JPS59171370A - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は固体撮像装置の駆動方法に関する。

〔従来技術〕

第１図は従来のＣＣＤ型固体撮像装置の原理図である。

マトリックス状に配列された光ダイオード２からなる感
光部９と、光ダイオードに蓄積された光信号全貌み出す
だめの縦方向のＣＣＵ）１１〜ＩＮおよび水平方向のＣ
ＣＤ３と、転送された信号を増幅して出力する出力増幅
器４から成っている。

第２図は出力増幅器４の回路例である。３０は水平方向
のＣＣＤ　３で転送した信号電荷量Ｑｓを電圧量に変換
する小さい静電容量Ｃ，，３１は容ｊｔ　Ｃｏ間に信号
電荷量Ｑ−に比例して生じる信号電圧Ｖｏ　＝Ｑ、　１
／　Ｃｏ　’ｒ−低インピーダンスで出力するンースー
フォロア用ＭＯ８型Ｆ’ＥＴ、３２は容量Ｃ８内の信号
電荷量Ｑ、・全外部に取り除くためのリセット用ＭＯ８
型Ｆ’ＥＴである。

この第１図、第２図の構造の素子において、信号は次の
様にして読み出される。すなわちまず１フレ一ム期間で
光ダイオード２に蓄積した信号電荷量、垂直帰線期間の
間に縦方向のＣＣＤＩＩ〜１Ｎ内に移す。縦方向のＣＣ
Ｄは水平帰線期間ごとに１ラインづつ転送し、信号電荷
を水平方向のＣＣＪ）　３に順次移す。水平帰線期間に
水平方向のＣＣＤに移した信号電荷は、それに続く１水
平期間の間に水平力向のＣＣＤにクロックパルスケ加え
ることによって順次容量Ｃｏ内に転送する。を番目のク
ロックパルスで容ｆＡ　Ｃｏに移した信号電（４ ・フオ「コア出力端３３から電圧振幅Ｖ。の信号バ（リ ルス第３図４ｔを出力する。この後信号電荷Ｑｓリセッ
ト用Ｍ　ＯＳ型ＦＥＴ−１通して外部に取り除く。ｉ　
ｆｒ−次〕ｔ　−ｔ−１番目のり「１ツクパルスで角ヒ
（／−＋１） 次の信号電荷Ｑｓ　　を容量Ｃｏに移し、電圧掘（Ｚ＋
Ｕ） 幅Ｖ。　　の信号パルス第３図４（７＋１１金出力する
。以下同様の操作を繰り返すこと（でよって、（乃　　
　　　　　　　　（／−） 順次佇ｉ号全信号電荷Ｑｓに比例した電圧振幅ｖ。

を待つ（ｉ号パルス列第３図（Ｃ）として出力する。

第４図は第３図（Ｃ）出力信号パルス列の周波数分布の
説明図である。すなわち出力信号パルス列の振幅を変調
する信号電荷の列・・・・・・Ｑ；１−”）（ｔ・−・
）・（３） （乃　　　　　　　　（ｔ＋ｘ　） Ｑ、ｓ　　（ｔｌ）　、　Ｑｓ　　　（ｔｔ＋ＩＬ・・
・・・・の周波数分布が第４図（ａ）に示す分布を揚っ
とき、第３図（Ｃ）の出力信号パルス列の周波数分布は
第４図中）の様になる。図において５０はベースバンド
成分で、パルス振幅変調することによる周波数特性５ｉ
ｎｒｃｆτ／πｆ（ただしτ＝パルス幅）を第４図（ａ
）の変調信号に掛けた周波数分布ケ小している。￥）＊
、　５１は基本波成分で、リセットパルスと同じ周波数
ｆｒの搬送波とその側波帯がら成っている。以下５ｍは
第３図（Ｃ）の第ｍ次高調波成分で、周波数口］Ｘｆｒ
の搬送波とその側波帯から成っている。

第５図は第３図（Ｃ）のＬＩ′１′７Ｊ信号パルスタ］
ｊから映像信号（変Ａ信号成分）會取り出す回路の回路
構成例會示したものである。固体撮像装置７の出力信号
パルス列第３図（Ｃ）は、初め低域Ｆ波器（１，’ＰＩ
ｉ’）６１全通す。これにより出カイ’５号パルス列の
ベースバンド成分第４図の）５０のみ敗り出し、信号処
理回路６２によって５ＹＮＣ他のデＩ／ビ信号の同期信
号全挿入１ヅでテレビ信号として出力する。図において
６３は同体撮像装置の、駆動回路である。

なお上記の方法で）ｉ　ｌ）出す出力信号パルス列のベ
ースバンド成分５０のレベルは、出力信号パルスの幅τ
（容量二Ｃｏ内に４ｇ＋３−電荷を保持する時間）に比
例して増大する。従って第５図の信号読み出し方法でｔ
ゴ、パルスの幅τばできるだけ広くし、はぼリセットパ
ルス周期Ｔに等しくなるように調節するのが望ましい。

ところで第２図の出力増幅回路において、容量３２内に
ホールドした信号電荷量Ｑ、ｇｆｆｉ外部に取り除くだ
めのリセット用ＭＯ８型ＦＥＴ３２は、理想的スイッチ
素子ではなくＯＮ抵抗を有している。そのためスイッチ
用ＭＯ８型Ｆ’ＥＴ３２がＯＮ状態にある時、このＯＮ
抵抗の熱雑音による雑音電圧が容量Ｃ６間に発生するが
、リセット用ＭＯ８型ＦＥＴ３２がＯＦＦ状態になった
時、その瞬間容量Ｃｏ間に発生している雑音電圧の瞬時
値が保持され、出力信号パルス列内に混入する。

この保持される雑音パルス列も含めて第３図（Ｃ）の出
力信号パルス列を夷き直したものを第６図（Ｃ）に示す
。図において８１はリセット用ＭＯ８型ＦＥＴのＣ）Ｎ
抵抗熱雑音によって容重Ｃｏ間に生じた雑音−霜、爪部
分、８２はスイッチが０１ｉ”　Ｐ状態になった瞬間に
おける雑音電圧が保持されたことによって生じた雑音パ
ルスを示す。同図からも明らかな上うに、８１の雑音電
圧は止負出、ＩＬ同確率で生じ、その平均値は小さなも
のであるのに対【７．８２の雑音パルス（以下リセット
雑音と記ず）は、８１の雑音電圧の瞬時値そのもの全保
持するものであり、非常に大きな靴音信号を発生させる
。すなわちリセット雑音も含めて示しだ第６図（ｅ）の
出力信号１は、同図から明らかなように、近似的にパル
ス幅τの信号パルス列と、パルス幅Ｔ−τｒ　ノリセッ
ト雑音パルス列の重ね合わせによって構成されると考え
ることができる。第７図は第６図（ｃ）の出力信号の周
波数分布てあり、信号パルス列に対するもの（実線）と
リセット雑音パルス列に対するもの（破線）に分けて示
しである。

従来の信号読み収り方法は第７図のベースパンド成分領
域（周波数Ｏからπ〒の帯域成分）にある信号成分ｋ　
Ｌ　Ｐ　Ｉｉ”で取り出すものであり、この時同時に１
片ヒツト雑音パルスシリのべ一＝スバ、・ト成分領１１
々にあるリセット雑音成分も取り出されるため、イ＋’
ｊ号の８Ｎ比劣化の原因になっている。

〔発明の目的〕

本発明の［」的は、信号成分とリセット雑音成分を分怖
し、リセット雑′Ｌ１−成分を低減もし２〈は除去する
ことのできる固体廠像装置の駆動方法を提供１゛ること
にある。

し発明の概安〕 十ｄ「）目的全達成−１゛るため本発明（−１、第１Ｋ
固体撮像装置出力増幅回路を、駆動する第６図（ｂ）　
’ＪセットパルスφＢの幅τｒ吉転送パルスφＨ２の位
置を１個節し、Ｌ１１１信号第６図（ｃ）の信号電荷保
持時間ｒとリ−（にシト雑音保持時Ｎ、Ｉ）　Ｔ−Ｔｒ
がただし＋ｎ＝＝　１．２　＋・・・・・・・・・ｎ＝
ｏ、　１ｇ　２＋・・・・・・、ｍ−１′ｒニリセット
ベルス周期 を＄Ｊだすように設定−Ｊること、第２に上記設定時の
出力信号のＩ’１１次島調渡島調波　＝　１　ｎ基本波
）成分から同期検波Ｑでより映像伯に３を取りＬｌｌず
こと、第３　Ｖｃ七記回助検波奮行なう１）ＩＩにｍ欠
品調波成分全下記する斗４殊な周波数Ｎ性Ｇ（（Ｊを持
つ回路を通すことに特徴がある。

第６図から明らかなように伝りバルスタ１］とリセット
雑音バ、ルスタｌ［位相差（各パルス中心点が時利用し
、信置成分とリセット４イ〔８−成分を分離し７、信置
゛を取り出すことにより、リセット雑音成分の少ない、
あ２〕いｒ２１含才ない高ＳＮ化の信号を得る）もので
ある。

以下本発明の原ｌ↓ＩＩＫついてｊボベる。一般に第３
図（Ｃ）の様なホールドパルス列の市川振幅が時間的に ｖ　ｖ）＝　ｋｃｏｓ　ｐ　ｔ　ｔ＋ｃｏｎｓｔただし
　ｔ、：ｔＸ’ｌ” ０　（Ｐ　＜　Ｔｒ、＃［゛（２） に従って変化−Ｊ〜るとすると、第：３図（ｃ）の伯易
パルス列り丁 ただし　ωＲ＝　２πｆＲ＝２π／Ｔ と表わせる。Ｉ一式ｖｔｘ　ｓ、−い１第１項Ｖ」、直
流し・ベル、第２項はベースバンド成分（第４図中５０
）、第３項は基庫彼成分（ｍ＝ｌ、第４図中５１）及び
その高次高調波成分（第４図中５２．・・・・・・）を
表わす。

（３）式の信号パルス列は、帯域沖波器ＢＰＦによりｍ
矢高調波を取り出しこれに搬送波と同位相のとなり、Ｌ
Ｉ）ｌｉ’に工つ−こ（４）式第１項のみ取り出−すこ
とにより信号成分をロー次高調波成分から同期検波する
ことができる。

これに苅しく３）式＆４号パルス列のｍ矢高調波に、そ
の搬送波と９００位相差のある局部信号Ｃｏｓ（ｍωｐ
　ｔ　＋　ｎπ＋−）を乗積すると、となり、第１項括
孤内の２項の大きさがほぼ等しいため第１項は小さな値
になる。イーのため（５）式マ“用いるのと同じＬ　Ｐ
　Ｉｉ”によって取り出さ扛る１３号Ｃ１小さなものに
なる。

ところで第６図（Ｃ）の出力信号の信号パルス列とリセ
ット雑音パルス列の間には時間 の差があり、この時間７ｚ’ｔはリセットパルスφＲの
（１０） 幅τｒと信号電荷保持時間ｒを調節することにょＴ す０〜７の範囲で任意に設定できる。従ってこの時間差
を出力信号ｍ次高調波の搬送波における位相差＝＋ｎπ
に合わせ、 ｎ＝０．　１．　　・・・・・・９ｍ−１と設定すると
、出力信号第６図（Ｃ）に信号パルス列のｍ次高調波の
搬送波と同位相の局部信号ｃｏｓ（ｍωｐｔ）を乗積す
る同期検波により信号成分は取り出される。これに対し
雑音パルス列のｍ次高調波の搬送波は、上記局部信号に
対し位相が９０’ずれている／こめ、（５）式に従って
雑音成分けほとＡ７ど検波さｊ、ず、リセット雑音の少
い信号成分を取り出すことができる。

ここでリセットパルスφＢの幅と信号電荷保持時間Ｔに
対する設定条件は、（６）式、（７）式からただしｍ＝
１．２．・旧・・ （１１） ｎ−０，１，２，・・・・・・、［１〕−１となる。

以上述べたように本発明による固体撮像装置の駆動方法
及び信号の読み出し方法においては、リセット雑音成分
の少い映像信号を得ることができる。

なお出力信号ｍ矢高ｍ波成分から同期検波により信号を
読み出す前に、リセット雑音パルス列のｍ代置調波成分
の上ド側帝波レベルが等しくなるの回路を通（７た後同
期検波することにより、取り出した信号のリセット雑音
成分をなくすことができる。

〔発明の実施例〕

第８図、第９図は本発明の方法を実現する信号（１２） の読み出し回路と固体撮像装置の駆動方法の一実施例で
ある。第８図において固体撮像装置７はクロック周波数
及びリセットパルス周波数７．１６Ｍ　）−Ｉ　Ｚで駆
動する。従ってリセットパルス周期Ｔは約１４Ｏｎ！Ｅ
となる。リセットパルス幅ｒｒは信号電荷Ｑ、ｓを容置
Ｃｏから取り除くのに十分な時間とし、約２０ｎｓ８ｃ
に設定する。信号の検波は出力信号の基本波ｍ＝１で行
なうものとし、（８）式に従って信号転送パルスφＦ＋
２の立ち一ヒがり位置をリセットパルスの立ち下がり位
置より約７０ｎＳ８Ｃｉ遅れた位置に合わせ、信号電荷
保持時間τを約５０ｎ方に設定する。

固体撮像装置７の出力信号波は帯域３．５８ＭＨ２〜１
０．７４ＭＨｚのｉ３　Ｐ　Ｆ　７１とｍ＝ｌにおける
（９）式を満たす周波数特性（）（→を持つ回路７５を
通した後同期検波回路７２によって信号を検波し、信号
処理回路６２によって周波数特性の補正とテレビ信号の
同期信号を挿入しでテレビ信号として出力する。

一方同期検波回路７２で使用する局部信号は、（１３） リセットパルスφＲと信号転送パルスφ１ｓ２ｋ　使い
、双安定マルチバイブレータ７３によって信号パルス列
と同位相のパルス第９図（ｄ）を作り、ＢＰＦ７４によ
ってその基本波を取り出しだ後、検波回路７２内で位相
の微調節を行なったものを使用する。

以上のように固体撮像装置を駆動すると、信号パルス列
とリセット雑音パルス列の基本波成分の搬送波は及に９
０°位相がずれる。そのため信号成分が同期検波される
時、リセット雑音成分は検波されないだめ、リセット雑
音成分のない高ＳＮ比の信号成分を取り出すことができ
る。

以上第２図の出力増幅回路例によって説明したが、第１
０図の出力増幅回路等、一般に増幅器入力端容量Ｃ８間
に現われる信号′市川を電力あるいは電圧増幅するタイ
プの出力増幅回路を有するＣＣＤ型固体撮像装置あるい
は第１０図の様なＭＯＳ型とＣＣＤ型を結合したタイプ
の固体撮像装置やＣＣＤ型ラインセンサＣＣＤ型遅延線
等の信号読み出しにも使用することができる。

〔発明の効果〕

（１４） 以上述べたように、本発明によｔｌば、ＣＣＤ型等出力
出力器入力端容量Ｃｏ間に現われる信号電圧を電力ある
いは電圧増幅するタイプの出力増幅器を有する固体撮像
装置において、容量Ｃｏ内に蓄積し７だ信号電荷を除去
する際に発生するリセット雑音のない高ＳＮ比の信号を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＣＣＤ型固体撮像装置の原理図、第２図
は出力増幅器の一例の回路例を示す図、第３図は出力信
号波形を示す図、第４図は第３図出力信号の周波数分布
を示す図、第５図は従来の信号読み川し及び４Ｍ号処理
回路の構成図、第６図はリセット雑音も含めて示し／ヒ
出力信号波形図、第７図はその周波数分布を示す図、第
８図、第９図は本発明による固体撮像装置及び信号処理
回路の駆動力法、第１０図は出力増幅器の他の実施例の
回路例を示す図、第１１図は本発明を適用できる（１５
） 第　　１　口 ｆ、ρ 第２図 豹　　、３　　目 第　　４　　図 周　戚　に （しジ １ 周　　５皮　聚 ｆ−Ｊ　　５　　図 第　　Δ　　　図 爺　７　　図 為 周シＩｙ、　　数 ｃｌ−！　　　　　　山　　　　　リ　　　　　　　−
ベ￥、　　　ｔｏ　　図 （θ−ラ 釆　　　ｊｌ　　　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パルス的に送られて来る信号電荷Ｑ８を、ＡＭＰ入
   力入力端静電容量内に蓄積し、容量Ｃｏ間に現われる信
   号電圧を電力増幅あるいは電圧増幅して出力する出力増
   幅回路ケ有する固体装置において、容量Ｃｏから信号電
   荷を除去するリセットパルスの幅ｒｒと信号電荷を保持
   する時間τの和が ただしｍ＝１．２．・・・・・・ ｎ　＝　０　、１　、２、−・・・−、ｍ−１Ｔ−リセ
   ットパルス周期 を満たすように設定することを特徴とする固体撮像装置
   の駆動方法。