JPS6332315B2 - - Google Patents

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JPS6332315B2
JPS6332315B2 JP55013709A JP1370980A JPS6332315B2 JP S6332315 B2 JPS6332315 B2 JP S6332315B2 JP 55013709 A JP55013709 A JP 55013709A JP 1370980 A JP1370980 A JP 1370980A JP S6332315 B2 JPS6332315 B2 JP S6332315B2
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JP
Japan
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voltage
current
noise
signal
pulse
Prior art date
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Application number
JP55013709A
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English (en)
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JPS56111382A (en
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Takuya Imaide
Masaru Noda
Michio Masuda
Hiroaki Nabeyama
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Picture Signal Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体基板表面に一次元又は二次元
的に配置した複数個のホトダイオードに蓄積され
た光情報を読み出す固体撮像装置に関するもので
ある。
従来の固体撮像装置では、固定パターンノイズ
を防ぐために、水平スイツチパルスが「歯抜け」
状パルス(不連続パルス)になつているシフトレ
ジスタが内蔵されている装置の信号処理回路で
は、その「歯抜け」状パルスによるセンサの出力
のパルスの変位電流によるノイズ70を積分し
て、キヤンセルし、微少信号71のみをとり出
す。この方式は「積分方式」と呼ばれ、特願昭54
−12248、実願昭53−52105に具体的な積分回路が
紹介してある。以下この積分回路の従来例を説明
し、問題点を明らかにする。
第1図は「積分方式」の一従来例である。第1
図Bは信号処理回路前半のブロツク図で、センサ
61の出力をプリアンプ62で増幅し、積分回路
63で「積分方式」信号処理を施すまでを示して
いる。この後、白黒カメラの場合は、ローパスフ
イルタ、メインアンプを通した後クランプ、ブラ
ンキング処理、同期信号付加、さらにはガンマ補
正などの処理を行ない、またカラーカメラの場合
は白黒カメラでの処理に加えカラーエンコーダー
を通してNTSC信号を作る必要があるが、このよ
うな後段の信号処理回路は本発明とは関係が薄い
ので第1図Bからは除いた。
第1図Aは積分回路63の一従来例で、65は
スイツチで、例えばMOSトランジスタなどが用
いられる。68はプリアンプの出力端子とつなが
る信号入力端子、69は信号出力端子である。第
2図は第1図Aの各部の波形を示すタイミングチ
ヤートで、信号71と水平スイツチ(以下Htr5
と略す)のゲートパルスが微分されて信号線に混
入するノイズ70のみに着目したものである。リ
セツトパルスφRは、そのハイレベル状態でスイ
ツチ65をONさせるパルスである。トランジス
タ64と抵抗REはエミツタフオロワ回路を構成
している。エミツタの電位V2はベース電位V1と、 V3=V2−VBE (1) の関係にある。ここでVBEはベース・エミツタ間
電圧。
抵抗REを流れる電流iは、 i=V2/RE=V1−VBE/RE (2) で表わされ、この電流で容量CCを放電し、信号
を積分する。スイツチ65がOFFしている期間
をt1とすると、スイツチ65がONする直前のコ
レクタ電圧V3は、 V3=V3(0)−1/CCREt1 0(V1−VBE)dt (3) となり、入力電圧V1が積分される。ここにV3
(0)はスイツチ65がOFFした瞬間のコレクタ
電圧。Htrのゲートに印加される「歯抜け」状パ
ルスが、ゲート、ドレイン間容量、ゲート、ソー
ス間容量を通して信号線に微分された形で飛込ん
で生じるノイズ70は、ほぼ上下対称であり、(3)
式のV3に影響を及ぼさない。すなわち(3)式のV3
は、Htrのゲート、ドレイン間容量、ゲート、ソ
ース間容量、スレツシヨルド電圧にバラツキがあ
つて、ノイズ70の大きさが1絵素ごとに異なつ
ていても関係なく、信号71にのみ関係した量で
ある。スイツチ65がONすると電源67より抵
抗RLを通して容量CCが充電される。この充電時
に(3)式のV3に関係した電圧が出力電圧V4として
発生する。抵抗RLとスイツチ65のON抵抗との
和と、容量CCの積で決まる充電時定数をスイツ
チ65がONしている時間に比べて充分小さく設
定できればそれでよいし、利得などの制約で充電
時定数が大きくなり、スイツチ65がONしてい
る間に容量CCが充分充電できず前の絵素の影響
を受け解像度が劣化する場合には後段で周波数特
性を補正してやればよい。
以上積分回路63による、ノイズ70の絵素ご
とのバラツキ低減の効果を説明した。第2図では
簡単のため積分回路63に入力される信号とし
て、信号71とノイズ70のみを示した。しかし
実際には、Htrのゲートパルスが微分されてビデ
オ出力線に混入するノイズ70の他に、クロツク
パルスが1次微分または2次微分されてビデオ出
力線に混入するノイズ72が存在する。この混入
経路としては、 1 クロツクパルス線と基板間の容量と基板内の
抵抗と、基板とビデオ出力線4間の容量とを直
列に介する。
2 走査回路の論理を通りHtrのゲート電極9と
ビデオ出力線間の容量を介する。
3 クロツクパルス線とビデオ出力線間の容量を
介する。
などが考えられる。このノイズ72は、ノイズ7
0、信号71に比べ充分大きい。例えば上記の経
路2を考えても、Htrのゲート電極9とビデオ出
力線間の容易は、数百個のHtrのゲート、ドレイ
ン間容量を含んでいるのに対し、ノイズ70の混
入経路は1個のHtrのゲート、ドレイン間容量を
含んでいるに過ぎない。このことからもノイズ7
2がノイズ70より充分大きいことが理解願えよ
う。ただしノイズ70が絵素ごとにばらつき、固
定パターンノイズの一要因を成しているのに対
し、ノイズ72はどの絵素に対しても同じであ
り、固定パターンノイズの原因とはならない。
第3図は上記のノイズ72に着目した第1図A
の積分回路の各部の波形を示すタイミングチヤー
トである。上述したようにノイズ70、信号71
はノイズ72に比べ充分小さいので第3図では無
視する。以下第3図を用いて従来の積分回路の問
題点、 1 大電源電圧を必要とする。
2 リセツトパルスφRに重畳したランダムノイ
ズが信号に大きく影響する。
を説明する。
入力信号V1を2Vp-pでその最高電圧V1H、平均
電圧V1A、最低電圧V1Lの間に、 V1H−V1A=V1A−V1L=1V (4) の関係があるとし、リセツトパルスφRへ、スイ
ツチ65をONする期間t2、OFFする期間t1が、 t2=24ns、t1=120ns (5) とし、この積分回路のゲインGを、 G=RL/RE=1 (6) とし、この積分回路による解像度劣化は、前の絵
素から影響を受ける度合を10%強として、読出し
リセツト時間t2と、抵抗RLとスイツチ65のオン
抵抗RONの和と容量CCの積で決まる時定数の関係
を、 t2/(RL+RON)CC=2 (7) と設計するとする。
RL=400Ω、RON=100Ω (8) とすると、(5)式、(7)式より CC=12PF (9) (6)式より、 RE=400Ω (10) となる。
またエミツタ電圧V2の最抵電圧V2Lはアース電
位を0Vとして明らかに V2L0V (11) でなければならない。いま仮に V2L=0V (12) でも(1)式が成立するとして、このとき、V2の平
均電圧V2Aは(4)式より、 V2A=1V (13) となり、コレクタ電圧V3の変化(V3H−V3L)は、 V3H−V3L=1/CCREt1 0V2dt=t1・V2A/CCRE=25V(14
) となる。一方、 VBE=0.7V (15) とすると、(1)式、(4)式、(12)式より V1H=2.7V (16) となる。トランジスタ64を正常に動作させるた
め、ベース電圧V1とコレクタ電圧V3の関係は、 V3≧V1 (17) でなければならず、したがつて V3L≧2.7V (18) とすると必要があり、(14)式より V3H≧27.7V (19) となる。すなわち(4)式から(10)式までの条件下では
第1図Aの積分回路例では、少くとも27.7V以上
の電源電圧が必要となる。このような高電源電圧
を用いるのは固体撮像装置には適さず、従来はゲ
インを下げたり、解像度を劣化させたりして、(6)
式、(7)式の条件を援めることにより10V程度の電
源電圧で積分回路を設計していた。
次にランダムノイズの問題を説明する。リセツ
トパルスφRにランダムノイズが重畳すると、等
価的にリセツトパルスφRが位相変調を受けるこ
とになり、矢印81で示すようにリセツトパルス
φRの位相がゆらぐ。このゆらぎは明らかに積分
回路出力波形V4を位相変調し、矢印82に示す
ように出力V4がゆらぐ。出力V4の立下がりのう
ち所望の信号によるものは微少なので出力V4
矢印82方向のゆらぎは、出力V4に対しては無
視し得る量であつても、所望の信号に対しては厳
しい量となる場合が多い。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、低電圧駆動でS/N比の劣化の少ない、固
体撮像装置の積分回路を提供するにある。
本発明の要点を第4図、第5図を用いて説明す
る。
上記した従来技術の2つの問題点は、主として
信号以外の電流を一方向に積分したことに起因す
る。第5図A,Bは入力信号を積分する様子を簡
単に図示したもので第5図Aが従来例の波形を表
わす。すなわち、従来例においては入力信号V1
を、V1の最低電圧よりも低い電圧を規準電圧VC
とし、V1とVCのを斜線で示すように積分してい
た。この積分の結果を電圧で伝えるため高電源電
圧を必要とし、またこの積分の結果のうち所望の
信号に依る部分が微少であるためS/N比の劣化
が生じる。従つて、第5図Bに示すように、入力
信号V1の平均電圧を規準電圧VCとして、V1とVC
の差を積分すれば上記した従来技術の2つの問題
は緩和できる。
この具体的な手段としては、第4図に示すよう
に積分の役割を果たす容量CCに電流源93を接
続し、トランジスタ64のコレクタ、エミツタを
流れる電流の平均電流を電流源93から容量CC
に流し込む。
第6図に本発明の積分回路の一実施例を示す。
本例は、第4図の積分回路の電流源93をベース
電圧固定のPNPトランジスタ101とエミツタ
抵抗RE′で構成し、スイツチ65をMOSトラン
ジスタ102で構成したものである。
電源104と66は同じ電圧を供給し、エミツ
タ抵抗RE,RE′の抵抗値を等しくする。これによ
りトランジスタ64のコレクタ電流の平均値と、
トランジスタ101のコレクタ電流は等しくなり
容量CCで積分する電流を少なくでき、しかも信
号のゲインは変わらない。
第6図に第5図の実施例の各部の波形を示す。
いま第5図の回路の条件を、従来例で必要な電源
電圧を計算したときと同じく、(4)式から(12)式で示
されるとすると、ゲイン及び解像度劣化は第1図
Aの従来例の場合と同じである。入力波形V1
ノイズ72の波形を周期48nSの正弦波とする
と、コレクタ電圧V3の変化(V3H−V3L)は V3H−V3L=1/CCRE24×10-9 0sinπ/24×10-9
tdt=1/CCRE×24×10-9/π×2≒3.2V となる。(18)式を満たすため V3H≧5.9V (21) とする。一方トランジスタ101のベース電圧
V5は、 V5≧V3H (22) とすればよく、電圧源104の両端の電圧は、電
圧源66の両端の電圧に等しく1.7Vであるから、
本実施例の積分回路の電源電圧は7.6V以上とな
り、従来例の場合に計算した27.7V以上の電源電
圧に比べて大幅に減少する。
また第7図に示すように、リセツトパルスφR
の矢印81方向のゆらぎに影響される出力V4
ゆらぎも、出力V4がほぼ信号分だけであるため、
出力V4のS/N比も従来例に比べ大幅に改善さ
れる。
以上説明したように本発明の積分回路では、従
来回路に数個、部品を追加するだけで、電源電圧
の大幅な低減、ランダムノイズの大幅な低減を達
成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は固体撮像装置の従来の信号処理回路を
示す図、第2図は第6図の従来例の効果を説明す
るための波形図、第3図は第6図の従来例の問題
点を説明するための波形図、第4図は本発明の要
点を説明するための回路図、第5図は本発明の要
点を説明するための波形図、第6図は本発明の固
体撮像装置の信号処理回路の一実施例を示す回路
図、第7図は第6図の実施例の効果を説明するた
めの波形図である。 符号の説明、64……トランジスタ、66,6
7,94……電圧源、68……入力端子、69…
…出力端子、93……電流源、101……トラン
ジスタ、102……MOSトランジスタ、104
……電圧源。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 絵素となる複数の光電変換素子に蓄積された
    光情報を読み出すセンサ部と、該センサ部から出
    力されるビデオ信号を増幅する増幅器と、該増幅
    器から出力されるビデオ信号の雑音成分を一絵素
    ごとに積分して除去する信号処理回路とを有する
    固体撮像装置において、上記の信号処理回路は、
    入力電圧を第1の電流に変換する手段と、該第1
    の電流と逆極性である第2の電流を供給する電流
    源と、第1の電流と第2の電流の和を絵素ごとに
    積分する手段とを具備することを特徴とする固体
    撮像装置。
JP1370980A 1980-02-08 1980-02-08 Solid image pickup apparatus Granted JPS56111382A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2634900B1 (fr) * 1988-08-01 1991-02-15 Commissariat Energie Atomique Systeme de detection d'informations sous forme de rayonnement electromagnetique et de lecture des informations detectees
GB2222738B (en) * 1988-09-07 1992-09-23 Secr Defence Correction circuit for infrared detectors
FR2713037B1 (fr) * 1993-11-23 1995-12-29 Thomson Csf Circuit d'injection, en imagerie thermique.

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