１ に対応するサンプルホールド電圧Ｒ２を有する。サンプルホールド電圧Ｒ２ は、上述のリセット電圧ＲＤの値から参照パルスＲ１ を引いた値であるΔＶとなる。
【００３９】
ここで、この撮像装置の動作を説明する。
このとき、ＣＣＤ１には、被写体からの光が供給されており、この光を電荷に変換し、この電荷を外部から供給される読出パルス等に応じて読み出し、上述のように参照パルスを挿入して読出信号を形成し、形成した読出信号をＣＤＳ２に供給する。
【００４０】
ＣＤＳ２は、上述のようにＣＣＤ１からの読出信号にいわゆる相関二重サンプリングを行なって読出信号に重畳されているリセットノイズ等を除去してゲインコントロールアンプ３に供給する。ゲインコントロールアンプ３は、上述のように誤差増幅部７からのフィードバック信号に基づいてＣＤＳ２からの読出信号のレベルを調整してビデオアンプ５に供給する。ビデオアンプ５は、ゲインコントロールアンプ３から供給された読出信号を増幅して撮像信号を出力端子４と検波部６に供給する。
【００４１】
検波部６は、ビデオアンプ５から供給される撮像信号から参照電圧、すなわち上述のＣＤＳ２からのサンプルホールド電圧Ｒ２に対応するビデオアンプ５の出力電圧を抽出して誤差増幅部７に供給する。誤差増幅部７は、検波部６からの参照電圧を基準電圧と比較し、誤差を求めてフィードバック信号としてゲインコントロールアンプ３に供給する。
【００４２】
温度が変化すると、例えばＣＣＤ１の出力アンプ１５，ＣＤＳ２，ビデオアンプ５等のゲインが変化する。このとき、ＣＣＤ１のリセットゲート１２に供給されるリセット電圧ＲＤは一定であるが、検波部６で検出される参照電圧のレベルが変化する。例えば温度が上昇すると参照電圧のレベルが上昇し、温度が低下すると参照電圧のレベルが低下する。
【００４３】
参照電圧が上昇すると誤差増幅部７で求められる誤差が大きくなり、誤差増幅部７は、誤差を小さくするようにフィードバック信号を形成してゲインコントロールアンプ３に供給し、ゲインコントロールアンプ３のゲインを調整する。具体的には、参照電圧のレベルが上昇したときは、ゲインコントロールアンプ３のゲインを低下させ、参照電圧のレベルが低下したときは、ゲインコントロールアンプ３のゲインを増加させる。
【００４４】
上述のようにゲインコントロールアンプ３のゲインが変化すると、誤差増幅部７で求められる誤差が小さくなり、誤差増幅部７はゲインコントロールアンプ３のゲインの調整を抑制するようにフィードバック信号を形成してゲインコントロールアンプ３に供給し、ゲインコントロールアンプ３のゲインの調整が抑制される。
【００４５】
かくして、この撮像装置では、上述のようにゲインコントロールアンプ３のゲインを制御することにより、出力する撮像信号のレベルを一定としている。
【００４６】
この結果、この撮像装置は、温度が変化しても出力する撮像信号のレベルを一定とすることができ、従来の撮像装置に比して正確な温度補償を行なうことができる。また、この撮像装置では、ＣＣＤの出力部に必要とする出力アンプのリセットゲートにより、参照パルスを発生して読出信号に挿入することにより、従来のＣＤＳの後段で参照パルスを挿入するようにした撮像装置に比して正確な温度補償を行なうことができると共に、他に参照パルスを発生する参照パルス発生部あるいは、読出信号に参照パルスを挿入する参照パルス挿入部を設ける必要がなく装置のコストを削減することができる。
【００４７】
また、本発明を適用した他の撮像装置は、例えば図４に示すように、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、参照パルスを挿入して読出信号を出力するＣＣＤ２０と、ＣＣＤ２０からの読出信号のノイズを除去するＣＤＳ２１と、ＣＤＳ２１からの読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力端子２２を介して出力するゲインコントロールアンプ２３と、ゲインコントロールアンプ２３からの撮像信号から参照パルスに対応する出力（以下、参照電圧という）を抽出すると共に、参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づくフィードバック信号をゲインコントロールアンプ２３に供給する検波部２４と、ＣＣＤ２０にリセット信号（以下、リセットゲートパルスという）を供給するリセットゲートパルス発生部（以下、ＲＧパルス発生部という）２５と、ＣＣＤ２０にリセット電圧を供給するＲＤパルス発生部２６とを備えている。
【００４８】
また、上記ＣＣＤ２０は、ＲＧパルス発生部２５からのリセットゲートパルスに基づいてＲＤパルス発生部２６からのリセット電圧をスイッチングすることにより参照パルスを発生して読出信号に挿入して出力するようになっている。
【００４９】
上記ＣＣＤ２０の読出信号を出力する出力部は、例えば図５に示すように、ＲＧパルス発生部２５からのリセットゲートパルスＲＧが供給されるリセット端子３０と、ＲＤパルス発生部２６からのリセット電圧ＲＤが供給される端子３１と、リセット端子３０からのリセットゲートパルスＲＧにより、リセット電圧ＲＤのスイッチングを行なうリセットゲート３２と、ＣＣＤ２０の転送レジスタ（図示せず）からの電荷が供給される読出端子１３と、該読出端子１３からの電荷を保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力する増幅部１４と、増幅部１４からの読出信号を増幅して出力する出力アンプ１５等を備える。
【００５０】
上述の図２に示すＣＣＤ１の出力部では、リセットゲート１２を通常のＦＥＴにより構成していたが、このＣＣＤ２０の出力部ではリセットゲート３２をいわゆるＭＯＳ−ＦＥＴにより構成している。また、上述の図２に示すＣＣＤ１の出力部では、増幅部１４に供給される電圧は、リセットゲート１２によりスイッチングされたリセット電圧ＲＤとなっていたが、このＣＣＤ２０の出力部では、リセットゲート３２に供給されるリセットゲートパルスＲＧとゲート・ソース間電圧ＶＧＳの差の電圧ＲＧ−ＶＧＳとなっている。
【００５１】
また、上記ＲＧパルス発生部２５は、例えば図６に示すように、外部から供給される切換パルスに応じて、接地電圧Ｖ０ と参照パルス電圧ＶＲ −Ｖ１ とを切り換えるスイッチ４０と、リセットゲート信号に応じてスイッチ４０の出力と、リセット電圧ＶＲ とを切り換えるスイッチ４１と、該スイッチ４１の出力を上述のリセット端子３０に供給するバッファ４２とを備える。
【００５２】
スイッチ４０は、外部から供給される切換パルスに応じて、接地電圧Ｖ０ と参照パルス電圧ＶＲ −Ｖ１ とを切り換えてスイッチ４１に供給し、スイッチ４１は、リセットゲート信号に応じてスイッチ４０の出力と、リセット電圧ＶＲ とを切り換えてバッファ４２に供給し、バッファ４２は、スイッチ４１の出力を上述のリセット端子３０に供給する。
【００５３】
これにより、ＲＧパルス発生部２５は、例えば図７（ａ）に示すように、一定の周期を有するリセット電圧ＶＲ とリセット電圧ＶＲ よりＶ１ 低いレベルの参照パルスＲ３ からなるリセットゲートパルスＲＧを発生してリセット端子３０に供給する。一方、ＲＤパルス発生部２６は、例えば図７（ｂ）に示すように、一定の電圧をリセットゲート３２に供給する。
【００５４】
また、リセットゲート３２から増幅部３４に参照パルスＲ４ として供給される電圧は、図７（ｃ）に示すように、通常のリセット時のリセットゲート３２の出力ＶＲ −ＶＧＳよりＶ１ 低い値となる。
【００５５】
ＣＣＤ２０は上述のように参照パルスを挿入した読出信号を、ＣＤＳ２１に供給する。ＣＤＳ２１は、図７（ｄ）、図７（ｅ）に示す、クリップパルスＳＨＰ及びサンプルホールドパルスＳＨＤに基づいて、ＣＣＤ２０からの読出信号を相関二重サンプリングして撮像信号として出力する。この撮像信号は、図７（ｆ）に示すように、参照パルスＲ４ に対応するサンプルホールド電圧Ｒ５ を有する。サンプルホールド電圧Ｒ５ は、通常のリセット時のリセットゲート３２の出力ＶＲ −ＶＧＳから参照パルスＲ４ （＝ＶＲ −ＶＧＳ−Ｖ１ ）を引いた値であるＶ１ となる。
【００５６】
ここで、この撮像装置の動作を説明する。
ＣＣＤ２０には、被写体からの光が供給されており、ＣＣＤ２０は、被写体からの光を電荷に変換し、この電荷を外部から供給される読出パルス等に応じて読み出し、参照パルスを挿入して読出信号を形成し、形成した読出信号をＣＤＳ２１に供給する。
【００５７】
ＣＤＳ２１は、ＣＣＤ２０からの読出信号にいわゆる相関二重サンプリングを行なって読出信号に重畳されているリセットノイズ等を除去してゲインコントロールアンプ２３に供給する。ゲインコントロールアンプ２３は、検波部２４からのフィードバック信号に基づいてＣＤＳ２１からの読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力端子２２と、検波部２４に供給する。
【００５８】
検波部２４は、ゲインコントロールアンプ２３からの撮像信号から参照電圧、すなわち上述の参照パルスの電圧Ｒ３に対応するゲインコントロールアンプ２３の出力電圧を抽出して基準電圧と比較し、誤差を求めてフィードバック信号としてゲインコントロールアンプ２３に供給する。
【００５９】
温度が変化すると、例えばＣＣＤ２０の出力アンプ３５，ＣＤＳ２１，ビデオアンプ３５等のゲインが変化する。このとき、ＣＣＤ２０のリセットゲート３２に供給されるリセットゲートパルスＲＧの電圧は変化せず参照パルスＲ３のレベルは一定であるが、検波部２４で検出される参照電圧のレベルが変化する。例えば温度が上昇すると参照電圧のレベルが上昇し、温度が低下すると参照電圧のレベルが低下する。
【００６０】
参照電圧が上昇すると検波部２４で求められる誤差が大きくなり、検波部２４は、誤差を小さくするようにフィードバック信号を形成してゲインコントロールアンプ２３に供給し、ゲインコントロールアンプ２３のゲインを調整する。具体的には、参照電圧のレベルが上昇したときは、ゲインコントロールアンプ２３のゲインを低下させ、参照電圧のレベルが低下したときは、ゲインコントロールアンプ２３のゲインを増加させる。
【００６１】
上述のようにゲインコントロールアンプ２３のゲインが変化すると、検波部２４で求められる誤差が小さくなり、検波部２４はゲインコントロールアンプ２３のゲインの調整を抑制するようにフィードバック信号を形成してゲインコントロールアンプ２３に供給し、ゲインコントロールアンプ２３のゲインの調整が抑制される。
【００６２】
かくして、この撮像装置では、上述のようにゲインコントロールアンプ２３のゲインを制御することにより、出力する撮像信号のレベルを一定としている。
【００６３】
この結果、この撮像装置は、温度が変化しても出力する撮像信号のレベルを一定とすることができ、従来の撮像装置に比して正確な温度補償を行なうことができる。また、この撮像装置では、ＣＣＤの出力部に必要とする出力アンプのリセットゲートにより、参照パルスを発生して読出信号に挿入することにより、従来に比して正確な温度補償を行なうことができると共に、他に参照パルスを発生する参照パルス発生部あるいは、読出信号に参照パルスを挿入する参照パルス挿入部を設ける必要がなく装置のコストを削減することができる。
【００６４】
なお、本発明の技術的思想は、上述の実施例に限定されるものではなく、例えば上述の実施例では、ＣＣＤの出力部のリセットゲートにより参照パルスを発生する構成として説明したが、参照パルスの発生は、例えばＣＣＤの外部に参照パルスを発生する参照パルス発生部を有する構成とするなど、適宜変更することができることは当然である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係る撮像装置は、撮像素子が被写体からの光に応じた電荷を読み出し、参照信号発生手段からの参照信号を挿入して読出信号を出力し、処理手段が撮像素子からの読出信号に所定の処理を行なって撮像信号を出力し、検出手段が処理手段の参照信号に対応する出力のレベルの変化を検出し、調整手段が検出手段の検出出力に基づいて処理手段の出力のレベルを調整することにより、温度によらず出力する撮像信号のレベルを一定とすることができ、従来に比して正確に撮像信号のレベルを補償することができる。
【００６６】
また、本発明に係る撮像装置は、参照信号発生手段がリセット電圧を可変すると共に、ゲート電圧を制御して固体撮像素子のゲート手段のスイッチングのタイミングを制御して参照信号を発生して読出信号に挿入することにより、従来に比して正確な温度補償を行なうことができると共に、部品点数を減少させてコストを削減することができる。
【００６７】
また、本発明に係る撮像装置は、参照信号発生手段がゲート電圧を可変すると共に、固体撮像素子のゲート手段のスイッチングのタイミングを制御して参照信号を発生して読出信号に挿入することにより、従来に比して正確な温度補償を行なうことができると共に、部品点数を減少させてコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記撮像装置を構成する電荷結合素子の出力部の具体的な構成を示す回路図である。
【図３】上記撮像装置の動作波形を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明を適用した他の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図５】上記撮像装置を構成する電荷結合素子の出力部の具体的な構成を示す回路図である。
【図６】上記撮像装置を構成するＲＧパルス発生回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図７】上記撮像装置の動作波形を示すタイミングチャートである。
【図８】従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，２０ ＣＣＤ
２，２１ ＣＤＳ
３，２３ ゲインコントロールアンプ
４，２２ 出力端子
５ ビデオアンプ
６，２４ 検波部
７ 誤差増幅部
８ ＲＧパルス発生部
９ ＲＤパルス発生部
１０，３０ リセット端子
１１，３１ 端子
１２，３２ リセットゲート
１３，３３ 読出端子
１４，３４ 増幅部
１５，３５ 出力アンプ
２５ ＲＧパルス発生部
２６ ＲＤパルス発生部
４０、４１ スイッチ
４２ バッファ
【産業上の利用分野】
本発明は、被写体からの光を撮像して撮像信号を出力する撮像装置に関し、特に、被写体からの光を電荷に変換して出力する電荷結合素子を備え、温度補償を行なうことにより、出力する撮像信号のレベルを一定に保持する撮像装置及び撮像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被写体からの撮像光を電荷に変換して撮像信号を出力する撮像装置には、撮像素子として電荷結合素子（以下、ＣＣＤという）が使用されている。このＣＣＤは、近年の半導体製造技術の飛躍的な向上等により、画素数を増加させたＣＣＤの製造が可能となっている。例えば、高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）装置用のテレビカメラ装置等に使用されるＣＣＤでは、２００万程度の画素を有する。
【０００３】
このようなＣＣＤの画素数の増加に伴なう画素の面積の減少により、画素あたりの蓄積電荷量が減少し、取り出される撮像信号の強度が小さくなり、温度変化による撮像信号の強度の影響が無視できないものとなっている。
【０００４】
このため、温度変化に基づくＣＣＤからの撮像信号の強度の変化を補償するようにしたＣＣＤの読出回路が用いられている。この読出回路は、例えばＣＣＤからの撮像信号に参照パルスを挿入し、このパルスのレベルの変化に応じて、全体のゲインを調整して温度補償を行なうようになっている。
【０００５】
この読出回路は、具体的には、例えば図５に示すように、ＣＣＤ５０から読み出された撮像信号に含まれているリセット雑音等による直流電圧を除去する相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳという）５１と、供給端子５２から供給される参照パルスをＣＤＳ５１からの撮像信号に挿入する加算部５３と、該加算部５３からの撮像信号を増幅して出力端子５４に出力するビデオアンプ５５とを備えている。
【０００６】
そして、ＣＤＳ５１は、ＣＣＤ５０から読み出された撮像信号いわゆる相関二重サンプリングを行なって、ＣＣＤ５０からの撮像信号に含まれているリセット雑音等による直流電圧を除去して加算部５３に供給する。
【０００７】
加算部５３は、供給端子５２から供給される参照パルスをＣＤＳ５１からの撮像信号に挿入してビデオアンプ５５に供給する。
【０００８】
ビデオアンプ５５は、加算部５３からの撮像信号を増幅して出力端子５４に出力すると共に、撮像信号中の参照パルスのレベルを検出して、この検出出力に応じてゲインを調整することにより、出力する撮像信号の出力レベルを一定に保持するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この読出回路では、ＣＤＳ５１の出力に参照パルスを挿入しているため、ビデオアンプ５４の温度特性は補償できるが、ＣＣＤ５１及びＣＤＳ５２の温度補償を行なうことはできない問題があった。
【００１０】
そこでこの問題を解決するために、ＣＣＤ５０後段に加算部を設け、ＣＣＤ５０の出力に参照パルスを挿入することが考えられるが、この場合は、ＣＣＤ５０からの読出信号が劣化しないように、周波数特性の良い加算部を必要とし、回路構成上の制約あるいはコスト面での制約があり、実現が難しい問題があった。
【００１１】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、温度によらず安定した出力が得られる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像装置は、リセット信号及びリセット電圧を発生する発生手段と、前記発生手段からの前記リセット信号に基づいて、前記発生手段からの前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生手段と、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号発生手段からの前記参照信号を挿入して読出信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子から出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整手段と、前記調整手段により出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する前記参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整手段に供給する供給手段とを備え、前記撮像素子は、被写体からの光に応じた電荷を読み出す読出制御手段と、該読出制御手段からの電荷を保持すると共に、保持した電荷を前記読出信号として出力する保持手段と、前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧をスイッチングして前記保持手段に供給することにより、前記保持手段をリセットするゲート手段と備え、前記参照信号発生手段は、前記リセット電圧を可変すると共に、前記リセット信号を制御して前記ゲート手段のスイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、前記調整手段は、前記供給手段により供給された前記制御信号に基づいて、前記調整手段のゲインを調整することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る撮像装置は、前記調整手段からの前記撮像信号を増幅する増幅手段を更に備え、前記供給手段は、前記増幅手段により増幅された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る撮像装置は、前記撮像素子からの前記読出信号に相関二重サンプリングを行ない、前記撮像素子からの前記読出信号に重畳されている直流成分を除去して出力する除去手段を更に備え、前記調整手段は、前記除去手段により出力された前記読出信号のレベルを調整することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る撮像装置は、リセット信号及びリセット電圧を発生する発生手段と、前記発生手段からの前記リセット信号に基づいて、前記発生手段からの前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生手段と、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号発生手段からの前記参照信号を挿入して読出信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子から出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整手段と、前記調整手段により出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整手段に供給する供給手段とを備え、前記撮像素子は、被写体からの光に応じた電荷を読み出す読出制御手段と、該読出制御手段からの電荷を保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力する保持手段と、ゲート電圧に基づいて、リセット電圧をスイッチングして前記保持手段に供給することにより、前記保持手段をリセットするゲート手段と備え、前記参照信号発生手段は、ゲート電圧を可変すると共に、前記ゲート手段のスイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、前記調整手段は、前記供給手段により供給された前記制御信号に基づいて、前記調整手段のゲインを調整することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る撮像装置は、前記調整手段からの前記撮像信号を増幅する増幅手段を更に備え、前記供給手段は、前記増幅手段により増幅された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出することを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明に係る撮像装置は、前記撮像素子からの前記読出信号に相関二重サンプリングを行ない、前記撮像素子からの前記読出信号に重畳されている直流成分を除去して出力する除去手段を更に備え、前記調整手段は、前記除去手段により出力された前記読出信号のレベルを調整することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る撮像方法は、リセット信号及びリセット電圧を発生する発生ステップと、前記発生ステップにより発生した前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生ステップと、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号発生ステップにより発生した前記参照信号を挿入して読出信号を出力する出力ステップと、前記出力ステップにより出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整ステップと、前記調整ステップにより出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する前記参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整ステップの調整処理に供給する供給ステップとを備え、前記出力ステップでは、被写体からの光に応じた電荷を読み出して保持すると共に、保持した電荷を前記読出信号として出力し、前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧をスイッチングすることにより、前記保持した電荷をリセットし、前記参照信号発生ステップでは、前記リセット電圧を可変すると共に、前記リセット信号を制御して前記のスイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、前記調整ステップでは、前記供給ステップにより供給された前記制御信号に基づいて、前記調整ステップでのゲインを調整することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る撮像方法は、リセット信号及びリセット電圧を発生する発生ステップと、前記発生ステップにより発生した前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生ステップと、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号を挿入して読出信号を出力する出力ステップと、前記出力ステップにより出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整ステップと、前記調整ステップにより出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整ステップの調整処理に供給する供給ステップとを備え、前記出力ステップでは、被写体からの光に応じた電荷を読み出して保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力し、ゲート電圧に基づいて、リセット電圧をスイッチングすることより、前記保持した電荷をリセットし、前記参照信号発生ステップでは、前記ゲート電圧を可変すると共に、前記スイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、前記調整ステップでは、前記供給ステップにより供給された前記制御信号に基づいて、前記調整ステップでのゲインを調整することを特徴とする。
【００２０】
【作用】
本発明に係る撮像装置では、撮像素子は被写体からの光に応じた電荷を読み出し、参照信号発生手段からの参照信号を挿入して読出信号を出力し、処理手段は撮像素子からの読出信号に所定の処理を行なって撮像信号を出力する。
【００２１】
検出手段は処理手段の参照信号に対応する出力のレベルの変化を検出し、調整手段は検出手段の検出出力に基づいて処理手段の出力のレベルを調整する。
【００２２】
ここで、温度が変化して参照信号に対応する処理手段の出力のレベルが変化すると、検出手段は、処理手段の出力のレベルの変化を検出し、調整手段は検出手段の検出出力に基づいて処理手段の出力のレベルを調整する。これにより、温度が変化しても、処理手段の出力のレベルが一定となる。
【００２３】
また、本発明に係る撮像装置では、参照信号発生手段は、リセット電圧を可変すると共に、ゲート電圧を制御して固体撮像素子のゲート手段のスイッチングのタイミングを制御することにより、参照信号を発生して読出信号に挿入する。
【００２４】
また、本発明に係る撮像装置では、参照信号発生手段は、ゲート電圧を可変すると共に、固体撮像素子のゲート手段のスイッチングのタイミングを制御することにより、参照信号を発生して読出信号に挿入する。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明に係る撮像装置の好適な実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
この実施例は、撮像素子として電荷結合素子を用いた撮像装置に本発明を適用したものである。
【００２７】
この撮像装置は、例えば図１に示すように、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、参照信号（以下、参照パルスという）を挿入して読出信号を出力する電荷結合素子（以下、ＣＣＤという）１と、ＣＣＤ１からの読出信号に重畳されている直流成分等のノイズを除去する相関二重サンプリング回路２（以下、ＣＤＳという）と、ＣＤＳ２からの読出信号のレベルを調整するゲインコントロールアンプ３と、ゲインコントロールアンプ３からの読出信号を増幅して撮像信号を出力端子４から出力するビデオアンプ５と、を備えている。
【００２８】
また、この撮像装置は、上述の図１に示すように、上記ビデオアンプ５からの撮像信号から参照パルスに対応する出力（以下、参照電圧という）を抽出する検波部６と、検波部６からの参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めてフィードバック信号としてゲインコントロールアンプ３に供給する誤差増幅部７とを備えている。
【００２９】
また、この撮像装置は、上述の図１に示すように、リセット信号を発生してＣＣＤ１に供給するＲＧパルス発生部８と、リセット電圧を発生してＣＣＤ１に供給するＲＤパルス発生部９とを備え、上記ＣＣＤ１は、ＲＧパルス発生部８からのリセット信号に基づいてＲＤパルス発生部９からのリセット電圧をスイッチングして参照パルスを発生して読出信号に挿入するようになっている。
【００３０】
そして、ＣＣＤ１は、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、上述のように参照パルスを挿入して読出信号を形成し、形成した読出信号をＣＤＳ２に供給する。ＣＤＳ２は、ＣＣＤ１からの読出信号にいわゆる相関二重サンプリングを行なって読出信号に重畳されている直流成分等のノイズを除去してゲインコントロールアンプ３に供給する。
【００３１】
ゲインコントロールアンプ３は、誤差増幅部７からのフィードバック信号に基づいてＣＤＳ２からの読出信号のレベルを調整してビデオアンプ５に供給する。ビデオアンプ５は、ゲインコントロールアンプ３から供給された読出信号を増幅して撮像信号を出力端子４と検波部６に供給する。
【００３２】
検波部６は、ビデオアンプ５から供給される撮像信号から参照電圧を抽出して誤差増幅部７に供給する。誤差増幅部７は、検波部６からの参照電圧を外部から供給される基準電圧と比較し、誤差を求めてフィードバック信号としてゲインコントロールアンプ３に供給するようになっている。
【００３３】
具体的には、上記ＣＣＤ１の読出信号を出力する出力部は、例えば図２に示すように、上記ＲＧパルス発生部８からのリセット信号（リセットゲートパルス）ＲＧが供給されるリセット端子１０と、上記ＲＤパルス発生部９からのリセット電圧ＲＤが供給される端子１１と、リセット端子１０からのリセットゲートパルスＲＧにより、リセット電圧ＲＤのスイッチングを行なうリセットゲート１２と、ＣＣＤ１の転送レジスタ（図示せず）からの電荷が供給される読出端子１３と、該読出端子１３からの電荷を保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力する増幅部１４と、増幅部１４からの読出信号を増幅して出力する出力アンプ１５等を備える。
【００３４】
上記増幅部１４は、一端が電気的に浮遊状態となっている容量からなるいわゆる浮遊拡散アンプ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）からなり、読出端子１３から供給される電荷を保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力アンプ１５に供給するようになっている。また、増幅部１４は、リセットゲート１２を介して供給されるリセット電圧ＲＤにより保持した電荷をリセットするようになっている。
【００３５】
上記リセット端子１０に供給されるリセットゲートパルスＲＧの周期は、例えば図３（ａ）に示すように、ＣＣＤ１の１画素の電荷の読出時間となっている。リセットゲートパルスＲＧがハイレベルとなると、増幅部１４が端子１１に供給されるリセット電圧ＲＤの電位となる。すなわち、１画素の電荷の読出毎に増幅部１４がリセットされるようになっている。
【００３６】
また、このＣＣＤ１では、上述したようにＲＧパルス発生部８からのリセットゲートパルスＲＧ及びＲＤパルス発生部９からのリセット電圧ＲＤにより参照パルスの生成を行なうようになっている。
【００３７】
具体的には、ＲＧパルス発生部８は、参照パルスを生成するときに、例えば図３（ａ）に示すように、２画素の読出時間の間リセットゲートパルスＲＧをＶＲ とする。この２画素の読出時間の間、ＲＤパルス発生部９は、例えば図３（ｂ）に示すように、リセット電圧ＲＤの電位を通常の電圧よりΔＶ低い値としてリセットゲート１２に供給する。このとき、増幅部１４に供給される電圧は、図３（ｃ）に示すように、通常のリセット電圧ＲＤよりΔＶ低い値となり、参照パルスＲ１ が生成される。
【００３８】
そして、ＣＣＤ１は上述のように参照パルスを挿入した読出信号を、ＣＤＳ２に供給する。ＣＤＳ２は、図３（ｄ）、図３（ｅ）に示す、クリップパルスＳＨＰ及びサンプルホールドパルスＳＨＤに基づいて、ＣＣＤ１からの読出信号を相関二重サンプリングして撮像信号として出力する。この撮像信号は、図３（ｆ）に示すように、参照パルスＲ１ に対応するサンプルホールド電圧Ｒ２を有する。サンプルホールド電圧Ｒ２ は、上述のリセット電圧ＲＤの値から参照パルスＲ１ を引いた値であるΔＶとなる。
【００３９】
ここで、この撮像装置の動作を説明する。
このとき、ＣＣＤ１には、被写体からの光が供給されており、この光を電荷に変換し、この電荷を外部から供給される読出パルス等に応じて読み出し、上述のように参照パルスを挿入して読出信号を形成し、形成した読出信号をＣＤＳ２に供給する。
【００４０】
ＣＤＳ２は、上述のようにＣＣＤ１からの読出信号にいわゆる相関二重サンプリングを行なって読出信号に重畳されているリセットノイズ等を除去してゲインコントロールアンプ３に供給する。ゲインコントロールアンプ３は、上述のように誤差増幅部７からのフィードバック信号に基づいてＣＤＳ２からの読出信号のレベルを調整してビデオアンプ５に供給する。ビデオアンプ５は、ゲインコントロールアンプ３から供給された読出信号を増幅して撮像信号を出力端子４と検波部６に供給する。
【００４１】
検波部６は、ビデオアンプ５から供給される撮像信号から参照電圧、すなわち上述のＣＤＳ２からのサンプルホールド電圧Ｒ２に対応するビデオアンプ５の出力電圧を抽出して誤差増幅部７に供給する。誤差増幅部７は、検波部６からの参照電圧を基準電圧と比較し、誤差を求めてフィードバック信号としてゲインコントロールアンプ３に供給する。
【００４２】
温度が変化すると、例えばＣＣＤ１の出力アンプ１５，ＣＤＳ２，ビデオアンプ５等のゲインが変化する。このとき、ＣＣＤ１のリセットゲート１２に供給されるリセット電圧ＲＤは一定であるが、検波部６で検出される参照電圧のレベルが変化する。例えば温度が上昇すると参照電圧のレベルが上昇し、温度が低下すると参照電圧のレベルが低下する。
【００４３】
参照電圧が上昇すると誤差増幅部７で求められる誤差が大きくなり、誤差増幅部７は、誤差を小さくするようにフィードバック信号を形成してゲインコントロールアンプ３に供給し、ゲインコントロールアンプ３のゲインを調整する。具体的には、参照電圧のレベルが上昇したときは、ゲインコントロールアンプ３のゲインを低下させ、参照電圧のレベルが低下したときは、ゲインコントロールアンプ３のゲインを増加させる。
【００４４】
上述のようにゲインコントロールアンプ３のゲインが変化すると、誤差増幅部７で求められる誤差が小さくなり、誤差増幅部７はゲインコントロールアンプ３のゲインの調整を抑制するようにフィードバック信号を形成してゲインコントロールアンプ３に供給し、ゲインコントロールアンプ３のゲインの調整が抑制される。
【００４５】
かくして、この撮像装置では、上述のようにゲインコントロールアンプ３のゲインを制御することにより、出力する撮像信号のレベルを一定としている。
【００４６】
この結果、この撮像装置は、温度が変化しても出力する撮像信号のレベルを一定とすることができ、従来の撮像装置に比して正確な温度補償を行なうことができる。また、この撮像装置では、ＣＣＤの出力部に必要とする出力アンプのリセットゲートにより、参照パルスを発生して読出信号に挿入することにより、従来のＣＤＳの後段で参照パルスを挿入するようにした撮像装置に比して正確な温度補償を行なうことができると共に、他に参照パルスを発生する参照パルス発生部あるいは、読出信号に参照パルスを挿入する参照パルス挿入部を設ける必要がなく装置のコストを削減することができる。
【００４７】
また、本発明を適用した他の撮像装置は、例えば図４に示すように、被写体からの光に応じた電荷を読み出し、参照パルスを挿入して読出信号を出力するＣＣＤ２０と、ＣＣＤ２０からの読出信号のノイズを除去するＣＤＳ２１と、ＣＤＳ２１からの読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力端子２２を介して出力するゲインコントロールアンプ２３と、ゲインコントロールアンプ２３からの撮像信号から参照パルスに対応する出力（以下、参照電圧という）を抽出すると共に、参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づくフィードバック信号をゲインコントロールアンプ２３に供給する検波部２４と、ＣＣＤ２０にリセット信号（以下、リセットゲートパルスという）を供給するリセットゲートパルス発生部（以下、ＲＧパルス発生部という）２５と、ＣＣＤ２０にリセット電圧を供給するＲＤパルス発生部２６とを備えている。
【００４８】
また、上記ＣＣＤ２０は、ＲＧパルス発生部２５からのリセットゲートパルスに基づいてＲＤパルス発生部２６からのリセット電圧をスイッチングすることにより参照パルスを発生して読出信号に挿入して出力するようになっている。
【００４９】
上記ＣＣＤ２０の読出信号を出力する出力部は、例えば図５に示すように、ＲＧパルス発生部２５からのリセットゲートパルスＲＧが供給されるリセット端子３０と、ＲＤパルス発生部２６からのリセット電圧ＲＤが供給される端子３１と、リセット端子３０からのリセットゲートパルスＲＧにより、リセット電圧ＲＤのスイッチングを行なうリセットゲート３２と、ＣＣＤ２０の転送レジスタ（図示せず）からの電荷が供給される読出端子１３と、該読出端子１３からの電荷を保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力する増幅部１４と、増幅部１４からの読出信号を増幅して出力する出力アンプ１５等を備える。
【００５０】
上述の図２に示すＣＣＤ１の出力部では、リセットゲート１２を通常のＦＥＴにより構成していたが、このＣＣＤ２０の出力部ではリセットゲート３２をいわゆるＭＯＳ−ＦＥＴにより構成している。また、上述の図２に示すＣＣＤ１の出力部では、増幅部１４に供給される電圧は、リセットゲート１２によりスイッチングされたリセット電圧ＲＤとなっていたが、このＣＣＤ２０の出力部では、リセットゲート３２に供給されるリセットゲートパルスＲＧとゲート・ソース間電圧ＶＧＳの差の電圧ＲＧ−ＶＧＳとなっている。
【００５１】
また、上記ＲＧパルス発生部２５は、例えば図６に示すように、外部から供給される切換パルスに応じて、接地電圧Ｖ０ と参照パルス電圧ＶＲ −Ｖ１ とを切り換えるスイッチ４０と、リセットゲート信号に応じてスイッチ４０の出力と、リセット電圧ＶＲ とを切り換えるスイッチ４１と、該スイッチ４１の出力を上述のリセット端子３０に供給するバッファ４２とを備える。
【００５２】
スイッチ４０は、外部から供給される切換パルスに応じて、接地電圧Ｖ０ と参照パルス電圧ＶＲ −Ｖ１ とを切り換えてスイッチ４１に供給し、スイッチ４１は、リセットゲート信号に応じてスイッチ４０の出力と、リセット電圧ＶＲ とを切り換えてバッファ４２に供給し、バッファ４２は、スイッチ４１の出力を上述のリセット端子３０に供給する。
【００５３】
これにより、ＲＧパルス発生部２５は、例えば図７（ａ）に示すように、一定の周期を有するリセット電圧ＶＲ とリセット電圧ＶＲ よりＶ１ 低いレベルの参照パルスＲ３ からなるリセットゲートパルスＲＧを発生してリセット端子３０に供給する。一方、ＲＤパルス発生部２６は、例えば図７（ｂ）に示すように、一定の電圧をリセットゲート３２に供給する。
【００５４】
また、リセットゲート３２から増幅部３４に参照パルスＲ４ として供給される電圧は、図７（ｃ）に示すように、通常のリセット時のリセットゲート３２の出力ＶＲ −ＶＧＳよりＶ１ 低い値となる。
【００５５】
ＣＣＤ２０は上述のように参照パルスを挿入した読出信号を、ＣＤＳ２１に供給する。ＣＤＳ２１は、図７（ｄ）、図７（ｅ）に示す、クリップパルスＳＨＰ及びサンプルホールドパルスＳＨＤに基づいて、ＣＣＤ２０からの読出信号を相関二重サンプリングして撮像信号として出力する。この撮像信号は、図７（ｆ）に示すように、参照パルスＲ４ に対応するサンプルホールド電圧Ｒ５ を有する。サンプルホールド電圧Ｒ５ は、通常のリセット時のリセットゲート３２の出力ＶＲ −ＶＧＳから参照パルスＲ４ （＝ＶＲ −ＶＧＳ−Ｖ１ ）を引いた値であるＶ１ となる。
【００５６】
ここで、この撮像装置の動作を説明する。
ＣＣＤ２０には、被写体からの光が供給されており、ＣＣＤ２０は、被写体からの光を電荷に変換し、この電荷を外部から供給される読出パルス等に応じて読み出し、参照パルスを挿入して読出信号を形成し、形成した読出信号をＣＤＳ２１に供給する。
【００５７】
ＣＤＳ２１は、ＣＣＤ２０からの読出信号にいわゆる相関二重サンプリングを行なって読出信号に重畳されているリセットノイズ等を除去してゲインコントロールアンプ２３に供給する。ゲインコントロールアンプ２３は、検波部２４からのフィードバック信号に基づいてＣＤＳ２１からの読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力端子２２と、検波部２４に供給する。
【００５８】
検波部２４は、ゲインコントロールアンプ２３からの撮像信号から参照電圧、すなわち上述の参照パルスの電圧Ｒ３に対応するゲインコントロールアンプ２３の出力電圧を抽出して基準電圧と比較し、誤差を求めてフィードバック信号としてゲインコントロールアンプ２３に供給する。
【００５９】
温度が変化すると、例えばＣＣＤ２０の出力アンプ３５，ＣＤＳ２１，ビデオアンプ３５等のゲインが変化する。このとき、ＣＣＤ２０のリセットゲート３２に供給されるリセットゲートパルスＲＧの電圧は変化せず参照パルスＲ３のレベルは一定であるが、検波部２４で検出される参照電圧のレベルが変化する。例えば温度が上昇すると参照電圧のレベルが上昇し、温度が低下すると参照電圧のレベルが低下する。
【００６０】
参照電圧が上昇すると検波部２４で求められる誤差が大きくなり、検波部２４は、誤差を小さくするようにフィードバック信号を形成してゲインコントロールアンプ２３に供給し、ゲインコントロールアンプ２３のゲインを調整する。具体的には、参照電圧のレベルが上昇したときは、ゲインコントロールアンプ２３のゲインを低下させ、参照電圧のレベルが低下したときは、ゲインコントロールアンプ２３のゲインを増加させる。
【００６１】
上述のようにゲインコントロールアンプ２３のゲインが変化すると、検波部２４で求められる誤差が小さくなり、検波部２４はゲインコントロールアンプ２３のゲインの調整を抑制するようにフィードバック信号を形成してゲインコントロールアンプ２３に供給し、ゲインコントロールアンプ２３のゲインの調整が抑制される。
【００６２】
かくして、この撮像装置では、上述のようにゲインコントロールアンプ２３のゲインを制御することにより、出力する撮像信号のレベルを一定としている。
【００６３】
この結果、この撮像装置は、温度が変化しても出力する撮像信号のレベルを一定とすることができ、従来の撮像装置に比して正確な温度補償を行なうことができる。また、この撮像装置では、ＣＣＤの出力部に必要とする出力アンプのリセットゲートにより、参照パルスを発生して読出信号に挿入することにより、従来に比して正確な温度補償を行なうことができると共に、他に参照パルスを発生する参照パルス発生部あるいは、読出信号に参照パルスを挿入する参照パルス挿入部を設ける必要がなく装置のコストを削減することができる。
【００６４】
なお、本発明の技術的思想は、上述の実施例に限定されるものではなく、例えば上述の実施例では、ＣＣＤの出力部のリセットゲートにより参照パルスを発生する構成として説明したが、参照パルスの発生は、例えばＣＣＤの外部に参照パルスを発生する参照パルス発生部を有する構成とするなど、適宜変更することができることは当然である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係る撮像装置は、撮像素子が被写体からの光に応じた電荷を読み出し、参照信号発生手段からの参照信号を挿入して読出信号を出力し、処理手段が撮像素子からの読出信号に所定の処理を行なって撮像信号を出力し、検出手段が処理手段の参照信号に対応する出力のレベルの変化を検出し、調整手段が検出手段の検出出力に基づいて処理手段の出力のレベルを調整することにより、温度によらず出力する撮像信号のレベルを一定とすることができ、従来に比して正確に撮像信号のレベルを補償することができる。
【００６６】
また、本発明に係る撮像装置は、参照信号発生手段がリセット電圧を可変すると共に、ゲート電圧を制御して固体撮像素子のゲート手段のスイッチングのタイミングを制御して参照信号を発生して読出信号に挿入することにより、従来に比して正確な温度補償を行なうことができると共に、部品点数を減少させてコストを削減することができる。
【００６７】
また、本発明に係る撮像装置は、参照信号発生手段がゲート電圧を可変すると共に、固体撮像素子のゲート手段のスイッチングのタイミングを制御して参照信号を発生して読出信号に挿入することにより、従来に比して正確な温度補償を行なうことができると共に、部品点数を減少させてコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記撮像装置を構成する電荷結合素子の出力部の具体的な構成を示す回路図である。
【図３】上記撮像装置の動作波形を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明を適用した他の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図５】上記撮像装置を構成する電荷結合素子の出力部の具体的な構成を示す回路図である。
【図６】上記撮像装置を構成するＲＧパルス発生回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図７】上記撮像装置の動作波形を示すタイミングチャートである。
【図８】従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，２０ ＣＣＤ
２，２１ ＣＤＳ
３，２３ ゲインコントロールアンプ
４，２２ 出力端子
５ ビデオアンプ
６，２４ 検波部
７ 誤差増幅部
８ ＲＧパルス発生部
９ ＲＤパルス発生部
１０，３０ リセット端子
１１，３１ 端子
１２，３２ リセットゲート
１３，３３ 読出端子
１４，３４ 増幅部
１５，３５ 出力アンプ
２５ ＲＧパルス発生部
２６ ＲＤパルス発生部
４０、４１ スイッチ
４２ バッファ
Claims (8)
- リセット信号及びリセット電圧を発生する発生手段と、
前記発生手段からの前記リセット信号に基づいて、前記発生手段からの前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生手段と、
被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号発生手段からの前記参照信号を挿入して読出信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子から出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整手段と、
前記調整手段により出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する前記参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整手段に供給する供給手段とを備え、
前記撮像素子は、被写体からの光に応じた電荷を読み出す読出制御手段と、該読出制御手段からの電荷を保持すると共に、保持した電荷を前記読出信号として出力する保持手段と、前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧をスイッチングして前記保持手段に供給することにより、前記保持手段をリセットするゲート手段と備え、
前記参照信号発生手段は、前記リセット電圧を可変すると共に、前記リセット信号を制御して前記ゲート手段のスイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、
前記調整手段は、前記供給手段により供給された前記制御信号に基づいて、前記調整手段のゲインを調整することを特徴とする撮像装置。 - 前記調整手段からの前記撮像信号を増幅する増幅手段を更に備え、
前記供給手段は、前記増幅手段により増幅された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。 - 前記撮像素子からの前記読出信号に相関二重サンプリングを行ない、前記撮像素子からの前記読出信号に重畳されている直流成分を除去して出力する除去手段を更に備え、
前記調整手段は、前記除去手段により出力された前記読出信号のレベルを調整する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。 - リセット信号及びリセット電圧を発生する発生手段と、
前記発生手段からの前記リセット信号に基づいて、前記発生手段からの前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生手段と、
被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号発生手段からの前記参照信号を挿入して読出信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子から出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整手段と、
前記調整手段により出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整手段に供給する供給手段とを備え、
前記撮像素子は、被写体からの光に応じた電荷を読み出す読出制御手段と、該読出制御手段からの電荷を保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力する保持手段と、ゲート電圧に基づいて、リセット電圧をスイッチングして前記保持手段に供給することにより、前記保持手段をリセットするゲート手段と備え、
前記参照信号発生手段は、ゲート電圧を可変すると共に、前記ゲート手段のスイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、
前記調整手段は、前記供給手段により供給された前記制御信号に基づいて、前記調整手段のゲインを調整することを特徴とする撮像装置。 - 前記調整手段からの前記撮像信号を増幅する増幅手段を更に備え、
前記供給手段は、前記増幅手段により増幅された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出することを特徴とする請求項４記載の撮像装置。 - 前記撮像素子からの前記読出信号に相関二重サンプリングを行ない、前記撮像素子からの前記読出信号に重畳されている直流成分を除去して出力する除去手段を更に備え、
前記調整手段は、前記除去手段により出力された前記読出信号のレベルを調整する
ことを特徴とする請求項４記載の撮像装置。 - リセット信号及びリセット電圧を発生する発生ステップと、
前記発生ステップにより発生した前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生ステップと、
被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号発生ステップにより発生した前記参照信号を挿入して読出信号を出力する出力ステップと、
前記出力ステップにより出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整ステップと、
前記調整ステップにより出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する前記参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整ステップの調整処理に供給する供給ステップとを備え、
前記出力ステップでは、被写体からの光に応じた電荷を読み出して保持すると共に、保持した電荷を前記読出信号として出力し、前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧をスイッチングすることにより、前記保持した電荷をリセットし、
前記参照信号発生ステップでは、前記リセット電圧を可変すると共に、前記リセット信号を制御して前記のスイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、
前記調整ステップでは、前記供給ステップにより供給された前記制御信号に基づいて、前記調整ステップでのゲインを調整することを特徴とする撮像方法。 - リセット信号及びリセット電圧を発生する発生ステップと、
前記発生ステップにより発生した前記リセット信号に基づいて、前記リセット電圧を切り換えることにより、参照信号を発生する参照信号発生ステップと、
被写体からの光に応じた電荷を読み出し、前記参照信号を挿入して読出信号を出力する出力ステップと、
前記出力ステップにより出力された前記読出信号のレベルを調整して撮像信号を出力する調整ステップと、
前記調整ステップにより出力された前記撮像信号から、前記参照信号に対応する参照電圧を抽出するとともに、該参照電圧を基準電圧と比較して誤差を求めて、該誤差に基づく制御信号を前記調整ステップの調整処理に供給する供給ステップとを備え、
前記出力ステップでは、被写体からの光に応じた電荷を読み出して保持すると共に、保持した電荷を読出信号として出力し、ゲート電圧に基づいて、リセット電圧をスイッチングすることより、前記保持した電荷をリセットし、
前記参照信号発生ステップでは、前記ゲート電圧を可変すると共に、前記スイッチングのタイミングを制御することにより、前記参照信号を発生して前記読出信号に挿入し、
前記調整ステップでは、前記供給ステップにより供給された前記制御信号に基づいて、前記調整ステップでのゲインを調整することを特徴とする撮像方法。
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