JPH08237557A - 相関器回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＣＤセンサ等の固体撮像装置によって発生
した画像信号から雑音を除去する、構造が単純でかつ安
価なＬＣローパスフィルタ相関器回路を提供する。 【構成】 相関器回路３２は、入力部３４と、ローパス
フィルタ部３６と、出力部３８とを含む。入力部３４は
信号ラインに直列に接続されたキャパシタおよび並列に
接続された抵抗を含み、第一の信号値を有する第一の期
間と第二の信号値を有する第二の期間とからなる周期を
持つアナログ信号を受信する。ローパスフィルタ部３６
は入力部３４に結合され信号ラインに直列に接続された
インダクター並列に接続されたキャパシタからなるＬＣ
ローパスフィルタ部を少なくとも一つ有する。出力部３
８はローパスフィルタ部３６に結合され出力抵抗にアナ
ログ信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般には信号処
理回路に関し、より特定的には、相関をとることが必要
な信号中の雑音除去のためのＬＣローパスフィルタ相関
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】相関二重サンプリングとして公知の信号
処理技術は、相関をとることが必要な信号中の雑音除去
によく用いられる。かかる信号の例としては、雑音を下
げるための固体撮像装置（電荷結合素子（以下ＣＣＤと
称す）画像センサなど）からの画像信号がある。相関二
重サンプリングは、ＣＣＤ画像センサからの各出力画素
ごとにリセット基準レベル（Ｖ_reset ）から画像レベル
（Ｖ_image ）を減じることである。

【０００３】図１に示すＣＣＤ出力回路は、光電発生し
た信号電荷を電圧信号に変換する。ＣＣＤ撮像フォトサ
イト（図示せず）からの電荷パケットは、水平シフトレ
ジスタ１０へ移される。電荷パケットは水平クロックＨ
１およびＨ２を介して水平にシフトされ、さらに出力ゲ
ート１３を介して浮遊拡散ノード１２上へシフトされ
る。浮遊拡散ノード１２の電荷は電荷パケット中の電子
の数に比例して線形に変化する。浮遊拡散ノード１２の
電荷は二段ソースホロワ回路１４の入力ゲートへ印加さ
れ、Ｖ_out で信号を発生する。リセットクロック（ＲＥ
ＳＥＴ）によって駆動されるリセットトランジスタ１６
は、水平シフトレジスタ１０から新しい電荷パケットが
到着するまで浮遊拡散ノード１２を正電荷Ｖ_rdに再充電
する。

【０００４】図２（Ａ）は図１のソースホロワの出力に
おける信号波形Ｖ_out を示す。この波形は次の３つの部
分からなる。すなわち、リセットクロックフィードスル
ー（Ｖ_ft）、リセット基準レベル（Ｖ_reset ）、および
画像レベル（Ｖ_image ）である。フィードスルーＶ_ftは
ＲＥＳＥＴゲート１６と浮遊拡散ノード１２との間の容
量結合の結果生じる。浮遊拡散ノード１２がリセットさ
れると、リセット電圧は「熱」雑音の影響を受ける。こ
のレベルは浮遊拡散ノード１２の容量と温度とに依存す
る。同じランダムなリセットノイズ電圧は基準電圧Ｖ
_reset と画像レベルＶ_image との両方に影響する。画素
ごとにＶ_reset とＶ_image との差をとることにより、こ
の「熱」雑音を排除することができる。またこれによ
り、二段ソースホロワ出力増幅器１４から低周波の雑音
を低減することができる。

【０００５】相関二重サンプリングを行う、当該技術分
野で公知の回路を図３に示す（この回路の例は米国特許
第4,283,742 号および第4,845,382 号に開示されてい
る）。図１の回路からの信号Ｖ_out は、サンプル／ホー
ルド回路（以下「Ｓ／Ｈ回路」と称す）２０および２２
への入力信号Ｖ_inを形成し、Ｓ／Ｈ回路２０の出力はさ
らに別のＳ／Ｈ回路２４によってサンプリングされる。
上述した差の信号Ｖ_D は減算回路２６によってＳ／Ｈ回
路２２と２４との出力の差をとって得られる。図２
（Ｂ）および（Ｃ）は、Ｓ／Ｈ回路２０を駆動する波形
Ｓ／Ｈ（１）、およびＳ／Ｈ回路２２、２４を駆動する
Ｓ／Ｈ（２）を示す。波形Ｓ／Ｈ（１）からのサンプリ
ングパルスにより、Ｓ／Ｈ回路２０がリセット基準レベ
ル（Ｖ_reset ）をサンプリングする。波形Ｓ／Ｈ（２）
からのサンプリングパルスはＳ／Ｈ回路２２に画像レベ
ル（Ｖ_image ）をサンプリングさせ、同時にＳ／Ｈ回路
２４にＳ／Ｈ回路２０の出力をサンプリングさせ、これ
によりリセット基準レベル（Ｖ_{re set} ）を遅延させる。
こうして、Ｓ／Ｈ回路２２と２４との出力の差を取るこ
とによって、差分回路２６から雑音のない信号Ｖ_D （図
２（Ｄ）に示す）が得られる。

【０００６】米国特許第4,287,441 号（1981年9 月1 日
発行、発明者スミス（Smith)）には、遅延ラインおよび
Ｓ／Ｈ回路を用いる他の相関回路が開示されている。ま
た、米国特許第5,086,344 号（1992年2 月4 日発行、発
明者ドルナら（D'Luna et al. ））には、画像センサの
出力をサンプリングするためのデジタル相関二重サンプ
リング回路が開示されている。

【０００７】さらに、米国特許第4,757,386 号（1988年
7 月12日発行、発明者ガナー（Ganner））、および第4,
127,877 号（1978年11月28日発行、発明者モリシタら
（Morishita et al.）には、ＣＣＤセンサと共にローパ
スフィルタを用いることが開示されているが、ただしこ
のローパスフィルタは二重相関サンプリング回路として
は用いられていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の米国特許で開示
されている従来の相関器信号処理回路には次のような問
題があった。すなわち、先行技術の相関器回路はタイミ
ングを増やし制御回路に依存することによって動作する
能動回路要素（Ｓ／Ｈ回路など）を用いるため、構造が
複雑で、かつ費用がかかるという点が不利であった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に従えば、公知
の相関器回路の欠点を解決する、ＬＣローパスフィルタ
相関器回路を提供することができる。本発明の相関器回
路には以下の利点がある。（１）構造が単純。（２）正
確さが向上した。（３）安価である。（４）完全に受動
型である。（５）Ｓ／Ｈ回路や、関連したタイミングお
よび制御回路を用いずにＡＤ変換器を直接使用すること
ができる。

【００１０】この発明の一局面に従えば、画像信号など
の信号から雑音を除去するための相関器回路が提供され
る。この相関器回路は、入力部と、ローパスフィルタ部
と、出力部とからなる。入力部は信号ラインに直列接続
されたキャパシタと並列接続された入力抵抗とを含み、
第一の信号値を有する第一の期間(interval)と第二の信
号値を有する第二の期間(interval)とからなる周期を持
つアナログ信号を受信する。ローパスフィルタ部は、該
入力部に結合され、信号ラインに直列接続されたインダ
クター並列接続されたキャパシタ（ＬＣ）からなるロー
パスフィルタ部を少なくとも一つ有する。出力部は、該
ローパスフィルタ部に結合され、出力抵抗にアナログ信
号を出力する。この出力信号には雑音がなく、その信号
値は上記第一の信号値と第二の信号値との差の関数であ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態を特に
画像信号処理に関して以下に説明するが、本発明の相関
器回路は任意の信号から雑音を除去するために用いるこ
とができることを理解されたい。

【００１２】図４には本発明に従う相関器回路を組み入
れる画像信号処理回路を示す。図からわかるように、固
体画像センサ３０（ＣＣＤセンサまたはＭＯＳセンサ
等）は、図２（Ａ）に示すような画像信号を発生する。
この画像信号は、リセット信号値（リセット電圧）を有
する第一の期間と、画像信号値（画像電圧）を有する第
二の期間とからなる画素周期を持つ。これらの画素期間
のどちらにも存在する雑音は、受動相関器回路３２によ
って排除される。相関器回路３２からは低周波雑音のな
い画素画像情報をあらわす信号が出力される。このアナ
ログ信号はサンプリングされ、ＡＤ変換器３３によって
デジタル信号に変換される。

【００１３】次に図５に、本発明に従う相関器回路の好
ましい一実施形態を示す。相関器回路３２は入力部３４
を含み、この入力部３４は、端子３５および３７で、第
一の信号値を有する第一の期間と第二の信号値を有する
第二の期間とからなる周期を持つアナログ信号Ｅ_in（画
像信号）を受信する。図４に示す好ましい実施形態で
は、アナログ入力信号は画像（画素）信号である。ま
た、相関器回路３２は、第一と第二の信号値の差の関数
である雑音のない信号を出力するために、ローパスフィ
ルタ部３６と出力部３８とを含む。入力部３４は信号ラ
インに直列に接続された直列キャパシタ（コンデンサ）
４０と並列に接続された入力抵抗４２とを含む。ローパ
スフィルタ部３６は、信号ラインに直列に接続された直
列インダクタ（誘導子）４４と並列に接続された並列キ
ャパシタ（コンデンサ）４６（および４４’と４６’）
からなる少なくとも一つのＬＣ部を含む。出力部３８は
出力抵抗５２の出力端子４８および５０で信号Ｅ_out を
出力する。抵抗４２および５２の値は好ましくは同じで
ある。

【００１４】図６にはＣＣＤ撮像装置の出力電圧を示
す。相関器回路は電圧Ｖ_RST とＶ_SIGとの差をとり、接
地に対して電圧Ｖ_pix を出力する（図７参照）。図５の
ＬＣローパスフィルタ相関器は、入力抵抗（終端抵抗）
を第一のキャパシタと交換したＬＣローパスフィルタに
より構成される。ＬＣベースの受動ローパスフィルタで
あればどのようなものでも相関器として機能するが、出
力における信号波形および集団分散（周波数の関数であ
るフィルタの時間遅延）はこのフィルタに特徴的なもの
である。この形態で使用するローパスフィルタは、特徴
的なインパルス応答（図７参照）からわかるように、ベ
ッセルフィルタ（Bessel Filter ）である。

【００１５】ＬＣローパスフィルタ相関器は、入力キャ
パシタ４０においてフィルタの特徴時間（約Ｔ_rise）の
間に入力電圧差をサンプリングすることによって動作す
る。このサンプリングされたエネルギは、入力抵抗４２
および出力終端抵抗５２の両方によって消費され、画素
時間の後に出力電圧をゼロ（接地）に戻す。ＣＣＤ電圧
のうちの高周波はローパスフィルタによってろ波して除
去され、ＣＣＤ電圧の低周波は、低すぎて入力キャパシ
タ４０でエネルギを出すことができない。従って、本発
明のＬＣローパスフィルタ相関器の出力電圧は、接地に
対するローパスフィルタのパルス特徴的なインパルス応
答であり、その高さはＣＣＤリセット電圧とＣＣＤ信号
電圧との差に比例する（図６および図７参照）。

【００１６】

【発明の効果】本発明の相関器回路は、低周波数に用い
た場合に最適な効果が得られる。回路は単純で、安価
で、かつ非常に正確であり、サンプル／ホールド回路等
の能動回路および関連したタイミングおよび制御回路を
用いることなく完全に受動型である。また、この回路は
直接ＡＤ変換器と共に用いることができる。

【００１７】現在のところ好ましいと考えられる実施形
態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明の
精神および範囲内であれば変更および変形を行うことが
可能であることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 固体撮像装置用の公知の出力回路の概略図で
ある。

【図２】 信号の波形図であり、（Ａ）は図１の公知の
回路から発生する信号の波形を示し、（Ｂ）および
（Ｃ）は波形を二重サンプリングする地点を示し、
（Ｄ）はこの二重サンプリングによって得られる画像信
号差の波形を示す。

【図３】 図２（Ｂ）および（Ｃ）のサンプル波形に従
って図２（Ａ）の波形の相関二重サンプリングを行うた
めの、公知の回路のブロック図である。

【図４】 本発明を組み入れる映像信号処理回路のブロ
ック図である。

【図５】 本発明の相関回路の一実施形態を示す概略図
である。

【図６】 図５の相関回路の動作を説明する上で有用な
波形図である。

【図７】 図５の相関回路の動作を説明する上で有用な
波形図である。

【符号の説明】

３２ 受動相関器回路、３４ 入力部、３６ ローパス
フィルタ部、３８ 出力部、３５、３７ 入力端子、４
０ 直列キャパシタ、４２ 並列入力抵抗、４４ 直列
インダクタ、４６ 並列キャパシタ、４８、５０ 出力
端子、５２ 出力抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号から雑音を除去するための相関器回
   路であって、 第一の信号値を有する第一の期間と、第二の信号値を有
   する第二の期間とを含む周期を有するアナログ信号を受
   信するための入力部を含み、前記入力部は、信号ライン
   に直列接続されたキャパシタと並列接続された入力抵抗
   とを含み、さらに、 前記入力部に結合され、信号ラインに直列接続されたイ
   ンダクター並列接続されたキャパシタからなるＬＣロー
   パスフィルタ部を少なくとも一つ有するローパスフィル
   タ部と、 前記ローパスフィルタ部に結合されて、出力抵抗に出力
   アナログ信号を出力するための出力部とを含み、前記出
   力アナログ信号は雑音がなく、かつ前記第一の信号値と
   前記第二の信号値との差の関数である信号値を有する、
   相関器回路。