(57)【特許請求の範囲】
【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を遅延させて出力信号のフィードスルー部分を抽出するサンプリングパルスを生成する遅延手段と、
前記水平転送パルスを遅延させて出力信号の映像信号部分を抽出するサンプリングパルスを生成する遅延手段と、
前記出力信号のフィードスルー部分と映像信号部分とを、それぞれの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。
【請求項２】
請求項１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。
【請求項３】
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み、
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。
【請求項４】
請求項２または請求項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。
【請求項５】
請求項１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。
【請求項６】
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み、
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。
【請求項７】
請求項５または請求項６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。
【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、CCD 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。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 が有意状態になると、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に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。
【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131 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13、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および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
【図１】
0003824686.tif 000002
【図２】
0003824686.tif 000003
【図３】
0003824686.tif 000004
【図４】
0003824686.tif 000005
【図５】
0003824686.tif 000006
【図６】
0003824686.tif 000007
【図７】
0003824686.tif 000008
【図８】
0003824686.tif 000009
【図９】
0003824686.tif 000010