JPH07222065A - Signal processing circuit for charge coupled element - Google Patents

Signal processing circuit for charge coupled element

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JPH07222065A
JPH07222065A JP6014254A JP1425494A JPH07222065A JP H07222065 A JPH07222065 A JP H07222065A JP 6014254 A JP6014254 A JP 6014254A JP 1425494 A JP1425494 A JP 1425494A JP H07222065 A JPH07222065 A JP H07222065A
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sampling
signal
circuit
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Masahiro Daiho
雅浩 大保
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Abstract

PURPOSE:To obtain an image with high S/N and high image quality by eliminating a fixed pattern noise independently of the effect of ambient temperature fluctuation. CONSTITUTION:The processing circuit is provided with intermediate amplifiers 16, 17 amplifying sampling signals c1, c2 at a gain of Av to provide outputs of signals f1, f2 respectively, clamp circuits 20, 21 holding a DC voltage level for an optical black period in the signals f1, f2 to be voltages VD1, VD2 respectively, and sampling circuits 18, 19 sampling the signals f1, f2 based on the application of sampling pulses PA1, PA2 whose timing differs from a timing of sampling pulses P1, P2 and providing outputs of sampling signals g1, g2 respectively.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電荷結合素子の信号処理
回路に関し、特に高解像度のテレビジョンカメラ用に適
するデュアルチャネル読出し構造を有する2次元型の電
荷結合素子の信号処理回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing circuit for a charge-coupled device, and more particularly to a signal processing circuit for a two-dimensional charge-coupled device having a dual channel readout structure suitable for a high resolution television camera.

【0002】[0002]

【従来の技術】電荷結合素子(以下CCD)は、高画質
化のため多画素化が進み、ハイビジョンなどの高精細度
テレビジョン方式のカメラ用として200万画素以上の
超高解像度CCDが開発されている。この開発過程にお
いて、画素パターンの高密度化やクロックレートの高速
化などの解決すべき課題や、また、単位画素当りの感度
の低下などの問題点が生じている。
2. Description of the Related Art Charge coupled devices (hereinafter referred to as CCDs) have become more and more pixels in order to improve image quality, and ultra high resolution CCDs having 2 million pixels or more have been developed for high definition television cameras such as high vision. ing. In the course of this development, there are problems such as high density of pixel patterns and high speed of clock rate to be solved, and also problems such as reduction of sensitivity per unit pixel.

【0003】上記画素パターンの高密度化やクロックレ
ートの高速化の課題を解決する技術として、デュアルチ
ャネル読出し構造(例えば、テレビジョン学界誌,第4
1巻,1987年,第11号,第988頁参照)が考案
されている。これは、同一構造の2つの水平シフトレジ
スタをトランスファ電極を挟んで上下方向に並列に配置
し、垂直シフトレジスタから転送された信号電荷を1画
素置きに上下の上記水平シフトレジスタの各々に振分け
るものである。これにより、パターンルールの緩和およ
びクロックレートの半減という効果がある。
As a technique for solving the problems of high density of pixel pattern and high speed of clock rate, a dual channel read structure (see, for example, the journal of television science, 4th edition).
1 (1987, No. 11, page 988). This is because two horizontal shift registers having the same structure are arranged in parallel in the vertical direction with a transfer electrode sandwiched therebetween, and the signal charges transferred from the vertical shift register are distributed to the upper and lower horizontal shift registers every other pixel. It is a thing. This has the effect of relaxing the pattern rules and halving the clock rate.

【0004】このようなデュアルチャネル読出し構造の
水平シフトレジスタを有する超高解像度CCDの出力信
号を標本化するとき2つの大きな問題点がある。第1の
問題点は、2つの水平シフトレジスタの出力アンプの直
流電圧レベルのばらつきにより生ずる縦すじ状の固定パ
ターン雑音や解像度劣化等である。第2の問題点は、多
画素化によりレベル低下した画素信号に対するスイッチ
ング雑音などのサンプリング回路系自身の雑音の影響に
よるS/N劣化である。
There are two major problems when sampling the output signal of an ultra high resolution CCD having a horizontal shift register having such a dual channel read structure. The first problem is vertical stripe-shaped fixed pattern noise and resolution deterioration caused by variations in the DC voltage levels of the output amplifiers of the two horizontal shift registers. A second problem is the S / N deterioration due to the influence of noise of the sampling circuit system itself such as switching noise for the pixel signal whose level is lowered due to the increase in the number of pixels.

【0005】従来のCCDの信号処理回路をブロックで
示す図5を参照すると、この従来のCCDの信号処理回
路は、半導体基板上に列行のマトリクス状に配列された
画素対応の光電変換素子群と列方向の上記光電変換素子
の各々の信号電荷の垂直転送用の垂直シフトレジスタ群
とから成る撮像領域1と、撮像領域1の右方に隣接して
遮光体に覆われた光電変換素子群と対応の垂直シフトレ
ジタとの配列から成り被写体の黒い部分に対応する光電
変換素子出力であるオプチカルブラックレベルを出力す
るオプチカルブラック領域2と、撮像領域1およびオプ
チカルブラック領域2の上記垂直シフトレジスタの出力
側に1画素置きに接続されトランスファ電極4を挟んで
上下に配置された水平シフトレジスタ3,5と、水平シ
フトレジスタ3,5の各々の出力側に接続された出力ア
ンプ6,7と、出力アンプ6,7の各々の出力をそれぞ
れ前置増幅しそれぞれ信号a1,a2を出力する前置ア
ンプ8,9と、信号a1,a2の雑音をそれぞれ除去し
信号b1,b2をそれぞれ出力する雑音除去回路10,
11と、信号b1,b2のサンプリングを行い信号c
1,c2をそれぞれ出力するサンプリング回路12,1
3と、信号c1,c2を加算し連続信号dを出力する混
合回路14と、信号dの供給を受け出力信号eをプロセ
ス回路に出力するバッファ回路15とを備える。
Referring to FIG. 5, which shows a block diagram of a signal processing circuit of a conventional CCD, this conventional signal processing circuit of a CCD is a photoelectric conversion element group corresponding to pixels arranged in a matrix of columns and rows on a semiconductor substrate. And a vertical shift register group for vertical transfer of each signal charge of the photoelectric conversion elements in the column direction, and a photoelectric conversion element group adjacent to the right side of the imaging area 1 and covered with a light shield. And a corresponding vertical shift register, and an optical black area 2 for outputting an optical black level which is a photoelectric conversion element output corresponding to a black portion of a subject, and an output of the vertical shift register of the imaging area 1 and the optical black area 2. The horizontal shift registers 3 and 5 which are connected to every other pixel on the side and arranged vertically with the transfer electrode 4 interposed therebetween, and the horizontal shift registers 3 and 5. Of the output amplifiers 6 and 7 connected to the respective output sides of the output amplifiers, and the preamplifiers 8 and 9 that preamplify the outputs of the output amplifiers 6 and 7 and output the signals a1 and a2, respectively. a noise removal circuit 10, which removes the noise of a2 and outputs signals b1 and b2, respectively.
11 and the signals b1 and b2 are sampled to obtain the signal c
Sampling circuits 12 and 1 for respectively outputting 1 and c2
3, a mixing circuit 14 that adds the signals c1 and c2 and outputs a continuous signal d, and a buffer circuit 15 that receives the supply of the signal d and outputs the output signal e to the process circuit.

【0006】次に、図5を参照して、従来の電荷結合素
子の信号処理回路の動作について説明すると、撮像領域
1で光電変換された信号電荷は垂直シフトレジスタによ
り垂直転送され、水平方向の1画素置きに水平シフトレ
ジスタ3,5に振分けられる。ここで水平シフトレジス
タ3,5の各々を第1,第2チャネルとする。水平シフ
トレジスタ3,5の各々に転送された信号電荷は相互に
180°の位相差で転送され、第1,第2チャネルの各
々の出力アンプ6,7の出力信号s1,s2としてそれ
ぞれ前置アンプ8,9に供給される。前置アンプ8,9
の各々は信号s1,s2を増幅しそれぞれ信号a1,a
2を雑音除去回路10,11の各々に供給する。
Next, referring to FIG. 5, the operation of the conventional signal processing circuit of the charge coupled device will be described. The signal charges photoelectrically converted in the image pickup region 1 are vertically transferred by the vertical shift register and are transferred in the horizontal direction. Every other pixel is distributed to the horizontal shift registers 3 and 5. Here, each of the horizontal shift registers 3 and 5 is assumed to be the first and second channels. The signal charges transferred to each of the horizontal shift registers 3 and 5 are transferred to each other with a phase difference of 180 °, and are output as output signals s1 and s2 of the output amplifiers 6 and 7 of the first and second channels, respectively. It is supplied to the amplifiers 8 and 9. Preamplifier 8, 9
Each of which amplifies the signals s1 and s2 and outputs the signals a1 and a, respectively.
2 is supplied to each of the noise elimination circuits 10 and 11.

【0007】雑音除去回路10,11は、例えば特開平
1−208975号公報記載の電荷結合素子の信号処理
回路に用いた反射型雑音除去回路であり、出力端子を接
地した遅延線を備え、この遅延線の入力信号と入力端子
に戻ってきた反射信号との差動演算を行ないフイードス
ルー期間および信号期間の信号相互間の電位差をアナロ
グ的に求め、それぞれ各チャネル有効信号電圧成分であ
る信号b1,b2をサンプリング回路12,13の各々
に供給する。サンプリング回路12,13は2画素周期
毎に生成され相互に1画素周期分の位相差を有するサン
プリングパルスP1,P2の供給に応答して信号b1,
b2を1画素周期毎に交互にサンプリングを行い、それ
ぞれ信号c1,c2を混合回路14に供給し、連続信号
dに変換する。バッファ回路15はこの連続信号d対応
の出力信号eを後段のプロセス回路(図示せず)に供給
する。
The noise elimination circuits 10 and 11 are reflection type noise elimination circuits used in, for example, the signal processing circuit of the charge-coupled device described in JP-A-1-208975, and are provided with a delay line whose output terminal is grounded. A differential operation is performed between the input signal of the delay line and the reflected signal returned to the input terminal, the potential difference between the signals in the feedthrough period and the signal period is obtained in an analog manner, and the signal b1, which is the effective signal voltage component of each channel, is calculated. b2 is supplied to each of the sampling circuits 12 and 13. The sampling circuits 12 and 13 generate the signal b1 in response to the supply of the sampling pulses P1 and P2 which are generated every two pixel cycles and have a phase difference of one pixel cycle from each other.
B2 is alternately sampled for each pixel period, and signals c1 and c2 are supplied to the mixing circuit 14 and converted into a continuous signal d. The buffer circuit 15 supplies the output signal e corresponding to the continuous signal d to the process circuit (not shown) in the subsequent stage.

【0008】第1チャネルの有効信号電圧成分信号b1
のサンプリング過程のタイムチャートである図6を併せ
て参照すると、出力アンプ6からのCCD出力信号s1
は、上述のように、前置アンプ8により増幅され信号a
1として出力される。信号s1およびその増幅信号a1
は、出力部がリセットパルスによりリセットされるリセ
ット期間trと、リセット後の検出容量部が一定電位に
ディスチャージされるフイードスルー期間tfと、信号
電荷が上記検出容量部に注入される信号期間tsとから
成り、上述のようにフイードスルー期間tfと信号期間
tsの相互間電位差Vs1,Vs2,…が有効信号電圧
となる。
Effective signal voltage component signal b1 of the first channel
Referring also to FIG. 6 which is a time chart of the sampling process of, the CCD output signal s1 from the output amplifier 6
Is the signal a which is amplified by the preamplifier 8 as described above.
It is output as 1. Signal s1 and its amplified signal a1
Is based on a reset period tr in which the output unit is reset by a reset pulse, a feedthrough period tf in which the detection capacitance unit after reset is discharged to a constant potential, and a signal period ts in which signal charges are injected into the detection capacitance unit. As described above, the potential differences Vs1, Vs2, ... Between the feed through period tf and the signal period ts are effective signal voltages.

【0009】信号a1は雑音除去回路10に供給され、
フイードスルー期間tfおよび信号期間tsの各々信号
相互間の電位差を求める差動演算がなされ、電位差Vs
1,Vs2,…を含む信号b1として出力される。信号
b1はサンプリング回路12に供給され、サンプリング
パルスP1によりサンプリングされ信号c1として生成
される。一方、第2チャネルにおいても同様に、信号s
2,a2,b2を経てサンプリング回路13において、
サンプリングパルスP2によるサンプリング信号c2が
生成される。これら、信号c1,c2は混合回路14に
て加算され、連続信号dを生成する。しかしながら、信
号b1,b2に対するサンプリング動作時に、スイッチ
ング雑音Vsnが混入する。この種の超高解像度CCD
は、上述のように、信号レベルが小さいため、雑音Vs
nを無視できずS/N劣化の一要因となる。
The signal a1 is supplied to the noise elimination circuit 10,
A differential operation is performed to obtain the potential difference between the signals in the feed through period tf and the signal period ts, and the potential difference Vs is obtained.
, Bs2, ... Is output as a signal b1. The signal b1 is supplied to the sampling circuit 12, is sampled by the sampling pulse P1, and is generated as a signal c1. On the other hand, similarly for the second channel, the signal s
2, a2, b2 and then in the sampling circuit 13,
A sampling signal c2 is generated by the sampling pulse P2. These signals c1 and c2 are added in the mixing circuit 14 to generate a continuous signal d. However, the switching noise Vsn is mixed during the sampling operation for the signals b1 and b2. This kind of ultra high resolution CCD
Is the noise Vs because the signal level is low as described above.
Since n cannot be ignored, it becomes a factor of S / N deterioration.

【0010】2チャネルのサンプリング信号c1,c2
の直流電圧レベルのバランス調整動作のタイムチャート
を示す図7を併せて参照すると、このバランス調整はC
CDにより調整用のウインドパターンを撮像し、出力信
号をオシロスコープで観測しながら行う。出力アンプ
7,8の各々のオフセットレベルが異なると、同一パタ
ーンの撮像に対する第1,第2チャネルのサンプリング
信号c1,c2の各々の直流レベルVD1,VD2も異
なってくる。したがって、混合回路14で変換された連
続信号dは1画素周期毎に交互にVD1,VD2対応の
レベルとなるので、これら直流レベルVD1,VD2の
差分ΔVDの固定パターン雑音として出力され画面上で
は周期的な縦縞状として表示される。したがって、この
従来のCCD信号処理回路では、オプチカルブラックレ
ベル対応の信号c1,c2の各々の直流レベルVD1
B,VD2Bが等しくなるように、雑音除去回路10,
11内のオフセットレベル調整回路を手動調整してバラ
ンスをとっている。しかし、周囲温度の変化によるCC
D素子や各回路の温度ドリフトに起因する上記バランス
状態の崩れにより、直流レベルVD1B,VD2が相互
に変動することによる上記固定パターン雑音の発生は防
止できない。
Two-channel sampling signals c1 and c2
Referring also to FIG. 7, which shows a time chart of the DC voltage level balance adjustment operation,
The window pattern for adjustment is imaged by the CD and the output signal is observed with an oscilloscope. When the offset levels of the output amplifiers 7 and 8 differ, the DC levels VD1 and VD2 of the sampling signals c1 and c2 of the first and second channels for imaging the same pattern also differ. Therefore, since the continuous signal d converted by the mixing circuit 14 becomes a level corresponding to VD1 and VD2 alternately for every pixel period, it is output as fixed pattern noise of the difference ΔVD between these DC levels VD1 and VD2, and the period is displayed on the screen. Vertical stripes. Therefore, in this conventional CCD signal processing circuit, the DC level VD1 of each of the signals c1 and c2 corresponding to the optical black level is obtained.
So that B and VD2B are equal,
The offset level adjusting circuit in 11 is manually adjusted for balance. However, CC due to changes in ambient temperature
It is not possible to prevent the fixed pattern noise from being generated due to the mutual fluctuation of the DC levels VD1B and VD2 due to the collapse of the balance state caused by the temperature drift of the D element and each circuit.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電荷結
合素子の信号処理回路は、超高解像度対応の多画素化に
よる信号レベルが低下した画素信号に対するサンプリン
グ回路系のスイッチング雑音がS/Nの劣化要因となる
という欠点があった。
In the signal processing circuit of the conventional charge-coupled device described above, the switching noise of the sampling circuit system with respect to the pixel signal whose signal level is lowered due to the increase in the number of pixels corresponding to ultra-high resolution is S / N. There was a drawback that it became a deterioration factor.

【0012】また、周囲温度の変化による温度ドリフト
に起因する2チャネルの各々の信号の直流電圧レベルの
ばらつきにより生ずる縦縞状の固定パターン雑音が発生
し解像度劣化の要因となるという欠点があった。
Further, there is a drawback that fixed pattern noise in the form of vertical stripes occurs due to variations in the DC voltage levels of the signals of the two channels due to temperature drift due to changes in the ambient temperature, which causes deterioration of resolution.

【0013】本発明の目的は、上記欠点を解消し、スイ
ッチング雑音を除去するとともに温度ドリフトに起因す
る固定パターン雑音を除去することにより高S/Nかつ
高解像度の電荷結合素子の信号処理回路を提供すること
にある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks and to eliminate a switching noise and a fixed pattern noise caused by a temperature drift to provide a signal processing circuit of a charge coupled device having a high S / N and a high resolution. To provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の電荷結合素子の
信号処理回路は、半導体基板上にマトリクス状に配列さ
れ撮像対象像の光電変換された第1の信号電荷を出力す
る第1の光電変換素子群と、前記第1の光電変換素子群
に隣接して配列され遮光体に覆われてオプチカルブラッ
クレベル対応の光電変換された第2の信号電荷を出力す
る第2の光電変換素子群と、前記第1および第2の信号
電荷から成る1水平走査分の電荷信号を1画素周期毎に
交互に分割した第1および第2の電荷信号をそれぞれ転
送する第1および第2のシフトレジタと、前記第1およ
び第2のシフトレジタの各々の出力側に接続され前記第
1および第2の電荷信号対応の第1および第2の映像信
号をそれぞれ出力する第1および第2の出力増幅回路
と、前記第1および第2の映像信号の雑音をそれぞれ除
去し第1および第2の雑音除去信号をそれぞれ出力する
第1および第2の雑音除去回路と、前記第1および第2
の雑音除去信号の各々の有効信号成分を各々予め定めた
第1および第2のタイミングの第1および第2のサンプ
リングパルスの供給にそれぞれ応答してサンプリングし
それぞれ第1および第2のサンプリング信号を出力する
第1および第2のサンプリング回路と、前記第1および
第2のサンプリング信号を予め定めた利得で増幅し第1
および第2の中間増幅信号をそれぞれ出力する第1およ
び第2の中間増幅回路と、前記第1および第2の各々の
中間増幅信号中の前記第2の信号電荷対応の第1および
第2の直流電圧レベルをそれぞれ予め定めた第1の電圧
に保持する第1および第2のクランプ回路と、前記第1
および第2の各々の中間増幅信号を前記第1および第2
のタイミングとそれぞれ異なる第3および第4のタイミ
ングの第3および第4のサンプリングパルスの供給にそ
れぞれ応答してサンプリングしそれぞれ第3および第4
のサンプリング信号を出力する第3および第4のサンプ
リング回路と、前記第3および第4のサンプリング信号
を相互に加算して連続信号に変換する混合回路とを備え
て構成されている。
A signal processing circuit for a charge-coupled device according to the present invention is a first photoelectric conversion circuit which is arranged in a matrix on a semiconductor substrate and outputs a first signal charge photoelectrically converted from an image to be picked up. A conversion element group, and a second photoelectric conversion element group which is arranged adjacent to the first photoelectric conversion element group and which is covered with a light shield and outputs a photoelectrically converted second signal charge corresponding to an optical black level. A first and a second shift register for respectively transferring a first and a second charge signal obtained by alternately dividing the charge signal for one horizontal scanning, which is composed of the first and the second signal charges, every pixel period, First and second output amplifier circuits connected to the respective output sides of the first and second shift resisters and outputting first and second video signals corresponding to the first and second charge signals, respectively; The first and First and second noise elimination circuit 2 of the noise removed by the first and second noise cancellation signal, respectively of the video signal output, respectively, said first and second
The effective signal component of each of the noise-removed signals is sampled in response to the supply of the first and second sampling pulses at predetermined first and second timings, respectively, and the first and second sampling signals are respectively sampled. The first and second sampling circuits for outputting, and the first and second sampling signals are amplified by a predetermined gain to obtain the first and second sampling signals.
First and second intermediate amplification circuits for respectively outputting first and second intermediate amplification signals, and first and second first and second intermediate charge signals corresponding to the second signal charges in the first and second intermediate amplification signals, respectively. First and second clamp circuits for holding a DC voltage level at a predetermined first voltage, respectively;
And a second respective intermediate amplified signal to the first and second
Sampling in response to the supply of the third and fourth sampling pulses of the third and fourth timings respectively different from the timing of
The third and fourth sampling circuits for outputting the sampling signal of 1 and the mixing circuit for adding the third and fourth sampling signals to each other to convert into a continuous signal.

【0015】[0015]

【実施例】次に、本発明の実施例を図5と共通の構成要
素を共通の参照文字/数字を付して同様にブロックで示
す図1を参照すると、この図に示す本実施例のCCD信
号処理回路は、従来と共通の撮像領域1と、オプチカル
ブラック領域2と、トランスファ電極4と、水平シフト
レジスタ3,5と、出力アンプ6,7と、前置アンプ
8,9と、雑音除去回路10,11と、サンプリング回
路12,13と、混合回路14と、バッファ回路15と
に加えて、サンプリング回路12,13からのサンプリ
ング信号c1,c2をそれぞれ増幅した信号f1,f2
を供給する中間アンプ16,17と、信号f1,f2と
サンプリングパルスPA1,PA2との供給に応答して
信号f1,f2を再度サンプリングしサンプリング信号
g1,g2を出力し混合回路14に供給するサンプリン
グ回路18,19とを備える。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring now to FIG. 1, which illustrates an embodiment of the invention in common with like reference numerals / numerals and blocks in FIG. The CCD signal processing circuit includes an imaging area 1, an optical black area 2, a transfer electrode 4, horizontal shift registers 3 and 5, output amplifiers 6 and 7, preamplifiers 8 and 9, and noise common to the conventional one. In addition to the removal circuits 10 and 11, the sampling circuits 12 and 13, the mixing circuit 14, and the buffer circuit 15, signals f1 and f2 obtained by amplifying the sampling signals c1 and c2 from the sampling circuits 12 and 13, respectively.
Sampling in response to the supply of the intermediate amplifiers 16 and 17 for supplying the signals f1 and f2 and the sampling pulses PA1 and PA2 to output the sampling signals g1 and g2 and supply them to the mixing circuit 14. Circuits 18 and 19 are provided.

【0016】次に、図1および信号b1のサンプリング
過程のタイムチャートである図2を参照して本実施例の
動作について説明すると、まず、従来の技術と同様に、
撮像領域1で光電変換された信号電荷が水平方向の1画
素置きに水平シフトレジスタ3,5に振分けられて、第
1,第2チャネルの各々の出力アンプ6,7の出力信号
s1,s2としてそれぞれ前置アンプ8,9に供給さ
れ、増幅されて信号a1,a2として出力される。以
下、従来と同様に第1チャネルで代表させて説明する
と、信号a1は、雑音除去回路10に供給され、電位差
Vs1,Vs2,…を含む信号b1となり、この信号b
1はサンプリング回路12に供給され、サンプリングパ
ルスP1によりサンプリングされた信号c1として生成
される。この信号c1は、中間アンプ16に供給され、
所要の増幅が行われるとともに、後述のように、クラン
プ回路20により直流レベルがオプチカルブラックレベ
ル対応の電位に常に保持された電位差Vt1,Vt2,
…を含む信号f1となり、2段目のサンプル回路18に
供給される。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 2 which is a time chart of the sampling process of the signal b1. First, as in the prior art, first,
The signal charges photoelectrically converted in the imaging region 1 are distributed to the horizontal shift registers 3 and 5 every other pixel in the horizontal direction, and are output as the output signals s1 and s2 of the output amplifiers 6 and 7 of the first and second channels, respectively. The signals are supplied to the preamplifiers 8 and 9, respectively, amplified and output as signals a1 and a2. In the following, the first channel will be representatively described as in the conventional case. The signal a1 is supplied to the noise elimination circuit 10 and becomes the signal b1 including the potential differences Vs1, Vs2 ,.
1 is supplied to the sampling circuit 12 and is generated as a signal c1 sampled by the sampling pulse P1. This signal c1 is supplied to the intermediate amplifier 16,
While the required amplification is performed, as will be described later, the potential difference Vt1, Vt2 in which the DC level is always held at the potential corresponding to the optical black level by the clamp circuit 20.
The signal f1 including ... Is supplied to the second-stage sample circuit 18.

【0017】サンプル回路18は、信号f1とサンプリ
ングパルスP1とは重ならないように180°位相がず
れたタイミングのサンプリングパルスPA1との供給を
受け、信号f1を再度サンプリングし、出力信号g1を
生成する。一方、第2チャネルにおいても同様に、信号
s2,a2,b2,c2,およびf2を経てサンプリン
グ回路19において、サンプリングパルスPA2による
サンプリング信号g2が生成される。これら、信号g
1,g2は混合回路14にて加算され、連続信号dに変
換される。バッファ回路15はこの連続信号d対応の出
力信号eを後段のロセス回路に供給する。
The sampling circuit 18 is supplied with the sampling pulse PA1 whose timing is 180 ° out of phase so that the signal f1 and the sampling pulse P1 do not overlap each other, and resamples the signal f1 to generate the output signal g1. . On the other hand, also in the second channel, similarly, the sampling signal g2 is generated by the sampling pulse PA2 in the sampling circuit 19 via the signals s2, a2, b2, c2, and f2. These, signal g
1 and g2 are added by the mixing circuit 14 and converted into a continuous signal d. The buffer circuit 15 supplies the output signal e corresponding to the continuous signal d to the subsequent process circuit.

【0018】従来と同様に、信号b1のサンプリング時
に、スイッチング雑音Vsnが出力信号c1に混入す
る。また、2段目のサンプリング回路18においても同
様にスイッチング雑音Vtnが出力信号g1に混入す
る。ここで、これらスイッチング雑音VsnおよびVt
nの大きさは、サンプリング回路12,18の回路構成
が同一ならばほぼ等しく、Vsn=Vtnとなる。ま
た、中間アンプ16の利得をAvとすると、電位差Vt
1=Av・Vs1,Vt2=Av・Vs2,…となる。
したがって、出力信号g1におけるスイッチング雑音対
信号の比Vtn/Vt1,Vtn/Vt2,…は、信号
c1におけるスイッチング雑音対信号の比Vsn/Vs
1,Vsn/Vs2,…と比較して中間アンプ16の利
得Av分だけ、すなわち1/Avに小さくなる。したが
って、上述の2段階のサンプリングにより、サンプリン
グ時のスイッチング雑音は効果的に抑制される。
As in the conventional case, the switching noise Vsn is mixed in the output signal c1 when the signal b1 is sampled. Similarly, in the sampling circuit 18 of the second stage, the switching noise Vtn is mixed in the output signal g1. Here, these switching noises Vsn and Vt
If the circuit configurations of the sampling circuits 12 and 18 are the same, the sizes of n are substantially equal, and Vsn = Vtn. Further, when the gain of the intermediate amplifier 16 is Av, the potential difference Vt
1 = Av · Vs1, Vt2 = Av · Vs2, ...
Therefore, the switching noise to signal ratio Vtn / Vt1, Vtn / Vt2, ... In the output signal g1 is equal to the switching noise to signal ratio Vsn / Vs in the signal c1.
1, Vsn / Vs2, ..., It becomes smaller by the gain Av of the intermediate amplifier 16, that is, 1 / Av. Therefore, switching noise at the time of sampling is effectively suppressed by the above-described two-stage sampling.

【0019】中間アンプ16およびクランプ回路20の
構成を示す回路図である図3を参照すると、中間アンプ
16は演算増幅回路A61と、入力抵抗Riおよび帰還
抵抗Rfとから成り、クランプ回路20は、オプチカル
レベルのサンプリング回路201と、積分用のコンデン
サCIと、サンプルホールド用のコンデンサCHと、基
準電圧源VD1と、積分回路である差動増幅回路202
とを含む。この図の中間アンプ16の利得Avは、Av
=−Rf/Riである。
Referring to FIG. 3, which is a circuit diagram showing the configurations of the intermediate amplifier 16 and the clamp circuit 20, the intermediate amplifier 16 comprises an operational amplifier circuit A61, an input resistor Ri and a feedback resistor Rf, and the clamp circuit 20 comprises: Optical level sampling circuit 201, integrating capacitor CI, sample and hold capacitor CH, reference voltage source VD1, and differential amplifier circuit 202 that is an integrating circuit.
Including and The gain Av of the intermediate amplifier 16 in this figure is Av
= -Rf / Ri.

【0020】図3および中間アンプ16,クランプ回路
20,サンプリング回路18および混合回路14の動作
のタイムチャートである図4を併せて参照すると、中間
アンプ16の出力信号f1のうち、撮像領域1から供給
される有効表示期間信号に続くオプチカルブラックレベ
ル(OB)領域2から供給されるOB期間の直流電圧レ
べルは、上記OB期間に同期したサンプリングパルスP
Bの供給に応答してサンプリング回路201のコンデン
サCHにサンプルホールドされる。サンプルホールドさ
れたOBレベルVOBは差動増幅回路202で基準電圧
VD1と差動演算がなされ、中間アンプ16の負入力端
子にフイードバックされる。これにより、出力信号f1
の上記直流電圧レベルと基準電圧VD1との電位差が常
に0となるように制御される。一方、第2チャネルの中
間アンプ17およびクランプ回路21でも同様な動作が
行われ、出力信号f2のOB期間の直流電圧レベルが常
に基準電圧VD2となるように制御される。以上の動作
により、第1および第2チャネルの各々のOB期間の直
流電圧レベルは、周囲温度の影響を受けることなくそれ
ぞれの基準電圧VD1,VD2に常に保持される。
Referring also to FIG. 3 and FIG. 4, which is a time chart of the operations of the intermediate amplifier 16, the clamp circuit 20, the sampling circuit 18, and the mixing circuit 14, the output signal f1 of the intermediate amplifier 16 from the imaging region 1 is output. The DC voltage level of the OB period supplied from the optical black level (OB) region 2 following the supplied effective display period signal is the sampling pulse P synchronized with the OB period.
In response to the supply of B, the sample is held in the capacitor CH of the sampling circuit 201. The sampled and held OB level VOB is subjected to a differential operation with the reference voltage VD1 in the differential amplifier circuit 202 and fed back to the negative input terminal of the intermediate amplifier 16. As a result, the output signal f1
The potential difference between the above DC voltage level and the reference voltage VD1 is controlled to be always 0. On the other hand, the same operation is performed in the intermediate amplifier 17 and the clamp circuit 21 of the second channel, and the DC voltage level of the output signal f2 in the OB period is controlled to always be the reference voltage VD2. By the above operation, the DC voltage levels of the OB periods of the first and second channels are always held at the reference voltages VD1 and VD2 without being affected by the ambient temperature.

【0021】これら信号f1,f2は、上述したよう
に、サンプリング回路18,19で交互にサンプリング
されて信号g1,g2となり、これら信号g1,g2は
混合回路14で連続信号dに変換される。このとき、そ
れぞれの基準電圧VD1,VD2が初期状態において同
一となるようにバランス調整を行うことにより、周囲の
温度変動の影響を受けることなく、常にバランスした状
態に保持できる。
As described above, these signals f1 and f2 are alternately sampled by the sampling circuits 18 and 19 into the signals g1 and g2, and these signals g1 and g2 are converted into the continuous signal d by the mixing circuit 14. At this time, by performing the balance adjustment so that the reference voltages VD1 and VD2 are the same in the initial state, it is possible to always maintain the balanced state without being affected by the ambient temperature fluctuation.

【0022】本実施例において、中間アンプを反転アン
プ構成で示したが、非反転アンプ構成でも同一の効果が
得られることは勿論である。
In the present embodiment, the intermediate amplifier is shown as the inverting amplifier structure, but it is needless to say that the same effect can be obtained by the non-inverting amplifier structure.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電荷結合
素子の信号処理回路は、各チャネルが所定利得の中間増
幅回路と、OB期間の直流電圧レベルを設定電圧に保持
するクランプ回路と、中間増幅信号を第1のサンプリン
グ回路と異なるタイミングでさらにサンプリングする第
2のサンプリング回路とを備えるので、第1のサンプリ
ング回路のスイッチング雑音が増幅されてサンプリング
されることがなくS/Nの劣化を抑制できるいう効果が
ある。
As described above, the signal processing circuit of the charge-coupled device of the present invention includes an intermediate amplifier circuit in which each channel has a predetermined gain, and a clamp circuit which holds the DC voltage level in the OB period at a set voltage. Since the second sampling circuit that further samples the intermediate amplified signal at a different timing from the first sampling circuit is provided, switching noise of the first sampling circuit is not amplified and sampled, and S / N deterioration is prevented. There is an effect that it can be suppressed.

【0024】また、周囲温度の変化の影響が除去される
ので、温度ドリフトに起因する縦縞状の固定パターン雑
音を大幅に抑圧でき高品質の表示画像が得られるという
効果がある。
Further, since the influence of the change in the ambient temperature is eliminated, the vertical stripe fixed pattern noise caused by the temperature drift can be greatly suppressed, and a high quality display image can be obtained.

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

【図1】本発明の電荷結合素子の信号処理回路の一実施
例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a signal processing circuit of a charge coupled device according to the present invention.

【図2】本実施例の電荷結合素子の信号処理回路におけ
る動作の一例を示すタイムチャートである。
FIG. 2 is a time chart showing an example of an operation in the signal processing circuit of the charge coupled device according to the present embodiment.

【図3】図1の中間アンプおよびクランプ回路の構成を
示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an intermediate amplifier and a clamp circuit of FIG.

【図4】本実施例の電荷結合素子の信号処理回路におけ
るOBレベルクランプ動作を示すタイムチャートであ
る。
FIG. 4 is a time chart showing an OB level clamp operation in the signal processing circuit of the charge coupled device according to the present embodiment.

【図5】従来の電荷結合素子の信号処理回路の一例を示
すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional signal processing circuit of a charge coupled device.

【図6】従来の電荷結合素子の信号処理回路における動
作の一例を示すタイムチャートである。
FIG. 6 is a time chart showing an example of the operation of the conventional signal processing circuit of the charge coupled device.

【図7】従来の電荷結合素子の信号処理回路におけるO
Bレベルクランプ動作を示すタイムチャートである。
FIG. 7 shows O in the signal processing circuit of the conventional charge coupled device.
It is a time chart which shows B level clamp operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 撮像領域 2 オプチカルブラック領域 3,5 水平シフトレジスタ 4 トランスファ電極 6,7 出力アンプ 8,9 前置アンプ 10,11 雑音除去回路 12,13 サンプリング回路 15 バッファ回路 1 Imaging Area 2 Optical Black Area 3,5 Horizontal Shift Register 4 Transfer Electrode 6,7 Output Amplifier 8,9 Preamplifier 10,11 Noise Reduction Circuit 12,13 Sampling Circuit 15 Buffer Circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にマトリクス状に配列され
撮像対象像の光電変換された第1の信号電荷を出力する
第1の光電変換素子群と、前記第1の光電変換素子群に
隣接して配列され遮光体に覆われてオプチカルブラック
レベル対応の光電変換された第2の信号電荷を出力する
第2の光電変換素子群と、 前記第1および第2の信号電荷から成る1水平走査分の
電荷信号を1画素周期毎に交互に分割した第1および第
2の電荷信号をそれぞれ転送する第1および第2のシフ
トレジタと、 前記第1および第2のシフトレジタの各々の出力側に接
続され前記第1および第2の電荷信号対応の第1および
第2の映像信号をそれぞれ出力する第1および第2の出
力増幅回路と、 前記第1および第2の映像信号の雑音をそれぞれ除去し
第1および第2の雑音除去信号をそれぞれ出力する第1
および第2の雑音除去回路と、 前記第1および第2の雑音除去信号の各々の有効信号成
分を各々予め定めた第1および第2のタイミングの第1
および第2のサンプリングパルスの供給にそれぞれ応答
してサンプリングしそれぞれ第1および第2のサンプリ
ング信号を出力する第1および第2のサンプリング回路
と、 前記第1および第2のサンプリング信号を予め定めた利
得で増幅し第1および第2の中間増幅信号をそれぞれ出
力する第1および第2の中間増幅回路と、 前記第1および第2の各々の中間増幅信号中の前記第2
の信号電荷対応の第1および第2の直流電圧レベルをそ
れぞれ予め定めた第1の電圧に保持する第1および第2
のクランプ回路と、 前記第1および第2の各々の中間増幅信号を前記第1お
よび第2のタイミングとそれぞれ異なる第3および第4
のタイミングの第3および第4のサンプリングパルスの
供給にそれぞれ応答してサンプリングしそれぞれ第3お
よび第4のサンプリング信号を出力する第3および第4
のサンプリング回路と、 前記第3および第4のサンプリング信号を相互に加算し
て連続信号に変換する混合回路とを備えることを特徴と
する電荷結合素子の信号処理回路。
1. A first photoelectric conversion element group that is arranged in a matrix on a semiconductor substrate and outputs a first signal charge that is photoelectrically converted of an image to be captured, and a first photoelectric conversion element group that is adjacent to the first photoelectric conversion element group. A second photoelectric conversion element group that is arranged in a line and is covered with a light shield to output a second signal charge that is photoelectrically converted corresponding to an optical black level; and one horizontal scanning portion including the first and second signal charges. Are connected to the output sides of the first and second shift resisters, which transfer first and second charge signals, respectively, which are obtained by alternately dividing the charge signal of FIG. First and second output amplifier circuits that output first and second video signals corresponding to the first and second charge signals, respectively, and noises of the first and second video signals are removed, respectively. First and second First to output noise-removed signals respectively
And a second noise removing circuit, and first and second timing first predetermined effective signal components of the first and second noise removing signals, respectively.
And first and second sampling circuits for sampling in response to the supply of the second and second sampling pulses and outputting first and second sampling signals, respectively, and the first and second sampling signals are predetermined. First and second intermediate amplification circuits for amplifying with a gain and outputting first and second intermediate amplification signals, respectively, and the second of the first and second intermediate amplification signals.
And a second DC voltage level corresponding to the signal charge of the first and second DC voltage levels, respectively, which are held at predetermined first voltages.
Clamp circuit, and the third and fourth different intermediate amplification signals of the first and second timings from the first and second timings, respectively.
Third and fourth for sampling and outputting third and fourth sampling signals in response to the supply of the third and fourth sampling pulses, respectively, at
And a mixing circuit for adding the third and fourth sampling signals to each other and converting the signals into a continuous signal.
【請求項2】 前記第1および第2の中間増幅回路がそ
れぞれ入力抵抗と帰還抵抗とを含む演算増幅回路を備
え、 前記第1および第2のクランプ回路が前記第2の信号電
荷の出力期間に同期した第5および第6のサンプリング
パルスの供給にそれぞれ応答して前記第1および第2の
直流電圧レベルをそれぞれサンプリングした第5および
第6のサンプリング信号として保持する第5および第6
のサンプリング回路と、前記第1の電圧と等しい第1お
よび第2の基準電圧を供給する第1および第2の基準電
圧源と、前記第5および第6のサンプリング信号の各々
と前記第1および第2の基準電圧の各々との差動演算結
果の第1および第2の差信号をそれぞれ前記第1および
第2の中間増幅回路の入力端子に供給する差動増幅回路
とをそれぞれ備えることを特徴とする請求項1記載の電
荷結合素子の信号処理回路。
2. The first and second intermediate amplifier circuits each include an operational amplifier circuit including an input resistance and a feedback resistance, and the first and second clamp circuits each output a period during which the second signal charge is output. Fifth and sixth holding the first and second DC voltage levels as sampled fifth and sixth sampling signals in response to supply of fifth and sixth sampling pulses respectively synchronized with
Sampling circuit, first and second reference voltage sources for supplying first and second reference voltages equal to the first voltage, each of the fifth and sixth sampling signals, and the first and second sampling signals. And a differential amplifier circuit that supplies the first and second difference signals of the differential operation result with each of the second reference voltages to the input terminals of the first and second intermediate amplifier circuits, respectively. The signal processing circuit of the charge-coupled device according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2009111427A (en) * 1996-07-12 2009-05-21 Sony Corp Solid-state imaging apparatus, method of driving the same, and camera utilizing the same

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