JPH10304133A - 相関二重サンプリング回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】相関二重サンプリング回路の出力の平衡信号送
出部を簡易に構成する。 【解決手段】ＣＣＤリニアイメージセンサの画素出力部
３６ｐを構成する出力コンデンサ５７をリセットパルス
Ｐｒによりリセットした後、第１のサンプルホールド回
路８１により出力コンデンサ５７に残存する電荷による
雑音電圧Ｖ１をサンプルホールドする。転送クロックＣ
Ｋｔに応じて画素転送部から出力コンデンサ５７に転送
されてきた電荷による信号電圧と雑音電圧を含む雑音・
信号合成電圧Ｖ２を第２のサンプルホールド回路８２に
よりサンプルホールドする。第１および第２の差動増幅
器１１１、１１２により、各々Ｓ１＝Ｖ１−Ｖ２＝Ｖ
ｓ、Ｓ２＝Ｖ２−Ｖ１＝−Ｖｓの演算をして平衡信号Ｓ
１、Ｓ２を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、画像読
取装置に搭載されるＣＣＤリニアイメージセンサに係
る、いわゆるリセット雑音を除去するための相関二重サ
ンプリング（ＣＤＳ）回路に関し、一層詳細には、差動
出力を有する相関二重サンプリング回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像読取装置は、例えば、原稿台上に載
せられた原稿に照明光を照射することにより、前記原稿
に担持された画像情報を含む光を、反射光または透過光
として集光光学系に導いた後、ＣＣＤリニアイメージセ
ンサにより光電的に読み取るように構成されている。

【０００３】この場合、ＣＣＤリニアイメージセンサに
より原稿を主走査方向に読み取るとともに、前記原稿を
前記主走査方向と略直交する副走査方向に相対的に搬送
することで２次元的な画像情報を得ることができる。こ
の画像情報は、アナログ信号であり、前記ＣＣＤリニア
イメージセンサから出力される。

【０００４】ＣＣＤリニアイメージセンサから出力され
るアナログ信号には、いわゆるリセット雑音が存在し、
このリセット雑音を除去するために、前記アナログ信号
は、周知の相関二重サンプリング回路に供給される。

【０００５】相関二重サンプリング回路によりリセット
雑音の除去されたアナログ信号は、輪郭強調処理、階調
変換処理等の画像信号処理の容易化のために、Ａ／Ｄ変
換器に供給され、そのＡ／Ｄ変換器により、一旦、デジ
タル信号に変換される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、画像読取装
置等のＣＣＤリニアイメージセンサが搭載される装置の
実装配置上の要請から、通常、前記相関二重サンプリン
グ回路と前記Ａ／Ｄ変換器とは、離れた位置に配置され
る。

【０００７】従来、相関二重サンプリング回路からＡ／
Ｄ変換器までの画像信号の供給（伝送）は、不平衡信号
で行われていた。

【０００８】相関二重サンプリング回路とＡ／Ｄ変換器
との間の距離が長い場合であっても、伝送される画像信
号の分解能が低い場合には、その伝送中に外部雑音がの
っても、その外部雑音のレベルが問題となることが少な
い。

【０００９】しかしながら、高品質の画像を得る目的
で、画像信号の分解能が高く設計されている場合には、
外部雑音のレベルが問題となる。

【００１０】一般に、離れた位置にアナログ信号を伝送
する場合には、同相信号と逆相信号からなる平衡信号で
伝送する、いわゆる差動伝送とすることが外部からの同
相雑音等に対する影響を軽減できる点で好ましいとされ
ている。

【００１１】差動伝送とするために、本願発明者等は、
図４に示すように、相関二重サンプリング回路の第１お
よび第２のサンプルホールド回路の出力Ｖ１と出力Ｖ２
からリセット雑音を除去するための減算増幅器２の出力
側に、差動ドライバ４を配置する構成としていた。差動
ドライバ４は、各々増幅度が値１の非反転増幅器６と反
転増幅器８とから構成されている。これにより、減算増
幅器２の出力側に現れるリセット雑音の除去された出力
（信号）Ｖｓ（Ｖｓ＝Ｖ１−Ｖ２）に対応する非反転出
力（非反転増幅器６の出力：たとえば、同相信号）Ｖｓ
と、反転出力（反転増幅器８の出力：したがって、逆相
信号）−Ｖｓとが発生され、平衡信号Ｖｓ、−Ｖｓとし
て図示しない伝送線路を通じてＡ／Ｄ変換器に供給され
る。

【００１２】この発明は、このような技術に関連してな
されたものであって、回路構成の簡素化された平衡信号
出力回路を有する相関二重サンプリング回路を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、ＣＣＤリニ
アイメージセンサを構成する出力電荷蓄積手段をリセッ
トした後に前記出力電荷蓄積手段に残存する電荷による
雑音電圧をサンプルホールドする第１のサンプルホール
ド回路と、転送クロックにより前記出力電荷蓄積手段に
転送されてきた電荷による信号電圧と前記雑音電圧を含
む雑音・信号合成電圧をサンプルホールドする第２のサ
ンプルホールド回路と、前記第１のサンプルホールド回
路の出力電圧が非反転入力端子に供給され、前記第２の
サンプルホールド回路の出力電圧が反転入力端子に供給
される第１の差動増幅器と、前記第１のサンプルホール
ド回路の出力電圧が反転入力端子に供給され、前記第２
のサンプルホールド回路の出力電圧が非反転入力端子に
供給される第２の差動増幅器とを備え、前記第１および
第２の差動増幅器の各々の出力信号を平衡伝送するよう
にしたことを特徴とする。

【００１４】この発明によれば、相関二重サンプリング
回路を構成する第１および第２のサンプルホールド回路
の出力側に接続した２つの差動増幅器により同相信号と
逆相信号からなる２つの出力信号、すなわち平衡信号を
得ることができる。

【００１５】この場合、２つの差動増幅器の各々の非反
転入力端子と反転入力端子に供給される第１および第２
のサンプルホールド回路の出力電圧を入れ替えても同様
の作用が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００１７】図１は、この発明の一実施の形態が適用さ
れたカラー画像読取装置１０の概略的構成を示してい
る。

【００１８】カラー画像読取装置１０は、基本的には、
画像読取部１２と、平衡信号送出部１４と、平衡信号伝
送線路部１６と、平衡信号受入部１８と、Ａ／Ｄ変換部
２０と、画像処理部２２とから構成される。

【００１９】画像読取部１２には、画像情報が担持され
た原稿（透過原稿または反射原稿）Ｆが配置されてい
る。原稿Ｆは、副走査方向Ｙとこれに直交する主走査方
向（紙面と直交する方向）Ｘに広がりを有しており、２
次元的なカラー画像情報が担持されている。原稿Ｆが透
過原稿である場合には、主走査方向Ｘに延びる光源３０
が点灯され、画像情報を有する透過光Ｌが得られる。一
方、原稿Ｆが反射原稿である場合には、主走査方向Ｘに
延びる光源３１、３２が点灯され、画像情報を有する反
射光Ｌが得られる。

【００２０】画像情報を有する光Ｌは、ズームレンズを
含む結像光学系１５を介し、３色分解プリズム３４ｒ
（ｒは赤色の意味）、３４ｇ（ｇは緑色の意味）、３４
ｂ（ｂは青色の意味）を通じて、ＣＣＤリニアイメージ
センサ（単に、イメージセンサともいう。）３６ｒ、３
６ｇ、３６ｂ（代表して示すときには、符号を３６とす
る。）に入射する。

【００２１】イメージセンサ３６は、周知のように、基
本的には、主走査方向Ｘに多数の光電変換画素（単に、
画素ともいう。）が直線状に連結された受光部と、この
受光部に沿って両側に形成された奇数画素転送部と偶数
画素転送部と、出力電荷蓄積手段としても機能するＦＤ
Ａ（フローティング ディフュージョン アンプ）等の
奇数画素出力部と偶数画素出力部とから構成されてい
る。

【００２２】したがって、図示しない搬送機構により副
走査方向Ｙに搬送される原稿Ｆに対してイメージセンサ
３６ｒ、３６ｇ、３６ｂにより主走査方向Ｘに画素が電
気的に主走査されることで、原稿Ｆに担持されたカラー
画像を色分解して、２次元的に読み取ることができる。

【００２３】イメージセンサ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂか
ら各色毎に対応して出力される光電変換出力信号である
奇数画素信号（画素信号、奇数画像信号または画像信号
ともいう。）Ｓｏと偶数画素信号（画素信号、偶数画像
信号または画像信号ともいう。）Ｓｅとが、バッファ増
幅器４１〜４６を介して、平衡信号送出部１４を構成す
る相関二重サンプリング回路５１〜５６に供給される。

【００２４】図２は、平衡信号送出部１４を構成する相
関二重サンプリング回路５１の詳細な回路構成とその周
辺の回路構成を示している。

【００２５】図２において、符号３６ｐは、イメージセ
ンサ３６ｒを構成し、模式的に描いた奇数画素出力部
（単に、画素出力部ともいう。）を示している。もちろ
ん、イメージセンサ３６を構成する全ての奇数画素出力
部と偶数画素出力部は同一の構成である。

【００２６】画素出力部３６ｐは、ＦＤＡを模式的に表
す電荷蓄積手段としての出力コンデンサ５７を有してい
る。図示していない奇数画素転送部から転送されてくる
画素信号（実際上は、画像情報を有する光Ｌに応じた電
荷）Ｓｏは、転送クロックＣＫｔによりオンオフされる
ゲートスイッチ５８を介して出力コンデンサ５７に電荷
として蓄積され、かつバッファ増幅器６０を介して出力
される。出力コンデンサ５７には、その出力コンデンサ
５７に蓄積された画素電荷を捨て去るための（放電する
ための）リセットパルスＰｒによりオンオフされるリセ
ットゲートスイッチ５９が並列に接続されている。出力
コンデンサ５７とリセットゲートスイッチ５９の一端部
は基準電位に接続されている。

【００２７】バッファ増幅器６０の出力信号、換言すれ
ば、イメージセンサ３６ｐの出力信号は、バッファ増幅
器４１を介し出力信号（出力電圧または電圧ともい
う。）Ｖとして、マルチプレクサであるスイッチ６１、
６２の共通端子側に供給される。なお、この実施の形態
においては簡単のために、バッファ増幅器６０の出力信
号の符号もＶとする。

【００２８】スイッチ６１、６２の固定端子側は、それ
ぞれ、相関二重サンプリング回路５１を構成する第１の
サンプルホールド回路８１と第２のサンプルホールド回
路８２に接続されている。スイッチ６１、６２は、タイ
ミング発生器５０から制御端子に供給されるサンプルホ
ールドパルスＳｐ１、Ｓｐ２によりオンオフされる。

【００２９】第１のサンプルホールド回路８１は、ホー
ルドコンデンサ９１とバッファ増幅器１０１と第１の差
動増幅器１１１とから構成され、第２のサンプルホール
ド回路８２は、ホールドコンデンサ９２とバッファ増幅
器１０２と第２の差動増幅器１１２とから構成されてい
る。ホールドコンデンサ９１、９２の一端部は基準電位
に接続されている。

【００３０】バッファ増幅器１０１の出力（出力信号、
出力電圧または単に電圧ともいう。）Ｖ１、すなわち、
第１のサンプルホールド回路８１の出力Ｖ１は、第１の
差動増幅器１１１の非反転入力端子に接続されるととも
に、第２の差動増幅器１１２の反転入力端子に接続され
る。一方、バッファ増幅器１０２の出力（出力信号、出
力電圧または単に電圧ともいう。）Ｖ２、すなわち、第
２のサンプルホールド回路８２の出力Ｖ２は、第１の差
動増幅器１１１の反転入力端子に接続されるとともに、
第２の差動増幅器１１２の非反転入力端子に接続され
る。

【００３１】第１および第２の差動増幅器１１１、１１
２の出力信号Ｓ１、Ｓ２は、平衡信号伝送線路部１６を
介してＡ／Ｄ変換器１３１〜１３６のある側のうち、平
衡信号受入部１８（図１参照）を構成する差動増幅器１
２１に伝送される。

【００３２】実際上、図１から明らかなように、平衡信
号送出部１４を構成する相関二重サンプリング回路５１
〜５６のそれぞれの出力平衡信号が、平衡信号伝送線路
部１６を構成する個々の平衡信号伝送線路を介して、平
衡信号受入部１８を構成する差動増幅器１２１〜１２６
のそれぞれに供給される。差動増幅器１２１〜１２６の
それぞれの出力信号が各Ａ／Ｄ変換器１３１〜１３６に
供給され、Ａ／Ｄ変換器１３１〜１３６によりデジタル
信号とされる。

【００３３】デジタル信号とされた画像信号は、画像処
理部２２に供給される。画像処理部２２では、イメージ
センサ３６を構成する画素の感度ばらつき補正処理、欠
陥画素補正処理、主走査収差倍率補正処理、階調変換処
理、その他、輪郭強調処理等の各種画像処理が行われ
る。

【００３４】画像処理部２２による画像処理後の画像信
号は、例えば、アナログ信号に変換され、映像信号とし
て図示しないＣＲＴディスプレイに供給され、そのディ
スプレイ上に原稿Ｆに係る画像が再生される。また、前
記アナログ信号は、フイルム走査出力部に供給され、フ
イルム上に前記原稿Ｆに係る画像が形成されて、例え
ば、印刷製版の利用に供される。

【００３５】次に、上記実施の形態の要部の動作につい
て、図３のタイミングチャートをも参照して説明する。

【００３６】まず、図３Ａに示す転送クロックＣＫｔの
立ち下がり時点ｔ１でゲートスイッチ５８が閉状態から
開状態にされた後、その時点ｔ１から時点ｔ２までの間
でハイレベルとなるリセットパルスＰｒ（図３Ｂ参照）
が発生し、このリセットパルスＰｒによりリセットゲー
トスイッチ５９が閉じられることで、出力コンデンサ５
７に蓄えられていた前の画素に係る電荷がリセットゲー
トスイッチ５９を通じて基準電位に放電される。

【００３７】次いで、リセットパルスＰｒがハイレベル
からローレベルに遷移する時点ｔ２において、リセット
ゲートスイッチ５９が開状態とされる。この時点ｔ２で
は、転送クロックＣＫｔはローレベルになっており、転
送ゲートスイッチ５８も開状態とされている。

【００３８】時点ｔ２〜時点ｔ３の間で第１のサンプル
ホールドパルスＳｐ１（図３Ｃ参照）がハイレベルとさ
れ、この期間ｔ２〜ｔ３において、スイッチ６１が閉じ
られる。この期間ｔ２〜ｔ３において、他の全てのスイ
ッチ５８、５９、６２は開かれている。したがって、こ
の期間ｔ２〜ｔ３において、出力コンデンサ５７に蓄え
られている電荷、いわゆるリセット雑音に基づく電荷に
よる電圧が電圧Ｖ１（図３Ｅ、図３Ｆ参照）として、ホ
ールドコンデンサ９１に蓄えられる。

【００３９】次いで、時点ｔ３でスイッチ６１が開かれ
た後、時点ｔ４において、転送クロックＣＫｔがローレ
ベルからハイレベルに遷移して、転送ゲートスイッチ５
８が閉じられる。これにより、ＣＣＤリニアイメージセ
ンサ３６ｒの受光部、電荷転送部から送出されてきた画
素信号Ｓｏが転送ゲートスイッチ５８を介して転送され
電荷として、出力コンデンサ５７に蓄えられる。

【００４０】同時に、その時点ｔ４〜時点ｔ５の間で第
２のサンプルホールドパルスＳｐ２（図３Ｄ参照）がハ
イレベルとされ、この期間ｔ４〜ｔ５において、スイッ
チ６２が閉じられる。これにより、期間ｔ４〜ｔ５にお
いて、出力コンデンサ５７に蓄えられているリセット雑
音に基づく電荷と信号電荷の合成電荷による電圧が電圧
（雑音・信号合成電圧）Ｖ２（図３Ｅ、図３Ｆ参照）と
して、ホールドコンデンサ９２に蓄えられる。

【００４１】そして、第２のサンプルホールドパルスＳ
ｐ２がハイレベルからローレベルに遷移してから転送ク
ロックＣＫｔがハイレベルからローレベルに遷移するま
での時点ｔ５〜時点ｔ６の間では、第１および第２の差
動増幅器１１１、１１２において、それぞれ、次の
（１）式および（２）式に基づく差演算が行われ、第１
および第２の差動増幅器１１１、１１２の出力にリセッ
ト雑音にもとづく電圧Ｖ１が取り除かれた信号分のみの
差信号Ｓ１、Ｓ２（図３Ｇ参照）が得られる。

【００４２】 Ｓ１＝Ｖ１−Ｖ２＝Ｖｓ …（１） Ｓ２＝Ｖ２−Ｖ１＝−Ｖｓ …（２） この場合、差信号Ｓ１は、出力コンデンサ５７に蓄えら
れる電圧Ｖ２の位相に対して逆相信号であり、差信号Ｓ
２は、同相信号である。

【００４３】この同相信号Ｓ２と逆相信号Ｓ１とは、平
衡信号Ｓ１、Ｓ２として平衡信号伝送線路部１６を通じ
て平衡信号受入部１８を構成する差動増幅器１２１に伝
送される。平衡信号Ｓ１、Ｓ２として伝送しているの
で、たとえ、平衡信号伝送線路部１６において同相で雑
音信号がのった場合においても、差動増幅器１２１によ
る同相信号除去作用によりその同相雑音信号は除去され
る。

【００４４】このように上述した実施の形態によれば、
ＣＣＤリニアイメージセンサ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂの
各画素出力部３６ｐを構成する出力コンデンサ５７をリ
セットパルスＰｒによりリセットした後、出力コンデン
サ５７に残存する電荷による雑音電圧Ｖ１を第１のサン
プルホールド回路８１によりサンプルホールドする。ま
た、転送クロックＣＫｔに応じて画素転送部から出力コ
ンデンサ５７に転送されてきた電荷による信号電圧と雑
音電圧を含む雑音・信号合成電圧Ｖ２を第２のサンプル
ホールド回路８２によりサンプルホールドする。そし
て、第１および第２の差動増幅器１１１、１１２によ
り、各々Ｓ１＝Ｖ１−Ｖ２＝Ｖｓ、Ｓ２＝Ｖ２−Ｖ１＝
−Ｖｓを演算することで、平衡信号Ｓ１＝Ｖｓ、Ｓ２＝
−Ｖｓを得る。

【００４５】このように、この実施の形態によれば、図
４に示す、減算増幅器２と非反転増幅器６と反転増幅器
８の３つの集積回路（ＩＣ）により構成される平衡信号
発生器を２つのＩＣで代替することができる。この場
合、図１に示すように、カラー画像読取装置１０では、
通常、６チャンネル分の相関二重サンプリング回路５１
〜５６が必要となるので、６つのＩＣを削除することが
できるという顕著な効果を達成する。

【００４６】なお、この発明は、上述の実施の形態に限
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成
を採り得ることはもちろんである。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、相関二重サンプリング回路を構成する第１および第
２のサンプルホールド回路の出力側に２つの差動増幅器
を接続することにより、その２つの差動増幅器から、リ
セット雑音等の除去されたＣＣＤリニアイメージセンサ
を構成する各画素の信号成分のみからなる同相信号と逆
相信号、すなわち平衡信号を得ることができる。

【００４８】そして、平衡信号を伝送することで、外部
雑音の影響の少ない伝送系を構成することができる。

【００４９】さらにこの発明の効果を具体的に説明する
と、相関二重サンプリング回路から画素信号成分につい
て、同相信号成分と逆相信号成分とからなる平衡信号で
送出しようとする場合、減算増幅器に接続される非反転
増幅器と反転増幅器との３つの増幅器で構成しなければ
ならなかったのに対して、２つの差動増幅器で同相信号
成分と逆相信号成分とからなる平衡信号を送出すること
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態が適用されたカラー画
像読取装置の概略的構成を示す回路ブロック図である。

【図２】図１例中、相関二重サンプリング回路の詳細な
構成を含む回路図である。

【図３】図２例の動作説明に供されるタイミングチャー
トであり、図３Ａは、転送クロックの波形、図３Ｂは、
リセットパルスの波形、図３Ｃは、第１のサンプルホー
ルドパルスの波形、図３Ｄは、第２のサンプルホールド
パルスの波形、図３Ｅは、イメージセンサの出力電圧の
波形、図３Ｆは、リセット雑音電圧と雑音の信号合成電
圧の波形、図３Ｇは、差信号の波形を示している。

【図４】相関二重サンプリング回路の出力回路例を示す
回路図である。

【符号の説明】

１０…カラー画像読取装置 １２…画像読取部 １４…平衡信号送出部 １５…結像光学系 １６…平衡信号伝送線路部 １８…平衡信号受
入部 ２０…Ａ／Ｄ変換部 ２２…画像処理部 ３０〜３２…光源 ３６、３６ｒ、３６ｇ、３６ｂ…ＣＣＤリニアイメージ
センサ ３６ｐ…画素出力部 ４１〜４６、６０、１０１、１０２…バッファ増幅器 ５０…タイミング発生器 ５１〜５６…相関
二重サンプリング回路 ５７…出力コンデンサ ５８、５９、６
１、６２…スイッチ ８１…第１のサンプルホールド回路 ８２…第２のサン
プルホールド回路 ９１、９２…ホールドコンデンサ １２１〜１２６…
差動増幅器 １３１〜１３６…Ａ／Ｄ変換器 ＣＫｔ…転送クロック Ｐｒ…リセットパ
ルス Ｓｐ１、Ｓｐ２…サンプルホールドパルス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＣＣＤリニアイメージセンサを構成する出
   力電荷蓄積手段をリセットした後に前記出力電荷蓄積手
   段に残存する電荷による雑音電圧をサンプルホールドす
   る第１のサンプルホールド回路と、 転送クロックにより前記出力電荷蓄積手段に転送されて
   きた電荷による信号電圧と前記雑音電圧を含む雑音・信
   号合成電圧をサンプルホールドする第２のサンプルホー
   ルド回路と、 前記第１のサンプルホールド回路の出力電圧が非反転入
   力端子に供給され、前記第２のサンプルホールド回路の
   出力電圧が反転入力端子に供給される第１の差動増幅器
   と、 前記第１のサンプルホールド回路の出力電圧が反転入力
   端子に供給され、前記第２のサンプルホールド回路の出
   力電圧が非反転入力端子に供給される第２の差動増幅器
   とを備え、 前記第１および第２の差動増幅器の各々の出力信号を平
   衡伝送するようにしたことを特徴とする相関二重サンプ
   リング回路。
2. 【請求項２】ＣＣＤリニアイメージセンサを構成する出
   力電荷蓄積手段をリセットした後に前記出力電荷蓄積手
   段に残存する電荷による雑音電圧をサンプルホールドす
   る第１のサンプルホールド回路と、 転送クロックにより前記出力電荷蓄積手段に転送されて
   きた電荷による信号電圧と前記雑音電圧を含む雑音・信
   号合成電圧をサンプルホールドする第２のサンプルホー
   ルド回路と、 前記第１のサンプルホールド回路の出力電圧が反転入力
   端子に供給され、前記第２のサンプルホールド回路の出
   力電圧が非反転入力端子に供給される第１の差動増幅器
   と、 前記第１のサンプルホールド回路の出力電圧が非反転入
   力端子に供給され、前記第２のサンプルホールド回路の
   出力電圧が反転入力端子に供給される第２の差動増幅器
   とを備え、 前記第１および第２の差動増幅器の各々の出力信号を平
   衡伝送するようにしたことを特徴とする相関二重サンプ
   リング回路。