JPH0553355B2 - - Google Patents

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JPH0553355B2
JPH0553355B2 JP60261542A JP26154285A JPH0553355B2 JP H0553355 B2 JPH0553355 B2 JP H0553355B2 JP 60261542 A JP60261542 A JP 60261542A JP 26154285 A JP26154285 A JP 26154285A JP H0553355 B2 JPH0553355 B2 JP H0553355B2
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JP
Japan
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sample
circuit
hold
signal
period
Prior art date
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Hiroshi Tamayama
Ryuji Kondo
Takashi Yano
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、固体撮像素子においてフローテイン
グデイフユージヨン型出力回路を有するCCDの
信号読出し回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a signal readout circuit for a CCD having a floating diffusion type output circuit in a solid-state image sensor.

(従来技術) フローテイングデイフユージヨン型出力回路に
よるCCDの信号読出し方式は、フローテイング
デイフユージヨンの出力ダイオードをリセツトす
る際に雑音が生じるという欠点を有する。しかし
この欠点は相関2重サンプリング法を用いること
により解消することができる。この方式では原則
的にクロツク周期は4つの時間間隔に分割され
る。まず、第1の期間中にリセツトパルスが入力
されて出力ダイオードの電位をリセツトする。そ
れから第2の期間中に読出し増幅器の入力電位、
すなわち、フイードスルーレベルを一定値にクラ
ンプする。第3の期間中に信号電荷が読出し増幅
器の入力回路に流入するので、第4の期間中にこ
の信号電荷をサンプルし、かつ次のクロツク周期
の第4の期間までホールドし、これを信号出力と
して取出す。
(Prior Art) A CCD signal readout method using a floating diffusion type output circuit has the disadvantage that noise is generated when resetting the output diode of the floating diffusion. However, this drawback can be overcome by using the correlated double sampling method. In principle, the clock period is divided into four time intervals in this scheme. First, a reset pulse is input during a first period to reset the potential of the output diode. Then during a second period the input potential of the readout amplifier,
That is, the feedthrough level is clamped to a constant value. During the third period, signal charge flows into the input circuit of the readout amplifier, so during the fourth period, this signal charge is sampled and held until the fourth period of the next clock period, and is then transferred to the signal output. Extract as

(発明が解決しようとする問題点) この方式は、それ自体優れたものであるが、1
つのクロツク周期を4分割するので、回路は極め
て高速度で動作しなければならない。特に第2の
期間中のクランプを行なうパルスは、幅の狭いパ
ルスを高いタイミング精度で発生しなければなら
ない。例えば、水平400垂直500の画素を有する
TVカメラ用CCDの場合、1クロツク周期はほぼ
140nsであり、クランプパルスの幅は、ほぼ35ns
となる。CCDイメージセンサの高画質化に伴な
い、水平800の画素のイメージセンサも製造可能
であるが、この場合に同方式を適用すれば、クラ
ンプパルスの幅は、17.5nsとなり、このことは極
めて実現困難である。すなわち相関2重サンプリ
ング法は、CCDイメージセンサの高画質化の傾
向に適合しない。
(Problems to be solved by the invention) This method is excellent in itself, but it has
Because each clock period is divided into four, the circuit must operate at extremely high speeds. In particular, the pulses for clamping during the second period must be narrow pulses and generated with high timing accuracy. For example, having 400 pixels horizontally and 500 vertically
In the case of CCDs for TV cameras, one clock cycle is approximately
140ns, and the width of the clamp pulse is approximately 35ns
becomes. As the image quality of CCD image sensors increases, it is now possible to manufacture image sensors with 800 horizontal pixels, but if the same method is applied in this case, the width of the clamp pulse will be 17.5 ns, which is extremely possible. Have difficulty. In other words, the correlated double sampling method is not compatible with the trend toward higher image quality of CCD image sensors.

それ故に本発明の目的は、高速かつ高精度のパ
ルスを必要とすることなく、相関2重サンプリン
グ法を実施できるCCDの信号読出し回路を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, it is an object of the present invention to provide a signal readout circuit for a CCD that can perform correlated double sampling without requiring high speed and high precision pulses.

(問題点を解決するための手段および作用) 本発明によればこの目的は次のようにして達成
される。すなわち前記CCDの出力を信号読出し
周期毎に順次選択して各画素のフイールドスルー
レベルをサンプルして少なくとも当該信号読出し
周期の間ホールドする、少なくとも2つの前段サ
ンプルホールド回路と、前記の前段サンプルホー
ルド回路においてフイールドスルーレベルがホー
ルドされた側が動作し、当該信号読出し周期内に
てリサンプルする後段第一サンプルホールド回路
と、前記の後段第一サンプルホールド回路と各々
一対で動作し、後段第一サンプルホールド回路に
同期して画素の信号電荷レベルをサンプルホール
ドする後段第二サンプルホールド回路とを備え、
後段第一および第二サンプルホールド回路のうち
同一信号周期内にサンプルホールドを行なうもの
の差が、信号読出し回路の出力である。
(Means and effects for solving the problem) According to the present invention, this object is achieved as follows. That is, at least two pre-stage sample and hold circuits that sequentially select the output of the CCD in each signal readout period, sample the field-through level of each pixel, and hold the sample for at least the signal readout period; The side on which the field-through level is held operates in pairs, and the second-stage first sample-and-hold circuit that resamples within the corresponding signal readout period and the second-stage first sample-and-hold circuit operate in pairs, and the second-stage first sample-and-hold circuit operates as a pair. and a second sample and hold circuit in the latter stage that samples and holds the signal charge level of the pixel in synchronization with the circuit.
The output of the signal readout circuit is the difference between the first and second sample and hold circuits in the latter stage, which sample and hold within the same signal period.

CCDの出力回路に、例えば2つのサンプルホ
ールド回路が接続されている場合、サンプリング
は、2つの読出し周期の間に1度行えばよく、
又、パルスの切りかわりが第2の期間に相当する
フイードスルーレベルの期間に入つていればよい
ため、従来のクランプパルスに比べタイミング精
度に対する要求はずつとゆるくなる。また例えば
3つのサンプルホールド回路を設けた場合も、大
幅にタイミング精度に対する要求はゆるくなる。
If, for example, two sample and hold circuits are connected to the output circuit of the CCD, sampling only needs to be performed once during two readout periods.
Further, since it is sufficient that the pulse change occurs during the feed-through level period corresponding to the second period, the requirements for timing accuracy are gradually relaxed compared to the conventional clamp pulse. Further, even when three sample-and-hold circuits are provided, for example, the requirements for timing accuracy are significantly relaxed.

前段に2つのサンプルホールド回路を設けた場
合、後段には4つのサンプルホールド回路が設け
られる。後段の4つのうち2つは、同じ読出し周
期内に同一タイミングでサンプルホールドを行
い、しかもこれら2つのサンプルホールド回路
は、前段のそれぞれ別のサンプルホールド回路の
出力をサンプルホールドする。従つて後段のこれ
ら2つのサンプルホールド回路のうち一方は、第
2の期間に相当するフイードスルーレベルをサン
プルホールドしており、また他方は、第4の期間
に相当する信号電荷のレベルをサンプルホールド
している。それ故にこれら2つのサンプルホール
ド回路の出力の差をとれば、これが所望の信号電
荷の量に相当することになる。
When two sample and hold circuits are provided at the front stage, four sample and hold circuits are provided at the rear stage. Two of the four latter stages sample and hold at the same timing within the same read cycle, and these two sample and hold circuits sample and hold the outputs of the different sample and hold circuits in the previous stage. Therefore, one of these two sample and hold circuits in the latter stage samples and holds the feedthrough level corresponding to the second period, and the other samples and holds the signal charge level corresponding to the fourth period. Holding. Therefore, the difference between the outputs of these two sample and hold circuits corresponds to the desired amount of signal charge.

本発明によるCCD信号読出し回路によれば、
CCD出力回路に接続した前段のサンプルホール
ド回路を複数個設けることにより延長した読出し
動作時間が得られる。
According to the CCD signal readout circuit according to the present invention,
By providing a plurality of sample and hold circuits in the preceding stage connected to the CCD output circuit, an extended readout operation time can be obtained.

(実施例) 本発明の実施例を以下図面によつて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、本発明によるCCD読出し回路の実
施例を示すブロツク図である。CCDの出力回路
には2つのサンプルホールド回路21,22が接
続されている。CCDの出力波形は、第3図に示
されており、その際フイードスルーレベルは11
で、信号電荷レベルは12で示されており、しか
も各読出し周期は、数字に付されたダツシユで区
別されている。サンプルホールド回路21,22
の制御信号は、それぞれSP21,SP22で示さ
れており、しかも制御信号SP21,SP22が高
レベルにある際に、サンプルホールド回路21,
22はサンプルを行い、制御信号SP21,SP2
2が低レベルにある間、サンプルしたレベルをホ
ールドする。サンプルホールド回路の構成は、第
2図に示されている。ここでは制御入力端子SP
に高レベル信号が供給されると、スイツチSWが
閉じ、すなわちサンプルが行われる。また制御入
力端子SPに低レベル信号が供給されている間、
サンプル期間の最後に達した信号の値がホールド
される。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a CCD readout circuit according to the present invention. Two sample and hold circuits 21 and 22 are connected to the output circuit of the CCD. The output waveform of the CCD is shown in Figure 3, where the feedthrough level is 11
The signal charge level is indicated by 12, and each readout cycle is distinguished by a dash attached to the number. Sample hold circuit 21, 22
The control signals of are shown as SP21 and SP22, respectively, and when the control signals SP21 and SP22 are at high level, the sample and hold circuits 21 and
22 performs sampling, and control signals SP21, SP2
Holds the sampled level while 2 is at low level. The configuration of the sample and hold circuit is shown in FIG. Here, control input terminal SP
When a high level signal is applied to the switch SW, the switch SW is closed, ie, sampling is performed. Also, while a low level signal is supplied to the control input terminal SP,
The value of the signal that reaches the end of the sample period is held.

これら前段のサンプルホールド回路21,22
の出力S21とS22は、第3図のS21,S2
2に示されている。出力S21は、前の読出し周
期にサンプルしたフイードスルーレベル11をこ
の読出し周期にわたつてホールドし、かつ次の周
期の間再びサンプルを続ける。すなわち次の周期
の間には、入力信号を出力にそのまま伝達し、次
のフイードスルーレベル11″をホールドする。
一方出力S22は、信号電荷のレベル12と1
2″をそのまま出力に伝達し、フイードスルーレ
ベル11′をホールドしたものである。
These preceding sample and hold circuits 21 and 22
The outputs S21 and S22 of S21 and S22 in FIG.
2. Output S21 holds the feedthrough level 11 sampled in the previous readout cycle over this readout cycle and continues sampling again during the next cycle. That is, during the next period, the input signal is transmitted as is to the output, and the next feedthrough level 11'' is held.
On the other hand, the output S22 has signal charge levels 12 and 1.
2'' is transmitted to the output as is, and the feedthrough level 11' is held.

これら出力S21,S22は、後段のサンプル
ホールド回路23,24,25,26によつてサ
ンプルホールドされる。サンプルホールド回路2
3と24の制御信号は、第3図SP23で示され、
サンプルホールド回路25と26の制御信号は、
同図SP25で示されている。従つてサンプルホ
ールド回路23によつてサンプルホールドされた
出力信号は、信号電荷レベル12′に相当し、か
つサンプルホールド回路24によつてサンプルホ
ールドされた出力信号は、フイードスルーレベル
11′に相当する。差動増幅器27から出力され
る前記2つの出力信号の差は、1つおきの読出し
周期、例えば偶数番目の読出し周期の所望の画像
信号である。一方サンプルホールド回路25の出
力信号は、フイードスルーレベル11,11″に
相当し、かつサンプルホールド回路26の出力
は、信号電荷レベル12,12″に相当する。差
動増幅器から出力されるこれら2つの出力信号の
差は、例えば奇数番目の読出し周期の所望の画像
信号である。
These outputs S21 and S22 are sampled and held by sample and hold circuits 23, 24, 25, and 26 at the subsequent stage. Sample hold circuit 2
The control signals of 3 and 24 are shown in FIG. 3 SP23,
The control signals for the sample and hold circuits 25 and 26 are:
It is indicated by SP25 in the figure. Therefore, the output signal sampled and held by the sample and hold circuit 23 corresponds to the signal charge level 12', and the output signal sampled and held by the sample and hold circuit 24 corresponds to the feedthrough level 11'. do. The difference between the two output signals output from the differential amplifier 27 is the desired image signal in every other readout period, for example in an even numbered readout period. On the other hand, the output signal of the sample and hold circuit 25 corresponds to the feedthrough level 11, 11'', and the output of the sample and hold circuit 26 corresponds to the signal charge level 12, 12''. The difference between these two output signals from the differential amplifier is, for example, the desired image signal of the odd readout period.

上記の場合に光電変換素子上に、第4図に示す
ような色配列のマイクロカラーフイルタを配置す
れば、各読出し周期毎にG,RおよびG,Bの色
信号が、出力端子S27およびS28から独立に
取出される。その場合本回路によれば、雑音除去
と同時に色分離を行うこともできる。
In the above case, if a micro color filter with a color arrangement as shown in FIG. independently extracted from. In this case, according to the present circuit, color separation can be performed at the same time as noise removal.

第5図と第6図は、本発明による回路における
前段のサンプルホールド回路30,31,32を
読出し周期の3倍に相当する周期で動作させる構
成とその場合の各部動作を示す図である。この回
路の動作は、第1図に示したものと同じであるか
ら、第5図と第6図を比較考察すれば、当業者に
は容易に理解できる。この場合前段のサンプルホ
ールド制御信号P30,P31,P32のくり返
し周期は、読出し周期の3倍になつている。また
これら制御信号の立下り点が、フイードスルーレ
ベル(第3図CCD出力の11,11′,11″に
相当)の出力される期間に一致していればよい。
従つてこれら制御信号に課されるタイミング精度
も大幅に緩和される。
FIGS. 5 and 6 are diagrams showing a configuration in which the sample and hold circuits 30, 31, and 32 at the previous stage in the circuit according to the present invention are operated at a cycle corresponding to three times the read cycle, and the operation of each part in that case. Since the operation of this circuit is the same as that shown in FIG. 1, it can be easily understood by those skilled in the art by comparing FIGS. 5 and 6. In this case, the repetition period of the sample hold control signals P30, P31, and P32 at the previous stage is three times the read period. Further, it is sufficient that the falling points of these control signals coincide with the period during which the feed-through level (corresponding to 11, 11', 11'' of the CCD output in FIG. 3) is output.
The timing precision imposed on these control signals is therefore also significantly relaxed.

この場合それぞれの差動増幅器39,40,4
1の出力S39,S40,S41は、それぞれ
3n−2番目、3n−1番目、3n番目の読出し周期
に対応している(nは正の整数)。従つて、この
場合に第7図に示すような色配列のマイクロカラ
ーフイルムを使用すれば、それぞれの出力端子か
らR,G,B色信号が独立に取出される。
In this case, each differential amplifier 39, 40, 4
The outputs S39, S40, and S41 of 1 are respectively
This corresponds to the 3n-2nd, 3n-1st, and 3n-th read cycles (n is a positive integer). Therefore, in this case, if a microcolor film having a color arrangement as shown in FIG. 7 is used, R, G, and B color signals can be taken out independently from each output terminal.

(発明の効果) 以上記載したとおり、本発明のCCDの信号読
出し回路によれば、速度、タイミング精度が緩和
されたパルスで相関2重サンプリング処理ができ
るため、より高速の、従つて高画素数のイメージ
センサのリセツトノイズを除去できる。即ち、ノ
イズの少ない高画質の画像を実現できる。また、
本発明は相関2重サンプリング処理と色分離を同
時に行うことができるため、回路規模、消費電力
共に小さくすることができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the CCD signal readout circuit of the present invention, correlated double sampling processing can be performed using pulses with relaxed speed and timing accuracy. It is possible to remove the reset noise of the image sensor. That is, a high quality image with less noise can be realized. Also,
Since the present invention can simultaneously perform correlated double sampling processing and color separation, it is possible to reduce both circuit scale and power consumption.

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

第1図は、本発明によるCCD読出し回路の第
1の実施例を示すブロツク図、第2図は、サンプ
ルホールド回路の実施例を示す図。第3図は、第
1図の回路の動作を説明するための波形図、第4
図は、本発明に有利に利用できるマイクロカラー
フイルタの略図、第5図は、本発明による回路の
第2の実施例を示すブロツク図、第6図は、第5
図の回路の動作を説明するための波形図、第7図
は、本発明に有利に利用できる別のマイクロカラ
ーフイルタの略図である。 21〜26,30〜38……サンプルホールド
回路、27,28,39〜41……差動増幅器。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a CCD readout circuit according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a sample and hold circuit. Figure 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the circuit in Figure 1;
5 is a block diagram showing a second embodiment of the circuit according to the invention; FIG.
FIG. 7, a waveform diagram for explaining the operation of the circuit shown in the figure, is a schematic diagram of another micro color filter that can be advantageously used in the present invention. 21-26, 30-38... Sample hold circuit, 27, 28, 39-41... Differential amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 フローテイングデイフユージヨン型出力回路
を有するCCDの信号読出し回路において、 前記CCDの出力を信号読出し周期毎に順次選
択して各画素のフイールドスルーレベルをサンプ
ルして少なくとも当該信号読出し周期の間ホール
ドする、少なくとも2つの前段サンプルホールド
回路と、 前記の前段のサンプルホールド回路においてフ
イールドスルーレベルがホールドされた側が動作
し、当該信号読出し周期内にてリサンプルする後
段第一サンプルホールド回路と、 前記の後段第一サンプルホールド回路と各々一
対で動作し、後段第一サンプルホールド回路に同
期して画素の信号電荷レベルをサンプルホールド
する後段第二サンプルホールド回路とを備え、 後段第一および第二サンプルホールド回路のう
ち同一信号周期内にサンプルホールドを行なうも
のの差が、信号読出し回路の出力であることを特
徴とする、CCDの信号読出し回路。
[Claims] 1. In a CCD signal readout circuit having a floating diffusion type output circuit, the output of the CCD is sequentially selected in each signal readout period, and the field-through level of each pixel is sampled to at least At least two front-stage sample-and-hold circuits that hold the signal during the signal readout period; and a first rear-stage sample-and-hold circuit in which the side where the field-through level is held operates and resamples within the signal readout period. a sample-and-hold circuit, and a second second sample-and-hold circuit that operates in pairs with the first second sample-and-hold circuit and samples and holds the signal charge level of the pixel in synchronization with the first second sample-and-hold circuit; A signal readout circuit for a CCD, characterized in that the difference between the first and second sample and hold circuits that sample and hold within the same signal period is the output of the signal readout circuit.
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