JP2767878B2

JP2767878B2 - 電荷転送素子の出力回路

Info

Publication number: JP2767878B2
Application number: JP1110305A
Authority: JP
Inventors: 裕二大庭; 潤伊藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: JPH02288688A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は例えばCCDを用いた固体撮像装置の撮像出力
信号を取り出す電荷転送素子の出力回路に関する。

〔発明の概要〕

本発明は例えばCCDを用いた固体撮像装置の撮像出力
信号を取り出す電荷転送素子の出力回路に関し、フロー
ティングディフュージョン領域，プリチャージゲート部
及びプリチャージドライン部からなるトランジスタを有
し、転送クロックの１周期内の第１の期間にこのプリチ
ャージゲート部にプリチャージパルスが印加され、この
第１の期間に続く第２の期間にこのフローティングディ
フュージョン領域の電位が基準レベルとされ、この第２
の期間に続く第３の期間に転送された信号電荷がこのフ
ローティングディフュージョン領域に供給されるように
構成された信号取り出し回路を備えた電荷転送素子の出
力回路において、この信号取り出し回路の出力信号が供
給され、この第２の期間に対応する位相の第１のサンプ
リングパルスでサンプリングする第１のサンプルホール
ド回路と、この信号取り出し回路の出力信号及びこの第
１のサンプルホールド回路の出力信号が夫々供給され、
この第３の期間に対応する位相の第２のサンプリングパ
ルスでサンプリングする第２及び第３のサンプルホール
ド回路と、この第２及び第３のサンプルホールド回路の
出力側の少なくとも一方に設けられ、この第２及び第３
のサンプルホールド回路の夫々の出力信号中に含まれる
この第２のサンプリングパルス成分の位相と振幅とが等
しくなるように調整する位相及び振幅調整回路と、この
位相及び振幅が調整されたこの第２及び第３のサンプル
ホールド回路の夫々の出力信号が供給される差動回路を
有してなることにより、撮像出力信号SVにおける基準レ
ベル部のレベル変動に起因するレベル変動が除去された
出力映像信号が得られると共に出力映像信号中のサンプ
リングパルス成分を完全に除去し、再生画像にサンプリ
ングパルス成分による縦縞が生じない。

〔従来の技術〕

電荷結合素子（チャージ・カップルド・ディバイス:C
CD）等の電荷転送素子で構成された固体撮像装置は、光
電変換作用を行う受光部と、受光部で得られた信号電荷
を転送する電荷転送部と転送された信号電荷に基づく出
力信号を取り出すための出力部とを備えている。例えば
インターライン転送方式の場合では、各受光セルの信号
電荷が転送ゲートを通して、遮光した垂直レジスタに転
送され、更に、遮光された水平レジスタに対して、信号
電荷が垂直レジスタから順次送り出され、水平レジスタ
に接続された信号取り出し回路を介して撮像信号が取り
出される。

従来の信号取り出し回路は、第２図に示す構成とされ
ていた。第２図において、（１）は水平レジスタを示
し、（３）は水へ出力ゲートを示す。水平レジスタ
（１）には、端子（2a）及び（2b）から例えば二相のク
ロックパルスφ_１及びφ_２が供給される。水平出力ゲー
ト（３）には、端子（４）から所定レベルのバイアス電
圧が供給される。水へ異質ゲート（３）と電源端子
（５）との間にフローティングディフュージョンアンプ
を構成する電界効果トランジスタ（６）のドレイン・ソ
ース間が挿入されると共に、水平出力ゲート（３）と接
地間に等価的にコンデンサ（８）が形成される。電界効
果トランジスタ（６）のゲートに接続された端子（７）
からは、転送クロックφ_１及びφ_２と同期したプリチャ
ージパルスPpが供給される。電界効果トランジスタ
（６）のソース及びコンデンサ（８）の接続点に取り出
された撮像出力信号は、電界効果トランジスタ（９）及
び（10）の夫々により構成された２段のソースホロワ回
路と、バイポーラトランジスタ（11）から構成されたエ
ミッタホロワ回路を介して出力端子（12）に取り出され
る。

第３図は、二相の転送クロックφ_１及びφ_２とプリチ
ャージパルスPpとコンデンサ（８）の一端に生じる出力
電圧Voの関係を示す。また、第４図Ａは、第２図に示す
信号取り出し回路の電極構造を示し、第４図B,第４図Ｃ
及び第４図Ｄの夫々は、異なるタイミングt1,t2,t3の夫
々におけるポテンシャルを示している。第４図Ａから分
かるように、水平レジスタ（１）は、その電極構造によ
って、二相クロックにより、信号電荷S_n,S_n+1‥‥を図
面に向かって左から右に転送するようになされている。
また電界効果トランジスタ（６）は、フローティングデ
ィフュージョン領域（13）と、プリチャージゲート部
（14）とプリチャージドレイン部（15）とを備えてお
り、夫々トランジスタ（６）のソース，ゲートドレイン
に対応する。

これらの第３図及び第４図を参照して撮像出力信号の
取り出しについて説明すると、まず、（φ₁:ハイレベ
ル，φ₂:ローレベル）の状態でプリチャージパルスPpが
電界効果トランジスタ（６）のゲートに供給されるプリ
チャージ期間Tpにおいて、電界効果トランジスタ（６）
がオン状態とされる。このプリチャージ期間Tp内のタイ
ミング（ｔ＝t1）において、ポテンシャルの関係は、第
４図Ｂに示すように、プリチャージゲート部（14）のポ
テンシャルが低いものとなっている。電界効果トランジ
スタ（６）がオン状態とされると、コンデンサ（８）が
電源端子（５）に加えられる電源電圧Vbにより瞬時に充
電される。これと共に、電界効果トランジスタ（６）の
ゲートに供給されたプリチャージパルスPpが電界効果ト
ランジスタ（６）のゲート・ソース間に実質的に形成さ
れる寄生容量を通じてソース側に現れる。従って、コン
デンサ（８）の一端には、電源電圧Vbにプリチャージパ
ルスPpの電圧Vpが重畳された出力電圧Voが発生する。

プリチャージ期間Tpが過ぎると、水平レジスタ（１）
から信号取り出し回路への電荷転送がなされる直前の基
準電位期間Toとなる。この基準電位期間Toでは、プリチ
ャージパルスPpがローレベルであるため、電界効果トラ
ンジスタ（６）がオフ状態である。従って、コンデンサ
（８）の一端の出力電圧Voは、プリチャージ期間Tpに比
してプリチャージパルスPpの電圧Vpだけ低下し、電源電
圧（基準レベル）Vbとなる。この基準電位期間To内のタ
イミング（ｔ＝t2）におけるポテンシャルは、第４図Ｃ
に示すように、プリチャージゲート部（14）のポテンシ
ャルが高くなり、フローティングディフュージョン領域
（13）の電位が基準のポテンシャル（電位）とされる。

基準電位期間Toが過ぎて、（φ₁:ローレベル，φ₂:ハ
イレベル）の転送期間Ttとなる。この転送期間Ttでは、
水平レジスタ（１）から転送された信号電荷Snに応じた
情報信号電圧Vsnの出力電圧Voが得られる。転送期間Tt
内のタイミング（ｔ＝t3）におけるポテンシャルは、第
４図Ｄに示すものとなる。第４図Ｄに示されるように、
信号電荷Snがフローティングディフュージョン領域（1
3）に転送される。

上述のように、出力電圧Voが取り出される場合、プリ
チャージ期間Tp（第４図Ｄ）では、電界効果トランジス
タ（６）のソース・ドレイン間の領域（プリチャージゲ
ート領域（14））において、フローティングディフュー
ジョン領域（13）とプリチャージドレイン領域（15）と
の間で電荷が移動し、その結果としてフローティングデ
ィフュージョン領域の電位が安定化されている状態にあ
る。従って、プリチャージゲート領域（14）がオフ状態
とされる直前での電荷状態が一定のものとならず、この
ため、第４図Ｃに示すように、プリチャージゲート領域
（14）がオフ状態とされた時では、フローティングディ
フュージョン領域（13）にリセットノイズ成分Δｎが含
まれる。このリセットノイズ成分Δｎによって、基準電
位期間Toにおける基準電位（フィードスルーレベル）が
各転送周期の間で差異を伴うことになる。その結果、第
４図Ｄに示すように、転送期間Ttにおいて、信号電荷Sn
が転送される場合に、信号電荷Sn対してもリセットノイ
ズΔｎが含まれることになる。

上述のリセットノイズはホワイトノイズで、その雑音
電子数Nrは次式で与えられる。

Cf:フローティングディフュージョン領域（13）の容
量このリセットノイズの他に、ソース・ホロワ段（電界
効果トランジスタ（９），（10））で発生する所謂1/f
ノイズと熱雑音とがある。1/fノイズでは、周波数に逆
比例してノイズレベルが上昇する。熱雑音は、高域のホ
ワイトノイズである。

これらのノイズを除去するために、例えば特公昭62−
55349号公報に記載されているように、固体撮像装置か
ら取り出された撮像出力信号に、相関二重サンプリング
処理を施して、撮像出力信号の基準レベル部のレベル変
動の影響が補償された出力映像信号を得ることが提案さ
れている。

第５図は、上記の公報に示された出力回路を示す。第
５図において、（16）で示される入力端子に第６図Ａに
示す撮像出力信号SVが供給され、この撮像出力信号SVが
サンプルホールド回路（17）及び（18）に夫々供給され
る。サンプルホールド回路（17）では、端子（19）から
供給される第６図Ｂに示すサンプリングパルスSP₁に基
づいて撮像出力信号SVがサンプルホールドされる。サン
プリングパルスSP₁は、撮像出力信号SVにおける基準電
位期間Toに得られる基準レベル部と対応する位相を有
し、従って、サンプルホールド回路（17）からは、各転
送周期内の基準レベル部のレベルと一致する出力信号が
得られる。このサンプルホールド回路（17）の出力信号
がサンプルホールド回路（20）に供給される。

サンプルホールド回路（18）においては、端子（21）
から供給される第６図Ｃに示すサンプリングパルスSP₂
に基づいたサンプルホールド動作がなされる。サンプリ
ングパルスSP₂は、撮像出力信号SVにおける転送期間Tt
に得られる情報信号部と対応する位相を有し、従って、
サンプルホールド回路（18）からは、各転送周期内の情
報信号部のレベルと一致する出力信号が得られる。この
サンプルホールド回路（18）の出力信号が減算回路（2
2）に供給される。更に、サンプルホールド回路（20）
においては、サンプリングパルスSP₂に基づいて、サン
プルホールド回路（17）の出力信号がサンプルホールド
され、サンプルホールド回路（20）の出力信号が減算回
路（22）に供給される。

減算回路（22）においては、サンプルホールド回路
（18）の出力信号からサンプルホールド回路（20）の出
力信号を減算する処理が行われる。従って、減算回路
（22）の出力端に設けられた出力端子（23）には、撮像
出力信号SVにおける基準レベル部のレベル変動に起因す
るレベル変動が除去された出力映像信号が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

然しながら斯る従来の電荷転送素子の出力回路に於い
ては最終段で例えば14MHzのサンプリングパルスSP₂によ
りサンプルホールドして基準レベル信号（黒レベル信
号）及び情報信号（映像レベル信号）を得ており、この
基準レベル信号及び情報信号に浮遊容量等を介してこの
サンプリングパルスが重畳される。この重畳されたサン
プリングパルス成分は差動回路（22）で互いに打ち消し
合い除去されるのであるが、この電荷転送素子の出力回
路等の基板のパターンのもつ浮遊容量や各部品のバラツ
キ等により、このサンプリングパルス成分の重畳される
レベル及び位相が相異し、このサンプリングパルス成分
を完全に除去することができず、この出力映像信号の再
生画像にこの重畳されたサンプリングパルス成分による
縦縞が見える不都合があった。

本発明は斯る点に鑑み再生画像にサンプリングパルス
成分による縦縞が生じないようにすることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明電荷転送素子の出力回路は例えば第１図及び第
２図に示す如く、フローティングディフュージョン領域
（13），プリチャージゲート部（14）及びプリチャージ
ドライン部（15）からなるトランジスタ（６）を有し、
転送クロックの１周期内の第１の期間Tpにプリチャージ
ゲート部（14）にプリチャージパルスPpが印加され、こ
の第１の期間Tpに続く第２の期間Toにこのフローティン
グディフュージョン領域（13）の電位が基準レベルVTb
とされ、この第２の期間Toに続く第３の期間Ttに転送さ
れた信号電荷がフローティングディフュージョン領域
（13）に供給されるように構成された信号取り出し回路
を備えた電荷転送素子の出力回路において、この信号取
り出し回路の出力信号Svが供給され、第２の期間Toに対
応する位相の第１のサンプリングパルスSP₁でサンプリ
ングする第１のサンプルホールド回路（17）と、この信
号取り出し回路の出力信号Sv及び第１のサンプルホール
ド回路（17）の出力信号が夫々供給され、第３の期間Tt
に対応する位相の第２のサンプリングパルスSP₂でサン
プリングする第２及び第３のサンプルホールド回路（1
8）及び（20）と、この第２及び第３のサンプルホール
ド回路（18）及び（20）の出力側の少なくとも一方に設
けられ、この第２及び第３のサンプルホールド回路（1
8）及び（20）の夫々の出力信号中に含まれるこの第２
のサンプリングパルスSP₂成分の位相と振幅とが等しく
なるように調整する位相及び振幅調整回路（25）（24）
と、この位相及び振幅が調整された第２及び第３のサン
プルホールド回路（18）及び（20）の夫々の出力信号が
供給される差動回路（22）とを有してなるものである。

〔作用〕

本発明に依れば撮像出力信号SVにおける基準レベル部
のレベル変動に起因するレベル変動が除去された出力映
像信号が得られると共に第３のサンプルホールド回路
（20）の出力信号の基準レベル信号及び第２のサンプル
ホールド回路（18）の出力信号の情報信号に含まれる夫
々のサンプリングパルス成分の位相及び振幅を等しくす
ることができるのでこのサンプリングパルス成分を差動
回路（22）で完全に打ち消すことができ、再生画像にサ
ンプリングパルス成分による縦縞の生じない出力映像信
号を得ることができる。

〔実施例〕

以下第１図及び第２図を参照しながら本発明電荷転送
素子の出力回路の一実施例につき説明しよう。この第１
図に於いて第５図に対応する部分には同一符号を付し、
その詳細説明は省略する。

この第１図の入力端にも第６図Ａに示す如き撮像出力
信号SVが供給される。この入力端子（16）に供給される
撮像出力信号SVは例えば第２図及び第４図に示す如き信
号取り出し回路の出力端子（12）より供給されるもので
ある。即ちこの信号取り出し回路はフローティングディ
フュージョン領域（13），プリチャージゲート部（14）
及びプリチャージドレイン部（15）からなる電界効果ト
ランジスタ（６）を有し、転送クロックの１周期内のプ
リチャージ期間Tpにプリチャージゲート部（14）にプリ
チャージパルスPpが印加され、このプリチャージ期間Tp
に続く基準電位期間Toにこのフローティングディフュー
ジョン領域（13）の電位が基準レベルVbとされ、この基
準電位期間Toに続く転送期間Ttに転送された信号電荷が
フローティングディフュージョン領域（13）に供給され
る如くなされている。

またこの入力端子（16）を基準レベルVbを得るための
サンプルホールド回路（17）を介してサンプルホールド
回路（20）を構成する電界効果トランジスタ（20a）の
ソースに接続する。このサンプルホールド回路（17）の
サンプリングパルス入力端子（19）に基準電位期間Toに
対応するサンプリングパルスSP₁を供給する。この電界
効果トランジスタ（20a）のドレインを抵抗器（20b）を
介してエミッタホロワアンプを構成するnpn形トランジ
スタ（26）のベースに接続すると共にの抵抗器（20b）
及びトランジスタ（26）のベースの接続中点をサンプル
ホールド回路（20）を構成するコンデンサ（20c）及び
サンプリングパルス成分のレベル調整用のトリマコンデ
ンサ（24）の並列回路を介して接地する。また撮像出力
信号SVが得られる入力端子（16）をサンプルホールド回
路（18）を構成する電界効果トランジスタ（18a）のソ
ースに接続し、この電界効果トランジスタ（18a）のド
レインを抵抗器（18b）を介してエミッタホロワアンプ
を構成するnpn形トランジスタ（27）のベースに接続
し、この抵抗器（18b）及びトランジスタ（27）のベー
スの接続中点をコンデンサ（18c）を介して接地する。
この場合本例に於いてはコンテンサ（20c）の容量値を1
0pF,コンデンサ（18c）の容量値を15pFとする。また電
界効果トランジスタ（20a）及び（18a）の夫々のゲート
を転送期間Ttに対応するサンプリングパルスSP₂が供給
されるサンプリングパルス入力端子（21）に接続する。

またこのトランジスタ（26）及び（27）の夫々のコレ
クタを正の直流電圧が供給される電源端子＋Ｂに接続す
ると共にこのトランジスタ（26）及び（27）の夫々のエ
ミッタを夫々抵抗器（26a）及び（27a）を介して接地
し、このトランジスタ（26）のエミッタを抵抗器（28）
を介して差動回路（22）を構成する差動増幅回路の一方
の入力端子に接続すると共にトランジスタ（27）のエミ
ッタをサンプリングパルス成分の位相調整用の可変抵抗
器（25）を介してこの差動回路（22）を構成する差動増
幅回路の他方の入力端子に接続し、この差動増幅回路の
出力側より出力端子（23）を導出する。

本例に於いては入力端子（16）に第２図及び第４図に
示す如き信号取り出し回路より第６図Ａに示す如き撮像
出力信号SVが供給され、この撮像出力信号SVがサンプル
ホールド回路（17）及び（18）に夫々供給され、このサ
ンプルホールド回路（17）ではサンプリングパルス入力
端子（19）から供給される第６図Ｂに示す如き撮像出力
信号SVにおける基準電位期間Toに得られる基準レベル部
と対応した位相のサンプリングパルスSP₁に基づいて撮
像出力信号SVがサンプルホールドされる。

従ってサンプルホールド回路（17）からは各転送周期
内の基準レベル部のレベルと一致する出力信号が得られ
る。このサンプルホールド回路（17）の出力信号がサン
プルホールド回路（20）に供給される。

サンプルホールド回路（18）に於いてはサンプリング
パルス入力端子（21）から供給される第６図Ｃに示す如
き撮像出力信号SVにおける転送期間Ttに得られる情報信
号部と対応する位相のサンプリングパルスSP₂に基づい
て撮像出力信号SVがサンプルホールドされる。従ってこ
のサンプルホールド回路（18）からは各転送周期内の情
報信号部のレベルと一致する出力信号が得られる。更に
サンプルホールド回路（20）に於いてはこのサンプリン
グパルスSP₂に基づいて、サンプルホールド回路（17）
の出力信号がサンプルホールドされ、このサンプルホー
ルド回路（18）及び（20）の夫々の出力信号が減算回路
（22）に供給される。この減算回路（22）に於いてはサ
ンプルホールド回路（18）の出力信号からサンプルホー
ルド回路（20）を出力信号を減算する処理が行われ、出
力端子（23）には撮像出力信号SVにおける基準レベル部
のレベル変動に起因するレベル変動が除去された出力映
像信号が得られる。また本例に於いてはサンプルホール
ド回路（20）の出力側にサンプリングパルスSP₂による
サンプリングパルス成分のレベルを調整するトリマコン
デンサ（24）を設けると共にサンプルホールド回路（1
8）の出力側にサンプリングパルスSP₂によるサンプリン
グパルス成分の位相を調整する可変抵抗器（25）を設け
たので、基板のパターンのもつ浮遊容量や各部品のバラ
ツキ等によりサンプルホールド回路（18）及び（20）の
夫々の出力信号に含まれるサンプリングパルス成分のレ
ベル及び位相が異なっていても、サンプルホールド回路
（20）の出力信号の基準レベル信号及びサンプルホール
ド回路（18）の出力信号の情報信号に含まれる夫々のサ
ンプリングパルス成分の振幅及び位相を等しくすること
ができ、このサンプリングパルス成分を差動回路（22）
で完全に打ち消すことができ再生画像にサンプリングパ
ルス成分による縦縞の生じない出力映像信号を得ること
ができる利益がある。

尚上述実施例に於いてはサンプルホールド回路（20）
の出力側に振幅調整回路（24）及びサンプルホールド回
路（18）の出力側に位相調整回路（25）を設けたが、同
様にサンプルホールド回路（20）の出力側に位相調整回
路（25）、サンプルホールド回路（18）の出力側に振幅
調整回路（24）を設ける様にしても良いし、このサンプ
ルホールド回路（18）又は（20）のいずれか一方の出力
側に位相調整回路（25）及び振幅調整回路（24）の双方
を設ける様にしても良いし、またこのサンプルホールド
回路（18）及び（20）の両方の出力側にこの振幅調整回
路（24）及び位相調整回路（25）を設ける様にしても良
い。

また本発明は上述実施例に限ることなく本発明の要旨
を逸脱することなく、その他種々の構成が取り得ること
は勿論である。

〔発明の効果〕

本発明に依れば撮像出力信号SVにおける基準レベル部
のレベル変動に起因するレベル変動が除去された出力映
像信号が得られると共に再生画像にサンプリングパルス
成分による縦縞が生じない出力映像信号が得られる利益
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電荷転送素子の出力回路の一実施例を示
す構成図、第２図は固体撮像装置と接続される信号取り
出し回路の例を示す構成図、第３図及び第４図は夫々第
２図の説明に供する線図、第５図は従来の電荷転送素子
の出力回路の例を示す構成図、第６図は第５図の説明に
供する線図である。（13）はフローティングディフュージョン領域、（14）
はプリチャージゲート部、（15）はプリチャージドレイ
ン部、（16）は入力端子、（17）（18）及び（20）は夫
々サンプルホールド回路、（19）及び（22）は夫々サン
プリングパルス入力端子、（21）は差動回路、（23）は
出力端子、（24）はトリマコンデンサ、（25）は可変抵
抗器である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】フローティングディフュージョン領域，プ
リチャージゲート部及びプリチャージドライン部からな
るトランジスタを有し、転送クロックの１周期内の第１
の期間に上記プリチャージゲート部にプリチャージパル
スが印加され、上記第１の期間に続く第２の期間に上記
フローティングディフュージョン領域の電位が基準レベ
ルとされ、上記第２の期間に続く第３の期間に転送され
た信号電荷が上記フローティングディフュージョン領域
に供給されるように構成された信号取り出し回路を備え
た電荷転送素子の出力回路において、上記信号取り出し回路の出力信号が供給され、上記第２
の期間に対応する位相の第１のサンプリングパルスでサ
ンプリングする第１のサンプルホールド回路と、上記信号取り出し回路の出力信号及び上記第１のサンプ
ルホールド回路の出力信号が夫々供給され、上記第３の
期間に対応する位相の第２のサンプリングパルスでサン
プリングする第２及び第３のサンプルホールド回路と、
該第２及び第３のサンプルホールド回路の出力側の少な
くとも一方に設けられ、上記第２及び第３のサンプルホ
ールド回路の夫々の出力信号中に含まれる上記第２のサ
ンプリングパルス成分の位相と振幅とが等しくなるよう
に調整する位相及び振幅調整回路と、該位相及び振幅が調整された上記第２及び第３のサンプ
ルホールド回路の夫々の出力信号が供給される差動回路
とを有してなることを特徴とする電荷転送素子の出力回
路。