JPH03250874A - Output detection method and circuit for charge coupling element - Google Patents

Output detection method and circuit for charge coupling element

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JPH03250874A
JPH03250874A JP2045675A JP4567590A JPH03250874A JP H03250874 A JPH03250874 A JP H03250874A JP 2045675 A JP2045675 A JP 2045675A JP 4567590 A JP4567590 A JP 4567590A JP H03250874 A JPH03250874 A JP H03250874A
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JP
Japan
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signal
charge
output
output signal
ccd
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Application number
JP2045675A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Omura
克之 大村
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the S/N by expanding a signal resulting from an output signal of a charge coupling element subject to band limit into a Fourier series and extracting only a component corresponding to a signal charge from the output signal. CONSTITUTION:An output detection circuit of a charge coupling element (CCD) is provided with a CCD 1, an analog low pass filter 2, a sample-and-hold circuit 3, a quantizer 4, a computing element 5 and a buffer 6. Then an output signal of the CCD 1 is subject to band limit to a component using one period of a transfer clock pulse as a fundamental wave by using the analog low pass filter 2, and the output waveform subject to band limit is expanded into a Fourier series using the transfer clock pulse frequency as the fundamental wave for each period corresponding to each picture element to obtain the Fourier coefficient of the fundamental wave component and the amplitude of the output signal of the charge coupling element is obtained from the coefficient to extract only the component corresponding to the signal charge. Thus, the output signal with improved S/N is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] この発明は電荷結合素子の出力信号に含まれる雑音を除
去して所望の信号成分のみを精度よ(検出する電荷結合
素子の出力検出方法および回路に係り、特にゲート付き
電荷積分形出力回路からの信号の雑音除去に関するもの
である。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention provides a charge-coupled device output detection method for removing noise contained in the output signal of a charge-coupled device and detecting only a desired signal component with high precision. The present invention relates to circuits, and in particular to noise removal from signals from gated charge-integrating output circuits.

[従来技術] 第7図は電荷結合素子(以下、CCD、という)の出力
回路の一例を示す模式図である。
[Prior Art] FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of an output circuit of a charge-coupled device (hereinafter referred to as CCD).

二の出力回路はゲート付き電荷積分形出力回路として知
られているもので、半導体基板上に形成されたCCD転
送チャンネル1と共にバッファ回路2、リセットトラン
ジスタ3が形成されている。
The second output circuit is known as a gated charge integration type output circuit, and includes a CCD transfer channel 1 formed on a semiconductor substrate, a buffer circuit 2, and a reset transistor 3.

またCCD転送チャンネル1の転送電極4の1の電極の
近傍には、転送されてくる信号電荷を検知して出力電圧
に変換するための検知用ダイオード5が設けられている
。転送りロックφ1.φ2の印加によって転送電極4を
転送されてくる信号電荷は、転送りロックφl、φ2の
1周期毎に検知用ダイオード5に流れ込みその電位を変
化させる。
Further, a detection diode 5 is provided near one of the transfer electrodes 4 of the CCD transfer channel 1 to detect transferred signal charges and convert them into an output voltage. Transfer lock φ1. The signal charge transferred through the transfer electrode 4 by the application of φ2 flows into the detection diode 5 every cycle of transfer lock φ1 and φ2, and changes its potential.

この電位変化はバッファ回路2を介して外部に取り出さ
れる。
This potential change is taken out to the outside via the buffer circuit 2.

また検知用ダイオード5とバッファ回路2との接続中点
に接続されるリセットトランジスタ3のゲート電極6に
は、転送りロックφ1.φ2と等しい周期でリセットパ
ルスφrが印加される。このリセットパルスφrによっ
てリセットトランジスタ3がターンオンすると検知用ダ
イオード5の電位がリセットされる。
Furthermore, a transfer lock φ1. A reset pulse φr is applied at a period equal to φ2. When the reset transistor 3 is turned on by this reset pulse φr, the potential of the detection diode 5 is reset.

第8図は前述したゲート付き電荷積分形出力回路の動作
を説明するための波形図で、時刻t0から時刻1.まで
の間リセットパルスφrが印加され、リセットトランジ
スタ3がターンオンすると、検知用ダイオード5の電位
かり七ンI・トランジスタ3のドレイン電圧子■まで上
昇する。次いで、時刻tlでリセットトランジスタ3が
ターンオフすると、検知用ダイオード5の電位が検知用
ダイオード5とバッファ回路2のゲート容量との合計に
相当する容量7と、リセッl−)ランジスタ3のゲート
・ソース間容量との2つの容量で定まる一定の基準電位
■。になる。次いで、時刻t3で検知用ダイオード5に
電荷が転送されて流れ込み、その電位が変化して出力電
圧Vsが得られる。
FIG. 8 is a waveform diagram for explaining the operation of the gated charge integral type output circuit described above, from time t0 to time 1. A reset pulse φr is applied until then, and when the reset transistor 3 is turned on, the potential of the detection diode 5 rises to the drain voltage of the transistor 3. Next, when the reset transistor 3 is turned off at time tl, the potential of the detection diode 5 is connected to the capacitor 7 corresponding to the sum of the detection diode 5 and the gate capacitance of the buffer circuit 2, and the gate and source of the reset transistor 3. A constant reference potential determined by two capacitances: ■. become. Next, at time t3, charge is transferred and flows into the detection diode 5, and its potential changes to obtain the output voltage Vs.

ところで、時刻t。から時刻t1までリセノI・トラン
ジスタ3が導通している間、リセットI・ランジスタ3
はある大きさの雑音E、を発生する。
By the way, time t. While the reset I transistor 3 is conductive from to time t1, the reset I transistor 3 is turned on.
generates a certain amount of noise E.

基準電位■。はこの雑音E14によって影響を受け、例
えばリセットパルスφrが印加される毎に■。
Reference potential■. is affected by this noise E14, for example, every time the reset pulse φr is applied.

±vNと変動し、出力のS/Nが劣化する。この変動電
位VNがリセットi音である。
It fluctuates as ±vN, and the output S/N deteriorates. This fluctuating potential VN is the reset i sound.

また雑音源はリセットトランジスタ3だけでなく、バッ
ファ回路2もランダム雑音を発生する雑音源となってい
る。バッファ回路2が発生するランダム雑音E、はその
振幅が周波数fの逆数に比例するのでl/f雑音と呼ば
れている。このリセット雑音や1/f雑音の影響を軽減
してS/Nを改善する方法として、時刻t2において基
準電位■。
In addition, the reset transistor 3 is not the only noise source, but the buffer circuit 2 is also a noise source that generates random noise. The random noise E generated by the buffer circuit 2 is called l/f noise because its amplitude is proportional to the reciprocal of the frequency f. As a method of reducing the influence of this reset noise and 1/f noise and improving the S/N, the reference potential ■ is set at time t2.

を一定電位にクランプし、次いで時刻りうで出力電圧V
sをサンプリングする方法が2重相関サンプリング法と
して知られている(特開昭56−116374号公報)
。また同様な効果を狙った雑音抑圧法として、CCD出
力信号を、CCD転送りロック周波数を中心周波数に持
つバンドパスフィルタを通した後、CCD転送りロック
に同期したキャリア信号によっ、て同期検波を行い出力
を検出する回路が提案されている(特開昭63−208
375号公報)。
is clamped to a constant potential, and then the output voltage V
The method of sampling s is known as the double correlation sampling method (Japanese Unexamined Patent Publication No. 116374/1983).
. In addition, as a noise suppression method aiming at the same effect, the CCD output signal is passed through a bandpass filter whose center frequency is the CCD transfer lock frequency, and then synchronously detected using a carrier signal synchronized with the CCD transfer lock. A circuit for detecting the output has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 63-208
Publication No. 375).

この回路によると、バンドパスフィルタの通過帯域とな
る周波数領域では、雑音が減少しているためにS/Nの
改善された信号が得られる。
According to this circuit, a signal with an improved S/N ratio can be obtained because noise is reduced in the frequency region that is the passband of the bandpass filter.

(発明が解決しようとする課題] 前述の従来例では、2重相関サンプリング法によって除
去できる雑音はリセット雑音と1/f雑音の低周波成分
に限られている。また2重相関サンプリング法によって
雑音を除去しようとする場合、時刻t2および時刻T、
aで一定電位にクランプされる基準電位および信号電位
は互いに無相関なランダム雑音の影響を受け、出力信号
のS/Nが劣化する。この場合のランダム雑音は1/f
雑音およびその他の高周波雑音成分である。
(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional example described above, the noise that can be removed by the double correlation sampling method is limited to the low frequency components of reset noise and 1/f noise. When trying to remove time t2 and time T,
The reference potential and the signal potential, which are clamped to a constant potential at a, are affected by mutually uncorrelated random noise, and the S/N of the output signal deteriorates. The random noise in this case is 1/f
noise and other high frequency noise components.

すなわち2重相関サンプリング法ではりセンhトランジ
スタ3が発生するリセット雑音■8および1/f雑音の
低周波成分は除去できてもそれ以外の成分は除去するこ
とができずS/Nが悪いという不都合がある。実際、C
CD高速駆動時ではリンギング等の高周波ノイズが太き
くS/Hに影響する。
In other words, although the double correlation sampling method can remove the low frequency components of the reset noise ■8 and 1/f noise generated by the sensor transistor 3, it cannot remove the other components, resulting in a poor S/N ratio. It's inconvenient. In fact, C
When driving a CD at high speed, high frequency noise such as ringing greatly affects the S/H.

またバンドパスフィルタによる同期検波法では各画素間
で相関のある緩やかに変化する低周波成分もフィルタに
よって抑圧されてしまい、階調のある画像信号などを扱
った場合に階調性が充分表現できないという不都合があ
る。
In addition, in the synchronous detection method using a band-pass filter, the slowly changing low frequency components that are correlated between each pixel are also suppressed by the filter, making it impossible to adequately express the gradation when handling image signals with gradation. There is this inconvenience.

さらに波形を直接サンプル・ホールドする回路系では、
一般にCCD出力波形は矩形波に近い形状をしているた
め、高速駆動時では波形の立ち上がり特性を考慮したき
びしい周波数特性が回路系に要求される。
Furthermore, in circuit systems that directly sample and hold waveforms,
Generally, the CCD output waveform has a shape close to a rectangular wave, so when driving at high speed, the circuit system is required to have strict frequency characteristics that take into account the rising characteristics of the waveform.

この発明はCCD出力信号に含まれるリセット雑音およ
び高周波ランダム雑音等を画像信号の階調性を維持しつ
つ除去し、S/Nを改善することが可能で、かつ回路系
の周波数特性を緩和するこができる電荷結合素子の出力
検出方法および回路を提供することを目的とする。
This invention can remove reset noise, high-frequency random noise, etc. contained in a CCD output signal while maintaining the gradation of the image signal, improve the S/N ratio, and alleviate the frequency characteristics of the circuit system. An object of the present invention is to provide a method and circuit for detecting the output of a charge-coupled device.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明による電荷結合素子の出力検出方法は、ゲート
付き電荷積分形出力回路を有する電荷結合素子から転送
クロックパルスの1周期毎に基準電位と信号電荷とに対
応する振幅の出力信号を受け、この信号を上記転送クロ
ックパルス1周期を基本波とする成分に帯域制限し、こ
の帯域制限−た信号をフーリエ級数に展開して上記出力
信号から上記信号電荷に対応する成分のみを抽出する方
法である。
The output detection method of a charge-coupled device according to the present invention receives an output signal with an amplitude corresponding to a reference potential and a signal charge every cycle of a transfer clock pulse from a charge-coupled device having a gated charge-integrating output circuit. This is a method of band-limiting the signal to a component whose fundamental wave is one period of the transfer clock pulse, expanding this band-limited signal into a Fourier series, and extracting only the component corresponding to the signal charge from the output signal. .

また、この発明による電荷結合素子の出力検出回路は、
転送クロックパルスの1周期毎に基準電位と信号電荷と
に対応する振幅の信号を出力するゲート付き電荷積分形
出力回路を有する電荷結合素子と、上記出力回路からの
信号を上記転送クロックパルス1周期を基本波とする成
分に帯域制限するアナログ低域通過フィルタと、上記帯
域制限した信号を所定の時間間隔でサンプリングしたの
ち量子化してディジタル信号に変換するAD変換部と、
上記ディジタル信号をフーリエ級数に展開し上記信号電
荷に対応する成分のみを抽出する演算部とから構成され
る。
Further, the output detection circuit of a charge-coupled device according to the present invention has the following features:
a charge-coupled device having a gated charge integrating output circuit that outputs a signal with an amplitude corresponding to the reference potential and the signal charge every cycle of the transfer clock pulse; an analog low-pass filter that band-limits the band-limited signal to a fundamental wave component, and an AD converter that samples the band-limited signal at predetermined time intervals, quantizes it, and converts it into a digital signal;
and an arithmetic unit that expands the digital signal into a Fourier series and extracts only the component corresponding to the signal charge.

[作 用] この発明によると、電荷結合素子の出力信号を、転送ク
ロックパルス1周期を基本波とする成分に帯域制限し、
この帯域制限した出力波形を、各画素に対応する区間毎
に転送クロックパルス周波数を基本波とするフーリエ級
数に展開して基本波成分のフーリエ係数を求め、この係
数から電荷結合素子の出力信号の振幅を求めることによ
って信号電荷に対応する成分のみを抽出するようにして
いる。
[Function] According to the present invention, the output signal of the charge-coupled device is band-limited to a component whose fundamental wave is one cycle of the transfer clock pulse,
This band-limited output waveform is expanded into a Fourier series with the transfer clock pulse frequency as the fundamental wave for each section corresponding to each pixel to obtain the Fourier coefficient of the fundamental wave component, and from this coefficient, the output signal of the charge-coupled device is calculated. By determining the amplitude, only the component corresponding to the signal charge is extracted.

このため、ゲート付き電荷積分形出力回路のリセットト
ランジスタが発生するリセット雑音および1/f雑音等
のランダム雑音の影響が排除されたS/Nの改善された
出力信号が得られる。
Therefore, an output signal with an improved S/N ratio can be obtained in which the effects of random noise such as reset noise and 1/f noise generated by the reset transistor of the gated charge integrating output circuit are eliminated.

[実施例] 第1図に示す波形図を参照しながらこの発明による電荷
結合素子の出力検出方法について説明する。なお、第1
図中、図(a)は前述したリセットトランジスタのゲー
ト電極に入力されるリセットパルスφr、図(b)はC
CD転送電極に入力される転送りロックφ1、図(C)
はCCD1$力信号である。
[Example] A method for detecting the output of a charge-coupled device according to the present invention will be described with reference to the waveform diagram shown in FIG. In addition, the first
In the figure, (a) is the reset pulse φr input to the gate electrode of the reset transistor mentioned above, and (b) is C
Transfer lock φ1 input to CD transfer electrode, Figure (C)
is the CCD1$ force signal.

いま、CCDの各画素(N個)に対応する波形区間を区
間1〜区間Nとし、波形の周期を転送りロックφ1の周
期1/f0とすると、CCDCC出力信号(t)のn 
(n=1.2s・・、N)番目の区間内での、時間tに
関する転送りロック周波数f。を基本波とするフーリエ
展開Vn(t)は、 Vn(t) = a y+o/2+Σafikcos2
πkfot+Σb、1lls1n2πkf0t・・・■
となる。式■の高次の項は前述したリセ・ノドトランジ
スタのリセット雑音および1/f雑音等のランダム雑音
に起因するものである。
Now, if the waveform section corresponding to each pixel (N pieces) of the CCD is section 1 to section N, and the period of the waveform is transferred and the period of lock φ1 is 1/f0, then n of the CCDC output signal (t)
Transfer lock frequency f with respect to time t within the (n=1.2s...,N)th interval. The Fourier expansion Vn(t) with the fundamental wave as Vn(t) = a y+o/2+Σafikcos2
πkfot+Σb, 1lls1n2πkf0t...■
becomes. The higher-order term in equation (2) is caused by random noise such as the reset noise of the lyse/node transistor mentioned above and 1/f noise.

次に、n番目の画素に対応する所望のCCD出力信号V
n’ (t)は、第1図のn番目の画素におけるCCD
出力電圧Vn(t)の基本波r0構成(弐■においてに
=1の成分)に対応し、 Vn’ (t)= a 、l+cos2πfat+b、
l+5in2πf、t、   −・・■で表され、その
振幅Vamp(n)は、Vamp(n)= (a R,
” + l) R,” ) ””   ・−■となる。
Next, the desired CCD output signal V corresponding to the nth pixel is
n' (t) is the CCD at the nth pixel in FIG.
Corresponding to the fundamental wave r0 configuration (component of = 1 in 2) of the output voltage Vn(t), Vn' (t) = a, l+cos2πfat+b,
It is expressed as l+5in2πf, t, -...■, and its amplitude Vamp(n) is Vamp(n)=(a R,
"+l) R,") ""・-■.

すなわち、所望のCCD出力信号の振幅Vamρ(n)
はCCD出力波形のn番目の区間を転送りロック周波数
f、でフーリエ展開したときの1次のフーリエ係数、つ
まり弐■の係数an+およびb Mlを決定することに
よって式■から求めることができる。
That is, the amplitude Vamρ(n) of the desired CCD output signal
can be obtained from equation (2) by determining the first-order Fourier coefficients when the n-th section of the CCD output waveform is transferred and subjected to Fourier expansion at the lock frequency f, that is, the coefficients an+ and bMl of (2) and (2).

クロック周波数f0より低い周波数成分(DC成分を含
めて)も式■を定義した段階で原理的に除去される。
In principle, frequency components (including DC components) lower than the clock frequency f0 are also removed at the stage when formula (2) is defined.

次に、式■から基本波f00次のみを抽出する方法につ
いて述べる。式■から基本波[。成分のフーリエ係数を
求めるには、次に示す3角関数の直交性を利用する。
Next, a method of extracting only the fundamental wave f00th order from equation (2) will be described. From the formula ■, the fundamental wave [. To find the Fourier coefficients of the components, use the orthogonality of the trigonometric functions shown below.

=2/T ・ δmn ・・・■ f  cos2πmft 5in2znft dt−〇
                   ・・・■(但
し、δmn:クロネッカー記号、T=1/f)そして、
区間T (t、 、 t+1/folにわたる次の積分
を考える。
=2/T ・δmn ...■ f cos2πmft 5in2znft dt-〇 ...■ (However, δmn: Kronecker symbol, T = 1/f) And,
Consider the following integral over the interval T (t, , t+1/fol.

そして、弐■および弐■に式■を代入し、弐■および式
■を考慮すると、 C(n)=anl           ・・・■S(
n)=bMl           ・・・■となる。
Then, by substituting the formula ■ into 2■ and 2■, and considering 2■ and the formula ■, C(n)=anl...■S(
n)=bMl...■.

従って、所望のCCD出力信号の振幅■ara p (
n)は、式■および式■、■から、νamp(n) =
 (C(n)” ÷3 (n) 2 ) l / 2 
  、、、(ffJ。
Therefore, the amplitude of the desired CCD output signal ara p (
n) is obtained from the formula ■ and the formulas ■,■, νamp(n) =
(C(n)” ÷3 (n) 2) l/2
,,,(ffJ.

となる。becomes.

次に、式■の時間先を離散値列、弐■および弐■の積分
をΣに拡張して考えると、 Vn(iΔt) = a−0/2+Σank cos2
πkfoiΔt+Σbnk 5in2πfoiΔt ・・・■ (但し、MΔt=T=1/fO) となる。
Next, if we consider the time ahead of equation (■) as a discrete value sequence and the integral of 2 (2) and 2 (2) as Σ, we get: Vn(iΔt) = a-0/2+Σank cos2
πkfoiΔt+Σbnk 5in2πfoiΔt...■ (However, MΔt=T=1/fO).

以上のことから、第1図(C)に示すCCD出力波形を
、N個の各画素に対応する区間内において間隔ΔtでM
個のデータをサンプリングし、N個の各画素に対して独
立に式■〜■によって振幅Vamp(n)を求める。こ
の振幅V a m p (n)が所望のCCD出力信号
である。
From the above, the CCD output waveform shown in FIG.
The amplitude Vamp(n) is determined independently for each of the N pixels using equations (1) to (2). This amplitude V a m p (n) is the desired CCD output signal.

式@および@の“cos”および“sin“の項は周波
数f。および間隔Δtが共に既知であるので、Vn(i
Δt)に対して重み関数として計算することができる。
The “cos” and “sin” terms in formulas @ and @ are the frequency f. and the interval Δt are both known, so Vn(i
Δt) can be calculated as a weight function.

ここで、振幅Vamρ(n)がN個の画素に対して独立
に求められるということは重要である。
It is important here that the amplitude Vamρ(n) is determined independently for the N pixels.

ところで、この発明の方法によれば、先に述べたように
転送りロック周波数f0より低い周波数成分を除去する
ことができる。しかし、これは各画素に対応する区間内
でのことであり、所望のCCD出力信号そのものが低周
波の変化を有する場合は保存される。すなわち、各画素
区間内で緩やかに変化し画素間での相関を持たない成分
は除去され、画素全体にわたり緩やかに変化する成分、
つまり画素間で相関性を持つ成分は保存される。
By the way, according to the method of the present invention, as described above, frequency components lower than the transfer lock frequency f0 can be removed. However, this is within the interval corresponding to each pixel, and if the desired CCD output signal itself has a low frequency change, it is preserved. In other words, components that change slowly within each pixel section and have no correlation between pixels are removed, and components that change slowly over the entire pixel,
In other words, components that have correlation between pixels are preserved.

また、転送りロック周波数f0よりも高い成分に対して
も同様である。この様子を第2図に示す。
The same applies to components higher than the transfer lock frequency f0. This situation is shown in FIG.

図において、高周波ノイズおよび低周波ノイズは除去さ
れるが、破線で示す信号本来の低周波成分は除去されな
い。
In the figure, high frequency noise and low frequency noise are removed, but the original low frequency components of the signal shown by broken lines are not removed.

またCCD出力信号の波形は第1図(C)に示すように
矩形波に近い形状をしている。すなわち、転送りロック
周波数f。に対し比較的大きな高周波成分を含んでいる
。このため、第1図のタイミングでサンプリングを行う
と、波形のエンジ部分(Vn (0) 、 Vn (2
Δt)の部分)では信号のサンプル値があいまいになる
。これは信号成分にサンプリング周波数に比べ極端に高
い成分が含まれていることによって起こるエリアジング
(a l ias ing )と呼ばれる効果である。
Further, the waveform of the CCD output signal has a shape close to a rectangular wave as shown in FIG. 1(C). That is, the transfer lock frequency f. It contains relatively large high frequency components. Therefore, when sampling is performed at the timing shown in Figure 1, the engine parts of the waveform (Vn (0), Vn (2
In the portion Δt), the sample value of the signal becomes ambiguous. This is an effect called aliasing that occurs when the signal components include components that are extremely high compared to the sampling frequency.

実際、矩形波は立上り/立下り時に無限大の周波数を持
つ。そこで、これを抑制するためにカットオフ周波数を
転送りロック周波数foに設定した低域通過フィルタに
よってCCD出力信号をフィルタリングし、第3図に示
すようなCCD出力波形を得るようにしてもよい。CC
D出力信号にはクロック周波数foよりも高い成分は原
理的に存在しないはずであるから、低域通過フィルタを
通しても所望の情報は失われない。
In fact, a square wave has an infinite frequency at its rise/fall. Therefore, in order to suppress this, the CCD output signal may be filtered by a low-pass filter that transfers the cutoff frequency and is set to the lock frequency fo to obtain a CCD output waveform as shown in FIG. C.C.
Since there should be no component higher than the clock frequency fo in the D output signal in principle, the desired information will not be lost even if it is passed through a low-pass filter.

これ以陳の処理回路系の周波数特性は周波数fOを考慮
して条件を決めていけばよい。
From this point on, the frequency characteristics of the processing circuit system may be determined by considering the frequency fO.

次に、第4図に示すブロック図を参照してこの発明によ
る電荷結合素子の出力検出回路について説明する。
Next, an output detection circuit for a charge coupled device according to the present invention will be described with reference to the block diagram shown in FIG.

同図において、CCD 1から出力されるCCD出力信
号は転送りロック周波数foをカットオフ周波数とする
アナログ低域通過フィルタ2によってフィルタリングさ
れ、高周波成分が除去されてサンプルホールド回路3に
供給される。低域通過フィルタ2のフィルタ特性を、第
5図に示す。
In the figure, a CCD output signal output from a CCD 1 is filtered by an analog low-pass filter 2 having a cutoff frequency equal to the transfer lock frequency fo, high frequency components are removed, and the signal is supplied to a sample and hold circuit 3. The filter characteristics of the low-pass filter 2 are shown in FIG.

サンプルホールド回路3では、前述の第3図に示すよう
に、区間1〜N毎に間隔Δtで入力波形をサンプリング
する。サンプリングされた信号は量子化器4でディジタ
ル信号に変換されて演算器5に送られる。サンプルホー
ルド回路3および量子化器4によってAD変換部が構成
される。
The sample and hold circuit 3 samples the input waveform at intervals Δt in each section 1 to N, as shown in FIG. 3 described above. The sampled signal is converted into a digital signal by the quantizer 4 and sent to the arithmetic unit 5. The sample and hold circuit 3 and the quantizer 4 constitute an AD conversion section.

演算器5では、前述した式■〜■からC(n)およびS
 (n)を計算し、このC(n)およびS (n)から
前述の弐[相]によって振幅V acm p (n)を
求め、バッファ6を介して出力する。
The arithmetic unit 5 calculates C(n) and S from the above-mentioned equations
(n) is calculated, and the amplitude V acm p (n) is obtained from the above-mentioned second [phase] from C(n) and S (n), and is outputted via the buffer 6.

この演算器5における演算手順を、第6図に示すフロー
チャートを参照して説明する。
The calculation procedure in this calculation unit 5 will be explained with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、CCD 1の各画素に対応するN個の波形区間の
最初の区間1の演算を行うために、n (n−1,2,
・・・、N)の値を初期値「1」にセットする(ステッ
プSl)。
First, in order to calculate the first section 1 of N waveform sections corresponding to each pixel of CCD 1, n (n-1, 2,
. . , N) is set to the initial value "1" (step Sl).

次いで、当該区間内においてCCD波形を間隔ΔtでM
個すンプリングするために、1(i=0゜1、・・・、
M−1)の値を最初のサンプリング点「0」にセットす
る(ステップ32)。    。
Next, within the section, the CCD waveform is
In order to sample 1 (i=0゜1, ...,
M-1) is set to the first sampling point "0" (step 32). .

次いで、前述の式■によって当該サンプリング点のCO
D出力電圧Vn(iΔt)を求め、データサンプリング
を行う(ステップS3)。
Next, the CO at the sampling point is calculated using the above formula (■).
The D output voltage Vn (iΔt) is determined and data sampling is performed (step S3).

次いで、ri=LIJか否か判定する(ステップS4)
。これは当該区間内でM個のサンプリングか終了したか
否かを判定するもので、終了していなければiの値を進
め(ステップS5)、次のサンプリング点のCCD出力
電圧Vn(iΔt)を求める(ステップS3)。このス
テップ83〜S5の一連の処理はM個の全てのサンプリ
ングが終了するまで繰り返される。
Next, it is determined whether ri=LIJ (step S4)
. This is to judge whether or not M samplings have been completed within the section. If not, the value of i is advanced (step S5) and the CCD output voltage Vn (iΔt) of the next sampling point is calculated. (Step S3). This series of processing from steps 83 to S5 is repeated until all M samplings are completed.

M個のサンプリングが終了すると、求めたM個のデータ
から前述の弐〇および■によってC(n)およびS (
n)を計算しくステップS6)、さらに前述の弐〇から
振幅値Vamp(n)を求め(ステップS7)、この振
幅値Van+p(n)を出力または格納する(ステップ
S8)。
When M sampling is completed, C(n) and S (
In step S6), the amplitude value Vamp(n) is calculated from the above-mentioned 2〇 (step S7), and this amplitude value Van+p(n) is output or stored (step S8).

次いで、「n=N」か否か判定する(ステップ39)。Next, it is determined whether "n=N" (step 39).

これはCCD 1の各画素に対応する全N個の波形区間
での演算処理が終了したか否かを判定するもので、終了
していなければnの値を進め(ステップ5lO)、ステ
ップS2に戻って次の区間の処理を行う。全N区間の処
理が終了すると、ステップS9で「Yes2と判定され
、演算処理が終了する。
This is to determine whether or not the calculation processing for all N waveform sections corresponding to each pixel of CCD 1 has been completed. If not, the value of n is incremented (step 5lO) and the process proceeds to step S2. Go back and process the next section. When the processing for all N sections is completed, a determination of "Yes2" is made in step S9, and the arithmetic processing ends.

[発明の効果] この発明によれば、ゲート付き電荷積分形出力回路を持
つ電荷結合素子において、リセノI−hランジスタが発
生するりセント雑音および1.ゴ雑音等のランダム雑音
の影響を排除でき、S/Nの改善された出力信号を得る
ことが出来る。
[Effects of the Invention] According to the present invention, in a charge-coupled device having a gated charge integration type output circuit, the noise generated by the reseno I-h transistor and 1. The influence of random noise such as noise can be eliminated, and an output signal with an improved S/N ratio can be obtained.

またサンプリングにともなうエリアジングが抑制でき、
さらに回路系の周波数特性が緩和できて高精度な信号検
出系が実現できる。
In addition, aliasing caused by sampling can be suppressed,
Furthermore, the frequency characteristics of the circuit system can be relaxed, and a highly accurate signal detection system can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図乃至第3図はこの発明による電荷結合素子の出力
検出方法を説明するための波形図、 第4図はこの発明による電荷結合素子の出力検出回路の
一実施例を示すブロック図、 第5図は第4図における低域通過フィルタの特性図、 第6図は第4図における演算器の動作を説明するための
フローチャート、 第7図はゲート付き電荷積分形出力回路の一例を示す模
式図、 第8図は第7図の動作を説明するための波形図である。
1 to 3 are waveform diagrams for explaining the output detection method of a charge-coupled device according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the output detection circuit of a charge-coupled device according to the present invention. Fig. 5 is a characteristic diagram of the low-pass filter in Fig. 4, Fig. 6 is a flowchart for explaining the operation of the arithmetic unit in Fig. 4, and Fig. 7 is a schematic diagram showing an example of a gated charge integral type output circuit. 8 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 7.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ゲート付き電荷積分形出力回路を有する電荷結合
素子から転送クロックパルスの1周期毎に基準電位と信
号電荷とに対応する振幅の出力信号を受け、この信号を
上記転送クロックパルス1周期を基本波とする成分に帯
域制限し、この帯域制限した信号をフーリエ級数に展開
して上記出力信号から上記信号電荷に対応する成分のみ
を抽出することを特徴とする電荷結合素子の出力検出方
法。
(1) Receive an output signal with an amplitude corresponding to the reference potential and signal charge every cycle of the transfer clock pulse from a charge-coupled device having a gated charge-integrating output circuit, and apply this signal to each cycle of the transfer clock pulse. A method for detecting the output of a charge-coupled device, characterized in that a component serving as a fundamental wave is band-limited, the band-limited signal is expanded into a Fourier series, and only a component corresponding to the signal charge is extracted from the output signal.
(2)転送クロックパルスの1周期毎に基準電位と信号
電荷とに対応する振幅の信号を出力するゲート付き電荷
積分形出力回路を有する電荷結合素子と、 上記出力回路からの信号を上記転送クロックパルス1周
期を基本波とする成分に帯域制限するアナログ低域通過
フィルタと、 上記帯域制限した信号を所定の時間間隔でサンプリング
したのち量子化してデイジタル信号に変換するAD変換
部と、 上記ディジタル信号をフーリエ級数に展開し上記信号電
荷に対応する成分のみを抽出する演算部とを有すること
を特徴とする電荷結合素子の出力検出回路。
(2) a charge-coupled device having a gated charge-integrating output circuit that outputs a signal with an amplitude corresponding to the reference potential and the signal charge every cycle of the transfer clock pulse; an analog low-pass filter that limits the band to a component with one pulse period as a fundamental wave; an AD converter that samples the band-limited signal at a predetermined time interval and then quantizes the sample and converts it into a digital signal; and the digital signal. 1. An output detection circuit for a charge-coupled device, comprising: an arithmetic unit that expands the signal charge into a Fourier series and extracts only the component corresponding to the signal charge.
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