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JPS6337997B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6337997B2
JPS6337997B2 JP54126853A JP12685379A JPS6337997B2 JP S6337997 B2 JPS6337997 B2 JP S6337997B2 JP 54126853 A JP54126853 A JP 54126853A JP 12685379 A JP12685379 A JP 12685379A JP S6337997 B2 JPS6337997 B2 JP S6337997B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
collector
voltage
waveform
diode
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.)
Expired
Application number
JP54126853A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5651167A (en
Inventor
Masaru Noda
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi 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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP12685379A priority Critical patent/JPS5651167A/en
Publication of JPS5651167A publication Critical patent/JPS5651167A/en
Publication of JPS6337997B2 publication Critical patent/JPS6337997B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H04N25/67Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体撮像素子を用いたビデオカメラに
おける固定パターン雑音除去回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a fixed pattern noise removal circuit in a video camera using a solid-state image sensor.

テレビカメラ等の撮像デバイスとして、従来の
撮像管に代つて、半導体ICで構成した固体撮像
装置が開発されている。第1図は、このような固
体撮像装置を模式的に図示したものである。第1
図において、1は水平走査回路、2は垂直走査回
路、3,3o,3o+1,3′o,3′o+1は平面状に配
置された複数個の1受光素子となる光ダイオー
ド、4,4o,4o+1,4′o,4′o+1などは同様に
配置された垂直スイツチ用MOSトランジスタ、
5,5o,5o+1は水平スイツチ用MOSトランジ
スタ、6,6,6′は垂直走査線、7,7o,7o+
は水平走査線、8,8o,8o+1は垂直信号線、
9は水平信号線である。なお、ここで添字のn,
(n+1)などは、n番目、(n+1)番目の意味
である。
2. Description of the Related Art Solid-state imaging devices configured with semiconductor ICs have been developed as imaging devices such as television cameras in place of conventional image pickup tubes. FIG. 1 schematically shows such a solid-state imaging device. 1st
In the figure, 1 is a horizontal scanning circuit, 2 is a vertical scanning circuit, and 3, 3 o , 3 o +1 , 3' o , 3' o +1 are light beams that become multiple 1 light receiving elements arranged in a plane. The diodes, 4, 4 o , 4 o+1 , 4' o , 4' o+1 , etc. are MOS transistors for vertical switches arranged in the same way.
5 , 5 o, 5 o+1 are horizontal switch MOS transistors, 6, 6, 6' are vertical scanning lines, 7, 7 o , 7 o+
1 is a horizontal scanning line, 8, 8o , 8o +1 is a vertical signal line,
9 is a horizontal signal line. Note that here the subscripts n,
(n+1) etc. means the nth or (n+1)th.

まず、このような固体撮像装置の信号読取法の
概要を説明する。
First, an overview of the signal reading method of such a solid-state imaging device will be explained.

平面状に配置された光ダイオード3が光を受け
それぞれの受光量に応じた光電子をそれぞれの接
合容量に蓄える。垂直走査回路2により垂直走査
線6に正の走査パルスを発生すると、これにつな
がる横一列に並んだ垂直スイツチ用MOSトラン
ジスタ4o,4o+1,……がオン状態になる。引き
続き、水平走査回路1により、水平走査線7o
o+1,……に順次正の走査パルスを発生すると、
これに対応して、水平スイツチ用MOSトランジ
スタ5o,5o+1,……が順次オン状態になり、光
ダイオード3o,3o+1,……に蓄えた光電子が順
次出力端子14に引き出され、画像信号となる。
o,3o+1,……の光ダイオードの読み出しが終
ると、前記の垂直走査パルスが、垂直走査線6か
ら6′に移り、前記と同様の水平走査により、
3′o,3′o+1,……の光ダイオードの光電子が読
み出される。以上のような垂直走査と水平走査を
順次くり返えすことにより、全部の光ダイオード
の光電子を読みとり、画像信号を得る。
Photodiodes 3 arranged in a planar manner receive light and store photoelectrons in their respective junction capacitors according to the amount of light received. When the vertical scanning circuit 2 generates a positive scanning pulse on the vertical scanning line 6, the vertical switch MOS transistors 4 o , 4 o+1 , . . . connected to the vertical scanning line 6 are turned on. Subsequently, the horizontal scanning circuit 1 scans the horizontal scanning lines 7 o ,
7 When positive scanning pulses are sequentially generated at o+1 ,...,
Correspondingly, the horizontal switch MOS transistors 5 o , 5 o+1 , . . . are sequentially turned on, and the photoelectrons stored in the photodiodes 3 o , 3 o+1 , . It is extracted and becomes an image signal.
When the reading of the photodiodes 3o , 3o +1 , .
The photoelectrons of the photodiodes 3' o , 3' o+1 , . . . are read out. By sequentially repeating the vertical scanning and horizontal scanning as described above, the photoelectrons of all the photodiodes are read and an image signal is obtained.

第2図イは、n番目の水平スイツチ用MOSト
ランジスタのゲートに印加される水平走査パルス
波形15o、同様にロは(n+1)番目の水平走
査パルス波形15o+1を示す。第2図ハは、出力
端子14(第1図)に得られる信号波形を示す。
スパイク状の電圧変動17o,17o+1および18
,18o+1はスパイク雑音と呼ばれ、第1図に示
したMOSトランジスタ5o,5o+1のゲートある
いは水平走査線7o,7o+1と水平信号線9との間
に存在する寄生容量10o,10o+1等によつて水
平走査パルスの立ち上りと立ち下り部で生じたも
のである。破線19o,19o+1は、信号電荷のあ
る場合を示す。
FIG. 2A shows a horizontal scanning pulse waveform 15o applied to the gate of the n-th horizontal switch MOS transistor, and similarly, FIG. 2b shows the (n+1)th horizontal scanning pulse waveform 15o +1 . FIG. 2C shows the signal waveform obtained at the output terminal 14 (FIG. 1).
Spiked voltage fluctuations 17 o , 17 o+1 and 18
o , 18o +1 is called spike noise, and is generated between the gates of MOS transistors 5o , 5o +1 shown in FIG. 1 or between horizontal scanning lines 7o , 7o+1 and horizontal signal line 9. This occurs at the rising and falling portions of the horizontal scanning pulse due to existing parasitic capacitances such as 10 o and 10 o+1 . Broken lines 19 o and 19 o+1 indicate the case where there are signal charges.

上記スパイク雑音は、これがどの走査点におい
ても常に一定の形状をしていれば、この波形の持
つ周波数成分はそのくり返し周波数とその整数倍
の周波数成分ばかりであり、本来の信号の周波数
成分に比べて周波数が高いから低域フイルタで容
易に除去でき、画像信号への害は少ない。しか
し、実際には、この波形の形状、大きさは水平走
査パルス波形15o,15o+1の変化、寄生容量1
o,10o+1の変化などにより大きく変化し、た
とえば、第3図に示すように丁度振幅変調波に似
た波形になる。しかし、普通の振幅変調波の場合
とちがつて、キヤリア周波数(スパイクのくり返
し周波数に相当)と変調周波数(スパイク波形の
変化する周波数)とが近接しているため、第3図
でみるように正極性スパイクの包絡線20と負極
性スパイクの包絡線21とに時間のずれが認めら
れ、したがつて全体としては、破線22のように
スパイクのくり返し周波数よりも低い周波数成分
が含まれることになる。この成分は、本来の信号
と周波数帯が同じであり、もはや、低域フイルタ
で除去することはできず、疑似信号となつて画像
信号に妨害を与える。とくに、この疑似信号は、
垂直信号線8o,8o+1を共有する縦に並んだ光ダ
イオード(3o,3′o,……など)の信号に共通
して重なつて生ずるため、再生画面上では縦縞の
固定パタン雑音として現われ、非常に目立ち易
く、画質を大きく損なう。
If the above spike noise always has a constant shape at every scanning point, the frequency components of this waveform are only the repetition frequency and frequency components that are integral multiples of the repetition frequency, and compared to the frequency components of the original signal. Since it has a high frequency, it can be easily removed with a low-pass filter, and there is little harm to the image signal. However, in reality, the shape and size of this waveform are the changes in the horizontal scanning pulse waveforms 15 o and 15 o+1 , and the parasitic capacitance 1
It changes greatly due to changes of 0 o and 10 o+1 , and for example, as shown in FIG. 3, the waveform becomes exactly similar to an amplitude modulated wave. However, unlike in the case of ordinary amplitude modulated waves, the carrier frequency (corresponding to the repetition frequency of spikes) and the modulation frequency (the frequency at which the spike waveform changes) are close to each other, so as shown in Figure 3, A time lag is observed between the envelope 20 of the positive polarity spike and the envelope 21 of the negative polarity spike, and therefore, as a whole, frequency components lower than the repetition frequency of the spike are included as shown by the broken line 22. Become. This component has the same frequency band as the original signal and can no longer be removed by a low-pass filter, becoming a pseudo signal that interferes with the image signal. In particular, this pseudo signal is
This occurs when the signals of the vertically arranged photodiodes (3 o , 3' o , ..., etc.) that share the vertical signal lines 8 o , 8 o+1 are commonly overlapped, so the vertical stripes are fixed on the playback screen. It appears as pattern noise, is very noticeable, and greatly impairs image quality.

このような固定パタン雑音を除去する従来の技
術として、第4図に示すような信号処理回路方式
がある。実願昭53−52105(実開昭54−155426)本
図において、23は先に第1図で説明したような
固体撮像装置のセンサ部、24は増幅器、27は
積分コンデンサ、28は積分リセツトスイツチ用
MOSトランジスタ、29は負荷抵抗、30は電
源、31はリセツトパルス印加端子、32は信号
出力端子などである。トランジスタ25とエミツ
タ抵抗26はエミツタ接地増幅回路を構成してい
る。第5図は、第4図の回路の要部の動作電圧波
形又は、電流波形図であり、これを用いて、回路
の動作を説明する。トランジスタ25のベースに
第5図イの波形の信号が印加される。このスパイ
ク雑音は、正確には、第3図で説明したように正
極性スパイクとそれに続く負極性スパイクを一対
として1対1対が大きさ形状のちがうものである
が、ここでは煩雑さを避けるために一様の波形で
描いてある。またトランジスタ25が直線性よく
動作するようにイの波形には適当な直流バイアス
電圧が重畳されている。第5図ロはリセツトパル
ス波形であり、そのハイレベル時に積分リセツト
スイツチ用MOSトランジスタ28がオンし、ロ
ーレベル時にオフする。
As a conventional technique for removing such fixed pattern noise, there is a signal processing circuit system as shown in FIG. Utility Model Application No. 53-52105 (Utility Model Application No. 54-155426) In this figure, 23 is the sensor section of the solid-state imaging device as previously explained in FIG. 1, 24 is the amplifier, 27 is the integrating capacitor, and 28 is the integrating reset. for switch
MOS transistor, 29 is a load resistor, 30 is a power supply, 31 is a reset pulse application terminal, 32 is a signal output terminal, etc. The transistor 25 and the emitter resistor 26 constitute a grounded emitter amplifier circuit. FIG. 5 is a diagram of operating voltage waveforms or current waveforms of essential parts of the circuit of FIG. 4, and the operation of the circuit will be explained using this diagram. A signal having the waveform shown in FIG. 5A is applied to the base of the transistor 25. To be more precise, this spike noise consists of a positive polarity spike followed by a negative polarity spike, each pair having a different size and shape, but we will avoid complexity here. Therefore, it is drawn as a uniform waveform. Further, an appropriate DC bias voltage is superimposed on the waveform A so that the transistor 25 operates with good linearity. FIG. 5B shows the reset pulse waveform, and when the pulse is at a high level, the integral reset switch MOS transistor 28 is turned on, and when it is at a low level, it is turned off.

今、時刻to以前にスイツチがオンしていたとす
ると、積分コンデンサ27は負荷抵抗29による
電圧降下を無視するとほぼ電源A30の電圧VA
まで充電されている。時刻toでスイツチがオフす
ると積分コンデンサ27に蓄えられた電荷はトラ
ンジスタ25を通して放電され、(このときの放
電電流は第5図イの波形で制御された電流である
が)積分コンデンサの電圧(トランジスタ25の
コレクタ電圧)は第5図ハに示す波形に従つて降
下する。その電圧降下量は、トランジスタ25の
コレクタ電流を時刻toからt′oまでの間で積分した
値、すなわち、その間の放電電荷の総和に比例し
積分コンデンサ27の容量値に反比例している。
正極性スパイク雑音17oと負極性スパイク雑音
18oの両方を完全に含むように積分期間の始ま
りtoと終りt′oを定めると、積分により隣り合つた
正負両極性のスパイクは等レベルであるからこれ
は互いに打ち消し合い、積分値、すなわち、放電
電荷の総和は何らスパイクの影響を受けないこと
になる。
Now, assuming that the switch is on before time t o , the integrating capacitor 27 is approximately the voltage V A of the power supply A 30, ignoring the voltage drop due to the load resistor 29.
is charged up to. When the switch is turned off at time t o , the charge stored in the integrating capacitor 27 is discharged through the transistor 25, and the voltage of the integrating capacitor (although the discharge current at this time is a current controlled by the waveform shown in FIG. 5A) The collector voltage of transistor 25) drops according to the waveform shown in FIG. 5C. The amount of voltage drop is proportional to the value obtained by integrating the collector current of the transistor 25 from time t o to time t' o , that is, the total sum of discharged charges during that period, and inversely proportional to the capacitance value of the integrating capacitor 27.
If the beginning t o and the end t' o of the integration period are set so as to completely include both the positive spike noise 17 o and the negative spike noise 18 o , the adjacent spikes of both positive and negative polarities will be at the same level through integration. Therefore, these cancel each other out, and the integral value, that is, the total sum of discharged charges, is not affected by the spike at all.

積分値は、トランジスタ25の直流バイアス電
流によるものと、本来の信号電流分19oとによ
るものの和となる。
The integral value is the sum of the value due to the DC bias current of the transistor 25 and the value due to the original signal current 19 ° .

次いで、時刻t′oにおいて積分リセツトスイツ
チがオンすると、積分コンデンサ27は負荷抵抗
29を通じて電源30の電圧VAまで再び充電さ
れるが、このときの充電電荷量は、前述のtoから
t′oまでの期間に放電した電荷にほぼ等しいから、
(正確には、t′oからto+1までの間にトランジスタ
25を流れた電荷も加わる。)この充電電流波形
(第5図ニ)を負荷抵抗29の電圧降下として信
号出力端子32から取り出すことにより、スパイ
ク雑音分が除去された信号分を得ることが可能と
なる。実際には、第5図ニの波形を低域フイルタ
に通して得られる低域分(破線37の平均値)が
画像信号となる。
Next, when the integral reset switch is turned on at time t'o , the integral capacitor 27 is charged again to the voltage V A of the power supply 30 through the load resistor 29, but the amount of charge at this time is
Since it is almost equal to the charge discharged during the period up to t′ o ,
(To be exact, the charge flowing through the transistor 25 from t' o to t o+1 is also added.) This charging current waveform (FIG. 5 D) is output from the signal output terminal 32 as a voltage drop across the load resistor 29. By extracting the signal, it is possible to obtain a signal from which the spike noise has been removed. Actually, the low-frequency portion (average value of the broken line 37) obtained by passing the waveform shown in FIG. 5D through a low-pass filter becomes the image signal.

以上は、この信号処理回路の動作原理の説明で
あるが、実際の使用に当つてはいくつか留意すべ
き事項がある。その第1点は、スパイク雑音の打
消し効果を良くするためには、積分期間の終り
t′oをできるだけ遅らせることであり、第2点は、
t′oを遅らせたことによつて次の積分開始点
(to+1)までの期間が短かくなるが、このために
積分のリセツト(積分コンデンサの充電)が十分
に行なわれなくなつて隣り同志の光ダイオードの
信号分が混ざり合つて解像度が劣化することを避
けなければならない。そのためには負荷抵抗を適
当に低い値に選び、また積分リセツトスイツチ用
MOSトランジスタのオン抵抗も十分に低い値の
ものが必要である。また、スイツチング時間も十
分に小さいものでなければならない。
The above is an explanation of the operating principle of this signal processing circuit, but there are some points to keep in mind when actually using it. The first point is that in order to improve the effect of canceling spike noise, it is necessary to
The second point is to delay t′ o as much as possible.
By delaying t′ o , the period until the next integration start point (t o+1 ) is shortened, but because of this, the integration reset (charging of the integrating capacitor) is not performed sufficiently. It is necessary to avoid deterioration of resolution due to mixing of signals from neighboring photodiodes. To achieve this, the load resistance must be selected to a suitably low value, and the integral reset switch must be
The on-resistance of the MOS transistor must also be sufficiently low. Furthermore, the switching time must also be sufficiently short.

ところで、このような従来の信号処理回路を
IC化するには、障害がいくつかあるがその一番
の問題は積分リセツトスイツチにMOSトランジ
スタを必要とすることである。ビデオ信号を処理
するリニアICには一般にMOS ICよりもバイポー
ラICの方が、いろんな点で適しており、したが
つて、このようなICにMOSトランジスタを必要
とすることは問題である。近年、バイポーラIC
にMOSトランジスタを混在して用いる技術も開
発されているが、オン抵抗や、スイツチング時間
等の重要な特性パラメータにおいてまだ性能が不
十分である。
By the way, if such a conventional signal processing circuit is
There are several obstacles to making it into an IC, but the biggest one is that the integral reset switch requires a MOS transistor. Bipolar ICs are generally better suited in many ways than MOS ICs for linear ICs that process video signals, so the need for MOS transistors in such ICs is problematic. In recent years, bipolar IC
Technology that uses MOS transistors in combination has also been developed, but the performance is still insufficient in terms of important characteristic parameters such as on-resistance and switching time.

このような理由から、以上説明した従来の信号
処理回路は、IC化に適しておらず、バイポーラ
IC化に適した新しい信号処理回路が要望されて
いる。
For these reasons, the conventional signal processing circuits explained above are not suitable for IC implementation, and bipolar
There is a demand for new signal processing circuits suitable for IC implementation.

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、MOSトランジスタが不要で、バイポーラ
ICに適した固定パタン雑音除去回路方式を提供
することである。
The purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, eliminate the need for MOS transistors, and use bipolar
An object of the present invention is to provide a fixed pattern noise removal circuit system suitable for ICs.

本発明の要点は、積分リセツトスイツチの機能
を果すものとしてダイオードあるいはトランジス
タの整流特性を応用し、また積分コンデンサの一
端にリセツトパルスを印加することによりコンデ
ンサの積分電圧にリセツトパルスを重畳したごと
く作用せしめ、この重畳パルスにより前記のダイ
オードあるいはトランジスタの導通・非導通を行
なわせて積分および積分リセツトを行なうもので
ある。さらに詳述すれば、本発明は入力電圧を電
流に変換するトランジスタとそのトランジスタの
コレクタに積分コンデンサとダイオードのカソー
ドを結び、そのダイオードのアノードを負荷抵抗
を介して電源に結び、前記積分コンデンサの他端
に負極性の積分リセツトパルスを印加してなり、
リセツトパルスのハイレベル時にダイオードがカ
ツトオフしてコンデンサは積分動作を行ない、リ
セツトパルスのローレベル時にダイオードがオン
して積分リセツトと同時にコンデンサに蓄えられ
た入力信号積分値を読み取り、負荷抵抗へ取り出
す。
The key point of the present invention is to apply the rectifying characteristics of a diode or transistor to perform the function of an integral reset switch, and to apply a reset pulse to one end of an integral capacitor, which acts as if the reset pulse were superimposed on the integrated voltage of the capacitor. This superimposed pulse then makes the diode or transistor conductive or non-conductive to perform integration and integral reset. More specifically, the present invention connects a transistor that converts an input voltage to a current, an integrating capacitor and a cathode of a diode to the collector of the transistor, and connects the anode of the diode to a power supply via a load resistor. By applying a negative integral reset pulse to the other end,
When the reset pulse is at a high level, the diode is cut off and the capacitor performs an integration operation, and when the reset pulse is at a low level, the diode is turned on and at the same time as the integration is reset, the integrated value of the input signal stored in the capacitor is read and taken out to the load resistor.

以下、本発明を実施例によつて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained with reference to Examples.

第6図は本発明の第1の実施例を示す。第6図
において、38は積分リセツトスイツチ用ダイオ
ードであり、その他第4図と同一記号は第4図で
説明したと同じかまたは同一の機能を有するもの
である。第7図は第6図の実施例の動作を説明す
るための波形図である。イはトランジスタ25の
ベース電圧波形、ロはリセツトパルス印加端子3
1に印加するリセツトパルス波形、ハはトランジ
スタ25のコレクタ電圧波形、ニは負荷抵抗29
を流れる電流波形である。またイ〜ニの各波形図
は相互の時間関係も示している。第6図のトラン
ジスタ25のベースに印加される信号波形は第7
図イのようにスパイク状であり、このスパイク雑
音は正確には第3図で説明したように1ケ1ケが
大きさ形状のちがうものであるが、煩雑さを避け
るために第5図イと同様に一様の波形で描いてあ
る。また、トランジスタ25が直線性よく動作す
るように第7図イの波形には適当な直流バイアス
電圧が重畳されている。リセツトパルス印加端子
31に印加されるリセツトパルスは第7図ロに示
すように負極性パルスである。
FIG. 6 shows a first embodiment of the invention. In FIG. 6, 38 is a diode for an integral reset switch, and other symbols that are the same as those in FIG. 4 are the same as those explained in FIG. 4 or have the same functions. FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. A is the base voltage waveform of the transistor 25, B is the reset pulse application terminal 3
1, C is the collector voltage waveform of the transistor 25, and D is the load resistor 29.
This is the waveform of the current flowing through. The waveform diagrams A to D also show mutual time relationships. The signal waveform applied to the base of the transistor 25 in FIG.
It has a spike shape as shown in Figure A. To be precise, each spike noise has a different size and shape as explained in Figure 3, but to avoid complication, it is shown in Figure 5. Similarly, it is drawn with a uniform waveform. Further, an appropriate DC bias voltage is superimposed on the waveform of FIG. 7A so that the transistor 25 operates with good linearity. The reset pulse applied to the reset pulse application terminal 31 is a negative polarity pulse as shown in FIG. 7B.

今、時刻toの直前においてリセツトパルスがロ
ーレベルにあつて積分コンデンサ27の充電がす
でに完了し、したがつてトランジスタ25のコレ
クタ電位が電源30の電圧VAにあつたとする。
(正確にはトランジスタ25のコレクタ電流が負
荷抵抗29を流れることによる電圧降下分とダイ
オードによる電圧降下分をVAから差引かねばな
らないが、この降下分は小さいので無視して説明
する。また、ダイオードはオフセツト電圧のない
理想ダイオードとして説明する。)次いで時刻to
においてリセツトパルスがローレベルからハイレ
ベルに電圧VPだけ変化すると、積分コンデンサ
の両端電圧は急激には変化しえないから、トラン
ジスタ25のコレクタ電位は、第7図ハに示すよ
うにリセツトパルス電圧VPの分だけ上昇し、(VA
+VP)に達する。この状態においては積分リセ
ツトスイツチ用ダイオード38は逆バイアス状態
となり、カツトオフする。そして、時刻toからt′o
までの間、トランジスタ25のコレクタ電流は直
流分を含めて全部積分コンデンサ27を流れ、こ
れによつてコンデンサ27に充電されていた電荷
は時間の経過と伴に減少し、その両端電圧が下る
から、トランジスタ25のコレクタ電圧波形は第
7図ハに示すように低下する。toからt′oまでの間
の電圧低下量Vcは、この間のコレクタ電流の積
分値、すなわち放電した電荷をコンデンサの容量
値で割つた値に等しいから、VC≦VPの条件を満
たすようにコンデンサ容量値、コレクタ電流、リ
セツトパルス振幅、パルス幅等の関係を定めるこ
とにより、to〜t′oの間でダイオード38のカツト
オフ状態を維持できる。
Now, assume that the reset pulse is at a low level just before time to, charging of the integrating capacitor 27 has already been completed, and therefore the collector potential of the transistor 25 has reached the voltage V A of the power supply 30.
(To be precise, the voltage drop due to the collector current of the transistor 25 flowing through the load resistor 29 and the voltage drop due to the diode must be subtracted from V A , but since this drop is small, it will be ignored in the explanation.) (The diode is described as an ideal diode with no offset voltage.) Then the time t o
When the reset pulse changes from low level to high level by the voltage V P , the voltage across the integrating capacitor cannot change suddenly, so the collector potential of the transistor 25 changes to the reset pulse voltage as shown in Figure 7C. It rises by the amount of V P , and (V A
+V P ) is reached. In this state, the integral reset switch diode 38 is reverse biased and cut off. And from time t o to t′ o
Until then, all of the collector current of the transistor 25, including the DC component, flows through the integrating capacitor 27, and as a result, the electric charge stored in the capacitor 27 decreases as time passes, and the voltage across it decreases. , the collector voltage waveform of the transistor 25 decreases as shown in FIG. 7C. The amount of voltage drop Vc from t o to t′ o is equal to the integral value of the collector current during this period, that is, the value obtained by dividing the discharged charge by the capacitance value of the capacitor, so it satisfies the condition of V C ≦V P By determining the relationship among the capacitor capacitance value, collector current, reset pulse amplitude, pulse width, etc., the cut-off state of the diode 38 can be maintained between t o and t' o .

次いで時刻t′oにおいてリセツトパルスがハイ
レベルからローレベルに電圧VPだけ変化すると、
コレクタ電位は第7図ハに示すように(VA−VC
まで低下し、(実際にはパルスの立ち下り時間の
ためハの波形先端がなまり(VA−VC)まで低下
しないが、ここでは原理説明につきこのようにし
た。)ダイオード38が順バイアス状態となつて
オンする。同時に電源30によるコンデンサ27
の充電が開始される。充電の時定数Tは積分コン
デンサの容量値と負荷抵抗29の抵抗値の積で与
えられることは自明であるが、これをリセツトパ
ルスのパルス幅τpに比べて十分小さくなるよう
に設定することにより、コンデンサ27の充電を
急速に進行させることが可能であり、したがつて
コレクタ電位の波形は第7図ハに示すように
(VA−VC)からVAに向つて急速に上昇し、パル
ス期間の終了時(to+1)までにはほぼ充電を完了
し、最初のto時点と同じ状態にもどる。この間の
充電電流波形は第7図ニに示すようになる。な
お、積分コンデンサの状態を積分前の状態にもど
すことを積分リセツトと呼び、その役割を果すパ
ルスとダイオードをリセツトパルス、リセツトス
イツチ用ダイオードと呼ぶ。このようなtoから
to+1までの期間の動作を1サイクルとしてこれを
次々とくり返えして動作する。
Next, at time t'o , when the reset pulse changes from high level to low level by voltage V P ,
The collector potential is (V A −V C ) as shown in Figure 7 C.
(Actually, due to the pulse fall time, the waveform tip of C does not drop to the rounded edge (V A - V C ), but this is done here to explain the principle.) When the diode 38 is in a forward bias state Then it turns on. At the same time, the capacitor 27 by the power supply 30
charging starts. It is obvious that the charging time constant T is given by the product of the capacitance value of the integrating capacitor and the resistance value of the load resistor 29, but by setting this to be sufficiently smaller than the pulse width τp of the reset pulse, , it is possible to rapidly charge the capacitor 27, and therefore the waveform of the collector potential rapidly rises from (V A −V C ) toward V A as shown in FIG. By the end of the pulse period (t o+1 ) , charging is almost completed and the state returns to the same state as at the first time to. The charging current waveform during this period is as shown in FIG. 7D. Note that returning the state of the integrating capacitor to the state before integration is called integration reset, and the pulse and diode that play this role are called reset pulse and reset switch diode. From to like this
The operation during the period up to t o+1 is regarded as one cycle, and this operation is repeated one after another.

ところで、t′oからto+1までの期間の充電電荷量
はtoからt′oまでの期間にトランジスタのコレクタ
電流となつて放電した電荷量に一致する。そし
て、これは前述のようにtoからt′oまでのコレクタ
電流の積分値に比例しているものであるから、
t′oからto+1までの期間の充電電荷を信号として取
り出せば、従来技術の説明と同様に正負両極性の
スパイク雑音が打ち消された本来の信号分だけを
得ることができる。一方、t′oからto+1までの期間
の充電電荷はこの期間の充電電流の積分値に等し
いから、負荷抵抗29に充電電流が流れることに
よつてその両端に生ずる電圧波形を低域ろ波器に
通すことにより、上記の信号分を得ることができ
る。なお、正確には、パルス期間(t′o〜to+1)に
負荷抵抗29に流れる電流には、充電電流の他に
トランジスタ25のコレクタ電流も加わるが、そ
の比率は小さいので本発明の理解の妨げにはなら
ないし、またかりに、これも精密に考慮に入れて
考察すれば、正負両方向のスパイク雑音がより正
密に打ち消されることになることも理解できよ
う。
Incidentally, the amount of charge charged in the period from t'o to t0 +1 matches the amount of charge discharged as the collector current of the transistor during the period from t0 to t'o . And since this is proportional to the integral value of the collector current from t o to t' o as mentioned above,
If the charge during the period from t′ o to t o+1 is taken out as a signal, only the original signal with the spike noise of both positive and negative polarities canceled can be obtained, as in the explanation of the prior art. On the other hand, since the charging charge during the period from t′ o to t o+1 is equal to the integral value of the charging current during this period, the voltage waveform generated at both ends of the load resistor 29 when the charging current flows through the load resistor 29 is By passing it through a filter, the above signal can be obtained. To be precise, in addition to the charging current, the collector current of the transistor 25 is also added to the current flowing through the load resistor 29 during the pulse period (t' o to t o+1 ), but since the ratio is small, the current flowing through the load resistor 29 is This does not impede understanding, and if you take this into consideration carefully, you will understand that spike noise in both the positive and negative directions will be canceled out more precisely.

この第1の実施例において、留意すべき点は、
積分コンデンサと負荷抵抗とによつて定まる充電
時定数をパルス幅τpよりも小さく設定すること
である。その設計例は、140nSec周期で光ダイオ
ードを水平走査する固体撮像装置に対して、パル
ス幅τp:50nSec、積分コンデンサ容量:40pF、
負荷抵抗:150Ω、充電時定数6nSec.である。コ
ンデンサ容量値をあまり小さくすると第7図ハに
示したVCが大きくなり、それに見合つてパルス
振幅の増大が必要となり、また、負荷抵抗をあま
り小さくするとその両端に取り出しうる信号電圧
が小さくなるので同じ時定数でもコンデンサと負
荷抵抗値の選定には慎重を要す。
In this first embodiment, the points to keep in mind are:
The purpose is to set the charging time constant determined by the integrating capacitor and the load resistance to be smaller than the pulse width τp. The design example is for a solid-state imaging device that horizontally scans a photodiode at a period of 140 nSec, with a pulse width τp of 50 nSec, an integral capacitance of 40 pF,
Load resistance: 150Ω, charging time constant 6nSec. If the capacitor capacitance value is too small, the V C shown in Figure 7 (c) will increase, and the pulse amplitude will need to be correspondingly increased.Also, if the load resistance is too small, the signal voltage that can be extracted across it will become small. Even if the time constant is the same, care must be taken when selecting the capacitor and load resistance values.

次に、上記した負荷抵抗選定に関する束縛を排
し、したがつて、十分な信号電圧を取り出しうる
ように改善した第2の実施例を第8図によつて説
明する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. 8, in which the above-mentioned restrictions regarding load resistance selection are eliminated and, therefore, a sufficient signal voltage can be extracted.

第8図において、41は積分リセツトスイツチ
用トランジスタ、42は電圧VAの電源、30は
VAより高い電圧VBの電源であり、その他は第1
の実施例のものと同じかまたは同じ機能を果すも
のである。
In FIG. 8, 41 is an integral reset switch transistor, 42 is a power supply of voltage V A , and 30 is a transistor for an integral reset switch.
It is a power supply with a voltage V B higher than V A , and the others are the first
It is the same as or performs the same function as that of the embodiment.

本実施例を説明するに当り、前記第7図の波形
図を再び使う。今、時刻toの直前においてリセツ
トパルスがローレベルにあつて積分コンデンサ2
7の充電がすでに完了し、したがつてトランジス
タ25のコレクタ電位が電源42の電圧VAにあ
つたとする。(説明を簡略にするためトランジス
タのベースエミツタ間オフセツト電圧Vbeはない
ものとする。) 次いで時刻toにおいてリセツトパルスがローレ
ベルからハイレベルに変化すると、トランジスタ
25のコレクタ電位は第7図ハに示すようにリセ
ツトパルス電圧VPの分だけ上昇し、(VA+VP
に達する。この状態においてトランジスタ41の
ベースエミツタ間は逆バイアス状態となり、カツ
トオフする。そして、時刻toからt′oまでの間の動
作は第1の実施例の場合とまつたく同様であり、
トランジスタ25のコレクタ電圧波形は第7図ハ
に示すようにコレクタ電流の積分値に比例して低
下する。もちろん、to〜t′oの間はトランジスタ4
1はカツトオフ状態を保つ。
In explaining this embodiment, the waveform diagram of FIG. 7 will be used again. Now, just before time t o , the reset pulse is at low level and the integrating capacitor 2
Assume that charging of the transistor 7 has already been completed and the collector potential of the transistor 25 has reached the voltage V A of the power supply 42. (To simplify the explanation, it is assumed that there is no base-emitter offset voltage Vbe of the transistor.) Next, when the reset pulse changes from low level to high level at time to , the collector potential of transistor 25 is as shown in FIG. The reset pulse voltage increases by the amount of the reset pulse voltage V P , and (V A +V P )
reach. In this state, the base and emitter of the transistor 41 is in a reverse bias state and is cut off. The operation from time t o to t′ o is exactly the same as in the first embodiment,
The collector voltage waveform of the transistor 25 decreases in proportion to the integral value of the collector current, as shown in FIG. 7C. Of course, between t o and t′ o, transistor 4
1 maintains the cut-off state.

次いで、時刻t′oにおいて、リセツトパルスが
ハイレベルからローレベルにVPだけ変化すると、
トランジスタ25のコレクタ電位は第7図ハに示
すように(VA−VC)まで低下しようとし、(パル
スの立ち下り時間があるためと、トランジスタ4
1のエミツタ抵抗とコンデンサ27の積で決まる
充電時定数が小さいことにより実際には(VA
VC)までは低下しない。)トランジスタ41のベ
ース・エミツタ間が順バイアス状態となつて、活
性状態に入る。同時に電源30から負荷抵抗2
9、トランジスタ41、を介してコンデンサ27
の充電が開始される。この時の充電の時定数Tは
トランジスタ41のエミツタ抵抗とコンデンサ2
7の容量値の積で与えられ、負荷抵抗29の抵抗
値には依存しない。この点が前述の第1の実施例
と異なるところであり、抵抗値を適当に大きな値
に設計できるので十分な信号電圧を取り出せると
いう利点がある。トランジスタ41のエミツタ抵
抗値は、エミツタ電流値に依存するが、50Ω以下
は容易に得られ、充電時定数Tはパルス幅τpに
比べて十分小さく設計可能である。パルス期間の
終了時(to+1)までにはほぼ完全に充電が完了
し、最初のto時点と同じ状態にもどる。このくり
返しによつてこの回路が動作するのは第1の実施
例の場合と同じであり、これにより、スパイク雑
音が除去される点についても同じである。
Next, at time t'o , when the reset pulse changes from high level to low level by V P ,
As shown in FIG.
In reality, (V A
V C ). ) The base-emitter of the transistor 41 becomes forward biased and enters the active state. At the same time, from the power supply 30 to the load resistor 2
9, the capacitor 27 via the transistor 41
charging starts. The charging time constant T at this time is the emitter resistance of the transistor 41 and the capacitor 2.
It is given by the product of the capacitance values of 7 and does not depend on the resistance value of the load resistor 29. This point is different from the first embodiment described above, and there is an advantage that a sufficient signal voltage can be extracted because the resistance value can be designed to an appropriately large value. The emitter resistance value of the transistor 41 depends on the emitter current value, but a value of 50Ω or less can be easily obtained, and the charging time constant T can be designed to be sufficiently smaller than the pulse width τp. By the end of the pulse period (t o+1 ) , charging is almost completely completed and the state returns to the same state as at the first time to. The operation of this circuit by this repetition is the same as in the first embodiment, and the point that spike noise is thereby removed is also the same.

第2の実施例の特徴を要約するとトランジスタ
41を、そのベース・エミツタ接合の整流特性を
利用して積分リセツトスイツチとして動作させ、
かつ同時にベース接地増幅器として動作させてい
ることである。これにより、充電時定数には無関
係に負荷抵抗値を選定でき、大きな信号電圧を得
ることが可能となる。
To summarize the features of the second embodiment, the transistor 41 operates as an integral reset switch by utilizing the rectifying characteristics of its base-emitter junction.
At the same time, it operates as a common base amplifier. This allows the load resistance value to be selected regardless of the charging time constant, making it possible to obtain a large signal voltage.

次に、第3の実施例を、第9図に示す。この実
施例は抵抗43をトランジスタ41のエミツタに
直列に挿入したものである。この抵抗43により
前記充電時定数を必要に応じて加減可能となる。
また充電電流のピーク値はリセツトパルスの振幅
を充電抵抗(トランジスタ41のエミツタ抵抗に
抵抗43の抵抗値を加えたもの)で割つた値にほ
ぼ一致するから、抵抗43の値の加減により負荷
抵抗29に流れる電流のピーク値を加減して、ト
ランジスタ41が飽和することのないような適切
な設計が可能となる。
Next, a third embodiment is shown in FIG. In this embodiment, a resistor 43 is inserted in series with the emitter of a transistor 41. This resistor 43 allows the charging time constant to be adjusted as necessary.
Also, since the peak value of the charging current is approximately equal to the value obtained by dividing the amplitude of the reset pulse by the charging resistance (the sum of the emitter resistance of the transistor 41 and the resistance value of the resistor 43), the load resistance can be changed by adjusting the value of the resistor 43. By adjusting the peak value of the current flowing through the transistor 29, an appropriate design can be made to prevent the transistor 41 from becoming saturated.

次に、第4の実施例を、第10図に示す。この
実施例は抵抗44を積分コンデンサ27に直列に
挿入したものである。この抵抗44により、第3
の実施例の場合と同様に充電時定数と、充電電流
のピーク値を適切に設計可能となることは明白で
ある。本実施例のさらに別の利点は、充電期間に
生ずるトランジスタ25のコレクタ電圧のスパイ
ク状の低下(第7図ハ参照)を小さくできその分
だけ電源42の電圧設定の自由度が増すことであ
る。
Next, a fourth embodiment is shown in FIG. In this embodiment, a resistor 44 is inserted in series with the integrating capacitor 27. This resistor 44 allows the third
It is clear that the charging time constant and the peak value of the charging current can be appropriately designed as in the case of the embodiment. Another advantage of this embodiment is that the spike-like drop in the collector voltage of the transistor 25 (see FIG. 7C) that occurs during the charging period can be reduced, and the degree of freedom in setting the voltage of the power source 42 is increased accordingly. .

なお、以上の実施例の変形として次のものが考
えうる。第1〜第4の実施例において、各トラン
ジスタをNPN形からPNP形に変更することも可
能である。この変更に伴ない電源の極性を逆にす
ることや、第1の実施例におけるダイオードの方
向を逆にすることは当然である。尚、ダイオード
38はIC回路でよく見られるような、ベース、
コレクタが導電接続されたダイオード接続型のト
ランジスタであつてもよい。
Note that the following may be considered as a modification of the above embodiment. In the first to fourth embodiments, it is also possible to change each transistor from an NPN type to a PNP type. With this change, it is natural to reverse the polarity of the power supply and the direction of the diode in the first embodiment. Note that the diode 38 is a base, which is often seen in IC circuits.
It may be a diode-connected transistor whose collector is conductively connected.

以上説明したように、本発明によれば、固体撮
像装置に特有なスパイク雑音と、それによつて画
面に生ずる固定パタン雑音が除去できるような信
号処理回路が、従来技術では必要であつたMOS
トランジスタを用いることなく実現でき、回路の
ICが極めて容易となる。
As explained above, according to the present invention, a signal processing circuit that can remove spike noise peculiar to solid-state imaging devices and fixed pattern noise generated on the screen due to the spike noise, which is required in the conventional technology, can be used.
It can be realized without using transistors, and the circuit
IC becomes extremely easy.

本発明のさらに別の効果は、充電時定数とは独
立に負荷抵抗の設定が可能なことにより、信号処
理回路の利得を大きく設定できることである。
Still another effect of the present invention is that the gain of the signal processing circuit can be set large because the load resistance can be set independently of the charging time constant.

なお、本発明の説明は、除去の対象となるスパ
イク雑音が固体撮像装置に特有なものであるとし
て進めたが、別の装置あるいは信号処理回路にお
いても類似の雑音が生じ、これの除去が必要とな
る場合があるが、このような場合においても本発
明は有効である。
Although the present invention has been explained based on the assumption that the spike noise to be removed is unique to solid-state imaging devices, similar noise occurs in other devices or signal processing circuits, and it is necessary to remove this noise. However, the present invention is effective even in such cases.

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

第1図固体撮像装置の模式図、第2図同上の水
平走査パルスと出力信号の波形図、第3図スパイ
ク雑音波形図、第4図従来技術による雑音除去回
路、第5図同上の動作説明図、第6図本発明の第
1の実施例、第7図同上の動作説明図、第8図本
発明の第2の実施例、第9図本発明の第3の実施
例、第10図本発明の第4の実施例。 符号の説明、23……固体撮像装置のセンサ
部、24……増幅器、25……トランジスタ、2
7……積分コンデンサ、29……負荷抵抗、31
……リセツトパルス印加端子、32……信号出力
端子。
Figure 1 is a schematic diagram of the solid-state imaging device, Figure 2 is a waveform diagram of the horizontal scanning pulse and output signal as above, Figure 3 is a spike noise waveform diagram, Figure 4 is a noise removal circuit according to the prior art, Figure 5 is an explanation of the operation of the same as above. FIG. 6: First embodiment of the present invention; FIG. 7: Explanatory diagram of the same operation as above; FIG. 8: Second embodiment of the present invention; FIG. 9: Third embodiment of the present invention; FIG. 10 Fourth embodiment of the present invention. Explanation of symbols, 23...Sensor section of solid-state imaging device, 24...Amplifier, 25...Transistor, 2
7... Integrating capacitor, 29... Load resistance, 31
...Reset pulse application terminal, 32...Signal output terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基体の表面領域に設けられた複数の光
電変換素子に蓄積された光情報を不連続走査パル
スにより順次に読み出す固体撮像素子から出力さ
れるビデオ信号に含まれる雑音成分を一絵素ごと
に積分および積分リセツトして除去する雑音除去
回路において、入力電圧を電流に変換する第1の
トランジスタと、該トランジスタのコレクタに一
端を結び他端にリセツトパルスが印加されたコン
デンサと、一端を前記トランジスタのコレクタに
結び他端を負荷を介して第1の電源に結んだ一方
向性半導体素子とを具備することを特徴とする雑
音除去回路。 2 前記一方向性半導体素子はダイオードまたは
ダイオード接続されたトランジスタであることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の雑音除去
回路。 3 前記一方向性半導体素子はエミツタを前記第
1のトランジスタのコレクタに結び、コレクタを
前記負荷に結び、ベースを第2の電源に接続した
第2のトランジスタであること特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の雑音除去回路。
[Claims] 1. Noise components contained in a video signal output from a solid-state image sensor that sequentially reads optical information accumulated in a plurality of photoelectric conversion elements provided on a surface region of a semiconductor substrate using discontinuous scanning pulses. A noise removal circuit that integrates and resets the integral for each pixel and eliminates the noise includes a first transistor that converts the input voltage into a current, and a capacitor connected at one end to the collector of the transistor and to which a reset pulse is applied to the other end. and a unidirectional semiconductor element having one end connected to the collector of the transistor and the other end connected to a first power source via a load. 2. The noise removal circuit according to claim 1, wherein the unidirectional semiconductor element is a diode or a diode-connected transistor. 3. Claims characterized in that the unidirectional semiconductor element is a second transistor having an emitter connected to the collector of the first transistor, a collector connected to the load, and a base connected to a second power source. The noise removal circuit according to item 1.
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