JP2564272B2 - 固体撮像装置の信号読み出し装置 - Google Patents
固体撮像装置の信号読み出し装置Info
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- JP2564272B2 JP2564272B2 JP61054721A JP5472186A JP2564272B2 JP 2564272 B2 JP2564272 B2 JP 2564272B2 JP 61054721 A JP61054721 A JP 61054721A JP 5472186 A JP5472186 A JP 5472186A JP 2564272 B2 JP2564272 B2 JP 2564272B2
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
- G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
- G11C19/282—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
- G11C19/285—Peripheral circuits, e.g. for writing into the first stage; for reading-out of the last stage
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、CCD(Charge Conpled Device)やCCD(Cha
rge Priming Device)を用いた固体撮像装置の信号読み
出し装置に関するものである。
rge Priming Device)を用いた固体撮像装置の信号読み
出し装置に関するものである。
第9図は従来のCCD型固体撮像装置の原理図であり、
マトリクス状に配列された光ダイオード2からなる感光
部9と、上記光ダイオード2に蓄積された光信号を読み
出すための、縦方向のCCD11〜1Nおよび水平方向のCCD3
と、転送された信号を増幅して出力する出力増幅器4か
ら成つている(特開昭59-143479)。
マトリクス状に配列された光ダイオード2からなる感光
部9と、上記光ダイオード2に蓄積された光信号を読み
出すための、縦方向のCCD11〜1Nおよび水平方向のCCD3
と、転送された信号を増幅して出力する出力増幅器4か
ら成つている(特開昭59-143479)。
第10図は第9図における出力増幅器4の回路例であ
る。30は水平方向CCD3で転送した信号電荷量QSを電圧量
に変換する小さな静電容量CO、31は容量CO間に信号電荷
量QSに比例して生じる信号電圧VO=QS/COを低インピー
ダンスで出力するソース・フオロア用MOS型FET32は容量
CO内の信号電荷量QSを外部に取除くためのリセット用MO
S型FETである。
る。30は水平方向CCD3で転送した信号電荷量QSを電圧量
に変換する小さな静電容量CO、31は容量CO間に信号電荷
量QSに比例して生じる信号電圧VO=QS/COを低インピー
ダンスで出力するソース・フオロア用MOS型FET32は容量
CO内の信号電荷量QSを外部に取除くためのリセット用MO
S型FETである。
上記第9図および第10図に示す構造の素子において、
信号はつぎのようにして読み出される。すなわち、まず
1フレーム期間で光ダイオード2に蓄積した信号電荷
を、垂直帰線期間の間に縦方向のCCD11〜1N内に移す。
縦方向のCCDは水平帰線期間ごとに1ラインずつ転送
し、信号電荷を水平方向のCCD3に順次移す。水平帰線期
間に水平方向のCCD3に移した信号電荷は、それに続く1
水平期間に水平方向のCCDに水平走査のクロツクパルス
を加えることによつて、順次容量CO内に転送する。l番
目のクロツクパルスで容量CO(l)に移した信号電荷Qs
は、容量CO間に電圧Voを生じ、ソース・フオロア出力端
33から電圧VO (l)のホールドパルス(第11図パルス4l)
を出力する。その後、信号電荷QS (l)をリセツト用MOS型
FET32を通して外部に取除く。また次のl+1番目のク
ロツクパルスで再び次の信号電荷QS (l)を容量Coに移
し、電圧Vo(l)のホールドパルス(第11図パルス4(l
+1))を出力する。以下同様の操作を繰返すことによ
つて、順次信号を信号電荷QS (l)に比例した電圧VO (l)の
ホールドパルスの例(第11図(c)として出力する。信
号成分は第11図(c)の出力信号の変調信号成分をLPF
によって取出すことによつて得られる。
信号はつぎのようにして読み出される。すなわち、まず
1フレーム期間で光ダイオード2に蓄積した信号電荷
を、垂直帰線期間の間に縦方向のCCD11〜1N内に移す。
縦方向のCCDは水平帰線期間ごとに1ラインずつ転送
し、信号電荷を水平方向のCCD3に順次移す。水平帰線期
間に水平方向のCCD3に移した信号電荷は、それに続く1
水平期間に水平方向のCCDに水平走査のクロツクパルス
を加えることによつて、順次容量CO内に転送する。l番
目のクロツクパルスで容量CO(l)に移した信号電荷Qs
は、容量CO間に電圧Voを生じ、ソース・フオロア出力端
33から電圧VO (l)のホールドパルス(第11図パルス4l)
を出力する。その後、信号電荷QS (l)をリセツト用MOS型
FET32を通して外部に取除く。また次のl+1番目のク
ロツクパルスで再び次の信号電荷QS (l)を容量Coに移
し、電圧Vo(l)のホールドパルス(第11図パルス4(l
+1))を出力する。以下同様の操作を繰返すことによ
つて、順次信号を信号電荷QS (l)に比例した電圧VO (l)の
ホールドパルスの例(第11図(c)として出力する。信
号成分は第11図(c)の出力信号の変調信号成分をLPF
によって取出すことによつて得られる。
ところで第10図の出力増幅器回路において、容量32内
にホールドした信号電荷量Qsを外部に取除くためのリセ
ツト用MOS型FET32は、理想的スイツチ素子ではなく、ON
抵抗を有している。そのため,リセツト用MOS型FET32が
ON状態にあるとき、このON抵抗の熱雑音による雑音電圧
が容量CO間に発生するが、リセツト用MOS型FET32がOFF
状態になつたとき、その時間容量CO間に発生している雑
音電圧の瞬時値がホールドされ、出力信号内に混入す
る。
にホールドした信号電荷量Qsを外部に取除くためのリセ
ツト用MOS型FET32は、理想的スイツチ素子ではなく、ON
抵抗を有している。そのため,リセツト用MOS型FET32が
ON状態にあるとき、このON抵抗の熱雑音による雑音電圧
が容量CO間に発生するが、リセツト用MOS型FET32がOFF
状態になつたとき、その時間容量CO間に発生している雑
音電圧の瞬時値がホールドされ、出力信号内に混入す
る。
上記ホールドされる雑音信号も含め、第11図(c)の
出力信号を書直したものを第12図(c)に示す。図にお
いて61はリセツト用MOS型FETのON抵抗熱雑音によつて容
量CO間に生じた雑音電圧部分、62はスイツチがOFF状態
になつた瞬間における雑音電圧がホールドされたことに
よつて生じる雑音波形を示す。同図からも明らかなよう
に、61の雑音電圧は正負電圧確率で生じ、その平均値は
小さなものであるのに対し62のホールドされる雑音は
(以下リセツト雑音という)、61の雑音電圧の瞬時値す
るものがホールドされるため、非常に大きな雑音信号を
発生させる。
出力信号を書直したものを第12図(c)に示す。図にお
いて61はリセツト用MOS型FETのON抵抗熱雑音によつて容
量CO間に生じた雑音電圧部分、62はスイツチがOFF状態
になつた瞬間における雑音電圧がホールドされたことに
よつて生じる雑音波形を示す。同図からも明らかなよう
に、61の雑音電圧は正負電圧確率で生じ、その平均値は
小さなものであるのに対し62のホールドされる雑音は
(以下リセツト雑音という)、61の雑音電圧の瞬時値す
るものがホールドされるため、非常に大きな雑音信号を
発生させる。
従来上記リセツト雑音の除去はクランプ回路を用いて
行つている。第13図はその回路構成例を示し、また第14
図は上記回路によるリセツト雑音除去の原理の説明図で
ある。すなわち、固体撮像装置7の出力信号波第14図
(a)は、まずクランプ回路51に通されて、リセツト雑
音だけが含まれる位置63においてクランプする。クラン
プされた直後の出力信号波は第14図(c)のようにリセ
ツト雑音の部分がクランプによつて除かれ、信号部分だ
け残される。従つてさらにLPF52によつて変調信号成分
を取出すことにより、リセツト雑音がない信号成分を得
ることができるというものである。
行つている。第13図はその回路構成例を示し、また第14
図は上記回路によるリセツト雑音除去の原理の説明図で
ある。すなわち、固体撮像装置7の出力信号波第14図
(a)は、まずクランプ回路51に通されて、リセツト雑
音だけが含まれる位置63においてクランプする。クラン
プされた直後の出力信号波は第14図(c)のようにリセ
ツト雑音の部分がクランプによつて除かれ、信号部分だ
け残される。従つてさらにLPF52によつて変調信号成分
を取出すことにより、リセツト雑音がない信号成分を得
ることができるというものである。
一方、第10図の出力増幅器回路においては、上記リセ
ツト雑音の原因になるスイツチ用MOS型FET32だけでな
く、ソース・フオロア用MOS型FET31も熱雑音源による白
色のランダム雑音を発生している。従つて実際の固体撮
像装置出力信号波形は第12図(c)の波形に、さらに白
色のランダム雑音を重畳したものになる。
ツト雑音の原因になるスイツチ用MOS型FET32だけでな
く、ソース・フオロア用MOS型FET31も熱雑音源による白
色のランダム雑音を発生している。従つて実際の固体撮
像装置出力信号波形は第12図(c)の波形に、さらに白
色のランダム雑音を重畳したものになる。
そのため第13図のクランプ回路51を用いた信号読み出
し回路は、スイツチ用MOS型FET32によつて容量CO間に発
生する雑音電圧をホールドした結果生じたリセツト雑音
を、ほぼ完全に除去することができるのに対し、逆のソ
ース・フオロア用MOS型FET31の熱雑音電圧をホールドし
て雑音レベルを増加する結果となり(第14図(d))、
取出した信号のSN比改善率は低いものに止まつている。
し回路は、スイツチ用MOS型FET32によつて容量CO間に発
生する雑音電圧をホールドした結果生じたリセツト雑音
を、ほぼ完全に除去することができるのに対し、逆のソ
ース・フオロア用MOS型FET31の熱雑音電圧をホールドし
て雑音レベルを増加する結果となり(第14図(d))、
取出した信号のSN比改善率は低いものに止まつている。
なお上記のように、クランプされた直後の出力信号波
はリセツト雑音部分がクランプにより除かれ、信号部分
だけが残されるが、実際には第4図のようにさらにサン
プルホールド回路55によつて信号部分をホールドして出
力することが多い。第13図,第4図の回路において、ク
ランプ回路とサンプルホールド回路の容量CCPとCSHに信
号を充電する速さを決める時定数は、これらの回路が理
想に近い状態で動作するように、通常は固体撮像装置を
駆動するクロツクパルスの周期(クロツクパルス周波数
7.2MHzの時、140nsecになる)に較べて十分小さい数nse
cの値に設定する。そのため、クランプ回路とサンプル
ホールド回路の容量56と57の大きさCCP、CSHは通常それ
ぞれ約20〜30pF程度のものを用いている。ところで第13
図あるいは第4図の回路を用いると、固体撮像装置の出
力信号に含まれるリセツト雑音は、これらの回路によつ
て約20dB近く低減できるが、逆にクランプ回路およびサ
ンプルホールド回路で発生する雑音レベルが大きいた
め、第13図,第4図の回路を通過した信号のSN比の改善
率は低いものに止まつている。
はリセツト雑音部分がクランプにより除かれ、信号部分
だけが残されるが、実際には第4図のようにさらにサン
プルホールド回路55によつて信号部分をホールドして出
力することが多い。第13図,第4図の回路において、ク
ランプ回路とサンプルホールド回路の容量CCPとCSHに信
号を充電する速さを決める時定数は、これらの回路が理
想に近い状態で動作するように、通常は固体撮像装置を
駆動するクロツクパルスの周期(クロツクパルス周波数
7.2MHzの時、140nsecになる)に較べて十分小さい数nse
cの値に設定する。そのため、クランプ回路とサンプル
ホールド回路の容量56と57の大きさCCP、CSHは通常それ
ぞれ約20〜30pF程度のものを用いている。ところで第13
図あるいは第4図の回路を用いると、固体撮像装置の出
力信号に含まれるリセツト雑音は、これらの回路によつ
て約20dB近く低減できるが、逆にクランプ回路およびサ
ンプルホールド回路で発生する雑音レベルが大きいた
め、第13図,第4図の回路を通過した信号のSN比の改善
率は低いものに止まつている。
さらにまた、固体撮像素子の出力信号には、上記のリ
セツト雑音の他に、第10図のソース・フオロア用MOS型F
ET31の熱雑音源で発生する白色のランダム雑音も混入し
ている。そしてクランプ回路51による非線形操作の影響
を受けて、上記熱雑音の高周波成分が低周波成分領域に
折返され、雑音レベルが増大する。そのため実際の回路
では第6図のように固体撮像装置の出力信号を、まずLP
F59に通す。そしてクロツクパルスの周波数fCの数倍
(およそ1/2〜2倍)程度の周波数fLに帯域制限し、ソ
ース・フオロア用MOS型FET31の熱雑音の高域成分をはじ
めに取除いておく。その後、クロツクパルス周期Tのお
よそ10%以下の比較的短かい時定数をもつクランプ回路
51でリセツト雑音をクランプし、同様に比較的短かい時
定数をもつサンプルホールド回路55によつて信号成分を
サンプルホールドする。上記サンプルホールド信号をLP
F52に通して、雑音がなく、しかもソース・フオロア用M
OS型FETの熱雑音の折返しによる雑音増加がない信号を
得ている。しかし第6図の回路では、LPF59を挿入する
ため回路が複雑になる欠点があり、IC化する上で特に問
題になる。またLPF59,クランプ回路51,サンプルホール
ド回路55からも雑音が発生するが(特にトランジスタ56
とジヤンクシヨン・FET57から発生する雑音レベルが大
きい)、この雑音はソース・フオロア用MOS型FETの熱雑
音同様、クランプ回路51とサンプルホールド回路55によ
る非線形操作の影響を受け、雑音レベルが増大されてサ
ンプルホールド信号に混入するため、第6図回路による
雑音の低減効果は低いものに止まる欠点がある。
セツト雑音の他に、第10図のソース・フオロア用MOS型F
ET31の熱雑音源で発生する白色のランダム雑音も混入し
ている。そしてクランプ回路51による非線形操作の影響
を受けて、上記熱雑音の高周波成分が低周波成分領域に
折返され、雑音レベルが増大する。そのため実際の回路
では第6図のように固体撮像装置の出力信号を、まずLP
F59に通す。そしてクロツクパルスの周波数fCの数倍
(およそ1/2〜2倍)程度の周波数fLに帯域制限し、ソ
ース・フオロア用MOS型FET31の熱雑音の高域成分をはじ
めに取除いておく。その後、クロツクパルス周期Tのお
よそ10%以下の比較的短かい時定数をもつクランプ回路
51でリセツト雑音をクランプし、同様に比較的短かい時
定数をもつサンプルホールド回路55によつて信号成分を
サンプルホールドする。上記サンプルホールド信号をLP
F52に通して、雑音がなく、しかもソース・フオロア用M
OS型FETの熱雑音の折返しによる雑音増加がない信号を
得ている。しかし第6図の回路では、LPF59を挿入する
ため回路が複雑になる欠点があり、IC化する上で特に問
題になる。またLPF59,クランプ回路51,サンプルホール
ド回路55からも雑音が発生するが(特にトランジスタ56
とジヤンクシヨン・FET57から発生する雑音レベルが大
きい)、この雑音はソース・フオロア用MOS型FETの熱雑
音同様、クランプ回路51とサンプルホールド回路55によ
る非線形操作の影響を受け、雑音レベルが増大されてサ
ンプルホールド信号に混入するため、第6図回路による
雑音の低減効果は低いものに止まる欠点がある。
本発明は、ソース・フオロア用MOS型FETによる雑音を
増加させることなく、リセツト雑音を除去する固体撮像
装置の信号読み出し装置を得ることを目的とする。
増加させることなく、リセツト雑音を除去する固体撮像
装置の信号読み出し装置を得ることを目的とする。
本発明による固体撮像装置の信号読み取り装置は、固
体撮像装置の出力端子とクランプ回路との間に低減濾波
器(LPF)等からなる帯域制限回路を挿入することによ
り、出力信号の帯域Lをクロツクパルス周波数Oの1.
5倍以下に制限するとともに、サンプルホールド回路出
力を2分割し、一方のサンプルホールド信号のレベルを
一定レベルまで減衰させると同時にクロツクパルスの1
周期Tだけ遅延したのち、他方のサンプルホールド信号
に加える回路を付加するものであり、またクランプ回路
の容量とサンプルホールド回路の容量との大きさを出力
増幅器の容量の大きさから決まる一定値より大きく設定
するものであり、さらにまた、上記出力増幅器とその負
荷からなる回路系の伝達特性の周波数帯域を十分広く
し、出力信号を低減濾波器で帯域制限することなく直接
クランプ回路に入力し、クランプ回路を構成する容量と
スイツチのON抵抗からなる回路の周波数帯が、ほぼ従来
の低減濾波器に要求された帯域になるように設定し、同
様にサンプルホールド回路を構成する容量とスイツチの
ON抵抗で決まる周波数帯域を、ほぼ出力信号帯域になる
ように設定し、クランプ回路およびサンプルホールド回
路自身に低減濾波器の働きをさせるものである。
体撮像装置の出力端子とクランプ回路との間に低減濾波
器(LPF)等からなる帯域制限回路を挿入することによ
り、出力信号の帯域Lをクロツクパルス周波数Oの1.
5倍以下に制限するとともに、サンプルホールド回路出
力を2分割し、一方のサンプルホールド信号のレベルを
一定レベルまで減衰させると同時にクロツクパルスの1
周期Tだけ遅延したのち、他方のサンプルホールド信号
に加える回路を付加するものであり、またクランプ回路
の容量とサンプルホールド回路の容量との大きさを出力
増幅器の容量の大きさから決まる一定値より大きく設定
するものであり、さらにまた、上記出力増幅器とその負
荷からなる回路系の伝達特性の周波数帯域を十分広く
し、出力信号を低減濾波器で帯域制限することなく直接
クランプ回路に入力し、クランプ回路を構成する容量と
スイツチのON抵抗からなる回路の周波数帯が、ほぼ従来
の低減濾波器に要求された帯域になるように設定し、同
様にサンプルホールド回路を構成する容量とスイツチの
ON抵抗で決まる周波数帯域を、ほぼ出力信号帯域になる
ように設定し、クランプ回路およびサンプルホールド回
路自身に低減濾波器の働きをさせるものである。
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。第1
図は本発明による固体撮像装置の信号読み出し装置の第
1実施例を示す回路図、第2図は上記実施例におけるリ
セツト雑音の除去を説明する図、第3図は上記実施例に
おける他の出力AMP回路例を示す図、第4図は本発明の
第2実施例を示す回路図、第5図(a)はクランプ回路
の等価回路図、第5図(b)はサンプルホールド回路の
等価回路図、第6図は本発明の第3実施例を示す回路
図、第7図は上記第3実施例の他の例を示す回路図、第
8図は本発明を適用できるCCD型以外の固体撮像装置の
原理図である。
図は本発明による固体撮像装置の信号読み出し装置の第
1実施例を示す回路図、第2図は上記実施例におけるリ
セツト雑音の除去を説明する図、第3図は上記実施例に
おける他の出力AMP回路例を示す図、第4図は本発明の
第2実施例を示す回路図、第5図(a)はクランプ回路
の等価回路図、第5図(b)はサンプルホールド回路の
等価回路図、第6図は本発明の第3実施例を示す回路
図、第7図は上記第3実施例の他の例を示す回路図、第
8図は本発明を適用できるCCD型以外の固体撮像装置の
原理図である。
第1図において、54′は固体撮像装置7を駆動する駆
動回路で、水平走査におけるクロツクパネルφH1,φH2
のクロツク周波数およびリセツトパルスφRの周波数7.1
6MHzに設定する。従つてリセツトパルスφRの周期Tは
約140nsecとなる。またリセツトパルスφRの幅τr(第1
2図(b))は、第10図容量COに蓄積した信号電荷を除
去するのに十分な時間約20nsecに設定する。一方、信号
転送パルスφH2の立上り位置は、リセツトパルスφRの
立下り位置より約60nsec遅れた位置に設定し、リセツト
雑音だけを含む期間T−τr−τと、信号を含む期間τ
がほぼ等しくなるように設定する。
動回路で、水平走査におけるクロツクパネルφH1,φH2
のクロツク周波数およびリセツトパルスφRの周波数7.1
6MHzに設定する。従つてリセツトパルスφRの周期Tは
約140nsecとなる。またリセツトパルスφRの幅τr(第1
2図(b))は、第10図容量COに蓄積した信号電荷を除
去するのに十分な時間約20nsecに設定する。一方、信号
転送パルスφH2の立上り位置は、リセツトパルスφRの
立下り位置より約60nsec遅れた位置に設定し、リセツト
雑音だけを含む期間T−τr−τと、信号を含む期間τ
がほぼ等しくなるように設定する。
上記の駆動方法による固体撮像装置の出力信号波形VO
を第2図(a)に示す。ソース・フオロア用MOS型FETに
よる熱雑音は、クランプ回路に入力する前に、固体撮像
素子出力を直ちに帯域6MHz(1.5×7.16Mz以下)の低域
濾波器(以下LPFと記す)59に通すことによつて低減す
る。すなわち、上記LPFに出力信号を通すと熱雑音の高
周波成分が取除かれるため、後段のクランプ回路51によ
る非線形操作が加わつても、折返される雑音成分すでに
なく、雑音レベルの増加も防止することができる。なお
第1図において、サンプルホールド回路55は、クランプ
パルスが加わる時間における信号波形の乱れを取除くた
めに挿入されるものでなくてもよい。
を第2図(a)に示す。ソース・フオロア用MOS型FETに
よる熱雑音は、クランプ回路に入力する前に、固体撮像
素子出力を直ちに帯域6MHz(1.5×7.16Mz以下)の低域
濾波器(以下LPFと記す)59に通すことによつて低減す
る。すなわち、上記LPFに出力信号を通すと熱雑音の高
周波成分が取除かれるため、後段のクランプ回路51によ
る非線形操作が加わつても、折返される雑音成分すでに
なく、雑音レベルの増加も防止することができる。なお
第1図において、サンプルホールド回路55は、クランプ
パルスが加わる時間における信号波形の乱れを取除くた
めに挿入されるものでなくてもよい。
ところで一般に、固体撮像装置の出力信号の周波数帯
域をLPF59で単に帯域制限すると、特にクロツクパルス
周波数C=7.16MHzの1.5倍以下まで帯域制限すると、
第2図(a)の出力波形は第2図(b)のように拡が
る。例えば第2図(a)に示す信号S1は、その後のクラ
ンプ領域60まで拡がり、リセツト雑音とともにクランプ
される。その結果、サンプルホールド回路55を通過後の
ホールド信号第2図(e)の中で、例えば主に信号S2成
分からなる信号期間61には、1クロツクパルス周期前の
信号S1の一定値k分1のΔS1=S1/kが差引かれた形で混
入する。この信号の混入は第1図の固体撮像装置の上
に、市松状に複数の色フイルタを配置した素子を用いた
単板カラーカメラにおいては混色の形で現われ、サンプ
ルホールド回路出力から直接テレビジヨン信号を取出す
と、画質はかえつて劣化することになる。そこで本発明
では、この混色を取除く回路を加えている。
域をLPF59で単に帯域制限すると、特にクロツクパルス
周波数C=7.16MHzの1.5倍以下まで帯域制限すると、
第2図(a)の出力波形は第2図(b)のように拡が
る。例えば第2図(a)に示す信号S1は、その後のクラ
ンプ領域60まで拡がり、リセツト雑音とともにクランプ
される。その結果、サンプルホールド回路55を通過後の
ホールド信号第2図(e)の中で、例えば主に信号S2成
分からなる信号期間61には、1クロツクパルス周期前の
信号S1の一定値k分1のΔS1=S1/kが差引かれた形で混
入する。この信号の混入は第1図の固体撮像装置の上
に、市松状に複数の色フイルタを配置した素子を用いた
単板カラーカメラにおいては混色の形で現われ、サンプ
ルホールド回路出力から直接テレビジヨン信号を取出す
と、画質はかえつて劣化することになる。そこで本発明
では、この混色を取除く回路を加えている。
第1図の遅延回路62と減衰回路63は上記混色信号の疑
似信号を得るために挿入したものである。上記回路によ
つて得られる疑似信号第2(f)を、サンプルホール回
路の出力信号第2図(e)に加算回路64により加えるこ
とによつて、熱雑音の増加もなく、またそのために挿入
したLPFにる混色がなく、しかもリセツト雑音が取除か
れた信号が得られる。
似信号を得るために挿入したものである。上記回路によ
つて得られる疑似信号第2(f)を、サンプルホール回
路の出力信号第2図(e)に加算回路64により加えるこ
とによつて、熱雑音の増加もなく、またそのために挿入
したLPFにる混色がなく、しかもリセツト雑音が取除か
れた信号が得られる。
本発明による第2実施例を示す第4図の回路におい
て、クランプ回路の雑音はつぎのようにして発生する。
すなわち、クランプ回路51は第5図(a)に示すよう
に、容量56とON抵抗rCPをもつスイツチ58からなる等価
回路で表わすことができる。ところで上記スイツチ58の
ON抵抗rCPは一般の抵抗同様に熱雑音源60をもつため、
クランプ動作を行うために上記スイツチ58を開閉するご
とに、この雑音の瞬時値がCCPの中にホールドされる。
これがスイツチ58のOFF状態時に通過する信号電圧に加
算され、信号内に混入するために雑音が発生する。
て、クランプ回路の雑音はつぎのようにして発生する。
すなわち、クランプ回路51は第5図(a)に示すよう
に、容量56とON抵抗rCPをもつスイツチ58からなる等価
回路で表わすことができる。ところで上記スイツチ58の
ON抵抗rCPは一般の抵抗同様に熱雑音源60をもつため、
クランプ動作を行うために上記スイツチ58を開閉するご
とに、この雑音の瞬時値がCCPの中にホールドされる。
これがスイツチ58のOFF状態時に通過する信号電圧に加
算され、信号内に混入するために雑音が発生する。
ところでリセツト雑音は、リセツト用MOS型FET32のON
抵抗熱雑音が容量COにホールドされ、振幅電圧 の形で生じる。上記のようにクランプ回路の雑音も同様
の原因で生じるものであり、容量56の大きさCCPから求
められる。
抵抗熱雑音が容量COにホールドされ、振幅電圧 の形で生じる。上記のようにクランプ回路の雑音も同様
の原因で生じるものであり、容量56の大きさCCPから求
められる。
の振幅の雑音電圧が発生する。
したがつて、リセツト雑音とクランプ回路の雑音レベ
ルの比は約 になるが、リセツト雑音は第13図あるいは第4図の回路
通過後に約20dB(1/10)低減されるので、回路通過後の
雑音比は約 になる。この時クランプ回路の雑音が無視できるために
は、クランプ雑音レベルが低減後のリセツト雑音の約1/
5以下でなければならないから、容量CCPは を満たす必要がある。すなわち、CCPは固体撮像装置の
信号検出用容量COの約2500倍以上、 CCP2500×CO に設定する必要がある。
ルの比は約 になるが、リセツト雑音は第13図あるいは第4図の回路
通過後に約20dB(1/10)低減されるので、回路通過後の
雑音比は約 になる。この時クランプ回路の雑音が無視できるために
は、クランプ雑音レベルが低減後のリセツト雑音の約1/
5以下でなければならないから、容量CCPは を満たす必要がある。すなわち、CCPは固体撮像装置の
信号検出用容量COの約2500倍以上、 CCP2500×CO に設定する必要がある。
例えば信号量検出用の容量COが約20fFの固体撮像装置
を用いる場合、クランプ回路の容量56の大きさCCPは約5
0pF以上に設定する。ただしクランプパルス幅は、リセ
ツト雑音だけを含む期間内でできるだけ広く、例えば固
体撮像装置から信号を読み出す立上り位置を、リセツト
パルスの立下り位置より約60nsec遅れた位置に設定した
とき、クランプパルス幅は50nsecに設定する。上記のよ
うにクランプ回路容量の大きさを設定することにより、
クランプ回路の雑音は低減後のリセツト雑音に対して無
視できるため、第13図あるいは第4図の回路によるリセ
ツト雑音低減性能を十分引出すことができ、SN比が高い
信号を得ることができる。
を用いる場合、クランプ回路の容量56の大きさCCPは約5
0pF以上に設定する。ただしクランプパルス幅は、リセ
ツト雑音だけを含む期間内でできるだけ広く、例えば固
体撮像装置から信号を読み出す立上り位置を、リセツト
パルスの立下り位置より約60nsec遅れた位置に設定した
とき、クランプパルス幅は50nsecに設定する。上記のよ
うにクランプ回路容量の大きさを設定することにより、
クランプ回路の雑音は低減後のリセツト雑音に対して無
視できるため、第13図あるいは第4図の回路によるリセ
ツト雑音低減性能を十分引出すことができ、SN比が高い
信号を得ることができる。
なお、第4図に示すサンプルホールド回路の等価回路
は第5図(b)のように書くことができる。上記等価回
路はクランプ回路同様に、容量57とON抵抗rSHをもつス
イツチ59からなり、その雑音レベルは となるので、CCPと同じ条件 CSH2500×CO を満たす約50pF以上の容量を用いる必要がある。
は第5図(b)のように書くことができる。上記等価回
路はクランプ回路同様に、容量57とON抵抗rSHをもつス
イツチ59からなり、その雑音レベルは となるので、CCPと同じ条件 CSH2500×CO を満たす約50pF以上の容量を用いる必要がある。
本発明の第3実施例を第4図に示す。第4図におい
て、54′は固体撮像装置7を駆動する駆動回路で、水平
走査におけるクロツクパルスφH1,φH2のクロツク周波
数およびリセツトパルスφRの周波数Cを7.16MHzに設
定する。従つてリセツトパルスφRの周期Tは1/f140n
secとなる。またリセツトパルスφRの幅τr(第12図
(b))は、第10図の容量COに蓄積した信号電荷を除去
するのに十分な時間約20nsecに設定する。一方信号転送
パルスφH2の立上り位置は、リセツトパルスφRの立下
り位置より約60nsec遅れた位置に設定し、リセツト雑音
だけを含む期間T−τr−τと信号を含む期間τがほぼ
等しくなるように設定する。
て、54′は固体撮像装置7を駆動する駆動回路で、水平
走査におけるクロツクパルスφH1,φH2のクロツク周波
数およびリセツトパルスφRの周波数Cを7.16MHzに設
定する。従つてリセツトパルスφRの周期Tは1/f140n
secとなる。またリセツトパルスφRの幅τr(第12図
(b))は、第10図の容量COに蓄積した信号電荷を除去
するのに十分な時間約20nsecに設定する。一方信号転送
パルスφH2の立上り位置は、リセツトパルスφRの立下
り位置より約60nsec遅れた位置に設定し、リセツト雑音
だけを含む期間T−τr−τと信号を含む期間τがほぼ
等しくなるように設定する。
上記の駆動方法による固体撮像装置出力信号波形V
O(第6図(a)の波形にランダム雑音が加わつた波形
になる)はそのままクランプ回路51に入力し、従来同様
リセツト雑音に相当する信号部分のレベル62を容量CCP
に電荷の形で蓄積し、クランプする。
O(第6図(a)の波形にランダム雑音が加わつた波形
になる)はそのままクランプ回路51に入力し、従来同様
リセツト雑音に相当する信号部分のレベル62を容量CCP
に電荷の形で蓄積し、クランプする。
ところで、リセツト雑音レベルを蓄積する時、スイツ
チ58はON状態になり、そのON抵抗rCPは、容量rCPの両端
間に加える信号に対するLPFの働きをする。そしてその
周波数帯域CPは となる。
チ58はON状態になり、そのON抵抗rCPは、容量rCPの両端
間に加える信号に対するLPFの働きをする。そしてその
周波数帯域CPは となる。
そのため固体撮像装置の出力像幅器とその負荷からな
る回路系60の周波数帯域Oを、第4図に示す回路LPF59
に要求される周波数L1.3×Cより十分高い周波
数、例えばクロツクパルス周波数Cの2〜4倍程度で
ある25MHzの帯域をもつように一方、クランプ回路の帯
域をほぼL(CP L)になるように調節する(ただ
しクランプパルス幅はクランプ雑音だけを含む期間で、
できるだけ広く、例えば50nsecにとつておく)と、容量
CCPの両端間に加える信号の帯域は、LPF59のような回路
を付加することなく帯域Lに制限することができる。
また、このような設定したクランプ隘路では固体撮像装
置出力信号だけでなく、クランプ回路のトランジスタ56
の雑音も帯域制限し、雑音増加をおさえることができ
る。
る回路系60の周波数帯域Oを、第4図に示す回路LPF59
に要求される周波数L1.3×Cより十分高い周波
数、例えばクロツクパルス周波数Cの2〜4倍程度で
ある25MHzの帯域をもつように一方、クランプ回路の帯
域をほぼL(CP L)になるように調節する(ただ
しクランプパルス幅はクランプ雑音だけを含む期間で、
できるだけ広く、例えば50nsecにとつておく)と、容量
CCPの両端間に加える信号の帯域は、LPF59のような回路
を付加することなく帯域Lに制限することができる。
また、このような設定したクランプ隘路では固体撮像装
置出力信号だけでなく、クランプ回路のトランジスタ56
の雑音も帯域制限し、雑音増加をおさえることができ
る。
同様に信号レベルをサンプルホールドするサンプルホ
ールド回路55においても、スイツチのON抵抗rSHと容量C
SHとでほぼ決まる周波数帯域 を、ほぼ周波数Lに等しい周波数L′に設定する(
SH′〜L)ことにより、サンプルホールドする信号に
含まれる雑音も、ジヤンクシヨンFET57の雑音も、ほぼ
周波数Lに帯域制限することができ、雑音の増加をお
さえることができる。
ールド回路55においても、スイツチのON抵抗rSHと容量C
SHとでほぼ決まる周波数帯域 を、ほぼ周波数Lに等しい周波数L′に設定する(
SH′〜L)ことにより、サンプルホールドする信号に
含まれる雑音も、ジヤンクシヨンFET57の雑音も、ほぼ
周波数Lに帯域制限することができ、雑音の増加をお
さえることができる。
上記は固体撮像装置の出力信号の帯域oがLに対し
て十分大きい場合についてだけ述べたが、oは容量CCP
およびCSHの両端間に加わる信号の帯域が、ほぼクラン
プ回路とサンプルホールド回路の帯域CPとSHとで決
まるようにo CP or SH L の関係が成立てばよく、この時CPとSHは帯域oと
合わせてLの帯域が得られるように、Lよりやや大き
く設定する必要がある。
て十分大きい場合についてだけ述べたが、oは容量CCP
およびCSHの両端間に加わる信号の帯域が、ほぼクラン
プ回路とサンプルホールド回路の帯域CPとSHとで決
まるようにo CP or SH L の関係が成立てばよく、この時CPとSHは帯域oと
合わせてLの帯域が得られるように、Lよりやや大き
く設定する必要がある。
なお、第4図においてサンプルホールド回路を、第7
図のように単なるサンプル回路55′で置換えても同様の
効果を得ることができる。
図のように単なるサンプル回路55′で置換えても同様の
効果を得ることができる。
上記のように本発明は第10図の出力増幅器回路例によ
つて説明したが、第3図の出力増幅器回路等、一般に増
幅器入力端容量Co間に現われる信号電圧を電力あるいは
電圧増幅するタイプの出力増幅器回路を有するCCD型固
体撮像装置、あるいは第8図に示すようなMOS型とCCD型
とを結合したタイプの固体撮像装置やCCD型ラインセン
サ、CCD型遅延線等の信号読み出しにも使用することが
できる。
つて説明したが、第3図の出力増幅器回路等、一般に増
幅器入力端容量Co間に現われる信号電圧を電力あるいは
電圧増幅するタイプの出力増幅器回路を有するCCD型固
体撮像装置、あるいは第8図に示すようなMOS型とCCD型
とを結合したタイプの固体撮像装置やCCD型ラインセン
サ、CCD型遅延線等の信号読み出しにも使用することが
できる。
第8図において、Tx2は縦方向の線から信号電荷ある
いは擬信号電荷を読み出すための転送ゲート、Tx1は信
号電荷をCCDに、BLCは疑信号電荷を疑信号電荷除去用の
線BLDにふり分けて取出すためのスイツチMOSゲート、φ
t,φx,φRはそれぞれ端子Tx2,Tx1,BLC,BLDに加える
パルス、φvは垂直スイツチMOSゲートに加えるパルスを
表わしている。
いは擬信号電荷を読み出すための転送ゲート、Tx1は信
号電荷をCCDに、BLCは疑信号電荷を疑信号電荷除去用の
線BLDにふり分けて取出すためのスイツチMOSゲート、φ
t,φx,φRはそれぞれ端子Tx2,Tx1,BLC,BLDに加える
パルス、φvは垂直スイツチMOSゲートに加えるパルスを
表わしている。
〔発明の効果〕 上記のように本発明による固体撮像装置の信号読み出
し装置は、連続するパルス状の信号電荷を順次増幅器入
力単静電容量内に蓄積し、上記静電容量間に現われる信
号電圧を増幅して出力する出力増幅器回路を有する固体
撮像装置の信号読み出し装置において、上記出力像幅器
岐路回路の出力信号の周波数帯域を駆動するクロツクパ
ルス周波数の0.5〜1.5倍の周波数で決まる帯域に制限す
る低域濾波器等の帯域制限回路を有し、該帯域制限回路
の出力信号をクランプ回路、サンプリング回路を通した
のち2つに分け、その一方の信号レベルを一定レベルま
で減衰すると同時に、上記クロツクパルスの1周期時間
だけ遅延する減衰回路と遅延回路とを有し、さらに上記
遅延し減衰した信号を、上記2つに分けた他方の信号に
加える加算回路を備えたことにより、また、上記出力増
幅器回路の出力信号のうち、信号読み出し過程で発生す
るリセツト雑音だけを含む期間をクランプするクランプ
回路、あるいは信号も含む期間をサンプルホールドする
サンプルホールド回路を有し、上記クランプ回路を構成
する容量をCCPとするとき、上記AMP入力端静電容量に対
しCCP>2500×COの大きさを持つ容量を使用することに
より、ソース・フオロア用MOS型FETの雑音だけでなく、
クランプ回路あるいはサンプルホールド回路で発生する
雑音を増大させることなく、リセツト雑音を除去し、SN
比が高いテレビジヨン信号を得ることができる。
し装置は、連続するパルス状の信号電荷を順次増幅器入
力単静電容量内に蓄積し、上記静電容量間に現われる信
号電圧を増幅して出力する出力増幅器回路を有する固体
撮像装置の信号読み出し装置において、上記出力像幅器
岐路回路の出力信号の周波数帯域を駆動するクロツクパ
ルス周波数の0.5〜1.5倍の周波数で決まる帯域に制限す
る低域濾波器等の帯域制限回路を有し、該帯域制限回路
の出力信号をクランプ回路、サンプリング回路を通した
のち2つに分け、その一方の信号レベルを一定レベルま
で減衰すると同時に、上記クロツクパルスの1周期時間
だけ遅延する減衰回路と遅延回路とを有し、さらに上記
遅延し減衰した信号を、上記2つに分けた他方の信号に
加える加算回路を備えたことにより、また、上記出力増
幅器回路の出力信号のうち、信号読み出し過程で発生す
るリセツト雑音だけを含む期間をクランプするクランプ
回路、あるいは信号も含む期間をサンプルホールドする
サンプルホールド回路を有し、上記クランプ回路を構成
する容量をCCPとするとき、上記AMP入力端静電容量に対
しCCP>2500×COの大きさを持つ容量を使用することに
より、ソース・フオロア用MOS型FETの雑音だけでなく、
クランプ回路あるいはサンプルホールド回路で発生する
雑音を増大させることなく、リセツト雑音を除去し、SN
比が高いテレビジヨン信号を得ることができる。
第1図は本発明による固体撮像装置の信号読み出し装置
の第1実施例を示す回路図、第2図は上記実施例におけ
るリセツト雑音の除去を説明する図で、(a)は出力波
形、(b)はLPF出力波形、(c)はクランプパルス、
(d)はサンプルパルス、(e)はサンプルホールド回
路出力、(f)は混色信号の疑似信号、(g)は引算回
路の出力をそれぞれ示す図、第3図(a)および(b)
は上記実施例における他の出力増幅器回路例を示す図、
第4図は本発明の第2実施例を示す回路図、第5図
(a)はクランプ回路の等価回路図、第5図(b)はサ
ンプルホールド回路の等価回路図、第6図は本発明の第
3実施例を示す回路図、第7図は上記第3実施例のリセ
ツト雑音を除去する信号の読み出し回路、第8図は本発
明を適用できるCCD型以外の固体撮像装置の原理を示す
図、第9図はCCD型固体撮像装置の原理を示す図、第10
図は出力AMPの回路例を示す図、第11図(a),
(b),(c)は上記出力増幅器の出力波形をそれぞれ
示す図、第12図(a),(b),(c)はそれぞれリセ
ツト雑音を説明するための図、第13図は従来のリセツト
雑音を除去する信号の読み出し回路、第14図(a),
(b),(c),(d)はそれぞれ上記リセツト雑音の
除去を説明する波形図である。 4……出力増幅器、7……固体撮像装置、30……静電容
量、32……リセツト用MOS型FET、51……クランプ回路、
54′……駆動回路、55,55′……サンプルホールド回
路、56……クランプ回路の容量、57……サンプルホール
ド回路の容量、58,59……ON抵抗rCPをもつスイツチ、62
……遅延回路、63……減衰回路、64……加算回路。
の第1実施例を示す回路図、第2図は上記実施例におけ
るリセツト雑音の除去を説明する図で、(a)は出力波
形、(b)はLPF出力波形、(c)はクランプパルス、
(d)はサンプルパルス、(e)はサンプルホールド回
路出力、(f)は混色信号の疑似信号、(g)は引算回
路の出力をそれぞれ示す図、第3図(a)および(b)
は上記実施例における他の出力増幅器回路例を示す図、
第4図は本発明の第2実施例を示す回路図、第5図
(a)はクランプ回路の等価回路図、第5図(b)はサ
ンプルホールド回路の等価回路図、第6図は本発明の第
3実施例を示す回路図、第7図は上記第3実施例のリセ
ツト雑音を除去する信号の読み出し回路、第8図は本発
明を適用できるCCD型以外の固体撮像装置の原理を示す
図、第9図はCCD型固体撮像装置の原理を示す図、第10
図は出力AMPの回路例を示す図、第11図(a),
(b),(c)は上記出力増幅器の出力波形をそれぞれ
示す図、第12図(a),(b),(c)はそれぞれリセ
ツト雑音を説明するための図、第13図は従来のリセツト
雑音を除去する信号の読み出し回路、第14図(a),
(b),(c),(d)はそれぞれ上記リセツト雑音の
除去を説明する波形図である。 4……出力増幅器、7……固体撮像装置、30……静電容
量、32……リセツト用MOS型FET、51……クランプ回路、
54′……駆動回路、55,55′……サンプルホールド回
路、56……クランプ回路の容量、57……サンプルホール
ド回路の容量、58,59……ON抵抗rCPをもつスイツチ、62
……遅延回路、63……減衰回路、64……加算回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 健二 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−34798(JP,A)
Claims (8)
- 【請求項1】連続するパルス状の信号電荷を順次増幅器
の入力端の静電容量(3)内に蓄積し、上記静電容量間
に現れる信号電圧を増幅して出力する出力増幅器回路を
有する固体撮像装置(3,4)と、 上記出力増幅器回路の出力信号のうち、信号読み出し過
程で発生するリセット雑音だけを含む期間をクランプす
るクランプ回路(51)と有し、 上記クランプ回路の出力に基づき上記固体撮像装置の信
号を出力する固体撮像装置の信号読み出し装置におい
て、 上記クランプ回路を構成する容量をCCP、上記静電容量
をCOとすると、CCP>2500×COであることを特徴とする
固体撮像装置の信号読み出し装置。 - 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、 上記クランプ回路を介して出力された信号成分の値を保
持するサンプルホールド回路(55)を更に有することを
特徴とする固体撮像装置の信号読み出し装置。 - 【請求項3】特許請求の範囲第2項において、 上記サンプルホールド回路の静電容量をCSHとすると、C
SH>2500×COであることを特徴とする固体撮像装置の信
号読み出し装置。 - 【請求項4】特許請求の範囲第2項ま
たは第3項において、 上記サンプルホールド回路は上記サンプルホールド回路
を構成するスイッチのON抵抗rSHと上記サンプルホール
ド回路の静電容量CSHとで決まる周波数を とするとき、上記出力増幅回路とその負荷とからなる回
路の周波数帯域fO(3dB低下の周波数)を上記周波数fSH
より大きく設定するとともに、周波数帯域fOの伝達特性
と周波数帯域fSHの伝達特性の積から成る伝達特性の周
波数帯域が、上記周波数fCの0.5〜2.5倍の範囲の帯域値
になるように、上記容量CSHと上記スイッチのON抵抗rSH
とを設定したことを特徴とする固体撮像装置の信号読み
出し装置。 - 【請求項5】特許請求の範囲第1項から第4項のいずれ
かにおいて、 上記クランプ回路のスイッチのON抵抗rCPと上記COPとで
決まる周波数を とし、上記出力増幅回路とその負荷とからなる回路の周
波数帯域fO(3dB低下の周波数)を上記周波数fCPより大
きく設定するとともに、周波数帯域fOの伝達特性を周波
数帯域fCPの伝達特性との積からなる伝達特性の周波数
帯域が、上記固体撮像装置を駆動するクロックパルスの
周波数fCの0.5〜2.5倍の範囲の帯域値になるように、上
記容量CCPと上記スイッチのON抵抗rCPとを設定したこと
を特徴とする固体撮像装置の信号読み出し装置。 - 【請求項6】特許請求の範囲第1項から第3項のいずれ
かにおいて、 上記出力増幅器回路と上記クランプ回路との間に、上記
出力増幅器回路の出力信号の周波数帯域を駆動するクロ
ックパルス周波数の0.5〜1.5倍の周波数で決まる帯域に
制限する帯域制限回路を設けることを特徴とする固体撮
像装置の信号読み出し装置。 - 【請求項7】特許請求の範囲第6項において、 上記帯域制限回路は低域濾波器であることを特徴とする
固体撮像装置の信号読み出し装置。 - 【請求項8】特許請求の範囲第4項から第7項のいずれ
かにおいて、 上記サンプリング回路の出力を2分し、その一方の信号
レベルを上記クロックパルスの1周期時間だけ遅延しか
つ一定レベルまで減衰する手段と、上記減衰し遅延した
信号を、上記2分した他方の信号の加える加算回路とを
更に備えることを特徴とする固体撮像装置の信号読み出
し装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61054721A JP2564272B2 (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | 固体撮像装置の信号読み出し装置 |
US07/013,542 US4805025A (en) | 1986-03-14 | 1987-02-11 | Signal read-out apparatus for solid-state imager |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61054721A JP2564272B2 (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | 固体撮像装置の信号読み出し装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62213484A JPS62213484A (ja) | 1987-09-19 |
JP2564272B2 true JP2564272B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=12978666
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61054721A Expired - Lifetime JP2564272B2 (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | 固体撮像装置の信号読み出し装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4805025A (ja) |
JP (1) | JP2564272B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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