JPH0650909B2 - Ｃｃｄ読み出し方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はCCD 形撮像素子の信号読み出し方法に関するも
のであり、特に、撮像素子に組み込まれているフローテ
ィングディフュージョン増幅器(FDA) により発生するノ
イズや、出力ダイオードのリセット時に発生するリセッ
トノイズに影響されることなく、映像信号を低雑音で読
み出すと共に、撮像素子駆動回路などのタイミングジッ
ターによる影響を少なくし、ランダムノイズや固定パタ
ーンノイズを少なくしたものである。

［従来の技術］ リセットノイズを除去するために従来から相関２重サン
プリング法が用いられているが、FDA より発生するノイ
ズは信号とは相関が無いため、低周波成分は除去される
が、高い周波成分は除去されずに残ってしまう。また、
FDA は周波数特性を制限することにより、ノイズの高周
波成分を少なくする試みもなされているが、後段でサン
プルホールドを行うことから、あまり帯域を低くするこ
とはできず、充分に低雑音とすることはできない。

第４図は従来から用いられている相関２重サンプリング
回路の一例である。ここで、100 はCCD 素子、１および
２は増幅器、３は差動増幅器、４〜７はキャパシタ、８
〜10はアナログスイッチ、11,12 はそれぞれスイッチ８
および９と10を駆動するドライバ、13は増幅器３から取
り出したCCD 読み出し出力である。

ここで、第５図に示すように、スイッチ８とキャパシタ
５によってCCD 素子100 の出力のフィードスルーレベル
40をサンプルホールドし、スイッチ９とキャパシタ６に
よってCCD 素子100 の出力の信号レベル41をサンプルホ
ールドする。

CCD 素子100 内のリセットスイッチがオンの時の出力
は、リセットレベル42を示し、リセットスイッチがオフ
の時はフィードスルーレベル40を示す。この場合に、リ
セットノイズが信号出力に重畳される。この後、CCD 素
子100 では、転送部より信号電荷が出力ダイオードに転
送されることにより、信号レベル41を示す。この時はノ
イズは発生しないため、まったく同じ値のリセットノイ
ズが重畳している。そこで、差動増幅器３により、キャ
パシタ６および５にそれぞれ記憶されている信号レベル
41とフィードスルーレベル40との差をとることにより、
リセットノイズを除去するのが、従来の相関２重サンプ
リング法である。

この方法には、第４図のように信号レベルおよびフィー
ルドスルーレベルの双方共にサンプルホールドして差を
とる方式と、フィードスルーレベルをクランプすること
で、等価的に差をとる方法とが考えられており、いずれ
も原理的には同等と考えられる。このクランプする方法
では、CCD 撮像素子のように内部増幅器のノイズが多い
場合には、増幅器ノイズをホールドまたはクランプして
しまい、リセットノイズの除去効果が少ない。

このような増幅器ノイズを除去するために、従来は第６
図のような回路が用いられていた。第６図は、サンプル
ホールド回路部分を示し、ここで、14は入力、15は出
力、16および17は増幅器、18はキャパシタ、19はアナロ
グスイッチ、20は抵抗、21はコントロール信号、22は増
幅器である。

スイッチ19と、ホールドキャパシタ18によりサンプルホ
ールドを行う。このとき、スイッチ19のオン抵抗および
外付抵抗20による抵抗成分とキャパシタ18とによる時定
数により、フィルタ効果をもたせて、上述の増幅器ノイ
ズを除去することが考えられる。

このフィルタ効果は、時定数が長いほど、ノイズ除去効
果はあるが、その反面、時定数があまり長いと、フィー
ドスルーレベルと、信号レベルとの区別がつかなくな
り、またリセットノイズの除去効果が無くなるという不
都合がある。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、アナログ遅延線を利用して、予め信号レベルと
フィードスルーレベルとの差をとり、正しく差のとられ
ている区間のみを取り出すことにより、低域のリセット
ノイズを除去し、その出力をローパスフィルタに通すこ
とによりCCD 内のフローティングディフュージョン増幅
器(FDA) より発生する高域ノイズを除去することが考え
られる。すなわち、CCD 撮像素子の出力を所定時間だけ
遅延する遅延手段と、その遅延手段により遅延した信号
とCCD 撮像素子出力との間の減算を行う手段と、その減
算出力のうちCCD 撮像素子出力の信号レベル期間と遅延
した信号のフィードスルーレベル期間との重畳期間の信
号成分を取り出す手段と、その取り出した信号成分のう
ち、CCD 撮像素子の信号帯域幅に対応する成分を通過さ
せて撮像信号を取り出すフィルタ手段とを具えたCCD 読
み出し回路を構成することができる。

かかるCCD 読み出し回路については、本出願人が既に出
願済み（実願昭60−30318 号）であるが、未だ出願公開
されていないので、更に詳しく説明を行う。

第１図は、上述したCCD 読み出し回路の全体構成を示
す。ここで、30はFDA を含むCCD 素子である。32はコン
デンサ31を介してCCD 出力43を供給されるバッファ増幅
器、33は増幅器32の出力を供給される遅延線であり、CC
D 出力43を、たとえば、そのフィールドスルーレベルの
期間に相当する時間だけ遅延して取り出す。34は遅延線
33の出力から増幅器32の出力を引算する差動増幅器、35
は差動増幅器34の出力を抵抗36とスイッチ37で構成され
るゲート手段を介して供給されるローパスフィルタ、37
は差動増幅器34の出力をCCD 出力43の信号レベルの期間
だけ取り出すゲート手段としての電子スイッチ、38はス
イッチ37の出力を供給されるバッファ増幅器、39はバッ
ファ増幅器38から取り出したCCD 読み出し出力である。

バッファ増幅器32により適当な大きさの出力インピーダ
ンスの下で得たCCD 出力信号43を遅延線33により、たと
えば、フィードスルーレベル期間だけ遅延させる。さら
に、差動増幅器34によって両信号43と44との差をとった
後、フィードスルーレベルと信号レベル期間とが重なっ
て両期間の減算が正しく行なわれている期間だけゲート
パルス45によってスイッチ37を差動させて、抵抗36およ
びスイッチ37によって差動増幅器34の出力を取り出す。
この場合、遅延回路の遅延時間をこれらの期間の重なり
が最大となるように選定すれば、ゲート出力の信号の時
間幅も大きくでき、信号処理上有利である。

なお、本例では抵抗36およびスイッチ37を用いている
が、その代わりに乗算回路を用いても良い。

上述したゲート出力46をバッファ増幅器38を介して所定
のローパスフィルタ35に通すことにより、スパイクノイ
ズ（高域ノイズ）を除去し得ると共に、FDA の低減ノイ
ズも除去されたCCD 読み出し出力39を得る。すなわち、
CCD 出力信号43には、そのフィードスルーレベルおよび
信号レベルのいずれにも低減および高域ノイズが含まれ
ているが、そのうちの低減ノイズはゲート出力46として
除去され、さらに、高域ノイズやゲートに伴う高調波は
ローパスフィルタ35により除去される。

ところが、第３図に示すタイミング図から明らかなよう
に、減算信号50に大きなレベル変化があるため、（ある
いは、レベルが一定であっても零でなく大きな値である
ため）、ゲートパルス45のタイミングにわずかな変化59
が生じたとしても、信号出力の変動となって現われてし
まう。

このように、ゲートパルスもしくはCCD 駆動パルスにタ
イミングジッターがある場合には、実効的にゲートパル
ス幅が変化した如く動作し、特に固定パターンノイズの
原因となり、僅かなジッターでも目立ってしまう。これ
らのタイミングジッターは、駆動回路内における分周回
路などの影響による周期的な波形の変化や、波形整形回
路における閾値の変動によるパルス幅の変化などが原因
となっており、かかるジッターを無くすのは非常に困難
である。

［発明の目的］ よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、CCD 読み出し
回路に供給されるゲートパルスのジッターに起因した信
号面積の変化を減少させ、もって視覚上目立つ固定パタ
ーンノイズを低減する方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明によるCCD 読み出
し方法では、リセットレベル期間，フィードスルーレベ
ル期間および信号レベル期間の順で繰り返し生起するCC
D 撮像素子の出力を、所定時間だけ遅延する遅延手段
と、遅延手段により遅延した信号と前記CCD 撮像素子出
力との間の減算を行う手段と、その減算出力のうち前記
CCD 撮像素子出力の信号レベル期間と前記遅延した信号
の前記フィードスルーレベル期間との重畳期間の信号成
分を取り出すゲート手段と、その取り出した信号成分の
うち、前記CCD 撮像素子の信号帯域幅に対応する成分を
通過させて撮像信号を取り出すフィルタ手段とを具えた
回路に通すとともに、前記遅延手段の遅延時間を、前記
フィードスルー期間および前記信号期間よりも短かい時
間幅に設定して、前記減算出力の信号レベルが零となる
期間を形成し、その形成した零となる期間の一部を含め
て前記重畳期間の信号成分を取り出すものである。

［実施例］ 以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

本発明の一実施例として、先に述べた第１図示のCCD 読
み出し回路を用いる。従って、各々の構成要素は既に述
べたとおりあるので、説明を省略する。

第２図は、本実施例の動作を説明するタイミング図であ
る。本実施例の動作は、先に述べた第３図示のタイミン
グ図と比較することにより明らかになる。すなわち、信
号レベル期間60より遅延時間61を僅かに短くし、ゲート
パルス45の立上り時および立下り時の近傍（少なくと
も、タイミングジッターのある期間59）では、減算信号
50が常に零レベル62、もしくは、ゲート手段を閉じた時
の電圧に等しくなるようにしている。これにより、タイ
ミングジッターが有るときにも、信号出力に影響を与え
ることがなくなる。

［発明の効果］ 本発明を実施することにより、 (イ) サンプリングパルスやゲートパルスの位相の僅かな
誤差が電波のかぶり込みを招来し、駆動信号のビート縞
状となって目立つという従来の不都合を解消することが
できる。

(ロ) 駆動回路内における分周回路からの飛び込みによ
り、周期的な縦縞となって現われる視覚上のノイズを除
去することができる。

(ハ) 温度変化や、電源立上時のパルスの位相変化などの
影響による特性変化を防ぐことができる。

かくして、本発明では、これらの視覚的ノイズを除去す
るためのシールドやアースラインを厳重に設ける必要が
なくなることから、軽量かつ低廉な撮像装置を実現する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するために用いるCCD 読み出し回
路の全体構成図、 第２図(A) 〜(D) は第１図に示した実施例の動作を示す
タイミング図、 第３図(A) 〜(D) は本発明を実施しないことにより生じ
る不都合を説明するタイミング図、 第４図は従来の相関２重サンプリング回路を示す回路
図、 第５図(A) 〜(E) は第４図の動作を示す信号波形図、 第６図は一般的なサンプルホールド回路を示す回路図で
ある。 30……CCD 素子、 31……コンデンサ、 32……バッファ増幅器、 33……遅延線、 34……差動増幅器、 35……ローパスフィルタ、 36……抵抗、 37……スイッチ、 38……バッファ増幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リセットレベル期間，フィードスルーレベ
   ル期間および信号レベル期間の順で繰り返し生起するCC
   D 撮像素子の出力を、 所定時間だけ遅延する遅延手段と、 該遅延手段により遅延した信号と前記CCD 撮像素子出力
   との間の減算を行う手段と、 その減算出力のうち前記CCD 撮像素子出力の信号レベル
   期間と前記遅延した信号の前記フィードスルーレベル期
   間との重畳期間の信号成分を取り出すゲート手段と、 その取り出した信号成分のうち、前記CCD 撮像素子の信
   号帯域幅に対応する成分を通過させて撮像信号を取り出
   すフィルタ手段とを具えた回路に通すとともに、 前記遅延手段の遅延時間を、前記フィードスルー期間お
   よび前記信号期間よりも短かい時間幅に設定して、前記
   減算出力の信号レベルが零となる期間を形成し、 その形成した零となる期間の一部を含めて前記重畳期間
   の信号成分を取り出すことを特徴とするCCD 読み出し方
   法。