JPH05328230A - 雑音低減回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＣＤ形固体撮像素子よりテレビジョン信号
を生成する過程において、ブランキング期間中の誘導雑
音を簡単な回路構成にて低減する。 【構成】 ＣＣＤ形固体撮像素子１０の出力信号を、信
号切り換え回路６を介して相関二重サンプリング回路４
に供給する。信号切り換え回路６中の第３のトランジス
タ６７をＯＮ・ＯＦＦ制御するための第３の制御パルス
源６８の出力パルスは、垂直ＣＣＤ転送期間のみにおい
て“Ｈ”にする。撮像信号期間では第３のトランジスタ
６７がカットオフ状態になるので撮像素子１０の出力が
選択され、相関二重サンプリング回路４でナイキスト周
波数以下の雑音が低減される。ナイキスト周波数を越え
る誘導雑音を有する垂直ＣＣＤ転送期間では第３のトラ
ンジスタ６７が飽和状態となるため第１のトランジスタ
６２がカットオフ状態となり、相関二重サンプリング回
路４の入力として誘導雑音を有しない直流電圧が選択さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を
利用した固体撮像素子よりテレビジョン信号を生成する
場合の回路構成の簡略化に関するものであり、特にＣＣ
Ｄ形固体撮像素子の出力に含まれるナイキスト周波数を
越える雑音のうち、垂直ＣＣＤ転送パルスによる誘導雑
音の低減に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＣＣＤ形固体撮像素子の信号
読み出し回路には相関二重サンプリング法が用いられて
いる。撮像素子出力部に係わるリセット雑音やその出力
増幅器により発生する雑音の低減を、相関二重サンプリ
ング回路によって実現しているのである。

【０００３】図３は、相関二重サンプリング回路を備え
た従来の雑音低減回路の構成を示す回路図である。同図
において、１は従来の雑音低減回路の入力端子、２は同
回路の出力端子、３は従来の雑音低減回路、４は相関二
重サンプリング回路、５は直流バイアス回路、８は負電
源端子、１０はＣＣＤ形固体撮像素子、１１はコンデン
サ、４１，４２は第１及び第２のサンプルホールド回
路、４３は差動増幅器、４４，４５は第１及び第２の制
御パルス源である。

【０００４】まず、ＣＣＤ形固体撮像素子１０より出力
される信号について、図４を用いて説明を行う。

【０００５】図４（Ａ）は、ＣＣＤ形固体撮像素子１０
より繰り返し出力される信号の１水平走査期間を表した
ものであり、撮像信号期間、光学的黒レベル（ＯＢ：Ｏ
ｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）期間、垂直ＣＣＤ転送期間
の３期間に分けられる。このうち、光学的黒レベル期間
と垂直ＣＣＤ転送期間とを合わせた期間はブランキング
期間と呼ばれ、テレビジョンでは画面上の表示が行われ
ない期間である。

【０００６】図４（Ｂ）は、ＣＣＤ形固体撮像素子１０
の出力信号中の上記垂直ＣＣＤ転送期間を拡大したもの
である。この期間は、信号処理の上では不必要な期間で
あって、本来ならば比較的きれいな波形を有する期間で
ある。しかしながら、実際にはこの期間においてＣＣＤ
形固体撮像素子１０の垂直ＣＣＤ転送を駆動しているの
で、垂直ＣＣＤ転送パルスが該撮像素子の出力信号上に
誘導雑音として表れることとなる。

【０００７】図４（Ｃ）は、ＣＣＤ形固体撮像素子１０
の出力信号中の上記撮像信号期間の１画素分を拡大した
ものであり、フィードスルー期間、画素信号期間、リセ
ットパルス期間の３期間に分けられる。実際の画素情報
は、フィードスルー期間の信号電位と画素信号期間の信
号電位との差によって表される。

【０００８】このような波形を有するＣＣＤ形固体撮像
素子１０の出力信号は、図３に示すように、コンデンサ
１１を介して交流成分のみが雑音低減回路３の入力端子
１に入力され、直流バイアス回路５により再度直流成分
が付加されたのち、次段に接続されている相関二重サン
プリング回路４に入力される。

【０００９】相関二重サンプリング回路４に入力された
信号は、第１のサンプルホールド回路４１によりフィー
ドスルー期間の電位がホールドされ、第２のサンプルホ
ールド回路４２により画素信号期間の電位がホールドさ
れ、その各期間のホールド電位が差動増幅器４３にそれ
ぞれ入力される。これにより、上記各期間の電位差のみ
を雑音低減回路３の出力端子２に出力することとしてい
る。したがって、撮像信号期間におけるＣＣＤ形固体撮
像素子１０の出力信号から実際の画素情報を取り出すこ
とが可能となる。しかも、ＣＣＤ形固体撮像素子１０の
出力部に係わるリセット雑音やその出力増幅器により発
生する雑音は、相関二重サンプリング回路４によって低
減される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図３に示す従来の雑音
低減回路には、図４（Ｂ）に示す垂直ＣＣＤ転送パルス
に起因した誘導雑音を低減できない問題があった。この
誘導雑音は、相関二重サンプリング回路４のナイキスト
周波数を越える周波数成分を持っており、相関二重サン
プリング法では低減することができないのである。相関
二重サンプリング法ではナイキスト周波数以下の雑音は
低減できるがナイキスト周波数を越える雑音は低減でき
ないことが知られている。

【００１１】垂直ＣＣＤ転送期間における相関二重サン
プリング回路４の動作について、図５を用いて説明を行
う。

【００１２】垂直ＣＣＤ転送期間において、図５（Ｂ）
に示す垂直ＣＣＤ転送パルスがＣＣＤ形固体撮像素子１
０に印加されると、同図（Ａ）に示すように、垂直ＣＣ
Ｄ転送パルスの論理遷移時にＣＣＤ形固体撮像素子１０
の出力に誘導雑音が生じる。一方、第１の制御パルス源
４４の出力パルスは同図（Ｃ）に示すように垂直ＣＣＤ
転送パルスの論理遷移に同期しており、第２の制御パル
ス源４５の出力パルスは同図（Ｄ）に示すように垂直Ｃ
ＣＤ転送パルスの論理遷移からずれている。垂直ＣＣＤ
転送パルスと第１及び第２の制御パルス源４４，４５の
出力パルスとの間にこのような位相関係がある結果、該
第１及び第２の制御パルス源４４，４５にて第１及び第
２のサンプルホールド回路４１，４２を各々制御させる
と、同図（Ｅ），（Ｆ）に示すように、第１のサンプル
ホールド回路４１から誘導雑音成分を含んだ信号が出力
され、第２のサンプルホールド回路４２から誘導雑音成
分を含まない信号が出力されることとなる。第１及び第
２のサンプルホールド回路４１，４２の出力間の電位差
は差動増幅器４３によって増幅されるので、上記誘導雑
音は、同図（Ｇ）に示すように低減されないどころか、
相関二重サンプリング回路４により反って増幅されるこ
ととなる。

【００１３】また、上記雑音低減回路３の次段以降に接
続される信号処理回路では、各ブロック間をコンデンサ
結合し、無信号期間としてのブランキング期間の信号電
位をクランプすることにより直流電圧値補正を行ってい
る。しかし、雑音低減回路３の出力信号中に上記増幅さ
れた誘導雑音が存在すれば、クランプパルスとの位相関
係によりクランプ電位と本来の無信号電位との間にオフ
セット電圧が生じるため、この誘導雑音を除去するため
の複雑な回路を付加する必要があった。

【００１４】本発明の目的は、垂直ＣＣＤ転送パルスに
起因したＣＣＤ形固体撮像素子出力中の誘導雑音を簡単
な構成にて低減することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、ＣＣＤ形固体撮像素子の出力信号に含
まれる雑音を低減するための雑音低減回路において、垂
直ＣＣＤ転送期間中はＣＣＤ形固体撮像素子からの出力
信号を遮断することとした。

【００１６】具体的には、本発明は、垂直ＣＣＤ転送期
間中は直流電圧源より出力される直流信号を選択するよ
うにＣＣＤ形固体撮像素子の出力信号と前記直流電圧源
からの直流信号とを切り換えて出力するための信号切り
換え回路と、該信号切り換え回路の出力信号が入力され
る相関二重サンプリング回路とを備えた構成を採用した
ものである。

【００１７】

【作用】本発明によれば、垂直ＣＣＤ転送期間中はＣＣ
Ｄ形固体撮像素子の出力信号に代えて誘導雑音を有しな
い直流電圧が相関二重サンプリング回路に入力されるた
め、該相関二重サンプリング回路がＣＣＤ形固体撮像素
子の出力信号中の誘導雑音を増幅するのを防止できる。
つまり、相関二重サンプリング回路の前段で誘導雑音が
除去されるのである。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明を行う。

【００１９】図１は、相関二重サンプリング回路を備え
た本発明の実施例に係る雑音低減回路の構成を示す回路
図である。同図において、１は本実施例に係る雑音低減
回路の入力端子、２は同回路の出力端子、３は本実施例
に係る雑音低減回路、４は相関二重サンプリング回路、
５は直流バイアス回路、６は信号切り換え回路、７は正
電源端子、８は負電源端子、１０はＣＣＤ形固体撮像素
子、１１はコンデンサ、４１，４２は第１及び第２のサ
ンプルホールド回路、４３は差動増幅器、４４，４５，
６８は第１〜第３の制御パルス源、５１，６４，６５，
６６は第１〜第４の抵抗、５２は基準電圧源、６１は定
電流源、６２，６３，６７は第１〜第３のトランジスタ
である。ただし、第３の制御パルス源６８の出力パルス
は、ＣＣＤ形固体撮像素子１０の出力信号の垂直ＣＣＤ
転送期間のみにおいて“Ｈ”にするものとする。

【００２０】以上の構成を有する本実施例に係る雑音低
減回路３の動作を説明する。

【００２１】ＣＣＤ形固体撮像素子１０の出力信号は、
コンデンサ１１を介して本発明の雑音低減回路３の入力
端子１に入力され、第１の抵抗５１及び基準電圧源５２
にて構成される直流バイアス回路５により直流バイアス
が付加されたのち、定電流源６１、第１〜第３のトラン
ジスタ６２，６３，６７、第２〜第４の抵抗６４，６
５，６６並びに第３の制御パルス源６８により構成され
る信号切り換え回路６に入力される。ここで、第３のト
ランジスタ６７のカットオフ状態において第２のトラン
ジスタ６３のベース電位が図４（Ｃ）で示されるフィー
ドスルー期間の最大入力電圧値より高い電位になるよう
に、基準電圧源５２及び第２〜第４の抵抗６４，６５，
６６が設定されているものとする。

【００２２】まず、第３の制御パルス源６８の出力が
“Ｌ”である場合には、第３のトランジスタ６７はカッ
トオフ状態となる。第１及び第２のトランジスタ６２，
６３のベース電位を考えると、上記の設定条件より第２
のトランジスタ６３のベース電位に比べて第１のトラン
ジスタ６２のベース電位の方が低電位になるため、第２
のトランジスタ６３はカットオフ状態になる。したがっ
て、入力端子１より入力されかつ直流バイアスを与えら
れたＣＣＤ形固体撮像素子１０の出力信号は、定電流源
６１及び第１のトランジスタ６２よりなるエミッタホロ
ワ回路を介して相関二重サンプリング回路４へ入力され
ることとなり、従来と同様に、ＣＣＤ形固体撮像素子１
０の出力部に係わるリセット雑音やその出力増幅器によ
り発生する雑音が相関二重サンプリング回路４によって
低減されたのち、出力端子２より撮像信号が出力される
こととなる。

【００２３】逆に第３の制御パルス源６８の出力が
“Ｈ”である場合には、第３のトランジスタ６７は飽和
状態となり、該第３のトランジスタ６７のコレクタ端子
は負電源端子８とほぼ等しい電位となる。したがって、
このときの第２のトランジスタ６３のベース電位は、第
３の制御パルス源６８の出力が“Ｌ”である場合よりも
低電位となる。このとき、第２のトランジスタ６３のベ
ース電位が第１のトランジスタ６２のベース電位よりも
低くなるように第２及び第３の抵抗６４，６５を設定し
ておけば、第１のトランジスタ６２はカットオフ状態と
なり、信号切り換え回路６の次段に接続された相関二重
サンプリング回路４には第２のトランジスタ６３のベー
ス電位よりも該第２のトランジスタ６３のベース−エミ
ッタ間の電位差分だけ高くなった直流電圧が入力される
こととなる。出力端子２に出力される信号は、前記のと
おり、第１及び第２の制御パルス源４４，４５により各
々制御される第１及び第２のサンプルホールド回路４
１，４２の出力電位の差分を差動増幅器４３により増幅
したものである。この場合、第１及び第２のサンプルホ
ード回路４１，４２の入力電圧は各々時間的に一定な直
流電圧であるので、出力端子２には誘導雑音のない直流
電圧のみが出力されることとなる。

【００２４】図２は、図１中の各部の信号波形の例を示
すタイムチャート図である。

【００２５】図２（Ａ）に示すように、ＣＣＤ形固体撮
像素子１０の出力信号は、垂直ＣＣＤ転送期間において
垂直ＣＣＤ転送パルスに起因したナイキスト周波数を越
える周波数成分を持つ誘導雑音を有するものとする。こ
れに対して、第３の制御パルス源６８の出力パルスは、
同図（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ形固体撮像素子１０の
出力信号の垂直ＣＣＤ転送期間のみにおいて“Ｈ”とさ
れる。これにより、同図（Ｃ）に示すように、本実施例
に係る雑音低減回路３の出力波形すなわち出力端子２の
波形には、垂直ＣＣＤ転送パルスに起因した誘導雑音が
含まれないことになる。

【００２６】なお、ＣＣＤ形固体撮像素子１０の出力信
号のうち図４（Ｃ）に示すリセットパルス期間の信号
は、信号処理上は不要なものであり、この振幅が大きい
と第１及び第２のサンプルホールド回路４１，４２等で
入力ダイナミックレンジを越え、その回路構成素子の飽
和により両サンプルホールド回路の周波数特性が悪化す
ることになる。そこで、通常は、サンプルホールド回路
の前段にハイクリップ回路を挿入する方法をとる。本実
施例によれば、図１中の信号切り換え回路６の構成要素
のうち定電流源６１、第１及び第２のトランジスタ６
２，６３並びに第２〜第４の抵抗６４，６５，６６が上
記ハイクリップ回路に相当することとなる。つまり、わ
ずか１個のトランジスタ（第３のトランジスタ）６７と
第３の制御パルス源６８のみで上記の誘導雑音を除去す
ることが可能となるのである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明してきたとおり、本発明によれ
ば、垂直ＣＣＤ転送期間中はＣＣＤ形固体撮像素子から
の出力信号を遮断することにより相関二重サンプリング
回路に誘導雑音を印加しない構成を採用したので、垂直
ＣＣＤ転送パルスに起因したＣＣＤ形固体撮像素子出力
中の誘導雑音を簡単な構成にて低減することができる。
これにより、従来とは違って次段以降に接続される信号
処理回路に誘導雑音を除去するための複雑な回路を付加
する必要がないので、固体撮像素子よりテレビジョン信
号を生成する上で回路構成の簡略化が図れることとな
る。また、信号経路が簡略化されることにより発生雑音
も低減されることになり、Ｓ／Ｎの向上にもつながると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る雑音低減回路の構成を示
す回路図である。

【図２】図１中の各部の信号波形の例を示すタイムチャ
ート図であって、（Ａ）はＣＣＤ形固体撮像素子の出力
信号波形を、（Ｂ）は第３の制御パルス源の出力パルス
の波形を、（Ｃ）は雑音低減回路の出力端子の信号波形
を各々示す図である。

【図３】従来の雑音低減回路の構成を示す回路図であ
る。

【図４】図３中のＣＣＤ形固体撮像素子の出力波形を示
すタイムチャート図であって、（Ａ）は撮像素子出力信
号の１水平走査期間を表した図、（Ｂ）は垂直ＣＣＤ転
送期間の拡大図、（Ｃ）は撮像信号期間の１画素分の拡
大図である。

【図５】図３中の各部の信号波形の例を示すタイムチャ
ート図であって、（Ａ）はＣＣＤ形固体撮像素子の出力
信号波形を、（Ｂ）は該ＣＣＤ形固体撮像素子に印加さ
れる垂直ＣＣＤ転送パルスの波形を、（Ｃ）は第１の制
御パルス源の出力パルスの波形を、（Ｄ）は第２の制御
パルス源の出力パルスの波形を、（Ｅ）は第１のサンプ
ルホールド回路の出力信号波形を、（Ｆ）は第２のサン
プルホールド回路の出力信号波形を、（Ｇ）は雑音低減
回路の出力端子の信号波形を各々示す図である。

【符号の説明】

１ 雑音低減回路の入力端子 ２ 雑音低減回路の出力端子 ３ 雑音低減回路 ４ 相関二重サンプリング回路 ５ 直流バイアス回路 ６ 信号切り換え回路 ７ 正電源端子 ８ 負電源端子 １０ ＣＣＤ形固体撮像素子 １１ コンデンサ ４１，４２ サンプルホールド回路 ４３ 差動増幅器 ４４，４５，６８ 制御パルス源 ５１，６４〜６６ 抵抗 ５２ 基準電圧源 ６１ 定電流源 ６２，６３，６７ トランジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＣＤ形固体撮像素子の出力信号に含ま
   れる雑音を低減するための雑音低減回路であって、 垂直ＣＣＤ転送期間中は直流電圧源より出力される直流
   信号を選択するように前記ＣＣＤ形固体撮像素子の出力
   信号と前記直流電圧源からの直流信号とを切り換えて出
   力するための信号切り換え回路と、 前記信号切り換え回路の出力信号が入力される相関二重
   サンプリング回路とを備えたことを特徴とする雑音低減
   回路。