JPH0556360A - Preamplifier for solid-state image pickup element - Google Patents

Preamplifier for solid-state image pickup element

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JPH0556360A
JPH0556360A JP3209650A JP20965091A JPH0556360A JP H0556360 A JPH0556360 A JP H0556360A JP 3209650 A JP3209650 A JP 3209650A JP 20965091 A JP20965091 A JP 20965091A JP H0556360 A JPH0556360 A JP H0556360A
Authority
JP
Japan
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signal
charge
time
solid
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP3209650A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Fuse
彰一 布施
Yasumi Miyagawa
八州美 宮川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH0556360A publication Critical patent/JPH0556360A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent the deterioration of a picture quality due to the asymmetry of signal edges, at the time of the rising and falling of a video signal. CONSTITUTION:In an image pickup device using the solid-state image pickup element, a preamplifier using a correlation duplex sampling method is used for removing a reset noise being a defect at the time of detecting a charge by a floating diffusion amplifier. The time constants of the charge and discharge of capacitors 24 and 31 of a clamp circuit and a sample-and-hold circuit are different, and then the signal edge at the time of the rising and falling of the video signal are asymmetrical, and as the result the picture signal deteriorates. Thus, a signal supply to the capacitors 24 and 31 is operated by using constant current circuits 45 and 50, so that the time constants of the charge and discharge of the capacitors 24 and 31 can be equal. Thus, the signal edges at the time of the rising and falling of the video signal can be symmetrical.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子を用いた撮
像装置の前置増幅装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a preamplifier for an image pickup device using a solid-state image pickup device.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日、固体撮像素子は広く用いられてお
り、その動作原理については既に公知のことであるが本
発明に深く関わっているので、以下、その概略を簡単に
説明する。
2. Description of the Related Art Today, solid-state image pickup devices are widely used, and the operating principle of the solid-state image pickup device is well known, but since it is deeply related to the present invention, its outline will be briefly described below.

【0003】すなわち、CCD型固体撮像素子(以下C
CDという)は、行および列方向にmおよびn個のフォ
トダイオードとCCDから成るm列の垂直転送レジスタ
および水平転送レジスタと電荷検出部から構成されてい
る。フォトダイオードは被写体からの入射光を光電変換
するとともに、光電変換して得られた信号電荷を蓄積す
る。信号電荷は信号読みだしゲートを介して垂直転送レ
ジスタへ読み込まれた後、垂直転送パルスにより水平転
送レジスタ方向へ順次転送され、水平ライン毎に水平転
送レジスタに転送される。
That is, a CCD type solid-state image pickup device (hereinafter C
(CD) comprises m and n photodiodes in the row and column directions and m columns of vertical transfer registers and horizontal transfer registers composed of CCDs, and a charge detector. The photodiode photoelectrically converts incident light from a subject and accumulates signal charges obtained by photoelectric conversion. The signal charges are read into the vertical transfer register via the signal reading gate, and then sequentially transferred in the horizontal transfer register direction by the vertical transfer pulse, and transferred to the horizontal transfer register for each horizontal line.

【0004】この水平転送レジスタへ転送された信号電
荷は水平転送パルス供給端子から供給される水平転送パ
ルスにより電荷検出部へ順次転送され、電荷検出部のフ
ローティングディフュージョンにより電圧信号に転換さ
れて信号出力端子から順次信号として得られる。
The signal charges transferred to the horizontal transfer register are sequentially transferred to the charge detection unit by the horizontal transfer pulse supplied from the horizontal transfer pulse supply terminal, converted into a voltage signal by the floating diffusion of the charge detection unit, and output as a signal. The signals are sequentially obtained from the terminals.

【0005】図3に水平転送レジスタと電荷検出部の断
面図を示し、この電荷検出部の動作について、以下、簡
単に説明する。図3において、水平転送レジスタを構成
する水平転送ゲート1、2、3、4にそれぞれ接続され
る供給端子5には水平転送パルスΦH1〜ΦH4が供給され
る。また、電荷検出部6としてのフローティングディフ
ュージョンアンプ(以下FDAという)は、フローティ
ングディフュージョン7と、電源V1 に接続されるリセ
ットドレイン8と、ΦG 端子に接続される出力ゲート電
極9と、リセットパルスΦR の供給端子であるΦR 端子
10に接続されるリセット電極11と、フローティングディ
フュージョン7にベースが接続され、電源V2 にドレイ
ンが接続されるFET12と、このFET12のソースに接
続されるソース抵抗13とにより構成されている。さら
に、フローティングディフュージョン(以下FDとい
う)7は直接的に直流電源に接続されていない漂遊拡散
であり、また、FET12のソースとソース抵抗13の接続
点には出力端子14が接続されている。15はP型基板であ
り、このP型基板15上には絶縁用酸化膜SiO2 16が設
けられている。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the horizontal transfer register and the charge detecting portion, and the operation of the charge detecting portion will be briefly described below. In FIG. 3, horizontal transfer pulses Φ H1 to Φ H4 are supplied to the supply terminals 5 connected to the horizontal transfer gates 1, 2, 3, and 4 which form the horizontal transfer register. The floating diffusion amplifier (hereinafter referred to as FDA) as the charge detection unit 6 includes a floating diffusion 7, a reset drain 8 connected to the power supply V1, an output gate electrode 9 connected to the Φ G terminal, and a reset pulse Φ. it is an R supply terminal of Φ R terminal
It comprises a reset electrode 11 connected to 10, a FET 12 having a base connected to the floating diffusion 7 and a drain connected to the power supply V2, and a source resistor 13 connected to the source of the FET 12. Further, the floating diffusion (hereinafter referred to as FD) 7 is a stray diffusion that is not directly connected to the DC power source, and the output terminal 14 is connected to the connection point between the source of the FET 12 and the source resistance 13. Reference numeral 15 is a P-type substrate, and an insulating oxide film SiO 2 16 is provided on the P-type substrate 15.

【0006】図4は図3を単純化してその概略構成を示
したものであり、また、図5は電極ΦH1〜ΦH4、ΦR
子10に印加する各パルスを示したものである。そして、
図4は図5の各時間t1 〜t5 におけるポテンシャルモ
デルを示している。
FIG. 4 shows a simplified configuration of FIG. 3 by simplifying it, and FIG. 5 shows each pulse applied to the electrodes Φ H1 to Φ H4 and Φ R terminal 10. And
FIG. 4 shows a potential model at each time t 1 to t 5 in FIG.

【0007】まず、図4の時間t1 は水平転送が行われ
る寸前の状態、すなわち、垂直転送レジスタから水平転
送レジスタへ信号電荷が転送された直後の状態である。
この時間t1 において電極ΦH1、ΦH2に電圧が印加され
ると、電極ΦH1、ΦH2下のポテンシャルは高くなり、垂
直転送レジスタから水平転送レジスタへ転送された信号
電荷は電極ΦH1、ΦH2下に捕捉される。図4ではQ1
2 が信号電荷である。このとき、FD7の電荷は、図
5に示したリセットパルスΦR であるΦR パルスAがΦ
R 端子10に印加されたときの状態を維持する。すなわ
ち、ΦR 端子10にΦR パルスAが印加されるとFD7の
電位は約V1 となり、FD7に電荷を与えない限りV1
を維持する。ここで、FD7に信号電荷が注入されない
水平帰線期間中にもΦR パルスAを印加するのは暗電流
によりFD7の電荷が変動するのを防ぐためである。
First, time t 1 in FIG. 4 is in a state immediately before horizontal transfer is performed, that is, a state immediately after the signal charges are transferred from the vertical transfer register to the horizontal transfer register.
Electrodes [Phi H1 In this time t 1, the voltage [Phi H2 is applied, the electrodes [Phi H1, [Phi H2 potential under goes high, the signal charges transferred from the vertical transfer registers to the horizontal transfer register electrodes [Phi H1, Trapped under Φ H2 . In FIG. 4, Q 1 ,
Q 2 is the signal charge. At this time, the charge of the FD 7 is Φ R pulse A which is the reset pulse Φ R shown in FIG.
The state when applied to the R terminal 10 is maintained. That is, when the Φ R pulse A is applied to the Φ R terminal 10, the potential of the FD 7 becomes about V 1 , and unless the FD 7 is charged, V 1
To maintain. Here, the reason why the Φ R pulse A is applied even during the horizontal retrace period during which no signal charge is injected into the FD7 is to prevent the charge in the FD7 from varying due to a dark current.

【0008】次に、図4のt2 は、信号電荷(Q1 、Q
2 )が電荷検出部6の方向へCCDの1電極分だけ転送
された状態であり、FD7の電位はV1 を維持する。さ
らに、図4のt3 は、信号電荷(Q1 、Q2 )が電荷検
出部6の方向へさらに1電極分だけ転送され、ΦR 端子
10にΦR パルスAが印加されるためFD7の電位はV1
となる。
Next, t 2 in FIG. 4 is the signal charge (Q 1 , Q
2 ) has been transferred in the direction of the charge detection unit 6 by one electrode of the CCD, and the potential of the FD 7 maintains V 1 . Further, at t 3 in FIG. 4, the signal charge (Q 1 , Q 2 ) is further transferred by one electrode toward the charge detection unit 6, and the Φ R terminal
Since Φ R pulse A is applied to 10, the potential of FD7 is V 1
Becomes

【0009】さらに、図4のt4 では、信号電荷
(Q1 、Q2 )が電荷検出部6の方向へ更に1電極分だ
け転送されるため、信号電荷Q1 の一部は電極ΦH4下に
捕捉され残りはFD7へ転送されFD7の電位は信号電
荷の量に応じて下がる。
Further, at t 4 in FIG. 4, the signal charges (Q 1 , Q 2 ) are further transferred by one electrode in the direction of the charge detection unit 6, so that part of the signal charge Q 1 is transferred to the electrode Φ H4. It is captured below and the rest is transferred to FD7, and the potential of FD7 drops according to the amount of signal charge.

【0010】さらに、図4のt5 では、信号電荷
(Q1 、Q2 )が電荷検出部6の方向へもう1電極分だ
け転送されるため電極ΦH4下に捕捉されていた信号電荷
1 の残りも全てFD7へ転送される。このため、FD
7の電位は更に下がり、VP の電位となる。そして、こ
のFD7の電位VP はΦR 端子10にΦR パルスが印加さ
れるまで保持される。
Further, at t 5 in FIG. 4, since the signal charges (Q 1 , Q 2 ) are transferred by the amount of another electrode toward the charge detecting portion 6, the signal charges Q trapped under the electrode Φ H4. The rest of 1 is also transferred to FD7. Therefore, FD
The potential of 7 further decreases to the potential of V P. The potential V P of the FD 7 is held until the Φ R pulse is applied to the Φ R terminal 10.

【0011】図6に電荷検出部6としてのFDAを用い
た固体撮像素子からの映像出力の概略を示し、固体撮像
素子からの映像出力Bの模式図である。なお、Aは図5
のΦ R パルスである。図6において、図3の出力端子14
からリセット期間a、零レベル期間b、さらに信号期間
cで変化する映像出力Bが出力される。この信号期間c
にFD7からの信号電圧が現れ、実線B1 で示した波形
がFD7に信号電荷が注入されたときの信号波形で、破
線B2 で示した波形がFD7に信号電荷が注入されなか
ったときの信号波形である。
In FIG. 6, an FDA is used as the charge detection unit 6.
The outline of the video output from the solid-state image sensor is shown.
It is a schematic diagram of a video output B from the element. In addition, A is shown in FIG.
Φ RIt is a pulse. 6, the output terminal 14 of FIG.
To reset period a, zero level period b, and signal period
The video output B that changes with c is output. This signal period c
The signal voltage from FD7 appears at the waveform shown by the solid line B1.
Is the signal waveform when the signal charge is injected into the FD7.
The waveform shown by line B2 shows whether the signal charge is injected into FD7.
It is the signal waveform when

【0012】フォトダイオードからの信号電荷を電荷検
出部6より電圧に変換し信号電圧として取り出すために
は、1画素分の信号電荷を取り出す度にFD7の電圧を
1 にリセットしなければならない。FD7をリセット
する際に、リセットゲート電極11下の界面準位により低
い周期の雑音(以下この雑音をリセット雑音という)が
発生する。つまり、界面準位によりFD7のリセット電
位が変動する。このリセット雑音はFD7が次にリセッ
トされるまでFD7の容量により保持される。すなわ
ち、リセット雑音はサンプルホールドされた形となって
図3の出力端子14から出力される。
In order to convert the signal charge from the photodiode into a voltage from the charge detection unit 6 and extract it as a signal voltage, the voltage of the FD 7 must be reset to V 1 each time the signal charge for one pixel is extracted. When the FD 7 is reset, a low cycle noise (hereinafter this noise is referred to as reset noise) is generated due to the interface state below the reset gate electrode 11. That is, the reset potential of the FD 7 changes depending on the interface state. This reset noise is held by the capacity of FD7 until FD7 is next reset. That is, the reset noise is sampled and held and is output from the output terminal 14 of FIG.

【0013】このため、図6に示した零レベル期間b、
さらに信号期間cの間、映像出力Bはリセット雑音によ
り変動する。したがって、このまま信号処理して映像信
号とした場合にはリセット雑音の混入した信号となって
しまう。
Therefore, the zero level period b shown in FIG.
Further, during the signal period c, the video output B fluctuates due to reset noise. Therefore, when the signal processing is performed as it is to form the video signal, the signal is mixed with reset noise.

【0014】このリセット雑音は、その電力が周波数f
に反比例した1/f雑音である。電荷検出部6における
1/f雑音の周波数は出力信号周波数の1/10以下であ
るため、出力信号の数ビットにわたって1/f雑音の変
動は小さく、ほぼ一定と見なせる。そして、1/f雑音
はテレビ画面上では水平の帯状となってランダムに現れ
るので画質を著しく損ねる。
This reset noise has an electric power of frequency f.
1 / f noise that is inversely proportional to. Since the frequency of the 1 / f noise in the charge detection unit 6 is 1/10 or less of the output signal frequency, the fluctuation of the 1 / f noise is small over several bits of the output signal and can be regarded as almost constant. Then, the 1 / f noise appears as a horizontal band on the TV screen at random, and the image quality is significantly impaired.

【0015】このように、1/f雑音の特徴に着目して
リセット雑音を除去する方法として、相関二重サンプリ
ング法が一般的に用いられている。この実用の相関二重
サンプリング法(以下CDS法という)を用いた前置増
幅装置の概略を図7に示している。図7において、D1
がクランプ回路部であり、D2 がその後段のサンプリン
グ回路部である。クランプ回路部D1 は、FD7からの
信号が入力される出力端子14に接続された入力端子21、
この入力信号を受けるトランジスタ22、そのバイアス抵
抗23、クランプのためのコンデンサ24、クランプパルス
で制御されるスイッチ25、クランプの基準電圧VS を与
える電源26、クランプ回路部D1 の終端トランジスタ27
から構成されている。また、サンプリング回路部D2
は、クランプ回路部D1 の終端トランジスタ27のエミッ
タに接続されるトランジスタ28、そのバイアス抵抗29、
サンプリングパルスで制御されるスイッチ30、サンプル
された信号をホールドするコンデンサ31、サンプリング
回路部D2 の終端トランジスタ32から構成されている。
さらに、終端トランジスタ32のエミッタにはCDS法に
よる前置増幅装置の信号出力端子33が接続されている。
As described above, the correlated double sampling method is generally used as a method for removing the reset noise while paying attention to the characteristic of the 1 / f noise. A schematic of a preamplifier using this practical correlated double sampling method (hereinafter referred to as CDS method) is shown in FIG. In FIG. 7, D1
Is a clamp circuit section, and D2 is a sampling circuit section in the subsequent stage. The clamp circuit portion D1 has an input terminal 21 connected to an output terminal 14 to which a signal from the FD 7 is input,
A transistor 22 that receives this input signal, its bias resistor 23, a capacitor 24 for clamping, a switch 25 controlled by a clamp pulse, a power supply 26 that supplies a reference voltage V S of the clamp, and a termination transistor 27 of the clamp circuit section D1.
It consists of Also, the sampling circuit section D2
Is a transistor 28 connected to the emitter of the terminating transistor 27 of the clamp circuit section D1, its bias resistor 29,
It is composed of a switch 30 controlled by a sampling pulse, a capacitor 31 for holding a sampled signal, and a termination transistor 32 of a sampling circuit section D2.
Further, the signal output terminal 33 of the preamplifier by the CDS method is connected to the emitter of the termination transistor 32.

【0016】上記構成により、以下、CDS法の動作を
説明する。図8に示すように、E1が入力端子21に入力
される信号波形、E2 がスイッチ25を制御するクランプ
パルス波形、E3 がクランプ回路部D1の出力信号波
形、すなわちトランジスタ28のベースに入力される信号
波形、E4 がスイッチ30を制御するサンプリングパルス
波形、E5 がサンプリング回路部D2 の出力信号波形、
すなわち出力端子33から出力される信号波形である。こ
の入力波形E1 は、図3の出力端子14からリセット期間
a、零レベル期間b、さらに信号期間cで変化する図6
の映像出力Bと同様な信号が出力されるが、入力波形E
1 の場合は、リセット雑音の影響で各期間a、b、cに
おけるレベルがd1 、d2 に示すように変化している。
さらに、スイッチ25はクランプパルスE2が電圧VH
ときにオン状態で、電圧VL のときにオフ状態であり、
また、スイッチ30はサンプリングパルスE4 が電圧VH
のときにオン状態で、電圧VL のときにオフ状態であ
る。このクランプパルスE2 は入力波形E1 の零レベル
期間bの間に電圧VH となり、また、サンプリングパル
スE4 は入力波形E1 の信号期間cの間に電圧VH とな
る。
With the above configuration, the operation of the CDS method will be described below. As shown in FIG. 8, E1 is a signal waveform input to the input terminal 21, E2 is a clamp pulse waveform controlling the switch 25, and E3 is an output signal waveform of the clamp circuit section D1, that is, the base of the transistor 28. Signal waveform, E4 is a sampling pulse waveform for controlling the switch 30, E5 is an output signal waveform of the sampling circuit section D2,
That is, it is a signal waveform output from the output terminal 33. The input waveform E1 changes from the output terminal 14 of FIG. 3 in the reset period a, the zero level period b, and the signal period c.
A signal similar to the video output B of is output, but the input waveform E
In the case of 1, the levels in the periods a, b, and c change due to the influence of reset noise as shown in d1 and d2.
Further, the switch 25 is in the ON state when the clamp pulse E2 is the voltage V H , and is in the OFF state when the clamp pulse E2 is the voltage V L ,
In addition, the switch 30 detects that the sampling pulse E4 has the voltage V H.
Is on, and is off when the voltage is V L. The clamp pulse E2 has the voltage V H during the zero level period b of the input waveform E1, and the sampling pulse E4 has the voltage V H during the signal period c of the input waveform E1.

【0017】まず、クランプパルスE2 が入力波形E1
の零レベル期間bの間に電圧VH となると、スイッチ25
がオンして電源26がコンデンサ24とトランジスタ27のベ
ースの接続点p1 に接続され、この接続点p1 に基準電
圧VS を与える。これにより、この接続点p1 の電位は
基準電位VS になる。そして、スイッチ25がオフした後
は、コンデンサ24を介してトランジスタ22のコレクタ端
の電位の変化分、すなわち、入力端子21に入力される信
号変化分だけが伝わって接続点p1 の電位が基準電位V
S より変化する。このように、零レベル期間bにおいて
は映像出力Bを基準電位VS にクランプしたことにな
る。すなわち、図8の波形E3 のようになり、先に示し
たリセット雑音が除去される。
First, the clamp pulse E2 is the input waveform E1.
When the voltage becomes V H during the zero level period b of
Is turned on and the power supply 26 is connected to the connection point p1 between the capacitor 24 and the base of the transistor 27, and the reference voltage V S is applied to this connection point p1. As a result, the potential of this connection point p1 becomes the reference potential V S. After the switch 25 is turned off, only the change in the potential at the collector end of the transistor 22, that is, the change in the signal input to the input terminal 21 is transmitted via the capacitor 24, and the potential at the connection point p1 becomes the reference potential. V
It changes from S. Thus, the video output B is clamped to the reference potential V S during the zero level period b. That is, the waveform E3 shown in FIG. 8 is obtained, and the reset noise described above is removed.

【0018】次に、サンプリングパルスE4 が入力波形
E1 の信号期間cの間に電圧VH となると、スイッチ30
がオンして抵抗29とトランジスタ28のコレクタの接続点
がコンデンサ31とトランジスタ32のベースの接続点p2
に接続され、この接続点p2の電位はトランジスタ28の
コレクタ端と同電位になる。その後、スイッチ30がオフ
しても次にスイッチ30がオンするまでコンデンサ31によ
りその電位をホールドする。これにより、信号期間cの
固体撮像素子からの信号電圧をサンプリングしたことに
なる。すなわち、図8の波形E5 のようなサンプリング
信号のみを出力端子33から取り出せることになる。
Next, when the sampling pulse E4 becomes the voltage V H during the signal period c of the input waveform E1, the switch 30
Is turned on, and the connection point between the resistor 29 and the collector of the transistor 28 becomes the connection point p2 between the capacitor 31 and the base of the transistor 32.
, And the potential of this connection point p2 becomes the same potential as the collector terminal of the transistor 28. After that, even if the switch 30 is turned off, the potential is held by the capacitor 31 until the switch 30 is turned on next time. As a result, the signal voltage from the solid-state image sensor in the signal period c is sampled. That is, only the sampling signal having the waveform E5 in FIG. 8 can be taken out from the output terminal 33.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】上記従来のCDS法で
は、コンデンサ24、31の充放電により動作させているた
め、コンデンサ24、31の充電時間および放電時間が直接
性能に影響する。図7に示したCDS法では、コンデン
サ24、31からの電荷の放電はトランジスタ22、28を介し
てそれぞれなされるが、充電は電圧源から抵抗23、29を
それぞれ介してなされるため、充放電において時定数に
差が生じ放電時定数に比べ充電時定数が長くなる。すな
わち、図7のCDS法を用いた前置増幅装置において、
サンプリング回路部D2 を例に取れば、映像信号が黒レ
ベル(入力端子21に入力される信号がハイレベル)にな
ったとき、接続点p2 の電位が上がりコンデンサ31は充
電される。映像信号が白レベル(入力端子21に入力され
る信号がローレベル)になったとき、接続点p2 の電位
が下がりコンデンサ31の電荷は放電される。このとき、
前述のように放電時間に比べて充電時間が長いため、黒
レベルから白レベルへのエッジに対して白レベルから黒
レベルへのエッジが鈍ることになる。すなわち、図7の
CDS法では信号の立ち上がりと立ち下がりでエッジが
対称とならない。このため、映像が大きく変化するエッ
ジでは、にじんだようになったり偽の陰ができるなど映
像を悪化させるという問題を有していた。
In the above-mentioned conventional CDS method, since the capacitors 24 and 31 are operated by charging and discharging, the charging time and discharging time of the capacitors 24 and 31 directly affect the performance. In the CDS method shown in FIG. 7, the electric charges from the capacitors 24 and 31 are discharged through the transistors 22 and 28, respectively, but the charging is performed from the voltage source through the resistors 23 and 29, respectively, so that charging and discharging are performed. At, a difference occurs in the time constant, and the charging time constant becomes longer than the discharging time constant. That is, in the preamplifier using the CDS method of FIG.
Taking the sampling circuit section D2 as an example, when the video signal becomes a black level (the signal input to the input terminal 21 is at a high level), the potential at the connection point p2 rises and the capacitor 31 is charged. When the video signal reaches the white level (the signal input to the input terminal 21 is at the low level), the potential at the connection point p2 drops and the charge of the capacitor 31 is discharged. At this time,
Since the charging time is longer than the discharging time as described above, the edge from the white level to the black level becomes dull with respect to the edge from the black level to the white level. That is, in the CDS method of FIG. 7, the edges are not symmetrical at the rising and falling edges of the signal. For this reason, there is a problem in that the image is deteriorated such as blurring or false shadows at the edge where the image changes greatly.

【0020】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、相関二重サンプリング法でサンプルホールドの放電
速度に比べて充電速度が遅いために生じる映像信号の立
ち上がりと立ち下がりでエッジが対称でないことによる
画質の劣化を防止することができる固体撮像素子の前置
増幅装置を提供することを目的とするものである。
The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and the edges are not symmetrical at the rising and falling edges of the video signal caused by the charging speed being slower than the discharging speed of the sample and hold in the correlated double sampling method. It is an object of the present invention to provide a preamplifier for a solid-state image sensor, which can prevent deterioration of image quality due to the above.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の固体撮像素子の前置増幅装置は、固体撮像素
子からの基準電圧および信号電圧が信号入力され前記基
準電圧をクランプするクランプ回路と、前記クランプ回
路から出力される前記信号電圧をサンプリングするサン
プルホールド回路を有する相関二重サンプリング法を用
いた固体撮像素子の前置増幅装置であって、前記クラン
プ回路におけるクランプの応答速度、およびサンプルホ
ールド回路におけるサンプルホールドの応答速度を信号
エッジの立ち上がりと立ち下がりで等しくするように前
記クランプ回路およびサンプルホールド回路に信号供給
する定電流源を備えたものである。
In order to solve the above problems, a preamplifier for a solid-state image sensor according to the present invention is a clamp for clamping a reference voltage and a signal voltage from the solid-state image sensor. A preamplification device for a solid-state image pickup device using a correlated double sampling method having a circuit and a sample hold circuit for sampling the signal voltage output from the clamp circuit, wherein a response speed of a clamp in the clamp circuit, And a constant current source for supplying a signal to the clamp circuit and the sample and hold circuit so that the response speed of the sample and hold in the sample and hold circuit becomes equal at the rising edge and the falling edge of the signal edge.

【0022】[0022]

【作用】上記構成により、クランプ回路およびサンプル
ホールド回路への信号供給にクランプの応答速度および
サンプルホールドの応答速度を信号エッジの立ち上がり
と立ち下がりで等しくする定電流源を用いたので、従来
の抵抗を介した電圧源による信号供給に比べて固体撮像
素子の映像信号出力の、映像が大きく変化する白レベル
から黒レベルへの応答速度が増し、これにより、黒レベ
ルから白レベルへの応答速度と白レベルから黒レベルへ
の応答速度を等しくすることが可能となり、信号エッジ
の対称な映像信号が得られる。
With the above structure, the constant current source for equalizing the response speed of the clamp and the response speed of the sample hold at the rising edge and the falling edge of the signal edge is used for the signal supply to the clamp circuit and the sample hold circuit. The response speed of the video signal output of the solid-state image sensor from the white level to the black level at which the image changes greatly compared to the signal supply by the voltage source via the, thereby increasing the response speed from the black level to the white level. It becomes possible to equalize the response speed from the white level to the black level, and a video signal having symmetrical signal edges can be obtained.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。なお、従来例と同一の作用効果を奏
するものには同一の符号を付してその説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same effects as those of the conventional example are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0024】図1は本発明の一実施例の固体撮像素子の
前置増幅装置の構成を示す回路図である。図1におい
て、電源VCCは抵抗41、さらに抵抗42を介して接地され
ている。抵抗41、42の接続点はトランジスタ43のベース
に接続され、また、そのコレクタは抵抗44を介して電源
CCに接続され、さらに、そのエミッタはトランジスタ
22のコレクタとコンデンサ24の接続点に接続されてい
る。以上により、クランプ回路へ信号供給可能な定電流
回路45を構成し、この定電流回路45により、コンデンサ
24を充電する。また、同様に、電源VCCは抵抗46、さら
に抵抗47を介して接地されている。これら抵抗46、47の
接続点はトランジスタ48のベースに接続され、また、そ
のコレクタは抵抗49を介して電源VCCに接続され、さら
に、そのエミッタはトランジスタ28のコレクタとスイッ
チ30の接続点に接続されている。以上により、サンプリ
ング回路へ信号供給可能な定電流回路50を構成し、この
定電流回路50により、スイッチ30を介してコンデンサ31
を充電する。したがって、信号供給を定電流源で行うト
ランジスタ43、48による定電流回路45、50を用いた相関
二重サンプリング法の前置増幅装置51が実現される。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a preamplifier for a solid-state image pickup device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the power supply V CC is grounded via a resistor 41 and a resistor 42. The connection point of the resistors 41 and 42 is connected to the base of the transistor 43, the collector thereof is connected to the power supply V CC through the resistor 44, and the emitter thereof is the transistor.
It is connected to the connection point between the collector of 22 and the capacitor 24. With the above, a constant current circuit 45 that can supply a signal to the clamp circuit is configured.
Charge 24. Similarly, the power supply V CC is grounded via the resistor 46 and the resistor 47. The connection point of these resistors 46 and 47 is connected to the base of the transistor 48, the collector thereof is connected to the power source V CC via the resistor 49, and the emitter thereof is connected to the collector of the transistor 28 and the switch 30. It is connected. As described above, the constant current circuit 50 capable of supplying a signal to the sampling circuit is configured, and the constant current circuit 50 allows the capacitor 31 to be connected via the switch 30.
To charge. Therefore, the preamplifier 51 of the correlated double sampling method using the constant current circuits 45 and 50 by the transistors 43 and 48 for supplying signals by the constant current source is realized.

【0025】上記構成により、以下、その動作を説明す
る。まず、クランプ回路部では入力信号の零レベル期間
にスイッチ25がオンして、電源26がコンデンサ24とトラ
ンジスタ27のベースの接続点p1 に接続され、この接続
点p1 に基準電圧VS を与える。これにより、この接続
点p1 の電位は基準電位VS になる。そして、スイッチ
25がオフした後は、コンデンサ24を介してトランジスタ
22のコレクタ端の電位の変化分、すなわち、入力端子21
に入力される信号変化分だけが伝わって接続点p1 の電
位が基準電位VS より変化する。このように、零レベル
期間で基準電圧VS にクランプされた信号が得られる。
With the above configuration, the operation will be described below. First, in the clamp circuit portion, the switch 25 is turned on during the zero level period of the input signal, the power supply 26 is connected to the connection point p1 of the base of the capacitor 24 and the transistor 27, and the reference voltage V S is applied to this connection point p1. As a result, the potential of this connection point p1 becomes the reference potential V S. And switch
After 25 is turned off, the
The change in the potential at the collector end of 22, that is, the input terminal 21
The potential of the connection point p1 changes from the reference potential V S by transmitting only the change of the signal input to. In this way, the signal clamped to the reference voltage V S is obtained in the zero level period.

【0026】次に、サンプリング回路部では、入力信号
の信号期間にスイッチ30がオンしてトランジスタ48のエ
ミッタとトランジスタ28のコレクタの接続点がコンデン
サ31とトランジスタ32のベースの接続点p2 に接続さ
れ、スイッチ30がオンしているときのみ信号が送られ
る。そして、スイッチ30を通過した信号がコンデンサ31
に蓄積され、スイッチ30が次にオンするまでその信号は
ホールドされる。これにより、信号期間のみスイッチ30
を通過した信号がサンプリングされたことになる。
Next, in the sampling circuit section, the switch 30 is turned on during the signal period of the input signal so that the connection point between the emitter of the transistor 48 and the collector of the transistor 28 is connected to the connection point p2 of the base of the capacitor 31 and the transistor 32. , A signal is sent only when the switch 30 is on. Then, the signal passed through the switch 30 becomes the capacitor 31.
, And the signal is held until switch 30 is next turned on. This allows the switch 30 only during the signal period.
The signal passed through is sampled.

【0027】すなわち、本発明の要点はコンデンサ24、
31への充放電の時定数を等しくすることにある。その動
作をサンプリング回路部を例に取って、以下、詳しく説
明する。まず、トランジスタ28に入力される信号、すな
わち、サンプリング回路部への入力信号電圧がハイから
ローになったとき、コンデンサ31は定電圧源50を介して
充電される。そして、サンプリング回路部への入力信号
の信号電圧がローからハイになったとき、コンデンサ31
に充電されていた電荷はトランジスタ28を介して放電す
る。このとき、定電流源である定電流回路50は、トラン
ジスタ48のベースに抵抗46、47で決まる所定電圧が常に
印加されているため、トランジスタ48のコレクタからエ
ミッタに一定の電流IS が流れることなる。入力信号電
圧が最大のときにトランジスタ28に流れる電流をIH
し、入力信号電圧が最小のときにトランジスタ28に流れ
る電流をIL としたとき,電流IH と電流IL の平均値
に電流IS を定めると、入力信号電圧が最大から最小に
なったときにコンデンサ31を充電する電流と、入力信号
電圧が最小から最大になったときにコンデンサ31から放
電される電流が共に電流IS と等しくなって時定数が同
一となる。すなわち、立ち上がりと立ち下がりのエッジ
が対称となる。
That is, the gist of the present invention is that the capacitor 24,
It is to make the time constants of charging and discharging 31 equal. The operation will be described in detail below by taking the sampling circuit unit as an example. First, when the signal input to the transistor 28, that is, the input signal voltage to the sampling circuit unit changes from high to low, the capacitor 31 is charged via the constant voltage source 50. When the signal voltage of the input signal to the sampling circuit section changes from low to high, the capacitor 31
The electric charge that has been charged to is discharged through the transistor 28. At this time, in the constant current circuit 50, which is a constant current source, a constant voltage I S flows from the collector of the transistor 48 to the emitter because the predetermined voltage determined by the resistors 46 and 47 is always applied to the base of the transistor 48. Become. When the current flowing through the transistor 28 when the input signal voltage is maximum is I H and the current flowing through the transistor 28 when the input signal voltage is minimum is I L , the current I H and the current I L are averaged. When I S is defined, the current for charging the capacitor 31 when the input signal voltage becomes the maximum to the minimum and the current discharged from the capacitor 31 when the input signal voltage becomes the minimum to the maximum are both the current I S. And the time constant becomes the same. That is, the rising and falling edges are symmetrical.

【0028】また、クランプ回路部についても同様に、
コンデンサ24の充電時に流れ込む電流とコンデンサ24の
放電時に流れ出す電流が等しくなるように、トランジス
タ43のコレクタからエミッタに流れる、サンプリング回
路部の場合と同じように平均電流IS が設定可能であ
り、これにより、立ち上がりと立ち下がりのエッジが対
称になる。
Similarly, the clamp circuit section
The average current I S that can flow from the collector of the transistor 43 to the emitter of the transistor 43 can be set in the same manner as in the sampling circuit section so that the current flowing when the capacitor 24 is charged and the current flowing when the capacitor 24 is discharged are equal. This makes the rising and falling edges symmetrical.

【0029】さらに、実際の被写体を撮像したときの信
号波形を図2を用いて説明する。図2において、52は、
映像53を撮影したときの破線部XーYでの信号模式図を
示している。54は図7における従来のCDS法の前置増
幅装置を用いたときの出力信号の模式図を示している。
この場合、立ち下がりエッジ54aと立ち上がりエッジ54
bが非対称になっている。55は信号模式図の信号54をデ
ィテール(高域強調)を効かせたときの信号である。56
は図1における本実施例のCDS法の前置増幅装置を用
いたときの出力信号の模式図を示している。この場合、
立ち下がりエッジ56aと立ち上がりエッジ56bが対称と
なっている。57は信号模式図の信号56をディテールを効
かせたときの信号である。以上により、図7における従
来のCDS法ではエッジ54a、54bが非対称であるのに
対して、図1における本実施例のCDS法を用いること
で立ち上がりと立ち下がりでエッジ56a、56bの対称な
信号が得られる。
Further, a signal waveform when an actual subject is imaged will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 52 is
The signal schematic diagram in the broken line part XY when the image | video 53 was image | photographed is shown. 54 shows a schematic diagram of the output signal when the preamplifier of the conventional CDS method in FIG. 7 is used.
In this case, the falling edge 54a and the rising edge 54
b is asymmetric. 55 is a signal when detail (high-frequency emphasis) is applied to the signal 54 in the signal schematic diagram. 56
Shows a schematic diagram of an output signal when the preamplifier of the CDS method of this embodiment in FIG. 1 is used. in this case,
The falling edge 56a and the rising edge 56b are symmetrical. 57 is a signal when detail is applied to the signal 56 of the signal schematic diagram. As described above, the edges 54a and 54b in the conventional CDS method shown in FIG. 7 are asymmetrical, whereas the CDS method of the present embodiment shown in FIG. Is obtained.

【0030】したがって、クランプ回路部およびサンプ
ルホールド回路への信号供給に定電流源を用いることに
より、従来の抵抗を介した電圧源による信号供給に比
べ、固体撮像素子の映像信号出力の白レベルから黒レベ
ルへの応答速度が増すことで、黒レベルから白レベルへ
の応答速度と白レベルから黒レベルへの応答速度を等し
くする、すなわち、クランプおよびサンプルホールドの
充電時間と放電時間を等しくすることができ、エッジの
対称な映像出力が得らる。これにより、従来のように、
映像が大きく変化するエッジで、にじんだようになった
り偽の陰ができるという問題は解消されて高品質な映像
となる。
Therefore, by using a constant current source for the signal supply to the clamp circuit section and the sample hold circuit, the white level of the video signal output of the solid-state image pickup device can be reduced as compared with the conventional signal supply by the voltage source via the resistor. By increasing the response speed to the black level, the response speed from the black level to the white level and the response speed from the white level to the black level are made equal, that is, the charge time and the discharge time of the clamp and sample hold are made equal. It is possible to obtain a video output with symmetrical edges. This allows you to
The problem of blurring and false shadows at the edges where the image changes drastically is resolved, resulting in a high quality image.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、クランプ
回路およびサンプルホールド回路への信号供給に定電流
源を用いることにより、従来の抵抗を介した電圧源によ
る信号供給に比べ、固体撮像素子の映像信号出力の白レ
ベルから黒レベルへの応答速度が増すことで、黒レベル
から白レベルへの応答速度と白レベルから黒レベルへの
応答速度を等しくする、即ちサンプルホールドの充電時
間と放電時間を等しくすることができ、エッジの対称な
映像が得られ高品質な映像となる。
As described above, according to the present invention, by using a constant current source for the signal supply to the clamp circuit and the sample hold circuit, compared with the conventional signal supply by the voltage source via the resistor, the solid-state imaging By increasing the response speed from the white level to the black level of the image signal output of the device, the response speed from the black level to the white level is made equal to the response speed from the white level to the black level, that is, the charging time of the sample hold and The discharge time can be made equal, and an image with symmetrical edges can be obtained, resulting in a high quality image.

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

【図1】本発明の一実施例の固体撮像素子の前置増幅装
置の構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a preamplifier for a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】実際の被写体を撮像したときの信号波形につい
て従来例と本実施例との差異を説明するための説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a difference between a conventional example and a present example regarding a signal waveform when an actual subject is imaged.

【図3】従来のCCD型撮像素子の水平転送段と電荷検
出部の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a horizontal transfer stage and a charge detection unit of a conventional CCD type image pickup device.

【図4】図3を簡略化したものとその各時間におけるポ
テンシャルモデルを示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a simplified version of FIG. 3 and a potential model at each time.

【図5】水平転送パルスおよびリセットパルスと図4の
各時間との関係を示した図である。
5 is a diagram showing a relationship between a horizontal transfer pulse and a reset pulse and respective times shown in FIG.

【図6】図3のFDAからの出力信号とリセットパルス
を示した図である。
6 is a diagram showing an output signal and a reset pulse from the FDA of FIG.

【図7】従来の相関二重サンプリング法を用いた固体撮
像素子の前置増幅装置の構成を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a preamplifier for a solid-state image pickup device using a conventional correlated double sampling method.

【図8】図7の各要部の波形図である。FIG. 8 is a waveform diagram of each main part in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

22、27、28、32、43、48 トランジスタ 25、30 スイッチ 24、31 コンデンサ 41、42、44、46、47、59 抵抗 45、50 定電流回路 51 前置増幅装置 22, 27, 28, 32, 43, 48 Transistor 25, 30 Switch 24, 31 Capacitor 41, 42, 44, 46, 47, 59 Resistor 45, 50 Constant current circuit 51 Preamplifier

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体撮像素子からの基準電圧および信号電
圧が信号入力され前記基準電圧を所定電圧にクランプす
るクランプ回路と、前記クランプ回路から出力される前
記信号電圧をサンプリングするサンプルホールド回路を
有する相関二重サンプリング法を用いた固体撮像素子の
前置増幅装置であって、前記クランプ回路におけるクラ
ンプの応答速度、およびサンプルホールド回路における
サンプルホールドの応答速度を信号エッジの立ち上がり
と立ち下がりで等しくするように前記クランプ回路およ
びサンプルホールド回路に信号供給する定電流源を備え
た固体撮像素子の前置増幅装置。
1. A clamp circuit for inputting a reference voltage and a signal voltage from a solid-state image sensor to clamp the reference voltage to a predetermined voltage, and a sample hold circuit for sampling the signal voltage output from the clamp circuit. A preamplifier for a solid-state imaging device using a correlated double sampling method, wherein a response speed of a clamp in the clamp circuit and a response speed of a sample hold in a sample hold circuit are made equal at a rising edge and a falling edge of a signal edge. A preamplifier for a solid-state image sensor, which includes a constant current source for supplying a signal to the clamp circuit and the sample hold circuit as described above.
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