KR20050077790A - 증폭형 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

증폭형 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

복수의 화소를 각각 포함하는 복수의 화소군[X(n)]이 설정되고, 스위칭된 커패시터 증폭부는 화소군에 대응하여 각각 제공된다. 각 스위칭된 커패시터 증폭부는 대응하는 화소군[X(n)]의 전송 트랜지스터의 출력 단자가 공통적으로 접속되는 전하 검출 노드, 증폭부, 리셋 트랜지스터, 제 1 커패시턴스 소자, 및 선택 트랜지스터를 구비한다. 스위칭된 커패시터 증폭부에 공통인 부하부가 제공된다. 부하부는 스위칭된 커패시터 증폭부의 증폭부와 결합되어, 각각 반전 증폭기를 구성한다. 상기 구성에 의해, 노이즈가 감소된, 고화질의 이미지를 얻을 수 있고, 화소당 트랜지스터 총수가 삭감되어, 화소 사이즈를 감소시킬 수 있다.

Description

증폭형 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법{Amplification Type Solid-State Image Pickup Device and Driving Method Therefor}
본 발명은 증폭형 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 광전 변환 소자와 이 광전 변환 소자의 신호 전하를 전송하는 전송 트랜지스터를 각각 구비하는 복수의 화소를 포함하며, 상기 각 화소로부터 나온 신호가 증폭되어 상기 화소에 대하여 공통 신호선에 출력되는 증폭형 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 증폭 기능이 제공된 화소부와 상기 화소부 주변에 배치된 주사 회로를 구비하고, 화소 데이터가 주사 회로에 의해 화소부로부터 판독되는 증폭형 고체 촬상 장치가 널리 보급되어 있다. 특히, 화소부를 주변 구동 회로 및 신호 처리 회로에 일체화시키는데 유리한 CMOS(상보형 금속 산화막 반도체)로 형성된 APS(능동 화소 센서)형 이미지 센서가 공지되어 있다.
상기 APS형 이미지 센서는 일반적으로 하나의 화소내에 광전 변환부, 증폭부, 화소 선택부, 및 리셋부를 포함한다. 따라서, APS형 이미지 센서를 구성하기 위해서는, 통상 포토다이오드(PD)로 이루어지는 광전 변환부 이외에 3 내지 4개의 MOS 트랜지스터(Tr)가 이용된다.
상술된 바와 같이 화소당 3 내지 4개의 MOS 트랜지스터를 제공하면, 화소 사이즈의 소형화에 제약이 된다. 따라서, 최근에, 도 12에 도시된 바와 같이, 1화소당 트랜지스터의 개수를 감소시키는 기술이 제안되어왔다(예컨대, JP H09-46596A 참조).
도 12에 도시된 증폭형 고체 촬상 장치는 포토다이오드(101) 및 전송 트랜스터(102)로 각각 이루어진 복수의 화소를 구비하고, 열 방향으로 배치된 복수의 화소에 대해 공통의 전하 검출 노드(108), 리셋 트랜지스터(131), 증폭용 트랜지스터(132), 및 선택 트랜지스터(133)를 더 구비한다. 정전류 부하 트랜지스터(134)는 수직 신호 선(135)과 접지 사이에 삽입된다. 모든 전송 트랜지스터(102, 131, 132, 및 133)는 n채널 트랜지스터이고, 각각 게이트 구동 신호의 하이(High) 또는 로우(Low)에 따라 온, 오프된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 기간(T1)에서, 리셋 트랜지스터(131)에 인가되는 게이트 구동 신호[φR(m)]가 하이 레벨로 되고, 게이트 하의 전위가 더 깊게 되어, 전하 검출 노드(108)에서 리셋 트랜지스터(131)의 드레인 측으로 전하가 이동하고 , 전하 검출 노드(108)의 전압이 전원 전압(VDD)(리셋 전압)으로 리셋된다.
다음 기간(T2)에서, 게이트 구동 신호[φR(m)]가 로우 레벨로 되어, 리셋 트랜지스터(131)가 오프-상태로 된다. 한편, 선택 트랜지스터(133)에 인가되는 게이트 구동 신호[φS(m)]는 하이 레벨로 되기 때문에, 상기 리셋 레벨은 증폭용 트랜지스터(132)와 온-상태의 선택 트랜지스터(133)를 통해 수직 신호선(135)으로 판독된다. 이 경우, 증폭용 트랜지스터(132)와 정전류 부하 트랜지스터(134)는 소스 폴로어 회로를 구성한다.
다음 기간(T3)에서, 게이트 구동 신호[φS(m)]가 로우 레벨로 되어, 선택 트랜지스터(133)가 오프-상태로 된다. 한편, 제 m행의 제 1 라인의 전송 트랜지스터(102)에 인가되는 게이트 구동 신호[φT(m, 1)]는 하이 레벨로 되기 때문에, 게이트 하의 전위가 더 깊어져, 제 m행의 제 1 라인의 포토다이오드(101)에 축적된 신호 전하(전자)는 전하 검출 노드(108)로 전송된다.
다음 기간(T4)에서, 게이트 구동 신호[φT(m, 1)]가 로우 레벨로 되어, 제 m행의 제 1 라인의 전송 트랜지스터(102)는 오프-상태로 되고, 전하 검출 노드(108)는 신호 전하 전송시의 전압으로 유지된다. 한편, 게이트 구동 신호[φS(m)]가 하이 레벨로 되기 때문에, 제 m행의 신호 레벨은 증폭용 트랜지스터(132)와 ON-상태의 선택 트랜지스터(133)를 통해 수직 신호선(135)으로 판독된다.
1 수평 주사 기간(1H 기간) 후, 제 m행의 제 2 라인의 화소에 대하여, 제 m행의 제 2 라인의 포토다이오드(101)로부터 나온 신호 전하는 제 m행의 제 2 라인의 전송 트랜지스터(102)를 통해 리셋 트랜지스터(131), 증폭용 트랜지스터(132), 및 선택 트랜지스터로 안내된다. 이후, 상기 기간 T1에서 T4까지의 동작과 동일한 동작이 수행된다.
이 제안된 증폭형 고체 촬상 장치에서, 예컨대, 2개의 화소당 1개의 공통부[즉, 전하 검출 노드(108), 리셋 트랜지스터(131), 증폭용 트랜지스터(132), 및 선택 트랜지스터(133)]가 제공된다는 가정은 화소당 2.5개의 트랜지스터와 등가이다. 또한, 각각 4개의 화소에 제공되는 하나의 공통부는 화소당 1.75개의 트랜지스터와 등가이다. 따라서, 화소당 3 내지 4개의 MOS 트랜지스터로 구성되는 일반적인 APS형 이미지 센서에 비해, 화소당 트랜지스터의 수는 감소된다.
그러나, JP H09-46596A의 기술에서는, 후술되는 바와 같은 문제가 발생한다. 즉, 공통 전하 검출 노드(108)의 용량이 CFD이면, 포토다이오드(101)로부터 나온 신호 전하(Qsig)가 전압 신호(Vsig)로 변환되는 전하-전압 변환 효율()은
=GㆍVsig/Qsig=G/CFD이며,
여기서, G는 증폭용 트랜지스터(132)와 정전류 부하 트랜지스터(134)로 구성되는 소스 폴러워 회로의 이득이고, 일반적으로 1보다 작다.
이 식으로부터 명백하듯이, 용량(CFD)은 전하-전압 변환 효율()을 증가시키기 위해서 감소될 필요가 있다. 상기 공통 전하 검출 노드(108)의 용량(CFD)은 전하 검출 노드(108)에 접속된 복수의 전송 트랜지스터(102)의 드레인측 접합 용량, 증폭용 트랜지스터(132)의 게이트 용량, 및 리셋 트랜지스터(131)의 노드측 접합 용량의 전체 합이다. 따라서, 용량(CFD)은 공통 전하 검출 노드(108)에 접속된 화소[포토다이오드(101) 및 전송 트랜지스터(102)]의 수를 증가시킴에 따라 증가하여, 전하-전압 변환 효율()이 감소하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 노이즈가 감소된 고화질 이미지를 얻고 화소당 트랜지스터 수를 감소시켜 화소 사이즈를 최소화시킬 수 있는 증폭형 고체 촬상 장치뿐만 아니라 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 광전 변환 소자와 이 광전 변환 소자의 신호 전하를 전송하는 전송 트랜지스터를 구비하는 복수의 화소를 구비하고, 상기 각 화소로부터의 신호를 증폭하여 상기 각 화소에 대하여 공통 신호선에 출력하는 증폭형 고체 촬상 장치에 있어서,
복수의 화소로 각각 이루어지는 복수의 화소군이 설정되며,
상기 각 화소군에 대응하여 각각 스위칭된 커패시터 증폭부가 제공되며,
상기 각 스위칭된 커패시터 증폭부는, 상기 화소군 중 대응하는 하나의 군의 전송 트랜지스터의 출력 단자가 공통으로 접속된 전하 검출 노드와, 상기 전하 검출 노드상의 신호를 입력하는 증폭부와, 상기 전하 검출 노드와 상기 증폭부의 출력 단자 사이에 접속된 리셋 트랜지스터와, 상기 전하 검출 노드와 상기 증폭부의 출력 단자 사이에 접속된 제 1 커패시터 소자와, 상기 증폭부의 출력 단자와 상기 신호선 사이에 접속된 선택 트랜지스터를 구비하고,
상기 신호선과 소정 전위의 전원 사이에, 상기 스위칭된 커패시터 증폭부의 증폭부와 조합되어 각각 반전 증폭기를 구성하도록, 상기 스위칭된 커패시터 증폭부에 대하여 공통의 부하부가 접속되어 있다.
이 명세서에 "접속되어 있는"이라는 용어는 전기적으로 접속되어 있는 것을 의미한다.
본 발명의 증폭형 고체 촬상 장치에 있어서, 상기 트랜지스터와 상기 스위칭된 커패시터 증폭부는 상기 각 화소군에서 각 화소마다 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통해 신호를 판독하는 동작을 반복하도록 적절히 제어되는 것에 의해, 각 화소로부터의 신호가 증폭되어 상기 신호선에 출력될 수 있다(후술될 것이다). 본 발명의 증폭형 고체 촬상 장치에 따르면, 상기 스위칭된 커패시터 증폭부(증폭부를 포함함)가 각 화소군에 포함된 복수의 화소에 공통이기 때문에, 화소당 트랜지스터의 수는 감소될 수 있다. 더욱이, 상기 스위칭된 커패시터 증폭부에 상기 부하부가 공통으로 제공되기 때문에, 상기 부하부는 각 스위칭된 커패시터 증폭부가 제공되는 경우에 비해 스위칭된 커패시터 증폭부의 구조는 단순화된다. 따라서, 화소당 트랜지스터의 수는 더 감소될 수 있다. 또한, 상기 증폭부는 상기 스위칭된 커패시터 형이기 때문에, 상기 전하 검출 노드의 용량을 실효적으로 저감하는 것이 가능해져, 전하 전압 변환 효율을 높일 수 있다. 따라서, 노이즈가 작은 고화질의 화상을 얻을 수 있다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 광전 변환 소자는 매립형 포토다이오드이다.
여기서, "매립형 포토다이오드"는 반도체 기판의 표면으로부터 분리된 반도체 중에 pn 접합을 형성하여, 광검출부의 표면에서 발생되는 암전류를 판독하지 않도록 한 포토다이오드를 지시한다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 광전 변환 소자가 매립형 포토다이오드이기 때문에, 포토다이오드에 축적된 전하는 소실되지 않고 전송된다. 따라서, 노이즈를 감소시키고 고화질의 이미지를 얻는 것이 가능해진다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 부하부는 정전류 부하로서 동작하는 트랜지스터를 포함한다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 증폭부와 부하부는 정전류 부하형 반전 증폭기를 구성하여, 증폭형 고체 촬상 장치가 안정적으로 동작한다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 부하부는 반도체에 불순물을 확산시킨 확산층을 포함한다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 부하부는 반도체에 불순물을 확산시킨 확산층을 포함하기 때문에, 상기 부하부는 비교적 고저항으로 형성된다. 이 경우에도, 상기 증폭부와 부하부는 반전 증폭기를 구성하여, 증폭형 고체 촬상 장치가 안정적으로 동작한다.
상기 각 스위칭된 커패시터 증폭부의 접지 단자는, 전체 화소 공통의 차광용 배선 패턴으로 구성되어 있다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 증폭부와 부하부는 캐스코드형 반전 증폭기를 구성한다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 증폭부와 부하부는 캐스코드형 반전 증폭기를 구성하기 때문에, 정전류 부하 소스 접지형에 비해, 이득은 커진다. 따라서, 더욱 전하 전압변환 효율을 더 높일 수 있어서, 노이즈가 작은 고화질의 화상을 얻을 수 있다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치는 상기 각 화소군에서 각 화소마다 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통해 신호를 판독하는 동작을 반복하도록, 상기 전송 트랜지스터와 상기 스위칭된 커패시터 증폭부를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 제어부는 상기 각 화소군에서 각 화소마다 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통해 신호를 판독하는 동작을 반복하도록, 상기 전송 트랜지스터와 상기 스위칭된 커패시터 증폭부를 제어한다. 따라서, 각 화소로부터의 신호가 증폭되어 신호선에 출력될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 발명의 증폭형 고체 촬상 장치를 구동하는 증폭형 고체 촬상 장치의 구동방법이 제공되며, 이 구동 방법은:
상기 스위칭된 커패시터 증폭부의 리셋 트랜지스터를 온하여 리셋 동작을 수행하는 제 1 단계;
상기 제 1 단계 후에, 상기 선택 트랜지스터를 온하고, 상기 리셋 트랜지스터를 오프하여 리셋 레벨만의 판독 동작을 수행하는 제 2 단계;
상기 제 2 단계 후에, 상기 화소의 전송 트랜지스터를 온하여, 상기 화소로부터 상기 스위칭된 커패시터 증폭부까지 전하 전송을 수행하는 제 3 단계; 및
상기 제 3 단계 후에, 상기 전송 트랜지스터를 오프하고, 상기 선택 트랜지스터를 온하여, 신호 레벨의 판독 동작을 수행하는 제 4 단계를 포함하며,
상기 각 화소군에서 각 화소마다 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계의 동작이 반복된다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치는:
상기 전하 검출 노드에 일단자가 접속된 제 2 커패시턴스 소자: 및
상기 제 2 커패시턴스 소자의 타단자에 접속되어, 상기 제 2 커패시턴스 소자를 통한 용량 결합에 의해 상기 전하 검출 노드의 전위를 깊게 하기 위한 제 1 승압 수단을 더 포함한다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 제 1 승압 수단에 의해 상기 제 2 커패시턴스 소자를 통한 용량 결합으로 상기 전하 검출 노드의 전위가 깊게 되는 것에 의해, 상기 광전 변환 소자에서 전하 검출 노드로의 전하 전송이 촉진된다. 따라서, 더욱 노이즈를 더 감소시킬 수 있고, 고화질의 화상을 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 증폭형 고체 촬상 장치를 구동하는 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 방법이 제공되며, 이 구동 방법은:
상기 스위칭된 커패시터 증폭부의 리셋 트랜지스터를 온하여 리셋 동작을 수행하는 제 1 단계;
상기 제 1 단계 후에, 상기 선택 트랜지스터를 온하고, 상기 리셋 트랜지스터를 오프하여 리셋 레벨만의 판독 동작을 수행하는 제 2 단계;
상기 제 2 단계 후에, 상기 제 1 승압 수단에 의해 상기 제 2 커패시턴스 소자를 통한 용량 결합으로 상기 전하 검출 노드의 전위가 깊어지는 상태로, 상기 화소의 전송 트랜지스터를 온하여, 상기 화소로부터 상기 스위칭된 커패시터 증폭부까지 전하 전송을 수행하는 제 3 단계; 및
상기 제 3 단계 후에, 상기 전송 트랜지스터를 오프하고, 상기 선택 트랜지스터를 온하여, 신호 레벨의 판독 동작을 수행하는 제 4 단계를 포함하며,
상기 각 화소군에서 각 화소마다 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계의 동작이 반복되는 것에 의해, 상기 화소군의 각 광전 변환 소자로부터 신호가 판독된다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 스위칭된 커패시터 증폭부에 포함된 상기 리셋 트랜지스터 및 제 1 커패시턴스 소자의, 상기 전하 검출 노드에 접속된 단자와는 반대측의 단자는 상기 증폭부의 출력 단자 대신에 상기 신호선에 접속되어 있고,
증폭형 고체 촬상 장치는 상기 신호선에 접속되어, 상기 제 1 커패시턴스 소자를 통한 용량 결합으로 상기 전하 검출 노드의 전위를 깊게 하기 위한 제 2 승압 수단을 더 포함한다.
제 1 실시형태의 증폭형 고체 촬상 장치에서, 상기 제 2 승압 수단에 의해 상기 제 1 커패시턴스 소자를 통한 용량 결합으로 상기 전하 검출 노드의 전위가 깊게되는 것에 의해, 상기 광전 변환 소자에서 전하 검출 노드로의 전하 전송이 촉진된다. 따라서, 더욱 노이즈를 더 감소시킬 수 있고, 고화질의 화상을 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 증폭형 고체 촬상 장치를 구동하는 증폭형 고체 촬상 장치 구동 방법이 제공되며,
상기 스위칭된 커패시터 증폭부의 리셋 트랜지스터를 온하여 리셋 동작을 수행하는 제 1 단계;
상기 제 1 단계 후에, 상기 선택 트랜지스터를 온하고, 상기 리셋 트랜지스터를 오프하여 리셋 레벨만의 판독 동작을 수행하는 제 2 단계;
상기 제 2 단계 후에, 상기 제 2 승압 수단에 의해 상기 제 1 커패시턴스 소자를 통한 용량 결합으로 상기 전하 검출 노드의 전위가 깊어지는 상태로, 상기 화소의 전송 트랜지스터를 온하여, 상기 화소로부터 상기 스위칭된 커패시터 증폭부까지 전하전송을 수행하는 제 3 단계; 및
상기 제 3 단계 후에, 상기 전송 트랜지스터를 오프하고, 상기 선택 트랜지스터를 온하여, 신호 레벨의 판독 동작을 수행하는 제 4 단계를 포함하며,
상기 각 화소군에서 각 화소마다 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계의 동작이 반복된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 소형, 고성능 이미지 센서의 형성하는데 크게 이용된다.
본 발명은 이하에 제공되는 상세한 설명과 예시로만 제공되고 본 발명을 한정하지 않는 첨부 도면으로부터 더 완전히 이해될 것이다.
이하, 본 발명의 증폭형 고체 촬상 장치 및 그 구동 방법은 첨부 도면에 도시된 실시형태를 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 일부를 나타내는 회로도이다. 이 2차원 증폭형 고체 촬상 장치는 광전 변환 소자로서의 매설형 포토다이오드와 상기 포토다이오드(1)의 신호 전하를 전송하는 전송 트랜지스터(2)를 각각 구비한 복수의 화소(10)를 구비하고 있다. 그 화소(10)는 매트릭스로 2차원 배열되고, 각 열에서 k개(여기서, k≥2)의 화소로 이루어지는 화소군[X(n-1), X(n), X(n+1), …](이하, 적절히 화소군(X)으로 총칭함)으로 나누어진다. 도 1은 간단히 하기 위해서 1 열(이 예에서는 제 1 열)내의 n번째 화소군[X(n)](여기서, n≥2)만을 상세히 나타낸다. 그런 화소군(X)은 열과 행 방향으로 각각 복수 설정되어 있다.
각 화소군(X)은 그 화소군에 속한 각 전송 트랜지스터(2)의 출력 단자가 공통으로 접속되어 전하 검출 노드(8)를 형성시킴으로써 정의된다. 전하 검출 노드(8)의 용량은 용량(CFD)으로 표시된다. 전하 검출 노드(8)는 화소군(X) 사이에서 서로 분리되어 있다.
참조 부호[T(n, 1), T(n, 2), …, T(n, k)]는 화소군[X(n)]에 속하는 각 전송 트랜지스터(2)를 위한 게이트 구동 신호선을 나타내고, 제어부(90)에 의해 게이트 구동 신호[φT(n, 1), φT(n, 2), …, φT(n, k)]는 그것에 각각 인가된다.
또한, 스위칭된 커패시터 증폭부(20)는 화소군(X)에 대응하여 각각 제공된다. 각 스위칭된 커패시터 증폭부(20)는 대응하는 화소군(X)과 상기 화소군(X)이 속하는 열에 대하여 공통의 수직 신호선(11) 사이에 각각 삽입된다.
상기 스위칭된 커패시터 증폭부(20)는 대응하는 화소군(X)[이하, X(n)에 주목하여 설명한다]의 각 전송 트랜지스터(2)의 출력 단자가 공통으로 접속된 전하 검출 노드(8), 전하 검출 노드(8) 상의 신호가 입력되는 증폭부로서의 증폭 트랜지스터(3), 전하 검출 노드(8)와 증폭 트랜지스터(3)의 출력 단자(30) 사이에 접속된 리셋 트랜지스터(6), 전하 검출 노드(8)와 증폭 트랜지스터(3)의 출력 단자(30) 사이에 접속된 제 1 커패시턴스 소자로서의 커패시터(7)[그 용량은 Cin으로 나타낸다], 및 증폭 트랜지스터(3)의 출력 단자(30)와 수직 신호선(11) 사이에 접속된 선택 트랜지스터(5)를 구비한다.
참조 부호[R(n)]는 리셋 트랜지스터(6)를 위한 게이트 구동 신호선을 나타내고, 제어부(90)에 의해 게이트 구동 신호[φR(n)]는 그것에 인가된다.
참조 부호[S(n)]는 선택 트랜지스터(5)를 위한 게이트 구동 신호선을 나타내고, 제어부(90)에 의해 게이트 구동 신호[φS(n)]는 그것에 인가된다.
부하부(21)는 수직 신호선(11)과 전압(VDD)의 전원 사이에 삽입되어 접속된다. 부하부(21)에서, 정전류 부하 트랜지스터(4)는 1열(이 경우에서, 제 1 열)에 대응하는 각 스위칭된 커패시터 증폭부(20)의 증폭 트랜지스터(3)에 대하여 공통의 부하 역할을 한다. 이 경우에, 부하부(21)는 정전류 부하 트랜지스터(4)에 의해 구현된다.
동작시에, 정전류 부하 트랜지스터(4)를 통해 정전류를 흘리기 위한 일정한 바이어스 전압(Bias_p)이 그의 게이트에 인가된다. 따라서, 증폭 트랜지스터(3)와 정전류 부하 트랜지스터(4)는 정전류 부하형 소스-접지 반전 증폭기를 구성한다. 이후, 증폭 트랜지스터(3), 정전류 부하 트랜지스터(4), 및 커패시터(7)는 스위칭된 커패시터 증폭기를 구성한다. 게다가, 부하부(21)는 정전류 부하 트랜지스터(4)를 가질 필요없고, 부하부(21)가 고저항에서도 확산층 등으로 형성되더라도 동일한 목적이 얻어질 수 있다. 또한, 증폭 트랜지스터의 접지 단자는 각 화소 공통의 차광 금속으로 배선될 수 있다.
참조 부호[C(n)]는 승압 신호선을 나타내고, 제어부(90)에 의해 승압 신호[φC(n)]는 그것에 인가된다. 이 승압 신호선[C(n)]과 전하 검출 노드(8) 사이에, 제 2 커패시턴스 소자로서의 커패시터(9)[그 용량은 용량(Cup)으로 표시된다]가 접속되어 있다. 동작시, 승압 신호[φC(n)]는 제어부(90)에 의해 소정의 타이밍에서 고전압으로 상승된다. 따라서, 승압 신호선[C(n)]과 제어부(90)는 제 1 승압 수단 역할을 하여, 전하 검출 노드(8)의 전위는 커패시터(9)를 통한 용량 결합에 의해 깊어질 수 있다.
도 2는 제어부(90)의 제어에 의한 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 동작 타이밍을, 화소군[X(n)] 및 그에 대응하는 스위칭된 커패시터 증폭부(20)에 주목해서 나타낸다.
기간(T1)에서, 선택 게이트(5)에 인가되는 게이트 구동 신호[φS(n)]는 하이 레벨로 되고, 리셋 트랜지스터(6)에 인가되는 게이트 구동 신호[φR(n)]는 하이 레벨로 되며, 그 트랜지스터(5, 6)는 온-상태가 된다. 결과적으로, 증폭 트랜지스터(3)와 정전류 부하 트랜지스터(4)로 구성되는 정전류 부하형 소스-접지 반전 증폭기의 동작에 의해, 전하 검출 노드(8)의 전압은 정전압(Vo)(리셋 레벨)으로 리셋된다.
상기 리셋 레벨(Vo)은 다음과 같이 정의된다. 즉, 상술한 바와 같이 트랜지스터(5, 6)가 온되어 단락될 경우, 증폭 트랜지스터(3)와 정전류 부하 트랜지스터(4)로 구성되는 정전류 부하형 소스-접지 반전 증폭기의 회로는 도 3에 도시된 바와 같이 표현된다. 여기서, 이 반전 증폭기의 입력은 Vin이고 그 출력은 Vout이며, 또한 도 4에 도시된 바와 같이 이 반전 증폭기의 특성은 F1인 것을 가정한다. 트랜지스터(5, 6)가 온되어 단락될 경우, Vout=Vin이 되므로, 리셋 레벨(Vo)은 특성(F1)과 Vout=Vin인 직선의 교점으로서 정의된다.
다음의 기간(T2)에서, 게이트 구동 신호[φR(n)]가 로우 레벨로 되어, 리셋 트랜지스터(6)은 오프-상태가 된다. 한편, 게이트 구동 신호[φS(n)]는 하이 레벨로 되고, 선택 트랜지스터(5)는 온-상태가 된다. 따라서, 전하 검출 노드(8)의 전압을 반전 증폭된 출력, 즉 상기 리셋 레벨(Vo)은 온-상태의 선택 트랜지스터(5)를 통해 수직 신호선(11)으로 판독된다.
다음의 기간(T3)에서, 게이트 구동 신호[φS(n)]가 로우 레벨로 되어, 선택 트랜지스터(5)는 오프 상태가 된다. 여기서, 게이트 구동 신호 [φT(n, 1)]가 하이 레벨로 되고, 화소군[X(n)] 내에서 첫번째 화소(10)의 전송 트랜지스터(2)는 온 상태가 된다. 첫번째 화소(10)의 포토다이오드(1)에 축적된 신호 전하가 온 상태의 전송 트랜지스터(2)를 통해 전하 검출 노드(8)에 전송된다. 더욱이, 게이트 구동 신호[φT(n,1)]에 동기하여, 승압 신호[φC(n)]가 하이 레벨로 된다. 이것에 의해, 커패시터(9)[그 용량(Cup)]를 통한 용량 결합에 의해, 전하 검출 노드(8)의 전위가 깊어진다. 따라서, 포토다이오드(1)로부터 전하 검출 노드(8)까지의 전하 전송이 촉진된다.
또한, 전하 검출 노드(8)의 전위 변화는 승압 신호선[C(n)]의 전압 상승분을 커패시터(9)의 용량(Cup)과 전하 검출 노드(8)의 용량(CFD)으로 분배한 것에 상당한다.
다음의 기간(T4)에서, 게이트 구동 신호[φT(n, 1)]가 로우 레벨로 되어, 전송 트랜지스터(2)는 오프-상태가 된다. 또한, 게이트 구동 신호[φC(n)]가 로우 레벨로 되므로, 커패시터(9)를 통한 용량 결합에 의해 전하 검출 노드(8)의 전위 변화는 해소된다. 결과적으로, 전하 검출 노드(8)에는 기간(T2)에서의 리셋 레벨(전위 Vo)로부터 기간(T3)에서의 신호 전하 전송에 의한 변화분 만큼 전압(신호 레벨)이 유지된다. 이 신호 레벨은, 증폭 트랜지스터(3)과 정전류 부하 트랜지스터(4)로 구성되는 정전류 부하형 소스 접지 반전 증폭기에 의해 증폭되어, 온-상태의 선택 트랜지스터(5)(게이트 구동 신호[φS(n)]가 온되기 때문에)를 통해 수직 신호선(11)으로 판독된다.
이후, 제어부(90)의 제어에 의해, 수직 신호선(11)으로 판독된 기간(T2)의 리셋 레벨과 기간(T4)의 신호 레벨 사이의 차이 신호를 취하면, 화소군[X(n)]내에서 첫번째 화소(1O)에 입사된 빛에 의해 발생된 전하에 의해 실효적인 신호를 얻을 수 있다.
1 수평 주사 기간(1H 기간) 후, 화소군[X(n)]내의 두번째 화소에 대하여, 상기 기간(T1) 내지 (T4)의 동작과 동일한 동작이 행해진다.
이런식으로, 각 화소군(X)에서 각 화소(10)마다 기간(T1) 내지 (T4)의 동작을 반복하면, 각 화소(10)로부터 나온 신호가 각각 증폭되어 열마다 수직 신호선(11)에 출력될 수 있다. 수직 신호선(11)에 판독된 신호는 각 수직 신호선에 대하여 공통으로 제공된 도시하지 않은 수평 신호선을 통해 순차적으로 출력된다.
이제, 포토다이오드(1)로부터 전송된 전하량(Qsig), 및 상기 정전류 부하형 소스 접지 반전 증폭기의 이득을 A라고 하면, 판독되는 실효적인 신호는,
Vsig=AㆍQsig/[CFD+Cup+(1+A)Cin]…(1)이 된다.
여기서, 상기 정전류 부하형 소스 접지 반전 증폭기의 이득(A)은,
A=gmㆍ(ron//rop)…(2)이다.
식(2) 중에서, gm은 증폭 트랜지스터(3)의 트랜스 컨덕턴스이고, ron는 증폭 트랜지스터(3)의 출력 저항, rop는 정전류 부하 트랜지스터(4)의 출력 저항이다.
특히, 증폭 이득(A)가 대단히 큰 경우, 식(1)으로부터
Vsig∼Qsig/Cin …(3)이 된다.
따라서, 전하-전압 변환효율()은
=Vsig/Qsig=1/Cin ‥·(4)가 된다.
이 식(4)로부터 이해되는 바와 같이, 증폭 이득(A)이 대단히 큰 경우, 출력되는 신호에 대한 전하 검출 노드(8)의 용량(CFD)의 영향은 실질적으로 대부분 없어진다. 따라서, 열방향으로 접속된 화소수가 증가하여 CFD가 커지더라도, 전하 전압변환 효율()의 저하가 발생하지 않는다.
게다가, 이 2차원 증폭형 고체 촬상 장치에 따르면, 각 화소군(X)에 포함된 복수(이 예에서는 k개)의 화소(10)에 대하여 스위칭된 커패시터 증폭부(20)(증폭부를 포함한다)가 공통으로 되어 있으므로, 1 화소당의 트랜지스터수를 삭감할 수 있다. 더욱이, 부하부(21)는 1열의 스위칭된 커패시터 증폭부(20)에 대하여 공통으로 제공되므로, 각 스위칭된 커패시터 증폭부에 각각 부하부(21)를 제공하는 경우에 비해, 스위칭된 커패시터 증폭부(20)의 구성이 간소화된다. 따라서, 1화소당 트랜지스터수가 더 삭감될 수 있다.
또한, 포토다이오드(1)는 매립형 포토다이오드이기 때문에, 이 포토다이오드(1)에 축적된 신호 전하가 손실되는 것없이 전송된다. 따라서, 노이즈를 감소화할 수 있어, 고화질의 화상을 얻는 것이 가능해진다. 게다가, 상기 증폭부(20)는 스위칭된 커패시터 형이므로, 전하 검출 노드(8)의 용량(CFD)을 실효적으로 저감하는 것이 가능해져, 전하 전압변환 효율()을 높일 수 있다. 따라서, 노이즈가 더 적은 고화질 화상을 얻을 수 있다.
"매립형 포토다이오드"는 반도체 기판의 표면에서 분리된 반도체중에 pn접합을 형성하여, 광검출부의 표면에서 발생하는 암전류를 판독하지 않도록 한 포토다이오드를 지시한다. 일반적인 포토다이오드의 광검출부의 표면에는, Si-SiO2 계면이 있어 결정 결함이 생기기 쉽다. 여기에, 판독 전압을 인가하면 암상태에서도 전하가 발생하여, 잡음원으로 된다. 이것을 억제하기 위해서, 예컨대 p형 반도체 기판의 표면에 n형 영역이 확산되어 형성되고, 상기 n형 영역의 표면을 커버하도록 p+형 영역이 형성되어, n형 영역은 "매립형"으로 형성된다. 이후, 판독 전압이 인가되더라도 표면에서 발생한 암전류가 판독되지 않기 때문에, 암전류에 의한 잡음이 감소될 수 있다.
도 5는 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 변형예를 도시하고 있다. 이 2차원 증폭형 고체 촬상 장치는 각 스위칭된 커패시터 증폭부(20B)내의 증폭부와 그에 조합되는 부하부(21B)의 구성을 구조적으로 변경한 도 1의 것과 등가이다. 그 밖의 구성 요소나 동작 타이밍은 도 1의 것과 동일하다. 도 5에서, 도 1 중의 구성 요소와 같은 구성 요소는 같은 부호로 지시되고, 각각의 설명은 생략한다.
도 5의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치는, 증폭부로서 직렬 접속된 증폭 트랜지스터(31)와 n채널형 캐스코드 트랜지스터(32)를 포함한다. 증폭 트랜지스터(31)의 게이트에는 전하 검출 노드(8) 상의 신호가 입력된다. n채널형 캐스코드 트랜지스터(32)의 게이트에는 동작시에 상기 트랜지스터를 온시키기 위한 일정한 바이어스 전압(Bias_n1)이 인가된다.
부하부(21B)는 직렬 접속된 정전류 부하 트랜지스터(41)와 p채널형 캐스코드 트랜지스터(42)로 구성된다. 정전류 부하 트랜지스터(41), p채널형 캐스코드 트랜지스터(42)의 게이트에는, 동작시에, 각각 그 트랜지스터를 정전류 부하로서 역할하기 위해 일정한 바이어스 전위(Bias_p1, Bias_p2)가 인가된다.
각 스위칭된 커패시터 증폭부(20B)내의 증폭부와 부하부(21B)의 조합으로 구성되는 캐스코드형 반전 증폭기의 회로는, 도 6과 같이 도시된다. 여기서, 이 반전 증폭기의 입력은 Vin이고, 출력은 Vout이며, 또한 도 7에 도시된 바와 같이, 이 반전 증폭기의 특성은 F2이다. 스위칭된 커패시터 증폭부(20B)내의 선택 트랜지스터(5), 및 리셋 트랜지스터(6)가 온되어 단락될 경우, Vout=Vin이 되기 때문에, 리셋 레벨(Vo)은 특성(F2)과 Vout=Vin인 직선과의 교점으로서 정의된다.
이 캐스코드형 반전 증폭기의 이득(A)은
A=gm1ㆍ[(gm2ㆍron1ㆍron2)//(gm3ㆍrop3 ㆍrop4)]…(5)이다.
식(5) 중의 gm1, gm2, 및 gm3은 증폭용 트랜지스터(31), n 채널형 캐스코드 트랜지스터(32), 및 p 채널형 캐스코드 트랜지스터(42) 각각의 트랜스 컨덕턴스이다. 또한, ron1, ron2, rop3, 및 rop4는 증폭용 트랜지스터(31), n 채널형 캐스코드 트랜지스터(32), p 채널형 캐스코드 트랜지스터(42), 및 정전류 부하 트랜지스터(41) 각각의 출력 저항이다. 상기 캐스코드형 반전 증폭기의 이득(A)은, 도 3에 도시된 정전류 부하형 소스 접지 반전 증폭형 증폭의 이득보다 몇십배 크기 때문에, (3) 및 (4)에 표시된 Cin이 보다 작게 설정될 수 있다. 따라서, 도 5의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치에서, 전하 전압 변환 효율()이 더 커져서, 더 큰 감도화가 얻어질 수 있다.
도 8은 도 1의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 다른 변형예를 도시하고 있다. 또한, 도 8에 있어서도, 도 1 중의 구성 요소와 같은 구성 요소는 같은 부호로 지시되고, 각각의 설명은 생략한다.
이 2차원 증폭형 고체 촬상 장치에서, 리셋 트랜지스터(6) 및 커패시터(7)의, 전하 검출 노드(8)에 접속된 단자는 반대측의 단자는 증폭 트랜지스터(3)의 출력 단자(30) 대신에, 수직 신호선(11)에 접속되어 있다. 도 1의 커패시터(9) 및 승압 신호선[C(n)]은 생략되어 있다.
또한, 이 2차원 증폭형 고체 촬상 장치에서, 부하부(21)의 p 채널형 트랜지스터(4)의 게이트에, 일정 바이어스가 아니라 제어부(90)에 의해 승압 신호[φC]가 인가된다. 따라서, 수직 신호선(11)의 전압(VD)이 가변된다.
도 9는 제어부(90)의 제어에 의한 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 동작 타이밍을, 화소군[X(n)] 및 그에 대응하는 스위칭된 커패시터 증폭부(20C)에 주목해서 나타낸다.
기간(T1, T2)의 동작은 도 2를 참조하여 설명한 것과 같다. 이 때, p채널형 트랜지스터(4)에 인가되는 승압 신호[φC(n)]는, 정전류 부하가 얻어지도록 바이어스 레벨(Bias_p)로 설정된다.
다음의 기간(T3)에서, 게이트 구동 신호[φT (n, 1)]에 동기하여, 승압 신호[φC(n)]가 접지 레벨(GND)로 되고, 수직 신호선(11)과 VD단자를 단락시킨다. 따라서, 수직 신호선(11)과 제어부(90)가 제 2 승압 수단으로서 역할하여, 수직 신호선(11)의 전압(VD)은 2VDD으로 상승되고, 전하 검파 노드(8)의 전위는 커패시터(9)[용량(Cin)]를 통한 용량 결합에 의해 깊어진다. 따라서, 포토다이오드(1)로부터 전하 검출 노드(8)로의 전하 전송이 촉진된다.
여전히, 전하 검출 노드(8)의 전위 변화는 수직 신호선(11)의 전압 상승분을 커패시터(7)의 용량(Cin)과 전하 검출 노드(8)의 용량(CFD)으로 분배한 것에 상응한다. 또한, 전하 검출 노드(8)에 필요한 전위 변화량에 따라 수직 신호선(11)의 전위 상승분이 증가될 수 있다.
다음의 기간(T4)의 동작은, 도 2를 참조하여 설명한 것과 같다.
이 2차원 증폭형 고체 촬상 장치에서, 도 1의 것에 비해, 커패시터(9) 및 승압 신호선[C(n)]이 생략될 수 있다. 따라서, 포토다이오드(1)의 면적이 비례하여 크게 설정될 수 있고, 고감도화가 얻어질 수 있다.
도 10은 도 1의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 또 다른 변형예를 도시한다. 또한, 도 10에서도, 도 1 중의 구성 요소와 같은 구성 요소는 같은 부호로 지시되고, 각각의 설명은 생략한다.
도 1의 예에서, 화소군[X]은 각 열내의 k개(이 경우에서, k≥2이다.)화소로 이루어진다. 그러나, 도 10의 예에서, 화소군(XD)은 이웃하는 2열(이 경우에서는, 제 I 열과 제 (I+1) 열)에 걸치도록 설정된다. 예를 들면, 도면의 열방향에 대해서 n번째(단, n ≥ 2 이다)의 화소군[XD(n)]은 제 I 열내의 k개의 화소(10)와 이웃하는 제 (I+1) 열 내의 k개의 화소(10-1)를 포함한다.
제 1 열내의 k개의 화소(10)의 각 전송 트랜지스터(2)의 출력 단자는 공통으로 접속되어 전하 검출 노드(8)를 형성한다. 비슷하게, 제 (I+1)열내의 k개의 화소(10-1)의 각 전송 트랜지스터(2)의 출력 단자는 공통으로 접속되어 전하 검출 노드(8-1)을 형성한다. 그들의 전하 검출 노드(8, 8-1)는 배선(50)으로 서로 접속되어 있어, 실질적으로 하나의 전하 검출 노드를 구성하고 있다.
이러한 2열에 걸친 그러한 화소군(XD)이 행, 열 방향으로 각각 복수 설정되어 있다. 이후, 각 화소군(XD)에 대응해서 각각 스위칭된 커패시터 증폭부(20)가 제공되어 있다.
참조 부호[T(n, O1), T(n, O2),…, T(n, Ok)]는 홀수열 화소(10-1)의 각 전송 트랜지스터(2)를 위한 게이트 구동 신호선이고, T(n, El), T (n, E2),…, T(n, Ek)는 짝수열 화소(10)의 각 전송 트랜지스터(2)을 위한 게이트 구동 신호선이다. 그들의 게이트 구동 신호선에는, 각각 제어부(90)에 의한 게이트 구동 신호φT(n, O1), φT(n, O2),…, φT(n, Ok), φT(n, El), φT(n, E2),…, φT(n, Ek)가 인가된다.
도 11은, 제어부(90)의 제어에 의해 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 동작 타이밍을, 화소군[XD(n)] 및 그에 대응하는 스위칭된 커패시터 증폭부(20)를 주목해서 도시한다.
도 11의 예에서, 1 수평기간(1H 기간) 내에서, 짝수열 화소(10)에 대한 기간(T1) 내지 (T4)의 동작과, 홀수열 화소(10-1)에 대한 기간(T1) 내지 (T4)의 동작이 2회 반복하여 행해진다. 기간(T1) 내지 (T4)의 1회 동작은 도 2를 이용하여 설명한 것과 같다. 따라서, 각 화소군(XD)에서 각 화소(10, 10-1)에 대한 신호가 판독될 수 있다.
이상, 본 발명을 설명했지만, 동일한 것이 많은 방식으로 변경될 수 있다. 그러한 변경은 본 발명의 정신과 범위에서 일탈되는 것으로 간주되지 않고, 그러한 모든 변경은 다음의 특허 청구 범위의 범위내에 포함된 것으로 당업자에게 명백해 질 것이다.
본 발명은 노이즈가 감소된 고화질 이미지를 얻고 화소당 트랜지스터 수를 감소시켜 화소 사이즈를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구조를 도시하는 도면이며;
도 2는 도 1의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 동작 타이밍을 도시하는 타이밍 챠트이며;
도 3은 도 1의 요소로 구성되는 정전류 부하형 소스 접지 반전 증폭기의 회로 구성을 도시하는 도면이며;
도 4는 도 3의 반전 증폭기의 특징을 도시하는 도면이며;
도 5는 도 1의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 수정예를 도시하는 도면이며;
도 6은 도 5 중의 요소로 구성되는 캐스코드형 반전 증폭기의 회로 구성을 도시하는 도면이며;
도 7은 도 6의 반전 증폭기의 특징을 도시하는 도면이며;
도 8은 도 1의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 다른 수정예를 도시하는 도면이며;
도 9는 도 8의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 동작 타이밍을 도시하는 타이밍 챠트이며;
도 10은 도 1의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 또 다른 수정예를 도시하는 도면이며;
도 11은 도 10의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 동작 타이밍을 도시하는 타이밍 챠트이며;
도 12는 선행 기술에 따른 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구조를 도시하는 도면이고;
도 13은 도 12의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 동작 타이밍을 도시하는 타이밍 챠트이다.

Claims (12)

  1. 광전 변환 소자와 이 광전 변환 소자의 신호 전하를 전송하는 전송 트랜지스터를 구비하는 화소를 복수개 구비하고, 상기 각 화소로부터의 신호를 증폭하여 상기 각 화소에 대하여 공통 신호선에 출력하는 증폭형 고체 촬상 장치에 있어서:
    복수의 화소로 각각 이루어지는 복수의 화소군이 설정되며;
    상기 각 화소군에 대응하여 각각 스위칭된 커패시터 증폭부가 마련되며;
    상기 각 스위칭된 커패시터 증폭부는, 상기 화소군 중 대응하는 하나의 군의 전송 트랜지스터의 출력 단자가 공통으로 접속된 전하 검출 노드와, 상기 전하 검출 노드상의 신호를 입력하는 증폭부와, 상기 전하 검출 노드와 상기 증폭부의 출력 단자 사이에 접속된 리셋 트랜지스터와, 상기 전하 검출 노드와 상기 증폭부의 출력 단자 사이에 접속된 제 1 커패시턴스 소자와, 상기 증폭부의 출력 단자와 상기 신호선 사이에 접속된 선택 트랜지스터를 구비하고;
    상기 신호선과 소정 전위의 전원 사이에, 상기 스위칭된 커패시터 증폭부의 증폭부와 조합되어 각각 반전 증폭기를 구성하도록, 상기 스위칭된 커패시터 증폭부에 대하여 공통의 부하부가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전 변환 소자는 매립형 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하부는 정전류 부하로서 동작하는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하부는 반도체에 불순물을 확산시킨 확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 스위칭된 커패시터 증폭부의 접지 단자는, 전체 화소 공통의 차광용 배선 패턴으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭부와 부하부는 캐스코드형 반전 증폭기를 구성하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 화소군에서 각 화소마다 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통해 신호를 판독하는 동작을 반복하도록, 상기 전송 트랜지스터와 상기 스위칭된 커패시터 증폭부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
  8. 제 1 항에 기재된 증폭형 고체 촬상 장치를 구동하는 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서:
    상기 스위칭된 커패시터 증폭부의 리셋 트랜지스터를 온하여 리셋 동작을 수행하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계 후에, 상기 선택 트랜지스터를 온하고, 상기 리셋 트랜지스터를 오프하여 리셋 레벨만의 판독 동작을 수행하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계 후에, 상기 화소의 전송 트랜지스터를 온하고, 상기 화소로부터 상기 스위칭된 커패시터 증폭부까지 전하 전송을 수행하는 제 3 단계; 및
    상기 제 3 단계 후에, 상기 전송 트랜지스터를 오프하고, 상기 선택 트랜지스터를 온하여, 신호 레벨의 판독 동작을 수행하는 제 4 단계를 포함하며,
    상기 각 화소군에서 각 화소마다 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계까지의 동작이 반복되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하 검출 노드에 일단자가 접속된 제 2 커패시턴스 소자; 및
    상기 제 2 커패시턴스 소자의 타단자에 접속되어, 상기 제 2 커패시턴스 소자를 통한 용량 결합에 의해 상기 전하 검출 노드의 전위를 깊게 하기 위한 제 1 승압 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
  10. 제 9 항에 기재된 증폭형 고체 촬상 장치를 구동하는 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서:
    상기 스위칭된 커패시터 증폭부의 리셋 트랜지스터를 온하여 리셋 동작을 수행하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계 후에, 상기 선택 트랜지스터를 온하고, 상기 리셋 트랜지스터를 오프하여 리셋 레벨만의 판독 동작을 수행하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계 후에, 상기 제 1 승압 수단에 의해 상기 제 2 커패시턴스 소자를 통한 용량 결합으로 상기 전하 검출 노드의 전위가 깊어지는 상태로, 상기 화소의 전송 트랜지스터를 온하여, 상기 화소로부터 상기 스위칭된 커패시터 증폭부까지 전하 전송을 수행하는 제 3 단계; 및
    상기 제 3 단계 후에, 상기 전송 트랜지스터를 오프하고, 상기 선택 트랜지스터를 온하여, 신호 레벨의 판독 동작을 수행하는 제 4 단계를 포함하며,
    상기 각 화소군에서 각 화소마다 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계의 동작이 반복되는 것에 의해, 상기 화소군의 각 광전 변환 소자로부터 신호가 판독되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭된 커패시터 증폭부에 포함된 상기 리셋 트랜지스터 및 제 1 커패시턴스 소자의 상기 전하 검출 노드에 접속된 단자와는 반대측의 단자는 상기 증폭부의 출력 단자 대신에 상기 신호선에 접속되어 있고,
    상기 신호선에 접속되어, 상기 제 1 커패시턴스 소자를 통한 용량 결합으로 상기 전하 검출 노드의 전위를 깊게 하기 위한 제 2 승압 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
  12. 제 11 항에 기재된 증폭형 고체 촬상 장치를 구동하는 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서;
    상기 스위칭된 커패시터 증폭부의 리셋 트랜지스터를 온하여 리셋 동작을 수행하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계 후에, 상기 선택 트랜지스터를 온하고, 상기 리셋 트랜지스터를 오프하여 리셋 레벨만의 판독 동작을 수행하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계 후에, 상기 제 2 승압 수단에 의해 상기 제 1 커패시턴스 소자를 통한 용량 결합으로 상기 전하 검출 노드의 전위가 깊어지는 상태로, 상기 화소의 전송 트랜지스터를 온하여, 상기 화소로부터 상기 스위칭된 커패시터 증폭부까지 전하전송을 수행하는 제 3 단계; 및
    상기 제 3 단계 후에, 상기 전송 트랜지스터를 오프하고, 상기 선택 트랜지스터를 온하여, 신호 레벨의 판독 동작을 수행하는 제 4 단계를 포함하며,
    상기 각 화소군에서 각 화소마다 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계의 동작이 반복되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 방법.
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