KR100498222B1

KR100498222B1 - 촬상장치

Info

Publication number: KR100498222B1
Application number: KR10-2002-0040556A
Authority: KR
Inventors: 사쿠라이가츠히토; 고이즈미토루; 히야마히로키
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2005-06-29
Also published as: KR20030007139A; US20080012976A1; EP1276316B1; CN1222046C; EP1276316A3; US20030011831A1; US20110242382A1; JP2003032548A; EP2290953A3; JP3962561B2; US8553120B2; EP2290953B1; US7355645B2; EP2493177A2; US20140002689A1; US7986362B2; EP2493177A3; US9055211B2; TW554546B; EP1276316A2

Abstract

본 발명은 광전변환소자와, 이 광전변환소자에서 발생하는 신호를 증폭하여 출력하는 증폭소자를 포함하는 화소부와, 증폭소자를 흐르는 전류를 제어하는 부하트랜지스터와,

상기 증폭소자의 출력측에 있는 부하 트랜지스터의 제 1주요전극역에 전위변동을 억제하는 전위제어소자를 포함하는 촬상장치를 제공하고 있다.

Description

촬상장치{IMAGE PICK UP APPARATUS}

본 발명은, 예컨데 비디오카메라, 디지털카메라 및 이미지 스캐너용의 이미지 입력장치에 광범위하게 이용되는 고체 촬상장치에 관한것이다.

근래, 고해상화를 얻기 위하여, 미세화 프로세스를 이용한 광전변환소자의 셀 사이즈 축소가 의욕적으로 행해지고 있다. 그러나, 광전변환신호 출력의 손실 때문에, 광전변환 신호를 증폭해서 출력할 수 있는 증폭형의 고체촬상장치가 주목 되고 있다. 이러한 증폭형 광전변환 장치로는, MOS형, AMI, CMD, BASIS등이 있다. 이 중, M0S형은 포토 다이오드에서 발생한 광캐리어를 M0S 트랜지스터의 게이트 전극에 축적하고, 주사회로로 부터의 구동 타이밍에 따라, 그 전위변화를 출력부에 전하 증폭해서 출력하는 것이다. 근래에는, 이 M0S형 가운데, 광전변환부나, 그 주변 회로부를 포함한 전부가 CM0S 프로세스로 실현되는 CM0S형 고체촬상장치가 특히 주목되고 있다.

도 12에 종래의 CMOS형 고체촬상장치의 블럭도를 표시한다. 도 12에 있어서, 부호1은 화소부, 2는 수직주사를 행하기 위한 수직 주사회로블록, D11∼D33은 포토 다이오드, M211∼M233은 포토 다이오드의 전하를 리셋트하기 위한 리셋트 MOS, M311∼M333은 포토 다이오드의 전하를 증폭하기 위한 증폭 MOS, M411∼M433는 행을 선택하기 위한 선택 MOS, V1∼V3은 수직신호선, M51∼M53은 증폭 MOS의 부하 로 되는 부하 M0S, M50은 부하 MOS에 흘리는 정전류를 설정하기 위한 입력 MOS, 5는 입력 M0S의 게이트 전압을 설정하기 위한 전압 입력단자이다.

이하에 동작을 설명한다. 포토 다이오드(D11∼D33)에 광이 입사되면 광신호 전하가 발생하여 축적된다. 신호판독은 수직 시프트레지스터(2)에 의해 수직주사 하면서 행 마다 차례차례, 수직 신호선(V1∼V3)으로 판독된다. 먼저, 1행째가 선택되면 선택 MOS(M411∼M431)의 게이트(PSEL1)가 하이레벨로 되어, 증폭MOS(M311∼M331)이 액티브로 된다. 이것에 의해, 1행째의 신호가 수직신호선(V1∼V3)으로 판독된다. 다음에, 리셋트 MOS(M211∼M231)의 게이트(PRES1)가 하이레벨로 되어 포토다이오드(D11∼D31)에 축적된 전하가 리셋트된다. 다음에, 2행째가 선택되고 마찬가지로 해서 2행째의 신호가 수직 신호선(V1∼V3)에 판독된다. 3행째 이후도 마찬가지로 해서 수직 신호선(V1∼V3)에 순차적으로 판독된다.

그렇지만, 상기와같은 판독동작에 있어서, 광신호가 큰 만큼 수직신호선(V1∼V3)상의 전압은 낮게 이루어진다. 또, 수직 신호선(V1∼V3)는 부하 MOS(M51∼M53)의 드레인(drain)에 접속되어 있기 때문에 수직신호 선상의 전압이 변화하면, M0S 트랜지스터의 채널길이 변조효과에 의해 부하 M0S의 전류치가 변화한다. 따라서, 어느 행을 판독하고 있을 때 공통의 GND 라인(4)에 흐르는 전류는, 광이 입사되어 있는 화소수, 혹은 입사되는 광량에 의해 변화하게 된다.

한편으로, 칩사이즈 등의 제약으로 인하여 GND 라인(4)의 배선폭은 유한의 값 밖에 취하지 못하고, 소정의 임피던스를 가진다. 또, 부하 M0S에 흐르는 정전류의 값은, 입력 M0S (M50)의 게이트와 절대적인 GND(예를들면 외부기판의 접지전위) 와의 사이에 입력전압(5)을 부여하므로써 설정하고 있기 때문에, GND 라인(4)의 임피던스와 흐르는 전류로 정해지는 전압강하에 의해, 설정전류의 값이 변화하는 것이다. 따라서, 광이 입사되어 있는 화소가 많을수록, 또, 입사되어 있는 광량이 클수록 GND 라인(4)의 전압강하가 작고 부하 MOS의 설정전류가 크게 된다.

결과적으로 광이 입사되어 있지 않은 화소에 있어서도 부하 M0S의 전류치가 커져서, 증폭 M0S의 게이트·소스간 전압이 커진다. 이 현상에 의해, 강한 광이 입사되어 있는 화소를 포함한 행과, 그렇지 않은 행과의 다크 화소 및 옵티컬·블랙(0B) 화소의 출력전압이 달라, 강한 스포트광이 입사된 화상에서, 스포트의 좌우에 흰 띠(strip)가 발생한다는 문제가 있었다.

본 발명은 고화질의 화상을 얻는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 촬상장치는, 광전변환소자와 이 광전소자에 발생되는 신호를 증폭하여 출력하도록 배치된 증폭소자를 포함하는 화소부와, 상기 증폭소자를 흐르는 전류를 제어하도록 배치된 부하트랜지스터와, 상기 증폭소자의 출력측에 있는 상기 부하 트랜지스터의 제 1메인전극영역에서 전위변동을 억제하도록 배치된 전위제어소자를 포함하고 있다. 또, 본 발명의 다른 목적에 따라 제공되는 본 발명의 촬상장치는, 광전변환소자와 이 광전변환소자에서 발생되는 신호를 증폭하여 출력하도록 배치된 증폭소자를 포함하는 화소부와, 상기 증폭소자를 흐르는 전류를 제어하도록 배치된 부하트랜지스터와, 상기 증폭소자의 출력측에 있는 부하트랜지스터의 제 1메인전극에 직렬로 접속된 제어트랜지스터와, 상기 증폭소자로 부터 신호가 판독될 때와 증폭소자로 부터 신호가 판독되지 아니할 때의 양 기간 동안 모두 제어트랜지스터의 제어전극영역에 일정한 제 1전압을 인가하도록 배치된 구동회로를 포함한다.

본 발명의 또다른 목적과 특징은 아래의 실시예로 부터 명백하게 될것이다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조해서 설명한다.

(제 1실시예)

도 1은. 본 발명에 의한 고체촬상장치의 제 1실시예의 블럭도이다. 상기 고체촬상장치를 구성하는 각 회로소자는, 반도체 집적회로의 제조기술에 의해, 특별히 제한되지 않지만, 단결정 실리콘과 같은 1개의 반도체 기판 상에 형성된다. 또, 도 1에서는 간단한 3행 3열의 화소 어레이(pixel array)로 되어 있지만, 이 사이즈로 한정한 것은 아니다.

도 1을 이용해, 본 발명의 고체촬상장치의 구성에 대해 설명한다. 광신호 전하를 발생하는 포토 다이오드(Dl1∼D33)는, 이 제 1실시예에서는 에노드측에 접지되어 있다. 포토다이오드(D11∼D33)의 캐소드측은, 증폭MOS(M311∼M333)의 게이트에 접속되어 있다. 또, 상기 증폭 MOS(M311∼M333)의 게이트에는, 이것을 리셋트하기 위한 리셋트MOS(M211∼M233)의 소스가 접속되고, 리셋트MOS(M211∼M233)의 드레인은, 리셋트 전원에 접속되어 있다. 게다가 상기 증폭 MOS(M311∼M333)의 드레인은, 전원전압을 공급하기 위한 선택 MOS(M411∼M433)에 접속되어 있다. 상기 리셋트 MOS(M211)의 게이트는, 횡방향으로 연장해서 배치되는 제1의 행 선택선(수직 주사선) PRES1에 접속된다. 같은 행에 배치된 다른 화소 셀의 동일한 리셋트 MOS(M221), (M231)의 게이트도 상기 제 1의 행 선택선(PRES1)에 공통으로 접속된다. 상기 선택 MOS(M411)의 게이트는, 횡방향으로 연장해서 배치되는 제 2의 행 선택선(수직 주사선) PSEL1에 접속된다. 같은 행에 배치된 다른 화소 셀의 동일한 선택 MOS(M421), (M431)의 게이트도 상기 제 2의 행 선택선(PSEL1)에 공통으로 접속된다. 이들 제1∼제2의 행 선택선은, 수직 주사회로블록(2)에 접속되고, 후술 하는 동작 타이밍에 의거해 신호전압이 공급된다. 도 1에 나타나고 있는 나머지의 행에 있어서도 동일한 구성의 화소 셀과, 행 선택선이 설치된다. 이들의 행 선택선에는, 상기 수직 주사회로블록(2)에 의해 형성된 PRES2∼PRES3, PSEL2∼PSEL3가 공급된다.

상기 증폭 MOS(M311)의 소스는, 세로방향으로 연장하여 배치되는 수직 신호선(V1)에 접속된다. 같은 열에 배치되는 화소 셀의 동일한 증폭 MOS(M312), (M313)의 소스도 상기 수직신호선(V1)에 접속된다. 상기 수직 신호선(V1)은, 정전압 수단(3)인 게이트 접지 MOS(M71)를 통하여 부하소자인 부하 MOS(M51)에 접속된다. MOS(M71)의 게이트는 게이트 전압을 공급하는 전압 입력 단자(6)에 접속된다. 도 1에 표시되어 있는 있는 나머지의 수직신호선 V2∼V3에 있어서도 마찬가지로 증폭 MOS, 게이트접지 MOS, 부하 MOS가 접속된다. 게다가 상기 부하 MOS(M51∼M53)의 소스는 공통의 GND 라인(4)에 접속되고, 게이트는 입력 MOS(M50)의 게이트에 접속됨과 동시에 전압 입력단자(5)에 접속된다.

다음에, 동작을 설명한다. 포토 다이오드(D11∼D33)에 광이 입사되면 광신호 전하가 발생하여 축적된다. 신호의 판독은 수직 시프트레지스터(2)에 의해 수직주사하면서 행마다 순차적으로, 수직신호선(V1∼V3)에 판독된다. 먼저, 제1행이 선택되면 선택 MOS(M411∼M431)의 게이트(PSEL1)가 접속된 PSEL1이 하이레벨로 되어, 증폭 MOS (M311∼M331)가 액티브로 된다. 그 결과, 제1행으로부터의 신호가 수직 신호선(V1∼V3)에 의해 판독된다. 다음에, 리셋트 MOS(M211∼M231)의 게이트(PRES1)에 접속된 PRES1이 하이레벨로 되어 포토 다이오드(D11∼D31)에 축적된 전하가 리셋트된다. 다음에, 제2행이 선택되고 마찬가지로 제2행으로부터의 신호가 수직 신호선(V1∼V3)에 판독된다. 제3행 이후도 마찬가지로 해서 수직신호선(V1∼V3)에 순차적으로 판독된다.

상기와 같은 동작으로 예를 들면 제1행을 판독할 때, 각 수직 신호선(V1∼V3)에 판독되는 신호전압이 변화하는 경우에도, 부하 MOS(M51∼M53)의 드레인 전압은, 게이트 접지MOS(M71∼M73)의 소스전압에 의해 결정되기 때문에 변화하지 않는다. 따라서, 매우 큰 신호전하를 판독하는 경우에 있어서도, 부하 MOS(M51∼M53)로부터의 전류치를 거의 변화없이 유지할 수가 있다. 따라서, 광이 입사되어 있는 화소의 수, 혹은 입사되는 광량에 의해 GND 라인(4)의 전압강하량이 변화할 일은 없기 때문에, 어느 라인을 판독하는지에 상관없이 부하MOS(M51∼M53)의 설정전류가 일정하게 유지된다. 상기 구성에 의하면, 강한 광이 입사된 화소를 포함한 행과, 그렇지 않은 행과의 다크 화소 및 OB화소의 출력전압이 동일해져서, 강한 스포트광이 입사된 화상에 있어서 흰 띠가 발생하는 문제가 없어서, 선명한 화상을 얻을 수 있다.

(제 2실시예)

도 2는, 본 발명에 의한 고체촬상장치의 제 2실시예의 블럭도이다. 제 2실시예의 화소부(1)는, 제 1실시예에 대해서 포토 다이오드(D11∼D33)의 캐소드와 증폭 MOS(M311∼M333)의 게이트사이에 포토 다이오드에 축적된 광신호 전하를 전송하기 위한 전송 MOS(M111∼M133)를 추가한 구성으로 되어 있다.

상기 전송 MOS(M111)의 게이트는, 횡방향으로 연장하여 배치되는 제 3의 행선택선(수직 주사선) PTX1에 접속된다. 같은 행에 배치된 다른 화소 셀의 마찬가지의 전송 MOS(M121∼M131)의 게이트도 상기 제 3의 행선택선(PTX1)에 공통으로 접속된다. 제 3의 행 선택선도 제1, 제2의 행 선택선과 마찬가지로, 수직 주사회로블록(2)에 접속되고 후술하는 동작타이밍에 의거해 신호전압이 공급된다. 상기 이외의 화소부 구성에 대해서는 도 1과 마찬가지로, 같은 구성요소에 대해서는 같은 번호를 첨부하고 있다.

또 상기 수직신호선(V1)은, 노이즈 신호전송스위치(M11)를 개재하여 노이즈 신호를 일시적으로 유지하기 위한 용량(CTN1)에, 또, 광신호 전송 스위치(M21)를 개재하여 광신호를 일시적으로 유지하기 위한 용량(CTS1)에 동시에 접속된다. 노이즈 신호 유지 용량(CTN1)과 광신호 유지 용량(CTS1)의 반대측의 단자는 접지되어 있다. 노이즈 신호전송스위치(M11)와 노이즈 신호유지 용량(CTN1)과의 접속점 및, 광신호 전송 스위치(M21)와 광신호 유지용량(CTS1)과 접속점은 각각, 유지 용량 리셋트 스위치(M31), (M32)를 개재시켜 접지됨과 동시에, 수평전송스위치(M41), (M42)를 개재하여, 광신호와 노이즈 신호의 차이를 취하기 위한 차동회로 블록(8)에 접속된다.

수평전송스위치(M41),(M42)의 게이트는 열선택선(H1)에 공통으로 접속되고, 수평주사회로블록(7)에 접속된다. 도 2에 표시되어 있는 나머지의 열(V2∼V3)에 있어서도 마찬가지의 구성의 판독회로가 설치된다. 또, 각 열에 접속된 노이즈 신호전송스위치(M11∼M13), 광신호 전송 스위치(M21∼M23)의 게이트는, PTN, PTS에 각각 공통으로 접속되고, 후술하는 동작타이밍에 의거해 각각 신호전압이 공급된다.

다음에, 도 3을 참조해서 본 실시예의 동작에 대해 설명한다. 포토 다이오드(D11∼D33)로부터의 광신호 전하의 판독에 앞서, 리셋트 MOS(M211∼M231)의 게이트(PRES1)에 접속된 PRES1이 하이레벨로 된다. 그 결과, 증폭MOS(M311∼M331)의 게이트가 리셋트 전원에 리셋트된다. 리셋트 MOS(M211∼M231)의 게이트에 접속된 PRES1이 로우레벨로 복귀한 후에, 선택 MOS(M411∼M431)의 게이트에 접속된 PSEL1, 노이즈 신호전송스위치(M11∼M13)의 게이트에 접속된 PTN이 하이레벨로 된다. 따라서, 리셋트 노이즈가 중첩되어 있는 리세트신호(노이즈 신호)가 노이즈신호 유지 용량(CTN1∼CTN3)에 판독된다. 다음에, 노이즈 신호전송스위치(Ml1∼M13)의 게이트에 접속된 PTN이 로우레벨로 복귀한다.

다음에, 전송 MOS(M111∼M131)의 게이트 (PTX1)가 하이레벨로 되어, 포토 다이오드(D11∼D33)의 광신호 전하가, 증폭 MOS(M311∼M331)의 게이트에 전송된다. 전송 MOS (M111∼M131)의 게이트에 접속된 PTX1이 로우레벨로 복귀한 후에, 광신호 전송스위치 M21∼M23의 게이트에 접속된 PTS가 하이레벨로 된다. 그 결과, 광신호가 광신호 유지 용량(CTS1∼CTS3)에 판독된다. 다음에 광신호 전송 스위치(M21∼M23)의 게이트에 접속된 PTS가 로우레벨로 복귀한다. 여기까지의 동작으로, 제1행에 접속된 화소 셀의 노이즈 신호와 광신호가, 각각의 열에 접속된 노이즈신호 유지용량(CTN1∼CTN3)과 광신호 유지용량(CTS1∼CTS3)에 유지된다.

다음에, 리셋트 MOS(M211∼M231)의 게이트에 접속된 PRES1 및 전송 MOS(M111∼M131)의 게이트에 접속된 PTX1이 하이레벨로 되어, 포토 다이오드(D11∼D33)의 광신호 전하가 리셋트된다. 이 후, 수평 주사회로 블록(7)으로부터의 신호(H1∼H3)에 의해, 각 열의 수평 전송스위치(M41∼M46)의 게이트가 차례차례 하이레벨로 되어, 노이즈신호 유지용량(CTN1∼CTN3)과, 광신호 유지용량(CTS1∼CTS3)에 유지되고 있던 전압이, 순차적으로로 차동회로 블록에 판독된다. 차동회로 블록에서는, 광신호와 노이즈 신호의 차이가 구해져 출력 단자 OUT에 순차적으로 출력된다. 따라서, 제 1행에 접속된 화소 셀의 판독이 완료된다.

그 후 제 2행의 판독에 앞서, 노이즈신호 유지용량(CTN1∼CTN3) 및 광신호 유지용량(CTS1∼CTS3)의 리셋트 스위치(M31∼M36)의 게이트에 접속된 PCTR이 하이레벨로 되어, 이들 용량을 접지시킴으로써 리셋트된다. 이하 마찬가지로, 수직 주사회로블록으로부터의 신호에 의해 제 2행 이후에 접속된 화소 셀의 신호가 순차적으로 판독되어 모든 화소셀의 판독이 완료된다.

상기와 같은 동작에 따라서 예를 들면 제1행을 판독하고 있을 때, 각 수직 신호선(V1∼V3)에 판독되는 신호전압이 변화하여도, 부하 MOS(M51∼M53)의 드레인 전압은, 게이트 접지 MOS(M71∼M73)의 소스 전압에 의해 결정되기 때문에 변화하지 않는다. 따라서, 매우 큰 신호 전하를 판독하는 경우에 있어서도, 부하 MOS(M51∼M53)의 전류치를 거의 변화없이 유지할 수가 있다. 따라서, 광이 입사되어 있는 화소의 수, 혹은 수광된 광량에 의해 GND 라인(4)의 전압강하량이 변화하는 일은 없기 때문에, 어느 라인을 판독하는지에 관계없이 부하 MOS(M51∼M53)의 설정전류가 일정하게 유지된다.

상기 구성에 의하면, 강한 광이 입사되어 있는 화소를 포함한 행과, 그렇지 않은 행과의 다크 화소 및 OB화소의 출력전압이 동일해져, 강한 스포트광이 입사된 화상에 있어서 흰띠가 발생한다고 하는 문제가 발생하지 않아서, 선명한 화상을 얻을 수 있다.

(제 3실시예)

도 4는, 본발명의 고체촬상장치의 제 3실시예의 블럭도이다. 본 실시의 형태에서는, 화소부(1)의 구성이 다르다. 이 실시예에서는, 증폭 MOS(M311∼M333)의 드레인은 직접 전원에 접속되어 있다. 상기 증폭 MOS(M311)의 소스는, 세로방향으로 연장하여 배치되는 수직신호선(V1)에 선택 MOS(M411)를 개재하여 접속된다. 같은 열에 배치되는 화소 셀의 동일한 증폭 MOS(M312), (M313)의 소스도 상기 수직신호선(V1)에 선택 MOS(M412), (M413)를 개재하여 접속된다. 도 4에 표시되어 있는 나머지의 수직신호선(V2∼V3)도 마찬가지로 증폭 MOS, 선택 MOS에 접속된다.

본 실시예의 동작에 대해서는 제 2실시예와 마찬가지의 효과를 가진다.

(제 4실시예)

도 5는, 본 발명의 고체촬상장치의 제 4실시예의 블럭도이다. 본 실시의 형태에서는, 제 1실시예에 대해서 정전압수단(3)의 구성이 다르다. 이 구성에서는, 게이트 접지MOS(M71∼M73)의 게이트전압과 부하의 정전류를 설정하는 입력 MOS(M50)의 게이트 전압을 독립적으로 부여할 필요가 없다.

(제 5실시예)

도 6은, 본 발명의 고체촬상장치의 제 5실시예의 블럭도이다. 본 실시예의, 제 1실시예에 대해서 정전압 수단(3)의 구성이 다르다.

(제 6실시예)

도 7은, 본 발명의 고체촬상장치의 제 6실시예의 블럭도이다. 본 실시예의 화소부(1)는, 제 3실시예와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 수직 신호선(V1)은, 수직신호선(V1)을 부하로부터 분리시키기 위한 스위치(M81)와 게이트 접지 MOS(M71)를 개재하여 부하소자인 부하MOS(M51)에 접속된다. 또, 상기 수직 신호선(V1)은 클립 트랜지스터(M310)에 클립동작을 제어하기 위한 스위치(M410)를 개재하여 접속된다. 도 7에 표시되어 있는 나머지의 수직 신호선(V2∼V3)도 증폭 M0S, 스위치, 게이트 접지 M0S, 부하 M0S, 클립 트랜지스터 및 제어스위치가 접속된다. 상기 스위치(M81∼M83)의 게이트 및 상기 게이트 접지 MOS(M71∼M73)의 게이트는, 제어신호입력단자(9) 및 게이트전압을 공급하는 전압입력단자(6)에 공통으로 접속되고, 또, 상기 클립 트랜지스터(M310∼M330)의 게이트 및 상기 제어 스위치(M410∼M430)의 게이트는, 클립전압 입력단자(VCLIP) 및 제어신호 입력단자(PSEL)에 공통으로 접속되고, 이들 게이트는 후술 하는 동작 타이밍에 의거해 각각 신호 전압이 공급된다. 상기 부하 MOS(M51∼M53)의 소스는 공통의 GND 라인(4)에 접속되고, 게이트는 입력 MOS(M50)의 게이트에 접속됨과 동시에 전압입력단자(5)에 도 접속된다.

게다가 상기 수직신호선(V1)은, 클램프용량(C01)과 전송스위치(M21)를 개재하여 신호를 일시적으로 유지하기 위한 용량(CT1)에 접속되고, 귀환계에 귀환용량(CF)과 리셋트 스위치(M0)가 접속된 연산 증폭기(1O)의 반전 단자에 접속된다. 연산 증폭기(1O)의 정회전 단자는 리퍼런스 전압(VREF)에 접속된다. 신호 유지 용량(CT1)의 반대측의 단자는 접지되어 있다. 클램프 용량(CO1)과 전송스위치(M21)와의 접속점은 클램프스위치(M31)를 개재하여 클램프전원에 접속된다.

수평 전송스위치(M41)의 게이트는 열선택선(H1)에 접속되고, 수평 주사회로블록(7)에 접속된다. 도 7에 도시되어 있는 나머지의 열(列, V2∼V3)에 있어서도 유사한 구성의 판독회로가 설치된다. 또, 각 열에 접속된 클램프 스위치( M31∼M33)의 게이트 및 전송스위치(M21∼M23)의 게이트는, 클램프신호 입력 단자(PCOR) 및 전송신호 입력단자(PT)에 각각 공통으로 접속되고, 후술하는 동작 타이밍에 의거하여, 각각 신호전압이 공급된다.

다음에, 도 8을 참조하여 본 실시예의 동작에 대해 설명한다. 포토 다이오드(D11∼D33)로 부터의 광신호 전하의 판독시에, 리셋트 MOS(M211∼M231)의 게이트(PRES1)가 하이레벨로 된다. 이것에 의해, 증폭 MOS(M311∼M331)의 게이트가 리셋트전원에 의해 리셋트 된다. 리셋트 MOS(M211∼M231)의 게이트(PRES1)가 로우레벨로 복귀함과 동시에 스위치(M81∼M83)의 게이트 제어신호(9)가 하이레벨로 되고, 또한 클램프스위치(M31∼M33)의 게이트(PC0R)가 하이레벨로 된 후에, 선택 MOS(M411∼M431)의 게이트(PSEL1) 및 클립제어신호(PSEL)가 하이레벨로 된다. 이것에 의해, 리셋트 노이즈가 중첩되거나 리세트신호(노이즈 신호)가 수직신호선(V1∼V3)에 판독되고 클램프 용량(C01∼C03)에 클램프 된다. 동시에 전송스위치(M21∼M23)의 게이트(PT)가 하이레벨로 되어, 신호 유지 용량(CT1∼CT3)가 클램프전압에 의해 리셋트된다. 다음에, 클램프스위치(M31∼M33)의 게이트(PC0R)가 로우레벨로 복귀한다.

다음에, 전송 MOS(M111∼M131)의 게이트(PTX1)가 하이레벨로 되어, 포토 다이오드(D11∼D33)의 광신호 전하가, 증폭 MOS(M311∼M331)의 게이트에 전송되는 것과 동시에 광신호가 수직신호선(V1∼V3)에 판독된다. 이 때 클립 트랜지스터 (M310∼M330)는 제어신호에 의해 액티브로 되어 있기 때문에, 증폭 MOS(M311∼M331)의 게이트전압이 클립전압(VCLIP)보다도 낮은 경우에는, 수직신호선의 전압은 클립전압(VCLIP)으로 부터 정해지는 전압에 의해 클립된다. 다음에, 전송 MOS(M111∼M131)의 게이트(PTX1)가 로우레벨로 복귀한 후, 전송스위치(M21∼M23)의 게이트(PT)가 로우레벨로 된다. 이것에 의해, 리셋트신호로 부터의 변화분(광신호)이 신호유지용량(CT1∼CT3)에 판독된다. 여기까지의 동작으로, 제 1행째에 접속된 화소 셀의 광신호가, 각각의 열(列)에 접속된 신호 유지 용량(CT1∼CT3)으로 유지된다.

다음에, 리셋트 MOS(M211∼M231)의 게이트(PRES1) 및 전송 MOS(M111∼M131)의 게이트(PTX1)가 하이레벨로 되고, 스위치(M81∼M83)의 게이트 제어 신호(9)가 로우레벨로 되어, 포토 다이오드(D11∼D33)의 광신호 전하가 리셋트된다. 이 후, 수평 주사회로블록으로 부터의 신호(H1∼H3)에 의해, 각 열의 수평 전송스위치(M41∼M46)의 게이트가 순차로 하이레벨로 되어, 신호 유지 용량 CT1∼CT3에 유지되고 있던 전압이, 순차적으로 연산 증폭기의 귀환 용량(CF)에 판독되어 출력 단자 OUT에 차례로 출력된다. 각 열의 신호 판독의 사이로 리셋트스위치(M0)에 의해 귀환용량(CF)의 전하가 리셋트된다. 이상으로, 제 1행째에 접속된 화소 셀의 판독이 완료한다. 이하 마찬가지로, 수직 주사회로블록으로 부터의 신호에 의해 제 2행째 이후에 접속된 화소 셀의 신호가 차례대로 판독되어 화소셀의 판독이 완료한다.

상기와 같은 동작으로 예를 들면 1행째를 읽어내고 있을 때, 각 수직 신호선(V1∼V3)에 판독되는 신호전압이 변화하여도, 부하 MOS(M51∼M53)의 드레인 전압은, 게이트 접지 MOS(M71∼M73)의 소스전압으로 결정되기 때문에 변화하지 않는다. 또 게이트접지 MOS(M71∼M73)의 드레인전압은 클립 트랜지스터(M310∼M330)에 의해 클립되기 때문에, OFF 할일은 없다. · 이 때문에, 매우 큰 신호전하를 판독하는 경우에 있어서도, 부하 MOS(M51∼M53)의 전류치의 변화를 작게 유지할 수가 있다. 따라서, 광이 입사되어 있는 화소의 수, 혹은 입사되는 광량에 의해 GND 라인(4)의 전압강하량이 변화할 일은 없기 때문에, 어느 행을 판독하고 있는 경우에 있어서도 부하 MOS(M51∼M53)의 설정전류가 일정하게 유지된다.

상기 구성에 의하면, 강한 광이 입사되어 있는 화소를 포함한 행과, 그렇지 않은 행과의 다크화소 및 OB화소의 출력전압이 동일해져, 강한 스포트광이 입사된 화상에 있어서 흰띠가 발생한다고하는 문제가 없이, 선명한 화상을 얻을 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 수직신호선(V1)을 부하로 부터 떼어내기 위한 스위치(M81∼M83)를 설치하고 있지만, 게이트 접지MOS(M71∼M73)의 게이트에 입력하는 전압(6)을 게이트접지전압과 GND레벨과의 사이에 펄스 동작시키는 구성에서도 같은 효과가 있다.

(제 7실시예)

도 9는, 본 발명의 고체촬상장치의 제 7실시예의 블럭도이다. 본 실시예에서는, 화소부(1)의 구성을 1차원의 라인센서로 했을 경우이다. 화소부(1)의 구성은 제 1실시예에 대해서 행을 선택하는 선택 M0S가 없는 구성이며, 증폭 MOS(M311∼M331)의 드레인이 직접적으로, 전원에 접속되어 있다. 포토 다이오드(D11∼D33)에 광이 입사되면 광신호 전하가 발생하여 축적됨과 동시에, 증폭 MOS(M313∼M333)의 출력라인(V4∼V6)으로 출력된다. 다음에, 리셋트 MOS(M213∼M233)의 게이트(PRES)가 하이레벨로 되어 포토 다이오드(D11∼D33)에 축적된 전하가 리셋트된다.

상기와같은 동작으로, 각 수직신호선(V4∼V6)에 판독된 신호전압이 변화하여도, 부하 MOS(M51∼M53)의 드레인 전압은, 게이트 접지MOS(M71∼M73)의 소스전압으로 결정되기 때문에 변화하지 않는다. 이 때문에, 매우 큰 신호 전하를 판독하는 경우에 있어서도, 부하 MOS(M51∼M53)의 전류치의 변화를 작게 유지할 수가 있다. 따라서, 광이 입사되어 있는 화소의 수, 혹은 입사되는 광량에 의해 GND 라인(4)의 전압강하량이 변화할 일은 없기 때문에, 어느 행을 판독하고 있는 경우에 있어서도 부하 MOS(M51∼M53)의 설정전류가 일정하게 유지된다.

상기 구성에 의하면, 강한 광이 입사되어 있는 화소의 수에 의해 다크화소 및 OB화소의 출력전압이 변화하는 일이 없기 때문에, 후단에서 OB를 클램프하는 회로를 마련할 필요가 없이 회로가 단순하게 이루어진다.

(제 8실시예)

도 10은, 상기한 본 발명의 제 1∼제 7실시예중의 어느 하나의 고체촬상장치를 이용한 촬상 시스템의 블럭도이다. 부호11은 고체촬상장치, 12는 고체촬상장치의 출력신호의 진폭을 컨트롤하기 위한 프로그래머블게인 앰프 (PGA), 13은 AD컨버터(ADC), 14는 디지털 출력이다. 본 발명의 고체촬상장치를 이용했을 경우, 강한 광이 입사되어 있는 화소를 포함한 행과 그렇지 않은 행과의 수평 OB화소의 출력이 변화하는 일이 없기 때문에, 수평 OB를 클램프할 필요가 없이 도 1O과 같이 DC직결로 구성할 수 있다. 이것에 의해, 수평 0B클램프 레벨이 행 마다의 편차에 의해 발생하는 횡선등이 발생하지 않고, 간결한 블록 구성으로 고화질의 촬상시스템을 구성할 수 있다.

(제 9실시예)

도 11은 상기한 촬상시스템이 적용(스틸 비디오 카메라)된 제 1∼제7 실시예의 어느하나의 고체 촬상장치를 나타내는 블럭도이다.

도 11은, 본 발명의 고체촬상소자를 「스틸 비디오 카메라」에 적용했을 경우를 표시한 블럭도이다. 부호101은 렌즈의 프로텍트와 메인스위치를 겸하는 바리아(barrier), 102는 피사체의 광학화상을 고체촬상소자(104)에 결상시키는 렌즈, 103은 렌즈(102)를 통과한 광량을 가변하기 위한 조리개, 104는 렌즈(102)에 결상 된 피사체를 화상신호로서 픽업하기 위한 고체촬상소자, 106은 고체촬상소자(104)로부터 촬상신호처리회로(105)를 개재하여 출력되는 화상신호의 아날로그-디지털 변환을 실시하는 A/D변환기, 107은 A/D변환기(106)에 의하여 출력된 화상데이터에 각종의 보정을 실시함과 동시에 데이터를 압축하는 신호처리부이다. 또, 108은 고체 촬상소자(104), 촬상신호 처리 회로(105), A/D변환기(106), 신호 처리부(107)에, 각종 타이밍 신호를 출력하는 타이밍 발생부, 109는 각종 연산과 스틸 비디오 카메라 전체를 제어하는 전체제어·연산부, 110은 화상 데이터를 일시적으로 기억하기 위한 메모리부, 111은 기록 매체에 기록 또는 판독을 행하기 위한 인터페이스부, 112는 화상 데이터의 기록 또는 판독을 행하기 위한 반도체 메모리등의 착탈 가능한 기록매체, 113은 외부 컴퓨터등과 통신하기 위한 인터페이스부이다.

다음에, 상술한 구성에 있어서의 촬영시의 스틸 비디오카메라의 동작에 대하여, 설명한다.

바리아(101)가 오픈되면 메인전원이 온(ON)되고, 다음에 컨트롤계의 전원이 들어오고, 게다가 A/D변환기(106)등의 촬상계 회로의 전원이 켜진다.

그리고, 노출광량을 제어하기 위해서, 전체제어·연산부(109)는 조리개(103)를 개방으로하고, 고체촬상소자(104)로부터 출력된 신호는 A/D변환기(106)로 변환된 후, 신호 처리부(107)에 입력된다. 그 데이터를 기본으로 노출의 연산을 전체 제어·연산부(109)로 실시한다.

이 측광을 실시한 결과에 의해 밝기를 판단하고, 그 결과에 따라서 전체제어·연산부(109)는 조리개를 제어한다.

다음에, 고체촬상소자(104)로 부터 출력된 신호를 기초로, 고주파 성분을 꺼내 피사체까지의 거리의 연산을 전체 제어·연산부(109)로 실시한다. 그 후, 렌즈를 구동해서 촛점이 맞는지 아닌지를 판단해, 촛점이 맞지 않는다고 판단했을 때는, 다시 렌즈를 구동해 거리측정을 실시한다.

그리고, 촉점거리가 맞는것이, 확인된 후에 본노광(main exposure)이 시작된다. 노광이 종료하면, 고체촬상소자(104)로 부터 출력된 화상신호는 A/D변환기(106)로 A-D변환되고, 신호처리부(107)를 통하여 전체 제어·연산(109)에 의해 메모리부에 기입되어있다. 그 후, 메모리부(110)에 축적된 데이터는, 전체제어·연산부(109)의 제어에 의해 기록매체제어 I/F부를 통하여 반도체 메모리등의 착탈 가능한 기록매체(112)에 기록된다. 또 외부 I/F부 113을 통하여 직접 컴퓨터 등에 입력해서 화상의 가공을 실시해도 괜찮다.

이외에도 많은 광범위한 본 발명의 변형실시예가 본발명의 사상과 영역을 벗어나지 않는 범위내에서 이루어질 수 있을 것이다. 이는 본 발명이 청구범위상에서 한정된 것을 제외하면 명세서 상에 나타난 특정의 실시예에 국한되지 않는다는 것을 의미한다.

본 발명은 고화질의 화상을 얻는 것이 가능하다.

도 1은, 본 발명의 제 1실시예를 표시한 고체 촬상장치의 블럭도.

도 2는, 본 발명의 제 2실시예를 표시한 고체촬상장치의 블럭도.

도 3은, 제2 실시예의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.

도 4는, 본 발명의 제 3실시예를 표시한 고체 촬상장치의 블럭도.

도 5는, 본 발명의 제 4실시예를 표시한 고체 촬상장치의 블럭도.

도 6은, 본 발명의 제 5실시예를 표시한 고체 촬상장치의 블럭도.

도 7은, 본 발명의 제 6실시예를 표시한 고체 촬상장치의 블럭도.

도 8은, 제 6실시예의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.

도 9는, 본 발명의 제 7실시예를 표시한 고체 촬상장치의 블럭도.

도 10은, 본 발명의 제 8실시예를 표시한 촬상 시스템의 블럭도.

도 11은, 본 발명의 제 9실시예를 표시한 촬상 시스템의 블럭도.

도 12는, 종래기술을 나타내는 고체 촬상장치의 블럭도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2; 수직 주사 회로 블록 3: 정전압 수단

4: GND 라인 5: 전압 입력 단자

6: 제어 펄스선 7: 수평 주사 회로 블록

8: 차동회로 블록 9: 제어 신호 입력 단자

10: 연산 증폭기 11: 고체촬상장치

12: 프로그래머블·게인 앰프 13: AD컨버터

14: 디지털 출력 D11∼D13: 포토 다이오드

M111∼M133: 전송 MOS M211∼M233: 리셋트 MOS

M311∼M333: 증폭 MOS M411∼M433: 선택 MOS

M11∼M13: 노이즈 신호 전송 스위치 M21∼M23: 광신호 전송 스위치

M31∼M36: 유지 용량 리셋 스위치 M41∼M46: 수평 전송 스위치

M50: 입력 MOS M51∼M53: 부하 MOS

M71∼M73: 게이트 접지MOS V1∼V3: 수직 출력선

Claims

광전변환소자와 이 광전변환소자에 발생되는 신호를 증폭하여 출력선에 출력하도록 배치된 증폭소자를 각각 가지는 복수의 화소부와;

상기 증폭소자를 흐르는 전류를 제어하는 부하 트랜지스터와;

상기 부하 트랜지스터의 상기 증폭소자의 출력부측에 있는 제 1주전극영역의 전위변동을 억제하도록, 상기 제 1주전극영역에 직렬로 접속된 전위제어소자를 가지며,

상기 부하 트랜지스터는 상기 전위제어소자를 통하여 상기 출력선에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서,

상기 전위제어소자는 제어 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 2항에 있어서,

상기 제어트랜지스터의 제어전극영역에는 상기 증폭소자로 부터 신호가 판독되는 기간동안과, 증폭소자가 판독되지 않는 기간동안 모두 일정한 제 1전압을 인가하도록 배치된 구동회로를 부가하여 포함하는 것을 특징으로하는 촬상장치.
제 2항에 있어서,

상기 제어트랜지스터의 제어전극영역에, 상기 증폭소자로부터 신호가 판독되는 기간동안에는 일정한 제 1전압을 인가하고, 상기 증폭소자로부터 신호가 판독되지 않는 기간동안에는 제 1전압보다 낮은 전압을 인가하거나 또는 그라운드레벨을 인가하도록 배치된 구동회로를 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서,

상기 전위제어소자는 제 1주 전극영역에 직렬로 접속된 게이트 접지형 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
광전변환소자와 상기 광전변환소자에 발생되는 신호를 증폭하여 출력선에 출력하도록 배치된 증폭소자를 각각 가지는 복수의 화소부와;

상기 증폭소자에 흐르는 전류를 제어하는 부하 트랜지스터와;

상기 부하 트랜지스터의 상기 증폭소자의 출력부측에 있는 제 1주전극영역의 전위변동을 억제하도록, 상기 제 1주전극영역에 직렬로 접속된 전위제어소자를 가지며,

상기 부하 트랜지스터는 상기 전위제어소자를 통하여 상기 출력선에 접속되고,

상기 증폭소자로부터 신호가 판독되어 있을 때의 기간동안과 증폭소자로부터 신호가 판독되어 있지 않았을 때의 기간동안에 상기 제어 트랜지스터의 제어전극영역에 일정한 제 1전압을 인가하도록 배치된 구동회로를 가지는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 6항에 있어서,

상기 제어트랜지스터는 게이트 접지형 트랜지스터인 것을 특징으로하는 촬상장치.
제 1항에 있어서,

광을 화소에 결상시키는 렌즈와;

상기 화소로부터의 신호를 디지털 신호로 변환하도록 배치된 아날로그/디지털변환회로와;

상기 아날로그/디지털 변환회로로부터의 신호를 처리하도록 배치된 신호처리회로

를 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 6항에 있어서,

광을 화소에 결상시키는 렌즈와;

상기 화소로부터의 신호를 디지털 신호로 변환하도록 배치된 아날로그/디지탈변환회로와;

상기 아날로그/디지털 변환회로로부터의 신호를 처리하도록 배치된 신호처리 회로

를 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.