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JPH03250875A - Output detection method and circuit for charge coupling element - Google Patents

Output detection method and circuit for charge coupling element

Info

Publication number
JPH03250875A
JPH03250875A JP2045676A JP4567690A JPH03250875A JP H03250875 A JPH03250875 A JP H03250875A JP 2045676 A JP2045676 A JP 2045676A JP 4567690 A JP4567690 A JP 4567690A JP H03250875 A JPH03250875 A JP H03250875A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
charge
output
band
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2045676A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Omura
克之 大村
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.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2045676A priority Critical patent/JPH03250875A/en
Priority to US07/611,068 priority patent/US5218558A/en
Publication of JPH03250875A publication Critical patent/JPH03250875A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Picture Signal Circuits (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the S/N by expanding a signal resulting from an output signal of a charge coupling element subject to band limit into a Fourier series and extracting only a component corresponding to a signal charge from the output signal. CONSTITUTION:An output detection circuit of a charge coupling element (CCD) is provided with a CCD 1, an analog band pass filter 2, a sample-and-hold circuit 3, a quantizer 4, a computing element 5 and a buffer 6. Then an output signal of the CCD 1 is subject to band limit by using the analog band pass filter 2 whose center frequency is a transfer clock pulse frequency, and the output waveform subject to band limit is expanded into a Fourier series using the transfer clock pulse frequency as the fundamental wave for each period corresponding to each picture element to obtain the Fourier coefficient of the fundamental wave component and the amplitude of the output signal of the charge coupling element is obtained from the coefficient to extract only the component corresponding to the signal charge. Thus, the output signal with improved S/N is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] この発明は電荷結合素子の出力信号に含まれる雑音を除
去して所望の信号成分のみを精度よく検出する電荷結合
素子の出力検出方法および回路に係り、特にゲート付き
電荷積分形出力回路からの信号の雑音除去に関するもの
である。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a charge coupled device output detection method and circuit that removes noise contained in the output signal of a charge coupled device and detects only desired signal components with high precision. In particular, the present invention relates to noise removal from a signal from a gated charge-integrating output circuit.

〔従来技術〕[Prior art]

第7図は電荷結合素子(以下、CCD、という)の出力
回路の一例を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of an output circuit of a charge coupled device (hereinafter referred to as CCD).

この出力回路はゲート付き電荷積分形出角回路として知
られているもので、半導体基板上に形成されたCCD転
送チャンネル1と共にバッファ回路2、リセットトラン
ジスタ3が形成されている。
This output circuit is known as a gated charge integration type output angle circuit, and includes a CCD transfer channel 1 formed on a semiconductor substrate, a buffer circuit 2, and a reset transistor 3.

またCCD転送チャンネル1の転送電極4の1の電極の
近傍には、転送されてくる信号電荷を検知して出力電圧
に変換するための検知用ダイオード5が設けられている
。転送りロックφ1.φ2の印加によって転送電極4を
転送されてくる信号電荷は、転送りロックφ1.φ2の
1周期毎に検知用ダイオード5に流れ込みその電位を変
化させる。
Further, a detection diode 5 is provided near one of the transfer electrodes 4 of the CCD transfer channel 1 to detect transferred signal charges and convert them into an output voltage. Transfer lock φ1. The signal charge transferred to the transfer electrode 4 by the application of φ2 is transferred to the transfer lock φ1. It flows into the detection diode 5 every cycle of φ2 and changes its potential.

この電位変化はバッファ回路2を介して外部に取り出さ
れる。
This potential change is taken out to the outside via the buffer circuit 2.

また検知用ダイオード5とバッファ回路2との接続中点
に接続されるリセンl−1−ランジスタ3のゲート電極
6には、転送りロックφ1.φ2と等しい周期でリセッ
I・パルスφrが印加される。このリセッI・パルスφ
rによってリセットトランジスタ3がターンオンすると
検知用ダイオード5の電位がリセットされる。
Further, a transfer lock φ1. A reset I pulse φr is applied at a period equal to φ2. This reset I pulse φ
When the reset transistor 3 is turned on by r, the potential of the detection diode 5 is reset.

第8図は前述したゲート付き電荷積分形出角回路の動作
を説明するための波形回で、時刻toから時刻tlまで
の間リセンI・パルスφrが印加され、リセットI・ラ
ンジスタ3かターンオンすると、検知用ダイオード5の
電位がリセットトランジスタ3のトレイン電圧+■まで
上昇する。次いて、時刻り、でリセットトランジスタ3
がターンオフすると、検知用ダイオード5の電位が検知
用ダイオード5とバッファ回路2のゲート容量との合計
に相当する容量7と、リセ・ノ+−トランジスタ3のゲ
ート・ソース間容量との2つの容量で定まる一定の基準
電位V。になる。次いで、時刻t3で検知用ダイオード
5に電荷が転送されて流れ込み、その電位が変化して出
力電圧Vsが得られる。
FIG. 8 is a waveform diagram for explaining the operation of the gated charge integrating type output angle circuit described above, in which the reset I pulse φr is applied from time to to time tl, and when reset I and transistor 3 are turned on, , the potential of the detection diode 5 rises to the train voltage of the reset transistor 3 +■. Next, reset transistor 3 at the clock time.
When turned off, the potential of the detection diode 5 changes to two capacitances: a capacitance 7 corresponding to the sum of the detection diode 5 and the gate capacitance of the buffer circuit 2, and the gate-source capacitance of the reset transistor 3. A constant reference potential V determined by become. Next, at time t3, charge is transferred and flows into the detection diode 5, and its potential changes to obtain the output voltage Vs.

ところで、時刻t。から時刻t、までリセットトランジ
スタ3が導通している間、リセットトランジスタ3はあ
る大きさの雑音E、を発生する。
By the way, time t. While the reset transistor 3 is conductive from time t to time t, the reset transistor 3 generates a certain amount of noise E.

基準電位■。はこの雑音ENによって影響を受け、例え
ぼりセントパルスφrが印加される毎に■。
Reference potential■. is affected by this noise EN, and for example, every time the cent pulse φr is applied.

士■イと変動し、出力のS/Nが劣化する。この変動電
位■8かリセット雑音である。
It fluctuates rapidly, and the output S/N deteriorates. This fluctuating potential ■8 is reset noise.

また雑音源はリセットトランジスタ3だけでなく、バッ
ファ回路2もランダム雑音を発生する雑音源となってい
る。バッファ回路2が発生するランダム雑音E、Iはそ
の振幅が周波数fの逆数に比例するので1/f雑音と呼
ばれている。このリセット雑音や1/f雑音の影響を軽
減してS/Nを改善する方法として、時刻t5□におい
て基準電位■。
In addition, the reset transistor 3 is not the only noise source, but the buffer circuit 2 is also a noise source that generates random noise. The random noises E and I generated by the buffer circuit 2 are called 1/f noises because their amplitudes are proportional to the reciprocal of the frequency f. As a method of reducing the influence of this reset noise and 1/f noise and improving the S/N, the reference potential ■ is set at time t5□.

を一定電位にクランプし、次いで時刻t4で出力電圧V
sをサンプリングする方法が2重相関サンプリング法と
して知られている(特開昭56−116374号公報)
。また同様な効果を狙った雑音抑圧法として、CCD出
力信号を、CCD転送りロック周波数を中心周波数に持
つバンドパスフィルタを通した後、CCD転送りロック
に同期したキャリア信号によって同期検波を行い出力を
検出する回路が捷案されている(特開昭63−2083
75号公報)。
is clamped to a constant potential, and then at time t4 the output voltage V
The method of sampling s is known as the double correlation sampling method (Japanese Unexamined Patent Publication No. 116374/1983).
. In addition, as a noise suppression method aiming at the same effect, the CCD output signal is passed through a bandpass filter whose center frequency is the CCD transfer lock frequency, and then synchronously detected using a carrier signal synchronized with the CCD transfer lock and output. A circuit has been devised to detect the
Publication No. 75).

この回路によると、バンドパスフィルタの通過帯域とな
る周波数領域では、雑音が減少しているためにS / 
Nの改善された信号か得られる。
According to this circuit, in the frequency region that is the passband of the bandpass filter, the noise is reduced, so the S/
N improved signals are obtained.

(発明が解決しようとする課題:・ 前述の従来例では、2重相関サンプリング法乙こよって
除去できる雑音はりセント雑音と11fN音の低周波成
分に限られている。また2重相関サンプリング法によっ
て雑音を除去しようとする場合、時刻t、および時刻t
4で一定電位にクランプされる基準電位および信号電位
は互いに無相関なランダム雑音の影響を受け、出力信号
のS/Nが劣化する。この場合のランダム雑音は1/f
雑音およびその他の高周波雑音成分である。
(Problem to be solved by the invention:- In the conventional example described above, the noise that can be removed by the double correlation sampling method is limited to cent noise and the low frequency component of 11fN sound. When attempting to remove noise, time t and time t
The reference potential and signal potential, which are clamped to a constant potential in step 4, are affected by random noise that is uncorrelated with each other, and the S/N of the output signal deteriorates. The random noise in this case is 1/f
noise and other high frequency noise components.

すなわち2重相関サンプリング法ではリセ71−トラン
ジスタ3が発生するリセット雑音■8および1/f雑音
の低周波成分は除去できてもそれ以外の成分は除去する
ことができずS/Nが悪いという不都合がある。実際、
CCD高速駆動時ではリンギング等の高周波ノイズが太
きくS/Nに影響する。
In other words, although the double correlation sampling method can remove the low frequency components of the reset noise 8 and 1/f noise generated by the lyser 71 and the transistor 3, it cannot remove the other components, resulting in a poor S/N ratio. It's inconvenient. actual,
When the CCD is driven at high speed, high frequency noise such as ringing greatly affects the S/N ratio.

またバンドパスフィルタによる同期検波法では各画素間
で相関のある緩やかに変化する低周波成分もフィルタに
よって抑圧されてしまい、階調のある画像信号などを扱
った場合に階調性が充分表現できないという不都合があ
る。
In addition, in the synchronous detection method using a band-pass filter, the slowly changing low frequency components that are correlated between each pixel are also suppressed by the filter, making it impossible to adequately express the gradation when handling image signals with gradation. There is this inconvenience.

さらに波形を直接サンプル・ホールドする回路系では、
一般にCCDII力波形は短波形に近い形状をしている
ため、高速駆動時では波形の立ち上がり特性を考慮した
きびしい周波数特性が回路系に要求される。
Furthermore, in circuit systems that directly sample and hold waveforms,
In general, the CCDII force waveform has a shape close to a short waveform, and therefore, during high-speed driving, the circuit system is required to have strict frequency characteristics that take into account the rising characteristics of the waveform.

この発明はCCD出力信号に含まれるリセット雑音およ
び高周波ランダム雑音等を画像信号の階調性を維持しつ
つ除去し、S/Nを改善することが可能で、かつ回路系
の周波数特性を緩和するこができる電荷結合素子の出力
検出方式を提供することを目的とする。
This invention can remove reset noise, high-frequency random noise, etc. contained in a CCD output signal while maintaining the gradation of the image signal, improve the S/N ratio, and alleviate the frequency characteristics of the circuit system. An object of the present invention is to provide an output detection method for a charge-coupled device that can perform the following steps.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明による電荷結合素子の出力検出方法は、ゲート
付き電荷積分形出力回路を有する電荷結合素子から転送
クロックパルスの1周期毎に基準電位と信号電荷とに対
応する振幅の出力信号を受け、この信号を上記転送クロ
ックパルス1周期を通過帯域とする帯域通過フィルタに
よって帯域制限し、この帯域制限した信号を上記転送ク
ロックパルス1周期を基本周波数とするフーリエ級数に
展開し、上記出力信号から上記信号電荷に対応する成分
のみを抽出する方法である。
The output detection method of a charge-coupled device according to the present invention receives an output signal with an amplitude corresponding to a reference potential and a signal charge every cycle of a transfer clock pulse from a charge-coupled device having a gated charge-integrating output circuit. The signal is band-limited by a band-pass filter whose pass band is one period of the transfer clock pulse, and this band-limited signal is expanded into a Fourier series whose fundamental frequency is one period of the transfer clock pulse, and the signal is converted from the output signal to the signal. This method extracts only the components corresponding to electric charges.

また、この発明による電荷結合素子の出力検出回路は、
転送クロックパルスの1周期毎に基準電位と信号電荷と
に対応する振幅の信号を出力するゲート付き電荷積分形
出力回路を有する電荷結合素子と、上記出力回路からの
信号を上記転送クロックパルス周波数を中心周波数とす
る成分に帯域制限するアナログ帯域通過フィルタと、上
記帯域制限した信号を所定の時間間隔でサンプリングし
たのち量子化してディジタル信号に変換するAD変換部
と、上記ディジタル信号をフーリエ級数に展開して上記
信号電荷に対応する成分のみを抽出する演算部とから構
成される。
Further, the output detection circuit of a charge-coupled device according to the present invention has the following features:
a charge-coupled device having a gated charge integrating output circuit that outputs a signal with an amplitude corresponding to a reference potential and a signal charge every cycle of a transfer clock pulse; An analog bandpass filter that limits the band to a component with a center frequency, an AD converter that samples the band-limited signal at predetermined time intervals, quantizes it, and converts it into a digital signal, and expands the digital signal into a Fourier series. and an arithmetic unit that extracts only the component corresponding to the signal charge.

〔作 用] この発明によると、電荷結合素子の出力信号を、転送ク
ロックパルス周波数を中心周波数とする帯域通過フィル
タによって帯域制限し、この帯域側■した出力波形を、
各画素に対応する区間毎に転送クロックパルス周波数を
基本波とするフーリエ級数に展開して基本波成分のフー
リエ係数を求め、この係数から電荷結合素子の出力信号
の振幅を求めることによって信号電荷に対応する成分の
みを抽出するようにしている。
[Operation] According to the present invention, the output signal of the charge-coupled device is band-limited by a band-pass filter whose center frequency is the transfer clock pulse frequency, and the output waveform on the band side is
For each interval corresponding to each pixel, the transfer clock pulse frequency is expanded into a Fourier series with the fundamental wave as the fundamental wave component, and the Fourier coefficient of the fundamental wave component is obtained. From this coefficient, the amplitude of the output signal of the charge-coupled device is obtained. Only the corresponding components are extracted.

このため、ゲート付き電荷積分形出力回路のリセットI
・ランジスタが発生するリセット雑音および1/f雑音
等のランダム雑音の影響が排除されたS/Nの改善され
た出力信号が得られる。
Therefore, the reset I of the gated charge integration type output circuit
- An output signal with an improved S/N ratio can be obtained in which the effects of random noise such as reset noise and 1/f noise generated by transistors are eliminated.

〔実施例] 第1図に示す波形図を参照しながらこの発明による電荷
結合素子の出力検出方式について説明する。なお、第1
図中、図(a)は前述したリセットトランジスタのゲー
ト電極に入力されるリセットパルスφr、図(blはC
CD転送電極に人力される転送りロックφ1、図(C)
はCCD出力信号である。
[Example] An output detection method of a charge-coupled device according to the present invention will be described with reference to the waveform diagram shown in FIG. In addition, the first
In the figure, (a) is the reset pulse φr input to the gate electrode of the reset transistor mentioned above, and (bl is C
Transfer lock φ1 manually applied to CD transfer electrode, diagram (C)
is the CCD output signal.

いま、CCDの各画素(N個)に対応する波形区間を区
間1〜区間Nとし、波形の周期を転送りロックφ1の周
期1/f0とすると、CCDa力信出力信号gのn (
n・1,2.・・・、N)番目の区間内での、時間tに
関する転送りロック周波数f。を基本波とするフーリエ
展開Vn(t)は、 Vn(t) =a 、、o/2+Σa 1I11cOs
2 πkf、t+Σb、、kS1n2πkfOt・・・
■となる。式■の高次の項は前述したリセットトランジ
スタのリセット雑音および1/f雑音等のランダム雑音
に起因するものである。
Now, if the waveform section corresponding to each pixel (N pieces) of the CCD is section 1 to section N, and the period of the waveform is transferred and the period of lock φ1 is 1/f0, then n (
n・1, 2. ..., the transfer lock frequency f with respect to time t within the Nth interval. The Fourier expansion Vn(t) with the fundamental wave as Vn(t) = a ,,o/2+Σa 1I11cOs
2 πkf, t+Σb,, kS1n2πkfOt...
■It becomes. The higher-order term in equation (2) is caused by the reset noise of the reset transistor mentioned above and random noise such as 1/f noise.

次に、n番目の画素に対応する所望のCCD出力信号V
n’ (t)は、第1図のn番目の画素におけるCCD
出力電圧Vn(t)の基本波「。成分(弐〇においてに
=1の成分)に対応し、 Vn’ (t)= a n+cOs2πfot+l)?
I+51n2πfat   −・・■で表され、その振
幅Vamp(n)は、amp(n)=  (a Tl+
”  =−b n+” ) ””   ”’■となる。
Next, the desired CCD output signal V corresponding to the nth pixel is
n' (t) is the CCD at the nth pixel in FIG.
Corresponding to the fundamental wave component (component of =1 at 2〇) of the output voltage Vn(t), Vn' (t) = a n+cOs2πfot+l)?
It is expressed as I+51n2πfat -...■, and its amplitude Vamp(n) is amp(n)=(a Tl+
"=-b n+") """'■.

すなわち、所望のCCD出力信号の振幅V a 1ll
p (n)はCCD出力波形のn番目の区間を転送りロ
ック周波数foでフーリエ展開したときの1次のフーリ
エ係数、つまり弐■の係数ari+およびbal+を決
定することによって弐■から求めることができる。
That is, the amplitude of the desired CCD output signal V a 1ll
p (n) can be obtained from 2) by determining the first-order Fourier coefficients when transferring the n-th section of the CCD output waveform and performing Fourier expansion at the lock frequency fo, that is, the coefficients ari+ and bal+ of 2). can.

クロック周波数f。より低い周波数成分(DC成分を含
めて)も式■を定義した段階で原理的に除去される。
Clock frequency f. In principle, lower frequency components (including DC components) are also removed at the stage when formula (2) is defined.

次に、式■から基本波f00次のみを抽出する方法につ
いて述べる。式■から基本波f00次のフーリエ係数を
求めるには、次に示す3角関数の直交性を利用する。
Next, a method of extracting only the fundamental wave f00th order from equation (2) will be described. In order to obtain the Fourier coefficient of the fundamental wave f00th order from equation (2), the orthogonality of the trigonometric functions shown below is used.

=27T ・ δmn ・・・■ cos2πmft  5in2πnft  dし=0 ・・・■ (但し、δmn:クロふ・ンカー記号、T=1/f)そ
して、区間T Ct 、 t+1/fo)にわたる次の
積分を考える。
=27T ・δmn ...■ cos2πmft 5in2πnft d = 0 ...■ (However, δmn: Cloff-Nker symbol, T=1/f) Then, the following integral over the interval T Ct , t+1/fo) think.

そして、式■および式■に式■を代入し、式■および弐
■を考慮すると、 c(n)=a+++           ・・・■5
(n)=b、、+           ・・・■とな
る。従って、所望のCCD出力信号の振幅■ats p
 (n)は、式■および弐■、■から、νamp(n)
 = (C(n)”±5(n)2)I”  −・・[相
]となる。
Then, by substituting formula ■ into formula ■ and formula ■, and considering formula ■ and 2■, c(n)=a+++ ・・・■5
(n)=b,,+...■. Therefore, the amplitude of the desired CCD output signal ■ ats p
(n) is νamp(n) from the formulas ■ and 2■, ■
= (C(n)"±5(n)2)I" -... [phase].

次に、弐〇の時間tをM数値列、弐■および弐■の積分
をΣに拡張して考えると、 Vn(iΔj) =a no/2士Σa 11kcos
 2 yr kfoiΔt+Σbfiksin2 πf
oiΔt ・・・0 3 (n) −八、Vn (iΔt)sin2 πfo
iΔ1 −■(但し、MΔt = T =I/f、)と
なる。
Next, if we consider the time t of 2〇 as M numerical sequence and the integral of 2■ and 2■ as Σ, we get Vn(iΔj) = a no/2 Σa 11kcos
2 yr kfoiΔt+Σbfiksin2 πf
oiΔt...0 3 (n) -8, Vn (iΔt) sin2 πfo
iΔ1 −■ (however, MΔt = T = I/f).

以上のことから、第1図(C)に示すCCD出力波形を
、N個の各画素に対応する区間内において間隔ΔtてM
個のデータをサンプリングし、N個の各画素に対して独
立に式[相]〜@によって振幅Vamp(n)を求める
。この振幅V a m p (n)が所望のCCD出力
信号である。
From the above, the CCD output waveform shown in FIG.
data is sampled, and the amplitude Vamp(n) is determined independently for each of the N pixels using the formula [phase]~@. This amplitude V a m p (n) is the desired CCD output signal.

弐@および@の“cos”および“sin”の項は周波
数f0および間隔ΔLが共に既知であるので、Vn(i
Δt)に対して重み関数として計算することができる。
Since the frequency f0 and the interval ΔL of the “cos” and “sin” terms of 2@ and @ are both known, Vn(i
Δt) can be calculated as a weight function.

ここで、振幅νa m p (n)がN個の画素に対し
て独立に求められるということは重要である。
It is important here that the amplitude νa m p (n) is determined independently for the N pixels.

ところで、この発明の方法によれば、先に述べたように
転送りロック周波数f。より低い周波数成分を除去する
ことができる。しかし、これは各画素に対応する区間内
でのことであり、所望のCCD出力信号そのものが低周
波の変化を有する場合は保存される。すなわち、各画素
区間内で緩やかに変化し画素間での相関を持たない成分
は除去され、画素全体にわたり緩やかに変化する成分、
つまり画素間で相関性を持つ成分は保存される。
By the way, according to the method of the present invention, as described above, the transfer lock frequency f. Lower frequency components can be removed. However, this is within the interval corresponding to each pixel, and if the desired CCD output signal itself has a low frequency change, it is preserved. In other words, components that change slowly within each pixel section and have no correlation between pixels are removed, and components that change slowly over the entire pixel,
In other words, components that have correlation between pixels are preserved.

また、転送りロック周波数f。よりも高い成分に対して
も同様である。この様子を第2図に示す。
Also, the transfer lock frequency f. The same applies to components higher than . This situation is shown in FIG.

図において、高周波ノイズおよび低周波ノイズは除去さ
れるが、破線で示す信号本来の低周波成分は除去されな
い。
In the figure, high frequency noise and low frequency noise are removed, but the original low frequency components of the signal shown by broken lines are not removed.

またCCD出力信号の波形は第1図(C)に示すように
矩形波に近い形状をしている。すなわち、転送りロック
周波数f0に対し比較的大きな高周波成分を含んでいる
。このため、第1図のタイミングでサンプリングを行う
と、波形のエツジ部分(Vn (0) 、 Vn (2
Δt)の部分)では信号のサンプル値があいまいになる
。これは信号成分にサンプリング周波数に比べ極端に高
い成分が含まれていることによって起こるエリアジング
(aliasing)と呼ばれる効果である。実際、矩
形波は立上り/立下り時に無限大の周波数を持つ。そこ
で、これを抑制するために中心周波数を転送りロック周
波数r。
Further, the waveform of the CCD output signal has a shape close to a rectangular wave as shown in FIG. 1(C). That is, it contains a relatively large high frequency component with respect to the transfer lock frequency f0. Therefore, if sampling is performed at the timing shown in Figure 1, the edge portions of the waveform (Vn (0), Vn (2
In the portion Δt), the sample value of the signal becomes ambiguous. This is an effect called aliasing that occurs when the signal components include components that are extremely high compared to the sampling frequency. In fact, a square wave has an infinite frequency at its rise/fall. Therefore, in order to suppress this, the center frequency is transferred to the lock frequency r.

に設定した帯域通過フィルタによってCCD出力信号を
フィルタリングし、第3図に示すようなCCD出力波形
を得るようにする。このフィルタ処理は低周波域で大き
な成分を持つ1/f雑音を除去する効果もある。CCD
出力信号にはクロック周波数foよりも高い成分は原理
的に存在しないはずであるから、帯域通過フィルタを通
しても所望の情報は失われない。これ以降の処理回路系
の周波数特性は周波数fOを考慮して条件を決めていけ
ばよい。
The CCD output signal is filtered by a band pass filter set to obtain a CCD output waveform as shown in FIG. This filter processing also has the effect of removing 1/f noise that has large components in the low frequency range. CCD
Since in principle there should be no component higher than the clock frequency fo in the output signal, the desired information will not be lost even if it is passed through a band pass filter. Conditions for the frequency characteristics of the processing circuit system from this point on can be determined in consideration of the frequency fO.

次に、第4図に示すブロック図を参照してこの発明によ
る電荷結合素子の出力検出回路について説明する。
Next, an output detection circuit for a charge coupled device according to the present invention will be described with reference to the block diagram shown in FIG.

同図において、CCDIから出力されるCCD出力信号
は転送りロック周波数foをカントオフ周波数とするア
ナログ帯域通過フィルタ2によってフィルタリングされ
た後、サンプルホールド回路3に供給される。帯域通過
フィルタ2のフィルタ特性を、第5図に示す。
In the figure, the CCD output signal output from the CCDI is filtered by an analog band pass filter 2 whose cant-off frequency is the transfer lock frequency fo, and then supplied to a sample hold circuit 3. The filter characteristics of the bandpass filter 2 are shown in FIG.

サンプルホールド回路3では、前述の第3図に示すよう
に、区間1−N毎に間隔△tで入力波形をサンプリング
する。サンプリングされた信号は量子化器4でディジタ
ル信号に変換されて演算器5に送られる。サンプルホー
ルド回路3および量子化器4によってAD変換部が構成
される。
The sample and hold circuit 3 samples the input waveform at intervals Δt every section 1-N, as shown in FIG. 3 described above. The sampled signal is converted into a digital signal by the quantizer 4 and sent to the arithmetic unit 5. The sample and hold circuit 3 and the quantizer 4 constitute an AD conversion section.

演算器5では、前述した式0〜■がらC(n)およびS
 (n)を計算し、二〇C(n)およびS (n)から
前述の式■によって振幅V a m p (n)を求め
、ハンファ6を介して出力する。
The arithmetic unit 5 calculates C(n) and S from the above-mentioned equations 0 to
(n) is calculated, and the amplitude V a m p (n) is obtained from the above-mentioned formula (2) from C(n) and S (n), and outputted through the Hanwha 6.

この演算器5における演算手順を、第6図に示すフロー
チャートを参照して説明する。
The calculation procedure in this calculation unit 5 will be explained with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、CCDIの各画素に対応するN個の波形区間の最
初の区間1の演算を行うために、n、(n=L2.・・
・、N)の値を初期値r1.にセ・ノ(・する(ステッ
プSL)。
First, in order to calculate the first section 1 of N waveform sections corresponding to each pixel of CCDI, n, (n=L2...
, N) to the initial value r1. ni se no (・do (step SL).

次いで、当該区間内においてCCD波形を間隔ΔtでM
個すンプリングするために、1(i=01、・・・9M
〜1)の値を最初のサンプリング点「0」にセットする
(ステップ32)。
Next, within the section, the CCD waveform is
1 (i=01,...9M
-1) is set to the first sampling point "0" (step 32).

次いで、前述の式0によって当該サンプリング点のCC
D出力電圧シn(iΔt)を求め、データサンプリング
を行う(ステップS3)。
Next, the CC of the sampling point is calculated using the above equation 0.
The D output voltage n(iΔt) is determined and data sampling is performed (step S3).

次イで、’ I =M−1」か否か判定する(ステ・ン
7”S4)。これは当該区間内でM個のサンプリングが
終了したか否かを判定するもので、終了していなければ
iの値を進め(ステップs5)、次のサンプリング点の
CCD出力電圧Vn (iΔt)を求める(ステ・ノブ
S3)。このステップ33〜s5の一連の処理はM個の
全てのサンプリングが終了するまで繰り返される。
Next, it is determined whether or not 'I = M-1' (S4). This is to determine whether or not M samplings have been completed within the relevant section. If not, advance the value of i (step s5) and find the CCD output voltage Vn (iΔt) at the next sampling point (step knob S3).This series of processing from steps 33 to s5 is performed until all M samplings are Repeats until finished.

M個のサンプリングが終了すると、求めたM個のデータ
から前述の弐〇および■によってC(n)およびS (
n)を計算しくステップs6)、さらに前述の式[相]
から振幅値Vanρ(n)を求め(ステップS7)、こ
の振幅値Vamp(n)を出力または格納する(ステッ
プS8)。
When M sampling is completed, C(n) and S (
Step s6) to calculate n), and further the above formula [phase]
An amplitude value Vanρ(n) is obtained from (step S7), and this amplitude value Vamp(n) is output or stored (step S8).

次いで、’n=N」か否か判定する(ステップS9)。Next, it is determined whether 'n=N' (step S9).

これはCCD 1の各画素に対応する全N側の波形区間
での演算処理が終了したが否かを判定するもので、終了
していなければnの値を進め(ステップ5IO)、ステ
ップS2に戻って次の区間の処理を行う。全N区間の処
理が終了すると、ステップS9で口Yes;と判定され
、演算処理が終了する。
This is to determine whether or not the calculation processing in all N side waveform sections corresponding to each pixel of CCD 1 has been completed.If not, the value of n is incremented (Step 5IO) and the process proceeds to Step S2. Go back and process the next section. When the processing for all N sections is completed, a ``Yes'' determination is made in step S9, and the arithmetic processing ends.

(発明の効果] この発明によれば、ゲート付き電荷積分形出力回路を持
つ電荷結合素子において、リセットトランジスタが発生
するりセソ)・雑音および1/f雑音等のランダム雑音
の影響を排除でき、S/Nの改善された出力信号を得る
ことが出来る。
(Effects of the Invention) According to the present invention, in a charge-coupled device having a gated charge-integrating output circuit, it is possible to eliminate the influence of random noise such as reset transistor noise, 1/f noise, etc. An output signal with improved S/N can be obtained.

またサンプリングにともなうエリアジングが抑制でき、
さらに回路系の周波数特性が緩和できて高精度な信号検
出系が実現できる。
In addition, aliasing caused by sampling can be suppressed,
Furthermore, the frequency characteristics of the circuit system can be relaxed, and a highly accurate signal detection system can be realized.

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

第1図乃至第3図はこの発明による電荷結合素子の出力
検出方法を説明するための波形図、 第4図はこの発明による電荷結合素子の出力検出回路の
一実施例を示すブロック図、 第5図は第4図における帯域通過フィルタの特性図、 第6図は第4図における演算器の動作を説明するための
フローチャート、 第7図はゲート付き電荷積分形出力回路の一例を示す模
式図、 第8図は第7図の動作を説明するための波形図である。
1 to 3 are waveform diagrams for explaining the output detection method of a charge-coupled device according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the output detection circuit of a charge-coupled device according to the present invention. Fig. 5 is a characteristic diagram of the bandpass filter in Fig. 4, Fig. 6 is a flowchart for explaining the operation of the arithmetic unit in Fig. 4, and Fig. 7 is a schematic diagram showing an example of a gated charge integration type output circuit. , FIG. 8 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 7.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ゲート付き電荷積分形出力回路を有する電荷結合
素子から転送クロックパルスの1周期毎に基準電位と信
号電荷とに対応する振幅の出力信号を受け、この信号を
上記転送クロックパルス1周期を通過帯域とする帯域通
過フィルタによって帯域制限し、この帯域制限した信号
を上記転送クロックパルス1周期を基本周波数とするフ
ーリエ級数に展開し、上記出力信号から上記信号電荷に
対応する成分のみを抽出することを特徴とする電荷結合
素子の出力検出方法。
(1) Receive an output signal with an amplitude corresponding to the reference potential and signal charge every cycle of the transfer clock pulse from a charge-coupled device having a gated charge-integrating output circuit, and apply this signal to each cycle of the transfer clock pulse. The band is limited by a band-pass filter serving as a pass band, and this band-limited signal is expanded into a Fourier series whose basic frequency is one period of the transfer clock pulse, and only the component corresponding to the signal charge is extracted from the output signal. A method for detecting the output of a charge-coupled device, characterized in that:
(2)転送クロックパルスの1周期毎に基準電位と信号
電荷とに対応する振幅の信号を出力するゲート付き電荷
積分形出力回路を有する電荷結合素子と、 上記出力回路からの信号を上記転送クロックパルス周波
数を中心周波数とする成分に帯域制限するアナログ帯域
通過フィルタと、 上記帯域制限した信号を所定の時間間隔でサンプリング
したのち量子化してディジタル信号に変換するAD変換
部と、 上記ディジタル信号をフーリエ級数に展開して上記信号
電荷に対応する成分のみを抽出する演算部とを有するこ
とを特徴とする電荷結合素子の出力検出回路。
(2) a charge-coupled device having a gated charge-integrating output circuit that outputs a signal with an amplitude corresponding to the reference potential and the signal charge every cycle of the transfer clock pulse; an analog bandpass filter that limits the band to a component with the pulse frequency as the center frequency; an AD converter that samples the band-limited signal at a predetermined time interval and then quantizes it and converts it into a digital signal; 1. An output detection circuit for a charge-coupled device, comprising: an arithmetic unit that expands into a series and extracts only a component corresponding to the signal charge.
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