DE3106359A1

DE3106359A1 - Signalaufnehmerschaltung

Info

Publication number: DE3106359A1
Application number: DE19813106359
Authority: DE
Inventors: Seisuke Mitaka Tokyo Yamanaka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-02-20
Filing date: 1981-02-20
Publication date: 1982-02-11
Also published as: GB2071959B; AT381425B; NL192485B; ATA76581A; JPS6255349B2; CA1165434A; JPS56116374A; NL8100741A; NL192485C; CA1161548A; GB2071959A; DE3106359C2

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Signa Laufnehmerschaltung, und insbesondere eine Signalaufnchmerschaltung zur Verwendung mit einer Bildaufnahmeeinrichtung, die ein Rauschen bei dem Vorladungs-Betrieb beseitigen kann.

Eine herkömmliche Maßnahme zum Erfassen einor Signalladung, die durch fotoelektrische Umsetzung in einer Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung oder einem Bildfühler,der beispielsweise ein ladungsgesteuertes Bauelement (CCJ)) verwendet, erreicht ist, und zu deren Ableiten als Ausgangssignal wird im Folgenden erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels der herkömmlichen Signalausgabe-bzw. einer Signalaufnehmerschaltung für einen CCD-Bildfühler. Bei diesem Beispiel handelt es sich bei dem Betriebssystem für den CCD-Bildfühler um ein Rahmentransport syst em, und die als Information gespeicherten Minoritätsträger sind durch ein Elektron gebildet. Bei dem

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Beispiel gemäß Fig. 1 bildet der Abschnitt links einer Strichlinie P die CCD-Bildfühlereinrichtung, die auf dem Chip einer integrierten Schaltung (IC) gebildet ist, und der Abschnitt rechts der Strichlinie B bildet eine Abtastspeicherschaltung, die als Wellenformerschaltung dient.

Fig. 1 zeigt allgemein eine Bildaufnahme_einrichtung 1 und einen Ausgangsanschluß la, der das Ausgangssignal ableitenden bzv. der aufnehmenden Schaltung. Die Bildaufnahmeeinrichtung 1 weist eine licht- bzw. fotoempfindliche Fläche 2, einen Speicherbereich 3 für die fotoempfindliche Fläche 2, ¹^ ein Ausleseregiater k für den Speicherbereich 3 und ein Ausgabetor-mit Ausgang^diodenabschnitt 5 auf, der in Sperrrichtung vorgespannt ist.

Die in der fotoempfindlichen Fläche 2 erzeugte Signalleitung wird zu dem Speicherbereich übertragen, wobei in der fotoempfindlichen Fläche 2 eine solche fotoelektrische Umwandlung stattfindet, daß die in dem Speicherbereich 3 zwischengespeicherte Signalladung zu dem Ausleseregister 4 bei jeder Zeile in Horizontalrichtung übertragen wird und in zeitlicher Folge über den Ausgangstor-und Ausgangsdiodenabschnitt 5 abgegeben wird. Der Ausgangsanschluß > , des Ausgangstor- und Ausgangsdiodenabschnitts 5 liegt über einen Kondensator 6 an Masse bzw. ist geerdet und ist auch mit der Source oinea FET (Feldeffekttransistors) 7 verbunden, dessen Drain mit einer Gleichspannung E_}i versorgt ist, und dessen Gate mit einem Vorladungsimpuls P (vgl.

ei

Fig. 2A) versorgt ist, der mit dem Übertragungstakt für das Ausleseregister 4 synchronisiert ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Abschnitt 5 und dem Kondensator 6 ist mit dem Gate eines FET 8 verbunden, dessen Drain mit einer Gleichspannung E versorgt ist, und dessen Source mit dem Ausgangsanschluß la verbunden ist.

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Daher, bei der obigen Ausgangssignalablnitschaltung, während eines Zeitintervalls T_p,während dem der Impuls Pa auf hohem Pegel ist, wie in Fig. 2A dargestellt, schaltet der FET 7 durch und wird daher der Kondensator 6 auf die Spannung E„ vorgeladen. Wenn ein Zeitintervall T_g, während dem der Impuls Pa auf niedrigem Pegel ist, beginnt, sperrt der FET 7 t weshalb die Spannung über dem Kondensator 6 abhängig von der Ausgangesignalladung niedrig wird. Deshalb wird, wenn die Spannung ] „ als Bezugspegel genommen wird, -die Spannung über den l·ondensator 6 in dem Intervall T„ der Signalpegel.

In diesem Fall tritt, da der Impuls Pa jmit < em Übertragungstakt für das Ausleseregister 4, wie erwähnt, synchronisiert ist, eine Ladungserfassungs-Ausgangsspannung V₀, in der der Vorladungspegel und der Signalpegel sich bed jedem einstufigen Abschnitt des Ausleseregisters k wiederholen, d.h., bei einem Einbit-Abschnitt, über dem Kondensator 6 auJ, und wird eine derartige Spannung V_ dem Ausgangsanscbluß la über den FET 8 zugeführt, der einen Pufferverstäjker bildet (vgl. Fig. 2B).

Bei diesem Ausführungsbeispiel springt der .Impuls ,Pa in den Signalweg über die Streukapazität zwischen aem Gate und der Source des FET 7» so daß eine Spannungs-omponente E_p aufgrund des Springens des Impulses Pa der Ausgangsspannung V_n überlagert wird, die an dem Ausgangsanschluß la auftritt, wie das in Fig. 2B dargestellt ist. Da die Einsprung-Spanrmngskomponente E_p jedoch annähernd konstant ist, tritt keine Beeinträchtigung auf, selbst wenn ein Signal, das um die Spannung E_D höher als der Pegel E ist, als Bezugspegel für den Signalpegel genommen wird. Deshalb tritt tatsächlich keine Beeinträchtigung auf, selbst wenn die Spannung E + E , die um E₁-. höher als der normale Vorladungs-

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- 6 pegel ist, als Vorladungspegel genommen wird.

Die so dem Ausgangsanschluß la zugeführte Ausgangsspannung Vq wird einer Abtastspeicherschaltung 10 oder der Drain eines PET 11 darin für das Abtasten zugeführt. Dieser FET 11 wird an seinem Gate mit einem Abtastimpuls Pb versorgt, der hohen Pegel in dem Signalpegelintervall T_g der Ausgangssignalspannung V_n einnimmt, wie in Fig. 2C dargestellt, so daß der FET 11 durchschaltet innerhalb des Hochpegel-Intervalls des Impulses Pb, weshalb der Signalpegel der Ausgangsspannung V abgetastet wird. Dann wird ein Kondensator 12 zum Halten oder Speichern in d>är Schaltung 10 auf den Signalpegel des abgetasteten Signals geladen oder entladen, weshalb der Signalpegel in dem Kondensator 12 gehalten bzw. gespeichert wird. Eine gehaltene oder gespeicherte Spannung V„ über dem Kondensator 12 wird übrr einen FET 13, der einen Pufferverstärker bildet, einem Aasgangsanschluß Ib zugeführt. Weiter sind in Fig. 1 Ladeviderstände 9 und I^ für die FET 8 bzw. dargestellt.

Wenn die in der CCD-Bildfühlereinrichtung gespeicherte Ladung nach Umsetzung in eine Spannung in der erwähnten Weise abgeleitet wird, ist es notwendig, daß dann, wenn der Minorität sbräger das Elektron ist, wie das erwähnt worden ist, der Kondensator bei jedem Bit vorgeladen wird. Während des Vorladebetriebs werden Rauschsignale, wie das interne Rauschen des FET 7» das Versorgungsquellenrauschen für dea FET 7 und dergleichen erzeugt und schwankt der Bezugs-Vorladepegel durch die Rauschsignale. Weiter wird ein Pegel V der in dem Vorladeintervall erzeugten Rauscheignale dirch den Kondensator 6 in einem Einbit-Intervall Y - Tp + T„ gehalten bzw. gespeichert oder wird das Rauschon in Form das abtastgespeicherten Signals ausgegeben. Als Ergebnis schwankt die Ausgangsspannung

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V , wie durch die Strichlinie in Fig. 2B dargestellt, aufgrund des Rauschens, weshalb der Signalpegel in dem Intervall Tg ebenfalls schwankt. Folglich wird, wenn der Signalpegelabschnitt der Ausgangsspannung V_Q lediglich, wie bei der herkömmlichen Ausführungsforra gemäß Fig. 1 abgetastet und gespeichert wird, die RauscKKomponente in eine Signalkomponente S eingemischt und wir<l dann als das Ausgangssignal abgegeben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Si,t nalaufnehmerschaltung, insbesondere für eine Bildaufnahmeeinrichtung anzugeben, bei der unter Vermeidung der erwi hnten Nachteile Rauschen aufgrund des Vorladebetriebef wirksam verringerbar oder entfernbar ist.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird eine Signalaufnehmerschaltung angegeben, die aufweist:

a) Eine Bildaufnahmeeinrichtung einschließlich eines Ladungstransportelementes, die eine Ausgangeladung erzeugt, die einem aufzunehmenden Gegenstand bzw« Objekt entspricht,

b) eine Einrichtung zum Empfang der Ausgangisladung von der Bildaufnahmeeinrichtung und zum Erzeugen eines Ladungserfassungssignals einschließlich eines Bi zugspegelabschnittes und eines Signalabschnittes, diis durch das Laden oder Entladen abhängig von der Ausgangsladung erreicht ist, wobei der Bezugspegelabschnitt und der Signalabschnitt bei jedem Bit der Ausgangsladung wiederholt werden, und

c) eine Einrichtung zum Erreichen eines Differenzausgangssignals zwischen dem Bezugspegelabschnitt und dem Signalpegelabschnitt.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.

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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; Es zeigen Fig. 1 ein Schaltbild einer herkömmlichen Ladungserfassutigsschaltung, die als Ausgangssignal-Ableitschaltung bei einer Festkörper-CCD-Bildaufnahmeeinrichtung verwendet ist,

Fig.2A-2C Signalverläufe zur Erläuterung der Betriebsweise der herkömmlichen Schaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine systematische Darstellung der wesentlichen Teile eines Ausführungsbeispiels der Signalaufnehme ^schaltung gemäß der Erfindung,

Fig.4A-4C Signalverläufe zur Erläuterung der Betriebsweise des .Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß Fig. 3i

Fig. 5 ein systematisches Schaltbild der wesentlichen Teile eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.6A-6G SignaLverlaufe zur Erläuterung der Betriebsweise des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Eine herkömmliche Schaltung wurde mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 bereits erläutert.

Die Erfindung beruht im wesentlichen darauf, daß der Rauschpegel in einem iCinbit-Intervall t konstant ist und keine Signalkomponente in dem Vorladungsintervall T_p vorliegt, und beseitigt das Rauschen durch Erhalten der Pegeldifferenz zwischen den Pegeln des Vorladungsintervalls T_p und des Signalpegelintervalls T_g.

Ein Beispiel der Signalaufnehmerschaltung gemäß der Erfindung wird nun mit Bezug auf Fig. 3 näher erläutert, die die wesentlichen TeLIo der Erfindung zeigt, da die im übrigen bei der Erfindung verwendeten Teile im wesentlichen die gleichen sind wie in Fig. 1 bzw. der Teil links der Strich-

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— 9 linie P in Fig. 1.

Bei dem in Fig. J dargestellten Ausführungsl ei spiel der Erfinduxig wird die» am Ausgangsanschluß la al geleitete Ausgangsspannung V (vgl. Fig. 4-A) einer Vojzögerungsschaltung oder -leitung 15 zugeführt und wii d darin um f, verzögert (O <V, ^i,)» wodurch sich ein ί ignal V_Q. ergibt (Fig. kB). Dieses verzögerte Signal Y , wird dem invertierenden Eingangsanschluß eines Diffeienzverstärkers l6 zugeführt, der auch an seinem nichtinveriierenden Eingangsanschluß mit dem Signal V so versorgt ist, wie es ist. Daher erzeugt der Differenzverstärker 16 ein Differenz-Ausgangssignal zwischen beiden Signalen V_Q und V^.

Das Ausgangssignal von dem Differenzverstärker 16 wird der Abtastspeicherschaltung 10 ähnlich wie gemäß Fig. 1 zugeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Abtastspeicherschaltung 10 mit einem Abtastimpuls SP_Q (Fig. kC) versorgt, dessen Periode t_R ist, und der dei Pegel "1" in dem Vorladungsintervall T_p* des Signals \ . einnimmt, weshalb der Wert des Ausgangssignals von den· Differenzverstärker 16 in der Periode Tp¹ abtastgespeichert wird.

In diesem Fall ist während der Vorladungs-Pt riode tJ des Signals V ein Eingangssignal V zu dem DiIferenzverstärker 16 die Signalkomponente zuzüglich der Rauschkomponente und ist das andere Eingangssignal V . dorthin lediglich die Rauschkomponente, so daß das Ausgangssignal von dem Differenzverstärker 16 in dieser Periode T_p' ein solches Ausgangssignal wird, bei dem die Rauschkomponente von dem ursprünglichen Ausgangssignal V₀ subtrahiert bzw. entfernt ist. Folglich wird der Signalpegel, von dem das bauschen entfernt worden ist, in der AbtastspeicherschaJtung 10 abtastgespeichert und dann als Ausgangssignal dem Ausgangs-

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anschluß Ib zugeführt. In den Fig. 4A und ^B zeigen die Strichlinien jeweils Rauschen enthaltende Erfassungssignale ..

Bei dem in Fig. 3 daxgestellten Ausführungsbeispiel der j Erfindung ist es zum wirksamen Durchführen des Subtrahierbetriebes der Pauschkomponente von der Signalkomponente mit der Rauschkomponente in dem Differenzverstärker 16 erwünscht, daß der obige Betrieb an dem letzten Abschnitt der Signalpegelperiode T„ durchgeführt wird, bei dem der

Signalpegel richtig wird. Deshalb ist als Verzögerungs-¹^ zeit X j für die Verzögerungsleitung 15 ein Wert ¹C , äs T - (Länge von Tp) optimal.

Selbstverständlich kann, wenn die Impulsbreite der Abtastimpulse SP₀ innerhalb der Periode T_p ^J ist, die Impulsbreite der ImpuLse SjP₀ kürzer als T_p* sein.

Ein anderes AutCührungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird anstelle der Verzögerungsleitung 15 gemäß Fig. 3 eine Abtastspeicherschaltung zum \erzögern des Signals V_ verwendet.

ν , Insbesondere wird das Ausgangssignal V_Q (vgl. Fig. 6A), das am Ausgangsanschluß la auftritt, einer Abtastspeicherschal-

^v tung I7 zugeführt, die auch mit einem Abtastimpuls SP^ (Fig. 6b) versorgt ist, das die Periode t„ besitzt, wobei die Anstiegs- oder Vorderflanke gegenüber derjenigen des Vorladungs-Intervalls T_p des Ausgangssignals V um ■ f = 1„ - Tp verzögert ist,und wobei die Impulsbreite gleich der Periode T_p ist. Daher wird der Signalpegelabschnitt des Ausgangssignalf V₀ in der Ab tastspeicherschaltung I7 als gespeichertes cder gehaltenes Ausgangssignal HL· abtastgespeichert, wie das in Fig. 6D dargestellt ist. Dieses ge-

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speicherte Ausgangssignal Η_ς wird von dort cem invertierenden Eingangsanschluß eines Differenzverf tärkers 20 zugeführt.

Das Ausgangssignal V_n wird auch einer Abtasi speicherschaltung l8 zugeführt, die auch mit einem Al tastimpuls SP₂ (Fig. 6C) versorgt ist, das zu "1" während ces Vorladungsintervalls Tp des Signals V_ wird. Daher wild der Pegel des Signals V in dem Invervall T_p in der Altastspeicherschaltung 18 abtastgespeichert. Ein gespeicl ertes Aüsgangssignal tL... (Fig. 6E) wird von dort einer weiteren Abtastspeicherschaltung 19 zugeführt, die auch mü dem Abtastimpuls SP versorgt ist. Daher wird das gespeicherte Ausgangssignal H in der Abtastspeicherschaltung I9 abtastgespeichert. Ein gespeichertes Ausgan;.' ssignal H„ ~ (vgl. Fig. 6F) wird von dort dem nichtinveri ierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 20 zugeführt.

Pulsierende Spannungen E ' in den jeweiligen gespeicherten Ausgangssignalen H_g, H^. und KL·«, die in den Fig. ÖD, 6E bzw. OF dargestellt sind, sind "eingesprungene" oder eingeführte Impulskomponenten, die dadurch erzeugt werden, daß die Abtastimpulse SP₁ und SP₃ jeweils in das Ausgangssignal über die Kapazität zwischen Gate und Source des FET 11 (Fig. 1) in der Abtastspeicherschaltung 10 einspringen bzw. eingeführt werden.

In diesem Fall enthält, da das gespeicherte Ausgangssignal Hg von der Abtastspeicherschaltung 17 der abgetastete

Wert des Ausgangssignals V_n in dessen äigna:intervall τ

U ö

ist, das Ausgangssignal Hg die Signalkömpon<?nte und die Rauschkomponente. Dagegen enthält, da das gespeicherte Ausgangssignal H_N1 von der Abtastspeicherschaltung l8 der abgetastete Wert des Ausgangssignals V_ in dessen Vorladungs-

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Intervall T_p ist, das Ausgangssignal EL·., keine Signalkoraponente und lediglich die Rauschkomponente. Folglich kann die Rauschkomponente durch Subtrahieren des Ausgangssignals EL·, von dem Ausgangssignal H₅ entfernt werden. Da jedoch beide Ausgangssignale EL· und EL·., abtastgespeicherte Ausgangssignale des Ausgangssignals V^ bei verschiedenen Zeiten sind, besteht eine Phasendifferenz zwischen den eingeführten Impulsen in den jeweiligen Ausgangssignalen, wie sich das aus den Fig. 6D und 6E ergibt. Folglich treten, wenn die Differenz zwischen den Ausgangssignalen Hg und EL·, beibehalten wird, die eingeführten Impulse so wie sie sind auf.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedoch das Ausgangssignal H_N1 weiter mittels der Abtastimpulse SP. abtastgespeichert, so daß die in dem gespeicherten Ausgangssignal HL· von der Abtastspeicherschaltung auftretenden eingeführten Impulse gleichphasig zu denjenigen sind, die in dem gespeicherten Ausgangssignal H auftreten. Das heißt, die Abtastspeieherschaltungen l8 und 19 führen den gleichen Betrieb aus, wie die Verzögerungsleitung 15 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3· Daher erzeugt der Differenzverstärker 20 ein Ausgangssignal S und gibt dies an den Ausgangsanschluß Ib ab, das keine Rauschkomponenten enthält, wobei die bei dem Abtastspeicherbetrieb eingeführten Impulse ausreichend unterdrückt sind, wie das in Fig. 6G dargestellt ist.

Wie erläutert, kann gemäß der Erfindung das bei der Vorladung erzeugte Rauschen in der Ausgangsstufe der Ladungserfaesungsschaltung verringert oder entfernt werden.

Hei den erläuterten Ausführungebeispielen der Erfindung wird, da der Minoritätsträger, der in dem CCD als Infor-

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mation gespeichert ist, das Elektron ist, b<lm Erfassen der Ladung der Kondensator auf den Bezugspei;el zuvoraufgeladen und dann abhängig von der Ladung entladen. Jedoch -wird, wenn der Minoritätsträger ein 'Loch" ist, die gespeicherte Ladung im Kondensator 6 zuvor auf den Bezugspegel entladen und wird der Kondensator 6 abhängig von der Ladung aufgeladen. Im letzteren Fall! kann das bei dem Entladen erzeugte Rauschen selbstverständlich in einer Weise entfernt oder verringert werben, wie bei dem Fall, bei dem der Minoritätsträger das llektron ist.

Selbstverständlich ist die Erfindung nichtmr auf das erwähnte CCD-Ladungstransportelement anwendbaj , sondern auch auf andere Ladungstransportelemente, wie eine Eimerketteneinrichtung (BBD) oder dergleichen, m:i t gleicher Wirkung.

Weiter ist die Erfindung auch auf eine sogenannte Zwischenzeilen-CCDJ-Bildaufnahmeeinrichtung anwendbar, die sich von der in Fig. 1 dargestellten Rahmentransport-CCD-Bildaufnahmeeinrichtung 1. unterscheidet.

Selbstverständlich sind noch andere Ausführt ngsformen der Erfindung möglich.

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.-ZV-Lee r s e i t e

Claims

Ansprüche:

/1. Signalaufnehmarschaltung, mit

a) einer Bildaufnahmeeinrichtung einschließlich eines Ladungstransportelements, die eine Ausgangsladung entsprechend einem aufzunehmenden Olijekt erzeugt,

gekennzeichnet durch

b) eine Einrichtung zum Empfang der Ausgangsladung von der Bildaufnahmeeinrichtung und zum Krzeugen eines Ladungserfassungssignals einschließlich eines Bezugspegelabschnittes und eines Signalabschnittes, das durch Laden oder Entladen abhängig von der Ausgangsladung erzeugt ist, wobei der Bezugspegelabschnitt und der Signalabschnitt bei jedem Bit der Ausgangsladung wiederholt werden, und

c) eine Einrichtung (10,15»16,17-20) zum Erreichen eines Differenzausgangssignals zwischen dem Bezugspegelabschnitt und dem Signalabschnitt.

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2. Signalaufnehmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß letztere Einrichtung eine Differenz zwischen einem Signal erreicht, das durch Verzögern des Ladungserfassungssignals und des ursprünglichen Ladungserfassungssignals erzeugt ist, und einen Bezugspegelabschnitt des verzögerten Signals abtastspeichert.

3. Signalaufnehmerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die letztere Einrichtung eine Verzögerungsschaltung (15) zum Verzögern des Ladungserfassungssignals und einen Differenzverstärker (l6) zum Bilden einer Differenz zwischen dem Ladungserfassungssignal und dem verzögerten Ladungserfassungssi,^nal enthält.

k. Signalaufnehmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die letztere Einrichtung eine Differenz zwischen einem abtastgespeicherten Ausgangssignal des Signalabschnitts des LadungserfasBungssignals und einem abtastgespeicherten Abschnitt des Bezugspegelabschnittes des Ladungserfassungssignals bildet.

5. Signalaufnehmerschaltung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet,

daß die letztere Einrichtung einen Abtastspeicher (17) zum Abtastspeichern des Signalpegelabschnittes des Ladungserf as sungssi u;nal β und zwei Abtast.spei eher (18,19) zum AbtastapoicJns rn eines Vorladungspog« Labsclmi tts des Ladungeerfasnuiigssignals und zu dessen Verzögerung enthält.

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