KR100529808B1

KR100529808B1 - 고체촬상디바이스와,그의신호처리방법과구동방법및카메라

Info

Publication number: KR100529808B1
Application number: KR1019970053278A
Authority: KR
Inventors: 가즈야 요네모토; 다카히사 우에노
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 2006-02-10
Also published as: GB2318473B; US7113212B2; GB2318473A; GB9720989D0; US6483541B1; KR19980032916A; US20030025817A1

Abstract

본 발명은 수직 스트링형(vertical string-like) 고정 패턴 잡음의 소거(cancellation)를 위한 기준 신호를 쉽게 얻을 수 있는 고체 촬상 디바이스와 그 신호 처리 방법 및 카메라에 관한 것이다. 상기 디바이스에 전원이 투입된 초기 단계에서, 화소 신호들이 판독되기 직전에 화소 트랜지스터들을 리셋하기 위해 타이밍 발생기로부터 기판 펄스(substrate pulse)가 출력된다. 그리고, 입사광에서 기인하는 신호가 없는 상태에서, 동작 펄스 신호는, 캐패시터들에 의해 홀딩(holding)되도록 동작 스위치들을 통해 화소 트랜지스터들로부터 화소 신호들을 판독하기 위해 즉시 발생된다. 그 후에, 수평 영상 기간에서, 수평 주사 펄스 신호를 수평 시프트 레지스터로부터 출력하여 수평 스위치들을 차례로 도통 상태가 되게 하고, 캐패시터들의 신호들을 차례로 출력함으로써, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음을 소거하기 위한 기준 신호를 얻을 수 있다.

Description

고체 촬상 디바이스와, 그의 신호 처리 방법과 구동 방법 및 카메라

발명의 배경

본 발명은 고체 촬상 디바이스와, 그의 신호 처리 방법 및 구동 방법과, 카메라에 관한 것으로서, 특히 증폭형 고체 촬상 디바이스로 대표되는 X-Y 어드레스형 고체 촬상 디바이스 및 상기 고체 촬상 디바이스의 신호 처리 방법 및 촬상 디바이스로서 X-Y 어드레스형 고체 촬상 디바이스를 이용하는 카메라에 관한 것이다. 본 발명은 또한 화소들 자체가 증폭 기능을 가지며 화소들의 신호들은 전압들로서 출력되는 증폭형 고체 촬상 디바이스와 상기 증폭형 고체 촬상 디바이스의 구동 방법에 관한 건이다.

X-Y 어드레스형 고체 촬상 디바이스는, 도 14에 도시한 바와 같이, 복수의 화소들이 행들과 열들로 배열되는 화소부(111)와, 상기 화소부(111)의 각 행들을 차례로 선택하기 위한 수직 주사 회로(112)와, 상기 화소부(111)의 각 열들을 차례로 선택하기 위한 수평 주사 회로(113)와, 신호를 출력하기 위한 출력 회로(114, 전하 검출 회로)를 포함한다. 수직 주사 회로(112) 및 수평 주사 회로(113)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 각각 형성되고, 수직 주사(수직 선택) 펄스 신호Ø V 및 수평 주사 펄스 신호 Ø H를 각 행과 각 열마다 1개씩 차례로 발생시킨다.

이 X-Y 어드레스형 고체 촬상 디바이스에 있어서, 수평 주사 회로(113)가 화소들의 신호 전하를 캐패시터들에 홀딩하며 이 캐패시터들의 화소 신호들을 MOS 트랜지스터로부터 각각 형성된 수평 스위치들을 통해서 수평 신호선으로부터 출력 회로(114)에 출력하는 경우, 수평 스위치들(MOS 트랜지스터들)의 임계 전압 Vth의 분산들(dispersions)이 화소 신호들에 중첩되고, 이에 의해 이들이 화면상에 수직 스트링형(string-like) 고정 패턴 잡음으로서 나타나 화질(picture qualify)을 저하시킨다.

여기서, 수평 주사 회로(113)에서 발생된 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 발생 메커니즘은, 도 15에 도시된 수평 주사 회로(113)의 n번째 열의 신호 경로의 등가 회로를 참조하여 설명한다. 설명의 전제로서, 여기서는 수평 스위치의 임계 전압 Vth의 분산에 주목한다.

도 15를 참조하면, 캐패시터(121)에 의해 홀딩된 화소 신호는, 수평 주사 펄스 Ø Hn이 수평 시프트 레지스터(도시 안됨)로부터 수평 스위치(122)의 게이트 전극에 공급되어 상기 수평 스위치(122)가 도통 상태가 되도록 수평 신호선(123)에 전하로서 흐르고, 출력 회로(124)에 의해 전압으로 복조된 후에 출력 회로(124)로부터 출력된다. 이 경우에, 수평 스위치(122)의 단락 상태와 도통 상태 사이의 경계를 결정하는 임계 전압 Vth가 각각의 열들의 수평 스위치들 각각에 대해 분산을 보이면, 다음에 임계 전압 Vth의 분산과, 수평 스위치(112)와 수평 신호선(123)사이에 발생한 캐패시턴스의 변화량과의 곱에 의해 표시된 전하가 수평 신호선(123)에 나타난다. 따라서, 상기 전하량에 상당하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음이 화소 신호에 중첩된다.

이 중첩 방법은, 수평 스위치(122)가 캐패시턴스 모델로 변환되는 경우의 등가 회로를 도시하는 도 16A와 도 16B를 참조하여 설명한다. 특히, 도 16A는 수평 스위치(MOS 트랜지스터)(122)가 단락(오프) 상태인 등가 회로임을 도시하고, 도 16B는 수평 스위치(MOS 트랜지스터)(122)가 도통(온) 상태인 등가 회로를 도시한다.

도 16A에서, 수평 스위치(122)는 단락 상태에 있고, 캐패시턴스 모델로서는, 수평 주사 펄스 Ø Hn이 인가된 수평 스위치(MOS 트랜지스터)의 게이트 전극과 화소 신호가 홀딩되는 캐패시터(121)와의 사이에 게이트-드레인 캐패시턴스(122a)가 발생하고, 수평 스위치의 게이트 전극과 수평 신호선(123)과의 사이에 게이트-소스 캐패시턴스(122b)가 발생하고, 캐패시터(121)와 수평 신호선(123)은 서로 단락된다.

한편, 도 16B에서, 수평 스위치(122)는 도통 상태에 있고, 캐패시터(121)는 수평 신호선(123)에 접속되고, 게이트-채널 캐패시턴스(122c)는 수평 주사 펄스 Ø

Hn이 인가된 수평 스위치(MOS 트랜지스터)의 게이트 전극과 수평 신호선(131)과의 사이에서 발생한다. 여기서, 게이트-채널 캐패시턴스(122c)의 용량은 캐패시턴스(122a)와 캐패시턴스(122b)의 총 캐패시턴스보다 상당히 크다.

도 16A와 도 16B의 두 상태들이 수평 스위치(122)의 게이트 전극에 인가된 수평 주사 펄스 Ø Hn의 전압에 의한 수평 스위치(122)의 임계 전압 Vth에 따라 바뀌고, 각각의 열의 수평 스위치가 임계 전압 Vth에서 분산을 가지면, 임계 전압 Vth의 분산과 도 16A와 16B의 두 상태들의 수평 스위치(122)의 캐패시턴스들 간의 차와의 곱(product)이 수평 신호선(123)에 분산 전하로서 나타나고 수직 스트링형 고정 패턴 잡음을 만든다.

이제, 캐패시턴스들(122a, 122b, 123c)의 용량을 각각 Cdg, Cgs, Cg, 수평 스위치(122)의 임계 전압 Vth의 분산을 △Vth, 수평 신호선(123)에 나타나는 분산 전하를 △q, 출력 회로(124)의 검출 캐패시터(125)의 용량을 Cd, 출력에 나타나는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음을 △Vout로 나타내면, 분산 전하 △q와 고정 패턴 잡음 △Vout는,

△q= (Cg - Cgd - Cgs) △Vth

△Vout = △q/Cd

로 표시된다.

특히, 수치예가 주어지면, Cgd와 Cgs는 1fF, Cg는 20fF, 임계 전압 Vth의 분산 △Vth는 50mV, 검출 캐패시터(125)의 용량 Cd가 0.5pF이면, 고정 패턴 잡음 △Vout는 1.8㎷가 된다.

통상의 X-Y 어드레스형 고체 촬상 디바이스의 구동 타이밍과 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들이 나타나는 방법은 도 17의 타이밍 차트에 예시되어 있다. 동일 행의 화소 성분들을 선택하는 수직 주사 펄스 Ø V(Ø V1, ...,Ø Vm, Ø Vm+1, ...)는 각 수평 블랭킹 기간동안 차례로 발생하고(rise), 동작 펄스 신호 Ø OP는 상기 수직 주사 펄스 신호 Ø V에 동기하여 발생한다. 동작 펄스 신호 Ø OP는 캐패시터(121)에 화소 신호를 판독하기 위한 MOS 트랜지스터로부터 형성된 동작 스위치(도시 안됨)의 게이트 전극에 인가된다.

동작 펄스 신호 Ø OP가 발생함에 따라, 선택된 행의 화소 신호들은 캐패시터들(121)에서 판독된다. 캐패시터들(121)에 홀딩된 임의의 행의 화소 신호들은, 수평 영상 기간이 입력되는(entered) 경우, 수평 시프트 레지스터로부터 출력된 수평 주사 펄스 신호 Ø H(Ø H1, ..., Ø Hn, Ø Hn+l, ...)가 차례로 발생할 때, 수평 스위치들(122)이 차례로 도통 상태로 되고, 출력 회로들(124)로부터 판독된다.

이 경우에, 예를 들면, 동일한 신호량이 모든 화소들에서 출력되고, 수평 스위치들(122)의 임계 전압들 Vth만이 각각 분산들을 가진다고 하면, 도 17의 타이밍 차트에 도시한 바와 같이, 출력 신호 OUT의 신호량이 일정하지 않고, 수평 스위치들(122)의 임계 전압 Vth의 분산이 화소 신호들에 중첩됨을 나타낸다. 따라서, 분산들은 화면상에 수직 스트링형 고정 패턴 잡음으로서 나타나고, 화질을 저하시킨다.

수직 스트링형 고정 패턴 잡음들에서 기인하는 화질의 저하를 방지하는 방법으로서, 가능한 방법은, 고정 패턴 잡음 성분들만을 추출하여 이것을 소거(cancellation)하기 위해 기준 신호로서 홀딩하고, 통강의 촬상 동작시에 고체 촬상 디바이스의 신호 출력들로부터의 기준 신호를 감산하여 고정 패턴 잡음들을 소거하는 것이다.

그러나, 전술한 고정 패턴 잡음의 발생 메커니즘의 설명에서는, 입사광이 수신되지 않는 조건에서 고정 패턴 잡음들이 출력 신호에 나타나는 방식을 설명하고, 촬상 영역의 중심부에 광이 조사되면, 입사광에서 발생하는 신호 성분들이 고정 패턴 잡음 성분들에 가산되고, 도 17의 OUT-L로 표시된 출력 신호 파형이 얻어진다. 이 출력 신호는 소거를 위한 기준 신호로서 사용될 수 없다.

즉, 종래의 X-Y 어드레스형 고체 촬상 디바이스에서, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위해, 고체 촬상 디바이스는 보정 신호의 기준으로서 고정 패턴 잡음 성분들만을 출력하도록 몇몇 방법에 의해 입사광에 대해 보호(shild)되어야만 한다 특히, 커버(cover)를 카메라의 렌즈에 씌우거나 입사광을 기계적 셔터로 차단하는 기계적 조작이 필요하다. 이러한 조작은, 카메라를 조작하는 사람에게 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위한 수동 조작을 실행하고, 기계적 셔터와 같이 카메라에 대해 본래 필요로 하지 않는 부품을 필요로 하게 함으로써 카메라의 가격면이나 극소화하는데 있어서 불리하게 된다.

한편, 증폭형 고체 촬상 디바이스로서, CHD(Charge Modulation Device, 전하 변조 디바이스), BASIS(Base Stored Image Sensor, 기본 저장 영상 센서), BCMD(Bulk Charge Modulation, 벌크 전하 변조 디바이스)등이 공지되어 있다. 이와 같은 증폭형 고체 촬상 디바디스들에서는, 화소들 자체에 증폭 기능을 가지도록, 화소들을 MOS 구조 등의 능동 소자를 사용하여 구성하고 있기 때문에, 능동 소자의 특성(임계값 Vth 등)의 분산은 이미 그의 영상 신호상에 중첩된다. 이 특성의 분산이 각각의 화소에 대해 고정된 값을 가지므로, 화면상에 고정 패턴 잡음(FPN; Fixed Pattern Noise)으로서 나타난다.

이 화소들의 특징적인 분산들에서 기인하는 고정 패턴 잡음들을 제거하도록 종래의 증폭형 고체 촬상 디바이스들의 일예가 도 24에 도시된다. 도 24를 참조하면, 복수의 화소들(301)이 행들 열들로 배열되고, 화소들(301)의 제어 입력단들이 행 단위들로 수직 선택선들(302)에 각각 접속되는 반면에, 화소들(301)의 출력단들은 열 단위들로 수직 신호선들(303)에 접속된다. 한쪽의 수직 선택선들(302)의 단자들은 수직 주사 회로(304)의 각 행들의 출력단들에 접속된다. 수직 주사 회로(304)는 시프트 레지스터 등에 의해 형성되고, 수직 주사 펄스 Ø V(Ø V1, ..., Ø Vm, Ø Vm+1, ...)를 차례로 출력한다.

수직 신호선들(303)의 각각에는, N-채널 MOS 트랜지스터로부터 각각 형성된 2개의 샘플링 스위치들(305s, 305n)의 드레인들이 접속된다. 화소(301)로부터 출력된 화소 리셋전의 밝은 상태의 신호 전압을 샘플링하기 위한 동작 펄스 신호 Ø OPS는 샘플링 스위치들(305s)의 게이트들에 인가된다. 반면, 화소(301)로부터 출력된 화소 리셋후의 어두운 상태의 신호 전압을 샘플링하기 위한 또 다른 동작 펄스 신호 Ø OPN은 샘플링 스위치들(305n)의 게이트들에 인가된다.

샘플링 스위치들(305s, 305n)의 소스들은 한 측의 2개의 캐패시터들(306s, ,306n)의 단가들에 각각 접속된다 캐패시터들(306s, 306n)은 밝은 상태의 신호 전압과 어두운 상태의 신호 전압을 각각 홀딩하기 위해 준비되고, 그들의 다른 단가들은 공통 접지된다. 샘플링 스위치들(305s, 305n)의 각 소스들은 또한 N-채널 MOS 트랜지스터들로부터 형성된 2개의 수평 선택 스위치들(307s, 307n)의 드레인들에 각각 접속된다.

수평 선택 스위치들(307s, 307n)의 각 소스들은, 수평 신호선(308)에 접속되고, 수평 선택 스위치들( 307s, 307n)의 게이트들은 수평 주사 회로(309)의 각 열들의 출력단들에 접속된다 수평 주사 회로(309)는 시프트 레지스터 등으로부터 형성되고, 각 열마다 수평 선택 스위치들(307s) 및 수평 선택 스위치들(307n)을 차례로 턴 온시키기 위한 수평 주사 펄스 신호 Ø H(..., Ø Hn, Ø Hn+1, ...)를 출력한다. 수평 신호선(308)은 수평 출력 회로(310)의 입력단에 접속된다. 수평 출력 회로(310)의 출력단은 CDS(상관 이중 샘플링) 회로(311)의 입력 단자에 접속된다.

다음에, 고정 패턴 잡음들을 제거하기 위한 상기 구성을 갖는 종래 장치에서의 회로 동작을 설명한다.

임의의 행이 수평 블랭킹 기간에서 수직 주사 회로(304)에 의한 수직 주사에 의해 선택되면, 상기 선택된 행의 화소들(301)의 화소 리셋전의 밝은 상태의 신호 전압들과 화소 리셋후의 어두운 상태의 신호 전압들이 차례로 샘플링 스위치들(305s, 305n)에 의해 샘플링되어 캐패시터들(306s, 306n)에 의해 각각 홀딩된다.

그리고, 수평 유효 기간에서, 임의의 열이 수평 주사 회로(309)에 의한 수평 주사에 의해 선택되고, 상기 선택된 열의 수평 선택 스위치들(307s, 307n)이 차례로 턴 온될 때, 캐패시터들(306s, ,306n)에 홀딩된 밝은 상태의 신호 전압들과 어두운 상태의 신호 전압들이 차례로 수평 신호선(308)에 각각 판독된다. 계속해서, 밝은 상태의 신호 전압들과 어두운 상태의 신호 전압들은 차례로 수평 신호선(308)에 의해 시간축상에 열 단위들로 전송되고, 수평 출력 회로(310)를 통해 CDS 회로(311)에 인가된다.

CDS 회로(311)에 의해, 시간축상에 차례로 나타나는 밝은 상태의 신호 전압들과 어두운 상태의 신호 전압들의 상관 이중 샘플링이 실행되고, 그들간의 제한된 유한 차분이 잡음 성분들을 소거하기 위해 계산된다. 그 결과, 화소들(301)의 임계 전압 Vth와 같은 특성의 분산들에서 기인하는 고정 패턴 잡음들이 제거된 신호가 얻어진다.

그러나, 상술한 종래의 증폭형 고체 촬상 디바이스에서는, 화소들(301)의 특성 분산들에 기인하는 고정 패턴 잡음들이 제거될 수 있는 반면에, 밝은 상태와 어두운 상태의 신호들의 흐름이 수직 신호선들(303)과 수평 신호선들(308)과의 사이의 샘플 홀드 회로(sample hold circuit)에서 서로 다르기 때문에, 몇몇 성분들이 샘플 홀드 회로에 의해 신호에 중첩되면, CDS 회로(311)에 의한 상관 이중 샘플링 후에도 이 성분들이 남게 된다.

이 샘플 홀드 회로에 의해 중첩되는 성분들로서 존재하는 것은, 샘플링 스위치들(305s, 305n) 등의 분배 잡음들이다. 회로 특성의 분산 때문에 이 성분들이 열들 사이에서 서로 다른 경우에, 상관 이중 샘플링 후에 남아있는 성분들도 분산을 나타나고 화면상에 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들로서 나타난다.

발명의 요약

본 발명의 목적은, 카메라를 조작하는 사람이 수동 조작을 실행하거나 기계적 셔터를 사용하기 않을 지라도 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위한 기준 신호를 쉽게 얻을 수 있는 고체 촬상 디바이스와 그의 신호 처리 방법 및 카메라를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 화소들의 특성 분산들에서 기인하는 고정 패턴 잡음들 뿐만 아니라 회로들의 특성 분산들에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들도 억제할 수 있는 고체 촬상 디바이스와 그의 구동 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 양태에 따르면, 행들과 열들로 배열된 복수의 화소들과, 수직 선택선들에 의해 공통으로 접속된 동일한 행들의 화소들의 제어 전극들을 제어하는 수직 주사 회로와, 동일한 열들의 화소들의 주 전극들이 공통으로 접속된 수직 신호선들을 통해 출력된 화소 신호들을 행 단위들로 차례로 출력하는 수평 주사 회로와, 상기 수평 주사 회로로부터의 화소 신호들을 외부로 출력하는 출력 회로를 포함하는 고체 촬상 디바이스로서, 화소 신호들을 판독한 후에 화소들을 리셋하는 제1 동작 모드와, 화소들을 리셋한 후에 화소 신호들을 판독하는 제2 동작 모드를 갖는 고체 촬상 디바이스가 제공된다.

상기 고체 촬상 디바이스에 있어서, 제1 동작 모드에서는, 화소들은 화소 신호들이 판독된 후에 리셋되고, 따라서 통상의 촬상 동작이 실행된다 한편, 제2 동작 모드에서는, 화소들이 리셋된 후 화소 신호들이 판독되기 때문에, 수평 주사 회로로부터 발생되는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위한 기준 신호를 얻는 처리가 입사광의 유무에 관계없이 실행된다.

고체 촬상 디바이스에 있어서, 통상의 촬상 모드와 분리하여, 화소들이 리셋된 후 화소 신호들이 판독되는 동작 모드를 갖는 구성 때문에, 수평 주사 회로 등으로부터 발생된 수직 스트링형 고정 패턴 잡음을 소거하기 위한 기준 신호는, 입사광의 유무에 관계없이 수직 주사 회로의 동작 타이밍을 변화시킴으로써 쉽게 얻을 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 행들과 열들로 배열된 복수의 화소들과, 수직 선택선들에 의해 공통으로 접속된 동일한 행들의 화소들의 제어 전극들을 제어하는 수직 주사 회로와, 동일한 열들의 화소들의 주 전극들이 공통으로 접속된 수직 신호선들을 통해 출력되는 화소 신호들을 행 단위들로 차례로 출력하는 수평 주사 회로와, 상기 수평 주사 회로로부터의 화소 신호들을 외부로 출력하는 출력 회로를 포함하고, 화소 신호들을 판독한 후에 화소들을 리셋하는 제1 동작 모드와, 화소들을 리셋한 후에 화소 신호들을 판독하는 제2 동작 모드를 갖는 고체 촬상 디바이스의 신호 처리 방법으로서, 제2 동작 모드에서 얻어진 고체 촬상 디바이스의 출력 신호를 기준 신호로서 홀딩하는 단계와, 제1 동작 모드에서 기준 신호를 이용하여 고체 촬상 디바이스의 출력 신호의 보정 처리를 실행하는 단계를 포함하는 고체 촬상 디바이스의 신호 처리 방법이 제공된다.

신호 처리 방법에 있어서, 제2 동작 모드에서 얻어진 고체 촬상 디바이스의 출력 신호는 수평 주사 회로로부터 발생한 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 소거를 위한 기준 신호로서 홀딩된다. 다음에, 제1 동작 모드에서, 저장되고 홀딩된 기준 신호는, 수평 주사 회로로부터 발생된 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위해 고체 촬상 디바이스의 출력 신호로부터 감산된다.

고체 촬상 디바이스의 신호 처리 방법에 있어서, 고체 촬상 디바이스로부터 제2 동작 모드에서 얻어진 출력 신호가 기준 신호로서 저장되고 홀딩되고, 제1 동작 모드에서 고체 촬상 디바이스의 출력 신호를 보정하기 위해, 즉, 출력 신호의 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위해 기준 신호가 이용되기 때문에, 수평 주사 회로 등에서 발생된 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들이 확실히 소거될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 행들과 열들로 배열된 복수의 화소들과, 수직 선택선들에 의해 공통으로 접속된 동일한 행들의 화소들의 제어 전극들을 제어하는 수직 주사 회로와, 동일한 열들의 화소들의 주 전극들이 공통으로 접속된 수직 신호선들을 통해 출력된 화소 신호들을 행 단위들로 차례로 출력하는 수평 주사 회로와, 상기 수평 주사 회로로부터의 화소 신호들을 외부로 출력하는 출력 회로를 포함하고, 화소 신호들이 판독된 후에 화소들이 리셋되는 제1 동작 모드와 화소들이 리셋된 후에 화소 신호들이 판독되는 제2 동작 모드를 갖는 고체 촬상 디바이스와, 상기 고체 디바이스의 촬상 영역에 입사광을 유도하는 광학계와, 상기 제2 동작 모드에서 얻어진 상기 고체 촬상 디바이스의 출력 신호를 기준 신호로서 홀딩하고 상기 제1 동작 모드에서 상기 기준 신호를 이용하여 고체 촬상 디바이스의 출력 신호의 보정 처리를 실행하는 신호 처리 회로를 갖는 카메라가 제공된다.

상기 카메라에 있어서, 고체 촬상 디바이스의 제2 동작 모드에서, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 소거를 위한 기준 신호는 셔터와 같은 기계적 차광(light interception) 수단이 사용되기 않을 지라도 입사광 등에 영향을 받지 않고 얻어진다. 기준 신호는 신호 처리 회로에 저장되고 홀딩된다. 다음에, 제1 동작 모드에서, 저장되고 홀딩된 기준 신호는, 수평 주사 회로로부터 발생된 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위해 신호 처리 회로에 의해 고체 촬상 디바이스의 출력 신호로부터 감산된다.

상기 카메라에 있어서, 고체 촬상 디바이스의 제2 동작 모드에서는, 셔터와 같은 기계적 차광 수단이 사용되지 않을 지라도, 수평 주사 회로로부터 발생된 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 소거를 위한 기준 신호는 입사광 등의 영향을 받지않고 얻어지며, 제1 동작 모드에서는, 고체 촬상 디바이스의 출력 신호의 보정 처리는 기준 신호를 이용하여 신호 처리 회로에 의해 확실히 실행된다. 따라서, 고화질의 영상 출력을 얻을 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 행들과 열들로 배열된 복수의 화소들과, 각 열들에 제공된 제1 스위치 수단을 포함하고, 복수의 화소들의 출력단들이 열 단위들로 접속되는 수직 신호선에 접속된 제1 단자와, 각각의 열들에 제공되고 제1 스위치 수단의 제2 단자에 공통 접속된 제1 단자들을 가지는 제1 및 제2 저장 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제1 및 제2 저장 수단의 제2 단자들과 기준 전위점 사이에 접속된 제2 및 제3 스위치 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제2 저장 수단의 제2 단자와 수평 신호선 사이에 접속된 수평 선택 스위치를 포함하는 수직 출력 회로를 포함하는 고체 촬상 디바이스가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 행들과 열들로 배열된 복수의 화소들과, 각각의 열에 제공되고 상기 복수의 화소들의 출력단들이 열 단위들로 접속된 수직 신호선에 제1 단자가 접속된 제1 스위치 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제1 스위치 수단의 제2 단자에 제1 단자들이 공통으로 접속된 제1 및 제2 저장 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제1 및 제2 저장 수단의 제2 단자들과 기준 전위점 사이에 접속된 제2 및 제3 스위치 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제1 저장 수단의 상기 제2 단자와 수평 신호선 사이에 접속된 수평 선택 스위치를 포함하는 수직 출력 회로를 포함하는 고체 촬상 디바이스의 구동 방법으로서, 수평 블랭킹 기간에서, 상기 제2 스위치 수단이 온 상태일 때 밝은 상태의 신호를 샘플링하기 위해 상기 제1 스위치 수단을 턴 온시키고, 다음에 상기 밝은 상태의 신호를 제1 저장 수단에 홀딩하기 위해 1 스위치 수단을 턴 오프시키는 단계와, 상기 제2 스위치 수단을 턴 오프시키고, 다음에 오프 상태에 있는 제3 스위치 수단을 턴 온시키는 단계와, 어두운 상태의 신호를 샘플링하기 위해 제1 스위치 수단을 다시 턴 온 시키고, 다음에 상기 어두운 상태의 신호를 제2 저장 수단에 홀딩하기 위해 상기 제1 스위치를 다시 턴 오프시키는 단계와, 수평 유효 기간에서, 상기 제1 저장 수단의 출력측의 전압을 수평 신호선에서 판독하기 위해 상기 수평 선택선을 턴 온시키고, 다음에 기준 전위를 수평 신호선에서 판독하기 위해 상기 제2 스위치 수단을 턴 온시키는 단계를 포함하는 고체 촬상 디바이스의 구동 방법이 제공된다.

고체 촬상 디바이스와 고체 촬상 디바이스의 구동 방법에 있어서, 수평 블랭킹 기간에서, 제1 스위치 수단은, 제2 스위치 수단이 온 상태에 있는 동안 화소 리셋 후의 밝은 상태의 신호를 샘플링하기 위해 우선 턴 온되고, 다음에 상기 제1 스위치 수단은 제1 저장 수단에 밝은 상태의 신호를 홀딩하기 위해 턴 오프된다. 이 경우, 제1 스위치 수단의 스위칭에 의한 잡음 성분들은 상기 제1 저장 수단에 중첩된다. 다음에, 상기 제2 스위치 수단은 턴 오프된다 이 경우에, 상기 제1 저장 수단의 입력측은 플로팅(floating) 상태에 있기 때문에, 상기 제2 스위칭 수단의 스위칭에 의한 잡음 성분들은 상기 제1 저장 수단에 중첩되지 않는다.

그 후에, 제3 스위치 수단이 턴 온되고, 제1 스위치 수단은 화소들 등의 리셋에 의해 얻어진 어두운 상태의 신호를 샘플링하기 위해 다시 턴 온된다. 다음에, 제1 스위치 수단은 어두운 상태의 샘플링된 신호를 상기 제2 저장 수단에 홀딩하기 위해 턴 오프된다. 이 경우에, 상기 제2 저장 수단이 상피 제1 스위치 수단의 출력측에 접속되어 있기 때문에, 밝은 상태의 신호가 홀딩되는 경우와 마찬가지로, 상기 제1 스위치 수단의 스위칭에 의한 잡음 성분들은 상기 제2 저장 수단에 중첩된다.

그 결과, 상기 제1 저장 수단의 출력측상에서, 상기 제1 및 제2 저장 수단에 중첩된 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 팩터(factor)를 만드는 즉, 상기 제1 스위치 수단의 스위칭에 의한, 회로들의 특성 분산들에서 기인하는 잡음 성분들은 소거되며, 또한, 기준 전위는 밝은 상태의 신호와 어두운 상태의 신호 사이의 유한 차분, 즉, 화소들의 특성 분산들에서 기인하는 고정 패턴 잡음들이 제거된 신호 성분들에 가산되어, 결과로서 생긴 신호가 출력된다.

그 후에, 수평 유효 기간에서, 수평 선택 스위치는 제1 저장 수단의 출력측 상의 전압을 판독하기 위해 턴 온되고, 즉, 기준 전위를 신호 성분들(밝은 상태의 신호와 어두운 상태의 신호 사이의 유한 차분)에 가산함으로써 얻어진 신호를 수평 신호선에서 판독한다. 다음에, 상기 제2 스위치 수단은 기준 전위를 판독하기 위해 턴 온된다.

결과적으로, 기준 신호를 신호 성분들에 가산함으로써 얻은 신호와 기준 전위는 수평 신호선에 의해 수평 출력 회로에 시간축상의 열 단위들로 차례로 전송된다. 다음에, 기준 전위를 신호 성분들에 가산하여 얻어진 신호와 기준 전위 사이의 유한 차분으로서 계산되고, 2개의 신호들이 공통으로 중첩된 수직 출력 회로의 열들 사이의 회로의 특성 분산들이 소거된다. 그 결과, 화소들의 특성 분산들에서 기인하는 고정 패턴 잡음들 뿐만 아니라 회로들의 특성 분산들에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들이 소거된 신호가 얻어진다.

요약하면, 고체 촬상 디바이스와 고체 촬상 디바이스의 구동 방법에 있어서, 각 화소로부터 밝은 상태의 신호 전압과 어두운 상태의 신호 전압을 수평 신호선에서 판독하는 회로가, 2개의 신호 전압들의 판독 경로들이 서로 동일하게 되도록 구성되기 때문에, 화소들의 특성 분산들에서 기인하는 고정 패턴 잡음뿐만 아니라 회로들의 특성 분산들에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들은 억제될 수 있다.

상기한 목적을 위해, 본 발명의 특정과 이점은, 부분 또는 소자들이 기준 기호로 표시된 첨부된 도면과 관련하여 다음의 설명과 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.

양호한 실시예들의 상세한 설명

우선 도 1을 참조하면, 본 발명이 적용되는 X-Y 어드레스형 고체 촬상 디바이스의 한 종류인 증폭형 고체 촬상 디바이스의 개략 블록도가 도시된다.

고체 촬상 디바이스는 행들과 열들로 배열된 (도 1에서 NMOS 트랜지스터들로 도시된) 복수의 화소들 트랜지스터들(11)을 포함한다. 이 화소 트랜지스터들(11)에 있어서, 게이트 전극들이 수직 선택선들(12)에 행 단위들로 접속되고, 소스 전극들은 수직 신호선들(13)에 열 단위들로 접속되고, 드레인 전극들은 전원 전압 VD의 전원선들(14)에 접속된다. 수직 선택선들(12)은 수직 주사 회로(15)의 각 행들의 출력단들에 접속된다. 수직 주사 회로(15)는 시프트 레지스터 등으로 구성되고, 수직 주사로 각 행에 대해 화소 신호들을 판독하기 위해 각각의 수직 선택선들(12)에 수직 주사(수직 선택) 펄스 신호 Ø V(Ø V1, ..., Ø Vm, Ø Vm+1,...)를 제공한다.

수직 신호선들(13)은 수평 주사 회로(16)에 접속된다. 수평 주사 회로(16)는, MOS 트랜지스터들로부터 형성된 동작 스위치들(17)과, 캐패시터들(18)과, MOS 트랜지스터들로부터 형성된 수평 스위치들(19)과, 수평 신호선(20) 및 수평 시프트 레지스터 (21)를 포함한다.

수평 주사 회로(16)에 있어서, 타이밍 발생기(22)로부터 출력된 동작 펄스 신호 Ø OP는 동작 스위치(17)의 게이트 전극들에 인가된다. 수직 신호선들(13)은 동작 스위치들(17)의 드레인 전극들에 접속되고, 한측상의 캐패시터들(18)의 단자들과 수평 스위치들(19)의 드레인 전극들은 동작 스위치들(17)의 소스 전극들에 접속된다. 캐패시터들(18)의 다른 단자들은 접지된다. 수평 스위치들(19)의 소스 전극들은 수평 신호선(20)에 접속되고, 수평 스위치들(19)의 게이트 전극들은 수평 시프트 트랜지스터(21)의 각 열의 출력단들에 접속된다.

수평 시프트 레지스터(21)는 수평 주사하여 각 열에 대해 캐패시터들(18)에 의해 홀딩된 화소 신호들을 판독하기 위해, 수평 주사 펄스 신호 Ø H(Ø H1, ..., Ø Hn, Ø Hn+1, ...)를 수평 스위치들(19)의 각 게이트 전극들에 제공한다. 타이밍 발생기(22)는 동작 펄스 신호 Ø OP를 포함하는 다양한 타이밍 펄스들을 발생하고 화소 트랜지스터들(11)을 리셋하기 위한 기판 펄스 Ø Vsub.를 발생한다. 기판 펄스 Ø Vsub. 는 기판에 인가되어 각각의 화소들의 기판측의 전위 장벽들(potential barriers)을 무너뜨리고, 화소들에 축적된 전하를 기판상에서 없앰으로써 화소 리셋을 이룬다.

수평 신호선(20)은 출력 회로(23)를 구성하는 연산 증폭기(24)의 반전(-) 입력단에 접속된다. 연산 증폭기(24)의 비반전(+) 입력단에는 수평 신호선(20)의 동작 전위를 규정하는 소정의 바이어스 전압 VB가 인가된다. 출력 회로(23)는 연산 증폭기(24)와, 상기 연산 증폭기(24)의 반전 입력단과 출력단 사이에 접속된 검출 캐패시터(25)와, 이 검출 캐패시터(25)에 병렬로 접속된 MOS 트랜지스터로부터 구성된 리셋 스위치(26)로 구성되어 있다. 리셋 펄스 Ø R은 리셋 스위치(25)의 게이트 전극에 인가된다.

상기 구성의 증폭형 고체 촬상 디바이스에 있어서, 본 실시예의 고체 촬상 디바이스는, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 소거를 위한 기준 신호를 얻기 위해, 통상의 촬상 동작시의 동작 타이밍과는 달리, 소거를 위한 기준 신호로서 사용될 고정 패턴 잡음 성분들만이 입사광의 유무에 관계없이 출력되는 동작 타이밍인 것을 특징으로 한다. 특히, 디바이스에 전원이 이용하가능해진 후의 초기 단계에서, 입사광에 의한 신호 성분이 고정 패턴 잡음에 가산되지 않도록 화소 신호가 판독되기 전에 화소 리셋이 실행된다.

특히, 타이밍 발생기(22)는 선택된 행의 화소 트랜지스터(11)를 리셋하기 위해 도 2의 타이밍 차트에 도시한 바와 같은 수평 블랭킹 기간의 전반에서 우선 기판 펄스 Ø Vsub.를 발생하고, 선택된 행의 신호가 판독되도록 입사광에 의한 신호가 없는 상태에서 즉시 동작 펄스 신호 Ø OP를 발생한다.

결과적으로, 디바이스에 전원이 투입된 초기 단계에서, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 소거를 위한 기준 신호를 얻기 위한 회로 동작은 도 2의 흐름도를 참조하여 설명한다.

수평 블랭킹 기간에, m행의 화소 트랜지스터들(11)은, 그의 게이트 전극들에 공통으로 접속된 수직 선택선(12)에 수직 주사 회로(15)로부터 수직 주사 펄스 Ø Vm이 제공됨으로써 선택된다. 다음에, 기판 펄스 Ø Vsub.가 수평 블랭킹 기간의 전반에서 타이밍 발생기(22)로부터 출력되는 경우, 선택된 m행의 화소 데이터들(11)이 리셋되고, 다음에 입사광에 의한 신호가 없는 상태에서 즉시, 선택된 m행의 화소 트랜지스터들(11)의 신호들이 동작 스위치들(17)을 통해 캐패시터들(18)에 출력되도록 동작 펄스 Ø OP가 타이밍 발생기(22)로부터 출력된다.

그 후에, 수평 영상 기간이 되면, 화소 트랜지스터들(11)로부터 판독되어 캐패시터들(18)에 홀딩된 신호들은, 수평 스위치들(19)이 수평 시프트 레지스터(21)로부터 출력된 수평 주사 펄스 신호 Ø H(Ø H1, ..., Ø Hn, Ø Hn+1, ...)에 응답하여 차례로 도통 상태로 됨으로써, 수평 스위치들(19)을 통해 수평 신호선(20)으로부터 출력 회로(23)에 보내진다. 따라서, 도 2의 타이밍 차트에 도시한 바와 같은 출력 파형을 가지며 촬상 디바이스의 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들만을 포함하는 출력 시호가 얻어진다.

상술한 바와 같이, 디바이스에 전원이 투입된 초기 단계에서, 화소 리셋의 동작은, 화소 신호들이 판독되기 직전에 실행되고, 화소 신호들이 입사광에 의한 신호가 없는 상태에서 즉시 판독되기 때문에, 촬상 디바이스의 수평 주사 회로(16)로부터 발생된 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위한 기준 신호는 입사광의 유무에 관계없이 쉽게 얻어진다. 따라서, 기준 신호를 발생하기 위해서, 카메라를 조작하는 사람에 대해서 수동 조작을 강요하거나, 또는 기계적 셔터를 이용하는 필요성이 없어진다.

도 3은 본 발명이 적용되는 또 다른 증폭형 고체 촬상 디바이스를 도시하는 개략 블록도이다. 본 발명에 따른 증폭형 고체 촬상 디바이스는, 화소들의 표면 전위들의 분산들 등에 기인하는 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위해 화소 리셋 전과 화소 리셋 후의 2개의 화소 신호들이 출력하는 구성으로 되어 있다.

도 3을 참조하면, 복수의 화소들 트랜지스터들(31)은 행들과 열들로 배열된다. 이 화소 트랜지스터들(31)에 있어서, 각 게이트 전극들이 수직 선택선들(32)에 행 단위로 접속되고, 각 소스 전극들은 수직 신호선들(33)에 열 단위로 접속되고, 각 드레인 전극들은 전원 전압 VD의 전원선들(34)에 접속된다. 수직 선택선들(32)은 수직 주사 회로(35)의 각 행의 출력단들에 접속된다. 수직 주사 회로(35)는 시프트 레지스터 등으로 구성되고, 수직 주사로 각 행에 대해 화소 신호들을 판독하기 위해 각 수직 선택선들(32)에 수직 주사(수직 선택) 펄스 신호 Ø V(Ø V1, ..., Ø Vm, Ø Vm+1,...)를 제공한다.

수직 신호선들(33)은 수평 주사 회로(36)에 접속된다. 수평 주사 회로(36)는, MOS 트랜지스터들로부터 형성된 제1 및 제2 동작 스위치들(37s, 37n)과, 제1 및 제2 캐패시터들(38s, 38n)과, MOS 트랜지스터로부터 형성된 제1 및 제2 수평 스위치들(39s, 39n)과, 수평 신호선들(40s, 40n) 및 수평 시프트 레지스터(41)를 포함한다.

수평 주사 회로(36)에 있어서, 타이밍 발생기(42)로부터 출력된 동작 펄스들Ø OPS와 Ø OPN은 동작 스위치들(37s, 37n)의 게이트 전극들에 각각 인가된다. 수직 신호선들(33)은 동작 스위치들(37s, 37n)의 드레인 전극들에 접속되고, 캐패시터들(38s, 38n)의 단자들과 수평 스위치들(39s, 39n)의 드레인 전극들은 동작 스위치들(37s, 37n)의 소스 전극들에 각각 접속된다. 캐패시터들(38s, 38n)의 다른 단자들은 접지된다. 수평 스위치(39s, 39n)의 소스 전극은 수평 신호선(40s, 40n)에 각각 접속되고, 수평 스위치들(39s, 39n)의 게이트 전극들은 수평 시프트 트랜지스터(41)의 각 열의 출력단에 접속된다.

수평 시프트 레지스터(41)는 수평 주사하여 각 열에 대해 캐패시터들(28s, 38n)에 의해 홀딩된 화소 신호들을 판독하기 위해, 수평 주사 펄스 신호 Ø H(Ø H1, ..., Ø Hn, Ø Hn+1, ...)를 수평 스위치들(29s, 39n)의 각 게이트 전극들에 제공한다. 타이밍 발생기(42)는 동작 펄스 신호들 Ø OPS와 Ø OPN을 포함하는 다양한 타이밍 펄스들을 발생하고, 화소 트랜지스터들(31)을 리셋하기 위한 기판 펄스 Ø Vsub.를 발생한다. 기판 펄스 Ø Vsub.는 기판에 인가되어 각 화소들의 기판측의 전위 장벽들을 무너뜨리고, 화소들에 축적된 전하를 기판상에서 없앰으로써 화소 리셋을 이룬다.

수평 신호선들(40s, 40n)은 출력 회로들(43s, 43n)을 각각 구성하는 연산 증폭기들(44s, 44n)의 반전 입력단들에 접속된다. 연산 증폭기들(44s, 44n)의 비반전 입력단들에는 수평 신호선들(40s, 40n)의 동작 전위를 규정하는 소정의 바이어스 전압 VB가 인가된다. 출력 회로들(43s, 43n)은 연산 증폭기들(44s, 44n)과, 연산 증폭기들(44s, 44n)의 반전 입력단들과 출력단들 사이에 접속된 검출 캐패시터들(45s, 45n)과, 이 검출 캐패시터들(45s, 45n)에 각각 병렬로 접속된 MOS 트랜지스터로들부터 구성된 리셋 스위치(46s, 46n)로 구성되어 있다.

출력 회로들(43s, 43n)에 있어서, 리셋 펄스 Ø R은 리셋 스위치들(46s, 46n)의 게이트 전극들에 인가된다. 출력 회로들(43s, 43n)의 출력 신호들은 차동 증폭기(연산 증폭기, 48)에 2개의 입력들로서 사용되고, 이 출력 신호사이의 유한 차분은 차동 증폭기(48)에 의해 계산된다. 유한 차분 신호는 출력 신호 OUT로서 출력측에 유도된다.

상기의 구성의 증폭형 고체 촬상 디바이스에 있어서, 통상의 촬상 동작에서, 수직 신호선들(33)에 출력된 화소 리셋 전의 화소 신호들은, 제1 동작 스위치들(37s)의 게이트 전극들에 인가된 동작 펄스 Ø OPS가 발생하여(rise) 상기 동작 스위치들(37s)이 도통 상태가 되어 제1 캐패시터들(38s)에 의해 홀딩되고, 또한, 수직 신호선들(33)에 출력된 화소 리셋 후의 화소 신호들은, 제2 동작 스위치들(37n)의 게이트 전극들에 인가된 동작 펄스 Ø OPN이 발생하여 동작 스위치들(37n)이 도통 상태로 됨으로써 제2 캐패시터(38n)에 홀딩된다.

그리고, 화소 리셋 전과 화소 리셋 후의 화소 신호들은, 수평 영상 기간에 수평 시프트 레지스터(41)로부터 출력된 수평 주사 펄스 신호 Ø H(Ø H1, ..., Ø Hn, Ø Hn+l, ...)가 제1 및 제2 수평 스위치들(39s, 39n)의 각 게이트 전극들에 인가되어 수평 스위치들(39s, 39n)이 도통 상태로 됨에 따라, 수평 신호선들(40s, 40n)을 통해 출력 회로들(43s, 43n)로부터 출력되고, 그 유한 차분은 차동 증폭기(48)에 의해 계산된다. 그 결과, 화소들의 표면 전위들의 분산들 등에서 기인된 고정 패턴 잡음들이 제거된 비디오 신호가 얻어진다.

이 방법으로, 화소들의 표면 전위들의 분산들 등에 기인하는 고정 패턴 잡음들을 제거하도록 구성된 증폭형 고체 촬상 디바이스에 있어서, 본 실시예에서는, 화소들에 기인하는 고정 패턴 잡음들과는 별도로 수평 주사 회로(36)의 동작 스위치들(37s, 37n)이나 수평 스위치들(39s, 39n)의 임계 전압 Vth의 분산들에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 제거할 수 있는 것을 특징으로 하고 있다.

특히, 수직 스트링형 고정 패턴 신호들을 제거하기 위해 사용될 기준 신호를 얻기 위해, 통상의 촬상 동작시에, 화소 리셋 전의 화소 신호들은 제1 캐패시터들(38s)에 의해 홀딩되며, 화소 리셋 후의 신호들은 제2 캐패시터들(38n)과 유사한 캐패시터들(38s)에 의해 홀딩되며, 화소 리셋 후의 동일한 신호들은 수직 스트링형 고정 패턴 잡음 성분들만이 출력되도록 출력 회로들(43s, 43n)로부터 출력된다.

다음에서, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음 성분들만을 출력하는 회로 동작은 도 4의 타이밍 차트를 참조하여 설명한다. 이와 같은 동작은 디바이스에 전원이 투입된 초기 단계에서 실행된다.

임의의 수평 블랭킹 기간에서 수직 주사 회로(35)로부터 수직 주사 펄스 신호 Ø V(Ø V1, ..., Ø Vm, Ø Vm+1, ...)의 수직 주사 펄스 Ø V로서 선택되는 m행의 화소들은 기판 펄스 Ø Vsub.가 떨어짐에(fall) 따라 리셋된다. 다음에, 동작 스위치들(37s)의 게이트 전극에 제공된 동작 펄스 신호 Ø OPS는, 동작 스위치들(37s)이 도통 상태가 되도록 즉시 발생하고, 따라서 화소 리셋 후의 신호들이 제1 캐패시터들(38s)에 의해 홀딩된다.

또한, 동일한 수평 블랭킹 기간에서, 동일한 m 화소 행에 대해, 기판 펄스 Ø Vsub.는 m행의 화소들이 다시 리셋되도록 다시 떨어진다. 다음에, 제2 동작 스위치들(37n)의 게이트 전극들에 제공된 동작 펄스 신호 Ø OPN은, 동작 스위치들(37n)이 도통 상태가 되도록 즉시 발생하고, 따라서 화소 리셋 후의 신호들은 제2 캐패시터(38n)에 의해 홀딩된다.

제 1 및 제2 캐패시터들(38s, 38n)에 의해 홀딩된 화소 리셋 후의 동일한 신호들은 수평 신호선들(40s, 40n)을 통해 출력 회로들(43s, 43n)로부터 각각 분리 수평 스위치들 등에 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음 성분들만을 포함하는 신호들로서 출력된다. 수평 스위치들(39s, 39n)이 도통 상태가 되도록, 수평 영상 기간에 수평 시프트 레지스터(41)로부터 출력된 수평 추사 펄스 신호 Ø H(Ø H1, ..., Ø Hn, Ø Hn+1, ...)로서 제1 및 제2 수평 스위치들(39s, 39n)의 게이트 전극들에 인가된다.

상술한 바와 같이, 화소들의 표면 전위들의 분산들 등에 기인하는 고정 패턴 잡음들을 제거하기 위해, 통상의 촬상 동작시에 화소 리셋 전과 화소 리셋 후의 2개의 화소 신호들을 출력하는 구성의 증폭형 고체 촬상 디바이스에 있어서도, 디바이스에 전원을 투입시에, 수평 블랭킹 기간의 임의의 화소 행의 화소들이 리셋된 후에 화소 리셋 후의 신호들을 제1 캐패시터들(38s)에서 판독하고, 화소 행의 화소들이 다시 한 번 리셋된 후에 동일한 화소 행의 화소 리셋 후의 신호들을 제2 캐패시터들(38n)에서 판독하고, 수평 영상 기간에 제1 및 제2 캐패시터들(38s, 38n)로부터 각각의 화소 리셋 전과 화소 리셋 후의 2개의 신호들을 열마다 차례로 출력하고, 각각의 신호의 차를 계산하여 셔터 등과 같은 기계적 광 차단 수단을 사용하지 않더라도 입사광 등의 영향을 받지 않고 수직 스트링형 고정 패턴 잡음 성분들만을 쉽게 얻을 수 있다.

도 5는 상술한 제2 실시예의 고체 촬상 디바이스의 변형예의 동작을 도시하는 타이밍 차트이다 제2 실시예와의 차이를 간단히 설명한다. 제2 실시예에서는 화소 리셋이 2회 행해지고 각각의 화소 리셋 동작후의 화소 신호들이 서로 다른 타이밍들에서 판독되고 제1 및 제2 캐패시터들(38s, 38n)에 의해 홀딩되는 반면, 본 변형된 고체 촬상 디바이스에서는, 화소 리셋이 1회 행해지고, 화소 리셋 후의 화소 신호들은 제1 및 제2 캐패시터들(38s, 38n)에 의해 동시에 홀딩된다.

특히, 도 5의 타이밍 차트로부터 분명해지듯, 화소들이 수평 블랭킹 기간에서 리셋된 후, 동작 펄스 Ø OPS와 동작 펄스 Ø OPN을 동시에 출력하고, 이것을 제 1 및 제2 동작 스위치들(37s, 37n)의 게이트들에 제공하여, 상기 동작 스위치들(37s, 37n)을 동시에 도통 상태로 만들어서, 1회의 화소 리셋 동작에 의해서 화소 리셋 후의 화소 신호들을 제1 및 제2 캐패시터들(38s, 38n)에 홀딩하는 동작을 행한다.

이 같은 방식으로 1회의 화소 리셋 동작에 의해 동일한 화소 리셋 후의 화소 신호를 판독하고 홀딩함으로써, 제2 실시예에서, 화소 리셋 기간이 통상의 촬상 동작시와 비교하여 수평 블랭킹 기간중에 추가적으로 필요하게 되고, 수평 블랭킹 기간중에 수직 스트링형 고정 패턴 잡음 성분들만을 출력하는 추가적인 기간이 필요하기 않고, 동작의 여유가 감소하지 않는다.

한편, 상술한 제1 및 제2 실시예의 고체 촬상 디바이스에서는, 디바이스에 전원이 투입된 초기 단계에서, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음의 소거를 위한 기준 신호를 얻기 위해 전용으로 사용되는 동작 모드를 설정하고, 이 동작 모드에서, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 소거를 위한 기준 신호는, 유효 화소 영역의 각 화소 신호들을 이용하여 얻어지는데, 광의 차단에 의해 수광면으로부터 형성된 유효 화소 영역의 상하 양측 또는 한 측에서 수 라인 내기 수십 라인에 걸쳐 설치된 수직 OPB(optical black,광학적 흑) 영역의 각 화소 신호를 이용함으로써, 연속적인 촬상 상태에 있어서 실시간에서 기준 신호를 얻을 수 있다.

여기서, 수직 OPB 영역의 화소 신호를 사용하여 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위한 기준 신호를 얻는 경우, 수직 OPB 영역의 각 화소로부터 출력된 분산을 갖는 어두운 전류 성분의 영향이 문제가 된다. 특히, 수직 OPB 영역은 비교적 적은 수의 화소들을 가지므로, 평균화 처리가 행해질 지라도, 각 화소로부터 출력되고 분산을 갖는 어두운 전류 성분은 충분히 억제될 수 없다. 이하, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음을 소거하기 위한 기준 신호가 수직 OPB 영역의 화소 신호들을 사용하여 얻어지는 경우의 서로 다른 실시예의 고체 촬상 디바이스를 설명한다.

도 6은 본 발명이 적용된 또 다른 증폭형 고체 촬상 디바이스를 도시하는 개략 블록도이다. 도 6을 참조하면, 복수의 화소들 트랜지스터들(51)은 행들과 열들로 배열된다. 화소 트랜지스터들(51)에 있어서, 게이트 전극들은 수직 선택선들(52)에 행 단위로 접속되고, 소스 전극들은 수직 신호선들(53)에 열 단위로 접속되고, 드레인 전극들은 전원 전압 VD의 전원선들(54)에 집속된다. 화소부는 이러한 소자들로 구성되어 있다.

이 화소부는 실제로 영상 신호로서 사용될 화소 신호들을 출력하는 유효 화소 영역(68)과, 영상 신호의 기준 레벨로서 사용될 화소 신호들을 출력하는 수직 OPB 영역(69)으로 분할된다. 수직 OPB 영역(69)에서는, 화소들의 수광면의 상방이 차광막(도시 안됨)에 의해 차광된 상태애 있다. 또한, 본 고체 촬상 디바이스에서, 추적 OPB 영역(69)은 도 6의 유효 화소 영역(68)의 상측에서만 제공되며, 도 6의 하측에서만 존재하거나, 유효 화소 영역(68)의 상하 양측에 존재하는 것을 주목해야 한다.

화소부에 있어서, 수직 선택선들(52)은 각각 수직 주사 회로(55)의 각 행의 출력단들에 접속된다. 수직 주사 회로(55)는 시프트 레지스터 등으로 구성되고, 수직 주사로 각 행의 화소 신호들을 판독하기 위한 수직 주사(수직 선택) 펄스 신호 Ø V(Ø V1, ..., Ø Vm, Ø Vm+1, ...)를 제공한다. 수직 신호선들(53)은 수직 주사 회로(56)에 접속된다. 수직 주사 회로(56)는 MOS 트랜지스터들로부터 구성된 동작 스위치들(57)과, 캐패시터들(58)과, MOS 트랜지스터들로부터 구성된 동작 스위치들(59)과, 수평 신호선(60)과, 수평 시프트 레지스터(61)를 포함한다.

수평 주사 회로(56)에 있어서, 타이밍 발생기(62)로부터 출력된 동작 펄스 신호 Ø OP는 동작 스위치(57)의 게이트 전극들에 인가된다. 수직 신호선들(53)은 동작 스위치들(57)의 드레인 전극들에 접속되고, 캐패시터들(58)의 단자들과 수평 스위치들(59)의 드레인 전극들은 동작 스위치들(57)의 소스 전극들에 접속된다. 캐패시터들(58)의 다른 단자들은 접지된다. 수평 스위치들(59)의 소스 전극들은 수평 신호선(60)에 접속되고, 수평 스위치들(59)의 게이트 전극들은 수평 시프트 레지스터(61)의 각 열의 출력단들에 접속된다.

수평 시프트 레지스터(61)는, 캐패시터들(58)에 의해 홀딩된 각 열의 화소 신호들을 수평 주사하여 판독하기 위해 수평 스위치들(59)의 각 게이트 전극들에 수평 주사 펄스 신호 Ø H(Ø H1, ..., Ø Hn, Ø Hn+1, ...)를 제공한다. 타이밍 발생기(62)는 동작 펄스 신호 Ø OP를 포함하는 다양한 타이밍 펄스들을 발생하고 화소 트랜지스터들(51)을 리셋하기 위한 기판 펄프 Ø Vsub.를 발생한다. 기판 펄스 Ø Vsub.는 기판측의 각 화소들의 전위 장벽들을 무너뜨려 화소들에 축적된 전하를 기판에 쓸어내어(sweep) 화소 리셋을 행하기 위해 기판에 인가된다.

수평 신호선(60)은 출력 회로(63)를 구성하는 연산 증폭기(64)의 반전 입력단에 접속된다. 연산 증폭기(64)의 비반전 입력단에는 수평 신호선(60)의 동작 전위를 규정하는 소정의 바이어스 전압 VB가 인가된다. 출력 회로(63)는, 연산 증폭기(64)와, 연산 증폭기(64)의 반전 입력단과 출력단 사이에 접속된 검출 캐패시터(65)와, 검출 캐패시터(65)에 병렬로 접속된 MOS 트랜지스터로 구성된 리셋 스위치(66)로 구성되어 있다. 리셋 펄스 Ø R은 리셋 스위치(66)의 게이트 전극에 인가된다.

계속해서, 상술한 구성의 증폭형 고체 촬상 디바이스의 회로 동작은 도 7과 도 8의 타이밍 차트를 참조하여 설명한다. 도 7은 수직 띤상 기간의 타이밍과 출력파형을 도시하고, 도 8은 수직 OFB 기간의 타이밍과 출력 파형을 도시한다.

우선, 도 7에 도시된 수직 영상 기간에서, 수직 주사 회로(55)로부터 출력된 수직 주사 펄스 신호 Ø V(..., Ø Vm(VAL), Ø Vm+1(VAL), ...)에 의해 선택된 수직 영상 기간의 m행의 화소들은 수평 블랭킹 기간에서 동작 상태로 들어간다. 다음에, 화소 신호들은, 동작 스위치들(57)이 도통 상태가 되도록 동작 펄스 신호 Ø OP가 발생함으로써 동작 스위치들(57)을 통해 판독되고 캐패시터들(58)에 홀딩된다. 그 직후 기판 펄스 Ø SUB는 발생하고, 판독이 종료된 m행의 화소들은 리셋된다.

수평 영상 기간이 되면, 화소 트랜지스터들(51)로부터 판독되고 캐패시터들(58)에 홀딩된 신호들은, 수평 스위치들(9)이 수평 시프트 레지스터(61)로부터 출력된 수평 주사 펄스 신호 Ø H(Ø H1, ..., Ø Hn, Ø Hn+1, ...)에 응답하여 차례로 도통 상태로 됨에 따라, 수평 스위치들(59)을 통해 수평 신호선(60)으로부터 출력 회로(63)에 보내지고 출력 신호 OUT로서 출력된다.

이 경우, 휘도를 갖는 피사체에 대응하는 화소 신호는, 도 7에 도시한 출력 파형으로부터 분명히 알 수 있듯이, 출력 신호 OUT에서 저레벨(low level)의 신호 S1로서 나타난다. 또한, m+1행의 화소들이 다른 화소들에 비해 더 어두운 전류를 발생하는 화소를 포함하면, 어두운 전류 성분 신호(S2)가 피사체의 신호에 부가하여 나타난다.

한편, 도 8의 수직 OPB 기간에서는, 수직 OPB의 출력 신호를 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위해 기준 신호로서 사용하기 위해, 화소로부터의 어두운 전류 성분 신호들의 발생을 제거하는 것이 필요하다. 이를 위해, 수직 주사펄스 신호 Ø V에 의해 선택된 화소들은 판독되기 전에 먼저 리셋된 다음 판독된다. 동작 으로서, 수직 주사 펼스 신호 Ø V(..., Ø Vm(OPB), Ø Vm+1(OPB), ...)에 의해 선택된 수직 OPB 기간의 m행의 화소들은 수평 블랭킹 기간에서 동작 상태로 들어간다.

다음에, 기판 펄스 신호 Ø SUB가 먼저 발생함에 따라, 화소들에 남아있는 어두운 전류 성분들의 전하가 리셋되고, 동작 펄스 신호 Ø OP가 발생하고 동작 스위치들(57)은 도통 상태로 된다. 결과적으로, 화소들로부터의 신호들은 동작 스위치들(57)을 통해 캐패시터들(58)에 출력된다. 이 경우, 캐패시터들(58)에 의해 홀딩된 신호들은 화소들의 어두운 전류 성분들을 포함하지 않는 화소 신호들이 된다.

수직 OPB 기간에 있어서, 화소를 리셋하는 동작은 화소 신호들이 판독되기 직전에 실행되고, 그 직후에 화소 신호들이 판독됨에 따라, 동작 스위치들(57) 및 수평 스위치들(59)의 임계 전압 Vth의 분산에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위한 정확한 기준 신호를, 화소들의 어두운 전류 성분들을 포함하지 않고, 쉽게 얻을 수 있다.

도 9는 본 발명이 적용되는 또 다른 증폭형 고체 촬상 디바이스를 도시하는 개략 블록도이다. 본 실시예에 따른 증폭형 고체 촬상 디바이스는 통상, 제2 실시예에 따른 증폭형 고체 촬상 디바이스의 경우와 유사하게, 화소들의 표면 전위들의 분산들 등에서 기인하는 고정 패턴 잡음들을 제거하기 위해, 화소 리셋 전후의 2개의 화소 신호들을 판독하는 구성을 하고 있다.

도 9를 참조하면, 복수의 화소들 트랜지스터들(71)은 행들과 열들로 배열된다. 화소 트랜지스터들(71)에 있어서, 게이트 전극들은 수직 선택선들(72)에 행 단위로 접속되고, 소스 전극들은 수직 신호선들(73)에 열 단위로 접속되고, 드레인 전극들은 전원 전압 VD의 전원선들(74)에 접속된다. 화소부는 이러한 소자들로 구성되어 있다.

이 화소부는, 실제로 영상 신호로서 사용될 화소 신호들을 출력하는 유효 화소 영역(88)과, 영상 신호의 기준 레벨로서 사용될 화소 신호들을 출력하는 수직 OPB영역(89)으로 분할된다. 수직 OPB 영역(89)에서, 화소들의 수광면들은 차광막(도시 안됨)에 의해 상방으로 차광된 상태에 있다. 본 실예에서, 수직 OPB 영역(89)은 도 9의 유효 화소 영역(88)의 상측에만 제공되고, 물론 도 9의 하측에서만 존재하거나 유효 화소 영역(88)의 상하 양측에서도 존재한다.

화소부에서, 수직 선택선들(72)은 수평 주사 회로(75)의 각 행의 출력단들에 각각 접속된다. 수평 주사 회로(75)는 시프트 레지스터 등으로 구성되고, 각 행의 화소 신호들을 수평 주사하여 판독하기 위해 수직 주사(수직 선택) 펄스 신호 Ø V(Ø V1, ..., Ø Vm, Ø Vm+1, ...)를 각 수직 선택선들(72)에 제공한다. 수직 신호선들(73)은 수평 주사 회로(76)에 접속된다. 수평 주사 회로(76)는 MOS 트랜지스터로부터 형성된 제1 및 제2 동작 스위치들(77s, 77n)과, 제1 및 제2 캐패시터들(78s, 78n)과, MOS 트랜지스터로부터 형성된 제1 및 제2 수평 스위치들(79s, 79n)과, 수평 신호선들(80s, 80n)과, 수평 시프트 레지스터(81)로 구성되어 있다.

수평 주사 회로(76)에 있어서, 타이밍 발생기(82)로부터 출력된 동작 펄스 신호들 Ø OPS와 Ø OPN은 동작 스위치들(77s, 77n)의 게이트 전극들에 인가된다. 수직 신호선들(73)은 동작 스위치들(77s, 77n)의 드레인 전극들에 접속되고, 캐패시터들(78s, 78n)의 단자들과 수평 스위치들(79s, 79n)의 드레인 전극들은 한 측에서 동작 스위치들(77s, 77n)의 소스 전극들에 접속된다. 캐패시터들(78s, 78n)의 다른 단자들은 접지된다. 수평 스위치들(79s, 79n)의 소스 전극들은 수평 신호선들(80s, 80n)에 각각 접속되고, 수평 스위치들(79s, 79n)의 게이트 전극들은 수평 시프트 레지스터(81)의 각 열의 출력단들에 접속된다.

수평 시프트 레지스터(81)는, 캐패시터들(78s, 78n)에 의해 홀딩된 각 열의 화소 신호들을 수평 주사하여 판독하기 위해 수평 스위치들(79s, 79n)의 각 게이트 전극에 수평 주사 펄스 신호 Ø H(Ø H1, ..., Ø Hn, Ø Hn+1, ...)를 제공한다. 타이밍 발생기(82)는 동작 펄스 신호들 Ø OPS와 Ø OPN을 포함하는 다양한 타이밍 펄스들을 발생하고 화소 트랜지스터들(71)을 리셋하기 위한 기판 펄스 Ø Vsub.를 발생한다. 기판 펄스 Ø Vsub.는 기판측의 각 화소의 전위 장벽들을 무너뜨려 화소들에 축적된 전하를 기판에 쓸어내어(sweep) 화소 리셋을 행하기 위해 기판에 인가된다.

수평 신호선들(80s, 80n)은 출력 회로들(83s, 83n)을 구성하는 연산 증폭기들(84s, 84n)의 반전 입력단들에 접속된다. 연산 증폭기들(84s, 84n)의 비반전 입력단들에는 수평 신호선들(80s, 80n)의 동작 전위를 규제하는 소정의 바이어스 전압 VB가 인가된다. 출력 회로들(83s, 83n)은, 연산 증폭기들(84s, 84n)과, 연산 증폭기들(84s, 84n)의 반전 입력단들과 출력단들 사이에 접속된 검출 캐패시터들(85s, 85n)과, 검출 캐패시터들(85s, 85n)에 병렬로 접속된 MOS 트랜지스터들로 구성된 리셋 스위치들(86s, 86n)로 구성되어 있다.

그와 같은 출력 회로들(83s, 83n)에서는, 리셋 펄스 Ø R은 리셋 스위치들(86s, 86n)의 게이트 전극들에 인가된다. 출력 회로들(83s, 83n)의 출력 신호들은 차동 증폭기(87)(연산 증폭기)에 2개의 입력들로서 사용리고, 이 차동 증폭기(87)에 의해 유한 차분이 계산된다. 유한 차분 신호는 출력 신호 OUT로서 외부에 도출된다.

계속해서, 상기 구성의 증폭형 고체 촬상 디바이스의 회로 동작은 도 10과 도 11의 타이밍 차트를 참조하여 설명한다. 도 10은 수직 영상 기간의 타이밍과 출력 파형을 도시하며, 도 11은 수직 OPB 기간의 타이밍과 출력 파형들을 도시한다.

도 10에 도시된 수직 영상 기간에 있어서, 화소 리셋 전과 화소 리셋 후의 신호들을 분리 캐패시터들(78s, 78n)에서 판독하기 위해, 동작 펄스 신호 Ø OPS는, 동작 스위치들(77s)이 도통 상태에 되도록 수평 블랭킹 기간에서 동작 스위치들(77s)의 게이트 전극들에 우선 인가된다. 계속해서, 수직 주사 펄스 신호 Ø V에 의해 선택된 화소의 리셋 전의 신호들은 캐패시터들(78s)에서 판독되고, 선택된 화소들은 기판 펄스 Ø SUB가 떨어짐에 따라 리셋된다. 그 후에, 동작 펄스 Ø OPN은, 동작 스위치들(77s)이 도통 상태로 되도록 동작 스위치들(77s)의 게이트 전극들에 인가된다. 계속해서, 선택된 화소의 리셋 후의 신호들을 캐패시터들(78n)에서 판독된다.

캐패시터들(78s, 78n)에서 판독되는 화소 리셋 전후의 신호들은, 수평 영상기간에서 수평 시프트 레지스터(81)로부터 출력된 수평 주사 펄스 신호 Ø H에 의해 제어된 수평 스위치들(79s, 79n)이 차례로 도통 상태로 됨에 따라, 수평 신호선들(80s, 80n)을 통해 각각 출력 회로들(83s, 83n)에 인가되고, 화소에서 기인하는 고정 패턴 잡음이 차동 증폭기(87)로부터 제거된 신호 출력 OUT로서 도출된다.

한편, 도 11에 도시된 수직 OPB 기간에 있어서, 수직 OPB 영역(89)의 화소 신호에 화소의 어두운 전류 성분들이 중첩되는 것을 방지하기 위해, 상기한 수직 영상 기간의 동작과는 달리, 수직 주사 펄스 신호 Ø V에 의해 선택된 화소의 어두운 전류에서 기인하는 전하의 리셋 동작은 우선 수평 블랭킹 기간에서 실행된다.

특히, 기판 펄스 Ø SUB가 떨어짐에 따라, 선택된 화소들의 리셋 동작이 실행되고, 그 즉시 동작 스위치들(77s)이 도통 상태가 되도록 제1 동작 스위치들(77s)의 게이트 전극들에 인가된 동작 펄스 Ø OPS가 발생한다. 계속해서, 화소 리셋 후의 신호들은 제1 캐패시터(78s)에 의해 홀딩된다.

또한, 동일한 수평 블랭킹 기간의 동일한 화소 행에 대해, 기판 펄스 Ø Vsub.는 상기 화소들이 다시 리셋되도록 다시 떨어진다. 다음에, 그 직후에 제2 동작 스위치들(77n)의 게이트 전극들에 인가된 동작 펄스 Ø OPN은 동작 스위치들(77n)이 도통 상태가 되도록 발생한다. 계속해서, 화소 리셋 후의 신호들은 캐패시터들(78n)에 의해 홀딩된다. 수평 영상 기간에서는, 전술한 수직 영상 기간과 동일한 동작에 의해, 동작 스위치들(77s, 77n)과 수평 스위치들(79s, 79n)로부터 소자들의 분산들에서만 기인한 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 신호들이, 수직 OPB 기간에서 어두운 전류 성분 신호들을 포함하지 않고, 출력된다.

화소 리셋 전과 화소 리셋 후의 2개의 신호들을 통상의 촬상 동작에서 출력하는 구성의 증폭형 고체 촬상 디바이스에 있어서도, 화소의 표면 전위의 분산 등에서 기인하는 고정 패턴 잡음들을 제거하기 위해, 수직 OPB 기간에서, 수평 블랭킹 기간중에 있는 임의의 화소 행의 화소를 리셋함으로써, 화소 리셋 후의 신호들을 제1 캐패시터(78s)에서 판독하고, 같은 방법으로 동일한 화소 행의 화소를 다시 리낏하고 제2 캐패시터들(78n)에 화소 리셋 후의 신호들을 판독하여, 수평 영상 기간에서 제1 및 제2 캐패시터들(78s, 78n)로부터 각 열에 대해 화소 리셋 전후의 2개의 신호들을 차례로 출력하고 각 신호의 유한 차분을 계산하여, 동작 스위치들(77s, 77n)과 수평 스위치들(79s, 79n)의 임계 전압 Vth의 분산에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위한 정확한 차분 신호를, 화소의 어두운 전류 성분들을 포함하기 않고, 쉽게 얻을 수 있다.

제4 실시예의 고체 촬상 디바이스에 있어서도, 제2 실시예의 변형예의 경우와 같이, 화소 리셋을 1회 행하고 화소 리셋 후의 화소 신호들을 제1 및 제2 캐패시터들(78s, 78n)에 동시에 홀딩하는 변형예가 가능하다. 이 변형된 고체 촬상 디바이스에 있어서, 제4 실시예에서는 통상의 촬상 동작시에 비해 수평 블랭킹 기간중의 화소 리셋 기간이 추가로 필요한 반면, 수평 블랭킹 기간중의 수직 스트링형 고정 패턴 잡음 성분들만을 출력하는 추가적인 기간을 제공할 필요가 없고, 동작의 여유가 감소하지 않는다.

도 12는, 제1 내지 제4 실시예 중의 어느 하나에 따른 증폭형 고체 촬상 디바이스의 신호 처리 회로의 일예를 도시하는 블록도로서, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들은 수직 스트링형 패턴 잡음 성분들만을 출력하는 동작에 의해 얻어진 기준 신호에 근거하여 소거된다.

도 12를 참조하면, 제1 내지 제4 실시예 중의 어느 하나에 따른 증폭형 고체 촬상 디바이스(91)로부터 출력된 기준 신호는 가산기(92)의 한쪽 입력으로서 사용된다. 가산기(92)의 아날로그 출력 신호는 우선 증폭기(93)에 의해 증폭되고 AD 컨버터(94)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 여기서 얻은 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 디지털 기준 신호는 DSP(Digital Signal Processor,95)를 통해 라인 메모리(96)에 기록된다. 라인 메모리(96)에 기록된 데이터는 DA 컨버터(97)에 의해 아날로그 신호로 변환되고 가산기(92)에 다른 입력으로서 사용된다.

상기한 구성의 신호 처리 회로에 있어서, 수평 주사 회로에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위한 기준 신호는 증폭형 고체 촬상 디바이스(91)로부터 얻고, 기준 신호는 증폭기(93)에 의해 증폭된 후, AD 컨버터(94)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 이 디지털 신호는 DSP(95)를 통해 라인 메모리(96)에 기록되고 그 값은 수직 스트링형 고정 패턴 잡음을 대강 소거하기 위해 DA 컨버터(97)를 통해 가산기(92)로 입력된다.

보정된 신호는 증폭기(93)에 의해 다시 증폭되고 AD 컨버터(94)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 보다 고정밀도를 갖는 보정 신호를 발생하기 위해 라인 메모리(96)에 기록된 값을 갖는 디지털 신호의 평균값 처리 등이 행해지고, 보정 신호는 라인 메모리(96)에 기록된다. 이와 같이 기록된 값은 DA 컨버터(97)를 통해 가산기(92)에 입력되어 그에 의해 촬상 디바이스(91)의 출력으로부터 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 제거하는 소거 처리를 행한다. 이와 같은 처리를 반복함으로써, 보정 신호의 정확도는 높아지고 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들은 무시될 정도로 소거된다.

도 13은 본 발명이 적용되는 카메라의 개략 블록도이다. 도 13을 참조하면, 피사체로부터의 광은 촬상 디바이스(102)의 촬상 영역에 입사되기 위해 렌즈(101) 등의 광학계를 통과한다. 촬상 디바이스(102)에 있어서, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음 성분들만을 출력할 수 있는 제1 내지 제4 실시예의 어느 하나에 따른 증폭형 고체 촬상 디바이스가 사용된다. 촬상 디바이스(102)는 구동 회로(103)에 의해 구동된다.

촬상 디바이스(102)가 출력 신호는 신호 처리 회로(104)에서의 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하는 등의 신호 처리를 하는데 필요하다. 신호 처리 회로(104)가 일부로서, 도 12에 도시된 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위한 신호 처리 회로가 사용된다. 촬상 디바이스(12)의 구동 회로(103) 및 신호 처리 회로(104)는 시스템 제어기(105)에 의해 제어된다.

여기서, 제1 또는 제2 실시예에 따른 증폭형 고체 촬상 디바이스가 촬상 디바이스(12)로서 사용되는 경우, 유효 화소 영역의 전체 화소(전체 시각)를 이용한 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 소거 처리가 행해진다. 따라서, 고정밀도의 보정이 실현됨에 따라, 촬상 디바이스(12)는 카메라 등에 유용하다. 또한, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음이 전원 투입 초기에 소거되는 기간을 설정함으로써, 전원 투입시에 보정값이 리프레시(refresh)되고, 고체 촬상 디바이스의 작은 계속된(secular) 변환에 영향을 받지 않고 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들의 소거가 가능해진다.

한편, 제3 또는 제4 실시예에 따른 증폭형 고체 촬상 디바이스가 촬상 디바이스(102)로서 사용되는 경우, 수직 OPB 영역의 복수의 화소들이 작기 때문에, 정밀도는 제1 또는 제2 실시예의 증폭형 고체 촬상 디바이스가 사용된 경우보다 더 낮게된다. 그러나, 보정 처리는 실시간에 행해지기 때문에, 증폭형 고체 촬상 디바이스는 촬상 개시후에 촬상 디바이스의 온도나 처리 회로의 특성의 시간/온도 드리프트(drift)에 대처할 수 있고, 또한, 감시 카메라 등에 유용하다.

도 18은 본 발명이 적용된 또 다른 고체 촬상 디바이스를 도시하는 개략 블록도이다. 도 18을 참조하면, 복수의 화소들(211)이 행들과 열들로 배열되고, 화소(211)의 제어 입력단둘은 행 단위들로 수직 선택선들(212)에 각각 접속되는 반면, 화소들(212)의 출력단들은 열 단위들로 수직 신호선들(21:1)에 각각 접속된다. 화소들(211)로부티, 신호들은 수직 신호선들(213)에 전압들로서 출력된다. 수직 선택선들(212)의 한 측의 단자들은 수직 주사 회로(214)의 각 열의 출력단들에 접속된다. 수직 주사 회로(214)는 시프트 레지스터 등으로 구성되고 수직 주사 펄스 신호 Ø V(Ø V1, ..., Ø Vm, Ø Vm+1, ...)를 차례로 출력한다.

각 수직 신호선들(213)에는 Nch MOS 트랜지스터로 구성된 샘플링 스위치(215, 제1 스위치 수단)의 드레인이 접속된다. 화소 리셋 전의 밝은 상태의 신호 전압과 화소(211)로부터 화소(211) 등의 리셋에 의해 얻어진 어두운 상태의 신호 전압(이하, 나중 신호 전압은 화소 리셋 후의 어두운 상태의 신호 전압으로 한다)을 각각 판독하기 위한 샘플링 펄스 신호 Ø Pg-SH가 샘플링 스위치(215)의 게이트들에 인가된다. 샘플링 스위치(215)의 소스에는, 한 측의 부하 캐패시터(제1 저장 수단)(216)와 더미(dummy) 캐패시터(제2 저장 수단)(217)의 단자들이 접속된다.

MOS 트랜지스터로 구성된 기준 스위치(제2 스위치 수단)(219)는 부하 캐패시터(216)의 다른 단자와 기준 전위 VRef.를 제공하는 기준 전위선(218) 사이에 접속된다. 유사하게, MOS 트랜지스터로 구성된 더미 기준 스위치(제2 스위치 수단)(220)는 더미 캐패시터(217)와 기준 전위선(218) 사이에 접속된다. 기준 펄스 신호 Ø Vg-Ref는 기준 스위치(219)의 게이트에 인가되는 반면, 더미 기준 펄스 신호 Ø Vg-dumy Ref는 더미 기준 스위치(220)의 게이트에 인가된다.

또한, 수직 출력 회로(221)의 입력단은 부하 캐패시터(216)의 다른 단가에 접속된다. 수직 출력 회로(221)의 출력단은 수평 신호선(222)에 접속된다. 수직 출력 회로(221)는, 예를 들면, 도 19에 도시한 바와 같이, 전원 Vdd와 접지 사이에 직렬로 접속된 드라이브 MOS 트랜지스터 Q1 및 부하 MOS 트랜지스터 Q2를 포함하는 소스 폴로워 회로(223)와, 드라이브 MOS 트랜지스터 Q1의 소스와 수평 신호선(222) 사이에 접속된 MOS 트랜지스터로 구성된 수평 선택 스위치(224)로 구성되어 있다. 소스 폴로워 회로(223)에 있어서, 소정의 바이어스 전압 Vg-load는 부하 MOS 트랜지스터 Q2의 게이트에 인가된다.

이 수평 선택 스위치(224)의 게이트는 수평 주사 회로(225)의 각 열의 출력단에 접속된다. 수평 주사 회로(225)는 시프트 레지스터로 구성되고, 수평 선택 스위치들(224)을 차례로 온하기 위한 수평 주사 펄스 신호 Ø H(..., Ø Hn, Ø Hn+l, ...)를 출력한다. 수평 신호선(222)은 수평 출력 회로(226)의 입력단에 접속된다. 수평 출력 회로(226)의 출력단은 CDS(상관 이중 샘플링) 회로(227)의 입력단에 접속된다.

계속해서, 화소들(211)의 특성 분산에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들과 회로의 분산에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 제거하기 위한 상술한 구성을 갖는 본 실시예에 따른 증폭형 고체 촬상 디바이스의 구동 방법을 설명한다.

우선, 신호 전압을 샘플 홀딩하기까지의 동작(t1 내지 t6)은, 도 21을 참조하여 설명한다.

수평 블랭킹 기간에 있어서, 우선 시점 t1에 있어서, 샘플링 펄스 신호 Ø Vg-SH는 "H" 레벨로 되고, 샘플링 펄스 스위치(215)는 온 상태로 된다. 또한, 화소 리셋 전의 밝은 상태의 신호 전압 Vsig1은 샘플링된다. 이 경우, 기준 펄스 신호 Ø Vg-Ref가 "H" 레벨을 갖고 기준 스위치(219)가 온 상태로 됨에 따라, 부하 캐패시터(216)의 출력측 전위는 기준 전위 V-Ref가 된다.

다음에, 시점 t2에 있어서, 샘플링 펄스 신호 Ø Vg-SH는 "L" 레벨로 변환되고 샘플링 펄스 스위치(215)는 오프 상태로 되며, 계속해서, 어두운 상태의 신호 전압 Vsig1은 부하 캐패시터(216)에 의해 홀딩된다. 이 경우, 스위칭에 의해 발생된 잡음 성분 Vα 는, 샘플링 스위치(SH Tr)(215)가 컷오프되는 경우에 부하 캐패시터 (216)에 중첩된다.

다음에, 시점 t3에 있어서, 기준 펄스 신호 Ø Vg-Ref는 "L" 레벨로 변환되고, 이에 응답하여, 기준 스위치(219)는 오프 상태로 된다. 이 경우, 샘플링 스위치(215)가 오프 상태로 됨에 따라, 부하 캐패시터(216)의 입력측은 플로팅 상태로 되고, 기준 스위치(Ref Tr)(219)가 컷오프되는 경우 스위칭에 의한 잡음 성분 Vβ는 부하 캐패시터(216)에 중첩되지 않는다.

다음에, 시점 t4에 있어서, 더미 기준 펄스 신호 Ø Vg-dumy Ref는 "H" 레벨로 변환되고 더미 기준 스위치(220)는 온 상태로 되고, 시점 t5에 있어서, 샘플링 펄스 신호 Ø Vg-SH는 "H" 레벨로 다시 변환되고 샘플링 스위치(215)는 온 상태로 된다. 계속해서, 화소 샘플링후의 어두운 상태의 신호 전압 Vsigd가 샘플링된다.

다음에, 시점 t6에 있어서, 샘플링 펄스 신호 Ø Vg-SH는 "L" 레벨로 변환되고 샘플링 스위치(215)는 오프 상태로 되며, 어두운 상태의 신호 전압 Vsigd는 더미 캐패시터(217)에 의해 홀딩된다. 이 경우, 더미 캐패시터(217)가 샘플링 스위치(215)의 출력측에 접속됨에 따라, 밝은 상태의 신호 전압 Vsig1이 홀딩되는 경우와 마찬가지로, 샘플링 스위치(215)의 스위칭에 의한 잡음 성분 Vα 는 더미 캐패시터(217)에 중첩된다.

이 같은 방식으로, 부하 캐패시터(216)와 더미 캐패시터(217)의 입력측들이 샘플링 스위치(215)의 출력단에 접속되고, 캐패시터들(216, 217)의 출력측들이 기준 스위치들(219, 220)에 의해 기준 전위선(218)에 접속되고, 캐패시터(216)의 출력측은 수직 출력 회로(221)의 입력단에 접속되고, 상술한 절차로 구동됨에 따라(Vsigd-Vsig1+V-Ref)의 상관 이중 샘플링 신호 전압이 부하 캐패시터(216)의 출력측으로부터 도출된다.

즉, 더미 회로(더미 캐패시터(217)와 더미 기준 스위치(220))는 상관 이중 샘플링을 행하기 위해 상관 이중 샘플링 동작을 담당하는 회로(부하 캐패시터(216) 및 기준 스위치(219))에 대칭 관계로 제공되고, 어두운 상태의 신호 전압 Vsig1과 어두운 상태의 신호 전압 Vsigd가 동일한 신호 경로를 따라 판독되어, 화소(211)의 특성의 분산에서 기인하는 고정 패턴 잡음들뿐만 아니라 수직 스트링형 고정 패턴 잡음의 요인이 되는 회로의 특성 분산, 즉 샘플링 스위치(215)의 스위칭에서 기인하는 잡음 성분이 제거된 신호 전압을 얻을 수 있다.

계속해서, 신호 전압을 수평 신호선(222)에 출력하는 동작(t7 내지 t8)을 설명한다.

수평 유효 기간에 있어서, 수평 주사 펄스 신호 Ø H(... , Ø Hn, Ø Hn+1, ...)는 수평 주사 회로(225)로부터 차례로 출력되고, 임의의 열의 수직 출력 회로(221)에서의 수평 선택 스위치(224)(도 19 참조)가 시점 t7에서 온 상태로 된다. 계속해서, 상기 열의 신호 전압(Vsigd-Vsig1+V-Ref)은 수직 출력 회로(221)를 통해 수평 신호선(222)에 출력된다.

다음에, 시점 t8에 있어서, 기준 펄스 신호 Ø Vg-Ref는 "H" 레벨로 변환되고 기준 스위치(219)는 온 상태로 되며, 기준 전위 V-Ref는 수직 출력 회로(221)를 통해 수평 신호선(222)에서 판독된다. 그 결과, 더미 기준 펄스 신호 Ø Vg-dumy Ref는 "L" 레벨로 변환된다. 그러나, 더미 기준 펄스 신호 Ø Vg-dumy Ref는 도 20의 파선으로 표시된 바와 같이 "H" 레벨을 홀딩한다.

이와 같이 수평 신호선(222)에 차례로 판독된 신호 전압(Vsigd-Vsig1+V-Ref)과 기준 전위 V-Ref가 수직 출력 회로(221)를 통과하는 경우, 소스 플로워 회로(도 19 참조)의 오프셋 분산이나 수평 선택 스위치(224)의 스위칭에서 기인하는 잡음 성분이 중첩되고, 여기서 열 사이의 분산을 가지면, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음이 된다.

그러나, 수평 신호선(222)에 차례로 판독된 신호 전압(Vsigd-Vsig1+V-Ref)과 기준 전위 V-Ref가 수평 신호선(222)에 의해 시간축상에서 열 단위로 출력되고 수평 출력 회로(226)를 통과하고, 그 후에 그들간의 유한 차분을 계산하기 위해 CDS 회로(227)에 의해 상관 이중 샘플링이 실행된다. 계속해서, 수직 스트링형 고정 패턴 잡음의 요인이 되는 수직 출력 회로(221)의 열 사이의 회로의 특성의 분산이 제거될 수 있다.

상술한 구성에 의해, 화소들(211)의 특성 분산들에서 기인하는 고정 패턴 잡음들뿐만 아니라 샘플링 스위치들(215)의 스위칭에 의한 잡음 성분들이나, 소스 플로워 회로들(223)(도 19 참조)의 오프셋 분산이나, 수평 선택 스위치들(224)의 스위칭에 의한 잡음 성분들 등의 회로의 특성 분산들에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들이 제거된 신호가 얻어진다.

또한, 도 24를 참조하여 상술한 종래의 증폭형 고체 촬상 디바이스에는, 화소 리셋 전의 밝은 상태의 신호 전압 Vsig1과 화소 리셋 후의 어두운 상태의 신호 전압 Vsigd가 열 단위로 시간축상에 차례로 전송되기 때문에, 밝은 상태의 신호 전압 Vsig1과 어두운 상태의 신호 전압 Vsigd 사이에 시간 마진(margin)이 확보되어야 한다. 그 결과, 수평 주사 회로나 다음 단계의 CDS 회로의 클락 신호의 위상 마진이 충분히 확보될 수 없다.

이와 대조적으로, 본 실시예에 따른 증폭형 고체 촬상 디바이스에서는, 시간축상에서 열 단위로 신호 전압(Vsigd-Vsig1+V-Ref)에 후속하는 것은 기준 전위 V-Ref이기 때문에, 신호 전압(Vsigd-Vsig1+V-Ref)이 판독된 후에, 기준 전위 V-Ref가 판독될 수 있고, 즉 신호 전압(Vsigd-Vsig1+V-Ref)과 기준 전위 V-Ref 사이의 시간 마진을 제공할 필요가 없게된다. 따라서, 증폭형 고체 촬상 디바이스는, 종래의 장치와 비교하여 수평 주사 회로(225)나 CDS 회로(227)에서의 클락 신호의 위상 마진을 충분히 확보할 수 있는 이점을 갖는다.

도 22는 본 발명이 적용되는 또 다른 고체 촬상 디바이스를 도시하는 개략 블록도이다. 상기 고체 촬상 디바이스는 도 16과 도22를 참조하여 전술된 고체 촬상 디바이스의 변형예이고, 도 18과 동등 부분은 동일한 부호로 표시된다.

한편, 선행하는 실시예의 고체 촬상 디바이스는 도 18을 참조하여 설명하고, 기준 펄스 신호 Ø Vg-Ref는 각 열의 기준 스위치들(219)에 공통으로 인가되고, 본 발명의 고체 촬상 디바이스는 각 열마다 서로 다른 기준 펄스 신호Ø Vg-Ref(...,Ø Vg-Ref(n), Ø Vg-Ref(n+1), ...)가 각 행의 기준 스위치들(219)에 제공되는 구성을 하고 있다. 이러한 기준 펄스 신호 Ø Vg-Ref(..., Ø Vg-Ref(n), Ø Vg-Ref(n+1), ...)는, 예를 들면, 수평 주사 회로(225)로부터 출력된다.

본 실시예의 고체 촬상 디바이스의 동작 설명을 위한 타이밍 차트는 도 23에 도시된다. 이 타이밍 차트에 있어서, 시점 t1 내지 t6의 동작, 즉 신호 전압이 샘플 홀딩되기까지의 동작은, 선행 실시예의 고체 촬상 디바이스의 경우와 동일하므로, 그의 중복 설명은 여기서는 생략한다. 또한, 신호 전압이 수평 신호선(222)에 출력되는 것은 이하 설명한다.

수평 유효 기간에 있어서, 수평 주사 펄스 신호 Ø H(..., Ø Hn, Ø Hn+1, ...)는 수평 주사 회로(225)로부터 차례로 출력되고, n열의 수직 출력 회로(221)의 수평 선택 스위치(224)(도 19 참조)는 시점 t7에서 온 상태로 된다. 또한, n행의 신호 전압(Vsigd-Vsig1+V-Ref)은 수직 출력 회로(221)를 통해 수평 신호선(222)에 출력된다.

다음에, 시점 t8에서, n열의 기준 펄스 신호 Ø Vg-Ref(n)은, "H" 레벨로 변환되고 n열의 기준 스위치(219)는 온 상태로 되며, 기준 전압 V-Ref는 수직 출력 회로(221)를 통해 수평 신호선(222)에서 판독된다. 이 경우, 더미 기준 펄스 신호 Ø Vg-dumy Ref가 "H" 레벨 또는 "N" 레벨로 될 지라도, 본 실시예의 고체 촬상 디바이스에 있어서, 무용한 동작이 실행되지 않도록 "H" 레벨을 홀딩한다.

다음에, 시점 t9에 있어서, n열의 수평 주사 펄스 신호 Ø Hn이 사라지고, n+l열의 다른 수평 주사 펄스 신호 Ø Hn+1이 발생되며, n+1열의 수평 선택 스위치(224)는, n+1열의 신호 전압(Vsigd-Vsig1+V-Ref)이 수직 출력 회로(221)를 통해 수평 신호선(222)에서 판독되도록 온된다. 그 후에, (n+l)열의 기준 펄스 신호 Ø Vg-Ref(n+l)은 "H" 레벨로 변환되고 (n+1)열의 기준 스위치(219)는 온 상태로 된다. 따라서, 기준 전위 V-Ref는 (n+l)열의 수직 출력 회로(221)를 통해 수평 신호선(222)에서 판독된다.

그 후에, 동일한 동작이 1라인씩 차례로 행해진다. 이와 같이 수평 신호선(222)에 차례로 판독된 신호 전압(Vsigd-Vslg1+V-Ref)과 기준 전위 V-Ref는 수평 신호선(222)에 의해 시간축상의 열 단위로 차례로 전송되고, 수평 출력 회로(226)를 통해 CDS 회로(227)에 공급된다. 그리고, 그의 유한 차분을 계산하기 위해 상관 이중 샘플링이 행해진다.

상기한 구성에 의해, 선행하는 실시예의 고체 촬상 디바이스의 경우와 유사하게, 화소들(211)의 특성 분산에서 기인하는 고정 패턴 잡음들 뿐만 아니라 샘플링 스위치들(215)의 스위칭에 의한 잡음 성분들이나, 소스 플로워 회로들(223)의 오프셋 분산들이나, 수평 선택 스위치들(224)의 스위칭에 의한 잡음 성분들이 제거된 신호가 얻어진다.

도 18과 도 22를 참조하여 상술한 고체 촬상 디바이스에서, 화소(211)로 부터 신호가 전압으로서 출력되는 동안, 소스 플로워 회로가 드라이브 트랜지스터로서 BCMD 또는 CMD를 이용하여 구성되거나, 용량성 부하 판독 동작을 행하기 위해 상기 소스 플로워 회로의 저항이 캐패시터로 대체된다.

용량성 부하 판독 동작의 경우에서, 부하 캐패시터(216)와 더미 캐패시터(217)는 각각 밝은 상태에서의 판독과 어두운 상태에서의 판독시에 부하로서 이용된다. 그러나, 용량성 부하 동작의 경우, 본 발명의 회로에 대해 밝은 상태나 어두운 상태의 신호가 판독되기 직전에 수직 신호선들(213)을 일정 전위로 리셋하는 수단이 추가로 필요하다.

도 18과 도 22를 참조하여 상술한 고체 촬상 디바이스가 도 13을 참조하여 상술한 카메라의 촬상 디바이스(102)로서 제공되는 경우, 상기 카메라는 화소들의 특성 분산들에서 기인하는 고정 패턴 잡음들뿐만 아니라 회로들의 특성 분산들에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 억제할 수 없다.

본 발명에 대해 지금까지 완전히 설명한 바와 같이, 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않고 발명의 많은 변화와 변형이 만들어 질 수 있는 것을 종래의 통상 기술을 갖는 사람은 분명히 알 수 있을 것이다.

본 발명의 효과는 카메라를 조작하는 사람이 수동 조작을 실행하거나 기계적 셔터를 사용하지 않을 지라도 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들을 소거하기 위한 기준 신호를 쉽게 얻을 수 있다는 것이고, 또 다른 효과는 화소들의 특성 분산들에서 기인하는 고정 패턴 잡음들뿐만 아니라 회로들의 특성 분산들에서 기인하는 수직 스트링형 고정 패턴 잡음들도 억제할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명이 적용된 증폭형 고체 촬상 디바이스의 개략 블록도.

도 2는 도 1의 고체 촬상 디바이스의 동작을 도시하는 타이밍 차트.

도 3은 본 발명이 적용된 또 다른 증폭형 고체 촬상 디바이스의 개략 블록도.

도 4는 도 3의 고체 촬상 디바이스의 동작을 도시하는 타이밍 차트.

도 5는 도 3의 고체 촬상 디바이스의 변형예의 동작을 도시하는 타이밍 차트.

도 6은 본 발명이 적용된 또 다른 증폭형 고체 촬상 디바이스의 개략 블록도.

도 7은 수직 영상 기간에서의 도 6의 고체 촬상 디바이스의 동작을 도시하는 타이밍 차트.

도 8은 수직 OPB 기간에서의 도 6의 고체 촬상 디바이스의 동작을 도시하는 타이밍 차트.

도 9는 본 발명이 적응되는 또 다른 증폭형 고체 촬상 디바이스의 개략 블록도.

도 10은 수직 영상 기간에서의 도 9의 고체 촬상 디바이스의 동작을 도시하는 타이밍 차트.

도 11은 수직 OPB 기간에서의 도 9의 고체 촬상 디바이스의 동작을 도시하는 타이밍 차트.

도 12는 본 발명에 따른 고체 촬상 디바이스가 결합된 신호 처리 회로의 구성예를 도시하는 블록도.

도 13은 본 발명이 적용되는 카메라의 개략 블록도.

도 14는 X-Y 어드레스형 고체 촬상 디바이스의 개략블록도.

도 15는 도 14의 고체 촬상 디바이스의 수평 주사 회로의 신호 경로의 등가 회로도.

도 16A 및 도 16B는 수평 스위치가 캐패시턴스 모델로 대체된 도 15의 신호경로의 등가 회로도.

도 17은 도 14의 고체 촬상 디바이스의 동작을 도시하고 해결될 주제(subject)를 도시하는 타이밍 차트.

도 18은 본 발명이 적용되는 또 다른 고체 촬상 디바이스의 개략 블록도.

도 19는 도 18의 고체 촬상 디바이스의 수직 출력 회로의 구성예를 도시하는 회로도.

도 20은 도 18의 고체 촬상 디바이스의 동작을 도시하는 타이밍 차트.

도 21은 도 18의 고체 촬상 디바이스의 동작을 도시하는 선도.

도 22는 본 발명이 적용되는 또 다른 고체 촬상 디바이스의 개략 블록도.

도 23은 도 22의 고체 촬상 디바이스의 동작을 도시하는 타이밍 차트.

도 24는 보통의 고체 촬상 디바이스를 도시하는 개략 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

15, 35, 55, 75, 112, 214, 304: 수직 주사 회로

21, 41, 61, 81: 수평 시프트 레지스터

22, 42, 62, 82: 타이밍 발생기

91, 102: 촬상 디바이스 96: 라인 메모리

103: 구동 회로 104: 신호 처리 회로

105: 시스템 제어기 225, 309: 수평 주사 회로

Claims

고체 촬상 디바이스(solid state imaging device)에 있어서:

행들과 열들로 배열된 복수의 화소들과;

수직 선택선들에 의해 공통으로 접속된 동일한 행들의 화소들의 제어 전극들을 제어하는 수직 주사 회로와;

동일한 열들의 화소들의 주 전극들이 공통으로 접속된 수직 신호선들을 통해 출력되는 화소 신호들을 행 단위들로 차례로 출력하는 수평 주사 회로와;

상기 수평 주사 회로로부터의 화소 신호들을 외부로 출력하는 출력 회로를 포함하며,

상기 고체 촬상 디바이스는, 상기 화소 신호들이 판독된 후에 상기 화소들이 리셋되는 제1 동작 모드와, 상기 화소들이 리셋된 후에 상기 화소 신호들이 판독되는 제2 동작 모드를 갖고, 상기 제2 동작 모드에서 얻어진 상기 고체 촬상 디바이스의 출력 신호를 기준 신호로서 홀딩(holding)하고, 상기 제1 동작 모드에서, 상기 기준 신호를 이용하여 상기 고체 촬상 디바이스의 출력 신호의 보정 처리(correction processing)를 실행하는, 고체 촬상 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 동작 모드의 처리는 상기 디바이스에 전원이 투입된 초기 단계에서 실행되는, 고체 촬상 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 동작 모드의 처리는 화소부의 수직 광학적 흑(OPB; optical black) 기간에서 실행되는, 고체 촬상 디바이스.
게 1 항에 있어서, 상기 수평 주사 회로는 상기 화소들의 리셋 전의 화소 신호들과 상기 화소들의 리셋 후의 화소 신호들을 각각 저장하는 제1 및 제2 저장 소자들을 가지며, 상기 출력 회로는 상기 제1 및 제2 저장 소자들의 출력 신호들의 유한 차분들(finite differences)이 계산되도록 구성되어 있고, 상기 제2 동작 모드에서, 상기 동일한 화소들에서의 화소들의 리셋 후의 화소 신호들이 상기 제1 및 제2 저장 소자들에 각각 저장되는, 고체 촬상 디바이스.
제 4 항에 있어서, 상기 제2 동작 모드에서, 어떤 화소 행의 상기 화소들이 수평 주사 기간에 리셋된 후에, 상기 화소들의 리셋 후의 신호들이 상기 제1 저장 소자에서 판독되고, 상기 화소 행의 화소들이 다시 리셋되고, 그후 상기 화소들의 리셋 후의 신호들이 상기 제2 저장 소자에서 판독되고, 그후 상기 제1 및 제2 저장 소자들의 신호들이 수평 영상 기간에 차례로 출력되는, 고체 촬상 디바이스.
제 4 항에 있어서, 상기 제2 동작 모드에서, 어떤 화소 행의 상기 화소들이 수평 주사 기간에 리셋된 후에, 상기 화소들의 리셋 후의 신호들이 상기 제1 및 제2 저장 소자들에서 판독되고, 그후 상기 제1 및 제2 저장 소자들의 신호들이 수평 영상 기간에 차례로 출력되는, 고체 촬상 디바이스.
행들 및 열들로 배열된 복수의 화소들과, 수직 선택선들에 의해 공통으로 접속된 동일한 행들의 화소들의 제어 전극들을 제어하는 수직 주사 회로와, 동일한 열들의 화소들의 주 전극들이 공통으로 접속된 수직 신호선들을 통해 출력되는 화소 신호들을 행 단위들로 차례로 출력하는 수평 주사 회로와, 상기 수평 주사 회로로부터의 화소 신호들을 외부로 출력하는 출력 회로를 포함하고, 상기 화소 신호들이 판독된 후에 상기 화소들이 리셋되는 제1 동작 모드와, 상기 화소들이 리셋된 후에 상기 화소 신호들이 판독되는 제2 동작 모드를 갖는 고체 촬상 디바이스의 신호 처리 방법에 있어서:

상기 제2 동작 모드에서 얻어진 상기 고체 촬상 디바이스의 출력 신호를 기준 신호로서 홀딩하는 단계와;

상기 제1 동작 모드에서, 상기 기준 신호를 이용하여 상기 고체 촬상 디바이스의 출력 신호의 보정 처리를 실행하는 단계를 포함하는, 고체 촬상 디바이스의 신호 처리 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 기준 신호는 메모리에 기록되고, 현재 사이클에서 얻어진 상기 기준 신호와 상기 메모리에 기록된 값 사이의 평균값이 계산되어 상기 메모리에 기록되는, 고체 촬상 디바이스의 신호 처리 방법.
카메라에 있어서:

행들 및 열들로 배열된 복수의 화소들과, 수직 선택선들에 의해 공통으로 접속된 동일한 행들의 화소들의 제어 전극들을 제어하는 수직 주사 회로와, 동일한 열들의 화소들의 주 전극들이 공통으로 접속된 수직 신호선들을 통해 출력되는 화소 신호들을 행 단위들로 차례로 출력하는 수평 주사 회로와, 상기 수평 주사 회로로부터의 화소 신호들을 외부로 출력하는 출력 회로를 포함하고, 상기 화소 신호들이 판독된 후에 상기 화소들이 리셋되는 제1 동작 모드와, 상기 화소들이 리셋된 후에 상기 화소 신호들이 판독되는 제2 동작 모드를 갖는 고체 촬상 디바이스와;

상기 고체 촬상 디바이스의 촬상 영역에 입사광을 유도하는 광학계와;

상기 제2 동작 모드에서 얻어진 상기 고체 촬상 디바이스의 출력 신호를 기준 신호로서 홀딩하고, 상기 제1 동작 모드에서, 상기 기준 신호를 이용하여 상기 고체 촬상 디바이스의 출력 신호의 보정 처리를 실행하는 신호 처리 회로를 포함하는, 카메라.
고체 촬상 디바이스에 있어서:

행들 및 열들로 배열된 복수의 화소들과;

각각의 열들에 제공되고 상기 복수의 화소들의 출력단들이 열 단위들로 접속된 수직 신호선에 접속된 제1 단자를 갖는 제1 스위치 수단과;

각각의 열들에 제공되고 상기 제1 스위치 수단의 제2 단자에 공통으로 접속된 제1 단자들을 갖는 제1 및 제2 저장 수단과;

각각의 열들에 제공되고 상기 제1 및 제2 저장 수단의 제2 단자들과 기준 전위점과의 사이에 접속된 제2 및 제3 스위치 수단과;

각각의 열들에 제공되고 상기 제1 저장 수단의 상기 제2 단자와 수평 신호선 사이에 접속된 수평 선택 스위치를 포함하는 수직 출력 회로를 포함하는, 고체 촬상 디바이스.
제 10 항에 있어서, 상기 수직 출력 회로는, 그 입력단에서 상기 제1 저장 수단의 상기 제2 단자에 접속된 소스 폴로워 회로(source follower circuit)와, 상기 제1 소스 폴로워 회로의 출력단과 상기 수평 신호선 사이에 접속된 수평 선택 스위치를 포함하는, 고체 촬상 디바이스.
제 10 항에 있어서, 상기 수직 출력 회로에 의해 상기 수평 신호선에서 차례로 판독되는 2개의 신호들 사이의 유한 차분을 계산하는 회로를 더 포함하는, 고체 촬상 디바이스.
행들과 열들로 배열된 복수의 화소들과, 각각의 열들에 제공되고 상기 복수의 화소들의 출력단들이 열 단위들로 접속된 수직 신호선에 접속된 제1 단자를 갖는 제1 스위치 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제1 스위치 수단의 제2 단자에 공통으로 접속된 제1 단자들을 갖는 제1 및 제2 저장 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제1 및 제2 저장 수단의 제2 단자들과 기준 전위점 사이에 접속된 제2 및 제3 스위치 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제1 저장 수단의 상기 제2 단자와 수평 신호선 사이에 접속된 수평 선택 스위치를 포함하는 수직 출력 회로를 포함하는 고체 촬상 디바이스의 구동 방법에 있어서:

수평 블랭킹 기간에서, 상기 제2 스위치 수단이 온 상태인 동안, 밝은 상태의 신호를 샘플링하기 위해 상기 제1 스위치 수단을 턴 온시키고, 그후 상기 밝은 상태의 신호를 상기 제1 저장 수단에 홀딩하기 위해 상기 제1 스위치 수단을 턴 오프시키는 단계와;

상기 제2 스위치 수단을 턴 오프시키고, 그후 오프 상태인 상기 제3 스위치 수단을 턴 온시키는 단계와;

어두운 상태의 신호를 샘플링하기 위해 상기 제1 스위치 수단을 다시 턴 온시키고, 그후 상기 어두운 상태의 신호를 상기 제2 저장 수단에 홀딩하기 위해 상기 제1 스위치 수단을 다시 턴 오프시키는 단계와,

수평 유효 기간에서, 상기 제1 저장 수단의 출력측의 전압을 상기 수평 신호선에서 판독하기 위해 상기 수평 선택 스위치를 턴 온시키고, 그후 기준 전위를 상기 수평 신호선에서 판독하기 위해 상기 제2 스위치 수단을 턴 온시키는 단계를 포함하는, 고체 촬상 디바이스의 구동 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 수평 신호선에 의해 시간축 상에서 차례로 전송되는 기준 전위와 상기 제1 저장 수단의 출력측 전압 사이의 유한 차분을 계산하는 단계를 더 포함하는, 고체 촬상 디바이스의 구동 방법.
카메라에 있어서:

행들 및 열들로 배열된 복수의 화소들과, 각각의 열들에 제공되고 상기 복수의 화소들의 출력단들이 열 단위들로 접속된 수직 신호선에 접속된 제1 단자를 갖는 제1 스위치 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제1 스위치 수단의 제2 단자에 공통으로 접속된 제 1단자들을 갖는 제1 및 제2 저장 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제1 및 제2 저장 수단의 제2 단자들과 기준 전위점 사이에 접속된 제2 및 제3 스위치 수단과, 각각의 열들에 제공되고 상기 제1 저장 수단의 상기 제2 단자와 수평 신호선 사이에 접속된 수평 선택 스위치를 포함하는 수직 출력 회로를 포함하는 고체 촬상 디바이스와;

상기 고체 촬상 디바이스를 구동하는 구동 회로와;

상기 수평 신호선에 의해 시간축 상에서 차례로 전송되는 기준 전위와 상기 제1 저장 수단의 출력측 전압 사이의 유한 차분을 계산하는 신호 처리 회로와;

상기 고체 촬상 디바이스의 촬상 영역에 입사광을 유도하는 광학계를 포함하는, 카메라.
제 15 항에 있어서, 상기 구동 회로는, 수평 블랭킹 기간에서, 상기 제2 스위치 수단이 온 상태인 동안, 밝은 상태의 신호를 샘플링하기 위해 상기 제1 스위치 수단이 먼저 턴 온되고, 그후 상기 밝은 상태의 신호를 상기 제1 저장 수단에 홀딩하기 위해 상기 제1 스위치 수단이 턴 오프되고, 상기 제2 스위치 수단이 오프되고, 그후 오프 상태에 있는 상기 제3 스위치 수단이 턴 온되고, 그후 어두운 상태의 신호를 샘플링하기 위해 상기 제1 스위치 수단이 다시 턴 온되고, 그후 상기 어두운 상태의 신호를 상기 제2 저장 수단에 홀딩하기 위해 상기 제1 스위치 수단이 다시 턴 오프되고, 그 후에, 수평 유효 기간에서, 상기 제1 저장 수단의 출력측 전압을 상기 수평 신호선에서 판독하기 위해 상기 수평 선택 스위치가 턴 온되고, 그후 기준 전위를 상기 수평 신호선에거 판독하기 위해 상기 제2 스위치 수단이 턴온되도록 구성되는, 카메라.