JPH03272279A - Method of detecting output of charge coupled element and output detection circuit - Google Patents
Method of detecting output of charge coupled element and output detection circuitInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
挟権分国
本発明は、電荷結合素子の出力検出方法及び出力検出回
路に関し、より詳細には、ゲート付き電荷積分型出力回
路の雑音を除去し、所望の信号成分のみを精度良く検出
する出力検出方法及び出力検出回路に関する。例えば、
電荷結合素子を用いたファクシミリ、イメージスキャナ
等の画像読み取り装置及び撮像装置に適用されるもので
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an output detection method and an output detection circuit of a charge-coupled device, and more specifically, to a charge-coupled device output detection method and an output detection circuit, and more specifically, to remove noise in a gated charge-integrating output circuit and detect a desired signal component. The present invention relates to an output detection method and an output detection circuit that accurately detect only for example,
The present invention is applied to image reading devices and imaging devices such as facsimiles and image scanners that use charge-coupled devices.
従来技術
第5図は、従来の電荷結合素子(CCD)の出力回路の
回路図を示す図で、図中、21は転送チャンネル、22
.24は転送電極、23は検知用ダイオード、25はバ
ッファ回路、26はリセットトランジスタ、27はリセ
ットトランジスタのゲート、28は容量、29は電荷結
合素子である。PRIOR ART FIG. 5 is a diagram showing a circuit diagram of an output circuit of a conventional charge-coupled device (CCD), in which 21 is a transfer channel, 22
.. 24 is a transfer electrode, 23 is a detection diode, 25 is a buffer circuit, 26 is a reset transistor, 27 is a gate of the reset transistor, 28 is a capacitor, and 29 is a charge coupled device.
COD転送チャンネル21の一つの転送電極22の近傍
にはCCDによって転送されてくる信号電荷を検知し、
出力電圧に変換するための検知用ダイオード23が設け
られている。転送クロック電圧φ1.φ2が印加された
転送電極24によって転送されてきた信号電荷は、転送
クロックパルス1周期毎に検知用ダイオード23に流れ
込みその電位を変化させる。この電位変化をバッファ回
路25で受け、出力を外部に取り出す。リセットトラン
ジスタ26のゲート27には転送パルスと等しい周期で
リセットパルスφRが印加され、リセットトランジスタ
26をリターンオンすることにより検知用ダイオード2
3の基準電位にリセットする。この出力回路はCOD転
送チャンネル21と共に共通の半導体基板上に形成され
てCCD29を構成している。この出力回路はゲート付
き電荷積分型出力回路として知られている。Near one transfer electrode 22 of the COD transfer channel 21, a signal charge transferred by a CCD is detected,
A detection diode 23 is provided for converting into an output voltage. Transfer clock voltage φ1. The signal charge transferred by the transfer electrode 24 to which φ2 is applied flows into the detection diode 23 every cycle of the transfer clock pulse and changes its potential. This potential change is received by the buffer circuit 25, and the output is taken out to the outside. A reset pulse φR is applied to the gate 27 of the reset transistor 26 at a period equal to the transfer pulse, and by turning on the reset transistor 26, the detection diode 2 is turned on.
Reset to the reference potential of 3. This output circuit is formed on a common semiconductor substrate together with the COD transfer channel 21 to constitute a CCD 29. This output circuit is known as a gated charge integration type output circuit.
このゲート付き電荷積分型出力回路ではリセットトラン
ジスタが以下に述べるようなある大きさのリセット雑音
を生じる。第6図に第5図におけるゲート付き積分型出
力回路の出力波形を示す。In this gated charge integrating output circuit, the reset transistor produces a certain amount of reset noise as described below. FIG. 6 shows the output waveform of the gated integral type output circuit in FIG. 5.
時刻t。からtlまでの間リセットパルスφRが印加さ
れ、リセットトランジスタ26がターンオンすると検知
用ダイオード23の電位はリセットトランジスタ26の
ドレイン電圧Vまで上昇する。Time t. A reset pulse φR is applied from tl to tl, and when the reset transistor 26 is turned on, the potential of the detection diode 23 rises to the drain voltage V of the reset transistor 26.
次に1時刻t4でリセットトランジスタ26がターンオ
フすると、検知用ダイオード23の電位は検知用ダイオ
ード23とバッファ回N25のゲート容量との合計に相
当する容量28とリセットトランジスタ26のゲート、
ソース間の容量との2つの容量で決まる一定の基準電圧
V。になる。Next, when the reset transistor 26 is turned off at time t4, the potential of the detection diode 23 is equal to the capacitance 28 corresponding to the sum of the detection diode 23 and the gate capacitance of the buffer circuit N25, and the gate of the reset transistor 26.
A constant reference voltage V determined by two capacitances: the capacitance between the sources and the capacitance between the sources. become.
次に時刻t、で検知用ダイオード23に電荷が転送され
て流れ込みその電位を変化させ出力電圧Vsが得られる
。ところで時刻t。からtlまでリセットトランジスタ
26が導通している間にリセットトランジスタ26はあ
る大きさの雑音Enを発生する。この雑音Enによって
基準電位V。が影響を受けて変動する。例えば、第6図
に示すようにリセットパルスφRが印加される毎に基準
電位はEnの影響を受けてV。±Vnと変動して出力の
S/Nが劣化する。このVnがリセット雑音である。Next, at time t, charge is transferred to and flows into the detection diode 23, changing its potential to obtain the output voltage Vs. By the way, time t. While the reset transistor 26 is conducting from tl to tl, the reset transistor 26 generates a certain amount of noise En. The reference potential V is caused by this noise En. fluctuates under the influence of For example, as shown in FIG. 6, each time the reset pulse φR is applied, the reference potential becomes V due to the influence of En. The output S/N deteriorates due to fluctuations of ±Vn. This Vn is reset noise.
3−
さらに、前記第5図で示した回路において雑音を発生す
る雑音源はリセットトランジスタ26だけでなく、バッ
ファ回路25もランダム雑音を発生する雑音源となって
いる。このバッファ回路25が発生するランダム雑音E
rはその振幅が周波fの逆数に比例する1/f雑音と呼
ばれている。3- Furthermore, in the circuit shown in FIG. 5, the reset transistor 26 is not the only noise source that generates noise, but the buffer circuit 25 is also a noise source that generates random noise. Random noise E generated by this buffer circuit 25
r is called 1/f noise whose amplitude is proportional to the reciprocal of the frequency f.
このリセット雑音や1/f雑音の影響を軽減しS/Nを
改善する一方法として時刻t2において基準電位V。を
一定電位にクランプし、次に時刻t4で出力電圧Vs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(例えば特開昭56−116374号公報
参照)。One way to reduce the influence of this reset noise and 1/f noise and improve the S/N is to set the reference potential V at time t2. A method of clamping Vs to a constant potential and then sampling the output voltage Vs at time t4 is known as a double correlation sampling method (for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 116374/1983).
上述した従来技術では、2重相関サンプリング法によっ
て除去できる雑音はリセット雑音と1/f雑音の低周波
数成分に限られる。2重相関サンプリング法によって雑
音を除去しようとした場合、時刻t2およびt4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は信号出力のS/Nが
劣化する。In the prior art described above, the noise that can be removed by the double correlation sampling method is limited to the low frequency components of reset noise and 1/f noise. When trying to remove noise using the double correlation sampling method, the reference potential and signal potential, which are clamped to a constant potential at times t2 and t4, are affected by random noise that is uncorrelated with each other, and the S/N of the signal output deteriorates. do.
この場合のランダム雑音は1/f雑音その他の高周波雑
音成分である。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ットトラン
ジスタ26が発生するリセット雑音Vnおよび1/f雑
音の低周波成分は除去可能であってもそれ以外の成分は
除去することができず、S/Nが悪いという欠点があっ
た。実際にCCD高速暇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。That is, in the double correlation sampling method, although the low frequency components of the reset noise Vn and 1/f noise generated by the reset transistor 26 can be removed, other components cannot be removed, resulting in a poor S/N. There was a drawback. In fact, when the CCD is moving at high speed, high frequency noise such as ringing greatly affects the S/N ratio.
さらに、直接波形をサンプル、ホールドする回路系では
一般にCCD出力波形は矩形波に近い形状をしている理
由により、高速匪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ている。Furthermore, in circuit systems that directly sample and hold waveforms, the CCD output waveform generally has a shape close to a rectangular wave, so the circuit system is required to have strict frequency characteristics that take into account the rise characteristics of the waveform during high-speed creeping. ing.
目 的
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
COD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、さらに1/f雑音をも除去して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で
きるCCD出力信号検出方法及び出力検出回路を提供す
るものである。Purpose The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances.
A CCD output signal detection method and output capable of improving S/N by removing reset noise and high frequency random noise contained in a COD output signal, as well as 1/f noise, and relaxing the frequency characteristics of a circuit system. A detection circuit is provided.
講−一一成−
本発明は、上記目的を達成するために、(1)転送クロ
ックパルス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型出力検出回
路を有する電荷結合素子と、該電荷結合素子から前記振
幅信号を受け、前記基準電位に対する前記信号電荷が表
す信号を出力する出力検出方法において、該出力検出回
路からの信号を前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、該基本周波数成分の
係数を算出し、該係数より前記出力検出回路から信号電
荷に対応する成分のみを得ること、更には、(2)前記
電荷結合素子の出力検出方法において、前記電荷結合素
子の出力を、その転送クロック周波数を中心周波数に持
ち、その帯域幅がその転送周波数に等しいバンドパスフ
ィルタにより帯域制限する手段と、前記フーリエ級数に
展開して所望の信号を得る検出手段とを具備すること、
更には、(3)前記電荷結合素子の出力検出方法におい
て、前記転送クロック周波数に対してπ/2の位相遅延
を起こす遅延素子群と、アナログ演算回路によって前記
基本周波数成分の係数を算出する算出回路とを具備する
ことを特徴としたものである。以下、本発明の実施例に
基づいて説明する。In order to achieve the above object, the present invention provides (1) a gated charge integration type output detection system that outputs a signal with an amplitude corresponding to a reference potential and a signal charge every cycle of a transfer clock pulse; A charge-coupled device having a circuit, and an output detection method that receives the amplitude signal from the charge-coupled device and outputs a signal represented by the signal charge with respect to the reference potential, in which the signal from the output detection circuit is transferred to the transfer clock pulse 1. Expanding the period into a Fourier series with the fundamental frequency, calculating a coefficient of the fundamental frequency component, and obtaining from the coefficient only the component corresponding to the signal charge from the output detection circuit, and (2) the charge coupling. The device output detection method includes means for band-limiting the output of the charge-coupled device using a bandpass filter whose center frequency is the transfer clock frequency and whose bandwidth is equal to the transfer frequency; detecting means for obtaining the desired signal;
Furthermore, (3) in the output detection method of the charge-coupled device, a coefficient of the fundamental frequency component is calculated using a delay element group that causes a phase delay of π/2 with respect to the transfer clock frequency and an analog calculation circuit. The device is characterized by comprising a circuit. Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.
第1図は、本発明による電荷結合素子の出力検出回路の
一実施例を説明するための回路図で、図中、1は電荷結
合素子(CCD) 、2はバンドパスフィルタ、3はπ
/2遅延器群、4.5は差動増幅器、6は乗算器、7は
加算器、8は平方根演算器、9はサンプルホールドであ
る。なお、図中の■〜■は遅延器群の出力を示し、後述
する第4図(b)の例えばVn(o)、V n (Δt
)、Vn(2Δt)、Vn(3Δt)に対応している。FIG. 1 is a circuit diagram for explaining an embodiment of a charge-coupled device output detection circuit according to the present invention. In the figure, 1 is a charge-coupled device (CCD), 2 is a bandpass filter, and 3 is π
/2 delay group, 4.5 is a differential amplifier, 6 is a multiplier, 7 is an adder, 8 is a square root operator, and 9 is a sample hold. Note that ■ to ■ in the figure indicate the outputs of the delay device group, and for example, Vn(o), Vn(Δt
), Vn(2Δt), and Vn(3Δt).
CCD1の出力は、通過帯域をもつバンドパスフィルタ
2を介して位相遅延器3に入る。該位相遅延器3は1個
当りの基本周波数f。に対してπ/ 2 (rad)の
位相を遅延させる作用を有する。該遅延器3の出力■−
■を差動増幅器4.5に入力し、差動増幅器7
4においては、■−■が出力され、差動増幅器5におい
ては■−■が出力される。各々の信号を乗算器6で2乗
すると(■−■)2と(■−■)2の出力が各々得られ
、加算器7で加算すると(■■)2と(■−■)+1の
出力が得られ、さらに平方根演算器8で演算をすると、
(■−■)2+(■−■)2の出力が得られ、これ
をサンプルホールドする。The output of the CCD 1 enters a phase delayer 3 via a bandpass filter 2 having a passband. Each phase delay device 3 has a fundamental frequency f. It has the effect of delaying the phase by π/2 (rad) with respect to the phase difference. The output of the delay device 3 -
■ is input to the differential amplifier 4.5, the differential amplifier 74 outputs ■-■, and the differential amplifier 5 outputs ■-■. When each signal is squared by the multiplier 6, the outputs of (■-■)2 and (■-■)2 are obtained, respectively, and when they are added together by the adder 7, the outputs of (■■)2 and (■-■)+1 are obtained. When the output is obtained and further calculation is performed using the square root calculator 8,
An output of (■-■)2+(■-■)2 is obtained, which is sampled and held.
ここにおいて、■−〇と■−■が各々フーリエ係数であ
る。Here, ■-〇 and ■-■ are respectively Fourier coefficients.
第2図は、本発明による電荷結合素子の出力検出方法の
一実施例を説明するための図で、CCD出力波形とデー
タサンプリングタイミングを示す図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of the charge-coupled device output detection method according to the present invention, and is a diagram showing a CCD output waveform and data sampling timing.
CODの各画素(N個)に対応する波形区間を(区間1
〜区間N)とする。この波形の周期は転送クロックの周
期1/foと一致する。ここで、第2図のCCD出力電
圧電圧(t)のn番目の区間内での、tに関するf。を
基本波とするフーリエ展開Vn(t)を
−
(1)
とする。(1)式の高次の項(高調波)はリセットトラ
ンジスタのリセット雑音および1/f雑音の高周波成分
等のランダム雑音に起因するものである。n番目の画素
に対応する所望のCCD信号出力Vn’(t)は、第2
図のn番目画素におけるCCD出力電圧Vn(t)の基
本波f、酸成分(1)式においてに=1の成分)
Vn’(t)=an、cos2πkf、t+b、1si
n2πkf、t (2)に対応する。その振幅Vam
p(n)はvamp(n)”(a、t” + b、、2
)1/2 (3)すなわち所望のCCD出
力信号振輻振幅mp(n)は、CCD出力波形のn番目
の区間を転送クロック周波数f0でフーリエ展開したと
きの1次のフーリエ係数、すなわち(1)式のaヶ、お
よびす。1を決定することにより(3)式から求めるこ
とができる。この操作により、foの高調波成分が除去
される。The waveform section corresponding to each pixel (N pieces) of COD is (section 1
~ section N). The period of this waveform matches the period 1/fo of the transfer clock. Here, f with respect to t within the nth section of the CCD output voltage (t) in FIG. Assume that the Fourier expansion Vn(t) whose fundamental wave is -(1). The higher-order terms (harmonics) in equation (1) are caused by random noise such as the reset noise of the reset transistor and the high frequency component of 1/f noise. The desired CCD signal output Vn'(t) corresponding to the n-th pixel is
The fundamental wave f of the CCD output voltage Vn(t) at the n-th pixel in the figure, the acid component (=1 component in equation (1)) Vn'(t)=an, cos2πkf, t+b, 1si
Corresponds to n2πkf,t (2). Its amplitude Vam
p(n) is vamp(n)''(a, t'' + b,,2
)1/2 (3) In other words, the desired CCD output signal amplitude mp(n) is the first-order Fourier coefficient when the nth section of the CCD output waveform is Fourier expanded at the transfer clock frequency f0, that is, (1 ), a, and s of the formula. By determining 1, it can be obtained from equation (3). This operation removes the harmonic components of fo.
次に(1)式から基本波f。成分のみを抽出する方法に
ついて述べる。前記(1)式から基本波成分(fo酸成
分のフーリエ係数を求めるには3角関数の直交性
=f
sin2 πmft 5in2 πnft dt=
27T・δmn
t+T
f cos2πmft 5in2πnft dt=
O(4−2)
(ただし δnun;クロネッカー記号; T=1/
f)を用いる。Next, from equation (1), the fundamental wave f. A method for extracting only the components will be described. To find the Fourier coefficient of the fundamental wave component (FO acid component) from the above equation (1), orthogonality of trigonometric function = f sin2 πmft 5in2 πnft dt=
27T・δmn t+T f cos2πmft 5in2πnft dt=
O(4-2) (where δnun; Kronecker symbol; T=1/
f) is used.
ここで区間T[t、t+1/fo]にわたる次の積分を
考える。Now consider the following integral over the interval T[t, t+1/fo].
t+T
c(n)=f Vn(t)cos2πfotdt(5
−1)
t+T
S(n)= f Vn(t)sin2 πfot
dt (5−2)fo;転送クロック周
波数
Vn(t);区間nのCCD出力電圧
(5−1)式、(5−2)式に(1)式を代入すると(
4−1)式、(4−2)式を考慮して
C(n) = aゎL (6
−1)S(n)=bffi1(6−2)
ここでC(n)はn番目の画素に対してフーリエ展開し
たときの1次のフーリエ係数で、例えば第1図に示した
差動増幅器4の出力に対応し、また5(n)はn番目の
画素に対してフーリエ展開したときの1次のフーリエ係
数で、例えば第1図に示した差動増幅器5の出力に対応
する。t+T c(n)=f Vn(t)cos2πfotdt(5
-1) t+T S(n)=f Vn(t)sin2 πfot
dt (5-2) fo; Transfer clock frequency Vn(t); CCD output voltage in interval n Substituting equation (1) into equation (5-1) and equation (5-2), (
Considering equations 4-1) and (4-2), C(n) = aゎL (6
-1) S(n) = bffi1 (6-2) Here, C(n) is the first-order Fourier coefficient when Fourier expansion is performed on the nth pixel. For example, the differential amplifier shown in Figure 1 4, and 5(n) is a first-order Fourier coefficient when the n-th pixel is subjected to Fourier expansion, and corresponds to, for example, the output of the differential amplifier 5 shown in FIG.
すなわち所望のCCD出力信号振幅Vamp(n)はV
amp(n) =(C(n)2+ ’5(n)2)”2
(7)(1)式のtを離散値列、(5−1)式、(5−
2)式の積分をΣに拡張して考えると
1
(8)
ただしNΔt= T
= 1/f。That is, the desired CCD output signal amplitude Vamp(n) is V
amp(n) = (C(n)2+'5(n)2)"2
(7) t in equation (1) is a discrete value sequence, equation (5-1), (5-
2) If we expand the integral of equation to Σ, we get 1 (8) where NΔt= T = 1/f.
以上説明したように、第2図に示すCCD出力電圧をN
個の各画素に対応する区間内において間隔ΔtでM個の
データをサンプリングする。N個の各画素に対して独立
に(7)弐〜(10)式によってVamp(n)を求め
る。すると、Vamp(n)が所望のCCD出力信号で
ある。(9)式、(lO)式のcos、sunの項はf
。、Δを共に既知であるのでVn(iΔt)に対して重
み関数として計算できる。ここでVamp(n)がN個
の画素に対して独立に求められるということが重要であ
る。またフーリエ級数係数を求める際にsin、cos
各項の係数から(7)式により振幅を計算するため基本
波の位相項がキャンセルされている。As explained above, the CCD output voltage shown in FIG.
M pieces of data are sampled at intervals Δt within an interval corresponding to each pixel. Vamp(n) is determined independently for each of the N pixels using equations (7) to (10). Then, Vamp(n) is the desired CCD output signal. The cos and sun terms in equations (9) and (lO) are f
. , Δ are both known, so they can be calculated as a weighting function for Vn(iΔt). It is important here that Vamp(n) is determined independently for the N pixels. Also, when calculating the Fourier series coefficients, sin and cos
Since the amplitude is calculated from the coefficients of each term using equation (7), the phase term of the fundamental wave is canceled.
2
これは回路系の遅延等によりCCD出力波形の位相がシ
フトしてもその影響をキャンセルできることを意味して
いる。このため位相遅延に対しても安定な信号検出が可
能となる。これで本発明の方法によれば転送クロック周
波数f。を基本波とする高調波成分は完全に除去される
。2 This means that even if the phase of the CCD output waveform shifts due to delays in the circuit system, the effect can be canceled. Therefore, stable signal detection is possible even with phase delays. Now, according to the method of the invention, the transfer clock frequency f. The harmonic components with the fundamental wave as the fundamental wave are completely removed.
第3図は、本発明による電荷結合素子の出力検出方法を
説明するためのフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart for explaining the method for detecting the output of a charge coupled device according to the present invention.
以下、各ステップに従って順に説明する。Below, each step will be explained in order.
1μ4−: まず、CCD出力をバンドパスフィルタに
よりフィルタリングする。1μ4-: First, the CCD output is filtered by a bandpass filter.
壮並ス; CCDの各画素(N個)のうちn番目の画素
において、n=1の画素に対応するCCD出力に着目す
る。Attention is paid to the CCD output corresponding to the pixel n=1 in the n-th pixel among each pixel (N pieces) of the CCD.
壮並主; n’ == 1番目の画素の区間内における
間隔ΔtにおけるCCD信号増幅Vn(iΔt)のCo
を計算する。Co of CCD signal amplification Vn(iΔt) at interval Δt within the section of the first pixel;
Calculate.
畦吐生; CCD信号増幅Vn(iΔt)を遅延によっ
てVn(o)、V n (Δt)、Vn(2Δt)、V
n (3Δt)を求める。By delaying the CCD signal amplification Vn(iΔt), Vn(o), V n (Δt), Vn(2Δt), V
Find n (3Δt).
桂吐旦; n=M−1(旧まデータサンプル数)になる
かどうか判断し、本発明においてはM=4であるので、
n=3になるかどうか判断し、桂馴乱;5tep5でn
=3になるまで、すなわちn=i+1として5tep
4に戻る。Katsura Toutan; Judge whether n=M-1 (formerly the number of data samples), and since M=4 in the present invention,
Determine whether n = 3, Katsura tamari; 5 step 5 n
5 steps until = 3, that is, n = i + 1
Return to 4.
Σリエ1−;5tep5において、本発明ではn=3(
M=4)になればC(n)、5(n)を計算する。C(
n)・Vn(o)−vn(2Δt)、5(n)=Vn(
Δt)−Vn(3Δt)である。In the present invention, n=3(
M=4), calculate C(n) and 5(n). C(
n)・Vn(o)−vn(2Δt), 5(n)=Vn(
Δt)−Vn(3Δt).
賎呼炙H(7)式に従いvamp(n)を計算する。こ
の計算は第1図における乗算器、加算器、平方根演算器
で行われる。Vamp(n) is calculated according to Equation H (7). This calculation is performed by the multiplier, adder, and square root calculator shown in FIG.
桂吐l; 5tep 8における計算結果はデータ出力
され、又は格納される。5. The calculation result in step 8 is output or stored as data.
4; n=Nであるかどうか判断し、
7; n=Nでなければ、n=n+ 1として5tep
3に戻り、n=Nであれば終了する。4; Determine whether n=N, 7; If n=N, set n=n+ 1 and repeat 5 steps
Return to step 3, and if n=N, the process ends.
第4図(a)、(b)はバンドパスフィルタリングされ
たCCD出力波形とデータサンプリングタイミングを示
す図で、この第4図(a)、(b)に基づいて、1/f
雑音の低周波数成分を除去する方法について述べる。C
CD出力波形は転送キャリアが所望の画信号によってA
M変調された形態をとる。そのため第4図(a)に示す
ように、その波形のスペクトルはキャリア周波数f。を
中心に、ナイキスト周波数f。/2まで分布する側帯波
をもつ形態となる(第2図(a))。そこで第4図(b
)に示すように中心周波数f。、帯域幅f。FIGS. 4(a) and (b) are diagrams showing band-pass filtered CCD output waveforms and data sampling timing. Based on these FIGS. 4(a) and (b), 1/f
A method for removing low frequency components of noise will be described. C
The CD output waveform is determined by the transfer carrier being A depending on the desired image signal.
It takes an M-modulated form. Therefore, as shown in FIG. 4(a), the spectrum of the waveform has a carrier frequency f. Centered at the Nyquist frequency f. The result is a form with sideband waves distributed up to /2 (Fig. 2(a)). Therefore, Figure 4 (b)
) as shown in the center frequency f. , bandwidth f.
の特性を持つバンドパスフィルタによりf。/2以下の
低域をカットする(第4図(b))。所望の両信号成分
はf。±fo/2の帯域にあるため情報は保存される。f by using a bandpass filter with the characteristics of f. /2 or less is cut (Fig. 4(b)). Both desired signal components are f. Since it is in the band of ±fo/2, the information is preserved.
これで1/f雑音の低域成分は除去された。The low frequency component of the 1/f noise has now been removed.
またこのバンドパスフィルタを作用させることによりC
CD出力波形の帯域を必要最低限に抑圧しているため以
降の回路系の周波数特性を緩和できるメリットがある。Also, by applying this bandpass filter, C
Since the band of the CD output waveform is suppressed to the necessary minimum, there is an advantage that the frequency characteristics of the subsequent circuit system can be relaxed.
実際のCCD出力波形は矩形波に近い形状をしており立
ち上がり、たち下がり付近では高周波成分を持つ波形で
ある。The actual CCD output waveform has a shape close to a rectangular wave, and has high frequency components near the rising edge and falling edge.
CCDIの出力波形は第4図(a)で示した通15−
過帯域を持つバンドパスフィルタ2を通り位相遅延器に
はいる。この位相遅延器は1個当りの基本周波数f。に
対してπ/2(rad)の位相を遅延させる作用を持つ
。いま(9)式、(10)式でM=4の場合を考える。The output waveform of the CCDI passes through a bandpass filter 2 having a 15-pass band as shown in FIG. 4(a) and enters a phase delay device. The fundamental frequency of each phase delay device is f. It has the effect of delaying the phase by π/2 (rad). Now consider the case where M=4 in equations (9) and (10).
この場合C(n)、5(n)は
C(n) =V(0) −Vn(2Δt)
(11)S(n) = Vn(Δt) −Vn(
3Δt) (12)と表わされる。In this case, C(n), 5(n) is C(n) = V(0) −Vn(2Δt)
(11) S(n) = Vn(Δt) −Vn(
3Δt) (12).
第1図において時刻T= n/foで■にVn (0)
の電圧が現われたとすると■Vn(1)、■Vn(2)
、■Vn (3)が現われる。よって差動増幅器4.5
の出力にはC(n)、5(n)((11)式、(12)
式)が現われる。各々の信号を乗算器6で2乗し、加算
器7で加算してさらに平方根演算を行い(7)式の演算
を行う。In Figure 1, at time T = n/fo, Vn (0)
If the voltage appears, ■Vn(1), ■Vn(2)
, ■Vn (3) appears. Therefore, the differential amplifier 4.5
The output of is C(n), 5(n) (Equation (11), (12)
expression) appears. Each signal is squared by a multiplier 6, added by an adder 7, and further subjected to a square root calculation to perform the calculation of equation (7).
後段のサンプルホールド回路9は時刻T = n’/f
。The sample and hold circuit 9 at the subsequent stage calculates the time T = n'/f
.
(n=1.、、N)でサンプルホールドするものとする
。It is assumed that sample and hold is performed at (n=1.,,N).
夏−一果
以上の説明から明らかなように、本発明によると、以下
のような効果がある。As is clear from the above description, the present invention has the following effects.
(1)請求項1に対応する作用効果
6
ゲート付き電荷積分型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リセット雑音およ
び1/f雑音等ランダム雑音の高周波成分の影響を排除
した電荷結合素子の出力信号の検出が可能となる。(1) Effect 6 corresponding to claim 1 Charge coupling that eliminates the effects of reset noise generated by a reset transistor and high frequency components of random noise such as 1/f noise in a charge coupled device having a gated charge integration type output circuit It becomes possible to detect the output signal of the element.
(2)請求項2に対応する作用効果
1/f雑音の低周波成分の影響を抑制できる。また回路
系の周波数特性を緩和できる高精度が信号検出系が実現
できる。(2) Effects corresponding to claim 2 The influence of low frequency components of 1/f noise can be suppressed. In addition, a highly accurate signal detection system that can alleviate the frequency characteristics of the circuit system can be realized.
(3)請求項3に対応する作用効果
サンプリング系が最終段のみですみメモリの節約ができ
る。またアナログ回路によりリアルタイムで演算するた
め処理時間の制限を緩和できる。(3) The effect sampling system corresponding to claim 3 is required only at the final stage, and memory can be saved. In addition, since the analog circuit performs calculations in real time, restrictions on processing time can be relaxed.
第1図は、本発明による電荷結合素子の出力検出回路の
一実施例を説明するための回路図、第2図は、本発明に
よる電荷結合素子の出力検出方法の一実施例を説明する
ための図、第3図は、電荷結合素子の出力検出方法を説
明するためのフローチャート、第4図は、バンドパスフ
ィルタリングされた電荷結合素子の出力波形とデータサ
ンプリングタイミングを示す図、第5図は、従来の電荷
結合素子の出力回路を示す図、第6図は、第5図の出力
波形を示す図である。
1・・・電荷結合素子(CCD) 、2・・・バンドパ
スフィルタ、3・・・π/2遅延器群、4,5・・差動
増幅器、6・・・乗算器、7・・・加算器、8・・平方
根演算器、9・・・サンプルホールド。
0本
−638FIG. 1 is a circuit diagram for explaining an embodiment of a charge-coupled device output detection circuit according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram for explaining an embodiment of a charge-coupled device output detection method according to the present invention. Figure 3 is a flowchart for explaining the method of detecting the output of a charge-coupled device, Figure 4 is a diagram showing the band-pass filtered output waveform of the charge-coupled device and data sampling timing, and Figure 5 is a flowchart for explaining the output detection method of the charge-coupled device. , a diagram showing an output circuit of a conventional charge-coupled device, and FIG. 6 is a diagram showing the output waveform of FIG. 5. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Charge coupled device (CCD), 2... Bandpass filter, 3... π/2 delay device group, 4, 5... Differential amplifier, 6... Multiplier, 7... Adder, 8...Square root calculator, 9...Sample hold. 0 pieces - 638
Claims (1)
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
型出力検出回路を有する電荷結合素子と、該電荷結合素
子から前記振幅信号を受け、前記基準電位に対する前記
信号電荷が表す信号を出力する出力検出方法において、
該出力検出回路からの信号を前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、該基本
周波数成分の係数を算出し、該係数より前記出力検出回
路から信号電荷に対応する成分のみを得ることを特徴と
する電荷結合素子の出力検出方法。 2、前記電荷結合素子の出力検出方法において、前記電
荷結合素子の出力を、その転送クロック周波数を中心周
波数に持ち、その帯域幅がその転送周波数に等しいバン
ドパスフィルタにより帯域制限する手段と、前記フーリ
エ級数に展開して所望の信号を得る検出手段とを具備す
ることを特徴とする電荷結合素子の出力検出回路。[Claims] 1. A charge-coupled device having a gated charge-integrating output detection circuit that outputs a signal with an amplitude corresponding to a reference potential and a signal charge every cycle of a transfer clock pulse, and from the charge-coupled device. In an output detection method that receives the amplitude signal and outputs a signal represented by the signal charge with respect to the reference potential,
The signal from the output detection circuit is transferred to the transfer clock pulse 1.
Output detection of a charge-coupled device, characterized in that the period is expanded into a Fourier series with a fundamental frequency, a coefficient of the fundamental frequency component is calculated, and from the coefficient, only the component corresponding to the signal charge is obtained from the output detection circuit. Method. 2. In the method for detecting the output of the charge-coupled device, means for band-limiting the output of the charge-coupled device using a band-pass filter whose center frequency is the transfer clock frequency and whose bandwidth is equal to the transfer frequency; 1. An output detection circuit for a charge-coupled device, comprising detection means for obtaining a desired signal by expanding it into a Fourier series.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2072629A JP2857460B2 (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Output detection circuit of charge-coupled device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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JPH03272279A true JPH03272279A (en) | 1991-12-03 |
JP2857460B2 JP2857460B2 (en) | 1999-02-17 |
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