KR950010027B1

KR950010027B1 - 고체 영상기

Info

Publication number: KR950010027B1
Application number: KR1019860007714A
Authority: KR
Inventors: 알랜 레빈 피터
Original assignee: 알 씨 에이 코포레이션; 글렌 에이취. 브르스틀
Priority date: 1985-09-13
Filing date: 1986-09-13
Publication date: 1995-09-04
Anticipated expiration: 2006-09-13
Also published as: JPS6265571A; GB2180717B; DE3631131C2; DE3631131A1; GB2180717A; US4677490A; FR2587573A1; JPH0740726B2; FR2587573B1; KR870003649A; HK105594A; GB8621446D0

Abstract

내용 없음.

Description

고체 영상기

제1도는 본 발명에 따라 출력 비디오 신호를 발생하기 위하여, 동기 검출기를 포함하여 조합된 CCD(charge-coupled device)영상기의 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 출력 비디오 신호 발생용 회로에 사용하기 적합한, 이미 공지된 플리커-저잡음(low-flicker-noise)전달 저항 증폭기의 개략도.

제3도는 본 발명에 따라 출력 비디오 신호를 발생하기 위하여, 이중 동기 샘플링(correlated double sampling)회로에 조합된 CCD영상기의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : CCD 영상기 11 : A 레지스터

12 : B 레지스터 13 : C 레지스터

14 : 부동 확산부 18 : 리셋트 게이트

19 : 전하 전송 채널 21 : 직류 게이트

25 : 클럭 발생기 30 : 저주파 압축 필터

40 : 동기 검출기 51 : 평활 필터

55 : 교차(cross over)회로 62 : 평활 필터

70 : 이중 동기 샘플링 회로

본 발명은, 고체 영상기에서와 같이, 전하 결합 장치(CCD)의 전하 전송 채널의 출력 신호로부터의 비디오 신호를 인출하는 것이 관한 것이다.

1984년 3월 6일자로 에스. 엘 벤델(S.L.Bendell)과 피.에이.레번(P.A.Levine)에게 허여된 미합중국 특허 제4,435,730호인 “저잡음 CCD 출력”에는 CCD 출력 신호단으로써 부동 소자 전위계(floating-element electrometer)의 사용과 관련된 플리커 잡음(flicker noise)(혹은 1/f 잡음)을 극복하기 위한 방법을 기술하고 있다. 그들 부동 소자 전위계는 전하를 출력 전압 혹은 전류로 전환하는 CCD전하 전송 채널에서 부동소자상의 전하를 검출한다. 부동 게이트 또는 부동 확산부중 어떤 하나의 부동 소자상의 전위는, 전하 전송채널 근처에 배치된 전하 패킷(charge packet)에 의해 소자상에 정전기적으로 유도된 전압의 기준 레벨을 공급하기 위하여, 주기적으로 직류 레벨을 재생시켜야 한다. 부동 확산부 전위계는 부동 게이트 전위계에 대해 양호하게 작용한다. 왜냐하면, 그 부동 확산부는 직류 레벨의 회복 과정중에 클램프로 사용되는 금속-산화물 반도체 트랜지스터의 소스 전극으로 사용할 수 있기 때문이다. 이것은 부동 소자와 관련된 캐패시턴스를 감소시켜, 그 결과, 쿨롱의 법칙에 의해 전위계의 감도를 증가시킨다. 그 부동 소자 전위계의 응답(출력)의 저주파 성분은 바람직하지 않게 플리커 잡음으로 오염된다. 벤델과 레빈은 교차(cross-over)회로를 사용하여 그 문제를 극복했다. 그 교차 회로는 영상기의 최종 출력 신호의 고주파 성분으로 부동 소자 전위계 출력 신호의 고주파 성분만을 선택하고, 영상기의 최종 출력 신호의 저주파 성분으로 리셋트 드레인 전류의 저주파 성분을 선택한다. 그 리셋트 드레인 전류는 통상적으로 입력단으로서 공통-소스 증폭기 형태인 접합 전계 효과 트랜지스터(JFET)를 갖는 전달 저항 증폭기를 사용하여 감지된다. 입력에 인가된 리셋트 드레인 전류에 의해 응답하여 공급되는 전달 저항 증폭기의 출력 전압은 부동 소자 전위계 보다 다소 작은 고주파 응답을 갖는 경향이 있다. 그러나, 전달 저항 증폭기 응답의 저주파 부분에 영향을 주는 1/f잡음이 비교적 적다.

1/f 잡음을 제거하는 다른 방법으로, 양호한 고주파 응답을 얻도록 허용하는 다른 방법이 이미 공지되어 있다. 이중 동기 샘플링은 아마도 여러가지 방법중에서도 가장 잘 알려진 대안일 것이다. 그러한 다른 방법은 샘플링 주파수의 고조파(예를들면, 제1고조파)에서 CCD영상기로부터 출력 신호의 샘플을 동기 검출하는 것에 의존한다.

1982년 5월 18일에 엘.엔.데이비(L.N.Davy)에게 허여된 “전하 전송 장치로부터 신호를 재생하기 위한 방법 및 장치”의 미합중국 특허 제4,330,753호에서는 전하 전송 장치의 출력단으로부터 비교적 잡음이 없는 정보 신호를 얻는 방법을 기술하였다. 그 방법에서 데이비의 기술은, 규칙적인 샘플링 전위계 단(stage)으로부터 얻은 출력 신호를 대역 통과 필터에 통과시켜, 고조파측의 양-측대역(double-sideband) 진폭 변조(DSB AM)의 측대역으로 분리하기 위해 전위계 단의 클럭 주파수의 고조파를 측방향에 위치시킨다. 그 분리된 측대역은 그 클럭 주파수의 고조파에서 작동되는 스위칭 복조기를 사용하여 동기적으로 검출된다. 그 진폭 변조 신호는 스위칭 복조기에 의해 기본 대역(baseband) 스펙트럼으로 헤테로다인 처리(heterodyned)된다. 상기 동기적으로 검출된 AM 측대역의 기본 대역 스펙트럼은 그와 연관된 고조파 스펙트럼으로부터 분리되고, 동기 검출되기 전에 대역 통과 필터에 의해 억제된 영상기 출력 신호의 기본 대역 스펙트럼 보다 전하 전송 장치로부터 얻은 출력 신호로 사용된다. 데이비가 기술한 방법은 부동-소자전위계 단에서 1/f 잡음을 억제하는데 효과적이다. 그 이유는, 1/f 잡음은 주로 기본 대역 내에 존재하기 때문이다 이중 동기 샘플링과 비교할때, 1/f 잡음이 열적 잡음 배경을 초과하는 경우 적어도 1또는 2메가헤르쯔 주파수까지 혹은 전체적으로 기본 대역을 비교적 간단히 줄일 수 있다.

1984년 3월 15일, 피.에이.레빈(P.A.Levine)이 출원한, “단일 샘플링으로 낮은 리세트 잡음을 제공하는 CCD부동-소자 출력단”인 미합중국 특허출원 제590,049호에서, 고주파 통과 필터 처리 및 미분 처리를 한 이후의 CCD영상기 출력 샘플의 동기 검출에 대해 기술하고 있다. 그러한 동기 검출은, CCD영상기 출력 신호 클럭 주파수에서 주기적으로 도통되는 스위치를 사용하여, 필터 처리되거나 미분 처리된 응답을 샘플링하고, 그 샘플된 응답을 홀드-캐피시터에 보유하므로써 이루어진다. 부동-소자 전위계상에 인가하는 리셋트 펄스의 적당한 타이밍 조정으로 리셋트 잡음을 감소시키는 것에 대해 상기 미국 특허에 기술되어 있다. 부동-소자 고정 전위로 주기적 클램프되는 부동-소자 전위계의 리셋트 과정은 한 리셋트 가간에서 다른 리셋트 간격까지 부동 소자에 남은 전위의 변화로 인하여 리셋트 잡음이 발생한다. 리셋트 잡음은, CCD 영상기와 같은 전하 전송 장치의 출력 신호의 상위 비디오 주파수에 높은 잡음이 있는데, 일반적으로 0.07pF 캐피시턴스를 갖는 부동 확산부를 따르는 금속-절연체 반도체 전계 효과 트랜지스터(MISFET)의 전위계 단에 있는 잡음보다 약 8dB정도 크다. 비디오 주파수의 낮은 부분에는 플리커 잡음 혹은 1/f 잡음이 두드러지게 나타난다.

1985년 12월 3일자로 피.에이.레번에게 허여된 “전하 전송 장치로부터의 신호-잡음 감소”라 칭한 미합중국 특허 제4,556,851호에서, 상이한 형태의 리셋트 잡음 억제 방법을 이용하여 CCD 영상기 출력 신호의 동기 검출에 관하여 설명하고 있다. 부동 소자의 리셋트는 리셋트 드레인에 인가되는 직류 전위 보다 내부-채널(in-channel)전위로 리셋트된다.

그런, 1/f 잡음을 억제하기 위하여, 출력 클럭 주파수의 측대역에 있는 CCD 영상기 출력 신호의 그들 성분을 동기 검출하는 것은, 실제적인 문제가 있다. 그 동기 검출은 CCD 영상기 출력 샘플과 동기 검출과정에 사용된 스위칭 캐리어 사이의 위상 관계에서 미소한 변화에도 불필요하게 감지된다. 그러한 민감한 감지는 동기 검출기의 출력 응답으로부터 유도된 비디오 신호에서, 고정 패턴 세이딩(fixed-pattern shading)을 생성하는 불필요한 저주파 성분이 때때로 나타나게 되는 경향에서 두드러지게 증명된다. 그러한 경향은 CCD영상기를 낮은 조도(light)레벨로 작동시킬 때 명백히 나타난다.

상기 CCD 영상기 출력 샘플은 그들 필터 처리 및 동기 검출 처리 이전에 여러 저주파 성분에 중첩되는 경향이 있다. 그러나, 기본 대역 주파수를 제거하기 위한 어떤 필터링도 동기 검출기 출력 응답내의 불필요한 저주파 성분을 제거하지 못한다. 그래서, 그 불필요한 저주파 성분은 동기 검출기를 통해 공급하는 기본 대역 성분에 기여할 수 없다.

영상기를 낮은 조도 레벨로 작동시킬 때, 유사한 저주파의 고정 패턴 세이딩은 CCD영상기 출력 신호의 이중 동기 샘플링에 나타난다. 또한, 그 고정 패턴 세이딩은 샘플링 펄스 위상 함수로 볼 수 있다. 일반적으로, CCD영상기 출력 신호가 샘플링 전에 저역 통과되지 않으면, 시스템은 그러한 형태의 고정 패턴잡음에 종속되는 경향이 있다. 그래서, 이 고정 패턴 잡음의 근원은, 출력(C) 레지스터 클럭 신호의 고조파 스펙트럼내에 있는 CCD영상기를 출력 신호내의 클럭 잡음과 샘플링-펄스 주파수의 헤테로다인 처리에서 나타난다.

출력 클럭 주파수의 고조파인 CCD영상기 출력 신호 성분의 동기 검출은 1/f 잡음을 억제하기 위해 이용된다. 이중 동기 샘플링도 또한 1/f 잡음을 억제하기 위해 이용된다. 또한, 1/f 잡음을 억제하기 위하여, 부동 소자 전위계 및 리셋트 드레인 전류 감지로부터 유도되는 출력 신호에 대해서 벤델과 레빈의 교차 기법(cross-over)이 이용된다. 그래서, 벤델과 레빈의 기법을 동기 검출(혹은 이중 동기 샘플링)과 조합시키는 것을 전에는 고려치 않았다. 특히, 이것이 동기 검출(혹은, 이중 동기 샘플링)의 사용으로 부가되는 복잡성을 초래하기 때문에, 더욱 고려하지 못했다.

리셋트 드레인 전류의 검출은 동기 검출기의 출력 응답(혹은, 이중 동기 샘플 회로의 출력 응답)에 때때로 나타나는 저주파 고정 패턴의 불필요한 성분에 영향을 받지 않는다. 이것은 상기 영상기 출력 신호의 광대역 샘플링이 없기 때문이다. 그래서, 본 출원의 발명자에게는, 동기 검출기(혹은 이중 동기 샘플링 회로)의 출력 응답의 저주파 성분 대신에 검출된 리셋트 드레인 전류의 저주파 성분을 사용하면 저주파 고정-패턴 잡음 문제를 제거한다는 관점에서 유익하게 된다. 동기 검출 방법 및 이중 동기 샘플링 방법은 리셋트드레인 전류 검출과 1/f 잡음이 비교적 적고, 그리고, 불필요한 저주파 성분이 단지 수십 킬로 헬즈(KHz)로 확장되기 때문에, 리셋트 드레인 전류 검출과 다른 CCD 영상기 출력 신호 사이의 교차 주파수는 미합중국 특허 제4,435,730호의 벤델과 레빈이 실시한 실제의 주파수 보다 더 낮게 설정될 수 있다.

검출된 리셋트 드레인 전류의 교차하는 다른 CCD영상기 출력 신호를, 보둥 소자 전위계 응답의 기본대역 성분 보다 동기 거물기 출력 응답 혹은 이중 동기 샘플링 회로의 출력 응답되도록 하는 것은 리셋트 잡음이 억제된다는데 잇점이 있다. 리셋트 잡음을 억제하는 동기 검출 방법은, 예를들어, 상기 레빈 특허출원에 명시된 바와같이 수행될 수 있다.

본 발명은, 저주파 비디오 응답과 고주파 비디오 응답을 얻기 위한 분리 수단을 갖는 CCD출력 레지스터를 포함하는 고체 영상기로 실시되는데, 출력 CCD라인 레지스터내의 드레인 전류를 검출하기 위하여 저주파 응답을 얻고, 출력 CCD라인 레지스터 리셋트 드레인으로 후에 전송되는 전하 패킷을 검출하여 부동 소자 전위계의 응답을 고아대역 샘플링함으로써 고주파 응답을 얻을 수 있다. 전위계 출력 신호로부터 얻어진 고주파 응답은 획득한 저주파 응답과 조합된다.

본 발명의 목적은 종래의 고체 영상기에 비해 잡음의 영향을 받지 않고 동작하는 고체 영상기를 제공한다. 그러한 잡음의 영향 없이 동작하는 것에 대해서는 본 발명을 실시하는 상기 기재된 영상기의 출력 신호에서 명확히 나타나는데, 가) 상기 출력 신호의 저주파 성분은 드레인 전류 검출을 통해 출력 신호가 유도되므로 1/f 잡음 주파수 성분에 영향을 받지 않으며 ; 나) 상기 출력의 고주파 부부내의 리셋트 잡음은 전위계로부터 유도된 신호의 처리에서 샘플 회로로 이용하여 해소되며 ; 다) 상기 언급한 샘플 회로에 의해 발생되는 저주파 고정-패턴 세이딩 성분은 전위계로부터 유도된 신호를 고역 통과 필터링하여 억제되고 ; 라) 드레인으로부터 유도된 신호의 저역 통과 필터링은 상기 드레인-유도 신호의 주파수 응답이 상기 출력의 고주파 성분에 영향을 주는 것을 감쇠시켜 차단된다.

제1도에서 본 발명의 신호 재생 시스템이, 예를들어 필드 전송형 CCD 영상기(10)인 반도체 영상기와 함께 사용되어 도시되었다. CCD 영상기(10)는, 일반적으로 영상(혹은 A)레지스터(11), 필트 저장(혹은 B)레지스터(12)와, 병렬 입력-직렬 출력(혹은 C) 레지스터(13)를 포함한다. 출력 신호 샘플은, 부동 소자형 전하-전압 변환단을 이용하여 C 레지스터(13)의 오른쪽 끝으로 전송된 전하 패킷으로부터 발생된다. 부동 확산형 전하-전압 변환단이 도면에 한 예로 도시되어 있다. 그러한 변환단에 있어서, 전하 패킷은 C 레지스터(13)의 출력으로부터 부동 확산부(14)를 향하여 규칙적으로 클럭 전송되고, 각각 패킷중 전하의 크기는 소스-플로워 금속-절연물-반도체 전계 효과 트랜지스터(15 및 16)의 케이케이드 접속으로 형성된 전위계에 의해 결정된다. 다른 MISFET(17)는 정전류-발생기의 소스 부하로써 MISFET(15)에 접속되고, MISFET(16)에는 CCD 영상기(10)의 출력 신호 샘플이 양단에 나타나는 칩 외부의 저항(28)에 의해 소스부하가 제공된다. 직류 전위(OD)가 MISFET(15 및 16)의 드레인에 인가되어 소스-플로워 동작을 행하도록 한다. MISFET(16)의 소스에는 CCD 영상기(10)의 출력 신호 단자(20)에 접속되고, 거기에서 외부 소스 부하 저항(28)을 통해 접지에 접속된다. CCD 영상기(10)의 출력 단자(27)에 공급되는 출력 신호 샘플은 저잡음 전압 증폭기(29)의 입력 접속단에 인가된다.

증폭기(29)의 출력 접속부는 미분기(30)에 입력 신호 샘플을 공급하는데, 소스 플로워 MISFET(16)에 대한 미분기(30)의 입력 접속부의 부하 작용을 버퍼링 한다. 증폭기(29)는 높은 비디오 주파수 이외의 주파수를 선택하기 위해 충분히 제한된 대역폭을 갖는 것이 바람직하다. 비디오 신호 샘플의 시간에 대한 계속되는 미분은 미분기(30)에서 처리되는데, 저회전 속도(slew rate)의 신호 천이에 대해 응답하여 시간적으로 연장된 펄스를 발생하지만, 클럭 신호의 공급 통로에 기인한 과대한 진폭을 갖는 스파이크로는 도입되지 않는다. 시간에 대해 미분 처리하는 미분기(30)의 비디오 응답은 광대역 저잡음 증폭기(35)에 입력 신호로 공급된다.

각각의 전하 패킷이 측정된 이후에, MISFET(15)의 게이트에 인가되는 부동 확산부(14)의 전위는 리셋트 게이트(18)에 인가되는 Ø_r펄스에 응답하여 리셋트된다. 이 펄스는 통상적으로 C 레지스터(13)의 클럭제어된 최종 게이트(특별히 도시하지 않음)에 인가되는 클럭 펄스보다 다소 좁고, 클럭 펄스가 나타나는 시간 간격내에 발생하도록 배치될 수 있다. 부동 확산부(14)와 단자 드레인 확산부(20)를 포함하도록 C 레지스터(13)를 통해서 연장된 전하 전송 채일(19) “상”에 리셋트 게이트(18)가 배치된다. 보다 상세히 설명하면, 리셋트 게이트(18)는 부동 확산부(14)와 단자 드레인 확산부(20) 사이의 전하 전송 채널(19) “상”에 배치되고, 직류 게이트(21)는 상기 게이트(18) 앞에 있는데, 상기 게이트(21)에는 직류 전위(RG)가 인가된다. 직류 게이트(21)는 그 밑에 축적된 전하의 량을 줄이기 위한 단락 게이트로 되는 것이 양호하며, 리셋트 게이트(18)에 인간된 Ø_r펄스가 부동 확산부(14)와 정전기적으로 결합하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

제1도에 도시된 클럭 발생기(25)는 A레지스터(1), B레지스터(12) 및 C레지스터(13)에 3상 클럭 신호와 각 셋트를 공급하는데, 이것은 필드 전송형 CCD영상기에서 관례적이다. 이미 공지된 다른 클럭 장치가 대신 사용될 수도 있다. 클럭 발생기(25)는, 부동 확산부의 출력단의 게이트 전극(18)에 인가하기 위해 상기된 바와같이 Ø_r펄스를 발생한다. 클럭 발생기(25)는 또한, 직렬 라인 판독 동안 C레지스터(13)의 클럭 주파수와 같은 반복율로 Ø_s펄스를 공급하는데, 이 Ø_s펄스는 라인(26)을 통해서 동기 검출기(40)에 인가된다. Ø_s펄스는, 광대역 저잡음 증폭기(35)의 출력 접속부로부터 동기 검출기(40)에 공급되는 신호가 동기 검출 과정에서 샘플링되는 시간을 제어하기 위한 캐리어로 사용된다. 증폭기(35)는 자체 수반된 잡음이 다음단의 동기 검출 과정에서 도입된 잡음 보다 크게 되는 것과 같이 신호 레벨을 올리는 전압 이득을 공급한다. 주의깊이 설계하면, 증폭기(35)에 기인하는 잡음은, CCD영상기(10)내에서 발생하는 1/f잡음에 비해 무시할 수 있다.

미분기 혹은, 저주파 압축 필터(30)는 직렬 아암(series-arm) 캐패시터(31)와 션트-레그(shunt-leg) 저항(32)를 포함하는 단순한 RC고역 통과 필터로 제1도에 도시되었다. RC시정수(τ)는 적어도, 배경 열잡음과 비교하여 실제로 큰 플리커 잡음 혹은 1/f 잡음과 동반하는 CCD영상기(10)의 출력 샘플 주파수 스펙트럼의 기본 대역 만큼 동기 검출기(40)에 공급된 미분기(30)의 출력 응답에서 억제되도록 선택된다. 시정수(τ)는 매초당 라디안으로 표시되는 절점(corner) 주파수(fc)의 역수이고, 그 주파수(fc)에서의 진폭 성분은 필터(30)에 의해 3dB 압축된다. 주파수(fc)는, 미분기(30)의 입력 신호내에 존재는 실제 억제된 주파수와 실제 비억제된 주파수 사이의 경계 주파수로 고려되지만, 단지 그 출력 신호내에만 선택적으로 존재하는 주파수로 고려될 수 있다.

C 레지스터(13)의 클럭 주파수에 7.5MHz를 사용하는 신호 재생 시스템에 있어서, 430마이크로패럿 캐패시터(31) 및 75오옴 저항기가 본 발명자에 의해 사용되었다. 상기 RC고역 통과 필터는 5MHz의 주파수를 공급하는 35나노초의 시정수, 혹은 τ를 갖는다. 그래서, CCD 영상기(10)의 출력 샘플의 기본 대역 스팩트럼중 상위 주파수는, 비데오 고주파수 피킹 처리를 위하여, 동기 검출기(40)의 출력 신호내에 복조된 제1고조파 스펙트럼과 결합된다[기본 대역 신호의 나머지와 복조된 제1고조파 스펙트럼 신호는 동기(상관)관계에 있으면서 대수적으로 증가하며, 이때 각각의 대역으로부터의 잡음 성분은 동기 관계가 없고 벡터적으로 증가한다. 따라서, 상기 형태의 고주파수 비데오 피킹에 의해 신호-노이즈 특성이 유리하게 된다].

부동 확산 전위계에 의해 얻어지는 영상기(10)의 출력 신호 샘플에 대한 비데오 신호 응답을 생성하기 위해 동기 검출기(40)의 이용은, 그 출력 라인 레지스터(13)의 단자 드레인 접속부(22)로부터 얻어지는 영상기(10)의 출력 신호 샘플로부터 미리 얻을 수 있는 비데오 신호 응답 보다, 고주파 비데오 주파수에 대한 잡음이 적은 15dB까지의 비데오 신호 응답을 공급한다. 본 발명에 따른 동기 검출을 하기 위하여 저역 통과 필터가 따르는 스위치 복조기가 사용될 수 있다. 그러나, 그런 동기 검출기는 평균 검출을 수행하는데, 그 안에서 재생된 기본 대역은 강력한 고조파 스펙트럼에 동반된다. 재생된 기본 대역 스펙트럼에 관계된 검출 과정으로부터 고조파 스펙트럼 나머지의 강도를 줄이기 위해, 샘플-홀드 형의 동기 검출 과정이 사용되는 것이 바람직하다.

제1도는 샘플링하기 위한 MISFET(41)의 선택적 도통 채널과, 상기 샘플링에 의해 샘플을 홀드 하기 위한 캐패시터(42)를 포함하는 단순한 샘플-홀드 회로(40)를 도시한다. MISFET(41)의 게이트는 C레지스터 클럭 주파수와 같은 주파수로 공급된 Ø_s펄스를 라인(26)으로부터 받아들이고, 그 채널은 Ø_s펄스에 응답하여 선택적으로 도통 상태로 된다. 그때, MISFET(41)는 제어 신호[(라인(26)으로부터 Ø_s펄스)]가 선택적으로 도통 채널에 대해 어떤 감지 가능한 범위로 공급되지 않는 형태의 전송 게이트로 작동한다. 이런 형태의 동기 검출기의 출력 회로는 선택적으로 도통 채널에 공급되는 입력 신호에 관해 균형이 잡히지 않았다. 이 동기 검출기의 입력 인가된 베이스 밴드 스펙트럼을 그 출력에서 나타나는데, 그 출력은 이전에 설명된 비데오 고주파 피킹 설계를 수용한 것이다.

샘플-홀드 회로(40)로부터 검출된 출력 신호는, 스위칭 복조기에서 직접 취한 신호와는 달리, 비데오 증폭기의 컷-오프 의해 산출되는 범위를 넘어서 필터링없이 유용 가능한 비데오 신호이다. 검출된 출력 신호는 버퍼 증폭기(50)에 인가되고, 다시 평활 필터(51)에 인가된 것으로 제1도에 도시되어 있다. 필터(51)은, 영상의 상세부에 대하여 에어라이징(aliasing) 과 무관한 저잡음 비데오 신호를 공급하기 위하여, 클럭주파수의 나머지를 제거하는 저역 통가 필터인 것이 바람직하다. 평활 필터(51)에 의해 제공된 저역 통과 필터의 작용은, 클럭 주파수의 나머지를 차단하는 동안 완전한 비데오 주파수 스펙트럼을 통과시키기 위하여, C레지스터의 나이키스트 주파수(Nyquist rate)근처에서 차단 주파수를 갖는다. 평활 필터(51)로부터의 응답은 다른 버퍼 증폭기(52)에 입력 신호로서 인가되는 것으로 제1도에 도시되어 있다. 버퍼 증폭기(52)는 교차 회로망(55)의 고주파 입력 회로에 낮은 출력 임피던스 구동은 제공한다.

교차 회로망(55)은, 비데오 출력 신호가 최종적으로 취해지는 버퍼 증폭기(60)의 입력 접속부에 버퍼 증폭기(52)의 출력 신호 고주파 성분을 인가하기 위한 캐패시터(56)을 포함한다. 버퍼 증폭기(53)의 출력 응답의 저주파 성분을 버퍼 증폭기(60)의 입력 접속부에 인가하기 위하여 교차 회로망(55)는 조정 저항을 갖은 것으로 도시된 저항 소자(57)을 포함한다. 저항 소자(57)와 캐패시터(56)의 용량에 의해 구성된 교차 회로망(55)의 교차 주파수에 영향을 미치지 않게 하기 위하여 버퍼 증폭기(60)의 입력 임피던스는크게 된다.

이제, 버퍼 증폭기(53)에 인가된 입력 신호의 인출에 대하여 고려한다[교차 회로망(55)의 제2입력 접속부에 인가되는 버퍼 증폴기(53)의 출력 신호의 저주파 성분은 버퍼 증폭기(60)에 의해 인가되는 비데오 출력 신호의 저주파 성분을 형성하기 위해 버퍼 증폭기(60)에 의해 증폭된다]. 직류 전위(RD)를 영상기(10)의 단자(22)에 직접 인가하고, 그후 단자 드레인 확산부(20)에 인가하기 보다는, 플리커 저잡음 전류 증폭기 혹은 전달 저항 증폭기(61)의 “단락 회로”(short-circuit) 입력 임피던스를 통해 인가된다.

각 전하 패킷이 부동 확산부(14)로부터 단자 드레인 확산부(20), 단자(22) 및 증폭기(61)의 입력 임피던스를 통해 RD전위 공급원으로 배출됨에 따라, 증폭기(61)는 단자(22)를 통해 전류에 대해 출력 응답을 발생한다. 상기 응답은 평활 필터(62)내에서 평활 처리되어 연속 비데오 신호를 형성한다. 상기 연속 비데오 신호는 작은 의사(spurious) 저주파 성분을 갖고, 입력 신호로 버퍼 증폭기(53)에 인가된다. 증폭기(60)의 비데오 출력 신호가 교차 영역을 통해 평탄한 주파수 응답하기를 원할 때, 증폭기(29,35,50,52)의 이득과 증폭기(61,53)의 이득은, 교차 부근의 주파수에서 교차 회로망(55)에 대한 입력 신호의 진폭이 동일하게 되도록 선택된다. 평활 필터(62)는 양호하게 동일한 차단 특성을 갖기 때문에, 교차 회로망(55)에 대한 두 입력 신호의 진폭은 실제로 교차 주파수 지역에서 같게 된다. 그렇게 해서 필터(62)의 응답이 교차점에서 소정의 90°까지 필터(61)의 응답을 지연하기 위하여 약간의 지연 보상(도시되지 않음)이 제공될 수 있다.

동기 검출기(40)에 의해 발생된 신호나 필터(62)에서 증폭기(64)의 응답을 평활하여 발생되는 비데오 신호 모두가 그들과 함께 관련하여 감지할 수 있는 1/ f 잡음을 갖지 않기 때문에, 교차 회로망(55)에서 교차 주파수는 미합중국 특허원 제4,435,730호의 회로에서 보다 낮게 선택될 수 있다. 라인 주파수의 5내지 10배의 교차 주파수는 영상기 동작의 어떤 조건하에서 바람직하지 않은 주파수 세이딩 성분을 억제시키고, 증폭기(61)를 더 좁은 대역 폭으로 만들어지도록 한다.

제2도는 RCA 코포레이션 카메라 장비에서 볼 수 있는 프리커 저잡음 전달 저항 증폭기의 개략적 도면이다. 상기 증폭기는 미합중국 특허원 제4,435,730호의 회로에서 성공적으로 사용되었고, 본 발명에서 유용하게 응용된다. 상기 전달 저항 증폭기는 5MHz대역 폭을 갖는다.

제3도의 신호 발생 재생 시스템은, CCD영상기(10)의 단자(27)에서 신호를 재생하는 수단을 제외하고는 제1도와 같다. 미분기(30)과 동기 검출기(40)은 이중 동기 샘플 회로(70)로 교체되었다. 상기 이중 동기 샘플 회로(70)는 샘플 스위치로 사용되는 MISFET(71) 및 홀드 캐패시터(72)를 갖는 샘플-홀드 회로를 포함한다. 이중 동기 샘플 회로(70)는, 직류-차단 캐패시터(73)와 키이(keyed) 클램프로서 이용된 MISFET(74)를 가지고 버퍼 증폭기(29) 다음단에 있는 직류 재생 회로를 포함한다. 버퍼 증폭기(75)는 직류-복원기와 샘플 홀드 회로 사이에 위치한다.

각각의 Ø_r리셋트 펄스를 따라, 전하가 부동 확산부(18)에 재수용되기 전에, 버퍼 증폭기(75)의 입력을 신호 접지로 클램프하기 위하여, 클럭 발생기(75)는 펄스 Ø_PC를 MISFET(74)의 게이트 전극에 공급하여 그 채널을 도통 상태로 구동한다. 이것은 리셋트 잡음 레벨에 응답하는 직류 레벨의 재생을 행하여, 직류차단 캐패시터(73)에 전하를 부여하므로써 부동 확산부(18)에 인입되는 다음 전하에 대한 응답에 포함되는 리셋트 잡음의 보상 가능한 전압을 유지한다. Ø_PC펄스가 인가된 이후에, MISFET(74)가 더 이상 클램프 상태를 유지하지 않을때, C레지스터(13)는 부동 확산부(18)로 전하 캐핏을 클럭 전송한다. 부동 확산부(14)로 전하 전송이 완료된 후, 그 전하 패킷에 대한 전위계 응답은 증폭기(29)에 의해 전압 증폭되고, 캐패시터(73)을 통과하여 버퍼 증폭기(71)에 의해 증폭되어, 클럭 발생기(25)로부터 게이트 전극에 공급된 Ø_SH펄스에 응답하여 MISFET(71)의 도통에 의해 홀드-캐패시터(72)로 샘플링된다. 샘플-홀드 동작으로, 전하 패킷에 대한 응답, 잔여 리셋트 잡음 및 증폭기(29)에서 발생된 1/f 잡음을 동일한 듀티 사이클에 배치하여, 1/f노이즈 또한, 잔여 리셋트 잡음에 대한 신호-잡음비를 개선한다.

이중 동기 샘플 회로(70)는 저주파 고정-패턴 세이딩을 보여주는데, 이것은 다른 주파수 성분과 함께 교차 회로망(55)내에서 압축된다. 이중 동기 샘플 회로(70)의 출력 응답의 나머지 고주파 성분은, 제1도의 본 발명의 실시예에서의 동작과 비슷하게, 리셋트 드레인(22)를 통해 흐르는 전류에 대한 저주파 응답에 의해 교차 회로망(55)내에서 증가한다.

제1도 또는 제3도의 회로는, 증폭기(61)가 적당히 저출력 임피던스를 갖는 전달 저항 증폭기로 되는 경우, 버퍼 증폭기(52 및 53)의 출력 보다 버퍼 증폭기(50 및 61)의 출력으로부터 교차 회로망(55)의 입력 신호를 제공하기 위한 변경이 이루어질 수 있다. 이때, 버퍼 증폭기(52 및 53)은 불필요하게 된다. 평활 필터(51 및 62)도 또한 교차 회로망(55)의 후단에 있는 버퍼 증폭기(60)와 함께 직렬로 접속된 한 신호 평활 필터로 대치될 수 있다. 본 발명의 원리를 이용한 양호한 실시예의 다른 변형들은 본 기술에 숙달되고 상술한 기술 내용에 정통한 사람이면 곧 알 수 있다. 이것은 다음의 특허청구 범위를 고려할때 유의해야 한다.

Claims

소정의 클럭 주파수로 클럭된 출력 전하 결합 장치의 전하 전송 채널, 제1전기 출력 신호를 공급하기 위해 상기 전하 전송 채널의 한 지점에서 전하를 검출하기 위한 부동 소자 전위계과, 제2전기 출력 신호를 공급하기 위해 상기 전하 전송 채널의 단부에서 단자 드레인을 갖는 고체 영상기에 있어서, 상기 제1 및 제2전기 신호에 응답하여 출력 비데오 신호를 발생하기 위하여, 바람직하지 않은 저주파 고정-패턴 세이딩의 발생과 관련된 상기 제1전기 출력 신호를 광대역 샘플링한 후에, 상기 제1전기 출력(27) 신호로부터 상기 출력 비데오 신호의 고주파 부분을 유도하기 위한 수단(30,40 : 70) ; 제2전기 출력(22) 신호로부터 상기 출력 비데오 신호의 저주파 부분을 유도하기 위한 수단(20,61)과 ; 상기 출력 비데오 신호의 저주파와 고주파 부분을 연속-주파수-스펙트럼 신호로 조합하기 위한 수단(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 영상기.
제1항에 있어서, 상기 출력 신호의 고주파 부분을 유도하기 위한 수단은, 상기 고체 영상기로부터 상기 제1전기 출력 신호를 수신하는 입력 접속부와, 출력 접속부를 갖는 저주파 압축 필터 ; 상기 저주파 압축 필터의 출력 접속부로부터의 입력 접속부를 가지고, 상기 클럭 주파수의 고조파에서 상기 광대역 샘플링을 수행하며, 출력 접속부를 갖는 동기 검출기와, 상기 조합 수단에 인가하기 위해 상기 동기 검출기의 출력 접속부에서의 응답중 고주파 부분을 분리하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 영상기.
제1항에 있어서, 상기 출력 신호의 고주파 부분을 유도하기 위한 상기 수단은, 상기 고체 영상기로부터 상기 제1전기 출력 신호를 광대역 샘플링 하기 위한 이중 동기 샘플링 회로와 ; 상기 조합 수단에 인가하기 위하여, 상기 이중 동기 샘플된 제1전기 출력 신호의 고주파 부분을 분리하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 영상기.