JPS6178284A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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JPS6178284A
JPS6178284A JP59200021A JP20002184A JPS6178284A JP S6178284 A JPS6178284 A JP S6178284A JP 59200021 A JP59200021 A JP 59200021A JP 20002184 A JP20002184 A JP 20002184A JP S6178284 A JPS6178284 A JP S6178284A
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Japan
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signal
sample
charge detection
output
detection section
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Yasumi Miyagawa
宮川 八州美
Tatsuki Ide
井手 達樹
Makoto Fujimoto
眞 藤本
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To remove stably a reset noise by sample-holding, per picture element, a reference potential and video signal component of an output signal at a floating diffusion-type charge detecting part (FDA) having a reset MOSFET and obtaining the difference of the both sample-held values. CONSTITUTION:The output charge of a photoelectric transfer part is transferred by a scanning part composed of charge jointing elements, and given to an FDA having a reset MOSFET. The output signal of the FDA is inputted from a terminal 27, and amplified into a signal l by a buffer amplifier 28. By sampling pulses 1(m) and 2(n) supplied to terminals 44 and 45, a reference voltage (tN period) and a video signal component (tS period) of the signal l are sample-held. These sample-held voltages (o) and (p) are subtracted by a differential amplifier 39. Thus, a fluctuation VN due to a reset noise can be stably removed.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、水平読み出し部に電荷結合素子を用い、信号
電荷検出部に漂遊拡散型電荷検出部、フローティングデ
ィフィージョンアンプ(FloatingDiffus
ion Amplifier )を用いた固体撮像装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention uses a charge-coupled device in the horizontal readout section, a stray diffusion type charge detection section in the signal charge detection section, and a floating diffusion amplifier (Floating Diffus).
ion Amplifier).

従来例の構成とその問題点 近年、新しい撮像デバイスとして固体撮像素子の研究開
発が活発に行われ、急速に実用化の域に達しつつある。
Conventional Structures and Their Problems In recent years, solid-state imaging devices have been actively researched and developed as new imaging devices, and are rapidly reaching the stage of practical use.

固体撮像素子を用いたテレビカメラは従来の撮像管方式
のテレビカメラに比べて、長寿命、堅牢、残像、焼き付
き、安定性等多くの優れた特性を有する0 固体撮像素子には二次元に配置された光電変換素子から
の信号電荷を転送して得るCCD型や垂直、水平方向走
査用シフトレジスタから出力される走査パルスによシ光
電変換素子の位置を7ドレスして信号を読み出すMOS
型等多くの方式がある。
Television cameras using solid-state image sensors have many superior characteristics compared to conventional image pickup tube-based TV cameras, such as long life, robustness, afterimages, burn-in, and stability. A MOS that reads out signals by dressing the position of the photoelectric conversion element by scanning pulses output from a CCD type or shift register for vertical and horizontal scanning, which is obtained by transferring the signal charge from the photoelectric conversion element.
There are many methods such as types.

その中でテレビカメラとしての固体撮像素子は感度、擬
似信号等の諸性能を考慮すると、垂直転送、水平転送共
にCODを用いたインターラインCCD型固体撮像素子
(以後IL−CODと略す)が最も有利であると考えら
れる。
Among these solid-state image sensors for television cameras, considering various performances such as sensitivity and pseudo signals, interline CCD type solid-state image sensors (hereinafter abbreviated as IL-COD) that use COD for both vertical and horizontal transfer are the best. It is considered advantageous.

以下、IL−CODの構成、動作を説明する。The configuration and operation of IL-COD will be explained below.

第1図はI L−CODの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of IL-COD.

第1図において、1は光電変換素子としてのフォトダイ
オード(以後PDと略す)、2は垂直転送レジスタであ
り、この垂直転送レジスタ2は、垂直転送ゲー)3,4
,5.6から構成されている。7は信号読み出しゲート
であり、PDlの信号電荷を垂直転送ゲート3もしくは
5へ読み出すためのものである。8は垂直転送パルスφ
■1〜φ■4の供給端子であり、9は信号読み出しパル
スφF1tφF2の供給端子である。10は水平転送レ
ジスタであり、この水平転送レジスタ1oは水平転送ゲ
ー)11,12,13.14により構成されている。1
5は水平転送パルスφH1〜φH4の供給端子である。
In FIG. 1, 1 is a photodiode (hereinafter abbreviated as PD) as a photoelectric conversion element, 2 is a vertical transfer register, and this vertical transfer register 2 is a vertical transfer gate) 3, 4.
, 5.6. Reference numeral 7 denotes a signal readout gate, which is used to read out the signal charge of PDl to the vertical transfer gate 3 or 5. 8 is vertical transfer pulse φ
It is a supply terminal for (1) to (phi)4, and 9 is a supply terminal for signal readout pulses (phi)F1t (phi)F2. Reference numeral 10 denotes a horizontal transfer register, and this horizontal transfer register 1o is composed of horizontal transfer registers 11, 12, 13, and 14. 1
5 is a supply terminal for horizontal transfer pulses φH1 to φH4.

16は電荷検出部であり水平転送レジスタを転送されて
きた信号電荷を信号電圧に変換する。この電荷検出部1
6は通常漂遊拡散型電荷検出部、フローティングディフ
ィージョンアンプ(Floating Diffusi
on Amplifier、以後、FDAと略す)で構
成されている。17は信号出力端子である。
Reference numeral 16 denotes a charge detection section which converts the signal charge transferred from the horizontal transfer register into a signal voltage. This charge detection section 1
6 is usually a stray diffusion type charge detection section, a floating diffusion amplifier (Floating Diffusi
on Amplifier (hereinafter abbreviated as FDA). 17 is a signal output terminal.

以上の如き構成のI L−CODの動作を次に説明する
The operation of the IL-COD configured as above will be explained next.

フォトダイオード1は被写体からの入射光を光電変換し
信号電荷を蓄積する。その信号電荷は信号読み出しゲー
ト7を介して垂直転送ゲート3もしくは5へ読み込まれ
た後、垂直転送パルス供給端子8より供給される垂直転
送パルスにより、水平転送レジスタ1oの方向へ順次転
送され、1水平ライン毎に水平転送レジスタに転送され
る。
The photodiode 1 photoelectrically converts incident light from a subject and accumulates signal charges. After the signal charge is read into the vertical transfer gate 3 or 5 via the signal readout gate 7, it is sequentially transferred in the direction of the horizontal transfer register 1o by the vertical transfer pulse supplied from the vertical transfer pulse supply terminal 8. Each horizontal line is transferred to the horizontal transfer register.

ここで、第1フイールドにおいては、信号読み出しパル
ス供給端子9のφF1に信号読み出しパルスを供給し、
垂直転送ゲート6に接続された水平列PD1の信号電荷
を読み出し、第2フイールドでは、信号読み出しパルス
供給端子9のφF2に信号読み出しパルスを供給し垂直
転送ゲート3に接続された水平列のPDlの信号電荷を
読み出すことによシ2対1のインターレース走査を行な
っている。
Here, in the first field, a signal read pulse is supplied to φF1 of the signal read pulse supply terminal 9,
The signal charge of the horizontal column PD1 connected to the vertical transfer gate 6 is read out, and in the second field, a signal readout pulse is supplied to φF2 of the signal readout pulse supply terminal 9 to read out the signal charge of the horizontal column PD1 connected to the vertical transfer gate 3. Two-to-one interlaced scanning is performed by reading out signal charges.

水平転送レジスタ1oへ転送された信号電荷は、水平転
送パルス供給端子15から供給される水平転送パルスφ
H1〜φH4により電荷検出部16へ順次転送され、電
荷検出部16の70−テイングデイフイージヨにより信
号電荷は信号電圧に変換され信号出力端子17から点順
次信号として得られる0 このようにして得られた点順次信号を電気回路により信
号処理する事により映像信号待る。
The signal charge transferred to the horizontal transfer register 1o is a horizontal transfer pulse φ supplied from the horizontal transfer pulse supply terminal 15.
The signal charge is sequentially transferred to the charge detection unit 16 by H1 to φH4, and converted into a signal voltage by the 70-signal delay in the charge detection unit 16, and is obtained as a point-sequential signal from the signal output terminal 17. A video signal is generated by processing the received point-sequential signal using an electric circuit.

前記の構成のIL−CODは最も一般的な構成のもので
あり、PDlに蓄積された信号電荷を垂直転送段へ読み
込む機構、垂直転送段の動作メカニズム、垂直転送段か
ら水平転送段への信号電荷の転送機構、水平転送段の動
作機構、電荷検出部e・ の動作機構についてはすでに公知であるのでその説明は
省略するが、本発明は前記電荷検出部の動作と密接な関
係があるため水平転送段、電荷検出部の動作について第
2図、第3図を用いて簡単に説明する。
The IL-COD with the above configuration is the most common configuration, and includes a mechanism for reading signal charges accumulated in PDl into the vertical transfer stage, an operating mechanism of the vertical transfer stage, and a signal from the vertical transfer stage to the horizontal transfer stage. The charge transfer mechanism, the operation mechanism of the horizontal transfer stage, and the operation mechanism of the charge detection section e are already known, so their explanations will be omitted; however, since the present invention is closely related to the operation of the charge detection section, The operations of the horizontal transfer stage and charge detection section will be briefly explained using FIGS. 2 and 3.

第2図は第1図における水平転送段と電荷検出部の構造
を示す断面図であり、第1図と同一の機能を有する部分
には同一の番号を付している。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the horizontal transfer stage and charge detection section in FIG. 1, and parts having the same functions as those in FIG. 1 are given the same numbers.

18はp型基盤であり、その一部にはn+の拡散層19
及び2oを設けている。p型基盤18上に絶縁用酸化膜
S 10221を介してポリンリコンから成る電極11
〜14を形成し、その電極は各々水平転送パルス供給端
子16の’Ht−φH2に接続されており、更に電極2
2.23が形成されている。電極22は出力ゲートであ
り、直流電圧v1が印加されており、電極23はリセッ
ト電極φRであり、リセットパルス供給端子24に接続
されている。拡散層20はリセットドレインであり、直
流電圧v2が印加されている。拡散層19は直接的に直
流電源に接続されていない漂遊拡散()ローティングデ
ィフィージョン)である。この拡散層はFET25のゲ
ートに接続され、そのFET26のドレインは直流電圧
v2が印加され、ソースは抵抗26に接続され、そのソ
ースに出力端子17を接続している。j 9,20.2
2〜26により電荷検出部16のフローティングディフ
ィージヲンアンプを形成している。
18 is a p-type substrate, and a part thereof has an n+ diffusion layer 19.
and 2o are provided. An electrode 11 made of polyconductor is formed on a p-type substrate 18 via an insulating oxide film S10221.
14, each of which is connected to 'Ht-φH2 of the horizontal transfer pulse supply terminal 16, and further connected to the electrode 2.
2.23 is formed. The electrode 22 is an output gate to which a DC voltage v1 is applied, and the electrode 23 is a reset electrode φR and is connected to the reset pulse supply terminal 24. The diffusion layer 20 is a reset drain, and a DC voltage v2 is applied thereto. The diffusion layer 19 is a floating diffusion (rotating diffusion) that is not directly connected to a DC power source. This diffusion layer is connected to the gate of FET 25, the drain of FET 26 is applied with DC voltage v2, the source is connected to resistor 26, and the output terminal 17 is connected to the source. j 9,20.2
2 to 26 form a floating differential amplifier of the charge detection section 16.

次に水平転送段と電荷検出部の動作を第3図を用いて説
明する。
Next, the operation of the horizontal transfer stage and the charge detection section will be explained using FIG.

第3図aは第2図に示した水平転送段と電荷検出部を更
に単純化し、第3図すのt1〜t5の各時間におけるポ
テンシャルモデルを示したものであり、第3図すはφH
11φH2,φH3,φH41φ、の信号波形図である
。第3図aのtlでは水平転送が行われる寸前の状態、
すガわち、垂直転送段から水平転送段へ信号電荷が転送
された直後の状態である。
Figure 3a further simplifies the horizontal transfer stage and charge detection section shown in Figure 2, and shows a potential model at each time from t1 to t5 in Figure 3.
11φH2, φH3, φH41φ, signal waveform diagram. At tl in Figure 3a, the state is on the verge of horizontal transfer;
In other words, this is the state immediately after signal charges are transferred from the vertical transfer stage to the horizontal transfer stage.

まず時間t1においては、φH1+φH2電圧が印加さ
れるとφH1+φH2電極下のポテ電極中ルは高くなり
、垂直転送段から水平転送段へ転送された信号電荷はφ
H1,φH2電極下に捕促される。このときフローティ
ングディフィージョン(以後FDと略す)19の電位は
第3図すに示しだφRパルスのAパルスがφR端子に印
加された時の状態を維持する。すなわち、φR端子にφ
RパルスAが印加されるとFDl9の電位は略■1とな
り、FDl9に電荷を与えない限り■1電位を維持する
First, at time t1, when the φH1 + φH2 voltage is applied, the potential voltage under the φH1 + φH2 electrodes becomes high, and the signal charge transferred from the vertical transfer stage to the horizontal transfer stage is φ
It is trapped under the H1 and φH2 electrodes. At this time, the potential of the floating diffusion (hereinafter abbreviated as FD) 19 maintains the state shown in FIG. 3 when the A pulse of the φR pulse is applied to the φR terminal. In other words, φ is connected to the φR terminal.
When the R pulse A is applied, the potential of the FD19 becomes approximately 1, and the potential 1 is maintained unless a charge is applied to the FD19.

ここでFDl 9に信号電荷が注入されない水平帰線期
間中にもφRを印加するのは暗電流によりFDl9の電
位が変動するのを防止するためである。
The reason why φR is applied even during the horizontal retrace period when no signal charge is injected into FDl 9 is to prevent the potential of FDl 9 from changing due to dark current.

次に第3図aのt2では、信号電荷が電荷検出部の方向
へCODの1電極分だけ転送された状態を示す。このと
きFDI 9の電位は■1を維持している。
Next, at t2 in FIG. 3A, a state is shown in which the signal charge is transferred in the direction of the charge detection section by one electrode of the COD. At this time, the potential of FDI 9 is maintained at ■1.

第3図aのt3では、信号電荷が電荷検出部の方向へC
ODの1電極分だけ転送され、φR端子にφRパルスが
印加されるため、FDl 9の電位は■1となる。
At t3 in FIG. 3a, the signal charge moves toward the charge detection section by C
Since only one electrode of OD is transferred and the φR pulse is applied to the φR terminal, the potential of FDl 9 becomes ■1.

第3図aのt4では、信号電荷が電荷検出部の方向へC
ODの1電極分だけ転送されるため、信号電荷の一部は
φR4電極下に捕促され残りはFDl9へ転送され、F
Dl 9の電位は下がる。
At t4 in FIG. 3a, the signal charge moves toward the charge detection section by C
Since only one electrode of OD is transferred, part of the signal charge is captured under the φR4 electrode, and the rest is transferred to FD19,
The potential of Dl 9 decreases.

第3図aのt6では、信号電荷を電荷検出部の方向に更
にCODの1電極分だけ転送されるためφH4電極下に
捕促されていた信号電荷も全てFDl9へ転送されるた
め、FDl9の電位は更に下がり、■Pの電位となる。
At t6 in FIG. 3a, the signal charge is further transferred in the direction of the charge detection section by one electrode of COD, so all the signal charges trapped under the φH4 electrode are also transferred to FDl9, so that the signal charge of FDl9 is The potential further decreases to a potential of ■P.

このFDl9の電位VpはφR端子にφRパルスが印加
されるまで保持される。
This potential Vp of FDl9 is held until a φR pulse is applied to the φR terminal.

」二記の如き動作原理の水平転送段、電荷検出部におけ
るφRパルスと出力信号の関係を第4図に示す。
FIG. 4 shows the relationship between the φR pulse and the output signal in the charge detection section of the horizontal transfer stage with the operating principle as described in 2.

第4図において、φRは第3図に示したφRと同一であ
り、出力信号を示す図において実際で示した波形は、P
Dよりの信号電荷が零の状態の出力信号波形であり、破
線で示した波形はPDからの信号電荷が存在する時の信
号波形である。
In FIG. 4, φR is the same as φR shown in FIG. 3, and the waveform actually shown in the diagram showing the output signal is P
This is the output signal waveform when the signal charge from the PD is zero, and the waveform shown by the broken line is the signal waveform when the signal charge from the PD is present.

またvRは、φRパルスがφRゲート23とFDl9の
浮遊容量を通じてFET25のゲートに現われるもので
ある。
Further, vR is the φR pulse appearing at the gate of the FET 25 through the φR gate 23 and the stray capacitance of the FD19.

ところで、PDよりの信号電荷を電荷検出部により電荷
−電圧変換して信号電圧として取り出すためには、前述
のようにPD1個分の信号電荷を検出する度にFDの電
位をvlにリセットしなければならないが、FDをリセ
ットする際、電荷検出部の内部雑音等の雑音が発生し、
雑音によりFDのリセット電位が変動する。(以下この
雑音をリセット雑音と称す)このリセット雑音はFDが
次にリセットされるまでFDから成る容量に保持される
、即ちリセット雑音はサンプルホールドされた形となっ
て出力される。
By the way, in order to convert the signal charge from the PD into a charge-voltage by the charge detection unit and extract it as a signal voltage, the potential of the FD must be reset to vl every time the signal charge for one PD is detected, as described above. However, when resetting the FD, noise such as internal noise of the charge detection section is generated.
The reset potential of the FD fluctuates due to noise. (Hereinafter, this noise will be referred to as reset noise.) This reset noise is held in the capacitor of the FD until the FD is reset next time, that is, the reset noise is output in a sampled and held form.

このため、第4図に示しだB、  Cの期間、即ちリセ
ット期間、信号出力期間共に前記のリセット雑音により
変動する。したがって、この出力信号を単に信号処理し
て映像信号とした場合には前記リセット雑音の混入した
信号となってしまう。
Therefore, the periods B and C shown in FIG. 4, that is, the reset period and the signal output period both fluctuate due to the reset noise. Therefore, if this output signal is simply processed to produce a video signal, the result will be a signal mixed with the reset noise.

前記リセット雑音は、その電力が周波数に反比例する1
/f雑音である。電荷検出部における1/f雑音の周波
数は出力信号周波数の慝以下であるため、出力信号の数
ビツト期間にわたって1/f雑音の変動は少なく、ニぼ
一定と見なされる。
The reset noise has a power of 1 whose power is inversely proportional to the frequency.
/f noise. Since the frequency of the 1/f noise in the charge detection section is less than or equal to the output signal frequency, there is little variation in the 1/f noise over several bit periods of the output signal, and it is considered to be almost constant.

1/f雑音は、テレビ画面上では、水平の帯状となって
ランダムに現われるので画質を著るしく損ねる。
1/f noise appears randomly in the form of horizontal bands on a television screen, and therefore significantly impairs the image quality.

前述の1/f雑音の特徴に着目してリセット雑音を除去
する従来例を第5図、第6図を用いて説明する。
A conventional example of removing reset noise focusing on the characteristics of the 1/f noise described above will be explained using FIGS. 5 and 6.

第5図は相関2重サンプリング法(以後CDSと略す)
と称される1/f雑音除去のブロック図である。
Figure 5 shows the correlated double sampling method (hereinafter abbreviated as CDS)
1 is a block diagram of 1/f noise removal called 1/f noise removal.

この相関2重サンプリング法の動作原理は、電荷転送デ
バイス;近代科学社武石喜幸、香山晋監訳P49−P2
O、P 111−Pl 12及び1984年TV学会全
国大会予稿集P59〜Peoにその詳細な説明がなされ
ているため、ここでは簡単に説明をする。
The operating principle of this correlated double sampling method is the charge transfer device; Translated by Yoshiyuki Takeishi and Susumu Kayama of Kindai Kagakusha, P49-P2
O, P 111-Pl 12 and the 1984 TV Society National Conference Proceedings P59-Peo provide detailed explanations, so a brief explanation will be given here.

第6図aはFDAを用いたIL−CODの出力波形の模
式的な図である。実際の出力波形では各部のエツジはも
っとゆるやかな傾斜を有しているOl、はり七ノド期間
、twはFDAの基準電圧期間、t8は信号期間である
。前述の1/f雑音はFDAのφRによるリセットスイ
ッチ(第2図23)の熱雑音によるKTC雑音である。
FIG. 6a is a schematic diagram of the output waveform of IL-COD using FDA. In the actual output waveform, the edges of each part have a gentler slope.O1 is a seven-node period, tw is an FDA reference voltage period, and t8 is a signal period. The above-mentioned 1/f noise is KTC noise caused by thermal noise of the reset switch (FIG. 2, 23) caused by FDA's φR.

ここでKはポルツマン定数、Tは温度、Cはフローティ
ングディフィージョンの容量である。このKTC,%1
音i、基準電圧の変動分VHとなって現われる。したが
ってこの雑音を除去するには信号電圧vsから雑音成分
vNを減算すればよいことがわかる。
Here, K is Portzmann's constant, T is temperature, and C is the capacitance of the floating diffusion. This KTC,%1
The sound i appears as a variation VH of the reference voltage. Therefore, it can be seen that this noise can be removed by subtracting the noise component vN from the signal voltage vs.

第6図すはFDAに供給するリセットパルス波形、第6
図CはCDS回路のクランプ回路の供給するクランプパ
ルス、第6図dはCDS回路のサンプルホールド回路に
供給するサンプリングパルスである。
Figure 6 shows the reset pulse waveform supplied to the FDA.
Figure C shows a clamp pulse supplied by the clamp circuit of the CDS circuit, and Figure 6d shows a sampling pulse supplied to the sample hold circuit of the CDS circuit.

第5図に示したCDS回路に第6図c、dに示したパル
スを供給すれば、クランプ回路の出力端eでは、基準電
圧の変動分は抑制された信号第6図eを得ることができ
る。この基準電圧の変動の抑制された信号をサンプルホ
ールド回路に供給してサンプルホールドされた信号を得
ている。
If the pulses shown in FIG. 6 c and d are supplied to the CDS circuit shown in FIG. can. This signal with suppressed fluctuations in the reference voltage is supplied to a sample and hold circuit to obtain a sampled and held signal.

ところが実際には、前記の文献でも説明されているよう
に、1/f雑音が完全に除去されるには到っていない。
However, in reality, as explained in the above-mentioned literature, 1/f noise has not yet been completely eliminated.

その主な理由は、クランプ回路のスッチが理想スイッチ
でない、クランプコンデンサに漏れ電流が存在する。ク
ランプされた信号の受信側インピーダンスが無限大でな
い、更に固体撮像素子出力信号に含捷れる高周波成分の
折り返し雑音が存在するためである。
The main reason is that the switch in the clamp circuit is not an ideal switch, and there is leakage current in the clamp capacitor. This is because the impedance on the receiving side of the clamped signal is not infinite, and furthermore, there is aliasing noise of high frequency components included in the output signal of the solid-state image sensor.

更に、クランプパルスの位相、及びパルス巾には高度な
安定性が要求される。しかし実際にはクランプパルスを
モノマルチバイブレータ等で作ることが多くその場合温
度変化や経年変化によりクランプ回路が誤動作を起す可
能性もある。
Furthermore, a high degree of stability is required for the phase and pulse width of the clamp pulse. However, in reality, clamp pulses are often generated using a mono-multivibrator or the like, in which case there is a possibility that the clamp circuit may malfunction due to temperature changes or changes over time.

発明の目的 本発明は、固体撮像素子出力信号に含まれるリセット雑
音を安定に除去できる固体撮像装置を提供することを目
的とする。
OBJECTS OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can stably remove reset noise contained in a solid-state imaging device output signal.

発明の構成 本発明は、光電変換部とCODから成る走査部とリセッ
トMOSFETを備えた漂遊拡散型電荷検出部(FDA
)とを同一チップ上に形成した固14・ 体操像素子の前記FDA出カ信号を、第1と第2のサン
プルホールド回路に供給して、第1のサンプルホールド
回路により前記FDAの基準電位を1画素毎にサンプル
ホールドし、第2のサンプルホールド回路により、映像
信号成分を1画素毎にサンプルホールドし、前記第1.
第2のサンプルホールド回路の出力信号を減算すること
によりリセット雑音の除去された映像信号を得るもので
ある。
Structure of the Invention The present invention provides a stray diffusion charge detection unit (FDA
) is formed on the same chip.The FDA output signal of the optical image element is supplied to the first and second sample and hold circuits, and the reference potential of the FDA is determined by the first sample and hold circuit. The video signal component is sampled and held for each pixel by a second sample and hold circuit, and the video signal component is sampled and held for each pixel.
By subtracting the output signal of the second sample and hold circuit, a video signal from which reset noise has been removed is obtained.

実施例の説明 以下本発明による実施例を第7図、第8図を用いて説明
する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS An embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.

第7図は本発明による一実施例のプo−)り図である。FIG. 7 is a diagram of one embodiment of the present invention.

第7図において、27は信号入力端子であり固体撮像素
子のFDA出力信号が入力される。
In FIG. 7, 27 is a signal input terminal to which an FDA output signal of the solid-state image sensor is input.

28.37,38は高入カインピーダンス、低出力イン
ピーダンス特性を有するバッファアンプである。40.
42はアナログスイッチ、41.43はコンデンサであ
り前記アナログスイッチ40゜42はそれぞれサンプリ
ングパルス(1) 、 (2)によシ開閉される。サン
プリングパルス(1) 、 (2)はサンプリングパル
ス供給端子44.45から供給され、前記アナログスイ
ッチ40,42けサンプリングパルスがハイレベルの時
に閉状L ローレベルの時に開状態となる。39は差動
アンプ、36は信号出力端子である。40,41.37
及び42゜43.38で各々1個のサンプルホールド回
路が構成されている。
28. 37 and 38 are buffer amplifiers having high input impedance and low output impedance characteristics. 40.
42 is an analog switch, 41 and 43 are capacitors, and the analog switches 40 and 42 are opened and closed by sampling pulses (1) and (2), respectively. Sampling pulses (1) and (2) are supplied from sampling pulse supply terminals 44 and 45, and the analog switches 40 and 42 are closed when the sampling pulse is at high level and open when the sampling pulse is at low level. 39 is a differential amplifier, and 36 is a signal output terminal. 40,41.37
and 42°43.38, each of which constitutes one sample hold circuit.

バッフ7アンプ28の出力端子はアナログスイッチ40
.42の一端に各々接続されており、アナログスイッチ
40.42の他の一端にはコンデンサ41.43及びバ
ッファアンプ37.38が接続されている。前記コンデ
ンサ41.43の一端は接地されている。バッファアン
プ37.38の出力端子は差動アンプ39の入力端子に
各々接続されている。36は差動アンプ出力端子である
The output terminal of the buffer 7 amplifier 28 is an analog switch 40
.. 42, and the other end of the analog switch 40.42 is connected to a capacitor 41.43 and a buffer amplifier 37.38. One end of the capacitor 41, 43 is grounded. The output terminals of the buffer amplifiers 37 and 38 are connected to the input terminals of the differential amplifier 39, respectively. 36 is a differential amplifier output terminal.

前記アナログスイッチ40.42にはサンプリングパル
ス供給端子44.45を介してサンプリングパルスが供
給される。
A sampling pulse is supplied to the analog switch 40.42 via a sampling pulse supply terminal 44.45.

次に本実施例の動作を第7図、第8図を用いて説明する
Next, the operation of this embodiment will be explained using FIGS. 7 and 8.

い捷、全面が白色の被写体を撮像した場合を例として説
明する。
An example will be described in which a subject whose entire surface is white is imaged.

固体撮像素子のFDA出力信号は入力端子27゜バッフ
ァアンプ28を介してアナログスイッチ40.42tl
C供給される。FDA出力信号、即ちアナログスイッチ
40.42に供給されを信号波形を第8図fに示す。第
8図の信号波形において、trはリセット期間、tNは
FDAの基準電圧期間、t8は信号期間であり、リセッ
ト雑音は基準電圧の変動分■Nとして示している。した
がってこの雑音を除去するには信号電圧■sから雑音成
分vNを減算することによりその目的は達せられる。
The FDA output signal of the solid-state image sensor is input to the analog switch 40.42tl via the input terminal 27° buffer amplifier 28.
C is supplied. The waveform of the FDA output signal, ie, the signal applied to the analog switches 40 and 42, is shown in FIG. 8f. In the signal waveform of FIG. 8, tr is the reset period, tN is the FDA reference voltage period, t8 is the signal period, and the reset noise is shown as the reference voltage variation ■N. Therefore, in order to remove this noise, the objective can be achieved by subtracting the noise component vN from the signal voltage ■s.

そのためサンプリングパルス(1)供給端子44に第8
図りに示すサンプリングパルスを供給して、入力信号の
tH期間の一部をサンプルホールドする。このときのバ
ッファアンプ出力信号を第8図iに示す。すなわち、第
8図iの波形は、FDAの基準電圧の変化を示したもの
であり、リセット雑音成分を示している。
Therefore, the 8th pulse is connected to the sampling pulse (1) supply terminal 44.
A sampling pulse shown in the figure is supplied to sample and hold a part of the tH period of the input signal. The buffer amplifier output signal at this time is shown in FIG. 8i. That is, the waveform in FIG. 8i shows the change in the FDA reference voltage and shows the reset noise component.

次にサンプリングパルス(2)供給端子46に第8図j
に示すサンプリングパルスを供給して、入力信号の1.
1期間の一部をサンプルホールドする。
Next, the sampling pulse (2) is connected to the supply terminal 46 in FIG.
1 of the input signal by supplying the sampling pulse shown in .
Sample and hold part of one period.

このときのバラフッアンプ出力信号を第8図kに示す。The output signal of the balance amplifier at this time is shown in FIG. 8k.

この波形はt8期間の信号の変化を示したものであるが
、この信号成分の変動はリセット雑音によるものである
。したがって、第8図にの波形から1の波形を差し引く
ことにより、リセット雑音を除去することができる。つ
まりバッファアンプ37.38の出力信号を差動アンプ
39に供給して減算すればリセット雑音の除去された映
像信号を出力端子36から得ることができる。
This waveform shows a change in the signal during the t8 period, and this change in signal component is due to reset noise. Therefore, by subtracting the waveform 1 from the waveform shown in FIG. 8, the reset noise can be removed. That is, by supplying the output signals of the buffer amplifiers 37 and 38 to the differential amplifier 39 and subtracting them, a video signal from which reset noise has been removed can be obtained from the output terminal 36.

更に、本発明によればサンプリングパルス(1)。Furthermore, according to the invention a sampling pulse (1).

(2)の期間に相関のある雑音は全て除去できる。All noises correlated to the period (2) can be removed.

て除去することが可能である。It is possible to remove it by

また、本発明によれば、2つのサンプリングパ18、、 あるので従来例に示す如く致命的な誤動作を起こすこと
はない。
Further, according to the present invention, since there are two sampling pads 18, fatal malfunctions as shown in the conventional example do not occur.

次に本発明による具体的なリセット雑音除去回路を第9
図を用いて説明する。
Next, a specific reset noise removal circuit according to the present invention will be described in the ninth section.
This will be explained using figures.

第9図において、27は信号入力端子、48はトランジ
スタ、47け抵抗でありトランジスタ46のエミッタに
接続されている。48は抵抗でありその一端はトランジ
スタ4eのエミッタに接続されており、一端はコンデン
サ49の一端に接続されている。コンデンサ49の一端
は接地されている。50.53はFETでありそのドレ
インはトランジスタ46のエミッタに共通に接続され、
各々のソースはFET61,6i4のゲートに各々接続
されている。FET61,54のゲートにはコンデンサ
61.62が各々接続されており、それらのコンデンサ
の一端は各々接地されている。
In FIG. 9, 27 is a signal input terminal, 48 is a transistor, and 47 resistors are connected to the emitter of the transistor 46. 48 is a resistor, one end of which is connected to the emitter of the transistor 4e, and one end of which is connected to one end of the capacitor 49. One end of the capacitor 49 is grounded. 50 and 53 are FETs whose drains are commonly connected to the emitter of the transistor 46;
The sources of each are connected to the gates of FETs 61 and 6i4, respectively. Capacitors 61 and 62 are connected to the gates of FETs 61 and 54, respectively, and one end of each of these capacitors is grounded.

FET50,53(7)ゲートにはダイオード63゜6
6のアノードが接続されており、各ダイオードのカソー
ドはコンデンサ49と抵抗48の接続点に共通に接続さ
れている。さらにF E T 50,5319 ・ のゲートにはコンデンサ54,5了が接続されており、
各々のコンデンサの一端はサンプリングパルス供給端子
45.サンプリングパルス供給端子44となっている。
Diode 63°6 is installed on the gate of FET50, 53 (7)
6 are connected, and the cathodes of each diode are commonly connected to the connection point between the capacitor 49 and the resistor 48. Furthermore, a capacitor 54,5 is connected to the gate of FET50,5319.
One end of each capacitor is a sampling pulse supply terminal 45. This serves as a sampling pulse supply terminal 44.

前記FET51,54のソースには、ソース抵抗52.
55が接続されており、前記ソース抵抗の一端は接地さ
れている。またFET54,51、のドレイン及びトラ
ンジスタ46のコレクタは電源線V。Cに接続されてい
る。
Source resistors 52 .
55 is connected, and one end of the source resistor is grounded. Further, the drains of the FETs 54 and 51 and the collector of the transistor 46 are connected to the power supply line V. Connected to C.

FET51.54のソースにはコンデンサ58゜59が
接続されており、各々のコンデンサの一端は差動増幅器
60の(→個入力端子及び(→個入力端子に接続されて
いる。また差動増幅器60には電源供給線及び接地線、
出力信号端子36を有している。
Capacitors 58 and 59 are connected to the sources of the FETs 51 and 54, and one end of each capacitor is connected to the (→ input terminal and (→ input terminal) of the differential amplifier 60. power supply line and grounding line,
It has an output signal terminal 36.

トランジスタ46.抵抗47によりバッフ7アンプが構
成されており、FET50,61、抵抗62、コンデン
サ61.54により第1のサンプルホールド回路が構成
されており、FET53゜64、抵抗66、コンデンサ
62.67により第2のサンプルホールド回路が構成さ
れている0また抵抗48コンデンサ49により積分回路
が構成されている。
Transistor 46. The resistor 47 constitutes a buffer 7 amplifier, the FETs 50, 61, the resistor 62, and the capacitor 61.54 constitute the first sample-and-hold circuit, and the FET 53°64, the resistor 66, and the capacitor 62.67 constitute the second sample-and-hold circuit. In addition, a resistor 48 and a capacitor 49 constitute an integrating circuit.

次に、この回路の動作を第9図、第10図を用いて説明
する。
Next, the operation of this circuit will be explained using FIGS. 9 and 10.

第10図1はトランジスタ46のエミッタにおける波形
である。lにおけるVDはその平均の直流電位であり、
その電位VDは抵抗48、コンデンサ49から成る積分
回路で信号成分を積分して得た電位に等しい。つ壕りコ
ンデンサ49と抵抗48の接続点の電圧と等しい。
FIG. 10 shows the waveform at the emitter of transistor 46. VD at l is its average DC potential,
The potential VD is equal to the potential obtained by integrating the signal components with an integrating circuit consisting of a resistor 48 and a capacitor 49. It is equal to the voltage at the connection point between trench capacitor 49 and resistor 48.

第10図m、nはFET50.ts3のゲートに供給さ
れるサンプリングパルスの波形と電位を示すものである
。サンプリングパルス供給端子44゜46から供給され
たサンプリングパルスはコンデンサ54,57、ダイオ
ード53.56によりそのサンプリングパルスの最大値
は前記のVDよりダイオードの順方向電圧だけ高い電位
vTに保持される。このダイオードは高周波用ダイオー
ドを用いる。またFET50,53はそのゲート・ソー
ス間電圧が一2v程度でOFF状態となり、07以上で
ON状態となる。したがって、サンプリングパルスは3
了程度の振幅があれば、FET50゜53を十分ON、
OFF動作させる事ができる。
Figure 10 m and n are FET50. It shows the waveform and potential of the sampling pulse supplied to the gate of ts3. The maximum value of the sampling pulse supplied from the sampling pulse supply terminals 44 and 46 is held by capacitors 54 and 57 and diodes 53 and 56 at a potential vT higher than the above-mentioned VD by the forward voltage of the diode. A high frequency diode is used as this diode. Further, the FETs 50 and 53 are turned off when the gate-source voltage is about 12V, and turned on when the voltage is 07 or more. Therefore, the sampling pulse is 3
If the amplitude is sufficient, turn on FET50゜53 sufficiently.
It can be turned OFF.

このようにサンプリングパルス(1)、 (2)によシ
固体撮像素子出力信号のtNの期間の一部をFET50
、コンデンサe1.FET51によりサンプルホールド
し、1Bの期間の一部をFET53゜コンデンサ62.
FET54によりサンプルホールドする。このときのF
ET51.64のソース端子の波形を!10図’ t 
Pに示す。00波形はtN期間の波形の変化を示したも
のであるがこの波形はリセット雑音によるものである。
In this way, by sampling pulses (1) and (2), a part of the period tN of the output signal of the solid-state image sensor is transferred to the FET50.
, capacitor e1. Sample and hold is performed using FET 51, and part of the 1B period is performed using FET 53 and capacitor 62.
Sample and hold is performed by FET54. F at this time
The waveform of the source terminal of ET51.64! Figure 10't
Shown in P. The 00 waveform shows a change in the waveform during the tN period, and this waveform is due to reset noise.

pの波形はt8期間の波形の変化を示したものであり、
この波形の変化はリセット雑音と被写体像の変化が重畳
された波形となる。
The waveform of p shows the change in the waveform during the t8 period,
This waveform change becomes a waveform in which reset noise and changes in the subject image are superimposed.

したがって、これらの波形を差動増幅器6oで減算する
ことによシリセット雑音の除去された信号を得ることが
できる。
Therefore, by subtracting these waveforms using the differential amplifier 6o, a signal from which series reset noise has been removed can be obtained.

本実施例ではサンプリングパルスの最大値をコンデンサ
、ダイオードを用いて、トランジスタ4622・ のエミッタ電位の平均値に保持しているため、前記サン
プリングパルスの振幅は3了程度あればよい。この3了
程度の振幅は一般のTTLロジックICの出力信号をそ
のまま用いることができる。
In this embodiment, the maximum value of the sampling pulse is maintained at the average value of the emitter potential of the transistor 4622 using a capacitor and a diode, so the amplitude of the sampling pulse only needs to be about 300 m. The output signal of a general TTL logic IC can be used as it is with an amplitude of about 30 degrees.

もしサンプリングパルスの最大値を前述の如く、エミッ
タ電位の平均値に保持し彦ければ、FET50.53を
十分にON、OFFするには、サンプリングパルスの振
幅をトランジスタ46のエミッタ電位までとしなければ
ならない。このようにサンプリングパルスの振幅を大き
ぐするにはTTLロジックIC出力信号を増幅しなけれ
ばならないため、新たに高周波、大振幅が可能な増幅器
が必要となシ、不経済である。
If the maximum value of the sampling pulse is held at the average value of the emitter potential as described above, in order to sufficiently turn on and off the FETs 50 and 53, the amplitude of the sampling pulse must be made up to the emitter potential of the transistor 46. No. In order to increase the amplitude of the sampling pulse in this way, the TTL logic IC output signal must be amplified, which requires a new amplifier capable of high frequency and large amplitude, which is uneconomical.

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、固体撮像素子出力信
号に含まれるリセット雑音を安定に除去することができ
る。またサンプリングパルスの振幅も比較的小さくても
十分に動作するので、サンプリングパルスはTTLロジ
ックIC出力信号をそのまま用いることができる。
As described in detail, according to the present invention, reset noise included in a solid-state image sensor output signal can be stably removed. Furthermore, since the sampling pulse operates satisfactorily even if the amplitude is relatively small, the TTL logic IC output signal can be used as the sampling pulse as it is.

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

第1図はI L−CODの構成を示す回路図、第2図は
水平転送段および信号電荷検出部の詳細回路図、第3図
aは電荷転送状態を示す状態図、同図すは水平転送パル
スおよびリセットパルスの波形図、第4図は電荷検出部
の動作を示す信号波形図、第5図は従来のリセット雑音
除去回路、第6図は第5図の各部の波形を示す波形図、
第7図は本発明における一実施例のリセy)雑音除去回
路を示す回路図、第8図は第7図の各部の波形を示す波
形図、第9図は本発明による一具体回路例を示す回路図
、第1o図は第9図における各部の波形を示す波形図で
ある。 ・   28,37.38・・・・・・バッファアンプ
、39・・・・・・差動アンプ、40.42・・・・・
アナログスイッチ、41.43・・・・・コンデンサ。
Figure 1 is a circuit diagram showing the configuration of IL-COD, Figure 2 is a detailed circuit diagram of the horizontal transfer stage and signal charge detection section, and Figure 3a is a state diagram showing the charge transfer state. Waveform diagrams of transfer pulses and reset pulses, Figure 4 is a signal waveform diagram showing the operation of the charge detection section, Figure 5 is a conventional reset noise removal circuit, and Figure 6 is a waveform diagram showing waveforms of each part in Figure 5. ,
FIG. 7 is a circuit diagram showing a noise removal circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 8 is a waveform diagram showing waveforms of each part of FIG. 7, and FIG. 9 is a circuit diagram showing a specific circuit example according to the present invention. The circuit diagram shown in FIG. 1o is a waveform diagram showing waveforms of various parts in FIG.・ 28, 37.38...Buffer amplifier, 39...Differential amplifier, 40.42...
Analog switch, 41.43...capacitor.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光電変換部と電荷結合素子から成る走査部とリセ
ットMOSFETを備えた漂遊拡散型電荷検出部とを同
一チップ上に形成した固体撮像素子の前記漂遊拡散型電
荷検出部出力信号を、第1と第2のサンプルホールド回
路に供給し、第1のサンプルホールド回路により、前記
漂遊拡散型電荷検出部の基準電位を1画素毎にサンプル
ホールドし、第2のサンプルホールド回路により、前記
漂遊拡散型電荷検出部出力信号の映像信号成分を1画素
毎にサンプルホールドし、前記第1、第2のサンプルホ
ールド回路の出力信号を減算して出力することを特徴と
する固体撮像装置。
(1) The output signal of the stray diffusion type charge detection section of a solid-state image sensor in which a scanning section consisting of a photoelectric conversion section and a charge-coupled device, and a stray diffusion type charge detection section equipped with a reset MOSFET are formed on the same chip. 1 and a second sample hold circuit, the first sample hold circuit samples and holds the reference potential of the stray diffusion type charge detection section for each pixel, and the second sample hold circuit samples and holds the reference potential of the stray diffusion type charge detection section. A solid-state imaging device characterized in that a video signal component of a signal output from a charge detection section is sampled and held for each pixel, and output signals from the first and second sample and hold circuits are subtracted and output.
(2)第1、第2のサンプルホールド回路に供給される
サンプリングパルスの最大値が漂遊拡散型電荷検出部出
力信号の平均値の直流電位に固定されていることを特徴
とする特許請求の範囲第1項に記載の固体撮像装置。
(2) Claims characterized in that the maximum value of the sampling pulses supplied to the first and second sample and hold circuits is fixed to the DC potential of the average value of the stray diffusion type charge detection unit output signal. The solid-state imaging device according to item 1.
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