(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の照射量に応じた量の信号電荷を蓄積する多数の光電変換素子と上記光電変換素子に蓄積された信号電荷の量に応じたレベルをもつ映像信号成分を増幅し，かつリセット・パルスが与えられることによりリセットされるフローティング・ディフュージョン増幅回路とを含み，所定のレベルをもつ第１の信号成分を上記リセット・パルスが与えられている期間の間上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力し，上記映像信号成分に対する基準レベルをもつフィード・スルー信号成分を上記第１の信号成分の出力後に上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力し，増幅された映像信号成分を上記フィード・スルー信号成分の出力後に上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力する固体撮像素子，
上記フィード・スルー信号成分の期間の一部を含む第１の期間の間，上記固体撮像素子から出力される信号成分を第１の抽出撮像信号として出力する第１のゲート回路，
上記映像信号成分の期間の一部を含み，かつ上記第１の期間と異なる第２の期間の間，上記固体撮像素子から出力される信号成分を第２の抽出撮像信号として出力する第２のゲート回路，
上記第１のゲート回路から出力される第１の抽出撮像信号を積分して第１の平均撮像信号として出力する第１の積分回路，
上記第２のゲート回路から出力される第２の抽出撮像信号を積分して第２の平均撮像信号として出力する第２の積分回路，
上記第１の期間と上記第２の期間との比で，上記第１の積分回路から出力される第１の平均撮像信号および上記第２の積分回路から出力される第２の平均撮像信号の少なくともいずれか一方の平均撮像信号のレベルを調整するレベル調整手段，ならびに
上記レベル調整手段により信号レベルが調整された第１の平均撮像信号と第２の平均撮像信号との差分を表わす信号を検出して出力する差分信号検出回路，
を備えた固体撮像素子の信号読出装置。
【請求項２】
光の照射量に応じた量の信号電荷を蓄積する多数の光電変換素子と上記光電変換素子に蓄積された信号電荷の量に応じたレベルをもつ映像信号成分を増幅し，かつリセット・パルスが与えられることによりリセットされるフローティング・ディフュージョン増幅回路とを含み，所定のレベルをもつ第１の信号成分を上記リセット・パルスが与えられている期間の間上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力し，上記映像信号成分に対する基準レベルをもつフィード・スルー信号成分を上記第１の信号成分の出力後に上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力し，増幅された映像信号成分を上記フィード・スルー信号成分の出力後に上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力する固体撮像素子，
上記フィード・スルー信号成分の期間の一部を含む第１の期間の間，上記固体撮像素子から出力される信号成分を第１の抽出撮像信号として出力する第１のゲート回路，
上記映像信号成分の期間の一部を含み，かつ上記第１の期間と異なる第２の期間の間，上記固体撮像素子から出力される信号成分を第２の抽出撮像信号として出力する第２のゲート回路，
上記第１の期間と上記第２の期間との比で，上記第１のゲート回路から出力された第１の抽出撮像信号および上記第２のゲート回路から出力された第２の抽出撮像信号の少なくともいずれか一方の抽出撮像信号のレベルを調整するレベル調整手段，
上記第１のゲート回路から出力された第１の抽出撮像信号または上記レベル調整手段によりレベル調整された第１の抽出撮像信号と上記第２のゲート回路から出力された第２の抽出撮像信号または上記レベル調整手段によりレベル調整された第２の抽出撮像信号との差分を表わす信号を検出して出力する差分信号検出回路，ならびに
上記差分信号検出回路から出力される差分信号を積分して出力する積分回路，
を備えた固体撮像素子の信号読出装置。
【請求項３】
上記第１のゲート回路が，
上記フィード・スルー信号の期間の間，入力する撮像信号成分を抽出して第１の撮像信号として出力するものであり，
上記第２のゲート回路が，
上記撮像信号成分の期間の間，入力する撮像信号成分を抽出して第２の撮像信号として出力するものである，
請求項１または２に記載の固体撮像素子の信号読出装置。
【請求項４】
上記レベル調整手段が，
上記積分回路の積分係数を変えることにより入力信号のレベルを変えるものである，
請求項１に記載の固体撮像素子の信号読出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明はＣＣＤのような固体撮像素子の信号読出装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
図14に，ＣＣＤの従来の信号読出装置の一例が示されている。図15は，図14に示すＣＣＤの信号読出装置の各回路に流れる信号の波形図である。
【０００３】
ＣＣＤ10には多数のフォトダイオード２が垂直方向および水平方向に配列されている。光が照射されることにより，照射量に応じた信号電荷がフォトダイオード２に蓄積される。ＣＣＤ10に駆動パルスが与えられることによりフォトダイオード２に蓄積された信号電荷は垂直転送路３および水平転送路４を経て，フローティング・ディフュージョン増幅回路（ＦＤＡという）５に与えられる。信号電荷はＦＤＡ５において増幅され，映像信号成分Ｓ3 として次のようにＣＣＤ10から出力される。
【０００４】
図15に示すように１個のフォトダイオードに蓄積された信号電荷が読出されるごと（この期間が１画素期間Ｔ）に，ＦＤＡ５にリセット・パルスが与えられＦＤＡ５はリセットされる。ＦＤＡ５にＨレベルのリセット・パルスが与えられている期間ｔ1 の間は所定のレベルを有する第１の信号成分Ｓ1 がＣＣＤ10から出力される。リセット・パルスがＨレベルからＬレベルとなると第１の信号成分Ｓ1 のレベルよりも低いレベルを有するフィード・スルー信号成分Ｓ2 が，フィード・スルー期間ｔ2 の間ＣＣＤ10から出力される。フィード・スルー期間ｔ2 が経過すると映像信号期間ｔ3 の間フォトダイオード２に蓄積された信号電荷の量に対応したレベルをもつ映像信号成分Ｓ3 が出力される。フィード・スルー信号成分Ｓ2 のレベルが，映像信号成分Ｓ3 の基準レベルとして用いられる。
【０００５】
第１の信号成分Ｓ1 には多かれ少なかれノイズが含まれている。このためリセット期間ｔ1 からフィード・スルー期間ｔ2 に移行する時点ｔでの第１の信号成分Ｓ1 に含まれるノイズによりフィード・スルー信号成分Ｓ2 のレベルが変動する。たとえば符号Ａで示すように移行時点ｔにおいてノイズが突出していると，これに応じてフィード・スルー信号成分Ｓ2 のレベルは上がる。逆に符号Ｂで示すように移行時点ｔにおいてノイズが下がっていると，フィード・スルー信号成分Ｓ2 のレベルも下る。このような第１の信号成分Ｓ1 のノイズに追随して変動するフィード・スルー信号成分Ｓ2 のレベルの変動がリセット・ノイズと呼ばれる。映像信号成分Ｓ3 も第１の信号成分Ｓ1 に含まれるノイズの影響を受け，フィード・スルー信号成分Ｓ2 のレベル変動と同じようにレベルが変動する。リセット・ノイズの有無にかかわらず，フィード・スルー信号成分Ｓ2 と映像信号成分Ｓ3 とのレベル差はＣＣＤ10のフォトダイオード２に蓄積された信号電荷の量を表わしている。
【０００６】
このレベル差を表わす信号を検出するために図14に示す装置では反転増幅回路71，非反転増幅回路72ならびにゲート回路73Ａおよび73Ｂが設けられている。ＣＣＤ10の出力信号は反転増幅回路71および非反転増幅回路72に与えられる。反転増幅回路71において反転され，かつ増幅された信号は第１のゲート回路73Ａに与えられる。非反転増幅回路72において増幅された信号は第２のゲート回路73Ｂに与えられる。第１のゲート回路73Ａにはフィード・スルー期間ｔ2 の間，Ｈレベルとなる第１のゲート・パルスＡが与えられ，第２のゲート回路73Ｂには映像信号期間ｔ3 の間，Ｈレベルとなる第２のゲート・パルスＢが与えられる。与えられるゲート・パルスＡおよびＢがＨレベルとなっているときに，入力する信号がゲート回路73Ａおよび73Ｂを通過し，フィード・スルー信号成分Ｓ2 および映像信号成分Ｓ3 が得られる。ゲート回路73Ａおよび73Ｂを通過した信号を加算することにより，フィード・スルー信号成分Ｓ2 と映像信号成分Ｓ3 とのレベル差を表わす信号が得られる。この差信号が映像を表わしている。
【０００７】
ＣＣＤ10から出力される信号にはリセット・ノイズだけでなく高域ノイズのように，フィード・スルー信号期間ｔ2 と映像信号期間ｔ3 との間で相関の無いノイズもある。このようなノイズは，フィード・スルー信号成分Ｓ2 と映像信号成分Ｓ3 とのレベル差を表わす信号に依然含まれる。このようなノイズを減少させるために図14に示す装置では，差信号を積分する積分回路74が含まれている。積分回路74を用いてレベル差を表わす信号を積分することにより，ノイズが減少する。
【０００８】
積分値の差分を正しく検出するためには，フィード・スルー信号期間中の積分期間と映像信号期間中の積分期間とを一致させる必要があるため，フィード・スルー信号期間と映像信号期間とのうち短い方の期間に積分期間を合わせなければならず，積分期間の長い有効な積分ができない。
【０００９】
【発明の開示】
この発明は，期間の長い有効な積分動作を行ない，ＣＣＤの出力信号に含まれるノイズを減少させることを目的とする。
【００１０】
第１の発明による固体撮像素子の信号読出装置は，光の照射量に応じた量の信号電荷を蓄積する多数の光電変換素子と上記光電変換素子に蓄積された信号電荷の量に応じたレベルをもつ映像信号成分を増幅し，かつリセット・パルスが与えられることによりリセットされるフローティング・ディフュージョン増幅回路とを含み，所定のレベルをもつ第１の信号成分を上記リセット・パルスが与えられている期間の間上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力し，上記映像信号成分に対する基準レベルをもつフィード・スルー信号成分を上記第１の信号成分の出力後に上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力し，増幅された映像信号成分を上記フィード・スルー信号成分の出力後に上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力する固体撮像素子，上記フィード・スルー信号成分の期間の一部を含む第１の期間の間，上記固体撮像素子から出力される信号成分を第１の抽出撮像信号として出力する第１のゲート回路，上記映像信号成分の期間の一部を含み，かつ上記第１の期間と異なる第２の期間の間，上記固体撮像素子から出力される信号成分を第２の抽出撮像信号として出力する第２のゲート回路，上記第１のゲート回路から出力される第１の抽出撮像信号を平均化して第１の平均撮像信号として出力する第１の平均化回路，上記第２のゲート回路から出力される第２の抽出撮像信号を平均化して第２の平均撮像信号として出力する第２の平均化回路，上記第１の期間と上記第２の期間との比で，上記第１の平均化回路から出力される第１の平均撮像信号および上記第２の平均化回路から出力される第２の平均撮像信号の少なくともいずれか一方の平均撮像信号のレベルを調整するレベル調整手段ならびに上記レベル調整手段により信号レベルが調整された第１の平均撮像信号と第２の平均撮像信号との差分を表わす信号を検出して出力する差分信号検出回路を備えていることを特徴とする。
【００１１】
第１の発明によると，上記第１の抽出撮像信号および上記第２の抽出撮像信号を得ている。上記第１の抽出撮像信号は，上記フィード・スルー信号成分に関する信号を表わしている。上記第２の抽出撮像信号は，上記映像信号成分に関する信号を表わしている。上記第１の抽出撮像信号および上記第２の抽出撮像信号は，それぞれ平均化（積分，高周波成分の除去など）が行なわれ，高周波成分のノイズが除去される。
【００１２】
フィード・スルー信号成分と映像信号成分とのレベル差は，上記光電変換素子に蓄積された信号電荷の量に対応しているが，上記第１の抽出撮像信号の第１の期間と上記第２の抽出撮像信号の第２の期間とは異なっているので，第１の平均撮像信号（この信号は平均化された第１の抽出撮像信号である）と第２の平均撮像信号（この信号は平均化された第２の抽出撮像信号である）とのレベル差は，上記光電変換素子に蓄積された信号電荷の量に対応していない。第１の平均撮像信号と第２の平均撮像信号とのレベル差が光電変換素子に蓄積された信号電荷の量に対応するように，上記第１の期間と上記第２の期間との比で上記第１の平均撮像信号および上記第２の平均撮像信号のレベルが調整される。このレベル調整が行なわれるので，上記差分信号検出回路で検出される，レベル調整された上記第１の平均撮像信号と上記第２の平均撮像信号とのレベル差は上記光電変換素子に蓄積された信号電荷の量に対応している。
【００１３】
第１の発明においては，上記第１の抽出撮像信号を得るための上記第１の期間と上記第２の抽出撮像信号を得るための上記第２の期間とは異なっている。フィード・スルー信号の期間に相当する期間を第１の期間とし，映像信号の期間に相当する期間を第２の期間とすることもできる。フィード・スルー信号の期間および映像信号の期間に応じて，ノイズを有効に減少させることができるように上記第１の期間および上記第２の期間を所望の期間に設定でき，平均化することができる。フィード・スルー信号の平均化処理および映像信号の平均化処理にもっとも適した上記第１の期間および上記第２の期間を設定することができる。
【００１４】
上記第１の期間と上記第２の期間とが異なると，上記第１の抽出撮像信号および上記第２の抽出撮像信号の平均化処理を行ない平均された上記第１の抽出撮像信号と上記第２の抽出撮像信号との差分を検出しても，検出された差分値は正しい差分値（すなわち光電変換素子に蓄積された信号電荷の量）を表わさないこととなる。第１の発明においては上記第１の期間と上記第２の期間との比で上記第１の平均撮像信号および上記第２の平均撮像信号のうち少なくとも一方の撮像信号のレベルを調整した上で２つの平均撮像信号の差分を検出しているから，得られた差分値は正しく光電変換素子に蓄積された信号電荷の量を表わしている。
【００１５】
第２の発明による固体撮像素子の信号読出装置は，光の照射量に応じた量の信号電荷を蓄積する多数の光電変換素子と上記光電変換素子に蓄積された信号電荷の量に応じたレベルをもつ映像信号成分を増幅し，かつリセット・パルスが与えられることによりリセットされるフローティング・ディフュージョン増幅回路とを含み，所定のレベルをもつ第１の信号成分を上記リセット・パルスが与えられている期間の間上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力し，上記映像信号成分に対する基準レベルをもつフィード・スルー信号成分を上記第１の信号成分の出力後に上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力し，増幅された映像信号成分を上記フィード・スルー信号成分の出力後に上記フローティング・ディフュージョン増幅回路から出力する固体撮像素子，上記フィード・スルー信号成分の期間の一部を含む第１の期間の間，上記固体撮像素子から出力される信号成分を第１の抽出撮像信号として出力する第１のゲート回路，上記映像信号成分の期間の一部を含み，かつ上記第１の期間と異なる第２の期間の間，上記固体撮像素子から出力される信号成分を第２の抽出撮像信号として出力する第２のゲート回路，上記第１の期間と上記第２の期間との比で，上記第１のゲート回路から出力された第１の抽出撮像信号および上記第２のゲート回路から出力された第２の抽出撮像信号の少なくともいずれか一方の抽出撮像信号のレベルを調整するレベル調整手段，上記第１のゲート回路から出力された第１の抽出撮像信号または上記レベル調整手段によりレベル調整された第１の抽出撮像信号と上記第２のゲート回路から出力された第２の抽出撮像信号または上記レベル調整手段によりレベル調整された第２の抽出撮像信号との差分を表わす信号を検出して出力する差分信号検出回路ならびに上記差分信号検出回路から出力される差分信号を平均化して出力する平均化回路を備えていることを特徴とする。
【００１６】
第２の発明によると，平均化処理前に上記第１の抽出撮像信号および上記第２の抽出撮像信号のうち少なくともいずれか一方の抽出撮像信号のレベル調整を行ない，上記第１の抽出撮像信号と上記第２の抽出撮像信号との差分を表わす信号を検出している。差分を表わす信号について上記平均化処理を行なっている。第２の発明においても平均化処理が行なわれているのでノイズ成分が減少する。
【００１７】
第２の発明においても，上記第１の抽出撮像信号を得るための上記第１の期間と上記第２の抽出撮像信号を得るための上記第２の期間とは異なっている。フィード・スルー信号の期間に相当する期間を第１の期間とし，映像信号の期間に相当する期間を第２の期間とすることもできる。フィード・スルー信号の期間および映像信号の期間に応じて，所望の上記第１の期間および上記第２の期間を設定できる。
【００１８】
上記において，平均化手段が，入力信号を積分する積分回路であった場合には，上記レベル調整手段は，上記積分回路の積分係数を変えることにより入力信号のレベルを変えることができる。
【００１９】
【実施例の説明】
図１はこの発明の実施例を示すもので，ＣＣＤの信号読出装置の電気的構成を示すブロック図である。図２は図１に示すＣＣＤの信号読出装置におけるタイム・チャートである。
【００２０】
被写体を撮像することによりフォトダイオード２に信号電荷が蓄積され，水平転送路３および垂直転送路４を経てＦＤＡ（floating diffusion amplifier）５に与えられ，増幅される。ＦＤＡ５には１画素期間Ｔ（１画素期間Ｔは１個のフォトダイオード２に蓄積された信号電荷を読出す期間）ごとにリセット・パルスが与えられ，これによりＦＤＡ５はリセットされる。
【００２１】
ＣＣＤ10の出力信号は，１画素期間Ｔ内においてリセット期間ｔ1 ，フィード・スルー期間ｔ2 および映像信号期間ｔ3 の信号成分Ｓ1 ，Ｓ2 およびＳ3 に分けられる。リセット期間ｔ1 の第１の信号成分Ｓ1 はＦＤＡ５に与えられる所定の電源電圧に応じたレベルを有する。フィード・スルー信号期間ｔ2 のフィード・スルー信号成分Ｓ2 は，映像信号成分Ｓ3 の基準レベルとして用いられる。映像信号期間ｔ3 に，フォトダイオード２に蓄積された信号電荷の量に対応したレベルをもつ映像信号成分Ｓ3 が出力される。
【００２２】
ＣＣＤ10から出力される撮像信号Ｖinは第１のゲート回路11と第２のゲート回路12とに与えられる。第１のゲート回路11および第２のゲート回路12はゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２が与えられている。第１のゲート回路11および第２のゲート回路12は，ゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２がＨレベルとなっている期間にＣＣＤ10から与えられる撮像信号Ｖinを通過させて出力する。第１のゲート回路11に与えられるゲート・パルスＰＧ１は，撮像信号Ｖinのうちフィード・スルー信号が第１のゲート回路11に入力する期間ｔ2 内にＨレベルとなる。したがって第１のゲート回路11の出力信号はフィード・スルー信号成分のレベルをもつ信号となる。第２のゲート回路12に与えられるゲート・パルスＰＧ２は，撮像信号Ｖinのうち映像信号が第２のゲート回路12に入力する期間ｔ3 内にＨレベルとなる。したがって第２のゲート回路12の出力信号は映像信号成分のレベルをもつ信号となる。
【００２３】
第１のゲート回路11に与えられるゲート・パルスＰＧ１のＨレベルの期間ｔH1と第２のゲート回路12に与えられるゲート・パルスＰＧ２のＨレベルの期間ｔH2の期間は異なっている。図２に示す例ではフィード・スルー信号の期間ｔ2 よりも映像信号の期間ｔ3 の方が長いため，それらの期間ｔ2 およびｔ3 に応じてゲート・パルスＰＧ１のＨレベルの期間ｔH1よりもゲート・パルスＰＧ２のＨレベルの期間ｔH2の方が長く設定されている。
【００２４】
第１のゲート回路11の出力信号は第１の抽出撮像信号Ｖg1として第１の積分回路13に与えられる。第２のゲート回路12の出力信号は第２の抽出撮像信号Ｖg2として第２の積分回路14に与えられる。第１の積分回路13および第２の積分回路14において，リセット信号ＲＳ１およびＲＳ２が与えられるまでの間，入力する第１の抽出撮像信号Ｖg1および第２の抽出撮像信号Ｖg2がそれぞれ積分される。
【００２５】
第１の積分回路13において積分された積分値を表わす信号Ｖi1はサンプル／ホールド回路15に与えられる。サンプル／ホールド回路15には入力する積分値を表わす信号がピーク値となる期間にＨレベルとなるサンプリング・パルスＳＰ１が与えられている。サンプル／ホールド回路15において入力する積分値を表わす信号のピーク値がサンプリングされ，そのピーク値を表わす信号Ｖs1が出力される。ピーク値を表わす信号Ｖs1は次段のサンプル／ホールド回路17に与えられる。サンプル／ホールド回路17はフィード・スルー信号から抽出された撮像信号の積分値を表わす信号と映像信号から抽出された撮像信号の積分値を表わす信号との差分を表わす信号を得るために，フィード・スルー信号から抽出された撮像信号の積分値を表わす信号を遅延させる回路である。サンプル／ホールド回路17から出力される積分信号Ｖsh1 は差動増幅回路19の正入力端子に与えられる。
【００２６】
第２の積分回路14において積分された積分値を表わす信号Ｖi2はゲイン調整増幅回路16に与えられる。この実施例によるＣＣＤの信号読出装置においては，フィード・スルー信号を抽出する期間ｔH1と映像信号を抽出する期間ｔH2とは異なっている。このため，フィード・スルー信号の一部を抽出した信号の積分値と映像信号の一部を抽出した信号の積分値との差分を算出した場合，その差分を表わす信号は正確に映像信号レベルに対応したものとはならない。この実施例によるＣＣＤの信号読出装置では，第１の積分回路13における積分期間ｔH1と第２の積分回路14における積分期間ｔH2の比率に応じて，映像信号の一部を抽出して積分することにより得られた信号Ｖi2のゲインを調整することにより，フィード・スルー信号の一部の期間を積分して得られた信号Ｖi1と映像信号の一部の期間を積分して得られた信号Ｖi2との差分を表わす信号のレベルが正確に映像信号レベルに対応するように調整している。積算値を表わす信号Ｖi1とＶi2との差分を表わす信号のレベルが正確に映像信号レベルに対応するように，積算値を表わす信号Ｖi2のゲインを調整するのがゲイン調整増幅回路16である。
【００２７】
ゲイン調整増幅回路16においてゲインが調整された信号Ｖgc2 はサンプル／ホールド回路18に与えられる。サンプル／ホールド回路18にはサンプル／ホールド回路17に与えられているサンプリング・パルスＳＰ２と同じサンプリング・パルスＳＰ２が与えられており，入力する信号Ｖgc2 をサンプリングして出力する。サンプル／ホールド回路18から出力される信号Ｖsh2 は差動増幅回路19の負入力端子に与えられる。
【００２８】
差動増幅回路19において，サンプル／ホールド回路17から出力される信号Ｖsh1 からサンプル／ホールド回路18から出力される信号Ｖsh2 が減算され出力される。差動増幅回路19において，一定期間内のフィード・スルー信号の積算値を表わす信号から一定期間内の映像信号の積算値を表わす信号が減算されこれらの信号の差分を表わす信号Ｖout が出力される。この信号Ｖout はノイズが除去され，ＣＣＤ10のフォトダイオードに蓄積された信号電荷の量に対応したものとなる。差動増幅回路19から出力される信号Ｖout は色バランス調整，ガンマ補正などが行なわれメモリ・カード，磁気テープなどの記録媒体に記録される。
【００２９】
この実施例によるＣＣＤの信号読出装置においてはフィード・スルー信号の期間ｔ2 および映像信号の期間ｔ3 をそれぞれ有効に用いて任意の積分期間を設定して積分することができる。このためより多くのノイズ成分を除去することができる。
【００３０】
図３は他の実施例を示すもので，ＣＣＤの信号読出装置の電気的構成を示すブロック図である。図４は図３に示すＣＣＤの信号読出装置の各回路を流れる信号のタイム・チャートである。
【００３１】
図１に示すＣＣＤの信号読出装置では第１のゲート回路11の出力信号Ｖg1および第２のゲート回路12の出力信号Ｖg2を，第１の積分回路13および第２の積分回路14において積分し，それらの積分値の差分を算出しているが，図３に示すＣＣＤの信号読出装置では，ゲート回路を通過したフィード・スルー信号と映像信号との差分を表わす信号を算出したあとで積分を行なっている。また図３に示すＣＣＤの信号読出装置は１画素期間Ｔごとにフィード・スルー信号および映像信号を抽出するゲート回路を変えている。これにより比較的高速のＣＣＤ読み出し信号に対して信号抽出動作および積分回路のクリア動作が可能となる。
【００３２】
図３および図４を参照して，ＣＣＤ10から出力される撮像信号Ｖinは第１のゲート回路21，第２のゲート回路22，第３のゲート回路23および第４のゲート回路24にそれぞれ与えられる。第１のゲート回路21および第３のゲート回路23は１画素期間Ｔおきに交互に，ＣＣＤ10から出力される撮像信号のうちフィード・スルー信号の一部の信号を抽出して出力する回路である。第２のゲート回路22および第４のゲート回路24は１画素期間Ｔおきに交互に，ＣＣＤ10から出力される撮像信号のうち映像信号の一部の信号を抽出して出力する回路である。
【００３３】
第１のゲート回路21および第３のゲート回路23には１画素期間Ｔおきに交互に，フィード・スルー期間ｔ2 内においてＨレベルとなるゲート・パルスＰＧ11およびＰＧ12がそれぞれ与えられる。第１のゲート回路21および第３のゲート回路23は与えられるゲート・パルスＰＧ11およびＰＧ12がＨレベルとなっている期間の間に入力する撮像信号Ｖinを出力する。第２のゲート回路22および第４のゲート回路24には１画素期間おきに交互に，映像信号期間ｔ3 内においてＨレベルとなるゲート・パルスＰＧ21およびＰＧ22がそれぞれ与えられる。第２のゲート回路22および第４のゲート回路24は与えられるゲート・パルスＰＧ21およびＰＧ22がＨレベルとなっている期間の間に入力する撮像信号Ｖinを出力する。
【００３４】
ゲート・パルスＰＧ11およびＰＧ12がＨレベルとなっている期間は互いに等しく，ゲート・パルスＰＧ21およびＰＧ22がＨレベルとなっている期間は互いに等しい。またゲート・パルスＰＧ11およびＰＧ12がＨレベルとなっている期間よりもゲート・パルスＰＧ21およびＰＧ22がＨレベルとなっている期間の方が長い。
【００３５】
第１のゲート回路21および第３のゲート回路23を通過したフィード・スルー信号期間ｔ2 内の撮像信号Ｖg11 およびＶg12 は差動増幅回路27および28の正入力端子に与えられる。第２のゲート回路22および第４のゲート回路24を通過した映像信号期間ｔ3 内の撮像信号はＶg12 およびＶg22 はゲイン調整増幅回路25および26に与えられる。信号Ｖg21 およびＶg22 を積分して得られる積分値がゲート・パルスＰＧ11およびＰＧ12の期間の間信号Ｖg21 およびＶg22 を積分したときに得られる積分値と等しくなるように，ゲイン調整回路25および26においてゲート・パルスＰＧ11とＰＧ21との比率およびゲート・パルスＰＧ12とＰＧ22との比率に応じてゲイン調整が行なわれる。ゲイン調整回路25および26においてゲイン調整が施された信号Ｖgc21およびＶgc22は，差動増幅回路27および28の負入力端子にそれぞれ与えられる。
【００３６】
差動増幅回路27において，ゲート回路21から与えられるフィード・スルー信号レベルを有する信号Ｖg11 からゲイン調整増幅回路25から出力されるゲイン調整された映像信号期間ｔ3 の信号Ｖgc21を各々増幅した信号Ｖa1が出力される。信号Ｖa1は積分回路29に与えられ積分されて差分がとられた形で出力される。積分回路29から出力される積分信号Ｖ01はサンプル／ホールド回路31に与えられる。
【００３７】
差動増幅回路28において，ゲート回路23から出力されるフィード・スルー信号レベルを有する信号Ｖg12 から，ゲイン調整増幅回路26から出力されるゲイン調整された映像信号期間ｔ3 の信号Ｖgc22を各々増幅した信号Ｖa1が出力される。この差分を表わす信号Ｖa2は積分回路30に与えられ積分されて差分がとられた形で出力される。積分回路30から出力される積分信号Ｖ02もサンプル／ホールド回路31に与えられる。
【００３８】
サンプル／ホールド回路31には１画素期間Ｔの周期をもつサンプリング・パルスＳＰが与えられており，積分回路29および30から与えられる積分値を表わす信号Ｖ01およびＶ02をサンプリングして出力する。サンプル／ホールド回路31の出力信号Ｖout がＣＣＤの信号読出装置の出力信号となる。
【００３９】
図３に示すＣＣＤの信号読出装置においてもＣＣＤ10から出力される撮像信号のうちフィード・スルー信号および映像信号を，任意の期間の間積分することができる。
【００４０】
図１または図３に示すＣＣＤの信号読出装置に含まれる積分回路13もしくは14または29もしくは30に代えてロウ・パス・フィルタを用いてもよい。
【００４１】
図５はさらに他の実施例を示すもので，ＣＣＤの信号読出装置の電気的構成を示すブロック図である。図６は，図５に示すＣＣＤの信号読出装置の各ブロックを流れる信号のタイム・チャートである。図５において図１に示すものと同一物には同一符号を付して説明を省略する。
【００４２】
図１に示すＣＣＤの信号読出装置においては第２の積分回路14から出力される信号Ｖi2のゲインを調整するゲイン調整増幅回路16が設けられていたのに対し，図５に示すＣＣＤの信号読出装置においてはゲイン調整増幅回路16は設けられていない。第２の積分回路14Ａの出力信号Ｖi2は直接サンプル／ホールド回路18に与えられる。
【００４３】
図５に示すＣＣＤの信号読出装置においてはゲイン調整増幅回路16は設けられていないため第１のゲート回路11および第２のゲート回路12の出力信号Ｖg1およびＶg2を単純に積分し，それらの積分値の差分を算出しても差分を表わす信号は映像信号のレベルを忠実に表わしていない。このため図５に示すＣＣＤの信号読出装置に含まれる第１の積分回路13Ａと第２の積分回路14Ａとの積分係数の比率は第１のゲート回路11に与えられるゲート・パルスＰＧ１のパルス幅と第２のゲート回路12に与えられるゲート・パルスＰＧ２との比に設定されている。これにより第１の積分回路13Ａから出力される積分値を表わす信号Ｖi1および第２の積分回路14Ａから出力される積分値を表わす信号Ｖi2は，ゲート・パルスＰＧ１のパルス幅とゲート・パルスＰＧ２のパルス幅とを同じパルス幅とした場合に得られる積分値を表わす信号に比例する。したがって積分値を表わす信号Ｖi1とＶi2との差分を差動増幅回路19において算出するとその差分を表わす信号は映像信号レベルに対応した信号となる。
【００４４】
図５に示すＣＣＤの信号読出装置においてもフィード・スルー信号を抽出するためのゲート・パルスＰＧ１のパルス幅および映像信号を抽出するためのゲート・パルスＰＧ２のパルス幅を１画素期間Ｔ内においてそれぞれ任意に設定することができる。
【００４５】
図７はさらに他の実施例を示すもので，ＣＣＤの信号読出装置の電気的構成を示すブロック図である。図８は図７に示すＣＣＤの信号読出装置の各ブロックに流れる信号を表わすタイム・チャートである。図７に示すＣＣＤの信号読出装置は，図３に示す信号読出装置の一部を抽出したものである。この図において，図３に示すものと同じものには同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図３に示すＣＣＤの信号読出装置においては第１のゲート回路21に与えられるゲート・パルスＰＧ11はフィード・スルー信号の期間ｔ2 内でのみＨレベルとなり，第２のゲート回路22に与えられるゲート・パルスＰＧ21は映像信号期間ｔ3 内でのみＨレベルとなっている。これに対し，図７に示すＣＣＤの信号読出装置においては図８に示すようにゲート・パルスＰＧ11はフィード・スルー信号の期間ｔ2 を越えて映像信号の期間ｔ3 の一部の期間までＨレベルとなり，ゲート・パルスＰＧ21は映像信号の期間ｔ3 を越えてフィード・スルー信号の期間ｔ2 の一部の期間までＨレベルとされている。このようにゲート・パルスＰＧ11およびＰＧ21はフィード・スルー信号の期間ｔ2 および映像信号の期間ｔ3 内にＨレベルとなる期間が収まらなくともよい。
【００４７】
差動増幅回路27において信号Ｖg11 と信号Ｖgc21との差分が算出されると，図８に示すように映像信号期間ｔ3 に入り込んだゲート・パルスＰＧ11により抽出された信号Ｖg11 およびフィード・スルー信号の期間ｔ2 に入り込んだゲート・パルスＰＧ21により抽出された信号Ｖg2は互いに入り込んだ期間ｔ3 およびｔ2 内において相殺される。したがって図８に示すようにゲート・パルスＶG01 およびＶG02 が第１のゲート・パルス21および第２のゲート・パルス22にそれぞれ与えられた場合と同じとなる。
【００４８】
図７に示すＣＣＤの信号読出装置においても積分回路29に代えてロウ・パス・フィルタを用いてもよい。
【００４９】
次に図１から図８に示す実施例によりＣＣＤから出力される撮像信号のランダム・ノイズが減少する様子を説明する。
【００５０】
図９は，ＣＣＤから出力される撮像信号ならびにフィード・スルー信号を抽出するゲート・パルスＰＧ１および映像信号を抽出するゲート・パルスＰＧ２のタイム・チャートを示している。ゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２は同じパルス幅をもつ場合，ゲート・パルスＰＧ２のパルス幅がケート・パルスＰＧ１のパルス幅の２倍のパルス幅をもつ場合ならびにゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２がフィード・スルー信号の期間ｔ2 および映像信号の期間ｔ3 の有効期間すべてをもつ場合を示している。
【００５１】
図10(A) はＣＣＤから出力される撮像信号のランダム・ノイズを示しており，図10(B) は相関二重サンプリング処理が行なわれた撮像信号のランダム・ノイズを示している（実際には，サンプリング周波数の１／２の周波数すなわちｆs ／２ですべての高域ノイズがおり返るが，ここではおり返らせないで表わしている）。
【００５２】
図11は，図９に示すように同一のパルス幅をもつゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２を用いてフィード・スルー信号および映像信号を抽出した場合のランダム・ノイズを示している。図11上段がフィード・スルー信号のランダム・ノイズであり，図11中段が映像信号のランダム・ノイズであり，図11下段がゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２がＨレベルの期間の間抽出されたフィード・スルー信号および映像信号を積分して差分をとった場合のＣＣＤの信号読出装置の出力信号のランダム・ノイズを示している。図10(B) と比較して高周波成分のランダム・ノイズが減少していることがわかる。
【００５３】
図12は，図９に示すようにゲート・パルスＰＧ２がゲート・パルスＰＧ１の２倍のパルス幅をもつゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２を用いてフィード・スルー信号および映像信号を抽出した場合のランダム・ノイズを示している。図12上段が抽出されたフィード・スルー信号のランダム・ノイズであり，図12中段が抽出された映像信号のランダム・ノイズであり，図12下段が，ゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２がＨレベルの期間の間抽出されたフィード・スルー信号および映像信号を積分して差分をとった場合のＣＣＤの信号読出装置の出力信号のランダム・ノイズを示している。図11下段に示されているランダム・ノイズと比較して，ゲート・パルスＰＧ２のパルス幅を２倍にして映像信号を抽出したことにより，ＣＣＤの信号読出装置の出力信号のランダム・ノイズが減少している（鎖線が図11下段のランダム・ノイズに対応する）。
【００５４】
図13は，図９に示すようにゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２がフィード・スルー信号の期間ｔ2 および映像信号の期間ｔ3 の有効期間すべてをもつゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２を用いてフィード・スルー信号および映像信号を抽出した場合のランダム・ノイズを示している。図13上段がフィード・スルー信号のランダム・ノイズであり，図13中段が映像信号のランダム・ノイズであり，図13下段がゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２がＨレベルの期間の間抽出されたフィード・スルー信号および映像信号を積分して差分をとった場合のＣＣＤの信号読出装置の出力信号のランダム・ノイズを示している。但し，ＰＧ１のパルス幅を，読み出し周期Ｔに対して（３／８）Ｔ，ＰＧ２のパルス幅を（４／８）Ｔとしている。図11下段に示されているランダム・ノイズと比較して，ゲート・パルスＰＧ１およびＰＧ２のパルス幅を広げてフィード・スルー信号および映像信号を抽出したことによりＣＣＤの信号読出装置の出力信号のランダム・ノイズが減少されている（鎖線が図11下段のランダム・ノイズに対応する）。
【００５５】
図12および図13からわかるように積分すべき期間を広げることによりランダム・ノイズが減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示すもので，ＣＣＤの信号読出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す回路の各ブロックに流れる信号を表わすタイム・チャートである。
【図３】他の実施例を示すもので，ＣＣＤの信号読出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す回路の各ブロックに流れる信号を表わすタイム・チャートである。
【図５】他の実施例を示すもので，ＣＣＤの信号読出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す回路の各ブロックに流れる信号を表わすタイム・チャートである。
【図７】他の実施例を示すもので，ＣＣＤの信号読出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示す回路の各ブロックに流れる信号を表わすタイム・チャートである。
【図９】ＣＣＤから出力される撮像信号とゲート・パルスとの関係を示すタイム・チャートである。
【図１０】  (A) はランダム・ノイズを示し，(B) は相関二重サンプリング処理が施された映像信号のランダム・ノイズを示している。
【図１１】積分を利用した相関二重サンプリング処理により映像信号のランダム・ノイズが減少する様子を示している。
【図１２】積分を利用した相関二重サンプリング処理により映像信号のランダム・ノイズが減少する様子を示している。
【図１３】積分を利用した相関二重サンプリング処理により映像信号のランダム・ノイズが減少する様子を示している。
【図１４】従来のＣＣＤの信号読出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１５】図14に示す装置の各回路に流れる信号のタイム・チャートである。
【符号の説明】
５  ＦＤＡ
10  ＣＣＤ
11，12，21，22，23，24  ゲート回路
13，14，13Ａ，14Ａ，29，30  積分回路
15，17，18，31，31Ａ  サンプル／ホールド回路
16，25，26  ゲイン調整増幅回路
19，27，28  差動増幅回路
【図１】
0003903079.tif 000002
【図２】
0003903079.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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