JPH09200618A

JPH09200618A - ノイズ低減装置

Info

Publication number: JPH09200618A
Application number: JP8295166A
Authority: JP
Inventors: Tadaki Mine; 忠己峯; Toshiyuki Yasui; 敏之安井; Ryuichiro Kuga; 龍一郎久我
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像度の電荷結合素子についても良好なノ
イズの低減効果が得られるノイズ低減カイロを提供す
る。【解決手段】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成す
るＣＣＤ６の出力を、一定時間遅延させる遅延回路８
と、この遅延回路８の出力から原信号を１対１以外の比
で減算する減算回路９を設け、この減算回路９の出力を
ゲーティング回路１０に加えて、フィードスルーレベル
期間と信号レベル期間とが重なる期間のみ信号を出力
し、リセットノイズ成分が打ち消された信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はノイズ低減装置に関
するものであり、特に電荷結合素子（以下ＣＣＤとい
う）をシフトレジスタとして用いた撮像装置等における
ノイズを低減するノイズ低減装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤは、転送電極によって半導体表面
に作られた電位の井戸を用いて、信号電荷を次々と転送
するデバイスである。このＣＣＤをレジスタとして用
い、これに光信号を電荷信号に変換する感光画素を組み
合わせたものがＣＣＤイメージセンサである。このイメ
ージセンサには、感光画素を直線的に配列したリニアイ
メージセンサ（１次元イメージセンサ）と、２次元的に
配列したエリアイネージセンサ（２次元イメージセン
サ）とがある。

【０００３】ＣＣＤイメージセンサは従来の撮像管に比
べて小型、軽量、低消費電力、高信頼性という特長があ
り、更に、図形ひずみや焼き付けがないなどの利点もあ
る。このため、近年、工業用カメラや家庭用ＶＴＲ一体
型カメラなどの分野では、撮像管に取って替わりつつあ
り、更には半導体製造技術の発達によって、多画素化が
進み、より高解像度のＣＣＤが開発された結果、放送用
カメラといった高品質な画質が要求される分野にも使用
されている。

【０００４】ところで、このような高解像度化に際して
問題となるのは、信号電荷量の低下に伴う感度、および
ダイナミックレンジの劣化である。このような問題を解
決し、高解像度で高品質な画像を得るためにはノイズの
低減が不可欠である。ＣＣＤイメージセンサにおいてノ
イズはＣＣＤによって転送されてきた信号電荷を外部へ
取り出すための出力部において生成されるものが支配的
である。ＣＣＤイメージセンサからの出力の取り出し方
としてはＭＯＳ構造の電極の下に電荷が転送されてきた
ときの電極容量の変化や電荷による表面電位の変化を検
出する方法があり、代表的な回路としてフローティング
ディフュージョン増幅器（ＦＤＡ）がある。ＦＤＡは、
ＣＣＤの出力部に設けられたリセットＭＯＳトランジス
タにリセットパルスを加えたとき、そのトランジスタの
チャネル抵抗のもつ熱雑音が混入してリセット電圧にゆ
らぎを生じることにより、リセットノイズを生じるとい
う問題がある。このリセットノイズを低減するものとし
て相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ）と遅延差ノイズ
除去回路（ＤＤＳ）が知られている。ＣＤＳは、リセッ
ト期間、０レベル期間、信号期間の３つの期間を一周期
として繰り返すＣＣＤの出力波形の０レベル期間におい
て０Ｖにクランプして、次の信号期間に現れる信号をサ
ンプルホールドするようにしている。リセットノイズは
０レベル期間に電圧変動として現れるので、これを０Ｖ
にクランプすることによってこのノイズが信号として出
力されるのを防止しているのである。

【０００５】ところで、ＣＤＳはこのようにしてリセッ
トノイズを低減できると考えられていたのであるが、信
号期間における信号をサンプルホールドするため、サン
プリング周波数よりも高いノイズが信号中に含まれてい
た場合、そのノイズ成分もサンプリングされてしまい、
信号に重畳した状態でサンプルホールド回路から出力さ
れてしまう。このように高周波ノイズ成分がサンプルホ
ールド回路を通じて恰も低調波成分ノイズの如く出力さ
れることを高域成分の低減への折り返しという。

【０００６】一方、ＤＤＳはサンプルホールド回路を用
いることなくノイズ低減するものであるから、高周波ノ
イズの低減への折り返しがなく、ノイズ低減効果が大き
い有効な方法である。以下、この従来例の構成を図１
５、図１６、図１７、図１８を用いて説明する。図１５
は従来の遅延差ノイズ除去法を用いたノイズ低減回路の
構成を示すブロック図、図１６はその動作を示すタイム
チャート、図１７はその伝達特性を示す特性曲線図であ
る。ＣＣＤ２３の出力信号は、図１６（ａ）に示すリセ
ットレベル期間ｒ、フィードスルーレベル期間ｔ、信号
レベル期間ｖが順に繰り返される波形であり、この信号
は順次バッファアンプ２４を介して差動増幅器２６の負
入力端子に入力される。差動増幅器２６の正入力端子に
は遅延回路２５により一定時間γだけ遅延された図１６
（ｂ）に示す信号（Ｑ）が入力される。なお、τは、信
号量をなるべく多く取り出すために、差動増幅器２６の
負入力端子に入力されている図１６（ａ）に示す信号
（Ｐ）の信号レベル期間ｖと信号（Ｑ）のフィードスル
ーレベル期間ｔとの重なりが、最も大きくなるように設
定されている。そのため、差動増幅器２６の出力である
図１６（ｃ）に示す信号（Ｒ）は前記重なり期間におい
て、信号レベル期間ｖとフィードスルーレベル期間ｔで
相関のあるノイズ成分ｎが打ち消されて出力される。そ
して、この差動増幅器２６の出力信号（Ｒ）はゲーティ
ング回路２７に入力され、このゲーティング回路２７は
これをゲートして、信号レベル期間ｖとフィードスルー
レベル期間ｔの重なっている期間のみを図１６（ｄ）に
示す信号（Ｓ）として出力する。この信号（Ｓ）は図示
しない低域ろ過器（以下ＬＰＦと記す）等により不要な
高域成分が除去されて図１６（ｅ）に示す信号（Ｔ）と
して出力される。ところで、信号レベル期間ｖとフィー
ドスルーレベル期間ｔで相関のあるノイズ成分には、既
述したリセットノイズが含まれるので、上記遅延差ノイ
ズ除去法の技術によれば、これらのノイズが確実に除去
できるのである。

【０００７】また、上記技術の伝達特性は、図１７に示
すように低域が減衰したくし型特性を呈するため、低域
に多く存在する１／ｆノイズについても良好に低減する
ことができるのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように遅延差ノ
イズ除去法は、現行における最も優れたノイズ除去法と
して高く評価されている訳であるが、ＣＣＤイメージセ
ンサの高画素化が更に進みつつある最近において新たな
課題が生じてきた。つまり、例えば、家庭用ＶＴＲ一体
型カメラ等のように１画面の画素数が４０万画素程度で
あれば、ＣＣＤの出力信号の周波数は約１４ＭＨｚ程度
で済むが、最近のハイビジョン用画像のように１画面の
画素数が２００万画素程度にまで増加すると、それに応
じた撮像装置の出力信号の周波数が約７４ＭＨｚにも達
する。このような高周波数になると、ＣＣＤから高速度
で信号を取り出すこととなり、１画素の周期が短くな
る。これに対処するためには、ＣＣＤの出力アンプの周
波数特性を広域化することが必要であるが、信号の高調
波成分まで通すためには出力データレートの３倍程度の
帯域が必要となり、製作上困難になってくる。よってＣ
ＣＤイメージセンサとして高画素化されたものを用いる
と、その出力信号（Ｐ’）が図１８（ｂ）に示すように
鈍った波形となり、これを遅延させた信号（Ｑ’）も図
１８（ｂ）に示すように鈍った波形となる。ここで、前
記のように遅延時間τを信号（Ｐ’）の信号レベル期間
ｖと信号（Ｑ’）のフィードスルーレベル期間ｔの重な
りが最も大きくなるように設定すると、差動増幅器２６
の出力信号（Ｒ’）の信号レベル期間ｗにおいて信号
（Ｐ’）の信号レベル期間ｖにおけるノイズ成分ｎ₂と
信号（Ｑ’）のフィードスルーレベル期間ｔにおけるノ
イズ成分ｎ₁とを打ち消すことができず、図１８（ｃ）
のｎｃに示すように残ってしまい、最終的に図１８
（ｄ）に示す信号（Ｓ’）におけるｎｄとして出力され
てしまい、信号（Ｔ’）も図１８（ｅ）に示すようにノ
イズ成分の影響を受けるという問題があった。

【０００９】従って、この発明は高解像度のＣＣＤイメ
ージセンサに特に好適したノイズ低減装置を提供するこ
とを第１の目的とする。本発明の第２の目的は、既存の
遅延差ノイズ除去技術を踏襲しつつ、それの一部を改良
することで既存技術で解消できなかったノイズ成分を除
去できる装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明はリセットレベル期間、フィードスルーレベル
期間、信号レベル期間の順で信号出力を繰り返す電荷結
合素子のためのノイズ低減装置であって、前記フィード
スルーレベル期間よりも短い所定の遅延時間が設定され
ており、電荷結合素子の出力信号を前記時間遅延する遅
延手段と、電荷結合素子の出力信号と前記遅延手段で遅
延された信号の差分をとる差分手段と、電荷結合素子の
出力信号の信号レベル期間と遅延手段により遅延された
信号のフィードスルーレベル期間とが重複する期間にお
ける前記差分手段の出力信号を取り出すゲーティング手
段と、を有することを特徴としている。

【００１１】ここで、前記電荷結合素子の出力部には電
荷結合素子から転送されてくる信号を増幅して出力する
バッファアンプが備えられ、前記遅延手段及び差分手段
にはバッファアンプからの出力信号が加えられ、前記遅
延手段の遅延時間は前記バッファアンプの周波数特性に
関連させて決定されている。

【００１２】また、バッファアンプにステップ信号を加
えて該アンプがステップ信号の立ち上がり後、所定増幅
率に復帰するまでの時間をｔｃ、各繰り返し周期のフィ
ードスルーレベル期間をｔとすると、前記遅延時間はｔ
−ｔｃで与えられる時間に設定されている。又、上記目
的を達成するため本発明はリセットレベル期間、フィー
ドスルーレベル時間、信号レベル期間の順で信号出力を
繰り返す電荷結合素子のためのノイズ低減装置であっ
て、電荷結合素子の出力回路から得る信号を２つに分岐
し、一方の分岐された信号のフィードスルーレベル期間
の前半を除く区間と、他方の分岐された信号の信号レベ
ル期間とが重複するよう２つの分岐信号の一方又は両方
に対して時間調整する時間調整手段と、時間調整後にお
いて２つの分岐信号の差を求める差分手段と、一方の分
岐信号のフィードスルーレベル期間の前半を除く区間と
他方の信号レベル期間との重複期間において差分手段か
ら得る差信号を選択して出力する選択出力手段と、を備
えていることを特徴としている。

【００１３】又、上記目的を達成するため本発明はリセ
ットレベル期間、フィードスルーレベル期間、信号レベ
ル期間の順で信号出力を繰り返す電荷結合素子のための
ノイズ低減装置であって、前記電荷結合素子の出力信号
を一定時間遅延する遅延手段と、電荷結合素子の出力信
号と遅延された信号に対して異なった重み付けをした
後、重み付けされた２つの信号の差をとる重み付け差分
手段と、差分手段から出力される信号であって、電荷結
合素子の出力信号の信号レベル期間と遅延手段で遅延さ
れた信号のフィードスルーレベル期間とが重複する期間
における信号を取り出すゲーティング手段と、を備えて
いることを特徴としている。

【００１４】ここで、遅延手段の遅延時間はフィードス
ルーレベル期間と同一の時間若しくはそれ以上の時間に
設定されている。また、遅延手段の遅延時間は、電荷結
合素子の出力の信号レベル時間の中に、遅延された信号
のフィードスルーレベル時間が全て含まれる所定の時間
に調整されている。

【００１５】更に、電荷結合素子の出力回路に低域成分
を減衰させるフィルタ手段が設けられ、フィルタ手段を
通過した信号が前記遅延手段及び差分手段に与えられて
いる。又、上記目的を達成するため本発明はリセットレ
ベル期間、フィードスルーレベル期間、信号レベル期間
の順で信号出力を繰り返す電荷結合素子のためのノイズ
低減装置であって、前記電荷結合素子の出力信号を所定
時間遅延する遅延手段と、遅延手段の出力信号の高周波
成分を選択的に増幅する増幅手段と、電荷結合素子の出
力信号と前記増幅手段の出力信号の差をとる差分手段
と、差分手段から出力される信号であって、電荷結合素
子の出力信号の信号レベル期間と遅延手段で遅延された
信号のフィードスルーレベル期間とが重複する期間にお
ける信号を取り出すゲーティング手段と、を備え、前記
遅延時間は、電荷結合素子の出力の信号レベル期間内に
遅延手段の出力信号のフィードスルーレベル期間が含ま
れるまで遅延するのに必要な時間としてあることを特徴
としている。

【００１６】ここで、前記差分手段は、２つの入力信号
に対する重み付けが同一である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のノイズ低減装置の
第１実施形態について図１および図２を用いて説明す
る。図１はノイズ低減装置の構成を示すブロック図であ
り、具体的には遅延差ノイズ除去法を実現する構成をし
ている。即ち、本実施の形態の構成がＣＣＤ１の出力信
号はバッファアンプ２に入力され、その出力信号は差動
回路４の負入力端子に入力される。また、バッファアン
プ２の出力信号は遅延回路３を通り、遅延された後、差
動回路４の正入力端子に入力され、この信号とバッファ
アンプ２の出力信号との差分をとった信号が差動回路４
から出力される。更に、差動回路４の出力信号はゲーテ
ィング回路５に入力され、入力信号の中のある期間のみ
これに基づく信号を出力するよう構成されている。但
し、既存の遅延差ノイズ除去技術と異なる点は遅延回路
３の遅延時間とゲーティング回路５のゲート開閉のタイ
ミングであるので、次に図２に示すタイムチャートを用
いてノイズ低減装置の動作を説明する。図２において、
ＣＣＤ１はリセットレベル期間ｒ、フィードスルーレベ
ル期間ｔ、信号レベル期間ｖ（ｒ，ｔ，ｖの符号は前記
従来例のものと同一符号を用いる）を順に繰り返して出
力する。図２（ａ）に示すＣＣＤ１の出力信号（Ａ）は
遅延回路３により遅延されて図２（ｂ）に示す信号
（Ｂ）となる。遅延時間τは図示のようにフィードスル
ーレベル期間ｔよりも短く設定されている。このため信
号（Ａ）の信号レベル期間（ｖ）と一致する遅延信号
（Ｂ）のフィードスルーレベル期間（ｔ）は遅延時間τ
に相当する一部の期間だけとなる。この結果、差動回路
４により、バッファアンプ２の出力と遅延回路３の出力
との差分をとった図２（ｃ）に示す信号（Ｃ）が出力さ
れる。この信号（Ｃ）のうち、信号（Ａ）の信号レベル
期間ｖと信号（Ｂ）のフィードスルーレベル期間ｔとが
重複した期間における波形ｍには図からもわかるように
ノイズ成分が存在していない或いは存在していても非常
に微小なレベルである。ゲーティング回路５はゲート開
閉のタイミングを最適に設定することにより、図２
（ｄ）に示すように上記重複期間における波形ｍのみの
信号Ｄを出力する。この信号Ｄは図示しないＬＰＦ等に
より不要な高域成分を除去され、図２（ｅ）に示すリセ
ットノイズ成分が良好に低減された有効信号レベル電圧
の信号（Ｅ）となる。

【００１８】上記のように信号（Ａ）の信号レベル期間
に対して信号（Ｂ）のフィードスルーレベル期間ｔの一
部期間のみが重なるように遅延時間τを設定すれば、そ
の重複期間の差分信号波形ｍにノイズ成分が現れないの
は次の理由による。即ち、ノイズ成分は信号レベル期間
ｖとフィードスルーレベル期間ｔで相関性があり、本来
はいずれの期間ｖ，ｔとも同じレベルで現れるのである
が、ＣＣＤの出力信号の周波数が高くなってくると、Ｃ
ＣＤの出力信号を増幅するバッファアンプの周波数帯域
が無視できなくなり、そのため、例えばＣＣＤの出力部
に現れるノイズ成分が図３（ａ）に示すようにフィード
スルーレベル期間ｔの始点（ｔ＝０）で急峻に立ち上が
るステップ関数のような信号であったとしても、バッフ
ァアンプを通過すると、図３（ｂ）に示すようにノイズ
成分の立ち上がりがゆるやかになり、そのためバッファ
アンプを通じて得るＣＣＤの出力波形においてノイズ成
分ｎは図３（ｃ）に示すようにフィードスルーレベル期
間ｔの始期に除々に増大し（ｎ₁参照）、フィードスル
ーレベル期間ｔの途中から信号レベル期間ｖの終期まで
は略々一定することとなる。従って、従来のようにＣＣ
Ｄの出力信号の信号レベル期間と遅延信号のフィードス
ルーレベル期間とが完全に重なるように遅延すると、遅
延信号のフィードスルーレベル期間の始期のノイズ成分
ｎ₁と、その部分と重ね合わされるＣＣＤの出力の信号
レベル期間のノイズ成分ｎ₂のレベルに差異があるた
め、差動回路４にて得る両者の差分信号に前記差異（ｎ
₂−ｎ₁）に相当するノイズ成分が残留することとな
る。

【００１９】一方、遅延回路３の遅延時間τを本実施例
のようにフィードスルーレベル期間ｔよりも短くする
と、ＣＣＤの出力の信号レベル期間に対して遅延信号の
フィードスルーレベル期間の前半を除く後半区間が重ね
合わされることとなり、丁度ノイズ成分がゆるやかに立
ち上がっている部分を前記重ね合わせ区間から外すこと
ができる。この結果、差動回路４にて得る前記重ね合わ
せ区間の出力にはノイズ成分は現れない、若しくは現れ
たとしてもごく少量なのである。

【００２０】次に、重ね合わせ区間をどの程度の時間長
に設定するのが適切であるかについて説明する。上述の
説明から理解できるように重ね合わせ区間は短い程、差
分信号にノイズ成分が現れないのであるが、あまり短い
と、ゲーティング回路のゲート開閉速度が追従できず、
実現性に乏しい。一方、重ね合わせ区間を長くし、フィ
ードスルーレベル期間ｔに近づけると差分信号にノイズ
成分が現れることとなる。実際には上記の２点を上限、
下限としてその間の適切な時間長に設定することとな
る。経験則から言えることは、図３（ｂ）のバッファア
ンプの出力信号波形において９０％程度まで増幅率が回
復すると、重ね合わせ区間に含めても差支えない。従っ
て、バッファアンプの増幅率が９０％まで回復する時間
をｔｃとすると、遅延回路３の遅延時間τは、ｔ−ｔｃ
で与えられる値に設定するのが適当である。

【００２１】図１の構成において、各回路はＣＣＤイメ
ージセンサの高解像度に対応するため高速応答性の良い
ものが用いられる。特に遅延回路についてはディレイラ
インが用いられる。また、ゲーティング回路５のゲート
制御用パルスはＣＣＤイメージセンサに用いられるクロ
ックパルスよりも高速なものが必要であるため、図４に
示すようにパルス狭幅化回路１０１を設けてクロックパ
ルスから更に高速なゲート制御用パルスを作製してい
る。図５にパルス狭幅化回路１０１の具体例を示す。図
に示すようにこの回路は２つのディレイライン１０２、
１０３とＮＯＲ素子１０４とで構成されている。図６に
各部の信号波形を示す。図中、Ｄ３はゲート制御用パル
スの幅であり、このＤ３がフィードスルーレベル期間と
信号レベル期間の重なり部分となるようディレイライン
１０２の遅延量Ｄ１を調整している。また、ゲート制御
用パルスの位相をディレイライン１０３の遅延量Ｄ２で
調整している。

【００２２】次に、本発明のノイズ低減回路の第２実施
形態について図７、図８を用いて説明する。図７は本発
明の第２実施形態の構成を示すブロック図であり、ＣＣ
Ｄ６の出力信号はバッファアンプ７に入力され、減算回
路９内のオペアンプ９ａの負入力端子に抵抗９ｄを介し
て入力される。また、この出力信号は遅延回路８を通
り、遅延された信号となってオペアンプ９ａの正入力端
子に抵抗９ｃを介して入力され、この信号とバッファア
ンプ７の出力信号との差分をとった信号が減算回路９か
ら出力されることになる。更に、減算回路９の出力信号
はゲーティング回路１０に入力され、このゲーティング
回路１０は入力信号の中のある期間のみ、これに基づく
信号を出力する。なお、減算回路９による減算手段はオ
ペアンプ９ａと抵抗９ｂ，９ｃ，９ｅにより、容易に実
現できる。この実施の形態における構成上の特徴は減算
回路９である。この減算回路９ではＣＣＤの出力信号と
遅延回路１４の遅延信号とをそのまま減算処理するので
なく、両信号に異なった重み付けをして減算している。
これによってノイズ成分の打ち消しを行っている。

【００２３】次に、図８に示すタイムチャートを用いて
上記点を説明する。図８（ａ）に示すＣＣＤ６の出力信
号（Ｆ）はリセットレベル期間ｒ、フィードスルーレベ
ル期間ｔ、信号レベル期間ｖを順に繰り返して出力され
る。ＣＣＤ６の出力は遅延回路８により遅延されて図４
（ｂ）に示す信号（Ｇ）となり、信号（Ｆ）の信号レベ
ル期間ｖと信号（Ｇ）のフィードスルーレベル期間ｔと
が重なるように設定された後、減算回路９により、バッ
ファアンプ７の出力と遅延回路８の出力とを減算した信
号が出力される。ところで、出力アンプの帯域が十分で
ないと、ＣＣＤ６の出力は図４（ａ）の信号（Ｆ）に示
すように鈍った波形になってしまうため、フィードスル
ーレベル期間ｔにふくまれるノイズ成分のレベルと信号
レベル期間ｖに含まれるノイズ成分のレベルは一致しな
くなり、そのため１：１で減算すると、減算後の出力で
もノイズ成分が残留してしまう。そこで、抵抗９ｂ，９
ｃ，９ｄ，９ｅの値を、ノイズ成分が打ち消し合うよう
な１：１以外の最適な値に設定してある。

【００２４】次に、抵抗９ｂ−９ｅを具体的にどのよう
な値に設定すればいいかの説明を行う。先ず、ＣＣＤの
出力にノイズ成分として図３（ａ）に示した波形のもの
が現れ、バッファアンプを通過することによって図３
（ｂ）のような波形になったとする。バッファアンプの
帯域をｆｃとすると、時間ｔ１後におけるバッファアン
プ出力のノイズレベルＶ（ｔ１）は次式で表わされる。

【００２５】Ｖ（ｔ１）＝Ｅ｛１−ｅｘｐ（−２πｆｃｔ１）｝（１）但し、Ｅはバッファアンプの帯域が無限大の場合のノイ
ズ量である。フィードスルーレベル期間ｔ内に含まれる
ノイズ成分はバッファアンプの帯域が十分大きいときに
比べて｛ｔ−（１−ｅｘｐ（−２πｆｃ））／２πｆｃ｝／ｔ（２）となる。従って、抵抗９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅの値を
夫々Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅとすると、Ｒｅ／Ｒｄ：Ｒｂ・（Ｒｅ＋Ｒｄ）／｛Ｒｄ・（Ｒｂ＋Ｒｃ）｝＝ｔ：｛ｔ−（１−ｅｘｐ（−２πｆｃ））｝／２πｆｃ（３）の関係を満たすように各々の抵抗を設定すればノイズ成
分を打ち消しあって良好なノイズ低減効果が得られる。

【００２６】上記減算回路９から得られる信号波形を図
８（ｃ）に示す。信号（Ｆ）の信号レベル期間ｖと信号
Ｇのフィードスルーレベル期間の重なり期間Ｐにおい
て、ノイズ成分が減少されているのが理解される。減算
回路９の出力信号は、ゲーティング回路１０により、信
号期間とフィードスルーレベル期間ｔが重なる期間のみ
通過され図１８（ｄ）に示す信号（Ｉ）を得る。この信
号（Ｉ）は図示しないＬＰＦ等により不要な高域成分が
除去され、リセットノイズ成分が完全に打ち消された有
効信号レベル電圧の図８（ｅ）に示す信号（Ｊ）とな
る。

【００２７】次に本発明のノイズ低減回路の第３実施形
態について図９、図１０、図１１を用いて説明する。図
９は本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図であ
り、前記第２実施形態におけるＣＣＤ出力とバッファア
ンプの間に低減成分を低減させるフィルタ回路が挿入さ
れた構成であり、他は第２実施形態と同一である。即
ち、ＣＣＤ１１の出力信号は低減成分を低減させるフィ
ルタ回路１２を通してからバッファアンプ１３に入力さ
れ、減算回路１５内のオペアンプ１５ａの負入力端子に
抵抗１５ｄを介して入力される。また、前記バッファア
ンプ１３の出力信号は遅延回路１４を通り、遅延された
信号となってオペアンプ１５ａの正入力端子に抵抗１５
ｃを介して入力され、この信号からバッファアンプ１３
の出力信号の差分をとった信号が減算回路１５から出力
されることになる。更に、減算回路１５の出力信号はゲ
ーティング回路１６に入力されるように構成されてい
る。

【００２８】次に図１０、図１１を用いて本実施形態の
動作を説明する。図１０は前記第２実施形態における伝
達特性を示す図であり、図１１は本発明の第３実施形態
における伝達特性を示す図である。図１０に示される第
２実施形態においては減算回路の減算比を１対１以外の
比に設定しているため抵抗の減衰特性が劣化し、結果と
して１／ｆノイズの低減効果が劣化してしまう。これに
対し、第３実施形態ではフィルタ回路１２によって、予
め低減成分を減衰させるために、図１１に示すような伝
達特性になり、１／ｆノイズについても良好な低減効果
が得られる。なお、フィルタ回路１２としてはカットオ
フ周波数が数百ＫＨｚ程度の高域通過フィルタを用いれ
ばよい。１／ｆノイズが視覚的に目立ってくるのは百Ｋ
Ｈｚ程度以下の周波数においてだからである。なお、フ
ィルタ回路１２を設けてもリセットノイズ等のノイズ成
分については第２実施形態で示したのと同様に良好な低
減効果が得られていることは勿論である。

【００２９】次に本発明のノイズ低減回路の第４実施形
態について図１２、図１３、図１４を用いて説明する。
図１２は本発明の第４実施形態の構成を示すブロック図
であり、図１２において、ＣＣＤ１７の出力信号は、バ
ッファアンプ１８を介して差分回路２１の負入力端子に
入力される。一方、この差分回路２１の正入力端子には
遅延回路１９により遅延されると共に高域成分のみを一
定量増幅させる増幅回路２０により増幅された信号が入
力される。その後、差分回路２１の出力であるバッファ
アンプ１８の出力信号と、増幅回路２０の出力信号との
差分の信号はゲーティング回路２２に入力され、このゲ
ーティング回路２２は入力信号の中のある期間のみ信号
を出力する。

【００３０】次に、図１３、図１４を用いて本実施形態
の動作を説明する。図１３は本発明の第４実施形態の動
作を示すタイムチャートであり、図１４は第４実施形態
の伝達特性を示す図である。図１３において、ＣＣＤ１
７の出力はリセットレベル期間ｒ、フィードスルーレベ
ル期間ｔ、信号レベル期間ｖを順に繰り返し図１３
（ａ）に示す信号（Ｋ）として出力される。また、ＣＣ
Ｄ１７の出力は遅延回路１９により一定時間遅延された
後、増幅回路２０により、高域成分のみが一定量増幅さ
れ、図１３（ｂ）に示す信号（Ｌ）となる。この信号
（Ｌ）とバッファアンプ１８の出力信号（Ｋ）との差分
信号が差分回路２１より図１３（ｃ）に示す信号（Ｍ）
として出力される。ここで、遅延回路１９の遅延量は増
幅回路２０の出力のフィードスルーレベル期間ｔとバッ
ファアンプ１８の信号レベル期間ｖとが重なるように設
定されている。また、増幅回路２０の増幅量はフィード
スルーレベル期間に含まれるノイズ成分と信号レベル期
間ｖに含まれるノイズ成分が一画素の期間で積分したと
きに打ち消し合うような値に設定される。具体的には増
幅回路２０の特性としては数百ＫＨｚ以下の周波数帯で
はゲイン１でそれ以上の周波数帯で、ｔ／｛ｔ−（１−ｅｘｐ（−２πｆｃ））／２πｆｃ｝（４）となるような特性であれば所期目的を達成できるもので
ある。尚、上記（４）式は図３（ａ）（ｂ）に示したノ
イズ成分に関しての最適解である。従って、ノイズ成分
の波形が図３（ａ）と異なれば、多少増幅回路として必
要な特性もかわる。

【００３１】上記差分回路２１から得られる信号波形を
図１３（ｃ）に示す。信号（Ｋ）の信号レベル期間ｖと
信号（Ｌ）のフィードスルーレベル期間ｔの重なり期間
Ｐにおいて、ノイズ成分が減少しているのが理解され
る。差分回路２１の出力信号は、ゲーティング回路２２
により信号期間とフィードスルーレベル期間ｔが重なる
期間のみ通過され、図１３（ｄ）に図示の信号（Ｎ）と
して出力される。更にこの信号（Ｎ）は図示しないＬＰ
Ｆ等により不要な高域成分が除去され、図１３（ｅ）に
示すリセットノイズ成分が打ち消された有効信号レベル
電圧の信号（Ｏ）を得ることができる。また、本実施形
態においては低減における増幅回路のゲインは１になる
ために図１４に示すように低減の減衰量が大きい伝達特
性になり、１／ｆノイズについても良好が低減効果が得
られる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明のノイズ低減
装置によれば、遅延差ノイズ除去法において遅延手段の
遅延時間をフィードスルーレベル期間よりも短い時間に
設定し、遅延信号のフィードスルーレベル期間における
前半を含まない後半の期間において遅延信号とＣＣＤの
出力信号との差分を検出するようにしているので、ＣＣ
Ｄの出力部に設けられるバッファアンプの帯域特性が主
因となってフィードスルーレベル期間と信号レベル期間
でノイズ成分に相関性が損なわれる場合であっても、巧
みにノイズ成分の除去を行うことができるといった効果
がある。

【００３３】又、本発明は、ＣＣＤの出力信号と遅延手
段によって遅延された信号を異なった重み付けした状態
で差分を検出するようにしているので、バッファアンプ
の帯域特性のためフィードスルーレベル期間と信号レベ
ル期間とで相関性が損なわれることとなったノイズ成分
であっても効果的に除去することができるという効果が
ある。

【００３４】その上、この構成の場合にはＣＣＤの出力
部にハイパスフィルタを設ければ、１／ｆノイズも除去
できる。更に本発明は、遅延手段の遅延信号をフィード
スルーレベル期間と同じかそれ以上の時間長に設定し、
ＣＣＤの出力信号と遅延信号の差分をとるようにした装
置において前記遅延手段と差分手段の間に高周波数域を
増幅する増幅手段を設けて遅延信号の高周波成分を増幅
して後ＣＣＤ出力と差分をとるようにしているので、バ
ッファアンプの帯域特性のためにフィードスルーレベル
期間の始期にノイズ成分がゆるやかに立ち上がり、信号
レベル期間のノイズ成分と相関性が損なわれたとして
も、そのノイズ成分の効果的な打ち消しを行って出力か
らノイズ成分を除去すると同時に、１／ｆノイズ成分に
ついても増幅手段の低周波域での低増幅率によって所期
の通り低減することができるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のノイズ低減回路の第１実施形態の構成
を示すブロック図である。

【図２】本発明のノイズ低減回路の第１実施形態におけ
る動作を示すタイムチャートである。

【図３】第１実施形態において遅延時間の設定によって
ノイズ成分が打ち消される理由を説明する図である。

【図４】ゲーティング回路のゲート制御用パルスを作製
する一例を示した図である。

【図５】パルス狭幅化回路の具体例を示す図である。

【図６】図５の回路の各部の波形図である。

【図７】本発明のノイズ低減回路の第２実施形態の構成
を示すブロック図である。

【図８】本発明のノイズ低減回路の第２実施形態におけ
る動作を示すタイムチャートである。

【図９】本発明のノイズ低減回路の第３実施形態の構成
を示すブロック図である。

【図１０】本発明のノイズ低減回路の第２実施形態の構
成における伝達特性を示す図である。

【図１１】本発明のノイズ低減回路の第３実施形態の構
成における伝達特性を示す図である。

【図１２】本発明のノイズ低減回路の第４実施形態の構
成を示すブロック図である。

【図１３】本発明のノイズ低減回路の第４実施形態にお
ける動作を示すタイムチャートである。

【図１４】本発明のノイズ低減回路の第４実施形態の構
成における伝達特性を示す図である。

【図１５】従来のノイズ低減回路の構成を示すブロック
図である。

【図１６】通常解像度のＣＣＤを用いた場合の従来のノ
イズ低減回路の動作を示すタイムチャートである。

【図１７】従来のノイズ低減回路の伝達特性を示す図で
ある。

【図１８】高解像度のＣＣＤを用いた場合の従来のノイ
ズ低減回路の動作を示すタイムチャートである。

Claims

【特許請求の範囲】

【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、信号レベル期間の順で信号出力を繰り返す電
荷結合素子のためのノイズ低減装置であって、前記フィードスルーレベル期間よりも短い所定の遅延時
間が設定されており、電荷結合素子の出力信号を前記時
間遅延する遅延手段と、遅延信号のフィードスルーレベル期間の始期を除く一部
期間であって、前記遅延手段の遅延時間に相当する時間
長をもつ期間における遅延信号と電荷結合素子の出力信
号との差分を検出し出力する差分検出手段と、を有するノイズ低減装置。
【請求項２】前記差分検出手段は、電荷結合素子の出力信号と前記遅延手段で遅延された信
号の差分をとる差分手段と、電荷結合素子の出力信号の信号レベル期間と遅延手段に
より遅延された信号のフィードスルーレベル期間とが重
複する期間における前記差分手段の出力信号を取り出す
ゲーティング手段と、からなることを特徴とする請求項１記載のノイズ低減装
置。
【請求項３】前記電荷結合素子の出力部には電荷結合
素子から転送されてくる信号を増幅して出力するバッフ
ァアンプが備えられ、前記遅延手段及び差分手段にはバ
ッファアンプからの出力信号が加えられ、前記遅延手段
の遅延時間は前記バッファアンプの周波数特性に関連さ
せて決定されていることを特徴とする請求項２記載のノ
イズ低減装置。
【請求項４】バッファアンプにステップパルスを加え
て該アンプがステップパルスの立ち上がり後、所定増幅
率に復帰するまでの時間をｔｃ、各繰り返し周期のフィ
ードスルーレベル期間をｔとすると、前記遅延時間はｔ
−ｔｃで与えられる時間に設定されていることを特徴と
する請求項３記載のノイズ低減装置。
【請求項５】リセットレベル期間、フィードスルーレ
ベル時間、信号レベル期間の順で信号出力を繰り返す電
荷結合素子のためのノイズ低減装置であって、電荷結合素子の出力回路から得る信号を２つに分岐し、
一方の分岐された信号のフィードスルーレベル期間の前
半を除く区間と、他方の分岐された信号の信号レベル期
間とが重複するよう２つの分岐信号の一方又は両方に対
して時間調整する時間調整手段と、時間調整後において２つの分岐信号の差を求める差分手
段と、一方の分岐信号のフィードスルーレベル期間の前半を除
く区間と他方の信号レベル期間との重複期間において差
分手段から得る差信号を選択して出力する選択出力手段
と、を備えていることを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項６】前記電荷結合素子の出力部にはバッファ
アンプが備えられ、前記時間調整手段の調整量は前記バッファアンプの周波
数特性に関連して決定されていることを特徴とする請求
項５記載のノイズ低減装置。
【請求項７】リセットレベル期間、フィードスルーレ
ベル期間、信号レベル期間の順で信号出力を繰り返す電
荷結合素子のためのノイズ低減装置であって、前記電荷結合素子の出力信号を一定時間遅延する遅延手
段と、電荷結合素子の出力信号と遅延された信号に対して異な
った重み付けをした後、重み付けされた２つの信号の差
をとる重み付け差分手段と、差分手段から出力される信号であって、電荷結合素子の
出力信号の信号レベル期間と遅延手段で遅延された信号
のフィードスルーレベル期間とが重複する期間における
信号を取り出すゲーティング手段と、を備えていることを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項８】遅延手段の遅延時間はフィードスルーレ
ベル期間と同一の時間若しくはそれ以上の時間に設定さ
れていることを特徴とする請求項７記載のノイズ低減装
置。
【請求項９】遅延手段の遅延時間は、電荷結合素子の
出力の信号レベル時間の中に、遅延された信号のフィー
ドスルーレベル時間が全て含まれる所定の時間に調整さ
れていることを特徴とする請求項８記載のノイズ低減装
置。
【請求項１０】電荷結合素子の出力回路に低域成分を
減衰させるフィルタ手段が設けられ、フィルタ手段を通
過した信号が前記遅延手段及び差分手段に与えられてい
ることを特徴とする請求項９記載のノイズ低減装置。
【請求項１１】前記重み付け差分手段が演算増幅器を
主要素とした差動増幅器で構成され、演算増幅器の正負
２つの入力端子に接続される入力回路の抵抗値が異なっ
ていることを特徴とする請求項１０記載のノイズ低減装
置。
【請求項１２】リセットレベル期間、フィードスルー
レベル期間、信号レベル期間の順で信号出力を繰り返す
電荷結合素子のためのノイズ低減装置であって、前記電荷結合素子の出力信号を所定時間遅延する遅延手
段と、遅延手段の出力信号の高周波成分を選択的に増幅する増
幅手段と、電荷結合素子の出力信号と前記増幅手段の出力信号の差
をとる差分手段と、差分手段から出力される信号であって、電荷結合素子の
出力信号の信号レベル期間と遅延手段で遅延された信号
のフィードスルーレベル期間とが重複する期間における
信号を取り出すゲーティング手段と、を備え、前記遅延時間は、電荷結合素子の出力の信号レ
ベル期間内に遅延手段の出力信号のフィードスルーレベ
ル期間が含まれるまで遅延するのに必要な時間であるこ
とを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項１３】前記差分手段は、２つの入力信号に対
する重み付けが同一であることを特徴とする請求項１２
記載のノイズ低減装置。