JP2003078824A - イメージセンシング方法及びそのためのディジタルｃｍｏｓイメージセンサ - Google Patents
イメージセンシング方法及びそのためのディジタルｃｍｏｓイメージセンサInfo
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 イメージセンサのノイズレベルを支配するア
ンプ等の回路が発生するランダムノイズを、高ゲインの
コラムアンプとディジタル領域での処理で低減すること
により、高感度を有するイメージセンシング方法及びそ
のためのディジタルＣＭＯＳイメージセンサを提供す
る。 【解決手段】 イメージセンサアレイ１の画素１Ａから
の走査出力信号と基準電圧ＶREF との偏差をみる第１の
加算器３と、この加算器３からの出力が入力されるコラ
ムアンプ４と、このコラムアンプ４からの出力が入力さ
れるＡ／Ｄ変換器５と、このＡ／Ｄ変換器５からの出力
が入力されるノイズ用フレームメモリ６と、前記Ａ／Ｄ
変換された出力を前記ノイズ用フレームメモリ６に記憶
されたノイズからディジタル領域で減算する第２の加算
器７と、この第２の加算器７からの出力が入力されるデ
ィジタルフィルタ８とを備え、ビデオ信号フレーム周波
数の数倍のフレーム周波数で、高速に全画素を読み出し
撮像し、オーバーサンプリング信号処理によって、雑音
低減を行う。
ンプ等の回路が発生するランダムノイズを、高ゲインの
コラムアンプとディジタル領域での処理で低減すること
により、高感度を有するイメージセンシング方法及びそ
のためのディジタルＣＭＯＳイメージセンサを提供す
る。 【解決手段】 イメージセンサアレイ１の画素１Ａから
の走査出力信号と基準電圧ＶREF との偏差をみる第１の
加算器３と、この加算器３からの出力が入力されるコラ
ムアンプ４と、このコラムアンプ４からの出力が入力さ
れるＡ／Ｄ変換器５と、このＡ／Ｄ変換器５からの出力
が入力されるノイズ用フレームメモリ６と、前記Ａ／Ｄ
変換された出力を前記ノイズ用フレームメモリ６に記憶
されたノイズからディジタル領域で減算する第２の加算
器７と、この第２の加算器７からの出力が入力されるデ
ィジタルフィルタ８とを備え、ビデオ信号フレーム周波
数の数倍のフレーム周波数で、高速に全画素を読み出し
撮像し、オーバーサンプリング信号処理によって、雑音
低減を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタルＣＭＯ
Ｓイメージセンサに係り、その低消費電力特性や、機能
回路を集積化できるなどの特徴からＣＣＤを越えるもの
として期待されている高感度デジタルＣＭＯＳイメージ
センサに関するものであり、特に、その雑音低減に関す
るものである。
Ｓイメージセンサに係り、その低消費電力特性や、機能
回路を集積化できるなどの特徴からＣＣＤを越えるもの
として期待されている高感度デジタルＣＭＯＳイメージ
センサに関するものであり、特に、その雑音低減に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】現在のＣＭＯＳイメージセンサの雑音低
減法として、アナログ領域で、リセットノイズや固定パ
ターンノイズをキャンセルする方式が提案されている。
減法として、アナログ領域で、リセットノイズや固定パ
ターンノイズをキャンセルする方式が提案されている。
【０００３】一方、画素（ピクセル）内でのＡ／Ｄ変換
を行って高速画像を読み出す方式も存在するが、まだ十
分ＳＮＲを達成しているとは言えない。
を行って高速画像を読み出す方式も存在するが、まだ十
分ＳＮＲを達成しているとは言えない。
【０００４】なお、かかる技術分野の先行技術として
は、以下のようなものが開示されている。
は、以下のようなものが開示されている。
【０００５】〔１〕松長誠之、遠藤幸雄、“ＣＭＯＳイ
メージセンサのノイズキャンセル回路”、映像情報メデ
ィア学会技術報告、Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．３，ｐｐ．７
−１１（Ｊａｎ．１９９８） 〔２〕中村信男、松長誠之、“高感度ＣＭＯＳイメージ
センサの開発”、映像情報メディア学会誌、Ｖｏｌ．５
４，Ｎｏ．２，ｐｐ．２１６−２２３（２００） 〔３〕Ｄｗｉ Ｈａｎｄｏｋｏ、川人祥二、田所嘉昭、
松澤昭、“高速非破壊中間撮像ＣＭＯＳイメージセン
サ”、映像情報メディア学会誌、Ｖｏｌ．５５，Ｎｏ．
２，ｐｐ．２６４−２７０（２００１）
メージセンサのノイズキャンセル回路”、映像情報メデ
ィア学会技術報告、Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．３，ｐｐ．７
−１１（Ｊａｎ．１９９８） 〔２〕中村信男、松長誠之、“高感度ＣＭＯＳイメージ
センサの開発”、映像情報メディア学会誌、Ｖｏｌ．５
４，Ｎｏ．２，ｐｐ．２１６−２２３（２００） 〔３〕Ｄｗｉ Ｈａｎｄｏｋｏ、川人祥二、田所嘉昭、
松澤昭、“高速非破壊中間撮像ＣＭＯＳイメージセン
サ”、映像情報メディア学会誌、Ｖｏｌ．５５，Ｎｏ．
２，ｐｐ．２６４−２７０（２００１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＭＯＳイメージセンサでは、高感度を得るには難があ
った。
ＣＭＯＳイメージセンサでは、高感度を得るには難があ
った。
【０００７】本発明は、上記状況に鑑みて、イメージセ
ンサのノイズレベルを支配するアンプ等の回路が発生す
るランダムノイズを、高ゲインのコラムアンプと、ディ
ジタル領域での処理で低減することにより、高感度を有
するイメージセンシング方法及びそのためのディジタル
ＣＭＯＳイメージセンサを提供することを目的とする。
ンサのノイズレベルを支配するアンプ等の回路が発生す
るランダムノイズを、高ゲインのコラムアンプと、ディ
ジタル領域での処理で低減することにより、高感度を有
するイメージセンシング方法及びそのためのディジタル
ＣＭＯＳイメージセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕イメージセンシング方法において、ビデオ信号フ
レーム周波数のＮ倍のフレーム周波数で、高速に全画素
を読み出し撮像し、その際信号レベルとリセットレベル
を別々に読み出して高ゲインのコラムアンプで増幅後Ａ
／Ｄ変換を行い、ディジタル領域でリセットノイズと固
定パターンノイズのキャンセルを行った信号に対して、
ディジタル低域通過フィルタで、ランダムノイズ低減処
理を行い、１／Ｎに画像速度を落とすことを特徴とす
る。
成するために、 〔１〕イメージセンシング方法において、ビデオ信号フ
レーム周波数のＮ倍のフレーム周波数で、高速に全画素
を読み出し撮像し、その際信号レベルとリセットレベル
を別々に読み出して高ゲインのコラムアンプで増幅後Ａ
／Ｄ変換を行い、ディジタル領域でリセットノイズと固
定パターンノイズのキャンセルを行った信号に対して、
ディジタル低域通過フィルタで、ランダムノイズ低減処
理を行い、１／Ｎに画像速度を落とすことを特徴とす
る。
【０００９】〔２〕ディジタルＣＭＯＳイメージセンサ
において、イメージアレイの画素からの走査出力信号と
基準電圧との偏差をみる第１の加算器と、この第１の加
算器からの出力が入力されるコラムアンプと、このコラ
ムアンプからの出力が入力されるＡ／Ｄ変換器と、この
Ａ／Ｄ変換器からの出力が入力されるノイズ用フレーム
メモリと、前記Ａ／Ｄ変換された出力を前記ノイズ用フ
レームメモリに記憶されたノイズからディジタル領域で
減算する第２の加算器と、この第２の加算器からの出力
が入力されるディジタルフィルタとを備え、ビデオ信号
フレーム周波数の数倍のフレーム周波数で、高速に全画
素を読み出し撮像し、オーバーサンプリング信号処理に
よって、雑音低減を行うことを特徴とする。
において、イメージアレイの画素からの走査出力信号と
基準電圧との偏差をみる第１の加算器と、この第１の加
算器からの出力が入力されるコラムアンプと、このコラ
ムアンプからの出力が入力されるＡ／Ｄ変換器と、この
Ａ／Ｄ変換器からの出力が入力されるノイズ用フレーム
メモリと、前記Ａ／Ｄ変換された出力を前記ノイズ用フ
レームメモリに記憶されたノイズからディジタル領域で
減算する第２の加算器と、この第２の加算器からの出力
が入力されるディジタルフィルタとを備え、ビデオ信号
フレーム周波数の数倍のフレーム周波数で、高速に全画
素を読み出し撮像し、オーバーサンプリング信号処理に
よって、雑音低減を行うことを特徴とする。
【００１０】〔３〕上記〔２〕記載のディジタルＣＭＯ
Ｓイメージセンサにおいて、イメージアレイからの信号
を通常のＮ倍（Ｎは１以上）の速度で高速に読み出し、
前記コラムアンプで高ゲインで増幅し、リセットレベル
と信号レベルと別々にＡ／Ｄ変換して、ディジタル領域
で偏差信号をとり、その偏差信号に対して、ディジタル
低域通過フィルタで高域のノイズを除去することを特徴
とする。
Ｓイメージセンサにおいて、イメージアレイからの信号
を通常のＮ倍（Ｎは１以上）の速度で高速に読み出し、
前記コラムアンプで高ゲインで増幅し、リセットレベル
と信号レベルと別々にＡ／Ｄ変換して、ディジタル領域
で偏差信号をとり、その偏差信号に対して、ディジタル
低域通過フィルタで高域のノイズを除去することを特徴
とする。
【００１１】〔４〕上記〔３〕記載のディジタルＣＭＯ
Ｓイメージセンサにおいて、最後に、信号を間引いて、
通常の１／Ｎ倍の速度の画像に戻すことを特徴とする。
Ｓイメージセンサにおいて、最後に、信号を間引いて、
通常の１／Ｎ倍の速度の画像に戻すことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１３】本発明のＣＭＯＳイメージセンサの特徴を
活かした高感度イメージセンサを実現する方法として、
フレームオーバーサンプリングによる信号処理を用いた
雑音低減法について述べる。
活かした高感度イメージセンサを実現する方法として、
フレームオーバーサンプリングによる信号処理を用いた
雑音低減法について述べる。
【００１４】これは、フレームオーバーサンプリングに
より、信号振幅を小さくすることで、コラムに高ゲイン
のアンプを持たせ、これによって、コラムアンプ後の広
帯域アンプの雑音やＡ／Ｄ変換器の量子化雑音を低減で
きるとともに、固定パターン雑音やリセット雑音のディ
ジタルノイズキャンセルの精度を高めることにより、低
雑音のディジタルイメージセンサを実現するものであ
る。
より、信号振幅を小さくすることで、コラムに高ゲイン
のアンプを持たせ、これによって、コラムアンプ後の広
帯域アンプの雑音やＡ／Ｄ変換器の量子化雑音を低減で
きるとともに、固定パターン雑音やリセット雑音のディ
ジタルノイズキャンセルの精度を高めることにより、低
雑音のディジタルイメージセンサを実現するものであ
る。
【００１５】（１）画像の高速読み出しによるノイズ低
減 図１は本発明にかかる画像の高速読み出しによるノイズ
低減を用いたＣＭＯＳイメージセンサの構成図である。
減 図１は本発明にかかる画像の高速読み出しによるノイズ
低減を用いたＣＭＯＳイメージセンサの構成図である。
【００１６】この図において、１はイメージセンサアレ
イ、１Ａは画素（ピクセル）、２は垂直スキャナー、３
はイメージセンサアレイ１からの垂直スキャナー２によ
り走査された出力信号と基準電圧ＶREF との偏差をみる
第１の加算器、４はコラムアンプ、５はＡ／Ｄ変換器、
６はノイズ用フレームメモリ、７はＡ／Ｄ変換された出
力をノイズ用フレームメモリ６に記憶されたノイズから
ディジタル領域で減算する第２の加算器、８はディジタ
ルフィルタ及びデシメーター、９はディジタル出力であ
る。
イ、１Ａは画素（ピクセル）、２は垂直スキャナー、３
はイメージセンサアレイ１からの垂直スキャナー２によ
り走査された出力信号と基準電圧ＶREF との偏差をみる
第１の加算器、４はコラムアンプ、５はＡ／Ｄ変換器、
６はノイズ用フレームメモリ、７はＡ／Ｄ変換された出
力をノイズ用フレームメモリ６に記憶されたノイズから
ディジタル領域で減算する第２の加算器、８はディジタ
ルフィルタ及びデシメーター、９はディジタル出力であ
る。
【００１７】なお、これら全てを１つのイメージセンサ
チップ上に必ずしも集積化する必要はなく、例えば、Ａ
／Ｄ変換器５までを集積化し、ディジタル処理部（６，
７，８）は、専用のＡＳＩＣを用いるのが、現実的な構
成と考えられる。
チップ上に必ずしも集積化する必要はなく、例えば、Ａ
／Ｄ変換器５までを集積化し、ディジタル処理部（６，
７，８）は、専用のＡＳＩＣを用いるのが、現実的な構
成と考えられる。
【００１８】画素１Ａは、通常の３トランジスタのアク
ティブピクセル回路、あるいは、高い電圧ゲインを得る
ために、埋め込みフォトダイオードと画素内電荷転送に
よる画素（ピクセル）１Ａを用いることもできる。しか
し、３トランジスタ方式で性能が出せることが１つの利
点にもなり得る。
ティブピクセル回路、あるいは、高い電圧ゲインを得る
ために、埋め込みフォトダイオードと画素内電荷転送に
よる画素（ピクセル）１Ａを用いることもできる。しか
し、３トランジスタ方式で性能が出せることが１つの利
点にもなり得る。
【００１９】３トランジスタＣＭＯＳイメージセンサの
１つの画素１Ａに着目し、カソード部（フローティング
デフュージョン部）の電圧（ＶFB）の時間変化波形、制
御信号、読み出された信号のタイミングチャートを図２
に示す。
１つの画素１Ａに着目し、カソード部（フローティング
デフュージョン部）の電圧（ＶFB）の時間変化波形、制
御信号、読み出された信号のタイミングチャートを図２
に示す。
【００２０】このイメージセンサでは、ビデオ信号フレ
ーム周波数のＭ倍のフレーム周波数で、全画素を読み出
す。この倍率をフレームオーバーサンプリング比（ＯＳ
Ｒ）と呼ぶことにする。
ーム周波数のＭ倍のフレーム周波数で、全画素を読み出
す。この倍率をフレームオーバーサンプリング比（ＯＳ
Ｒ）と呼ぶことにする。
【００２１】まず、リセット直後の電圧をφR でサンプ
ルし、コラムで増幅する。このとき、読み出される電圧
にはオフセット電圧がのっているので、これをキャンセ
ルするためにＶREF を減ずる。コラムアンプ４のゲイン
は、丁度、オーバーサンプリング比と同じにとることが
できる。ＣＭＯＳイメージセンサは、３Ｖ程度の電源電
圧を扱うので、回路で扱える信号振幅は１Ｖ程度であ
る。画素１Ａからの出力電圧が１Ｖであれば、コラムア
ンプ４で、さらに振幅を増幅することはできない。
ルし、コラムで増幅する。このとき、読み出される電圧
にはオフセット電圧がのっているので、これをキャンセ
ルするためにＶREF を減ずる。コラムアンプ４のゲイン
は、丁度、オーバーサンプリング比と同じにとることが
できる。ＣＭＯＳイメージセンサは、３Ｖ程度の電源電
圧を扱うので、回路で扱える信号振幅は１Ｖ程度であ
る。画素１Ａからの出力電圧が１Ｖであれば、コラムア
ンプ４で、さらに振幅を増幅することはできない。
【００２２】しかし、オーバーサンプリングによって、
高速フレームの周期で信号を読み出すことにより、セン
サ部の振幅は１／Ｍになっているので、コラムアンプ４
でＭ倍してもアンプの出力が飽和することはない。これ
が、オーバーサンプリングの大きな特徴の１つである。
高速フレームの周期で信号を読み出すことにより、セン
サ部の振幅は１／Ｍになっているので、コラムアンプ４
でＭ倍してもアンプの出力が飽和することはない。これ
が、オーバーサンプリングの大きな特徴の１つである。
【００２３】これによって、それ以降のアンプ雑音や、
Ａ／Ｄ変換器５の量子化雑音が相対的に小さく見え、Ｓ
ＮＲを向上することができる。コラムアンプ４で増幅さ
れた電圧をＡ／Ｄ変換し、ノイズ用フレームメモリ６に
記憶する。いま、ノイズ用フレームメモリ６に記憶され
たｎ番目のフレームのある画素値をＲ（ｎＴ）と表記す
ると、Ｒ（ｎＴ）は、ほぼ以下のように表すことができ
る。
Ａ／Ｄ変換器５の量子化雑音が相対的に小さく見え、Ｓ
ＮＲを向上することができる。コラムアンプ４で増幅さ
れた電圧をＡ／Ｄ変換し、ノイズ用フレームメモリ６に
記憶する。いま、ノイズ用フレームメモリ６に記憶され
たｎ番目のフレームのある画素値をＲ（ｎＴ）と表記す
ると、Ｒ（ｎＴ）は、ほぼ以下のように表すことができ
る。
【００２４】
Ｒ（ｎＴ）＝Ｍ×〔ＮS （ｎＴ）＋ＮkTC （ｎＴ）＋ＮFPN ＋
Ｎpn（ｎＴ）＋Ｓ（ｎＴ）〕＋Ｎa （ｎＴ）＋Ｑ（ｎＴ）
…（１）
ここで、ＮS （ｎＴ）、ＮkTC （ｎＴ）、ＮFPN 、Ｎpn
（ｎＴ）はそれぞれ、ショット雑音、画素部のリセット
（ｋＴＣ）雑音、固定パターン雑音、ソースフォロワバ
ッファとコラムアンプ４の入力換算雑音の和であり、Ａ
／Ｄ変換前の電圧をＡ／Ｄ変換器５のフルスケール電圧
（ＶFS）で割り、Ａ／Ｄ変換器５の精度で量子化した値
である。
（ｎＴ）はそれぞれ、ショット雑音、画素部のリセット
（ｋＴＣ）雑音、固定パターン雑音、ソースフォロワバ
ッファとコラムアンプ４の入力換算雑音の和であり、Ａ
／Ｄ変換前の電圧をＡ／Ｄ変換器５のフルスケール電圧
（ＶFS）で割り、Ａ／Ｄ変換器５の精度で量子化した値
である。
【００２５】また、Ｎa （ｎＴ）はＡ／Ｄ変換前のＳ／
Ｈ等の回路のノイズのディジタル値、Ｑ（ｎＴ）はＡ／
Ｄ変換器５の量子化ノイズ、Ｓ（ｎＴ）は映像信号のデ
ィジタル値である。
Ｈ等の回路のノイズのディジタル値、Ｑ（ｎＴ）はＡ／
Ｄ変換器５の量子化ノイズ、Ｓ（ｎＴ）は映像信号のデ
ィジタル値である。
【００２６】信号電荷が蓄積された後のＶFDを、φS を
用いてサンプルし、同様にコラムアンプ４で増幅する。
その電圧をＡ／Ｄ変換する。これを、Ｕ（ｎＴ）とす
る。ノイズ用フレームメモリ６に記憶されたノイズか
ら、その値をディジタル領域で減算した値をＹ（ｎＴ＋
ΔＴ）とする。その値はフレームの先頭まで記憶される
と考えると、Ｙ（ｎＴ＋ΔＴ）＝Ｙ〔（ｎ＋１）Ｔ〕で
あり、 Ｙ〔（ｎ＋１）Ｔ〕＝Ｍ×〔Ｓ（ｎＴ）−Ｓ（ｎＴ＋ΔＴ）〕 ＋Ｍ×〔Ｎs （ｎＴ）−Ｎs （ｎＴ＋ΔＴ）〕 ＋Ｍ×〔Ｎpn（ｎＴ）−Ｎpn（ｎＴ＋ΔＴ）〕 ＋Ｎa （ｎＴ）−Ｎa （ｎＴ＋ΔＴ） ＋Ｑ（ｎＴ）−Ｑ（ｎＴ＋ΔＴ） …（２） となる。
用いてサンプルし、同様にコラムアンプ４で増幅する。
その電圧をＡ／Ｄ変換する。これを、Ｕ（ｎＴ）とす
る。ノイズ用フレームメモリ６に記憶されたノイズか
ら、その値をディジタル領域で減算した値をＹ（ｎＴ＋
ΔＴ）とする。その値はフレームの先頭まで記憶される
と考えると、Ｙ（ｎＴ＋ΔＴ）＝Ｙ〔（ｎ＋１）Ｔ〕で
あり、 Ｙ〔（ｎ＋１）Ｔ〕＝Ｍ×〔Ｓ（ｎＴ）−Ｓ（ｎＴ＋ΔＴ）〕 ＋Ｍ×〔Ｎs （ｎＴ）−Ｎs （ｎＴ＋ΔＴ）〕 ＋Ｍ×〔Ｎpn（ｎＴ）−Ｎpn（ｎＴ＋ΔＴ）〕 ＋Ｎa （ｎＴ）−Ｎa （ｎＴ＋ΔＴ） ＋Ｑ（ｎＴ）−Ｑ（ｎＴ＋ΔＴ） …（２） となる。
【００２７】固定パターンノイズと、リセットノイズ
は、時間相関があるので除去される。Ａ／Ｄ変換器５の
量子化の精度までは完全にキャンセルされ、実際には、
Ａ／Ｄ変換器５の非線形性ノイズ及び量子化ノイズの中
に埋もれることになる。そのノイズは、他のランダム雑
音と区別がつかなくなる。
は、時間相関があるので除去される。Ａ／Ｄ変換器５の
量子化の精度までは完全にキャンセルされ、実際には、
Ａ／Ｄ変換器５の非線形性ノイズ及び量子化ノイズの中
に埋もれることになる。そのノイズは、他のランダム雑
音と区別がつかなくなる。
【００２８】その除去性能は、Ａ／Ｄ変換器５の有効ビ
ット数で決まる精度以下にすることができ、また、両者
とも、Ａ／Ｄ変換前にコラムアンプ４で増幅されるの
で、十分高い。例えば、ＶFS＝０．８Ｖの１０ビットＡ
／Ｄ変換器５を用い、１６倍のオーバーサンプリングを
行って、コラムアンプ４で１６倍の増幅をすれば、アン
プ前のＡ／Ｄ変換器の分解能は、約５０μＶである。こ
れは、固定パターンノイズとリセットノイズのキャンセ
ル精度が約５０μＶになることを意味する。
ット数で決まる精度以下にすることができ、また、両者
とも、Ａ／Ｄ変換前にコラムアンプ４で増幅されるの
で、十分高い。例えば、ＶFS＝０．８Ｖの１０ビットＡ
／Ｄ変換器５を用い、１６倍のオーバーサンプリングを
行って、コラムアンプ４で１６倍の増幅をすれば、アン
プ前のＡ／Ｄ変換器の分解能は、約５０μＶである。こ
れは、固定パターンノイズとリセットノイズのキャンセ
ル精度が約５０μＶになることを意味する。
【００２９】ディジタルフィルタ８の構成として、櫛形
フィルタを用いた２段階のフィルタリング処理が比較的
簡単な構成であり、急峻なカットオフ特性が得られる。
フィルタを用いた２段階のフィルタリング処理が比較的
簡単な構成であり、急峻なカットオフ特性が得られる。
【００３０】図３は本発明にかかる２段構成のディジタ
ルフィルタの構成図である。
ルフィルタの構成図である。
【００３１】この図において、１１は入力、１２はコー
ムフィルタ（櫛歯状フィルタ）、１３は第１の分周器
（ｆｓ／４）、１４はディジタルＬＰＦ、１５は第２の
分周器（ｆｓ／１６）、１６はディジタル出力である。
ムフィルタ（櫛歯状フィルタ）、１３は第１の分周器
（ｆｓ／４）、１４はディジタルＬＰＦ、１５は第２の
分周器（ｆｓ／１６）、１６はディジタル出力である。
【００３２】また、このディジタルフィルタによって、
雑音が低減される様子を、図４に示す。
雑音が低減される様子を、図４に示す。
【００３３】この図は、１６倍のオーバーサンプリング
を行う場合の例を示している。これは、４次の櫛形フィ
ルタを用い、最初、１／４にデシメーションを行う。４
次の櫛形フィルタは次式の周波数特性をもつ。
を行う場合の例を示している。これは、４次の櫛形フィ
ルタを用い、最初、１／４にデシメーションを行う。４
次の櫛形フィルタは次式の周波数特性をもつ。
【００３４】
｜Ｈc （ω）｜＝｜ｓｉｎ４ωＴs ／ｓｉｎωＴs ｜ …（３）
ここで、Ｔs ＝１／ｆs はオーバーサンプリング周期で
ある。櫛形フィルタは低域通過の特性を持ちながら、図
４（ａ）に示すように、ｆs ／４の整数倍の周波数でゼ
ロ点をもつ。故に、高域の追いやられたノイズは、図４
（ｂ）に示すように減衰する。
ある。櫛形フィルタは低域通過の特性を持ちながら、図
４（ａ）に示すように、ｆs ／４の整数倍の周波数でゼ
ロ点をもつ。故に、高域の追いやられたノイズは、図４
（ｂ）に示すように減衰する。
【００３５】この後、ｆs ／４の周波数にデシメーショ
ンをした際、ゼロ点の整数倍の周波数付近の成分がビデ
オ信号帯域に折り返され、図４（ｃ）に示すようにな
り、十分に減衰しているので都合が良い。その後、急峻
なカットオフ特性をもつ低域通過ディジタルフィルタに
より、ｆs ／３２以上の雑音成分を除去する〔図４
（ｄ）参照〕。最後に、図４（ｅ）に示すように、ｆs
／１６の周波数、つまり、ビデオ速度周波数にデシメー
ションを行う。このようにして大幅に雑音低減が可能で
あることがわかる。
ンをした際、ゼロ点の整数倍の周波数付近の成分がビデ
オ信号帯域に折り返され、図４（ｃ）に示すようにな
り、十分に減衰しているので都合が良い。その後、急峻
なカットオフ特性をもつ低域通過ディジタルフィルタに
より、ｆs ／３２以上の雑音成分を除去する〔図４
（ｄ）参照〕。最後に、図４（ｅ）に示すように、ｆs
／１６の周波数、つまり、ビデオ速度周波数にデシメー
ションを行う。このようにして大幅に雑音低減が可能で
あることがわかる。
【００３６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００３７】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３８】（１）イメージセンサにおいて支配的であ
る広帯域アンプのランダムノイズ及びＡ／Ｄ変換器の量
子化ノイズを大幅に低減することができる。
る広帯域アンプのランダムノイズ及びＡ／Ｄ変換器の量
子化ノイズを大幅に低減することができる。
【００３９】（２）コラムアンプの効果により、固定パ
ターン雑音及びリセット雑音除去効果が高い。
ターン雑音及びリセット雑音除去効果が高い。
【００４０】（３）雑音低減しながら、カラムで高ゲイ
ンの増幅を行うため、感度が高い。つまり、ＳＮＲが大
いに改善され、特にコラムで高いゲインで増幅すること
ができる。
ンの増幅を行うため、感度が高い。つまり、ＳＮＲが大
いに改善され、特にコラムで高いゲインで増幅すること
ができる。
【図１】本発明にかかる画像の高速読み出しによるノイ
ズ低減を用いたＣＭＯＳイメージセンサの構成図であ
る。
ズ低減を用いたＣＭＯＳイメージセンサの構成図であ
る。
【図２】本発明にかかるカソード部（フローティングデ
フュージョン部）の電圧（ＶFB）の時間変化波形、制御
信号、読み出された信号のタイミングチャートである。
フュージョン部）の電圧（ＶFB）の時間変化波形、制御
信号、読み出された信号のタイミングチャートである。
【図３】本発明にかかる２段構成のディジタルフィルタ
の構成図である。
の構成図である。
【図４】本発明にかかるディジタルフィルタによるノイ
ズ低減の説明図である。
ズ低減の説明図である。
１ イメージセンサアレイ
１Ａ 画素（ピクセル）
２ 垂直スキャナー
３ 第１の加算器
４ コラムアンプ
５ Ａ／Ｄ変換器
６ ノイズ用フレームメモリ、
７ 第２の加算器
８ ディジタルフィルタ及びデシメーター
９ ディジタル出力
１１ 入力
１２ コームフィルタ（櫛歯状フィルタ）
１３ 第１の分周器（ｆｓ／４）
１４ ディジタルＬＰＦ
１５ 第２の分周器（ｆｓ／１６）
１６ ディジタル出力
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4M118 AA05 AB01 BA14 CA02 DB09
DD12 FA06
5C024 CX03 CX04 CX05 CX06 GY31
HX05 HX17 HX23 HX29 HX58
JX30 JX42
Claims (4)
- 【請求項１】 ビデオ信号フレーム周波数のＮ倍のフレ
ーム周波数で、高速に全画素を読み出し撮像し、その際
信号レベルとリセットレベルを別々に読み出して高ゲイ
ンのコラムアンプで増幅後Ａ／Ｄ変換を行い、ディジタ
ル領域でリセットノイズと固定パターンノイズのキャン
セルを行った信号に対して、ディジタル低域通過フィル
タで、ランダムノイズ低減処理を行い、１／Ｎに画像速
度を落とすことを特徴とするイメージセンシング方法。 - 【請求項２】（ａ）イメージアレイの画素からの走査出
力信号と基準電圧との偏差をみる第１の加算器と、
（ｂ）該第１の加算器からの出力が入力されるコラムア
ンプと、（ｃ）該コラムアンプからの出力が入力される
Ａ／Ｄ変換器と、（ｄ）該Ａ／Ｄ変換器からの出力が入
力されるノイズ用フレームメモリと、（ｅ）前記Ａ／Ｄ
変換された出力を前記ノイズ用フレームメモリに記憶さ
れたノイズからディジタル領域で減算する第２の加算器
と、（ｆ）該第２の加算器からの出力が入力されるディ
ジタルフィルタとを備え、（ｇ）ビデオ信号フレーム周
波数の数倍のフレーム周波数で、高速に全画素を読み出
し撮像し、オーバーサンプリング信号処理によって、雑
音低減を行うことを特徴とするディジタルＣＭＯＳイメ
ージセンサ。 - 【請求項３】 請求項２記載のディジタルＣＭＯＳイメ
ージセンサにおいて、イメージアレイからの信号を通常
のＮ倍（Ｎは１以上）の速度で高速に読み出し、前記コ
ラムアンプで高ゲインで増幅し、リセットレベルと信号
レベルと別々にＡ／Ｄ変換して、ディジタル領域で偏差
信号をとり、該偏差信号に対して、ディジタル低域通過
フィルタで高域のノイズを除去することを特徴とするデ
ィジタルＣＭＯＳイメージセンサ。 - 【請求項４】 請求項３記載のディジタルＣＭＯＳイメ
ージセンサにおいて、最後に、信号を間引いて、通常の
１／Ｎ倍の速度の画像に戻すことを特徴とするディジタ
ルＣＭＯＳイメージセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001269011A JP3916901B2 (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | イメージセンシング方法及びそのためのディジタルｃｍｏｓイメージセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001269011A JP3916901B2 (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | イメージセンシング方法及びそのためのディジタルｃｍｏｓイメージセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003078824A true JP2003078824A (ja) | 2003-03-14 |
| JP3916901B2 JP3916901B2 (ja) | 2007-05-23 |
Family
ID=19094905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001269011A Expired - Fee Related JP3916901B2 (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | イメージセンシング方法及びそのためのディジタルｃｍｏｓイメージセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3916901B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006025189A (ja) * | 2004-07-08 | 2006-01-26 | Shoji Kawahito | ディジタルノイズキャンセル機能をもつイメージセンサ |
| KR100842513B1 (ko) | 2005-11-18 | 2008-07-01 | 캐논 가부시끼가이샤 | 고체촬상장치 |
| WO2008080321A1 (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-10 | Byd Company Limited | Fixed pattern noise elimination circuit for cmos image sensor |
-
2001
- 2001-09-05 JP JP2001269011A patent/JP3916901B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006025189A (ja) * | 2004-07-08 | 2006-01-26 | Shoji Kawahito | ディジタルノイズキャンセル機能をもつイメージセンサ |
| KR100842513B1 (ko) | 2005-11-18 | 2008-07-01 | 캐논 가부시끼가이샤 | 고체촬상장치 |
| WO2008080321A1 (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-10 | Byd Company Limited | Fixed pattern noise elimination circuit for cmos image sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3916901B2 (ja) | 2007-05-23 |
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