JPH01188087A - 固体カメラの信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＣＣＩ）（チャージ　カプシド　デバイス：
　Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ　）や
ＣＰＩ’）（チャーシブリミング　デバイス：　Ｃｈａ
ｒｇｅ　ＰｒｉｍｉｎｇＤｓｖｉｃｅ）を用いた固体カ
メラの信号処理装置に関する。

〔従来の技術〕

２次元ＣＣＬ）等の固体撮像素子は、信頼性、生産性の
高さ等の特長から、家庭用ビデオカメラの撮像素子とし
て広く用いられている。また、業務用、放送用ビデオカ
メラへの利用も図られつつある。

ＣＣ１）形固体撮像素子を用いたビデオカメラの雑音低
減を目的として、例えば特開昭６０−１．０５００で述
べられている方法が提案されており、第３図に示す構成
の回路によって実現を図っている。図においてｃ　ｃ　
１．）形撮像素子１から得られた出力信号は前置増幅器
２を通った後、直流再生回路３゜サンプルアンドホール
ド回路４を経てビデオ信号処理回路５に加えられる。Ｃ
ＣＤ形撮像素子１へは、同期信号発生器６で発生する駆
動パルスを駆動回路７で整形した後加える。

この結果ＣＣＩ）形撮像素子１から得られる出力信号は
、第４図（ａ）に示すような波形となる。

なお、この時ＣＣＩ’）形撮像素子１に加えるリセット
パルスは、第４図（ｂ）に示す波形であり、信号検出部
に最も近い駆動電極に加える駆動パルスは第４図（ｃ）
に示す波形である。第４図（ａ）に示す信号波形におい
てｔ　ｏ”　ｔ、　ｓの期間は、リセットパルスによっ
て信号検出部に蓄積した信号電荷をクリアするリセット
期間である。電荷のクリア動作に際してスイッチとして
用いるトランジスタで発生した雑音は、信号検出部に残
ってリセット雑音となり１次のリセット期間まで保持さ
れる。

また画素の電荷はｔ８〜ｔ４の期間に加えられる駆動パ
ルスによってｔ４の時点に信号検出部に移される。この
結果、次にリセッ１〜ａ作を行うまでのｔ４〜ｔ５の期
間にリセット雑音に重畳して信号出力を発生する。

以上説明したように、第４図（ａ）に示す信号波形のｔ
ｌ〜七１はリセット雑音のみが表われる期間であり、を
番〜ｔ５はリセット雑音が重畳した画素の信号が表われ
る期間である。そこで直流再生回路３に第４図（ｄ）に
示すパルスを加え、パルス印加期間における出力信号の
直流電位を一定の電位にクランプすれば、出力からは第
４図（ｅ）に示す波形の信号が得られる。この信号をサ
ンプルアンドホールド回路に加え、第４図（ｆ）に示す
パルスでｔ４〜ｔＩ！期間内をサンプリングすれば。

出力からは第４図（ｇ）に示すようにリセット雑音が除
去された画素の信号が得られる。以上説明した方法は、
一般に相関二重サンプリング法と呼ばれている。

一方、ＣＣＤ形撮像素子には複数行の信号電荷を同時に
読み出せる構造を有するものがあり、この−例として、
二重の信号電荷を同時に読み出せる構造が、特開昭５９
　＝　５４３８３に示されている。

第５図にこの構造を示す。８は入射光を信号電荷に変換
する光電変換素子群である。９１，９２・・・９ｈは各
々光電変換素子部に蓄積した電荷を垂直の矢印の方向に
転送するための垂直ＣＯＤであり、転送パルスφＶｌ、
φｖ２は、テレビジョン信号の水平パルスφＨに同期し
たものである。光電変換部８に蓄積された信号電荷は、
垂直帰線期間の間にスイッチパルスφＶＯによって、隣
接する垂直方向のＣＯＤに移される。移された信号電荷
は、テレビジョン信号の水平パルスに同期したパルスφ
Ｉ／１．φｖ２によって順次水平ＣＣＩ”）１０１，１
０２の方向に転送される。

垂直ＣＣＤから転送されてきた信号電荷は、各水平ブラ
ンキング期間毎に光電変換素子群中の連続する２行のも
のがそれぞれ分離して、２列の水平ＣＣＤｌ０Ｉ、１０
２に移しかえられる。水平ＣＧＤＩＯＩ、１０２に移さ
れた２行分の信号電荷は、水平走査期間に、水平パルス
φ１１によって水平方向に転送され出力端１１１，１１
．２から同時に読み出される。

上記ＣＣＤＣＤ形素子の各画素に対してはそれぞれ１色
の色フィルタが対応するようにモザイク状の色フィルタ
を配置することによって、ｑｔ板カラーカメラを実現す
ることができる。

この時、前記雑音低減手段（相関二重サンプリング法）
を施した信号処理回路の構成は、第６図に示す通りであ
る。すなわち、出力端１１１゜１１２から得られた出力
信号は、それぞれ、前置増幅器２１，２２．直流再生回
路３１，３２、サンプルアンドホールド回路４１．４２
を通って雑音低減された後、信号処理回路１３に加えら
れる。

信号処理回路１３では、２つの出力信号を加算回路１４
に加えることによって、輝度信号が得られ。

色信号処理回路１５に加えることによって２つの色信号
（Ｒ信号およびＢ信号）が得られる。この輝度信号１色
信号をエンコーダ回路１６に加えることによってカラー
映像信号が得られる。

ところで、前述のように、相関二重サンプリング法を用
いることによって、ＣＣＤ形撮像素子で生じる雑音は大
幅に低減することができるが、それと同時に、相関二重
サンプリング法を実現するための回路自体で発生する雑
音が新たに付加されることになる。すなわち第６図にお
けるサンプルアンドホールド回路４１．４２の出力端か
ら得られる信号にはそれぞれ、低減されたＣＣＤ形撮像
素子の雑音に、直流再生回路３１．３２およびサンプル
アンドホールド回路４１．４２で発生する雑音が加算さ
れた雑音が含まれている。これら雑音低減回路で生じる
雑音は、低減後のＣＣＤ形撮像素子の雑音と比べて必ず
しも無視できるものではない。特に近年、ＣＣＤ形撮像
素子で生じる雑音は大幅に低減されており、上記雑音低
減回路自体の雑音が大きな問題となっている。

今、第６図に示す信号処理回路１３の出力信号のうち、
輝度信号に着目すると、この輝度信号はそれぞれ別々の
雑音低減回路によって複雑低減された２つの出力信号の
加算によって得られるため、この中には、２つの雑音低
減回路で生じる雑音が含まれることになる。また１色フ
ィルタに補色系のものを用いた場合には一般に色信号の
復調は２つの出力信号の減算で得るので同様の結果とな
る。

これらは上述のように大きな問題となる。

以上、１つのＣＣＤ形撮像素子から２つの出力信号が同
時に得られる場合についての説明を行なったが、１つの
ＣＣＤ形撮像素子から３つ以上の出力信号が同時に得ら
れる場合、或いは複数のＣＣＤ形撮像素子からの出力信
号が同時に得られる場合等についても、それぞれの出力
信号の雑音を前記雑音低減手段（相関二重サンプリング
法）によって低減した後に、加算或いは減算等の信号処
理を行う際には同様の問題が生ずる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、従来の雑音低減方法は、複数の出力信号
に適用する場合の配慮がなされておらず。

複数の出力信号の間で加減算を行うときには雑音低減回
路で発生する雑音の混入量が大きくなるので雑音低減効
果が十分に得られないという問題があった。

本発明の目的は、複数の出力信号の雑音低減を行う場合
にも、十分な雑音低減効果を有する固体カメラの信号処
理装置を提供することにある〔問題点を解決するための
手段〕 上記目的は、加算、減算等の信号処理を、雑音低減手段
を適用する前に行うことにより、達成される。

〔作用〕

本発明の信号処理装置では、複数の出力信号の加算、減
算等の信号処理を雑音低減手段の前で行うため、最終出
力信号には、一つの雑音低減回路の雑音のみが含まれる
ことになる。そのため、複数の出力信号のそれぞれに対
応した複数の雑音低減回路で発生する雑音がすべて含ま
れて雑音低減効果が低下するのを防ぐことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図に示す構成図を用いて
説明する。

第１図に示す構成図において、ＣＣ］）形撮像素子１は
、従来例と同様に２つの出力端１１１゜１１２から２行
の信号電荷を同時に読み出せる構造を有し、モザイク状
の色フィルタを組み合わせることによって単板カラーカ
メラを実現するものとする。第１図において同期信号発
生器６で発生した駆動パルスを駆動回路７で整形した後
、ＣＣＩ）形撮像素子１に加えることによって出力端１
１］。

１１２から２つの出力信号を同時に得ることは従来例と
同様である。本実施例が従来例と異なる点は２つの出力
信号をそれぞれ前置増幅器２１゜２２に加えた後２つに
分け、一方は加算回路１４によって加算して輝度信号を
得た後直流再生回路３１、サンプルアンドホールド回路
４１によって雑音低減を行い、他方は従来例と同様に直
流再生回路３２，３３．サンプルアンドホールド回路４
２．４３によって雑音低減を行った後色信号処理回路１
５に加えることによって色信号を得ることにある。この
色信号と前記輝度信号をエンコーダ回路１６に加えるこ
とによってカラー映像信号を得ることは従来例と同様で
ある。

次に第２図に示す信号波形図によって本実施例の動作を
説明する。ＣＣＤＣ条形素子１からは、リセットパルス
として第２図（ｃ）に示す波形を。

信号検出部に最も近い駆動電極の駆動パルスとして第２
図（ｄ）に示す波形を加えることによって、第２図（ａ
）、（ｂ）に示すような出力波形が得られる。第２図（
ａ）、（ｂ）の出力波形のうち、ｔ　ｓ　−ｔ、　４は
リセット雑音のみが表われる期間であり、ｔ４〜ｔ６は
リセット雑音が重畳した画素の信号が表われる期間であ
る。この２つの信号を加算した後の信号波形は第２図（
ｅ）に示す通りである。すなわち、加算を行った後にも
保持された同一のリセット雑音に信号が重畳するという
関係は保たれるため、ｔ　１−　ｔ　４期間には２出力
回路分のリセット雑音が表われ、ｔ４〜ｔ６期間には、
２出力回路分のリセット雑音に２画素分の信号が重畳し
て表われることになる。従って、従来例と同様に第２図
（ｆ）に示すパルスでｔｌ〜ｔ４期間内の直流電位を一
定電位にクランプした後、第２図（ｇ）に示すパルスで
ｔ４〜し５期間内をサンプルアンドホールドすれば、出
力からは第２図（ｈ）に示すように、リセット雑音の除
去された加算信号が輝度信号として得られる。輝度信号
に着目すると従来例では２つの出力信号の雑音低減をそ
れぞれ別々の雑音低減回路によって行った後に加算して
輝度信号を得るのに対して、本発明の実施例によれば、
２つの出力信号の加算後に雑音低減を行うため、雑音低
減回路は１つ用いればよく、かつ、従来例と同様のリセ
ット雑音低減効果を得ることができる。以上説明したよ
うに、本発明の実施例によれば、雑音低減回路の数を１
つにすることができるため、従来問題となっていた雑音
低減回路自体で付加される雑音を大幅に低減することが
できる。すなわち、１つの雑音低減回路で付加される雑
音電圧をｖｎとすれば、 従来例の雑音：Δ７Ｔ■フ＝（’Ｅ　ｖｎｎ本実側例雑
音二■。

となり、本実施例では３ｄＲの低減効果が得られること
がわかる。

以上の説明では、２つの信号の加算を行う場合を例にと
って説明を行ったが、加算回路が減算回路に置き変って
も同様の効果が得られることは自明である。また、本実
施例では輝度信号に着目して説明を行ったが、色信号処
理回路］５が、加算および減算によって色信号を得る構
成であれば、本実施例における輝度信号と同様に、加算
および減算の処理を先に行った後に雑音低減を行うこと
によって色信号についても同様に効果を得ることができ
る。更に、本実施例では１つの撮像素子から２つの出力
信号が同時に得られる場合について説明を行ったが、３
つ以上の出力信号が同時に得られ、かつ、それらの信号
の加算および減算を行う場合についても加算および減算
を行った後に雑音低減を行うことによって、雑音低減回
路で付加される雑音による雑音低減効果の劣化を軽減す
ることができる。

また、複数個の撮像素子から得られる信号の加算および
減算を行う場合にも同様の効果を得ることができる。こ
の時の実施例を第７図に示す。第７図において、ＣＣＤ
ＣＤ形素子１１，１２、および１３はともに、同期信号
発生器６で発生した駆動パルスを駆動回路７で整形した
パルスを加えることによって駆動される。従がって３つ
のＣＣＤ形撮像素子１１〜１３の出力信号は同じタイミ
ングで得られる。これら３つの出力信号をそれぞれ前置
増幅器２１，２２．２３に加えた後、加算回路１４によ
って加算し、直流再生回路３．サンプルアンドホールド
回路４に加えることによってリセット雑音の低減を行っ
た加算信号を得ることができる。本実施例においても、
１つの雑音低減回路によってリセット雑音の低減を行う
ことができるため、それぞれの出力信号を別々の雑音低
減回路によって雑音低減した後に加算する場合と比べて
雑音低減回路自体で付加される雑音を大幅に低減するこ
とができる。

また、上述の説明では直流再生回路とサンプルアンドホ
ールド回路による雑音低減回路を用いたが、特開昭５６
−１１６３７４で提案されている雑音低減方法を適用す
る場合にも同様の効果が得られる。

この時の実施例を第８図に示す。第８図の実施例では、
ＣＣＤ形撮像素子１１，１２、および１３の出力信号を
前置増幅器２１，２２、および２３を経て加算回路１４
に加えて加算した後２つに分け、一方を遅延回路１７に
加える。ここで加算回路１４からリセット雑音に重畳し
た画素信号が得られるときに同時に遅延回路１７からリ
セット雑音のみが得られるよう、遅延時間を設定する。

２つの信号を減算回路１８に加えリセット雑音の除去さ
れた部分の信号をサンプルアンドホールド回路４によっ
てサンプルアンドホールドすれば画素信号のみを得るこ
とができる。本実施例に用いた雑音低減回路においても
雑音低減回路自体で発生する雑音が問題となる。従って
それぞれの出力信号を別々の雑音低減回路で雑音低減し
た後加算する場合と比べて本実施例に示す加算後に雑音
低減を行う方法は雑音低減回路自体で付加される雑音を
低減することができる。

なお、本実施例では特開昭５６−１１６３７４で提案さ
れた方法を第７図に示す実施例と組み合わせた場合につ
いて説明したが、第１図に示す実施例と組み合わせた場
合にも同様の結果となることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、雑音低減回路自体
で発生する雑音の付加によって雑音低減効果が劣化する
のを軽減する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第７図、第８図は本発明の実施例の固体カメラ
の信号処理装置の構成を示すブロック図。 第２図は第１図の実施例の動作を説明するための信号波
形図、第３図は従来技術の雑音低減回路の構成を示すブ
ロック図、第４図は第３図の雑音低減方法の動作を説明
するための信号波形図、第５図は従来のＣＣＩ）形振ａ
素子の一例を示す図、第６図は従来の固体カメラの信号
処理装置の構成を示すブロック図である６ １・・・ＣＣ１，）形撮像素子、３・・・直流再生回路
、４・・・サンプルアンドホールド回路、１４・・・加
算回路、１７・・・遅延回路、１８・・・減算回路。 茅　１　口 不一ルＹ゛回降 第　２１Ｅ （α） 第　３　図 隼　４　図 ７　　　バ１し人嬰′ｖＪ回アト 第　４　図 （α） →を 第５図 第　１　図 ７　　　　　　乙 第　′８　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の画素と、上記複数の画素から得られる信号電
   荷を転送する複数の電荷転送手段と、上記複数の電荷転
   送手段から同時に一定周期で出力信号を得る複数の出力
   手段とをそなえた撮像素子と、上記複数の出力手段から
   得られる複数の出力信号の加算あるいは減算信号を得る
   第１の信号処理手段と、上記信号電荷の現われる期間に
   対応した部分の上記第１の信号処理手段の出力信号から
   上記信号電荷の現われる期間の直前であつて上記信号電
   荷の現われない期間に対応した部分の上記第１の信号処
   理手段の出力信号を減じた信号を得る第２の信号処理手
   段とによつて構成された固体カメラの信号処理装置。 ２、複数の画素と、上記複数の画素から得られる信号電
   荷を転送する電荷転送手段と、上記電荷転送手段から一
   定周期で出力を得る出力手段とをそなえた複数の撮像素
   子と、上記複数の撮像素子の出力手段から得られる複数
   の出力信号の加算あるいは減算を行う第１の信号処理手
   段と、上記信号電荷の現われる期間に対応した部分の上
   記第１の信号処理手段の出力信号から上記信号電荷の現
   われる期間の直前であつて上記信号電荷の現われない期
   間に対応した部分の上記第１の信号処理手段の出力信号
   を減じた信号を得る第２の信号処理手段とによつて構成
   された固体カメラの信号処理装置。