KR820002286B1 - Solid-state image apparatus - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 종래의 고체촬상소자의 개략구성을 나타낸 도면.1 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional solid state image pickup device.
제2도는 그 신호독출회로의 등가회로를 나타낸 도면.2 shows an equivalent circuit of the signal reading circuit.
제3도는 고정패턴 노이즈를 설명하기 위한 파형도.3 is a waveform diagram for explaining fixed pattern noise.
제4도는 본 발명의 1실시예의 구성을 나타낸 도면.4 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention.
제5도는 제4도의 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG.
제6도는 본 발명의 다른 실시예의 구성을 나타낸 도면.6 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention.
제7도는 제6도의 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.7 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG.
제8도는 본 발명의 다른 실시예의 구성을 나타낸 도면.8 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention.
제9도는 제7도의 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.FIG. 9 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG.
본 발명은 고체촬상장치 특히 그 고체촬상소자 고유의 고정 노이즈 패턴 노이즈(pattern noise)를 경감한 고체촬상장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
고체촬상장치는 안전성이 양호하고 수명이 길고, 소비전력이 낮고 취급이 간단하다는 등의 점에서 촬상관보다 우수하며 소형 텔리비젼 카메라로서 주목되고 있다.The solid state imaging device is attracting attention as a small size television camera, which is superior to an imaging tube in terms of good safety, long life, low power consumption, and simple handling.
상기 고체촬상소자는 통상 2차원상(狀)으로 배열되어 촬상화소(畵素)매트릭스를 구성하는 광전변환소자와 그에 상당한 (x, y) 좌표 선택용의 스위치소자와, 상기 스위치소자를 개폐하는 x(수평)주사회로, y(수직)주사회로로서 형성된다. 여기서 상기 고체촬상소자의 동작을 설명하기 위한 개략구성을 제1도에 나타낸다.The solid-state image pickup device is usually arranged in a two-dimensional image to constitute an imaging pixel matrix, a switch device for selecting (x, y) coordinates corresponding thereto, and a switch device for opening and closing the switch device. x (horizontal) and y (vertical). FIG. 1 shows a schematic configuration for explaining the operation of the solid state image pickup device.
도면에서, 1은 x위치선택용 수평주사회로, 2는 y위치 선택용 수직주사회로, 3은 회러(2)로부터의 주사레벨에 따라 개폐하는 수직스위치용 MOS 트랜지스터(이하 수직 스위치라고 약칭한다). 4는 상기 수직스위치(3)의 소오스 접합을 이용한 광다이오드(광전 변환소자) 5는 상기 수직스위치(3)의 드레인을 공통으로 접속한 수직신호 출력선, 또 6은 수평주사회로 (1)로부터의 주사펄스에 따라 개폐하는 수평스위치용 MOS 트랜지스터(이하 수평스위치라고 약칭한다) 로서 드레인은 수평신호출력신(7), 소오스는 수직신호 출력선(5)에 접속되어 있다.In the figure, 1 is a horizontal scan for x position selection, 2 is a vertical scan for y position selection, and 3 is a vertical switch MOS transistor for opening and closing according to the scanning level from the circuit 2 (hereinafter, referred to as vertical switch). do). 4 is a photodiode (photoelectric conversion element) using a source junction of the
8은 수평신호 출력선(7)에 저항(9)을 거쳐서 접속한 기준(基準)전원이다.8 is a reference power source connected to the horizontal signal output line 7 via a resistor 9.
고체촬상판의 공통의 특징은 화소가 따로따로 분리해 있고 주사는 외부로부터 수평주사회로 및 수직주사회로에 인가하는 클록펄스에 의해 행하고 있기 때문에 현재 어느 화소의 신호를 독출하고 있는지를 용이하게 판별할 수 있는 것이다.The common feature of the solid-state image pickup panel is that pixels are separated separately, and scanning is performed by clock pulses applied from the outside to the horizontal and vertical scans to easily determine which pixel signals are currently being read. You can do it.
다음에 제1도의 고체촬상소자로 부터의 신호독출 방법을 제2도로서 기술한다. 제2도는 1개의 화소(포토다이오드)와 수평, 수직 스위치 및 기준전원의 등가회로를 나타낸 도면이다.Next, a signal reading method from the solid state image pickup device shown in FIG. 1 will be described as FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of one pixel (photodiode), horizontal and vertical switches, and a reference power supply.
빛이 입사하지 않은 때는 포토 다이오드(4)의 기생용량(Co)에는 소자에 인가하는 일정전압(8)에 의해 결정하는 일정전하(Qo)가 축적되어 있다. 빛이 조사되면 조사된 빛의 량에 비례한 전하가 포토 다이오드(4)를 통하여 방전된다.When light is not incident, the constant charge Qo determined by the
단자(3-1)를 거쳐서 도입되는 수직주사회로의 신호에 의해 수직스위치(3)을 ON하고, 그리고 단자(6-1)을 거쳐서 도입되는 수평주사회로의 신호에 의해 수평스위치(6)를 ON으로 하면 기준전원(8)에서 방전한 분(分)만큼의 전하를 보충하도록 전류가 흐르고 포토다이오드(4)의 기생용량(Co)의 전하는 다시 Qo가 될 때까지 충전한다. 신호독출은 이 유입하는 전류를 부하저항(9)에 의해 검출하는 것에 의해 행해진다. C1, C2는 소자의 구조에 따라 발생하는 기생용량이고 이들 용량과 수평스위치(6)의 ON 저항 및 부하저항(9)의해 결정하는 시정수에서 신호가 독출된다.The
제3도에 수평주사회로의 출력신호(B)와 신호출력(A)을 나타낸다. 신호출력(A)에는 사선으로 나타낸 광신호 이외에 수평스위치(6)의 게이트·소오스간, 게이트·드레인간의 용량(Cp)등에 의해 도면에 나타낸 바와같은 미분파형(DS)(스파이크노이즈)이 중첩된 신호로 된다. 이 중첩된 스파이크 노이즈의 파형이 촬상소자의 장소에 따라서 다르기 때문에 고정한 세로줄무늬의 노이즈(이하 고정패턴노이즈라 칭함)가 되어 화질을 열화시키는 문제가 있다. 그리고 제3b도에 나타낸 To는 수평스위치(6)의 ON 시간을 나타낸다.3 shows an output signal B and a signal output A to the horizontal scan. The signal output A is superimposed on the differential signal DS (spike noise) as shown in the figure by the capacitance Cp between the gate and the source and the gate and the drain of the
본 발명은 상기한 점을 감안하게 된 것이며 그 목적은 상기한 고정패턴 노이즈를 제거하여 화질(畵質)의 열화가 적은 고체촬상장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and its object is to provide a solid state image pickup device with less deterioration in image quality by removing the fixed pattern noise.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고정패턴 노이즈의 커다란 요인인 스파이크 노이즈가 하나의 수평 스위칭 소자의 개폐펄스의 입상(立上)과 입하(立下)등에 있어서 거의 동일 또는 역상(逆相)임을 이용하여 상기 고정패턴 노이즈의 제거를 도모한다.In order to achieve the above object, in the present invention, the spike noise, which is a large factor of the fixed pattern noise, is almost the same or reversed in the rise and fall of the opening and closing pulses of one horizontal switching element. The fixed pattern noise is removed by using the.
제4도에 본 발명의 신호처리회로의 1실시예의 블록도, 제5도에 그 신호파형도를 나타낸다. 그리고 광신호 성분을 점선으로 나타냈다. 제4도에 있어서 11은 제1도에 나타낸 고체촬상소자이다. 이 촬상소자(11)의 출력신호(제5a도)는 프리앰프(12)를 거쳐서 2개의 샘플홀드회로(13), (14)(이하 S/H 회로라고 한다)에 입력되고 각각 제5b도, 제5c도의 샘플펄스에 의해 샘플홀드되어 각각 제5d도 및 제5e도의 신호로 된다. 제5d도의 신호는 수평스위치(6)의 ON 시간 TO 만큼 지연회로(15)에 의해 지연되어 (F)로 되고, 가산회로(16)에서 제5e도로 가산되어 최종출력 제5g도로 된다.4 shows a block diagram of one embodiment of the signal processing circuit of the present invention, and FIG. 5 shows its signal waveform. And the optical signal component is shown by the dotted line. In FIG. 4, 11 is the solid state image pickup device shown in FIG. The output signal (figure 5a) of the
스파이크 노이즈는 평균레벨에 대하여 거의 대칭 파형이므로 신호 제5g도는 스파이크 노이즈가 거의 없는 신호가 되어 고정패턴 노이즈가 대폭적으로 경감된다.Since the spike noise is a waveform substantially symmetrical with respect to the average level, the signal 5g is a signal with little spike noise, and the fixed pattern noise is greatly reduced.
S/H 회로(13), (14)의 샘플펄스는 촬상소자(11)의 수평주사회로를 구동하는 수평클록펄스(21)를 기준으로 하여 단안정 멀티바이브레이터(18), (19), (20)에 의해 용이하게 형성할 수 있다.The sample pulses of the S /
본 발명의 다른 실시예를 제6도, 제7도에 나타낸다. 제6도는 본 발명의 신호처리 회로의 1실시예의 블록도, 제7도에 그 동작을 설명하기 위한 파형도를 나타낸다.Another embodiment of the present invention is shown in FIG. 6 and FIG. 6 is a block diagram of one embodiment of the signal processing circuit of the present invention, and FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation thereof.
본 실시예에서는 제7a도의 촬상소자의 출력신호의 P점 및 스파이크 노이즈의 크기가 P와 거의 균일하게 되는 q점을 샘플홀드하고 q점에서 샘플홀드한 신호를 P점까지 지연하여 차(差)를 취하는 것에 의해 스파이크 노이즈가 없는 신호를 얻는다. 촬상소자(11)의 출력 제7a도를 S/H회로(13), (14)에 입력하여 제7b도 및 제7c도의 펄스로 샘플홀드한다.In this embodiment, the P point of the output signal of the image pickup device shown in Fig. 7A and the q point at which the magnitude of the spike noise are almost uniform with P are sampled, and the signal held at the q point is delayed to the P point. By taking the signal, a signal without spike noise is obtained. The output 7a of the
펄스 제7c도에서 샘플홀드된 S/H 회로(13)의 출력이 S/H 회로(22)에 입력되어 다시 펄스 제7b도에서 샘플홀드하는 것에 의해 펄스 제7c도와 펄스 제7b도의 시간차만큼 신호가 지연되므로 S/H회로(22) 및 (44)의 출력을 감산기(17)에 입력하고, S/H회로(22)의 출력으로 S/H회로(14)의 출력을 감산하면 제7d도와 같은 스파이크 노이즈가 없는 신호가 되어 고정패턴을 대폭적으로 경감할 수 있다. 그리고 샘플펄스 제8b도 및 제8c도는 수평클록펄스(21)를 기준으로 하여 단안정 멀티바이브레이트(18), 펄스지연선(23)에 의해 용이하게 형성될 수 있다.The output of the S /
제8도는 본 발명을 칼러 고체촬상소자에 적용한 제3의 실시예를 나타낸 도면이다.8 shows a third embodiment in which the present invention is applied to a color solid state image pickup device.
동 도면에 있어서, 30은 단판식(單板式) 칼러 고체촬상소자이며, 그 2개의 출력단에 녹용(錄用)신호와 적용(赤用)신호 및 청용(靑用)신호가 교호로 출력되는 신호가 얻어지는 구조로 되어 있다.In the figure, 30 denotes a single-plate color solid-state image pickup device, and a signal in which the antler signal, the application signal, and the blue signal are alternately output to the two output terminals. It is a structure obtained.
이와같은 구조는 예컨대 U.S. Serial No. 92398의 출원명세서에 기재되어 있다. 단 이 촬상소자(30)의 수평주사회로의 2상(相) 클록펄스가 각각 3.58㎒이고, 수평주사펄스가 7.16㎒으로 한다.Such a structure is described, for example, in U.S. Serial No. 92398. However, the two-phase clock pulses to the horizontal scanning of the
증폭기(31), (32)를 통과한 적용신호, 청용, 녹용신호는 각각 저역통과 필터(LPF)(33), (34)에 입력된다. 이 LPF(33), (34)는 7㎒ 이하의 신호성분을 통과한다. 이로써 7.16㎒의 고조파 성분을 커트하고 S/N의 향상을 도모한다. 35, 36, 37, 38, 39, 40은 각각 S/H회로이고 소망하는 신호를 각각의 타이밍으로 샘플링한다.The application signal, the blue and red antler signals passed through the
41, 42, 43은 가산회로이고, 각각 고정패턴 노이즈가 없는 적용신호, 청용신호, 녹용신호를 출력한다. 47은 제어펄스 발생회로이다. 제9도에 제8도의 실시예의 각부의 파형을 나타낸다.41, 42, and 43 are adder circuits, respectively, and output an application signal, a blue signal, and a antler signal without fixed pattern noise. 47 is a control pulse generating circuit. 9 shows waveforms of respective parts of the embodiment of FIG.
동 도면 제9a도, 제9b도는 촬상소자(30)의 수평주사회로의 2상 클록펄스를 나타내고 제9c도는 수평주사펄스, 즉 수평스위치의 개폐펄스, 제9d도는 촬상소자(30)의 출력 파형이고 사선부가 광신호부분, 제9e도는 LPF(33), (34)의 출력파형이고, 사선부가 광신호부분, 제9f도 f1은 S/H회로(36), (40)의 샘플링펄스, f2는 S/H회로(38), (40)의 샘플링펄스 제9g도중, g1은 S/H회로(35), (39)의 샘플링펄스, g2는 S/H회로(37), (39)의 샘플링펄스이다. 제9d도와 제9e도를 비교하면 알 수 있듯이 LPF에 의해 광신호 부분이 지연하기 때문에 샘플링펄스의 위상관계는 제5도의 경우와 다르다.9A and 9B show two-phase clock pulses of the
또 상기 실시예에서는 제1표 본화의 타이밍은 신호가 최대인 위치이며, 이 위치와 마찬가지 크기 동상(同相)또는 역상(逆相)의 스파이크 노이즈가 나오는 위치에서 제2의 표본화를 하는 경우를 기술했지만 제2의 표본화의 위치가 다소 엇갈려 있어도 가감산의 비율로 고정패턴 노이즈가 최소가 되도록 조절하여도 좋다.In the above embodiment, the timing of the first sampling is the position where the signal is the maximum, and the second sampling is performed at the position where spike noise of the same in phase or inverse phase appears in the same position as this position. However, even if the positions of the second sampling are somewhat different, the adjustment may be made so that the fixed pattern noise is minimized at the rate of addition and subtraction.
이상 상술하여 온 바와같이 본 발명을 사용함으로써 고정패턴 노이즈를 종래의 반 이하로 떨어뜨리는 것이 가능하게 되어 고체촬상소자장치의 실용화를 도모할 수 있다.As described above, the use of the present invention makes it possible to reduce the fixed pattern noise to less than half of the conventional one, and to realize the practical use of the solid state image pickup device.
Claims (1)
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