JP2764808B2 - ccdデータをデジタル化する方法及び装置 - Google Patents
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Description
データをデジタル化する方法および装置に関する。より
詳しくは、本願発明は、電荷結合素子(ccd)、「電
荷注入素子」としても知られているMOS画像素子等に
よって発生されたデジタルデータをデジタル化する方法
及び装置に関する。
電荷を発生しかつ保持する多数の光感知セルを備える。
所定時間内に各セルに蓄積された電荷はccdの1また
は2以上の出力に移送されてクロック信号と同期してそ
の制御下で電圧に変換される。
ナログデータは条件付け回路を経由してA/D変換器
(ADC)に与えられるが、その条件付け回路では、オ
フセットおよびゲイン係数がそのADCの入力特性に適
合したものである。
図を図3Aに示す。ccdアレー10はCCDデータV
ccdを条件付け回路12(COND)に供給し、その出
力はADC14のデータ入力に結合される。この例で
は、ccdアレーはクロック信号PHI、反転クロック
信号PHInおよびリセット信号RSによって制御され
る。
3Bに示す。信号PHIおよびPHInは転送クロック
パルスとして機能し、それによってccdセルに蓄積さ
れた電荷が、アナログシフトレジスタを経由して電荷/
電圧変換器として作動するccdアレーの出力ポートに
シフトされる。信号RSはその電荷/電圧変換器にリセ
ットパルスを与える。その変換器が信号RSの「低」期
間にリセットされるときは、出力ポートは光にさらされ
なかったccdセルに相当する電圧Vosを仮定する。信
号PHIおよびPHInの次の移行の時には次の電荷量
が出力ポートに移送されて、対応するccdセルが受け
取った光の量を表す電圧Voutに変換される。その電圧
VoutはADC14によってデジタルデータに変換され
なければならない。その結果、そのADCは適当な変換
器クロック信号CONVによって、信号Vccdの電圧
が、その信号が有効な期間内の時間t0でサンプルリン
グおよび変換されるように、つまり、値Voutを持つよ
うに、制御されなければならない。
CONVはパルス信号であり、それは所定の遅延時間T
によってクロック信号PHIを遅延することによって得
られる。電圧値は信号CONVのH/L移行時にデジタ
ル化される。
NVはさまざまな方法で得ることができ、その内の2つ
を図4および5に示す。
よってくロック信号PHIから導き出される。その遅延
回路16は例えば所定数のバッファの連続的な接続によ
って形成することができ、バッファの各々は所定の遅延
時間を持ち、それにより、全体の遅延時間はバッファの
数によって決定される。しかし、この方法には欠点があ
る。つまり、市販されているバッファの遅延時間は所定
の公差内のみでわかっており、連続的に接続された個々
のバッファの公差は蓄積されるので、合計公差が非常に
大きくなる。
を持つ論理信号を遅延するように特別に設計された遅延
回路を用いることができる。しかし、そのような遅延回
路は比較的高価であり、また、所定の応用に必要な特定
の遅延時間を市販品からは入手することができない。そ
のような場合には、ユーザ仕様素子を開発しなければな
らず、それは費用をかなり高めることになる。
す。そこでは、すべての信号PHI、PHIn、RSお
よびCONVは回路18によって共通の基本的なクロッ
ク信号CLKから導き出される。その回路18は多数の
デジタルカウンタから作られており、また、状態装置と
して考えることができる。この場合は回路18によって
出力されたすべての信号のH/L持続時間は基本クロッ
ク信号CLKの周期の整数の倍数だけである。従って、
十分な時間分割を達成するためには基本クロック信号は
比較的高周波を持たなければならず、それは発生するの
が困難で望ましくない場合がある。その理由は、高周波
は電磁ノイズの発生および電磁整合性(EMC)の問題
につながるからである。
のデジタル出力信号がクロック信号PHIに対して遅延
し、これにより、そのデジタル出力を装置のクロックと
同期するための追加の工程を必要とするという欠点を持
つ。
52号に開示されている請求項1の前文に係る装置によ
って解消される。その装置は図6に示すように、クロッ
ク信号が直接にADCの制御入力に与えられて変換器ク
ロック信号CONVとして作用する。ccdアレーの機
能とADCの機能との間の正確な時間関係は、ccdア
レーのクロック入力に供給されるクロック信号を適当に
遅延することによって確立される。その結果、ADCの
出力は元のクロック信号と同期したままである。しか
し、論理クロック信号を十分に正確にかつ確実に遅延す
ることができる遅延素子の準備に関する上述の問題がそ
の従来技術には依然と残っている。
ログデータをデジタル化する方法及び装置を提供する点
にあり、そこでは、ADCの作動とアナログデータ発生
手段(ccd)の作動との間の所望の時間関係が、高い
精度および単純でロバスト性を有しかつ低コストのハー
ドウエアによって確立することができる。
び2に示す特徴によって達成される。
を遅延する代わりに、データ発生手段のアナログ出力信
号をアナログ遅延回路で遅延する。
り廉価の構成素子から作ることができ、また、高い精度
および低い公差を持つ遅延時間を設定することができ、
これにより、ccdシステムの効率の良い大量生産が可
能となる。その理由は、アナログ遅延回路は、インダク
タンス素子、キャパシタンス素子等のような構成要素の
パラメータにおける公差に対しかなり敏感ではないから
である。有効データVoutを表す出力信号Vccdの一部
が、ADCが電圧値をサンプリングできる十分な長さの
時間間隔にわたって影響を受けないままである間に、ア
ナログ遅延回路がアナログ信号の波形をいくぶん歪める
ことは許容できることである。従って、アナログ遅延回
路の構造は、パルス形成出力段階に通常組み込まれる論
理信号用の専用の遅延回路のよりも単純化することがで
きる。
とによって、高周波基本クロック信号を必要とすること
なく、遅延時間を(工程を持つことなく)所望の通りに
設定することができる。従って、装置内で発生する最も
高いクロック周波数はccdアレーに与えられるクロッ
ク信号PHIの周波数となる。その結果、高周波はEM
C問題を引き起こすことなく高速画像センサを得るため
にクロック信号PHI用として選択することができる。
転クロック信号PHInまたは信号RSでさえ)ADC
を制御するために直接に用いることができ、それによ
り、システム全体としての高いロバスト性を達成するこ
とができるが、それは、ADCから得られるデジタル出
力信号はシステムクロックと本質的に同期するからであ
る。
す。
ローパスフィルタまたはオールパスフィルタによって簡
単に形成することができる。そのようなフィルタのよう
な遅延時間はその順序(つまり、含まれた複素インピー
ダンス素子の数)およびそのカットオフ周波数(ローパ
スフィルタの場合において)に依存するので、遅延時間
はそれぞれその順序およびカットオフ周波数を適当に選
択することによって簡単に調節することができる。アナ
ログ信号の重大な歪みを避けるために、そのフィルタは
通過するすべての周波数成分に対し同一の遅延時間を与
えなければならない。
フィルタで取り除くという追加の利点を持つ。カットオ
フ周波数は、ccdアレーの出力信号の波形が非常に歪
むことがないことを保証するために、クロック信号PH
Iの周波数より非常に高くなければならない。ベッセル
(Bessel)フィルタ、例えば、第5次数ベッセルフィルタ
が特に有効であることがわかった。
照しながら説明する。
に関連して従来技術の説明においてすでに言及した図1
の構成要素は同一の参照番号を用いて示す。
よびADC14のクロック入力はそれぞれ直接接続され
ており、その結果、変換器クロック信号CONVは、c
cdアレーに与えられる一方のクロック信号(PHI
n)と同一である。
け回路12の出力とADC14との間に挿入されてい
る。LPF20は条件付け回路12の出力信号を既定の
遅延時間T´まで遅延するアナログ遅延回路として機能
する。
に示す構成を持つ第5次数ベッセルフィルタである。レ
ジスタ22および2つのインダクタンス素子24、26
が条件付け回路12の出力とADC14のデータ入力と
の間に直列に接続されている。キャパシタ28、30お
よび32が、それぞれ、接地と、レジスタ22およびイ
ンダクタンス素子24の接合点、インダクタンス素子2
4および26の接合点ならびにインダクタンス素子26
およびADC14の接合点との間に接続されている。他
のレジスタ34がキャパシタ32と並列に接続されてい
る。
ダクタンスの値は、LPF20のカットオフ周波数がク
ロック信号PHIの周波数の約4倍である。これらの条
件下で、LPFはCCD信号Vccdの電圧レベルVoutを
十分な精度で保つので、アナログ・デジタル変換がLP
Fの存在の影響を受けない。
い)信号Vccdは薄い線で示しており、一方遅延された
信号は太い線で示す。ADC14は変換器クロック信号
CONV(=PHIn)によって制御されて、信号CO
NVが高いレベルから低いレベルに下降したときのタイ
ミングt0で、遅延された信号Vccdを読取りかつ変換す
る。それらの瞬間に、読取り電圧は、対応ccdセルに
よって受け取られた光の量を表す値Voutを持つ。
れに限定されるものではなく、当業者によって可能で特
許請求の範囲に含まれているすべての態様を包含する。
例えば、信号RSのH/L推移はPHInの推移と同時
に起こるので、RSを変換器制御信号として用いること
ができる。従って、信号RSは特許請求の範囲の意味に
おいて「クロック信号」として考慮すべきである。加え
て、本願発明は、アナログデータ源(ccd等)が1ク
ロック信号のみで作動し、および/またはADCが加え
られた制御信号CONVのL/H推移の時点で作動する
ようなシステムにも適用することができる。
ック図である。図1Bは図1Aに示すシステム内で発生
する信号の波形を示す。
示すブロック図である。図3Bは図3Aに示すシステム
内で発生する波形を示す。
ある。
ロック図である。図5Bは図5Aに示すシステム内で発
生する波形を示す。
である。
Claims (6)
- 【請求項1】 クロック信号(PHI,PHIn,R
S)に従ってパルス列として発生されたアナログデータ
(Vccd)をデジタル化する方法において、A/D変換
器(14)が前記クロック信号によって制御され、さらに、
アナログデータが前記A/D変換器に供給されてそれら
が適当なタイミングでサンプルリングされかつデジタル
化されるデジタル化方法であって、前記アナログデータ
(Vccd)がアナログ遅延回路(20)を経由して前記A/
D変換器に供給されることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 アナログデータをデジタル化する装置に
おいて、クロック信号(PHI,PHIn,RS)に従
ってパルス列としてアナログデータを発生するアナログ
データ発生手段(10)と、該データ発生手段から出力され
たアナログデータ(Vccd)をデジタル化するA/D変
換器(14)と、クロック信号(PHI,PHIn,RS、
CONV)を前記データ発生手段及びA/D変換器に供
給するクロック手段とを備えるデジタル化装置であっ
て、アナログ遅延回路(20)が、前記データ発生手段(10)
の出力とA/D変換器(14)のデータ入力との間に設けら
れていることを特徴とする装置。 - 【請求項3】 請求項2の装置において、前記アナログ
遅延回路がローパスフィルタ(20)によって形成される装
置。 - 【請求項4】 請求項3の装置において、前記ローパス
フィルタがベッセル(Bessel)フィルタである装置。 - 【請求項5】 請求項2乃至4のいずれかの装置におい
て、前記データ発生手段がccdアレーである装置。 - 【請求項6】 請求項2乃至4のいずれかの装置におい
て、前記データ発生手段がMOS画像装置である装置。
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