JPH0965211A - 相関二重サンプリング回路 - Google Patents

相関二重サンプリング回路

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JPH0965211A
JPH0965211A JP7214297A JP21429795A JPH0965211A JP H0965211 A JPH0965211 A JP H0965211A JP 7214297 A JP7214297 A JP 7214297A JP 21429795 A JP21429795 A JP 21429795A JP H0965211 A JPH0965211 A JP H0965211A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像装置の相関二重サンプリング回路に
おいて、撮像装置の出力信号のふらつきにより発生する
ノイズをなくす。 【解決手段】 固体撮像装置10は、タイミング発生回路
11の発生するジッタを含む水平転送パルス112 および水
平リセットパルス111 で駆動されてCCD 出力信号12を出
力するが、そのフィードスルー部分と映像信号部分は、
これらの駆動パルスのジッタによるふらつきがある。遅
延回路13、14は、ジッタのある水平転送パルス111 およ
び水平リセットパルス112 が入力されてCCD 出力信号12
のフィードスルー部分および映像信号部分と同じふらつ
きのあるサンプリングパルス131 および141 を相関二重
サンプリング回路15に出力する。相関二重サンプリング
回路15は、CCD 出力信号12をこのようなサンプリングパ
ルス131 および141 でサンプルホールドする。これによ
って、CCD 出力信号12のふらつきによるノイズのない映
像信号が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、とくに固体撮像装置の出力する映像信号のノイズを
低減するための相関二重サンプリング方式に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】電荷結合デバイス(CCD) などの固体撮像
装置は、1画面を構成する画素に対応して配列された撮
像素子の二次元マトリックスを有し、その縦列が垂直転
送部に接続され、垂直転送部が水平転送部に接続されて
いる。CCD は、1走査線上の撮像素子の電荷を垂直転送
パルスに応動して垂直転送部より水平転送部に転送し、
水平転送パルスに応動して電荷を出力部のフローティン
グキャパシタに転送し、こうして1画素単位の映像信号
を出力する。フローティングキャパシタは1画素の信号
を出力するごとに水平リセットパルスによりクリアされ
る。したがって、CCD 出力信号は、1画素ごとに、フロ
ーティングキャパシタのリセットで発生するリセット成
分と、水平リセットパルスの相関ノイズが重畳するフィ
ードスルー部分と、映像信号部分とよりなる。相関二重
サンプリング(CDS)方式は、CCD 出力信号のうちフィー
ドスルー部分と映像信号部分とをサンプルホールドして
差動アンプに入力し、これによって相関ノイズを除去し
た映像信号とするノイズ除去方式である。
【0003】特開平3ー35672 号には、水平リセットパル
スと水平転送パルスより単一のパルスを生成して相関二
重サンプリング用のサンプリングパルスとする固体撮像
装置が教示されている。特開昭62ー108679 号には、クラ
ンプパルスおよびリセットパルスに対して所定の位相を
有するパルスを相関二重サンプリング用のサンプルホー
ルドパルスとする撮像装置が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】CCD を駆動する水平転
送パルスおよび水平リセットパルス、ならびにプリアン
プ(相関二重サンプリング回路)を駆動するパルスに
は、それぞれジッタが含まれている。これらのパルスに
はまた、水平リセット動作や水平転送動作のときにタイ
ミング信号発生器や周辺回路から発生するヒゲ、リンギ
ング等のノイズがランダムに混入する。これらのパルス
に同期してCCD が出力するCCD 出力信号のフィードスル
ー部分と映像信号部分にも、それぞれ水平リセットパル
スと水平転送パルスのジッタによるふらつきがある。周
期性のあるジッタであれば、映像信号に段差となって現
れる。これらは、結局、ランダムノイズとして映像信号
に混入される。
【0005】CCD 出力信号のフィードスルー部分と映像
信号部分を相関二重サンプリング回路でサンプルホール
ドすると、相関ノイズ以外の別なノイズが映像信号に混
入する。相関二重サンプリングの駆動パルスがCCD 出力
信号に対して一定のタイミングを保つようにサンプリン
グを行なえば、一定のオフセットとしてこれを検出する
ことができる。しかし、相関二重サンプリングの駆動パ
ルス自体にジッタが存在すると、このジッタは画素間で
量が異なるので、除去されず、別なノイズとして映像信
号に混入される。
【0006】本発明はこのような従来技術の欠点を解消
し、電荷結合デバイスの駆動パルスのジッタによる映像
信号へのノイズの混入を最小化した相関二重サンプリン
グ方式を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために、電荷結合デバイスを駆動したときに信
号に混入するヒゲ、リンギング等のノイズが電荷結合デ
バイスの駆動パルスに同期していることに着目し、相関
二重サンプリング回路などのCCD 出力信号の処理系に使
用する駆動パルスに、電荷結合デバイスの駆動パルスに
同期して生成されたパルスを用いることによって、ジッ
タの影響を除去するものである。
【0008】とくに、次の方式によれば、ジッタによる
影響を完全に除去することができる。すなわち、電荷結
合デバイスは、水平リセットパルスおよび水平転送パル
スで駆動されることから、信号成分には、この2種類の
パルスに同期したノイズが混入される。つまり、フィー
ドスルー部分には水平リセットパルスに、また信号部分
には水平転送パルスに同期したノイズが乗る。通常、映
像信号を生成するには相関二重サンプリングが用いられ
るが、フィードスルー部分をホールドするクランプには
水平リセットパルスに同期したパルスを用い、信号部分
をホールドするサンプルホールドには水平転送パルスに
同期したパルスを用いる。これによって、出力映像信号
へのジッタによるノイズの混入を防ぐことができる。
【0009】電荷転送デバイスを駆動する水平リセット
パルスおよび水平転送パルスにはジッタのあるので、CC
D 出力信号は、これらの駆動パルスに同期したふらつき
がある。本発明によれば、遅延手段によって電荷転送デ
バイスの駆動パルスより相関二重サンプリングのパルス
を生成する構成をとっているので、このサンプリングパ
ルスにも同じふらつきがある。相関二重サンプリング手
段は、CCD 出力信号を、この同じふらつきのあるサンプ
リングパルスでサンプルホールドするので、従来であれ
ばふらつきにより発生したであろうノイズを最小化した
映像信号を出力することができる。
【0010】本発明によれば、電荷転送デバイスが水平
リセットパルスおよび水平転送パルスに応動して出力す
る出力信号のフィードスルー部分および映像信号部分を
それぞれサンプリングパルスにより抽出し、この抽出さ
れた部分を差動増幅器に入力して映像信号を出力する相
関二重サンプリング回路は、水平リセットパルスおよび
水平転送パルスをそれぞれ遅延させてサンプリングパル
スを生成する遅延手段と、前記出力信号を遅延手段の出
力するサンプリングパルスにより抽出するサンプルホー
ルド手段とを含む。
【0011】本発明によればまた、相関二重サンプリン
グ回路は、前記遅延手段に代って、前記出力信号が入力
され、この出力信号の水平リセットパルスに同期する信
号部分よりサンプリングパルスを生成する遅延手段を含
んでもよい。
【0012】
【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる相関二重サンプリング方式の実施例を詳細に説明す
る。図1は本発明による相関二重サンプリング方式の実
施例を示す機能ブロック図、また図2はその各部に現れ
る信号波形を示す図である。以下の説明において、信号
の参照符号は、その現れる接続線の参照符号で表わす。
この実施例は、撮像装置として電荷結合デバイス(CCD)
10を有する。電荷結合デバイス10は、本実施例では2次
元固体撮像装置であり、1画面を構成する画素に対応し
て配列された撮像素子の二次元マトリックス(図示せ
ず)を有し、その縦列が垂直転送部に接続され、垂直転
送部が水平転送部に接続されている。電荷結合デバイス
10は、1走査線上の撮像素子の電荷を垂直転送パルスに
応動して垂直転送部より水平転送部に転送し、水平転送
パルス112 に応動して電荷を出力部のフローティングキ
ャパシタ(図示せず)に転送し、こうして1画素単位の
映像信号を順次、その出力12から出力する。フローティ
ングキャパシタは、1画素の信号を出力するごとに水平
リセットパルスによりクリアされる。
【0013】図2に示すように、出力信号12の1画素期
間Tは、電荷結合デバイス10のタイミング発生回路(TG)
11 の発生する水平リセットパルス111 に同期するリセ
ット成分aと、フィードスルー部分bと、水平転送パル
ス112 に同期する映像信号部分cよりなる。以下の説明
では、信号はその現れる接続線の参照符号で指定する。
【0014】図1に戻って、本実施例は2つの遅延回路
(DLY) 13および14を有する。一方の遅延回路13は、タイ
ミング発生回路11から水平リセットパルス111 を受け
て、このパルス111 より時間t1(図2)だけ遅延したサ
ンプリングパルス131 を出力し、これを相関二重サンプ
リング回路(CDS) 15に出力する遅延回路である。この遅
延時間t1の長さは、図2からわかるように、本実施例で
は、水平リセットパルス111の立上りからその時間t1
終端がフィードスルー部分bに十分かかるように選択さ
れている。他方の遅延回路14は、タイミング発生回路11
から水平転送パルス112 を受けて、このパルス112 より
時間t2だけ遅延したサンプリングパルス141 を相関二重
サンプリング回路15に出力する遅延回路である。この遅
延時間t2の長さは、本実施例では、水平転送パルス 112
の立下りからその時間t2の終端が映像信号部分cに十分
かかるように選択されている。
【0015】相関二重サンプリング回路15は、CCD 出力
信号12のフィードスルー部分bを上述のタイミングのサ
ンプリングパルス131 に応動してサンプルホールドし、
また映像信号部分cをサンプリングパルス141 に応動し
てサンプルホールドして、これらのサンプルホールドさ
れた信号をその出力 143から差動アンプ(DAP) (図示せ
ず)へ出力するノイズ除去回路である。
【0016】図3は図1に示す回路の動作時の波形図で
ある。同図に示すように、水平リセットパルス111 およ
び水平転送パルス112 には、タイミング発生回路11とそ
の周辺回路から重畳されるジッタが含まれることがあ
る。電荷結合デバイス10がこのようなパルスで駆動され
ると、CCD 出力信号12のフィードスルー部分bおよび映
像信号部分cは、同図に例示するように、ジッタによる
ノイズn1、n2とふらつきJ1、J2を含む。そこで、遅延回
路13および14がこのようなジッタのあるパルス111 およ
び112 によりそれぞれリニアに発生するサンプリングパ
ルス131 および141 にも、図3に点線で示すように、こ
れに対応したふらつきJ1、J2がある。相関二重サンプリ
ング回路15は、入力信号12の部分bおよびcを、このよ
うに対応したふらつきJ1、J2を有するサンプリングパル
ス131 および141 でサンプリングする。これにより相関
二重サンプリング回路15は、ふらつきJ1、J2を相殺した
サンプルホールド信号143 を出力することができる。し
たがって、出力 143には、CCD 出力信号のふらつきによ
るノイズを最小化した映像信号が出力される。
【0017】図4は図1に示す遅延回路13および14の構
成例を示し、図5はその動作を示す波形図である。図4
において、遅延回路13および14は、素子の値を除いて同
じ構成でよく、タイミング発生回路11よりの水平リセッ
トパルス111 または水平転送パルス112 に応動するスイ
ッチ20を有する。スイッチ20は、通常では図示の接続状
態をとり、電圧VCの直流(DC)電源21にコンデンサ23を接
続してこれを電圧VCに充電するリセット回路である。コ
ンデンサ23には、定電流源回路24も接続されている。定
電流源回路24は、その出力電流が調整可能に可変であ
る。水平リセットパルス111 または水平転送パルス112
が有意状態をとると、スイッチ20は、非接続状態すなわ
ち開放状態になり、コンデンサ23を定電流回路24により
一定の割合で急速に放電させる。また、パルス111 また
は112 が無意状態になると、図示の接続状態になってコ
ンデンサ23を電源21の電圧VCにリセットする。そこで、
コンデンサ23の充電電圧は、図5に示す波形26のような
形をとる。
【0018】コンデンサ23の出力26はパルス発生回路25
に入力される。パルス発生回路25は、2つの閾値電圧VA
およびVBが設定され、充電電圧26が閾値電圧VAおよびVB
と交差する区間Wでパルス幅Wの遅延パルス27を発生す
る。この遅延パルス27が相関二重サンプリング回路15の
サンプリングパルス131 および141 となる。パルス発生
回路25の閾値電圧VAおよびVBは可変であり、これからわ
かるように、閾値電圧VAおよびVBを変えることにより、
所望の遅延時間Dとパルス幅Wのサンプリングパルス13
1 および141 を得ることができる。また、可変の定電流
源回路24を調整して充電電流を変えることにより、同様
に、サンプリングパルス131 および141を所望の遅延時
間Dとパルス幅Wにすることができる。この実施例では
コンデンサ23の充電で遅延パルスを発生していたが、放
電でも同様に遅延パルスを発生することが可能である。
【0019】図4に示すような構成のパルス発生回路1
3、14は、集積回路化に適している。また、このような
回路を集積回路にて形成すれば、回路を高性能化でき、
小型で低消費電力のシステムを低コストで実現すること
ができる。
【0020】図6に示す遅延回路30は、図1に示す実施
例における遅延回路13および14に適用される他の構成例
であり、図7はその信号波形である。遅延回路30はロー
パスフィルタ(LPF) 31を有し、これは、タイミング発生
回路11が画素期間Tに同期して別途、出力する出力する
パルス130 を受けて、これを正弦波137 に変換する波形
変換回路である。この正弦波137 は、ハイパスフィルタ
(HPF) 32およびローパスフィルタ(LPF) 33に入力され
る。ハイパスフィルタ32は、所定の位相変移、たとえば
(-90+ Δ) °の出力信号132 をミクサ33に出力し、ロー
パスフィルタ34は、入力信号 137に所定の位相変移、す
なわちこの例ではΔ°を与えて、これを信号134 として
可変利得増幅器35を介してミクサ33に出力する。
【0021】可変利得増幅器35の利得の増減でミクサ33
における入力信号 132および 134の混合比が変り、これ
によってミクサ33の出力信号133 の遅延時間Dを可変と
することができる。ミクサ33の出力133 はパルス発生回
路36の駆動入力に接続されている。パルス発生回路36
は、図7に示すように、パルス発生の閾値電圧VAを有
し、入力信号133 の電圧が閾値電圧VAを超えると、パル
ス幅Wのサンプリングパルス136 を出力する。パルス発
生回路36は閾値電圧VAが可変であり、これを調整するこ
とによってパルス幅Wを所望の値に設定することができ
る。こうしてその出力 136には、遅延D、パルス幅Wの
サンプリングパルス 136が生成される。このサンプリン
グパルス 136は、相関二重サンプリング回路15のサンプ
リングパルス131 および141 として使用される。このよ
うな構成の遅延回路30は、小振幅のアナログ信号を扱う
ので、図4に示した遅延回路13および14と異なり、他の
回路より飛込みノイズが発生したり、クロック配線を介
して他回路にノイズを与えたりするなどの欠点がない。
【0022】図8は、本発明による相関二重サンプリン
グ方式の他の実施例の機能ブロック図であり、図9は図
8に示す回路の信号波形図である。図1および図2に示
す要素と同様の要素は、同じ参照番号で示す。この実施
例の回路は、遅延回路60が単一であり、その入力をCCD
出力信号12から得て相関二重サンプリング回路15の2つ
のサンプリングパルス161 および161 を生成する点を除
いて図1に示す実施例と同じである。
【0023】前述のように、CCD 出力信号12のリセット
成分aとフィードスルー部分bには、水平リセットパル
ス111 に起因するふらつきJ1(図3)がある。遅延回路
60は、CCD 出力信号12が入力されて、リセット成分aを
検出し、このリセット成分aよりぞれぞれ遅延時間D1
よびD2でサンプリングパルス161 および162 を相関二重
サンプリング回路15へ出力する。この遅延時間D1の長さ
は、図9からわかるように、本実施例では、リセット期
間aの立上りからその時間D1の終端がフィードスルー部
分bに十分かかるように選択されている。また遅延時間
D2の長さは、本実施例では、リセット期間aの立上りか
らその時間D2の終端が映像信号部分cに十分かかるよう
に選択されている。
【0024】CCD 出力信号12のフィードスルー部分bお
よび映像信号部分cには、それぞれふらつきJ1およびJ2
が含まれている。そのようなCCD 出力信号12から遅延回
路60で生成したサンプリングパルス161 および162 に
は、ふらつきJ1が含まれている。相関二重サンプリング
回路15は、CCD 出力信号12が入力されて、サンプリング
パルス161 および162 に応動してCCD 出力信号12のフィ
ードスルー部分bと映像信号部分cをサンプリングし、
このサンプルホールドした出力信号143 を差動アンプへ
出力する。したがって相関二重サンプリング回路15は、
対応するふらつきJ1を含むサンプリングパルス161 およ
び162 でCCD 出力信号12をサンプリングするので、フィ
ードスルー部分についてこのふらつきJ1を相殺すること
ができ、これによって出力信号 143はジッタの影響がよ
り押えられた映像信号となる。
【0025】このように本発明の実施例によれば、ジッ
タの影響をなくした相関二重サンプリングを行なうこと
により、サンプリング位置やパルス幅の変動による映像
信号へのノイズの混入を防ぐことができる。さらに、電
荷結合デバイス10の駆動パルス111 、112 自体に同期し
たサンプリングパルス 131、132 によって相関二重サン
プリングを行なっているので、周期的な飛込みノイズや
突発的な飛込みノイズによって駆動パルス111 、112 が
ふらついても、出力映像信号に影響を与えることはな
い。
【0026】また、従来は、電荷結合デバイスの駆動パ
ルスを発生するタイミング発生回路にて相関二重サンプ
リング用のパルスを別個に発生していたが、本発明の実
施例では、相関二重サンプリング用のパルスをタイミン
グ発生回路11で別個に発生する必要がない。そのため、
従来は、一定のパルス駆動であったが、本発明の実施例
では、相関二重サンプリング用のパルスは、電荷結合デ
バイス10の駆動パルス111 、112 とは無関係に遅延量お
よびパルス幅を任意に変えることができる。
【0027】
【発明の効果】このように本発明によれば、固体撮像装
置の相関二重サンプリング方式におけるサンプリングの
対象である電荷結合デバイスからの出力信号のふらつき
によるノイズ発生が最小化され、固体撮像装置からの出
力映像信号の画質を向上することができる。本発明はま
た、相関二重サンプリングによって信号を読み出す電荷
結合デバイスであれば、映像信号のみならず、あらゆる
用途に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による相関二重サンプリング方式の実施
例の構成を示す機能ブロック図である。
【図2】図1に示す実施例の動作説明に有用なタイムチ
ャートである。
【図3】同実施例の信号のふらつきとノイズを示す信号
説明図である。
【図4】同実施例における遅延回路の構成例を示す図で
ある。
【図5】図4に示す遅延回路のタイムチャートである。
【図6】遅延回路の他の構成例を示す図である。
【図7】図6に示す遅延回路のタイムチャートである。
【図8】本発明による相関二重サンプリング方式の他の
実施例の構成を示す、図1と同様の機能ブロック図であ
る。
【図9】図8に示す実施例の動作説明に有用な、図2と
同様のタイムチャートである。
【符号の説明】
10 電荷結合デバイス 11 タイミング発生回路 13、14、30、60 遅延回路 15 相関二重サンプリング回路
【手続補正書】
【提出日】平成7年9月11日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】図4は図1に示す遅延回路13および14の構
成例を示し、図5はその動作を示す波形図である。図4
において、遅延回路13および14は、素子の値を除いて同
じ構成でよく、タイミング発生回路11よりの水平リセッ
トパルス111 または水平転送パルス112 に応動するスイ
ッチ20を有する。スイッチ20は、通常では図示の接続状
態をとり、電圧VCの直流(DC)電源21にコンデンサ23を接
続してこれを電圧VCに充電するリセット回路である。コ
ンデンサ23には、定電流源回路24も接続されている。定
電流源回路24は、その出力電流が調整可能に可変であ
る。水平リセットパルス111 または水平転送パルス112
無意状態をとると、スイッチ20は、非接続状態すなわ
ち開放状態になり、コンデンサ23を定電流回路24により
一定の割合で充電させる。また、パルス111 または112
有意状態になると、図示の接続状態になってコンデン
サ23を電源21の電圧VC急速にリセットする。そこで、
コンデンサ23の充電電圧は、図5に示す波形26のような
形をとる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】図6に示す遅延回路30は、図1に示す実施
例における遅延回路13および14に適用される他の構成例
であり、図7はその信号波形である。遅延回路30はロー
パスフィルタ(LPF) 31を有し、これは、タイミング発生
回路11が画素期間Tに同期して別途、出力するパルス13
0 を受けて、これを正弦波137 に変換する波形変換回路
である。この正弦波137 は、ハイパスフィルタ(HPF) 32
およびローパスフィルタ(LPF) 33に入力される。ハイパ
スフィルタ32は、所定の位相変移、たとえば(-90+ Δ)
°の出力信号132 をミクサ33に出力し、ローパスフィル
タ34は、入力信号 137に所定の位相変移、すなわちこの
例ではΔ°を与えて、これを信号134 として可変利得増
幅器35を介してミクサ33に出力する。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電荷転送デバイスが水平リセットパルス
    および水平転送パルスに応動して出力する出力信号のフ
    ィードスルー部分および映像信号部分をそれぞれサンプ
    リングパルスにより抽出し、該抽出された部分を差動増
    幅器に入力して映像信号を出力する相関二重サンプリン
    グ回路において、該回路は、 前記水平リセットパルスおよび水平転送パルスをそれぞ
    れ遅延させて前記サンプリングパルスを生成する遅延手
    段と、 前記出力信号を前記遅延手段の出力するサンプリングパ
    ルスにより抽出するサンプルホールド手段とを含むこと
    を特徴とする相関二重サンプリング回路。
  2. 【請求項2】 電荷転送デバイスが水平リセットパルス
    および水平転送パルスに応動して出力する出力信号のフ
    ィードスルー部分および映像信号部分をそれぞれサンプ
    リングパルスにより抽出し、該抽出された部分を差動増
    幅器に入力して映像信号を出力する相関二重サンプリン
    グ回路において、該回路は、 前記出力信号が入力され、該出力信号の前記水平リセッ
    トパルスに同期する信号部分より前記サンプリングパル
    スを生成する遅延手段と、 前記出力信号を前記遅延手段の出力するサンプリングパ
    ルスにより抽出するサンプルホールド手段とを含むこと
    を特徴とする相関二重サンプリング回路。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の回路におい
    て、前記遅延手段は、 容量を有し、該容量を充放電する充放電手段と、 2つの閾値を有し、前記充放電手段の充電または放電の
    量と交差する第1および第2の時点を検出し、充放電の
    開始より第1の時点までの期間に実質的に等しい遅延時
    間、ならびに第1および第2時点の間の時間間隔に実質
    的に等しいパルス幅で前記サンプリングパルスを発生す
    るパルス発生手段とを含むことを特徴とする相関二重サ
    ンプリング回路。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の回路において、前記パ
    ルス発生手段は、少なくとも第1および第2の閾値のう
    ちの一方が可変であることを特徴とする相関二重サンプ
    リング回路。
  5. 【請求項5】 請求項1または2に記載の回路におい
    て、前記遅延手段は、 前記水平リセットパルスまたは水平転送パルスより第1
    の正弦波を発生する正弦波発生手段と、 第1の正弦波より位相が所定の角度だけシフトした第2
    の正弦波を発生する位相シフト手段と、 第1および第2の正弦波を所望の混合比にて混合し、前
    記水平リセットパルスまたは水平転送パルスより遅相の
    サンプリングパルスを発生するパルス発生手段とを含む
    ことを特徴とする相関二重サンプリング回路。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の回路において、前記パ
    ルス発生手段は、混合比が可変であることを特徴とする
    相関二重サンプリング回路。
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