KR100262789B1 - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

(목적) 필요로 하는 드라이버의 수를 반으로 삭감하여, 수평 라인에 선택 신호를 인가하는 경로의 임피던스의 저감을 가능케한 전자 셔터의 기능을 갖는 고체 촬상 장치를 제공한다.
(구성) 전자 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치에 있어서, 신호 판독용 수직 주사 회로(3)와 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)를 이미지 센서부(2)의 한쪽에 설치하고, 양 수직 주사 회로(3, 4)로부터의 선택 신호(비트 신호)를 로직 게이트(5)에서 절환하여 수평 라인에 입력 하도록 한다.

Description

고체 촬상 장치.
제1도는 본 발명에 의한 고체 촬상 장치의 일실시예를 도시하는 구성도.
제2도는 수직 신호선으로 판독된 신호를 상관 2중 샘플링에 의해 판독하는 출력 회로부를 도시하는 회로도.
제3도는 수평 주사 신호 øk, øk+1의 타임 챠트.
제4도는 본 발명에 따르는 고체 촬상 장치의 전자 셔터 기능의 동작을 설명하기 위한 타임챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 화소 2 : 이미지 센서부
3 : 신호 판독용 수직 주사 회로 4 : 전자 셔터용 수직 주사 회로
5 : 로직 게이트 6 : 드라이버
[산업상의 이용분야]
본 발명은, 말하자면 전자 셔터기능을 갖는 고체 촬상 장치에 관한 것으로, 특히 각 화소에 축적된 전하를 전기 신호로서 판독하는 구성의 MOS형 고체 촬상 장치에 대표하는 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
[종래의 기술]
MOS 형등의 고체 촬상 장치는, 복수의 화소가 수평 및 수직 방향으로 매트릭스 형상으로 2차원 설치된 이미지 센서부를 갖고, 수직 주사 회로에 의해 선택된 수평 라인의 각 화소에 축적된 전하를 전기 신호로서 각 수직 신호선으로 판독하여, 상관 2중 샘플링(CDS) 회로에 의해 잡음을 억제하여, 수평 주사 회로에 의해 1수평 라인의 신호를 일정한 순서로 수평 신호선으로 판독하는 구성으로 되어 있다.
이같은 종류의 고체 촬상 장치에 있어서, 전자 셔터 기능을 구비한 종래의 고체 촬상 장치에는, 현재 선택되어 있는 수평 라인에서 셔터 시간에 대응한 라인수 만큼 수직 주사 방향으로 이간한 수평 라인을 신호 판독용 수직 주사 회로와 같은 절환 속도로 차례로 선택하면서 그 선택한 수평 라인의 각 화소의 신호를 리셋트하기 위한 전자 셔터용 수직 주사 회로가 설치되어 있다.
그래서, 이 전자 셔터용 수직 주사 회로와 신호 판독용 수직 주사 회로는, 이미지 센서부의 양측에 나누어서 설치되고, 각 수직 주사 회로에 대응해서 설치된 스위칭 트랜지스터에 절환 사용되도록 되어 있다.
[발명이 해결하려는 과제]
그러나, 상기 구성의 종래의 고체 촬상 장치에서는, 전자 셔터용 수직 주사 회로와 신호 판독용 수직 주사 회로가, 이미지 센서부의 양측으로 나누어서 설치되고, 각 수직 주사 회로에 대응해서 드라이버가 설치되어 있기 때문에, 수평 라인에 선택 신호를 부가하는 경로의 임피던스가 드라이버의 온 저항과 스위칭 트랜지스터의 온 저항의 합으로 결정되며, 트랜지스터의 채널폭 W으로서 전자 셔터 기능을 갖지 않는 경우의 2배가 필요해지는 결점이 있었다.
거기에서, 본 발명은, 필요로 하는 드라이버의 수를 반으로 삭감하여, 수평 라인에 선택 신호를 인가하는 경로의 임피던스의 저감을 가능케한 전자 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명에 의한 고체 촬상 장치는, 복수의 화소가 수평 및 수직 방향으로 매트릭스 형상으로 2차원 설치된 이미지 센서부와, 이 이미지 센서부의 각 수평 라인의 1개를 차례로 선택하면서 그의 선택된 수평 라인의 각 화소에서 신호를 판독하는 신호 판독용 수직 주사 수단과, 이 신호 판독용 수직 주사 신호에 의해 선택되고 또한 수직 신호선에 판독되어서 일시적으로 기억된 수평 라인의 각 화소로부터의 신호를 일정한 순서로 판독하는 수평 주사 수단과, 신호 판독용 수직 주사 수단에 의해 현재 선택되어 있는 수평 라인에서 셔터 시간에 대응한 라인수 만큼 수직 주사 방향으로 이간한 수평 라인을 신호 판독용 수직 주사 수단과 같은 절환 속도로 차례로 선택하면서 그의 선택된 수평 라인의 각 화소의 신호를 리셋트하는 전자 셔터용 수직 주사 수단을 구비하여, 신호 판독용 수직 주사 수단과 전자 셔터용 수직 주사 수단을 이미지 센서부의 한쪽에 설치한 구성으로 되어 있다.
또한, 신호 판독용 수직 주사 수단으로부터의 선택 신호와 전자 셔터용 수직 주사 수단으로부터의 선택 신호를 절환하여 이미지 센서부의 수평 라인에 입력하는 로직 게이트를 갖는 구성으로 되어 있다.
다시, 전자 셔터용 수직 주사 수단은, 현재 리셋트하는 수평 라인을 선택하는 선택신호에 더해서, 신호 판독용 수직 주사 수단에 의해 신호를 판독하는 수평 라인을 선택하는 선택 신호도 출력하는 구성으로 되어 있다.
[작용]
신호 판독용 수직 주사 수단과 전자 셔터용 수직 주사 수단을 이미지 센서부의 한쪽에 설치하므로서, 양 수직 주사 수단에 드라이버를 겸용할 수가 있기 때문에, 필요로 하는 드라이버의 수를 반으로 삭감할 수 있어, 이것에 수반하여, 수평 라인에 선택 신호를 인가하는 경로의 임피던스를 저감할 수 있다.
또한, 신호 판독용 수직 주사 수단으로부터의 선택 신호와 전자 셔터용 수직 주사 수단으로부터의 선택 신호를 로직 게이트에 의해 절환하도록 하므로서, 스위칭 소자를 사용하지 않고도 양 선택 신호를 절환할 수가 있다.
다시, 전자 셔터용 수직 주사 수단이 신호를 판독하는 수평 라인을 선택하는 선택 신호도 출력하므로서, 상관 2중 샘플링(CDS)용 리셋트와 전자 셔터용 리셋트가 동시에 행해지므로, 신호 판독용 수직 주사 수단에 의해 선택된 수평 라인의 신호의 상관 2중 샘플링을 위한 리셋트 동자깅 전자 셔터용 수직 주사 수단에 의해 방해받을 우려가 없어진다.
[실시예]
다음으로, 본 발명의 실시예를 도면에 의거해서 상세히 설명한다.
제1도는, 본 발명에 의한 고체 촬상 장치의 일실시예를 도시하는 구성도이다.
제1도에 있어서, 예를 들자면 포토센서와 MOS 트랜지스터의 조합에 의해 형성되는 복수의 화소(1)(도면상, 0표의 심볼로서 표시하고, 구체적인 구성은 생략한다)가 수평 및 수직 방향으로 매트릭스 형상으로 2차원 설치되어서 이미지 센서부(2)를 구성하고 있다.
상기 이미지 센서부(2)의 도면에 우측에는, 수평 방향의 화소열로 형성하는 각 수평 라인의 1개를 차례로 선택하면서 그 선택한 수평 라인의 각 화소에서 신호를 판독하는 신호 판독용 수직 주사 회로(3)와, 이 신호 판독용 수직 주사 회로(3)에 의해 현재 선택되어 있는 수평 라인에서 셔터 시간에 대응한 라인수 만큼 수직 주사방향으로 이간한 수평 라인을 차례로 선택하면서 그것의 선택한 수평 라인의 각 화소의 신호를 리셋트하는 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)가 설치되어 있다.
신호 판독용 수직 주사 회로(3) 및 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)는 함께, 시프트용 클럭 펄스 øVSR를 시프트 클럭으로 하는 시프트 레지스터로 형성되며, 서로 동기하면서 선택하는 수평 라인을 같은 절환 속도로 차례로 절환한다.
신호 판독용 수직 주사 회로(3)는, 수평 라인의 라인수에 대응한 각 비트 신호 A1, A2,...를 출력하여, 여러개의 비트중 현재 판독을 위해 선택하는 수평라인(예를 들자면, n번째의 수평 라인)의 비트만을 1로 하여, 다른 비트를 모두 0으로 한다. 그래서, 1H(H: 수평 주사 기간)마다 그것의 1을 이루는 비트를 수직 방향으로 시프트 한다.
한편, 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)는, 수평 라인 라인수에 대응한 각 비트 신호 B1, B2,...를 출력하여, 여러개의 비트중 현재 전자 셔터를 위해 리셋트하는 수평라인(예를 들자면, m번째 수평 라인)의 비트와, 신호 판독용 수직 주사 회로(3)에 의해 선택되어 있는 n번째의 수평 라인의 비트를 1로 하여, 그 이외의 비트를 모두 0으로 한다.
즉, 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)는,전자 셔터를 위히 리셋트하는 수평 라인 m의 비트 신호 Am에 더해, 신호를 판독하는 수평 라인 n의 비트 신호 An도 출력한다. 이것은, 신호판독용 수직 주사 회로(3)에 의해 선택된 상관 2중 샘플링을 위한 리셋트 동작을 전자 셔터 동작이 방해받는 일이 없도록 하기 위해서이다.
이 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)의 1을 이루는 2개의 비트는, 1H마다 수직 방향으로 신호 판독용 수직 주사 회로(3)와 같은 시프트 속도로 시프트한다.
신호 판독용 수직 주사 회로(3)의 각 비트 신호 A1, A2,...및 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)의 각 비트 신호 B1, B2,...는 로직 게이트(5)에 의해 절환되어 드라이버(6)를 거쳐서 이미지 센서부(2)의 각 수평 라인에 인가된다.
로직 게이트(5)는 , 리셋트 펄스가 øR가 인가되는 기간에 있어서 신호 판독용 수직 주사 회로(3)로부터의 각 비트 신호 A1, A2...에 대신해서 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)의 각 비트 신호 B1, B2,...를 출력한다.
제2도는, 수직 신호선으로 판독된 신호를 상관 2중 샘플링에 의해 판독하는 출력 회로부를 도시하는 회로도이다.
제2도에 있어서, 수직 신호선(7)의 출력점인 노드 N1와 전원 ,VDD사이에는, 게이트용의 P채널 MOS 트랜지스터 Q1가 접속되어, 또한 노드 N1와 접지간에는, 부하용 n채널 MOS트랜지스터 Q2가 접속되어 있다. 게이트용 MOS 트랜지스터 Q1는, 신호 øS를 게이트 입력으로 하여, 신호 øS가 인가되었을 때 신호의 전송을 허용한다. 부하용 MOS 트랜지스터 Q1는 바이어스용 전압 VGG1을 게이트 입력으로 하고 있다.
수직 신호선(7)에 출력되고 또한 게이트용 MOS 트랜지스터 Q1에 의해 전송이 허용된 각 화소의 신호는 노이즈 제거용 콘덴서 Cc에 측정된다. 이 노이즈 제거용 콘덴서 Cc의 출력단인 노드 N2에는, 크램프 스위치인 MOS 트랜지스터 Q3가 접속되어 있으며, 이 크램프용 MOS 트랜지스터 Q3는 그것의 게이트 전극에 크램프 펄스 øCIP가 인가되므로서, 온 상태로 되어 노드 N2를 소정의 크램프 전압 VGIP에 크램프한다.
이 노이즈 제거용 콘덴서 Cc 및 크램프용 MOS 트랜지스터 Q3에 의해, 각 화소의 신호에 포함되는 리셋트 잡음등의 잡음을 억압하기 위한 상관 2중 샘플링(CDS)회로가 구성되어 있다.
노이즈 제거용 콘덴서 Cc의 출력은, 버퍼 앰프(8)를 거친후, 스위칭용 MOS트랜지스터 Q4, Q5에 의해 샘플/홀드용 콘텐서 C1, C2에 선택적으로 공급되어, 이를 콘텐서 C1, C2에 의해 샘플/홀드된다.
스위치용 MOS트랜지스터 Q4, Q5의 제어는, 수평블랭킹 기간에 있어서 발생되는 샘플/홀드 신호 SH1, SH2에 의해 1 라인마다 행해진다. 이에따라, 예를 들면, 짝수 라인의 각 화소의 신호가 콘덴서 C1에, 홀수 라인의 각 화소의 신호가 콘덴서 C2에 각각 홀드되게 된다.
샘플/홀드용 콘덴서 C1,C2 홀드 출력은, 수평 게이트용 MOS트랜지스터 Q6, Q7에 의한 스위칭에 의해 소스폴로워의 MOS트랜지스터 Q9를 거쳐서 수평 신호선(9-1, 9-2)으로 도출된다. 수평 게이트용 MOS트랜지스터 Q6, Q7의 스위칭 제어는, 수평 주사회로(10)에서 출력되는 수평 주사 신호ØK에 의해 행해진다.
또한, 샘플/홀드용 콘덴서 C1, C2는 수평 주사 신호 ØK에 대해서 제3도에 도시하는 타이밍 관계로 수평 주사 회로(10)에서 출력되는 수평 주사 신호 ØK+1를 게이트 입력으로 하는 리셋트용 MOS 트랜지스터 Q8에 의해 리셋트된다.
수평 신호선(9-1,9-2)과 접지간에는, MOS 트랜지스터 Q10-1, Q10-2가 접속되어 있으며, 이들 MOS 트랜지스터 Q10-2, Q10-2는 바이어스용 전압 VGG2을 게이트 입력으로 하고 있다.
다음으로, 상기 구성의 본 발명에 의한 고체 촬상 장치의 전자 셔터 기능의 동작에 대해서 제4도의 타임챠트에 따라서 설명한다.
본 고체촬상 장치는, 기본적으로, 기간 t2 내지 t4에 있어서 신호 판독용 수직 주사 회로(3)에 의해 n번째의 수평 라인을 판독하여, 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)에 의해 m번째의 수평 라인을 리셋트한다. 그래서 기간 t6내지 t6에 있어서 n+1 번째의 수평 라인을 판독하여, 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)에 의해 m+1번째의 수평 라인을 리셋트한다.
즉, 수평 블랭킹 기간이 되면, 먼저 기간 t2에서 로직 게이트(5)를 거쳐서 출력되는 신호 판독용 수직 주사 회로(3)로부터의 예를 들면 비트 신호 An에 의해 이미지 센서부(2)의 수평 라인 n이 선택되어, 이 선택된 수평 라인 n의 각 화소의 신호가 일제히 수직 신호선(7)에 판독된다.
다음에, 기간 t3에서 크램프 펄스 ØCIP에 의해 그 신호가 크램프된다. 또한, 리셋트 펄스 ØR가 "H"레벨로 되면, 로직 게이트(5)는 신호 판독용 수직 주사 회로(3)로 부터의 각 비트 신호 An에 대신해서 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)로 부터의 각 비트 신호 Bm, Bn를 출력한다.
그결과, 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)에 의해 선택되어 있는 2개의 수평라인 n, m의 전압 Vn, Vm이 높여져, 2개의 수평 라인 n, m에서 리셋트가 행해진다. 수평 라인 n에서의 리셋트는 상관 2중 샘플링을 위한 것이며, 수평라인 m에서의 리셋트는 전자 셔터를 위한 리셋트이다.
이에따라, 상관 2중 샘플링을 위한 리셋트와 전자셔터를 위한 리셋트가 같은 타이밍으로 행해지게 된다.
다음에, 기간 t4으로 되면, 리셋트 펄스 ØR가 "L"레벨로 되어, 로직 게이트(5)가 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)로부터의 각 비트 신호 Bm, Bn에 대신해서 신호 판독용 수직 주사 회로(3)로부터의 각 비트 신호 An를 출력한다.
이에따라, 수평 라인 n의 공 신호가 일제히 판독되어, 샘플/홀드용 콘텐서 C1에 축적된다.
기간 t5으로 되면, 모두 시프트 레지스터로 형성되는 신호 판독용 수직 주사 회로(3) 및 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)의 각 비트 신호 Ax, Bx가 수직 방향으로 1비트 시프트되어, 이에따라 선택하는 수평라인이 n에서 n+1로 절환된다.
그래서, 기간 t6내지 t8에 있어서, 수평 라인 n+1의 각 화소의 신호의 상관 2중 샘플링에 의한 판독과, 수평 라인 m+1의 각 화소의 신호의 리셋트가 행해진다.
이상으로 설명한 동작을 환언하면, 현재 판독되어 있는 수평 라인(n, n+1)보다도 어떤 일정 시간후에 판독되는 수평 라인(m, m+1)이 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)로부터 출력되는 비트 신호에 의해 리셋트되고, 그것의 리셋트후, 신호 판독용 수직 주사 회로(3)에 의해 판독될 때까지의 기간에 화소에 축적된 신호가 판독되게 된다.
그래서, 그것의 셔터 시간은, 신호 판독용 수직 주사 회로(3)에 의해 판독되어 있는 수평 라인(n, n+1)과 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)에 의해 리셋트되어 있는 수평 라인(m, m+1)과의 사이에 존재하는 수평 라인의 갯수에 의해 결정된다.
즉, 제1도에 있어서 a의 부분과 b의 부분에 존재하는 라인수가 셔터 시간과 비례해서, 이 라인수가 적을수록 셔터 시간이 짧아진다.
상술한 바와 같이, 신호 판독용 수직 주사 회로(3)와 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)를 이미지 센서부(2)의 한쪽에 설치하여, 양 수직 주사 회로(3,4)로부터의 선택 신호(비트 신호)를 로직 게이트(5)로 절환하여 수평 라인에 입력하도록 하므로서, 드라이버(6)를 이미지 센서부(2)의 양측에 설치할 필요가 없고, 한쪽에만이 설치하면 좋으므로, 드라이버(6)의 수를 양측에 설치한 경우의 반으로 삭감할 수 있어, 이것에 따라 수평 라인에 선택 신호를 인가하는 경로의 임피던스를 낮게 할 수가 있다.
또한, 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)를, 리셋트하는 수평 라인을 선택하는 신호에 더해, 신호 판독용 수직 주사 회로(3)에 의해 판독하는 수평 라인을 선택하는 신호도 출력하도록 구성하므로서, 상관 2층 샘플링을 위한 리셋트와 전자셔터를 위한 리셋트를 동시에 행할 수 있으므로, 상관 2층 샘플링을 위한 리셋트가 전자 셔터용 수직 주사 회로(4)에 의해 방해될 우려가 없어진다.
[발명의 효과]
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 신호 판독용 수직 주사 수단과 전자 셔터용 수직 주사 수단을 이미지 센서부의 한쪽에 설치하도록 구성하므로서, 양수직 주사 수단에 드라이버를 겸용할 수가 있기 때문에, 필요로 하는 드라이버 수를 양측으로 설치한 경우의 반으로 삭감할 수 있어, 이것에 수반하여 수평라인에 선택 신호를 인가하는 경로의 임피던스를 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 신호 판독용 수직 주사 수단으로부터의 선택신호와 전자 셔터용 수직 주사 수단으로부터의 선택 신호를 절환하는 로직 게이트를 사용하므로서, 스위칭 소자를 사용하지 아니하여도 양 선택 신호를 절환할 수가 있다.
다시, 전자 셔터용 수직 주사 수단을, 현재 리셋트하는 수평 라인을 선택하는 신호에 더해서, 신호를 판독하는 수평 라인을 선택하는 신호도 출력하도록 구성하므로서, 상관 2증 샘플링용 리셋트와 전자 셔터용 리셋트가 동시에 행해지므로, 신호 판독용 수직 주사 수단에 의해 선택된 수평 라인의 신호의 상관 2중 샘플링을 위한 리셋트 동작이 전자 셔터용 수직 주사 수단에 의해 방해될 우려가 없어지는 효과도 있다.

Claims (3)

  1. 복수의 화소가 수평 및 수직 방향으로 매트릭스 형상으로 2차원 설치된 이미지 센서부와, 상기 이미지 센서부의 각 수평 라인의 1개를 차례로 선택하면서 그 선택된 수평 라인의 각 화소에서 신호를 판독하는 신호 판독용 수직 주사 수단과, 상기 신호 판독용 수직 주사 수단에 의해 선택되고 또한 수직 신호선에 판독되어 일시적으로 기억된 수평 라인의 각 화소로부터의 신호를 일정한 순서로 판독하는 수평 주사 수단과, 상기 신호 판독용 수직 주사 수단에 의해 현재 선택되어 있는 수평 라인에서 셔터 시간에 대응한 라인 수만큼 수직 주사 방향으로 이간한 수평 라인을, 상기 신호 판독용 수직 주사 수단과 같은 전환 속도로 차례로 선택하면서 그 선택한 수평 라인의 각 화소의 신호를 리셋시키는 전자 셔터용 수직 주사 수단을 구비하며, 상기 신호 판독용 주식 주사 수단과 상기 전자 셔터용 수직 수단을 상기 이미지 센서부의 한쪽에 설치한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 판독용 수직 주사 수단으로부터의 선택 신호와 상기 전자 셔터용 수직 주사 수단으로부터 선택 신호를 전환하여 상기 이미지 센서부의 수평 라인에 입력하는 로직 게이트를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자 셔터용 수직 수단은, 현지 리셋하는 수평 라인을 선택하는 선택 신호에 더해서, 신호 판독용 수직 주사 수단에 의해 신호를 판독하는 수평 라인을 선택하는 선택 신호도 출력하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
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