KR100331995B1 - 촬상장치에서 복수의 화소에 의해 공유되는 각 회로의 화소내의배치 - Google Patents

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Abstract

복수의 단위셀을 가지는 촬상장치에서, 각 단위셀은 1차원 또는 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 이 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 포함하고, 단일의 단위셀내에 포함된 인접하는 광전변환소자의 질량중심사이의 거리는 적어도 한 방향으로 상이한 단위셀내에 포함된 인접하는 광전변환소자의 질량 중심사이의 거리와 동일하다.

Description

촬상장치에서 복수의 화소에 의해 공유되는 각 회로의 화소내의 배치{ARRANGEMENT OF CIRCUITS IN PIXELS, EACH CIRCUIT SHARED BY A PLURALITY OF PIXELS, IN IMAGE SENSING APPARATUS}
본 발명은 복수의 화소가 공통회로를 공유하는 촬상장치와, 이 장치를 사용한 촬상계에 관한 것이다.
종래, 게인셀(gain cell)을 사용한 촬상장치 또는 능동화소센서(APS)로서, MOSFET, JFET, 바이폴라트랜지스터를 사용한 촬상장치가 있다.
이들 촬상장치는 광전변환소자인 포토다이오드에 의해 생성된 광전하를 다양한 방법에 의해 증폭한 다음, 증폭된 광전하신호를 화상정보로서 출력한다. 광전하를 증폭시키는 증폭기가 각 화소내에 존재하므로, 화소는 게인셀 또는 APS라 칭한다.
APS는 각 화소내에 증폭기와 이것의 제어기를 포함하므로, 화소내에서 광전변환소자를 위해 보유되는 영역(영역비) 또는 화소내의 광입사영역(개구)의 퍼센트는 작아지는 경향이 있다. 이것은 촬상장치의 다이나믹범위, 감도 및 S/N비의 저하를 야기할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 증폭기가 각 화소내에 도 40에 도시된 바와 같이 형성되면, 개구는 감소한다. 증폭기에 의해 야기된 영역 또는 개구의 감소를 방지하기 위해, 일본 특허공개공보 63-100879 및 9-46596에 개시된 바와 같이 복수의 화소에 의해 증폭기를 공유하는 방법이 제안되어 왔다.
도 41과 도 42는 상기 문헌에 도시된 개략구성을 도시한다. 도 41과 도 42에 있어서, PD1 내지 PD4는 광전변환소자로서 포토다이오드를 나타내고; MTX1내지 MTX4는 포토다이오드 PD1 내지 PD4에 의해 생성된 광전하를 전송시키는 MOS트랜지스터이고; MRES는 MOS트랜지스터 MTX1내지 MTX4를 리셋시키는 MOS트랜지스터이고, MSF와 MSEL은 증폭기(소스폴로워)를 구성하는 MOS트랜지스터이다. MSEL은 또한 화소를 선택하는 선택스위치로서 기능한다.
그러나, 일본특허공개공보 63-100879와 9-46596에서, 복수의 화소가 단일의 증폭기를 공유하는 경우 칩위의 앞서 설명한소자의 실제배치에 대해서는 개시되어 있지 않다.
또한, 복수의 화소에 의해 공유되는 증폭기가 다른 유닛으로 대치되는 경우의 배치에 대해서도 개시되어 있지 않다.
명세서의 일부분을 구성하고 일체화되는 첨부도면은 본 발명의 실시예를 도시하고, 기술과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 촬상계의 개략구성을 도시하는 블록도
도 2A는 본 발명의 제 1실시예에 의한 화소내의 증폭기의 배치도
도 2B는 본 발명의 제 1실시예에 의한 화소내의 증폭기의 또다른 배치도
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 의한 2개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 실제패턴의 배치도
도 4는 배선의 일부가 생략된 도 3의 간단도
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 의한 2개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 또다른 실제패턴의 배치도
도 6은 배선의 일부가 생략된 도 5의 간단도
도 7은 본 발명의 제 1실시예에 의한 부유확산부(floating diffusion portion)부근의 확대도
도 8은 본 발명의 제 1실시예에 의한 부유확산부 부근의 확대도도 9는 본 발명의 제 1실시예에 의한 2개의 포토다이오드가 1개의 증폭기를 공유하는 CMOS센서의 단위셀의 회로도
도 10은 본 발명의 제 1실시예에 의한 신호처리회로를 포함하는 촬상장치의 회로도
도 11은 본 발명의 제 1 및 제 2실시예에 의한 촬상장치를 동작시키는 타이밍차트
도 12는 본 발명의 제 1 및 제 2실시예에 의한 장치를 동작시키는 타이밍차트
도 13은 본 발명의 제 2실시예에 의한 화소내의 공통회로의 배치도
도 14는 본 발명의 제 2실시예에 의한 화소내의 공통회로의 또다른 배치도
도 15는 본 발명의 제 2실시예에 의한 2개의 포토다이오드에 의해 각각 공유되는 공통회로의 실제패턴의 배치도
도 16은 본 발명의 제 2실시예에 의한 신호처리회로를 포함하는 촬상장치의 회로도
도 17은 본 발명의 제 2실시예에 의한 공통회로와 포토다이오드로 구성되는 단위셀의 회로도
도 18은 신호처리회로를 설명하기 위한 설명도
도 19는 본 발명의 제 3실시예에 의한 화소내의 증폭기의 배치도
도 20은 본 발명의 제 3실시예에 의한 화소내의 증폭기의 또다른 배치도
도 21은 본 발명의 제 3실시예에 의한 화소내의 증폭기의 또다른 배치도
도 22는 본 발명의 제 3실시예에 의한 화소내의 증폭기의 또다른 배치도
도 23은 본 발명의 제 3실시예에 의한 4개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 실제패턴의 배치도
도 24는 본 발명의 제 3실시예에 의한 4개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 또다른 실제패턴의 배치도
도 25는 배치의 변동을 설명하기 위한 설명도
도 26은 본 발명의 제 3실시예에 의한 실제패턴의 배치도
도 27은 본 발명의 제 3실시예에 의한 수광영역의 또다른 배치도
도 28은 본 발명의 제 3실시예에 의한 4개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 또다른 실제패턴의 배치도
도 29는 본 발명의 제 3실시예에 의해 렌즈가 칩위에 실장된 예의 도면
도 30은 본 발명의 제 3실시예에 의한 앞서 언급한 구성을 가지는 CMOS센서의 단위셀의 회로도
도 31은 본 발명의 제 3실시예에 의한 신호처리유닛을 포함하는 촬상장치의 회로도
도 32는 본 발명의 제 3실시예에 의한 촬상장치를 동작시키는 타이밍차트
도 33은 본 발명의 제 3실시예의 제 1변형예에 의한 신호처리유닛을 포함하는 촬상장치의 회로도
도 34는 본 발명의 제 3실시예의 제 2변형예에 의한 신호처리유닛을 포함하는 촬상장치의 회로도
도 35는 본 발명의 제 3실시예의 제 2변형예에 의한 도 34에 도시된 촬상장치를 동작시키는 타이밍차트
도 36은 본 발명의 제 3실시예의 제 2구성에 의한 수직귀선기간동안의 타이밍차트
도 37은 본 발명의 제 4실시예에 의한 공통회로의 개략구성도
도 38은 본 발명이 적용되는 또다른 촬상소자의 단위셀의 회로도
도 39는 본 발명의 일실시예에 의한 4개의 포토다이오드에 의해 공유되는 증폭기의 개략구성의 회로도
도 40은 화소내의 증폭기의 종래의 배치도
도 41은 종래의 개략구성의 회로도
도 42는 또다른 종래 구성의 회로도
도 43은 각 공통회로가 2개의 화소에 의해 공유되는 경우 화소내의 공통회로의 배치도
도 44는 도 43에 도시된 2개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 실제패턴의 배치도
도 45A와 도 45B는 컬러필터의 배치도
도 46은 각 공통회로가 4개의 화소에 의해 공유되는 경우 화소내의 공통회로의 배치도
도 47은 4개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 실제패턴의 배치도
＜주요부분에 대한 설명＞
11: 광전변환소자 12: 증폭기
13, 14, 15, 16, 31: 단위셀 17: 차광유닛
21: 광학계 22: CMOS센서
23: 신호처리회로 24: 판독/전송계
25: 타이밍제어기 26: 시스템제어기
33, 34, 53, 54: 전송게이트 35, 55: 부유확산(FD)부
36, 43, 56, 63: 게이트 37, 57: 수직신호선
38: 홀수행 주사선 39: 짝수행 주사선
40, 60: 행선택선 41: VDD단자
42, 62: 리셋선 58: 홀수열 주사선
59: 짝수열 주사선 71: 수평시프트레지스트
80, 81, 82-1∼82-3, 84-1∼84-3: 트랜지스터
83-1∼83-3: 커패시터 86-1∼86-3: 증폭기
87-1, 87-2: 차동증폭기
본 발명은 상기 상황을 고려하여 행해졌고, 이것의 제 1목적은 증폭기 등의 공통회로가 복수의 화소에 의해 공유되어 해상도의 저하없이 양호한 성능을 달성하는 촬상장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제 2목적은, 공통회로가 복수의 화소에 의해 공유되는 촬상장치에 바람직하게 사용되는 노이즈저감시스템을 가지는 촬상장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제 3목적은 센서유닛으로서 앞서 설명한 촬상장치를 사용한 촬상계를 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면, 앞서 설명한 제 1목적은, 1차원 또는 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 이 복수의 광전변환소자에 의해 공유되는 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지는 촬상장치에 있어서, 단일의 단위셀내에 포함된 인접하는 광전변환소자의 질량중심사이의 거리는 적어도 한 방향으로 상이한 단위셀내에 포함된 인접하는 광전변환소자의 질량중심사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 촬상장치를 제공함으로써 달성된다.
제 1목적은 또한, 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 이 복수의 광전변환소자에 의해 공유되는 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지는 촬상장치에 있어서, 복수의 광전변환소자중 휘도신호를 형성하는데 대부분 기여하는 컬러필터에 의해 덮히는 광전변환소자가, 광전변환소자의 인접하는 행 또는 열이 서로 시프트되어 배치됨으로써 수평방향 및 수직방향의 양방향으로 동일한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 촬상장치를 제공함으로써 달성된다.
또, 제 1목적은, 1차원 또는 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 이 복수의 광전변환소자에 의해 공유되는 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지는 촬상장치에 있어서, 동일한 공간적 간격으로 분리되도록, 촬상장치의 중심부에 형성된 복수의 광전변환소자의 수광영역의 질량중심을 조정하는 조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치를 제공함으로써 또한 달성된다.
게다가, 제 1목적은, 1차원 또는 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 이 복수의 광전변환소자에 의해 공유되는 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지는 촬상장치에 있어서, 동일한 공간적 간격으로 분리되도록, 소정의 조건에 의거하여 촬상장치의 중심부에 형성된 복수의 광전변환소자로부터 선택된 광전변환소자의 수광영역의 질량중심을 조정하는 조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치를 제공함으로써 또한 달성된다.
또, 본 발명의 제 2목적을 달성하기 위해, 공통회로의 노이즈를 판독하는 노이즈판독수단과; 공통회로를 통하여 제 1신호를 판독하는 제 1신호판독수단과; 공통회로를 통하여 제 2신호를 판독하는 제 2신호판독수단과; 제 1 및 제 2신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈저감수단이 부가하여 구비된다.
또한, 공통회로의 노이즈를 판독하는 노이즈판독수단과; 공통회로를 통하여 복수의 신호를 판독하는 신호판독수단과; 복수의 신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈저감수단이 부가하여 구비된다.
또, 본 발명의 제 3목적은 상기 설명한 바와 같은 촬상장치를 가지는 촬상계와, 촬상장치상에 화상을 형성하는 렌즈계와, 촬상장치로부터의 출력신호를 처리하는 신호처리회로를 제공함으로써 달성된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은, 유사한 참조문자는 도면을 통하여 동일하거나 유사한 부분을 나타내는 첨부도면과 함께 취한 이하의 설명으로부터 명백할 것이다.
바람직한 실시예의 상세설명
본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 따라 이하 상세하게 설명한다.
＜화소 및 공통회로의 가능한 배치＞
먼저, 일본특허공개공보 63-100879와 9-46596의 개시에 의거한 복수의 화소와 이 화소에 의해 공유되는 공통회로의 가능한 배치에 대해 이하 설명한다. 이하의 설명에서, 증폭기는 촬상장치내의 공통회로의 일례로서 사용된다.
도 43은 각 공통회로가 2개의 화소에 의해 공유되는 경우 화소내에서 공통회로의 배치의 일례를 도시한다. 도 43에서, 공통회로로서 증폭기가 2개의 열내의 2개의 화소에 의해 공유되는 경우가 도시되어 있고, 더욱 상세하게는 각 증폭기(204)는 증폭기(204)의 행 위와 아래의 2개의 포토다이오드(203)사이에 (포토다이오드의 쌍 a11과 a21, a12와 a22, a31과 a41, a32와 a42등과 같이) 배치되어 있다. 광전변환소자인 포토다이오드(203)와 증폭기(204)의 1/2이 하나의 화소를 구성함을 알게된다. (201)은 열방향으로 반복하는 단위셀을 나타내고, (202)는 행방향으로 반복하는 단위셀을 나타낸다.
도 44는 2개의 포토다이오드와 1개의 증폭기(단일의 단위셀)의 실제패턴배치를 도시한다. 이 경우 촬상장치는 CMOS센서이다.
도 44에 있어서, (221)은 도 43에서 (201)과 (202)로 나타내고, 2개의 화소의 크기를 가지고 행방향과 열방향의 양방향으로 반복해서 배치된 단위셀(점선으로 둘러싼 영역)을 나타낸다. 포토다이오드(222a),(222b)상의 광입사(굵은선으로 둘러싸이고, 도 43에 도시된 포토다이오드쌍 a11과 a21, a12와 a22, a31과 a41, a32와 a42등에 대응하는 영역)는 전기전하(광전하)로 변환되어 포토다이오드(222a),(222b)내에 축적된다. 축적된 광전하는 각각 홀수행에 대한 전송게이트(223)와 짝수행에 대한 전송게이트(224)를 통하여 부유확산부(225)(또한 굵은선으로 둘러싸임)로, 또한 증폭기(204)인 MOS형 증폭기의 게이트(부유게이트)(226)로 전송된다. MOS형증폭기를 통하여 흐르는 전류는 변조되고, 출력전류는 수직신호선(227)을 통하여 화소어레이로부터 인출된다.
촬상장치에서 도 43에 도시된 바와 같이 2차원의 화소어레이의 X-Y주소는 수직신호선(227), 홀수행 주사선(228), 짝수행주사선(229) 및 행선택선(230)에 의해 실현된다. 또한, 전력 VDD를 공급하기 위한 전력선(231)과, 부유확산부(225)와 게이트(226)를 소정의 전압에 리셋하기 위한 리셋선(232)은 또한 수평방향으로 배치된다.
선(228) 내지 (232)은 단위셀의 배선위에 배치되고, 선은 기본적으로 폭이 넓다. 이들 5개의 불투명선(228) 내지 (232)아래의 영역은 광을 받지 않으므로, 증폭기(204)는 선(228) 내지 (232)아래에 배치된다. 상기 이유로, 증폭기를 공유하는 2개의 포토다이오드는 증폭기의 상부측과 하부측에 배치되도록 고려된다.
그러나 이 배치에 의해, 포토다이오드의 질량중심(CM)이 도 43에 도시된 바와 같이 동일하지 않으므로, 이하의 문제가 발생한다.
먼저, 화소어레이가 단일색의 신호를 출력하면, 공간주파수와 해상도가 한 부분에서 서로 상이하므로, 해상도는 저하하고 게다가 모아레가 나타난다.
색배치가 도 45A 또는 도 45B에 도시된 바와 같은 컬러필터를 가지는 화소어레이를 덮는 것이 가능하다. 컬러필터의 설계시, 컬러는 각 컬러에 대응하는 화소사이의 간격간의 차이가 최소가 되도록 배치될 수 있다. 그러나, 이 경우, 컬러배치는 엄격히 제한된다.
또, 도 45A에 도시된 바와 같은 베이어필터(Bayer filter)가 사용되면, 육안이 가장 민감한 휘도(Y)신호로 대부분 기여하는 녹색(G)필터에 대응하는 화소사이의 간격은 동일하지 않다. 더욱 상세하게는, 예를 들면 녹색필터에 대응하는 a12, a23및 a32의 포토다이오드의 위치를 고려하면, 열방향으로 포토다이오드 a12와 a23사이의 거리는 열방향으로 포토다이오드 a23와 a32사이의 거리와 상이하다. 따라서, 필터배치는 녹색필터에 대응하는 화소사이에 상이한 간격을 야기해서 모아레문제로 초래되므로, 얻어진 화상의 화질은 양호하지 않다.
다음으로, 도 46에 있어서, 각 공통회로가 4개의 화소에 의해 공유되는 경우 화소내에서 공통회로의 배치의 일례에 대해 설명한다.
이 경우에, 증폭기, 즉 공통회로는 2개의 행과 2개의 열(2×2)내에서 4개의 화소와 인접함으로써 공유되고, 각 증폭기(174)는 2×2포토다이오드 b11, b12, b21및 b22와, b31, b32, b41및 b42등의 4개의 포토다이오드(173)에 의해 둘러싸인다. 도 46에서, (171)은 열방향으로 반복하는 단위셀을 나타내고, (172)는 행방향으로 반복하는 단위셀을 나타낸다.
도 47은 4개의 포토다이오드와 증폭기의 실제패턴의 배치를 도시한다. 이 촬상장치도 역시 이 경우에 CMOS센서이다.
도 47에 있어서, (181)은 도 46에서 (171)과 (172)로 나타내고, 4개의 화소의 크기를 가지고, 또한 행방향과 열방향의 양방향으로 반복해서 배치된 단위셀(점선으로 둘러싸인 영역)을 나타낸다. 포토다이오드(182a) 내지 (182d)상의 광입사(도 46에 도시된 포토다이오드의 군 b11, b12, b21및 b22와 b31, b32, b41및 b42중 어느 하나에 대응함)는 전기전하(광전하)로 변환되어 포토다이오드(182a) 내지 (182d)내에 축적된다. 축적된 전하는 각각 전송게이트(183a) 내지 (183d)를 통하여 부유확산부(185)로 각각 전송되고, 또한 증폭기(174)인 MOS형 증폭기의 게이트(186)에 전송된다. MOS형 증폭기를 통하여 흐르는 전류는 변조되고, 출력전류는 수직신호선(187)을 통하여 화소어레이로부터 인출된다.
촬상장치에서 도 47에 도시된 바와 같이 2차원의 화소어레이의 X-Y주소는 수직신호선(187), 주사선(188a) 내지 (188d) 및 행선택선(190)에 의해 실현된다. 또한, 전력 VDD를 공급하기 위한 전력선(191)은 열방향으로 배치되고, 부유확산부(185)와 게이트(186)를 소정의 전압에 리셋하기 위한 리셋선(192)은 수평방향으로 배치된다.
선(188) 내지 (192)은 단위셀의 배선위에 배치되고, 선은 기본적으로 폭이 넓다. 이들 6개의 불투명선(188) 내지 (192)아래의 영역은 광을 받지 않으므로, 증폭기(174)는 선(188) 내지 (192) 아래에 배치된다. 상기 이유로, 증폭기를 공유하는 4개의 포토다이오드는 증폭기의 주변에 배치되도록 고려된다.
그러나 이 배치에 의해, 포토다이오드의 질량중심(CM)이 도 46에 도시된 바와 같이 동일하지 않으므로, 이하의 문제가 발생한다.
화소어레이가 단일색의 신호를 출력하면, 공간주파수와 해상도가 한 부분에서 서로 상이하므로, 해상도는 저하하고 게다가 모아레가 나타난다. 모아레는 심각한 문제이고, 모아레문제를 가지는 촬상장치는 시장에서 팔리지 않는다. 임의의 수의 화소가 단일의 공통회로를 공유하는 구성을 가지는 임의의 촬상장치에 대해서도 이와 같이 말할 수 있다.
따라서, 본 출원의 발명자들은 화소와, 복수의 화소에 의해 공유되는 회로의 개선된 배치를 가지는 촬상장치를 개발해왔다.
촬상장치에 대해 이하 상세히 설명한다.
＜촬상장치의 기본구성＞
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 촬상장치의 개략구성을 도시하는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광학계(21)를 통하여 들어오는 광은 CMOS센서(22)상에 광학상을 형성하고 CMOS센서상에 배치된 화소어레이에 의해 전기전하로 변환된다. 광전하는 또한 소정의 방법으로 변환되고 처리되어 신호처리회로(23)에 의해 출력된다. 처리된 신호는 정보기록매체상에 기록되거나 기록/전송계(24)에 의해 출력된다. 기록 또는 전송된 정보는 검색계(27)에 의해 검색된다. CMOS센서(22)와 신호처리회로(23)는 타이밍제어기(25)에 의해 제어되고, 광학계(21), 타이밍제어기(25), 기록/전송계(24) 및 검색계(27)는 시스템제어기(26)에 의해 제어된다.
다음에, 본 발명에 의한 CMOS센서(22)에 대해 상세히 설명한다.
＜제 1실시예＞
도 2A는 각 증폭기(12)가 열방향으로 인접하는 2개의 화소에 의해 공유되는 경우 화소내의 증폭기(12)의 배치를 도시하고, 도 2B는 각 증폭기(12)가 행방향으로 인접하는 2개의 화소에 의해 공유되는 경우 화소내의 증폭기(12)의 배치를 도시한다.
도 2A에서, 1개의 증폭기(12)를 공유하는 2개의 광전변환소자(11)(소자의 쌍 p11과 p21, p31과 p41, p12와 p22및 p32와 p42등)는 열방향으로 서로 이웃해서 배치되고, 증폭기(12)는 인접하는 화소를 따라서 배치된다. 이 방법에서, 광전변환소자(11)(예를 들면, p11, p21, p31, p41, p12, p22, p32, p42)의 질량중심 사이의 간격은 행방향 및 열방향의 양방향으로 동일하다. (13)은 열방향으로 반복하는 단위셀을 나타내고, (14)는 행방향으로 반복하는 단위셀을 나타낸다.
또한, 도 2B에서, 1개의 증폭기(12)를 공유하는 2개의 광전변환소자(11)(소자의 쌍 p11과 p12, p13과 p14, p21과 p22, p23과 p24, p31과 p32, p33과 p34등)는 행방향으로 서로 인접해서 배치되고, 증폭기(12)는 인접하는 화소에 따라 배치된다. 이 방법에서, 광전변환소자(11)(p11, p12, p13, p14, p21, p22, p23, p24, p31, p32, p33, p34)의 질량중심 사이의 간격은 행방향과 열방향의 양방향으로 동일하다. (15)는 열방향으로 반복하는 단위셀을 나타내고, (16)은 행방향으로 반복하는 단위셀을 나타낸다.
제 1실시예에서, 각 증폭기(12)를 공유하는 광전변환소자(11)의 수, N은 2(N=2)이나, 수 N은 2보다 큰 임의의 수이어도된다.
[배치예 1]
도 3은 CMOS센서(22)내의 2개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 실제패턴의 배치를 도시하고, 도 4는 일부배선이 생략된도 3의 간단도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, CMOS센서는 배치룰 0.4㎛에 의거하여 단결정 실리콘기판 위에 형성된다. 각 화소는 각 변이8㎛인 사각형이고, 증폭기(12)로서 소스폴로워 증폭기는 열방향으로 배치된 2개의 인접하는 화소에 의해 공유된다. 따라서, 점선으로 도시되고 도 2A에서 (13)과 (14)로 나타낸 단위셀(31)의 크기는 8㎛×16㎛이다. 복수의 단위셀(31)은 2차원으로 배치된다.
포토다이오드(32a),(32b), 즉 광전변환소자는 각 화소의 오른쪽 부분위에 형성되고, 포토다이오드(32a),(32b)의 형상은 거의 미러화상이다. 또한, 포토다이오드(32a),(32b)의 수광영역의 질량중심(CM)이 각 화소의 대략 동일한 위치에 위치하도록 포토다이오드(32a),(32b)가 설계된다. 도 3에서, 포토다이오드(32a), (32b)의 영역 및 부유확산(FD)부(35)의 영역은 굵은선으로 도시된다. 또한, 도 3에서, (38)은 홀수열에서 각 전송게이트(33)를 제어하기 위한 홀수열 주사선을 나타내고; (39)는 짝수행에서 각 전송게이트(34)를 제어하기 위한 짝수행 주사선을; (40)은 행선택선을; (42)는 MOS트랜지스터의 게이트(43)를 제어하기 위한 리셋선을 나타낸다. 도 4에서, 선(38) 내지 (42)은 도시되어 있지 않다.
포토다이오드(32a),(32b)내에 축적된 광전하는 홀수행에 대한 전송게이트(33)와 짝수행에 대한 전송게이트(34)를 통하여 FD부(35)에 전송된다. 양쪽의 전송게이트(33),(34)의 크기는 L=0.4㎛, W=1.0㎛(L은 채널길이이고 W는 채널폭)이다. FD부(35)는 0.4㎛의 폭을 가지는 알루미늄(Al)배선을 통하여 소스폴로워의 게이트(36)에 접속되고, FD부(35)에 전송되는광전하는 게이트(36)의 게이트전압을 변조시킨다. 게이트(36)의 MOS트랜지스터의 크기는 L=0.8㎛, W=1.0㎛이고, FD부(35)와 게이트(36)의 전체용량은 약 5fF이다. Q=CV이므로, 게이트(36)의 게이트전압은 105개 전자의 전송에 응답하여 3.2V만큼 변화한다.
VDD단자(41)로부터 흘러들어가는 전류는 게이트(36)의 MOS트랜지스터에 의해 변조되어 수직신호선(37)으로 전송된다. 수직신호선(37)을 통하여 흐르는 전류는 신호처리회로(도시되지 않음)에 의해 처리되어 화상정보를 형성한다.
그후, 포토다이오드(32a),(32b), FD부(35) 및 게이트(36)의 전위를 소정의 전위 VDD에 대해 설정하기 위해, 리셋선(42)에 접속된 MOS트랜지스터의 게이트(43)는 개방(이때에, 홀수행에 대한 전송게이트(33)와 짝수행에 대한 전송게이트(34)도 또한 개방됨)됨으로써, 포토다이오드(32a),(32b), FD부(35) 및 게이트(36)는 VDD단자(41)에 전기적으로 접속된다.
그후, 전송게이트(35),(36)는 폐쇄됨으로써 포토다이오드(32a),(32b)내에 광전하의 축적이 다시 개시된다.
각 단위셀 내에 배치된 배선의 전체수는 수평방향으로 4개 상세하게는 홀수행 주사선(38), 짝수행 주사선(39), 행선택선(40) 및 리셋선(42)이다. 4개의 배선은, 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 배선이 각 화소의 상단부와 하단부상에 각각 배치되는 방법으로 배치된다.
이들 배선은 상기 설명한 바와 같이 두꺼운 배선이고 화소위에 형성되므로, 배선수의 증가는 광을 수광하지 않고 개구를 감소시키는 영역의 증가로 이끈다. 또한, 하나의 행에 2개의 배선과 다른 행에 3개의 배선이 되도록 하나의 행상에 형성된 배선수가 다른 행상에 배치된 배선수와 상이하면, 열방향으로 인접하는 포토다이오드의 개구와 질량중심은 하나의 행에서 서로 상이하다.
배치예 1에서, 앞선 단락에서 설명한 문제를 피하기 위해, 전원공급전압 VDD는 CMOS센서의 최상층위에 배치된 금속차광층(도시되지 않음)을 통하여 전원(도시되지 않음)이 각 화소와 접속함으로써 모든 화소와, 관통구멍으로서 형성된 VDD단자(41)에 공급된다.
상기 설명한 바와 같은 배치예 1에 의해, 서로 동일한 간격으로 배치되고, 비교적 높은 영역비 또는 많은 개구를 가지는 복수의 화소를 가지는 CMOS센서를 형성하는 것이 가능하다.
예를 들면, 영역비 또는 개구는 공지의 온칩 볼록렌즈를 사용함으로써 또한 증가될 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 전원공급전압 VDD를 공급하기 위해 사용되는 금속층은 차광막에 제한되지 않고, 예를 들면, 전체화소상에 놓여있는 커패시터를 형성하기 위해 사용되는 전극재료이어도 된다.
[배치예 2]
도 5는 CMOS센서(22) 내의 2개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 또다른 실제패턴의 배치를 도시하고, 도 6은 몇몇 배선이 생략된 도 5의 간단도이다. 또한, 도 7과 도 8은 FD부의 부근을 도시하는 확대도이다. 상세하게는, 도 7은 게이트(54)상의 배선이 생략된 경우의 도면이고, 도 8은 배선이 게이트(54)상에 형성된 경우의 도면이다.
도 6 내지 도 8에 있어서, 포토다이오드(52a),(52b)와 FD부(55)의 영역은 굵은선으로 도시된다. 배치예 2도 또한 배치예 1과 유사하게 2개의 인접하는 화소가 단일의 증폭기를 공유하는 경우를 도시하나, 2개의 인접하는 화소가 행방향으로 배치된다. 2개의 인접하는 질량중심은 각 포토다이오드의 대략 동일한 위치에 위치한다.
도 5와 도 6에 있어서, (52a)와 (52b)는 포토다이오드이고, (53)은 홀수열에 대한 전송게이트; (54)는 짝수열에 대한 전송게이트; (55)는 FD부; (56)은 소스폴로워의 게이트; (57)은 수직신호선; (58)은 홀수열의 전송게이트(53)를 제어하기 위한 홀수열 주사선; (59)는 짝수열의 전송게이트(54)를 제어하기 위한 짝수열 주사선; (60)은 행선택선; (62)는 MOS트랜지스터의 게이트(63)를 제어하기 위한 리셋선이다. 소스폴로워와 FD부(55)의 배선접속게이트(56)는 도 8에 도시된 바와 같이 게이트(54)와 교차함을 알게된다.
배치예 2에서, 영역비 또는 개구는 열방향으로 인접하는 2개의 화소에 의해 증폭기를 공유하는 배치예 1에 비해 향상된다. 따라서, 폭넓은 다이나믹범위, 고감도 및 고 S/N비의 CMOS센서가 실현된다.
배치예 2에서, 필수적인 4개의 배선이 배치되고, 전압 VDD를 공급하기 위한 전원공급선(61)이 수직신호선(57)측에 대향하는 포토다이오드 측위에 열방향으로 배열된다.
[노이즈저감]
본 출원의 발명자는, 상기 설명한 바와 같이, 복수의 화소가 1개의 증폭기를 공유하는 구성을 가지는 촬상장치내에 적합하게 사용되는 노이즈를 저감시키기 위한 신호판독회로를 또한 개발해왔다.
노이즈저감동작은 도 9와 도 10을 참조하여 설명한다.
도 9는 2개의 광전변환소자가 1개의 증폭기를 공유하는 CMOS센서의 단위셀의 회로구성을 도시한다. 도 9에 있어서, PD1과 PD2는 광전변환소자로서 포토다이오드를 나타내고; MTX1과 MTX2는 포토다이오드 PD1과 PD2에 축적된 광전하를 FD부에 전송하기 위한 MOS트랜지스터; MRES는 FD부를 리셋하기 위한 MOS트랜지스터; MSF와 MSEL은 소스폴로워를 구성하는 MOS트랜지스터이다. MOS트랜지스터 MSEL은 또한 포토다이오드를 선택하기 위한 선택스위치로서 기능한다.
먼저, 리셋동작은 MOS트랜지스터 MRES를 온시킨 다음, 소스폴로워를 구성하는 MOS트랜지스터 MSF와 MSEL로부터 노이즈신호가 판독된다. 다음에, 포토다이오드 PD1에 축적된 광전하는 MOS트랜지스터 MTX1을 통하여 MOS트랜지스터 MSF의 게이트로 전송된 다음, MOS트랜지스터 MSF와 MSEL을 통하여 제 1신호로서 판독된다. 그후, 리셋동작이 다시 행해지고, 포토다이오드 PD2에 축적된 광전하는 MOS트랜지스터 MTX2를 통하여 MOS트랜지스터 MSF의 게이트로 전송된 다음, MOS트랜지스터 MSF와 MSEL을 통하여 제 2신호로서 판독된다. 따라서, 노이즈신호, 제 1신호 및 제 2신호는 얻어지고, 제 1 및 제 2신호로부터 노이즈신호를 뺌으로써, 노이즈성분이 없는 포토다이오드 PD1에 대응하는 신호뿐만 아니라 노이즈성분이 없는 포토다이오드 PD2에 대응하는 신호가 얻어진다.
또한, 동작타이밍을 변화시킴으로써 포토다이오드 PD1내에 축적된 광전하를 MOS트랜지스터 MSF의 게이트에서 유지하면서, 포토다이오드 PD2에 축적된 광전하를 MOS트랜지스터 MSF의 게이트에 전송함으로써, 포토다이오드 PD1에 대응하는 광전하신호와 포토다이오드 PD2에 대응하는 광전하신호를 가산하는 것이 가능하다.
다음에, 제 1실시예에 의한 신호처리회로를 포함하는 촬상장치에 대해 이하 설명한다. 도 10은 제 1실시예에 의한 신호처리회로를 포함하는 촬상장치의 등가회로를 도시하고, 도 11과 도 12는 장치를 동작시키기 위한 타이밍차트이다.
도 10과 도 11에 있어서, 수직주사동작은 수직귀선기간을 나타내는 신호øV1또는 øV2의 펄스에 응답하여 초기화된다. 먼저, 제 1행의 리셋선(62)에 인가되는 신호øTXRO-1는 수평귀선기간(즉, 신호øHBL이 하이인 때)동안 활성되고, 후속하는 배선에 대한 신호øTXRO-i(i는 행수, 이하, 아래첨자의 마지막부분, -i는 생략)는동일한 방법으로 활성된다. 따라서, 모든 행의 모든 화소는 리셋전위 VDD에 리셋된다.
각 수평귀선기간에서, 기간 T1동안, 신호øL은 하이로 되고, 수직신호선(57)에 접속된 트랜지스터(81)는 온되고, 수직신호선(57)은 리셋된다. 동시에, 신호øTN,øTS1및 øTS2는 또한 하이로 되고, 트랜지스터 (82-1), (82-2) 및 (82-3)는 온된다. 따라서, 신호를 판독하는 트랜지스터 (84-1), (84-2) 및 (84-3)의 상류부분과 커패시터 (83-1), (83-2) 및 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)는 수직신호선(57)에 전기적으로 접속되어 리셋된다. 따라서, 예를 들면, 커패시터 (83-1), (83-2) 및 (83-3)내의 잔류전하는 제거된다.
그 후, 기간 T2동안 리셋선(62)에 인가되는 신호øTXRO는 하이로 변화되고, 각 단위셀 내에 MOS트랜지스터 MSF와 MSEL에 의해구성되는 소스폴로워증폭기의 게이트인 부유게이트는 전압 VDD에 리셋된다.
다음에, 기간 T3동안, 신호øRV는 하이로 되고, 수직신호선(57)에 접속된 접지를 위한 트랜지스터(80)는 온되어, 수직신호선(57)이 접지된다. 동시에, 신호øTN은 노이즈성분을 저장하기 위한 커패시터(83-1)(CTN)를 수직신호선(57)에 접속하기 위해 하이로 변화되고, 트랜지스터(82-1)는 온된다. 이 때에, 행선택선(60)에 인가되는 신호 øSO는 하이이고,MOS트랜지스터 MSF의 부유게이트에서의 전위(약 VDD)에 대응하는 전류가 VDD단자(41)로부터 커패시터(83-1)(CTN)로 흐름으로써, 커패시터(83-1)(CTN)는 노이즈성분에 대응하는 전하는 저장한다.
다음에, 기간 T4동안 홀수열 주사선(58)에 인가되는 신호 øTX0는 하이로 변화되고, 차례로 홀수열의 전송게이트(이 경우에 MOS트랜지스터 MTX1)가 온되고 포토다이오드 PD1내에 축적된 광전하는 MOS트래지스터의 MSF의 부유게이트에 전송된다. 노이즈성분을 저장하는 커패시터(83-1)(CTN)는 신호øTN가 로우로되는 경우 수직신호선(57)으로부터 떨어지고, 차례로, 신호øTS1가 하이로 변화되는 경우 광전하신호를 저장하는 커패시터(83-2)(CTS1)는 접속된다. 따라서, 예를 들면 홀수열의 포토다이오드 PD1에 축적된 전하는 수직신호선(57)을 통하여 커패시터(83-2)(CTS1)에 저장된다.
다음에, 기간 T5동안, 신호øL는 하이로 되고 수직신호선(57)만이 리셋된다. 신호øS0, øTN, øTS1및 øTS2가 로우이므로, 다른 부분은 리셋되지 않고 이들의 상태는 보존된다.
다음에, 리셋선(62)에 인가되는 신호øTXRO는 기간 T5와 T6사이에 하이로 변화되고, 소스폴로워증폭기의 게이트(즉, MOS트랜지스터 MSF의 게이트)는 전위 VDD에 리셋된다.
기간 T6동안, 짝수열 주사선(59)에 인가되는 신호øTXOe는 하이로 변화되고, 짝수열의 포토다이오드 PD2에 축적된 광전하는 MOS트랜지스터 MSF의 부유게이트에전송된다. 이 때에, 신호 øTS2가 하이로 변화되므로, 다른 광전하신호를 저장하는 커패시터(83-3)(CTS2)는 수직신호선(57)에 전기적으로 접속되고, 예를 들면, 짝수열의 포토다이오드 PD2에 축적된 광전하는 수직신호선(57)을 통하여 커패시터(83-3)(CTS2)에 저장된다.
앞서 설명한 방법에서, 노이즈성분, 제 1신호 및 제 2신호에 대응하는 전하는 하나의 행에 대한 각 열에 의해 커패시터(83-1),(83-2) 및 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)에 각각 저장된다.
다음에, 기간 T7동안, 커패시터(83-1),(83-2) 및 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)에 저장된 전하를 증폭기(86-1) 내지 (86-3)에 각각순차로 전송하기 위해, 수평주사신호 øHn은 수평시프트레지스터(71)에 의해 제어되는 각 열에 대해 하이로 변화되고, 각 열에 형성된 트랜지스터(84-1) 내지 (84-3)는 온됨으로써, 커패시터(83-1) 내지 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)는 각각의 증폭기(86-1) 내지 (86-3)에 접속된다. 노이즈성분, 제 1신호 및 제 2신호는 커패시터(83-1) 내지 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)로부터 출력되고, 제 1신호로부터 노이즈성분을 뺌으로서 얻어진 신호 S1은 차동증폭기(87-1)로부터 출력되고, 제 2신호로부터 노이즈성분을 뺌으로써 얻어진 신호 S2는 차동증폭기(87-2)로부터 출력된다. 포토다이오드내의 광전하의 축적은 또한 기간 T7동안 행해짐을 알아야 한다.
기간 T5와 기간 T6사이에 리셋선(62)에 인가되는 신호øTXRO가 하이로 변화되지 않고 리셋동작이 행해지지 않는 경우, 짝수열의 포토다이오드 PD2에 의해 생성된 광전하는, 포토다이오드 PD1에 의해 생성된 광전하가 남아있는 MOS트랜지스터 MSF의 부유게이트에 전송된다. 따라서, 홀수열의 포토다이오드 PD1의 신호와 짝수행의 포토다이오드 PD2의 신호는 수직신호선(57)을 통하여 커패시터(83-3)(CTS2)에 저장된다. 따라서, 노이즈성분, 하나의 포토다이오드에 대응하는 신호(단일의 신호성분) 및 2개의 포토다이오드에 대응하는 신호(2중의 신호성분)는 커패시터(83-1) 내지 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)에 저장된다. 다음에, 노이즈성분, 단일의 신호성분 및 2중의 신호성분은 기간 T7동안 증폭기(86-1) 내지 (86-3)로 출력된다. 그 후, 노이즈성분은 차동증폭기(87-1)에 의해 단일의 신호성분으로부터 빼내지고, 신호 S1이 출력된다. 마찬가지로, 노이즈성분은 차동증폭기(87-2)에 의해 2중의 신호성분으로부터 빼내지고, 신호 S2가 출력된다.
또한, 본 발명의 제 1실시예는 2차원어레이에 제한되지 않고, 1차원의 라인센서에도 적용할 수 있다.
상기 설명한 제 1실시예에 의하면, 예를 들면, 해상도의 저하와 모아레의 발생 등의 성능의 저하를 야기함이 없이 높은정확도의 촬상소자를 실현할 수 있다. 또한, 촬상장치의 수율이 높아진다.
＜제 2실시예＞
다음에, 본 발명의 제 2실시예에 대해 설명한다.
도 13과 도 14는 공통회로로서 증폭기(12)와, 각 증폭기(12)가 2개의 포토다이오드(11)에 의해 공유되는 경우의 포토다이오드(11)의 다른 배치예를 도시한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(11)는 인접하는 행이피치만큼 서로 시프트되도록 배치된다. 홀수행에서, 휘도(Y)신호에 주로 기여하는 녹색(G)필터에 의해 덮히는 화소(이하, 'G화소'로 칭함)는 색차신호에 기여하는 적색(R)필터에 의해 덮히는 화소(이하 'R화소'로 칭함)로부터 증폭기를 가로질러 각각 설정되고, 짝수행에서, G화소는 색차신호에 또한 기여하는 청색(B)필터에 의해 덮히는 화소(이하, 'B화소'로 칭함)로부터 증폭기를 가로질러 각각 설정된다. 인접하는 행내에 G화소를 행방향으로 1피치만큼 시프트되어 배치함으로써, 행방향으로 G화소사이의 간격은 동일해지고, 또한 열방향으로 G화소사이의 간격은 또한 동일해진다. 따라서, 모아레문제는 해결되고, 촬상된 화상은 저하되지 않는 것으로 보인다.
또, 도 14는 인접하는 열이피치만큼 서로 시프트되도록 광다이오드(11)가 배치된 경우의 일례를 도시한다.
다음에, 도 15는, 도 13에 도시된 바와 같이, 공통회로로서, 증폭기(12)의 우측과 좌측에 배치된 2개의 포토다이오드(11)에 의해 공유된 증폭기와 2개의 포토다이오드의 실제패턴의 배치예를 도시한다.
도 15에 도시된 바와 같이, CMOS센서는 단결정실리콘기판 위에 형성된다. 각 화소는 점선(341)으로 나타낸 각 변이 8㎛인 사각형이다. 상기 설명한 바와 같이, 복수쌍의 포토다이오드는 2차원어레이로 배열된다. 2개의 포토다이오드의 각 쌍 사이에, 공통회로가 배치된다. G필터에 의해 덮히는 포토다이오드(G포토다이오드)는 공통회로의 좌측에 설치되고, R또는 B필터에 의해 덮히는 포토다이오드(R/B포토다이오드)는 공통회로의 우측에 설치된다. 도 15에서, 예로서 MOS트랜지스터를 사용한 증폭기가 공통회로로서 사용된다. 배치룰은 0.4㎛이고, 광전변환소자로서 포토다이오드(342)의 영역, 영역비, 개구면적 및 개구비는 각각 57.96㎛2, 60.4%, 28.88㎛2및 30.1%이다. 이들 수치는 종래의 수치에 비해 매우 높다.
(343)은 G포토다이오드(342)로부터의 광전하를 부유확산(FD)부(345)로 전송하기 위한 전송게이트를 나타내고, (344)는 또한 R/B포토다이오드(342')로부터의 광전하를 FD부(345)로 전송하기 위한 전송게이트를 나타낸다. 전송게이트(343),(344)는 MOS트랜지스터이고, 각 MOS트랜지스터의 채널길이와 채널폭은 각각 0.4㎛와 1.0㎛이다. (347)은 FD부(345)를 단자(350)를 통하여 전원공급전압 VDD의 전위에 리셋하기 위한 리셋게이트를 나타내고, (346)은 MOS형 소스폴로워증폭기의 게이트를 나타낸다. 게이트(346)의 전위는 전송된 전하에 따라 변화하고, 증폭기는 VDD단자(350)로부터 흘러들어오는 전류를 변조시킨다.
FD부(345)와 게이트(346)의 전체용량은 약 10fF이고, 포토다이오드의 면적이 증가함에 따라 용량도 또한 증가한다. 변조된 전류는 전류를 선택적으로 출력하기 위한 선택게이트(348)를 통하여 수직신호선(349)에 결국 출력된다.
또, (351) 내지 (354)는 선택게이트(348), 전송게이트(343),(344) 및 리셋게이트에 각각 소정의 전위를 인가하기 위한 주사선을 나타낸다.
[노이즈저감]
다음에, 상기 설명한 촬상소자에 바람직하게 사용되는 노이즈를 저감시키기 위한 신호처리에 대해 설명하다.
도 16은 제 2실시예에 의한 등가회로도이다. 도 16에서, 도 10과 도 15에 도시된 바와 같이 동일한 유닛과 소자는 동일한 참조부호로 칭한다. 또, 도 17은 도 16에서 점선으로 둘러싸이고 그 패턴배치예가 도 15에 도시된, 공통회로(372)와 공통회로(372)의 양측에 배치된 포토다이오드로 구성된 단위셀(374)의 등가회로도이다.
도 17에서, (350)은 VDD단자이고; (345)는 FD부; (363)은 FD부(345)를 리셋시키기 위한 MOS트랜지스터 등의 리셋유닛(리셋MOS); (364)와 (364')는 포토다이오드(342),(342')로부터의 광전하를 FD부(345)에 전송하기 위한 MOS트랜지스터 등의 전송유닛(전송MOS); (365)는 FD부(345)에서 전위의 변화를 증폭시키는 MOS트랜지스터 등의 증폭기; (366)은 증폭기(365)로부터의 신호를 수직신호선(349)으로 선택적으로 출력하기 위한 선택용 MOS트랜지스터(선택MOS)이다. 또, 주사선(354),(351),(352) 및 (353)은 리셋MOS(363), 선택MOS(366), 전송MOS(364) 및 전송MOS(364')를 각각 온 또는 오프시키는 전위를 인가하기 위한 것이다. 단위셀(374)에서, MOS트랜지스터(363),(364),(364'),(365) 및 (366)는 공통회로를 형성한다. 또, 도 15에 도시된 패턴배치예에서, 전송게이트(343)는 도 17의 전송MOS(364)의 게이트에 대응하고, 전송게이트(344)는 전송MOS(364')의 게이트에 대응하고, 리셋게이트(347)는 리셋MOS(363)의 게이트에 대응하고, 선택게이트(348)는 선택MOS(366)의 게이트에 대응한다.
다음에, 도 16과 도 17에 도시된 회로도, 도 11과 도 12에 도시된 타이밍차트에 있어서, 노이즈저감동작에 대해 설명한다.
도 11에 있어서, 수직주사동작은 수직귀선기간을 나타내는 신호øV1또는 øV2의 펄스에 응답하여 초기화된다. 먼저, 제1행의 리셋선(354)에 인가되는 신호øTXRO-1는 수평귀선기간동안(즉, 신호øHBL이 하이인 때) 활성화되고, 다음의 배선에 대한 신호øTXRO-i(i는 행수, 이하 아래첨자의 마지막부분, -i는 생략)는 동일한 방법으로 인가된다. 따라서, 모든 행내의 모든 화소는 리셋전위 VDD에 리셋된다.
각 수평귀선기간에서, 기간 T1동안, 도 12에 도시된 바와 같이, 신호øL은 하이로되고, 수식신호선(349)에 접속된 트랜지스터(81)는 온되고 수직신호선(349)은 리셋된다. 동시에, 신호 øTN, øTS1및 øTS2는 또한 하이로 되고, 트랜지스터(82-1),(82-2) 및 (82-3)는 온된다. 따라서, 신호를 판독하는 트랜지스터(84-1),(84-2) 및 (84-3)의 상류쪽에 있는 배선과 커패시터(83-1),(83-2) 및 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)는 수직신호선(349)에 전기적으로 접속되어 리셋된다. 따라서, 예를 들면, 커패시터(83-1),(83-2) 및 (83-3)의 잔류전하는 제거된다.
그후, 기간 T2동안, 리셋선(354)에 인가되는 신호 øTXRO는 하이로 변화되고, 각 단위셀내에서 MOS트랜지스터(365),(366)로 구성된 소스폴로워증폭기의 게이트인 부유게이트는 전압 VDD에 리셋된다.
다음에, 기간 T3동안, 신호 øRV는 하이로 되고, 수직신호선(349)에 접속되어 접지시키기 위한 트랜지스터(80)는 온되어 수직신호선(349)은 접지된다. 동시에, 신호øTN은 노이즈성분을 저장하기 위한 커패시터(83-1)(CTN)를 수직신호선(349)에 접속하기 위해 하이로 변화되어, 트랜지스터(82-1)는 온된다. 이 때에, 행선택선(351)에 인가되는 신호øSO는 하이이고, MOS트랜지스터(365)의 부유게이트에서의 전위(약 VDD)에 대응하는 전류는 VDD단자(350)로부터 커패시터(83-1)(CTN)로 흐름으로써, 커패시터(83-1)(CTN)는 노이즈성분에 대응하는 전하를 저장한다.
다음에, 기간 T4동안, G화소주사선(353)에 인가되는 신호 øTXOO는 하이로 변화되고, 차례로 G화소에 대한 전송게이트(MOS트랜지스터(364))는 온되며, 포토다이오드(342)에 축적된 광전하는 MOS트랜지스터(365)의 부유게이트에 전송된다. 노이즈성분을 저장하기 위한 커패시터(83-1)(CTN)는, 신호øTN이 로우로 된 경우, 수직신호선(349)으로부터 떨어지고, 차례로 신호øTS1이 하이로 변화되는 경우, 광전하신호를 저장하기 위한 커패시터(83-2)(CTS1)가 접속된다. 따라서, 예를 들면, G포토다이오드(342)에 축적된 전하는 수직신호선(349)을 통하여 커패시터(83-2)(CTS1)에 저장된다.
다음에, 기간 T5동안, 신호 øL은 하이로 되고, 수직신호선(349)만이 리셋된다. 신호 øSO, øTN, øTS1및 øTS2는 로우이므로, 다른 부분은 리셋되지 않고, 이들의 상태는 보존된다.
다음에, 리셋선(354)에 인가되는 신호øTXRO는 기간 T5와 T6사이에 하이로 변화되고, FD부(345)는 전위 VDD에 리셋된다.
기간 T6동안, R/B화소주사선(352)에 인가되는 신호øTXOe는 하이로 변화되고, R/B포토다이오드(342')에 축적된 광전하는 MOS트랜지스터(365)의 부유게이트에 전송된다. 이 때에, 신호 øTXS2는 하이로 변화되므로, 또다른 광전하신호를 저장하기 위한 커패시터(83-3)(CTS2)는 수직신호선(349)에 전기적으로 접속되어, 예를 들면, R/B포토다이오드(342')에 축적된 전하는 수직신호선(349)을 통하여 커패시터(83-3)(CTS2)에 저장된다.
앞서 설명한 방법에서, 노이즈성분, 제 1신호 및 제 2신호에 대응하는 전하는 하나의 행에 대한 각 열에 의해 커패시터(83-1), (83-2) 및 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)에 각각 저장된다.
다음에, 기간 T7동안, 커패시터(83-1),(83-2) 및 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)에 저장된 전하를 증폭기(86-1) 내지 (86-3)에 각각 순차로 전송하기 위해, 수평주사신호øHn은 수평시프트레지스터(71)에 의해 제어되는 각 열에 대해 하이로 변화되고 각열에 형성된 트랜지스터(84-1) 내지 (84-3)은 온됨으로써, 커패시터(83-1) 내지 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)는 증폭기(86-1) 내지 (86-3)에 접속된다. 노이즈성분, 제 1신호 및 제 2신호는 커패시터(83-1) 내지 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)로부터 출력되고, 제 1신호로부터 노이즈성분을 뺌으로써 얻어진 G성분신호는 차동증폭기(87-1)로부터 출력되고, 제 2신호로부터 노이즈성분을 뺌으로써 얻어진 R/B성분신호는 차동증폭기(87-2)로부터 출력된다. 포토다이오드내의 광전하의 축적은 또한 기간 T7동안 행해짐을 알아야한다.
기간 T5와 기간 T6사이에 리셋선(354)에 인가되는 신호øTXRO가 하이로 변화되지 않고 리셋동작이 행해지지 않는 경우, R/B포토다이오드(342')에 의해 생성된 광전하는, G포토다이오드(342)에 의해 생성된 광전하가 남아있는 MOS트랜지스터(365)의 부유게이트에 전송된다. 따라서, G포토다이오드(342)의 신호와 R/B포토다이오드(342')의 신호는 수직신호선(349)을통하여 커패시터(83-3)(CTS2)에 저장된다. 따라서, 노이즈성분, 하나의 포토다이오드에 대응하는 신호(단일의 신호성분)및 2개의 포토다이오드에 대응하는 신호(2중의 신호성분)는 커패시터(83-1) 내지 (83-3)(CTN, CTS1, CTS2)에 저장된다. 다음에, 노이즈성분, 단일의 신호성분 및 2중의 신호성분은 기간 T7동안 증폭기(86-1) 내지 (86-3)로 출력된다. 그 후, 노이즈성분은 차동증폭기(87-1)에 의해 단일의 신호성분으로부터 빼내진다. 마찬가지로, 노이즈성분은 차동증폭기(87-2)에 의해 2중의 신호성분으로부터 빼내지고, 신호 G+R/B성분신호가 출력된다.
제 2실시예에 의한, 도 1에 도시된 신호처리회로(23)에 대해 도 18을 참조하여 설명한다.
CMOS센서(22)로부터 출력하는 G 및 R/B성분신호는 휘도(Y)신호와 색차(CR, CB)신호로 변환된다. 휘도신호의 저주파성분은 적어도 2개의 인접하는 행의 R, G 및 B신호를 사용하여 생성됨을 알아야 한다.
또, 휘도신호의 고주파성분은 적어도 2개의 인접하는 행에서 G신호의 고주파성분을 사용하여 생성된다. 따라서, 고해상도 및 양호한 컬러재생성의 화상이 얻어진다.
상기 설명한 바와 같은 제 2실시예에 의하면, 양호한 감도, 고해상도 및 폭넓은 다이나믹범위의 촬상장치를 얻을 수 있다.
＜제 3실시예＞
다음에, 본 발명의 제 3실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 19는, 제 3실시예에 의한, 각 증폭기(12)가 4개(2행×2열)의 화소에 의해 공유되는 경우 화소내의 증폭기(12)의 배치예를 도시한다.
도 19에서, 각 증폭기(12)는 4개의 화소의 중심에 배치되고, 4개의 광전변환소자(11)(예를 들면, q11, q12, q21, q22)는 이들이 증폭기(12)를 둘러싸도록 배치된다.
또, 차광유닛(17)은 화소를 점유하는 증폭기(12)의 부분이 화소의 중심에 관해서 대칭인 영역내의 각 화소에 형성된다. 그러므로, 각 광전변환소자(11)의 질량중심은 각 화소의 중심에 있다. 따라서, 광전변환소자(11)의 질량중심(q11, q12, q21, q22, q31, q32, q41, q42)은 행방향과 열방향의 양방향으로 동일한 간격, D로 배치된다.
도 20은, 각 증폭기(12)가 2×2어레이로 배치된 4개의 화소의 경계에 행방향으로 배치되고, 4개의 광전변환소자(11)(예를들면 q11, q12, q21, q22)가 각 증폭기(12)를 샌드위치하도록 배치된 경우, 화소내의 증폭기(12)의 또다른 배치예를 도시한다.
또한, 도 20에 도시된 바와 같이, 차광유닛(17)은 화소중 증폭기(12)가 점유하는 주변영역이외의 3개의 주변영역에 배치된다. 따라서, 광전변환소자(11)의 질량중심(q11, q12, q21, q22, q31, q32, q41, q42)은 행방향과 열방향의 양방향으로 동일한간격, D로 위치한다.
도 20에 도시된 바와 같은 구성은 90도만큼 회전하고, 즉 행방향과 열방향이 교환되는 구성도 또한 가능하다.
또, 도 21에 도시된 바와 같은 구성에서 해상도에 대부분 기여하는 G필터는,단위셀(30)을 구성하는 4개의 화소중 좌상부화소와 우하부화소에 배치된다. 녹색필터에 의해 덮히는 화소(G화소)에서, 차광유닛(17)은 증폭기(12)의 일부분에 대해 대칭인 영역 내에 형성되고, 단위셀(30)의 중심부에 배치되고, 화소의 중심에 관해서 화소를 점유한다. 따라서, 광전변환소자(11)의 질량중심은 G화소의 중심에 있다. 이 구성에 의해, G화소의 광전변환소자(q11)와 (q12)의 간격 D는 행방향과 열방향의 양쪽으로 동일하게 된다.
또, 적색필터에 의해 덮히는 화소(R화소)는 단위셀(30)내의 우상부화소에 배치되고, 청색필터에 의해 덮히는 화소(B화소)는 단위셀(30)내의 좌하부화소에 배치된다. 이들 화소는 G화소와는 달리 차광유닛을 가지지 않는다. 그러나, 단일의 R화소와 단일의 B화소는 각 단위셀(30)내에 배치되므로, 인접하는 R 및 B화소사이의 간격은 동일 즉 2D가 된다.
도 22는 화소내의 증폭기(12)의 또다른 배치예이다. 이 배치예에서, 증폭기(12)와 차광유닛(17)에 의해 점유되는 영역은 G화소내에서 감소된다.
[배치예 1]
도 23은 도 1의 CMOS센서(22)내의 4개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 실제패턴의 배치예를 도시한다.
도 23에 도시된 바와 같이, CMOS센서는 배치룰 0.4㎛에 의거하여 단결정실리콘기판위에 형성된다. 각 화소는 각 변이 8㎛인 사각형이고, 증폭기(12)로서 소스폴로워증폭기는 2×2어레이로 배치된 4개의 화소에 의해 공유된다. 따라서, 점선으로 도시된 단위셀(481)의 크기는 16㎛×16㎛이다. 복수의 단위셀(481)은 2차원적으로 배치된다.
포토다이오드(482a),(482b),(482c) 및 (482d)는 각 화소내에 대칭적으로 형성되고, 포토다이오드(482a) 내지 (482d)의 형상은 단위셀(481)의 중심에 관해 거의 대칭일 뿐만 아니라, 단위셀(481)의 중심의 상부를 통과하는 수직 및 수평선에 관해서도 대칭이다. 또한, 각 포토다이오드의 질량중심(CM)은 각 화소내의 동일한 위치에 있도록 설계된다. 또한 (495)는 차광유닛을 나타낸다.
(488a)는 전송게이트(483a)를 제어하기 위한 주사선이고, (490)은 행선택선, (492)는 MOS트랜지스터의 게이트(493)를 제어하기 위한 리셋선이다.
포토다이오드(482a) 내지 (482d)에 축적된 광전하는 각각 전송게이트(483a) 내지 (483d)를 통하여 부유확산(FD)부(485)로 전송된다. 전송게이트(483a) 내지 (483d)의 크기는 L=0.4㎛, W=1.0㎛(L은 채널길이이고, W는 채널폭임)이다.
FD부(485)는 0.4㎛의 폭을 가지는 알루미늄(Al)배선을 통하여 소스폴로워의 게이트(486)에 접속되고, FD부(485)에 전송된 광전하는 게이트(486)의 게이트전압을 변조시킨다. 게이트(486)의 MOS트랜지스터의 크기는 L=0.8㎛, W=1.0㎛이고, FD부(485)와 게이트(486)의 전체용량은 약 5fF이다. Q=CV이므로, 게이트(486)의 게이트전압은 105개의 전자의 전송에 응답하여 3.2V만큼 변화하다.
VDD단자(491)로부터 흘러들어가는 전류는 게이트(486)의 MOS트랜지스터에 의해 변조되고, 수직신호선(487)에 전송된다. 수직신호선(487)을 흐르는 전류는 신호처리회로(도시되지 않음)에 의해 처리되고, 화상정보를 형성한다.
그후, 광다이오드(482a) 내지 (482d), FD부(485) 및 게이트(486)의 전위를 소정의 전위 VDD에 설정하기 위해, 리셋선(482)에 접속된 MOS트랜지스터의 게이트(486)는 개방(이 때에, 전송게이트(483a) 내지 (483d)도 또한 개방)됨으로써, 포토다이오드(482a) 내지 (482d), FD부(485) 및 게이트(486)는 VDD단자(491)에 전기적으로 접속된다.
그후, 전송게이트(483a) 내지 (483d)는 폐쇄됨으로써, 포토다이오드(482a) 내지 (482d)의 광전하의 축적은 다시 개시된다.
배치예 1에서, 단위셀(481)의 상부를 수평방향으로 통과하는 배선(488a) 내지 (488d), (490) 및 (492)은 모두 1500Å두께의 투명도전체의 인듐틴옥사이드로 형성된다. 따라서, 앞서 언급한 배선 아래의 포토다이오드(482a) 내지 (482d)의 영역은 또한 광을 수광할 수 있고 각 포토다이오드의 질량중심은 포토다이오드의 수광영역의 질량중심과 일치한다.
제 3실시예의 배치예 1에 의하면, 비교적 높은 영역비와 높은 개구비를 가지고, 포토다이오드가 동일한 피치로 배치되는CMOS센서를 제공할 수 있다.
[배치예 2]
도 24는 CMOS센서(22)의 4개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 또다른 실제패턴의 배치예를 도시한다.
도 24에 있어서, (502a) 내지 (502b)는 포토다이오드를 나타내고, (503a) 내지 (503d)는 전송게이트, (505)는 FD부, (506)은 소스폴로워의 게이트, (507)은 수직신호선, (508a) 내지 (508d)는 주사선, (510)은 행선택선, (512)는 MOS트랜지스터의 게이트(513)를 제어하기 위한 리셋선을 나타낸다.
제 3실시예의 배치예 2에서, 배선(508a) 내지 (508d), (510) 및 (512)중 3개의 배선은 각 화소의 중심부를 통과하므로, 따라서, 이들 배선이 포토다이오드(502a) 내지 (502d)를 향해 입사되는 광을 차광하는 금속배선이면, 각 포토다이오드의 수광영역의 질량중심은 시프트하지 않고, 각 화소의 중심에 유지된다.
제 3실시예의 배치예 2에서, 작은 저항을 가지는 불투명한 금속배선이 일반적으로 사용되고, 수평방향으로 배선의 시정수는 향상되고, 또한 고속의 촬상장치가 얻어진다.
제 3실시예의 상기 언급한 배치예 1 및 배치예 2에서, 차광유닛아래의 부분은 효과적으로 사용되지 않는다. 차광유닛 아래의 광전변환소자로서 포토다이오드의 영역을 확장하고, 확장된 영역을 전하축적유닛으로서 기능하게 하는 것이 가능하다.
[배치예 3]
제 3실시예의 배치예 2에서, 배선은 수광효율이 높은 각 화소의 중심을 통과하므로, 촬상장치의 감도는 양호하지 않을 수도 있다. 따라서, 개선된 배치예가 제 3실시예의 배치예 3으로서 도 26에 도시된다. 도 26은 도 20에 도시된 배치의 실제패턴의 배치예이다.
제 3실시예의 배치예 3에서, 전송게이트(523a)내지 (523d), 소스폴로워의 게이트(526) 및 리셋용 MOS트랜지스터의 게이트(533)는 주사선(528a) 내지 (528d), 행선택선(530) 및 리셋선(532) 아래에 형성되므로, 각각의 포토다이오드(522a) 내지 (522d)의 크기가 개구를 최소화할 수 있다. 또한, 각 포토다이오드의 개구는 각 화소의 중심에 있다. 또, 차광유닛은수평 및 수직배선이 형성되는 영역내에 형성된다.
또, 제 3실시예의 배치예 3에서, 도 20에 도시된 증폭기(12)로서 소스폴로워와 리셋용 MOS트랜지스터는 행방향으로 각 포토다이오드의 주변에 분리되어 배치되므로, 행방향으로 이어지는 배선아래에 컴팩트하게 배치된다.
또, 우상부화소의 배선아래에 아직 사용되지 않는 넓은 영역이 있으므로, 스마트센서 등의 새로운 구성을 부가할 수 있다.
제 3실시예의 배치에 3에 의하면, 포토다이오드의 영역과 개구는 배치예 2에 비해 증가되어, 폭넓은 다이나믹범위를 가지는 고감도 촬상장치를 제공할 수 있다. 또한, 각 화소의 크기 예를 들면, 각 변이 더욱 감소되고 포토다이오드의 개구의 크기 예를 들면, 광의 파장이 작아지면, 광이 포토다이오드에 입사하지 않도록 하는 문제는 발생하지 않을 것이다. 따라서, 배치예 3은 장차 효율적인 배치예로서 남게된다.
제 3실시예의 배치예 3에서, 증폭기(12)는 각 단위셀의 중심부에 배치되고, 수광영역의 질량중심은 화소의 질량중심과 일치하도록 설계된다. 그러나, 본 발명은 이것에 제한되지 않고, 화소의 개구의 형상은, 예를 들면, 도 27에 도시된 바와 같이, 이 형상이 동일하고 각 화소내의 고정된 위치에 배치되는 한, 임의적으로설계될 수 있다.
바꾸어 말하면, 동일한 형상을 가지고 각 화소내의 소정의 위치에 배치되도록 개구를 설계함으로써, 수광영역의 질량중심사이의 간격은 동일해진다.
[배치예 4]
도 28은 도 1의 CMOS센서(22)내의 4개의 포토다이오드와 1개의 증폭기의 도 21에 대응하는 실제패턴의 배치예를 도시한다.
제 3실시예의 배치예 4에서, 컬러필터의 색과 색의 위치는 미리 정해져 있다. 상세하게는, 2×2어레이로 배치된 4개의 화소에서, 좌상부화소와 우하부화소는 휘도신호에 대부분 기여하는 녹색필터로 덮혀 있고(G화소), 우상부화소는 적색필터로 덮혀있고 (R화소), 좌하부화소는 청색필터로 덮혀 있다(B화소).
배치예 4에서, 증폭기(12)와 다른 주변회로는, G화소의 포토다이오드(542a),(542d)가 최대의 영역과 개구비를 가지도록 배치된다.
또한, G화소의 수광영역의 질량중심은 G화소의 질량중심과 일치하므로, G화소의 질량중심 사이의 간격은 동일하다.
제 3실시예의 배치예 4에 의하면, 고감도의 촬상장치를 제공할 수 있다.
[온칩렌즈와 다른 변형예]
도 29는 온칩렌즈가 도 1의 CMOS센서(22)에 사용되는 경우의 일례를 도시한다.
도 29에 있어서, 온칩렌즈(602)는 단위셀(601)내의 각 화소위에 형성된다. CMOS센서(22)의 외부로부터 입사하는 광은온칩렌즈(602)에 의해 집광되어 개구(603)상에 입사한다. (604)는 광이 온칩렌즈(602)에 의해 모이는 결상영역을 나타낸다.
온칩렌즈의 설계와 위치를 제어함으로써, 결상영역의 위치는 비교적 자유롭게 설정될 수 있다.
따라서, 복수의 화소가 단일의 증폭기를 공유하는 경우, 광전변환소자로서 포토다이오드가 동일한 간격으로 배치될 수 없으면, 화상신호는 동일한 간격으로 배치된 포토다이오드에 의해 얻어지는 것과 같이, 온칩렌즈의 설계와 위치를 제어함으로써 얻어질 수 있다.
또한, 촬상장치에 사용되는 촬상렌즈가 텔레센트릭이 아니면, 중심부에서 센서칩상에 입사하는 광의 입사각은 외부와 상이하다. 따라서, CMOS센서의 외부에서 포토다이오드의 개구를 상이한 간격으로 설정함으로써, 화상신호는 동일한 간격으로 배치된 포토다이오드에 의해 얻어지는 것과 같이 얻어질 수 있다.
제 3실시예의 배치예 1내지 배치예 4에 의하면, 광학부재인 차광유닛은 수광영역사이의 간격이 동일하게 되도록 조정된다. 온칩렌즈에 의해, 수광영역의 간격은 온칩렌즈 즉, 다른 광학부재의 설계와 위치를 조정함으로써 실제로 동일하게 된다.
온칩렌즈 등의 광학부재를 사용한 구성은 또한 제 1 및 제 2실시예에 적용할 수 있음을 알아야 한다.
[노이즈저감]
본 출원의 발명자는, 상기 설명한 바와 같이 복수의 화소가 1개의 증폭기를공유하는 구성을 가지는 촬상장치에 적합하게 사용되는, 노이즈를 저감시키기 위한 신호판독회로에 대해 또한 개발해왔다.
도 30은 상기 언급한 구성중 임의의 것을 가지는 CMOS센서의 단위셀의 회로도이다.
도 30에 있어서, q11, q12, q21및 q22는 광전변환소자로서 포토다이오드이고; MTX1내지 MTX4는 포토다이오드 q11, q12, q21및 q22에 축적된 광전하를 부유확산(FD)부에 전송하기 위한 MOS트랜지스터; MRES는 FD부를 리셋시키기 위한 MOS트랜지스터; MSF와 MSEL은 소스폴로워를 구성하는 MOS트랜지스터이다. MOS트랜지스터 MSEL은 또한 포토다이오드를 선택하기 위한 선택스위치로서 기능한다.
다음에, 제 3실시예에 의한 신호처리회로를 포함하는 촬상장치의 동작에 대해 설명한다. 도 31은 신호처리유닛을 포함하는 촬상장치의 등가회로이다.
도 32는 도 31에 도시된 촬상장치를 동작시키는 타이밍차트이다.
도 31과 도 32에 있어서, 수직주사동작은 수직귀선기간을 나타내는 신호 øV1또는 øV2의 펄스에 응답하여 초기화된다. 먼저, 제 1행의 리셋선(573)에 인가되는 신호øTXRO는 수평귀선기간동안(즉, 신호øHBL이 하이인 때) 활성화되고, 다음의 배선에 대한 신호는 같은 방법으로 인가된다. 따라서, 모든 행내의 모든 화소는 리셋전위 VDD에 리셋된다.
도 32에 도시된 바와 같이, 각 수평귀선기간동안, 신호 øL은 하이로 되고, 수직신호선(557)에 대해 접속된 트랜지스터(561)는 온되고, 수직신호선(557)은 리셋된다. 동시에, 신호 øTN, øTS1및 øTS2는 또한 하이로 되고, 트랜지스터(562-1) 내지 (562-3)는 온된다. 따라서, 신호를 판독하는 트랜지스터(564-1) 내지 (564-3)의 상류쪽의 배선과 커패시터(563-1) 내지 (563-3)(CTN, CTS1, CTS2)는 수직신호선(557)에 전기적으로 접속되어 리셋된다. 따라서, 예를 들면, 커패시터(563-1) 내지 (563-3)내의 잔류전하는 제거된다.
그 후, 기간 T12동안, 리셋선(573)에 인가되는 신호øTXRO는 하이로 변화되고, 각 단위셀내에서 MOS트랜지스터 MSF와 MSEL로구성된 소스폴로워증폭기의 게이트인 부유게이트는 전압 VDD에 리셋된다.
다음에, 기간 T13동안, 신호 øRV는 하이로되고, 수직신호선(557)에 접속되어 접지시키기 위한 트랜지스터(560)는 온되어, 수직신호선(557)은 접지된다. 동시에, 신호 øTN은 노이즈성분을 저장하기 위한 커패시터(563-1)(CTN)를 수직신호선(557)에 접속하기 위해 하이로 변화되고, 트랜지스터(562-1)는 온된다. 이 때에, 행선택선(574)에 인가되는 신호øSO는 하이이고, MOS트랜지스터 MSF의 부유게이트에서의 전위(약 VDD)에 대응하는 전류는 VDD단자로부터 커패시터(563-1)(CTN)로 흐름으로써, 커패시터(563-1)(CTN)는 노이즈성분에 대응하는 전하를 저장한다.
다음에, 기간 T14동안, 홀수열 주사선(571)에 인가되는 신호øTXOOO는 하이로 변화되고, 차례로 홀수행내의 홀수열에 대한 전송게이트(이 경우, MOS트랜지스터 MTX1)는 온되고 포토다이오드 q11에 축적된 광전하는 MOS트랜지스터 MSF의 부유게이트에 전송된다. 노이즈성분을 저장하기 위한 커패시터(563-1)(CTN)는 신호øTN이 로우로 되는 경우 수직신호선(557)으로부터 떨어지고, 차례로 광전하신호를 저장하기 위한 커패시터(563-2)(CTS1)는 신호 øTXS1이 하이로 변화되는 경우 접속된다. 따라서, 예를 들면, 홀수행내의 홀수열의 포토다이오드 q11에 축적된 전하는 수직신호선(557)을 통하여 커패시터(563-2)(CTS1)에 저장된다.
다음에, 기간 T15동안, 신호 øL은 하이로 되고, 수직신호선(557)만이 리셋된다. 신호øSO, øTN, øTS1및 øTS2가 로우이므로, 다른 부분은 리셋되지 않고, 이들 상태는 보존된다.
다음에, 리셋선(573)에 인가되는 신호øTXRO는 기간 T15와 T16사이에 하이로 변화되고, 소스폴로워증폭기의 게이트(즉, MOS트랜지스터 MSF의 게이트)는 전위 VDD에 리셋된다.
기간 T16동안, 주사선(572)에 인가되는 신호øTXOeO는 하이로 변화되고, 홀수행내의 짝수열의 포토다이오드 q12에 축적된 광전하는 MOS트랜지스터 MSF의 부유게이트에 전송된다. 이 때에, 유사한 방법으로 신호 øTS2가 하이로 변화되고, 포토다이오드 q12에 축적된 광전하는 수직신호선(557)을 통하여 커패시터(563-3)(CTS2)에 저장된다.
앞서 설명한 방법에서, 노이즈성분, 제 1신호 및 제 2신호에 대응하는 전하는 하나의 행에 대한 각 열에 의해 커패시터(563-1),(563-2) 및 (563-3)(CTN, CTS1, CTS2)에 각각 저장된다.
다음에, 기간 T17동안, 커패시터(563-1) 내지 (563-3)(CTN, CTS1, CTS2)에 저장된 전하를 증폭기(566-1)내지 (566-3)에각각 순차로 전송하기 위해, 수평주사신호 øHn은 수평시프트레지스터(559)에 의해 제어되는 각 열에 대해 하이로 변화되고, 각 열에 형성된 트랜지스터(564-1) 내지 (564-3)는 온됨으로써, 커패시터(563-1) 내지 (563-3)(CTN, CTS1, CTS2)는 각각의 증폭기(566-1) 내지 (566-3)에 접속된다. 노이즈성분, 제 1신호 및 제 2신호는 커패시터(563-1) 내지 (563-3)(CTN, CTS1, CTS2)로부터 출력되고, 제 1신호로부터 노이즈성분을 뺌으로서 얻어진 신호 S1은 차동증폭기(567-1)로부터 출력되고, 제 2신호로부터 노이즈성분을 뺌으로써 얻어진 신호S2는 차동증폭기(567-2)로부터 출력된다. 포토다이오드내의 광전하의 축적은 또한 기간 T17동안 행해짐을 알아야 한다.
또한, 앞서 언급한 동작에서, 신호 øTXOOO와 øTXOeO대신에 신호 øTXOOe와 øTXOee를 하이로 변화시킴으로써, 짝수행의 포토다이오드 q21와 q22에 축적된 광전하에 대응하는 신호가 판독되고, 노이즈성분이 이 광전하신호로부터 빼내져서 신호 S1과 S2를 얻는다.
＜제 3실시예의 제 1변형예＞
다음에, 신호처리회로를 포함하는 촬상장치의 또다른 실시예에 대해 설명한다.
도 33은 신호처리유닛을 포함하는 촬상장치의 등가회로도이다.
변형예 1에서, 4개의 커패시터(563-2) 내지 (563-5)(CTS1내지 CTS4)는 광전하신호를 저장하기 위해 제공되고, 다른 정보는 각 커패시터(563-2) 내지 (563-5)에 저장될 수 있다. 더욱 상세하게는, 예를 들면, 포토다이오드 q11에 축적된 광전하에 대응하는 신호는 커패시터(563-2)(CTS1)에 저장되고 포토다이오드 q22에 축적된 광전하에 대응하는 신호는 커패시터(563-5)(CTS4)에 저장된다. 따라서, 증폭기(566)의 아래쪽으로 행해지는 공정은 1/2의 클록스피드로 동작해서, 도 31에 도시된 구성을 가지는 촬상장치와 동일한 산출량을 달성할 수 있다. 따라서, 증폭기(566), 차동증폭기(567) 및 다른 신호처리회로는 또한 도 31에 도시된 구성에 비해 1/2의 클록스피드로 동작한다. 따라서, 동작소자의 요구되는 속도는 감소하고, 회로를 구성하는데 싸고 더욱 낮은 성능의 소자를 사용할 수 있다. 그 결과, 계의 비용은 저감된다.
커패시터에 저장된 전하는 각 포토다이오드에 축적된 광전하에 각각 대응하는 것에 제한되지 않고, 부가의 전하가 전송게이트와 리셋MOS의 동작을 제어함으로써 저장될 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들면 CMOS센서(22)가 도 21에 도시된 바와 같은 구성을 가지는 경우, 커패시터(563-2)(CTS1)내에 G포토다이오드 q11의 광전하신호를, 커패시터(563-3)(CTS2)내에 G포토다이오드 q22의 광전하신호를, 또한 커패시터(563-4)(CTS3)내에 R포토다이오드 q12와 B포토다이오드 q21의 광전하신호를 저장할 수 있다. 이 구성을 스마트센서에 각 화소를 더욱 판단력있게 사용해서 적용하는 것이 효과적이다.
제 3실시예와 제 3실시예의 제 1변형예에서 설명한 구성에 의하면, 각 단위셀에 있어서 형성된 각 증폭기의 특성변동에 의해 야기된 노이즈를 저감할 수 있다.
＜제 3실시예의 제 2변형예＞
다음에, 제 3실시예의 제 2변형예의 촬상장치를 동작시키는 경우에 대해 도 34와 도 35를 참조하여 설명하다. 도 34는 신호처리회로를 포함하는 촬상장치의 등가회로도이고, 도 35는 도 34에 도시된 촬상장치를 동작시키는 타이밍차트이다.
먼저, 수평귀선기간동안, 화소에 축적된 광전하는 전송되고, 포토다이오드는 초기상태로 리셋된다.
기간T21동안, 수직신호선(557)은 신호øRv를 하이로 변화시킴으로써 리셋되어 수직신호선(557)위의 잔류전하를 제거한다. 동시에, 커패시터 CTN1, CTN2, CTS1, CTS2내의 잔류전하는 신호 øTN1, øTN2, øTS1, øTS2를 하이로 변화시킴으로써 제거된다.
기간 T22동안, 제 1행의 홀수열내의 포토다이오드(q11, q13,…q1(n-1))의 광전하를 전송하기 전에, 증폭기의 게이트(MOS증폭기MSF의 게이트)는 신호øTXRO를 하이로 변화시킴으로써 리셋되고 게이트내의 잔류전하는 제거된다. 게이트를 리셋시킨 후, 리셋노이즈는 남아 있다.
기간 T23동안, 기간 T22로부터의 리셋노이즈와 증폭기의 오프셋전압은 커패시터 CTN1로 전송된다. 증폭기의 출력단은 신호øSO를 하이로 변화시킴으로써 수직신호선(557)에 전기적으로 접속되고, 신호øL은 또한 증폭기를 활성화하는 MOS트랜지스터(561)를 온시키도록 하이로 변화된다. 또한, 신호TN1은 커패시터CTN1이 각 수직신호선(557)과 전기적으로 접속하도록 하이로 변화된다. 따라서, 노이즈는 커패시터 CTN1에 저장된다.
기간 T24동안, 제 1행의 홀수열내의 포토다이오드(q11, q13,…,q1(n-1))의 광전하는 커패시터 CTS1에 전송된다. 신호øL, øTS1및 øSO를 하이로 변화시킴으로써, 증폭기와 커패시터CTS1는 전기적으로 접속된다.
신호øTXOO가 하이로 되는 경우, 광전하는 제 1행의 홀수열내의 각 포토다이오드로부터 증폭기로 전송된다. 이 동작에 의해, 광전하는 증폭기의 게이트에서 기간 T22로부터 리셋노이즈에 부가된다. 이 게이트전압은 또한 오프셋전압위에 중첩되고, 신호(S1+N1)는 각 커패시터 CTS1에 저장된다.
기간 T25내지 T28동안, 제 1행의 짝수열내의 포토다이오드(q12, q14,…, q1n)의 광전하는 커패시터 CTS2에 전송된다. 신호øTXOe가 신호øTXOO대신에 하이로 변화되고, 신호øTN2가 신호øTN1대신에 하이로 변화되며, 신호øTS2가 신호 øTS1대신에 하이로 변화되는 것을 제외하고는, 기본적인 동작은 기간 T21내지 T24동안 행해진 동작과 같다.
기간 T29동안, 수직신호선(557), 증폭기 및 전송MOS내의 잔류전하는 제거됨으로써, 리셋노이즈와 광전하신호의 전송이 완료된다.
앞서 언급한 과정후, 노이즈신호N1, N2 및 신호(S4+N1), (S2+N2)는 각각 커패시터CTN1, CTN2, CTS1및 CTS2에 저장된다. 이들 신호는 기간 T210동안 수평시프트레지스트(559)에 의해 제어되는 신호øH1, øH2에 응답하여 수평신호선을 통해 출력된다. 다음에, 차동증폭기 A1에서, 노이즈신호N1은 신호(S1+N1)로부터 빼짐으로써 신호S1이 출력되고, 차동증폭기A2에서, 노이즈신호N2는 광전하신호(S2+N2)로부터 빼짐으로써 신호S2가 출력된다.
따라서, 제 1행의 포토다이오드 q11내지 q1n에 축적된 광전하에 충실히 대응하는 광전하신호는 얻어진다. 광전하가 기간T24와 T28에서 게이트로 전송되는 때 충전동작이 개시된다.
다음에 수평귀선기간동안, 상기 설명한 제 1행에 대해 행해진 동일한 동작이 제 2행에 대해 반복된다. 제 2행의 포토다이오드의 광전하를 판독한 후, 4개의 화소에 의해 공유된 증폭기는 다음의 동작이 행해지는 다음의 수직귀선기간까지 접속되지 않은 상태로 있다.
제 2행에 의한 광전하를 판독하기 위해, 다른 세트의 커패시터CTN1, CTS1및 CTS2와 차동증폭기 A1 및 A2는 도 34에 도시된 구성에 부가된다. 더욱 상세하게는, 앞서 언급한 동작에서, 광전하는 비인터레이스동작으로 단일의 행에 의해 판독되는반면, 2개의 행의 광전하는 하나의 수평기간내에 판독된다.
도 36은 수직귀선기간동안의 타이밍차트이다.
단일의 수직귀선기간동안, 수평귀선기간동안 행해진 상기 언급한 동작이 행의 열수만큼 반복된다. 수직시프트레지스터는 각 행에 대해 각 수평귀선기간동안 동작펄스 øTXOO, øTXOe, øTXRO및 øSO를 출력한다.
상기 설명한 바와 같이, 제 3실시예의 제 2변형예에 있어서, 제 3실시예와 제 3실시예의 제 1변형예에서 설명한 바와 같이 증폭기의 특성변화에 기인한 노이즈를 제거하는 것에 부가하여, 리셋노이즈가 또한 제거된다.
＜제 4실시예＞
다음에, 본 발명의 제 4실시예에 대해 설명한다.
제 4실시예에서는, 단위셀내에 공유된 상기 언급한 실시예의 공통회로와 증폭기에 부가의 기능이 부가된 경우에 대해 설명한다.
도 37은 부가의 기능을 가지는 공통회로의 구성을 도시한다.
증폭기(701)의 아래쪽에는, 메모리(702), 차동증폭기(703) 및 비교기(704)가 부가된다. 앞선 실시예에서 설명한 바와같이, 노이즈는 메모리(702)에 일시적으로 저장되고, 신호(S-N)는 차동증폭기(703)의 양의 단자에 전송되고, 차동증폭기(703)는 노이즈와 신호(S-N)사이의 차를 취함으로써, 노이즈성분을 포함하지 않는 신호S가 얻어진다. 이 신호는 수직신호선에 전송된다. 또는 신호의 사용목적에 따라서, 얻어진 신호는 비교기(704)에 의해 디지트화된다.
또한, 비교기(704)를 아날로그-디지털(A/D)변환기로 대치함으로써, 디지털신호를 얻을 수 있다. A/D변환기로부터 출력된 디지털신호는 직렬신호 또는 병렬신호중 어느 하나이다. 회로는 사용목적에 따라서 임의로 변화될 수 있다.
＜다른 실시예＞
본 발명은 도 41 또는 도 42에 도시된 일반적인 CMOS센서에 제한되지 않고, 도 38에 도시된, ISSCC98/SESS:ON11/IMAGESENSORS/PAPER FA11. 8pp182에 개시된 바와 같은 촬상소자에 적용될 수 있다.
이 경우에, 예를 들면, 4개의 포토다이오드에 의해 공유된 증폭기의 구성은 도 39에 도시된 구성이어도 된다.
또한, 본 발명은 CMOS센서에 제한되지 않고, 임의의 APS센서에 적용할 수 있다.
게다가, 제 1 내지 제 4실시예에서, 복수의 광전변환소자는 단일의 증폭기를공유하도록 배치되어 함께 단위셀을 형성하나, 증폭기는 복수의 광전변환소자로부터 출력된 신호를 처리하는 다른 유닛으로 대치되어도 된다. 예를 들면, A/D변환회로(USP 제 5,431,425호)와, 예를 들면, 화상압축기(Journal of Television Society Vol. 150, no.3, pp.335 내지 338, 1995)등의 신호처리회로를 증폭기를 대신해서 사용해도 된다.
본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 정신과 범위내에서 다양한 변경과 변형이 행해질 수 있다. 따라서 본 발명의 범위를 대중에게 알리기 위해, 다음의 청구가 행해진다.

Claims (94)

1차원 또는 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와, 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지는 촬상장치에 있어서,
단일의 단위셀내에 포함된 인접하는 광전변환소자의 질량중심사이의 거리는 적어도 한 방향으로 상이한 단위셀내에 포함된 인접하는 광전변환소자의 질량중심사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서, 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자는 한 방향으로 나란히 배열되고, 상기 공통회로는 각각의 복수의 광전변환소자의 에지에 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서, 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자는 한 방향으로 나란히 배열되고, 상기 공통회로는 상기 복수의 광전변환소자의 배열방향에 대해 수직인 방향으로 배열된 인접하는 단위셀 사이에 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 공통회로는 수평방향으로 배열된 각각의 복수의 광전변환소자의 에지에 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 4항에 있어서, 상기 단위셀은 광전변환소자를 각각 포함하는 복수의 화소로 구성되고, 각 화소의 상부를 통과하는 복수의 수평도전체는 동일한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 4항에 있어서, 상기 단위셀은 광전변환소자를 각각 포함하는 복수의 화소로 구성되고, 각 화소의 층사이의 접촉부는, 각 단위셀의 상부를 통과하는 복수의 도전체뿐만 아니라 각 단위셀의 상부를 통과하는 도전체에 접속되지 않은 접촉부중 하나가 화소의 차광막에 접속되도록, 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 공통회로는 수직방향으로 배열된 각각의 복수의 광전변환소자의 에지에 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 7항에 있어서, 상기 단위셀은 광전변환소자를 각각 포함하는 복수의 화소로 구성되고, 각 화소의 상부를 통과하는 복수의 수직도전체는 동일한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 7항에 있어서, 상기 단위셀은 광전변환소자를 각각 포함하는 복수의 화소로 구성되고, 각 화소의 층사이의 접촉부는, 각 단위셀의 상부를 통과하는 복수의 도전체뿐만 아니라 각 단위셀의 상부를 통과하는 도전체에 접속되지 않은 접촉부중 하나가 화소의 차광막에 접속되도록, 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 공통회로의 노이즈를 판독하는 노이즈판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 제 1신호를 판독하는 제 1신호판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 제 2신호를 판독하는 제 2신호판독수단과;
상기 제 1 및 제 2신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈저감수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 10항에 있어서, 상기 노이즈저감수단은 차분수단인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 10항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 광전변환소자중 다른쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 10항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 상기 광전변환소자중 어느 한쪽과 광전변환소자중 다른쪽의 양쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 공통회로의 노이즈를 판독하는 노이즈판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 복수의 신호를 판독하는 신호판독수단과;
상기 복수의 신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈저감수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 14항에 있어서, 상기 노이즈저감수단은 차분수단인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 14항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 복수의 광전변환소자중 다른쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 17항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 전송하는 전송수단과 상기 공통회로를 리셋하는 리셋수단을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 디지털신호로 변환시키는 디지털신호변환수단인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 1항에 있어서, 상기 공통회로는 신호처리유닛인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지는 촬상장치에 있어서,
상기 복수의 광전변환소자중 휘도신호를 형성하는데 대부분 기여하는 컬러필터에 의해 덮히는 광전변환소자는, 광전변환소자의 인접하는 행 또는 열을 서로 시프트하여 배열함으로써, 수평 및 수직의 양방향으로 동일한 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 21항에 있어서, 휘도신호를 형성하는데 대부분 기여하는 컬러필터에 의해 덮히는, 상기 광전변환소자의 인접하는 행 또는 열은 서로 3/2피치만큼 시프트된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 21항에 있어서, 각 유닛내의 상기 복수의 광전변환소자는 상기 공통회로의 양 사이드위에 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 23항에 있어서, 상기 공통회로의 한쪽 사이드위에 배열된 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽을 덮는 컬러필터는 휘도신호를 형성하는 데 기여하고, 상기 공통회로의 다른쪽 사이드위에 배열된 다른쪽의 광전변환소자를 덮는 컬러필터는 컬러신호를 형성하는데 기여하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 21항에 있어서, 상기 복수의 광전변환소자로부터 얻어진 신호에 의거하여 휘도신호와 색차신호를 형성하는 신호처리수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 21항에 있어서, 상기 공통회로의 노이즈를 판독하는 노이즈판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 제 1신호를 판독하는 제 1신호판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 제 2신호를 판독하는 제 2신호판독수단과;
상기 제 1 및 제 2신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈저감수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 26항에 있어서, 상기 노이즈저감수단은 차분수단인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 26항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 광전변환소자중 다른 쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 26항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 상기 광전변환소자중 어느 한쪽과 광전변환소자중 다른쪽의 양쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 21항에 있어서, 상기 공통회로의 노이즈를 판독하는 노이즈판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 복수의 신호를 판독하는 신호판독수단과;
상기 복수의 신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈저감수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 30항에 있어서, 상기 노이즈저감수단은 차분수단인 것을 특징으로 하는촬상장치.
제 30항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 다른 복수의 광전변환소자중 다른쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 21항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기인 것을 특징으로 하는 촬상장치 .
제 33항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 전송하는 전송수단과 상기 공통회로를 리셋하는 리셋수단을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 21항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 디지털신호로 변환시키는 디지털신호변환수단인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 21항에 있어서, 상기 공통회로는 신호처리유닛인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
1차원 또는 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지는 촬상장치에 있어서,
촬상장치의 중심부에 형성된 상기 복수의 광전변환소자의 수광영역의 질량중심을, 동일한 공간적간격으로 분리되도록, 조정하는 조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 상기 조정수단은 광학부재인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 38항에 있어서, 상기 광학부재는 차광유닛인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 39항에 있어서, 상기 차광유닛은 인접하는 단위셀사이에 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 39항에 있어서, 복수의 차광유닛은 각 단위셀의 중심의 상부를 통과하는 수평 또는 수직선에 관하여 대칭이 되도록 배열된 것을 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 상기 복수의 광전변환소자의 개구는 각 화소내의 고정된위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 38항에 있어서, 상기 광학부재는 온칩렌즈(on-chip lens)인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 개구는, 촬상장치의 주변영역내의 상기 광전변환소자(11)의 수광영역의 질량중심이 동일한 간격으로 되도록, 조정되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 상기 복수의 광전변환소자의 수광영역의 질량중심은 각 화소의 질량중심과 일치하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 각각의 상기 단위셀은 소정의 방향으로 단위셀의 상부를 통과하는 도전체를 가지고, 상기 도전체는 투명도전체인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 각각의 상기 단위셀은 소정의 방향으로 단위셀의 상부를 통과하는 도전체를 가지고, 상기 도전체는 광전변환소자를 각각 포함하는 복수의 화소의 중심의 상부를 통과하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 각각의 상기 단위셀은 소정의 방향으로 단위셀의 상부를 통과하는 도전체를 가지고, 상기 도전체는 광전변환소자를 각각 포함하는 각각의 복수의 화소의 한쪽 사이드부분위에 형성되고, 상기 광전변환소자는 화소의 다른쪽 부분에 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 48항에 있어서, 상기 공통회로는 도전체 아래에 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 각각의 상기 단위셀은 도전체를 포함하고, 광전변환소자를 각각 포함하는 각각의 복수의 화소는 각 사이드위에 동일한 수의 도전체를 가지는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 50항에 있어서, 상기 공통회로는 도전체 아래에 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 상기 공통회로는 각각 단위셀의 중심부에 배열된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 상기 공통회로의 노이즈를 판독하는 노이즈판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 제 1신호를 판독하는 제 1신호판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 제 2신호를 판독하는 제 2신호판독수단과;
상기 제 1 및 제 2신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈저감수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 53항에 있어서, 상기 노이즈저감수단은 차분수단인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 53항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 광전변환소자중 다른쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 53항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 상기 광전변환소자중 어느 한쪽과 광전변환소자중 다른쪽의 양쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 상기 공통회로의 노이즈를 판독하는 노이즈판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 복수의 신호를 판독하는 신호판독수단과;
상기 복수의 신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈저감수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 57항에 있어서, 상기 노이즈저감수단은 차분수단인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 57항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 복수의 광전변환소자중 다른쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 60항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 전송하는 전송수단과 상기 공통회로를 리셋하는 리셋수단을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 디지털신호로 변환시키는 디지털신호변환수단인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 37항에 있어서, 상기 공통회로는 신호처리유닛인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
1차원 또는 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지고;
소정의 조건에 의거하여, 촬상장치의 중심부에 형성된 상기 복수의 광전변환소자로부터 선택된 광전변환소자의 수광영역의 질량중심을, 동일한 공간적간격으로 분리되도록, 조정하는 조정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 64항에 있어서, 각 단위셀내의 상기 광전변환소자중 적어도 하나는 소정의 조건하에서 선택된 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 64항에 있어서, 소정의 조건은, 광전변환소자가 휘도신호를 형성하는데 대부분 기여하는 컬러필터에 의해 덮히는 조건인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 64항에 있어서, 상기 조정수단은 차광유닛인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 64항에 있어서, 상기 공통회로의 노이즈를 판독하는 노이즈판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 제 1신호를 판독하는 제 1신호판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 제 2신호를 판독하는 제 2신호판독수단과;
상기 제 1 및 제 2신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈저감수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 68항에 있어서, 상기 노이즈저감수단은 차분수단인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 68항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 광전변환소자중 다른쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 68항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 상기 광전변환소자중 어느 한쪽과 광전변환소자중 다른쪽의 양쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 64항에 있어서, 상기 공통회로의 노이즈를 판독하는 노이즈판독수단과;
상기 공통회로를 통하여 복수의 신호를 판독하는 신호판독수단과;
상기 복수의 신호로부터 노이즈를 저감시키는 노이즈저감수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 72항에 있어서, 상기 노이즈저감수단은 차분수단인 것을 특징으로 하는촬상장치.
제 72항에 있어서, 상기 제 1신호는 각 단위셀내의 상기 복수의 광전변환소자중 어느 한쪽으로부터 판독되고, 상기 제 2신호는 동일한 단위셀내의 복수의 광저변환소자중 다른쪽으로부터 판독되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 64항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 75항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 전송하는 전송수단과 상기 공통회로를 리셋하는 리셋수단을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 64항에 있어서, 상기 공통회로는 각각의 상기 복수의 광전변환소자로부터의 신호를 디지털신호로 변환시키는 디지털신호변환수단인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 64항에 있어서, 상기 공통회로는 신호처리유닛인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
1차원 또는 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와, 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지는 촬상장치와;
촬상장치위에 화상을 형성하는 렌즈계와;
촬상장치로부터의 출력신호를 처리하는 신호처리회로를 구비한 촬상계에 있어서,
단일의 단위셀에 포함된 인접하는 광전변환소자의 질량중심사이의 거리는 적어도 한 방향으로 상이한 단위셀내에 포함된 인접하는 광전변환소자의 질량중심사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 촬상계.
2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지는 촬상장치와;
촬상장치위에 화상을 형성하는 렌즈계와;
촬상장치로부터의 출력신호를 처리하는 신호처리회로를 구비한 촬상계에 있어서,
상기 복수의 광전변환소자중 휘도신호를 형성하는데 대부분 기여하는 컬러필터에 의해 덮히는 광전변환소자는, 광전변환소자의 인접하는 행 또는 열을 서로 시프트하여 배열함으로써 수평 및 수직의 양방향으로 동일한 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 촬상계.
1차원 또는 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지고, 또한 촬상장치의 중심부에 형성된 상기 복수의 광전변환소자의 수광영역의 질량중심을, 동일한 공간적간격으로 분리되도록, 조정하는 조정수단을 포함하는 촬상장치와;
촬상장치위에 화상을 형성하는 렌즈계와;
촬상장치로부터의 출력신호를 처리하는 신호처리회로를 구비한 것을 특징으로 하는 촬상계.
1차원 또는 2차원으로 배열된 복수의 광전변환소자와 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀을 가지고, 또한 소정의 조건에 의거하여, 촬상장치의 중심부에 형성된 상기 복수의 광전변환소자로부터 선택된 광전변환소자의 수광영역의 질량중심을, 동일한 공간적간격으로 분리되도록, 조정하는 조정수단을 포함하는 촬상장치와;
촬상장치위에 화상을 형성하는 렌즈계와;
촬상장치로부터의 출력신호를 처리하는 신호처리회로를 구비한 것을 특징으로 하는 촬상계.
복수의 광전변환소자와 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀과;
상이한 공통회로로부터의 신호를 각각 저장하는 복수의 저장셀과;
상기 복수의 저장셀내에 저장된 광전변환신호가 순차적으로 판독출력되는 공통출력선을 구비한 촬상장치에 있어서,
각각의 저장셀은 소정의 기간동안 상기 광전변환소자가 광전변환함으로써 얻은 광전변환신호를 저장하는 복수의 제 1저장수단을 포함하고, 상기 복수의 제 1저장수단의 개수는 상기 공통회로를 공유하는 광전변환소자의 개수보다 적지 않은 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 83항에 있어서, 상기 각각의 공통회로는 증폭수단을 포함하고, 각각의 복수의 단위셀은 상기 복수의 광전변환소자로부터 상기 증폭수단의 입력유닛에 신호를 전송하는 전송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 84항에 있어서, 상기 각각의 복수의 저장셀은, 상기 전송수단을 폐쇄하고 상기 증폭수단의 입력유닛을 리셋함으로써 생성된 노이즈신호를 저장하는 제 2저장 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 85항에 있어서, 상기 제 1저장수단으로부터의 광전변환신호와 상기 제 2저장수단으로부터의 노이즈신호사이를 차분하는 차분수단을 부가하여 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 83항에 있어서, 광전변환신호가 상기 제 1저장수단내에 저장된 후에, 공통출력신호선에 광전변환신호를 판독출력하는 구동수단을 부가하여 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
복수의 광전변환소자와 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀과;
상이한 공통회로로부터 신호를 각각 저장하는 복수의 저장셀과;
상기 복수의 저장셀내에 저장된 광전변환신호를 순차적으로 판독출력하는 공통출력선을 구비하는 촬상장치에 있어서,
상기 복수의 단위셀내에 포함된 상기 복수의 광전변환소자는 수평 및 수직방향으로 배열되고,
각각의 저장셀은 소정의 기간동안 상기 광전변환소자가 광전변환함으로써 얻은 광전변환신호를 저장하는 복수의 제 1저장수단을 포함하고, 상기 복수의 제 1저장수단의 개수는 수평방향으로 배치되어 공통회로를 공유하는 광전변환소자의 개수보다 적지 않은 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 88항에 있어서, 상기 각각의 공통회로는 증폭수단을 포함하고, 각각의 복수의 단위셀은 상기 복수의 광전변환소자로부터 상기 증폭수단의 입력유닛으로 신호를 전송하는 전송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 89항에 있어서, 상기 각각의 복수의 저장셀은, 상기 전송수단을 폐쇄하고 상기 증폭수단의 입력유닛을 리셋함으로써 생성된 노이즈신호를 저장하는 제 2저장 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치
제 90항에 있어서, 제 1저장수단으로부터의 광전변환신호와 제 2저장수단으로부터의 노이즈신호사이를 차분하는 차분수단을 부가하여 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
제 88항에 있어서, 광전변환신호가 상기 제 1저장수단에 저장된 후에, 상기 공통출력선에 광전변환신호를 판독출력하는 구동수단을 부가하여 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
복수의 광전변환소자와 상기 복수의 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀과, 상이한 공통회로로부터 신호를 각각 저장하는 복수의 저장셀과, 상기 복수의 저장셀내에 저장된 광전변환신호를 순차적으로 판독출력하는 공통출력선과를 구비한 촬상장치와;
촬상장치위에 화상을 형성하는 렌즈계와;
촬상장치로부터의 출력신호를 처리하는 신호처리회로를 구비한 촬상계에 있어서,
각각의 저장셀은 소정의 기간동안 상기 광전변환소자가 광전변환함으로써 얻은 광전변환신호를 저장하는 복수의 제 1저장수단을 포함하고, 상기 복수의 제 1저장수단의 개수는 상기 공통회로를 공유하는 광전변환소자의 개수보다 적지 않은 것을 특징으로 하는 촬상계.
복수의 광전변환소자와 상기 광전변환소자에 의해 공유된 공통회로를 각각 포함하는 복수의 단위셀과 상이한 공통회로로부터 신호를 각각 저장하는 복수의 저장셀과, 상기 복수의 저장셀에 저장된 광전변환신호를 순차적으로 판독출력하는 공통출력선과를 구비한 촬상장치와;
촬상장치위에 화상을 형성하는 렌즈계와;
촬상장치로부터의 출력신호를 처리하는 신호처리회로를 구비한 촬상계에 있어서,
상기 복수의 단위셀내에 포함된 상기 복수의 광전변환소자는 수평 및 수직방향으로 배치되고,
각각의 저장셀은 소정의 기간동안 상기 광전변환소자가 광전변환함으로써 얻은 광전변환신호를 저장하는 복수의 제 1저장수단을 포함하고, 복수의 제 1저장수단의 개수는 수평방향으로 배열되어 공통회로를 공유하는 광전변환소자의 개수보다 적지 않은 것을 특징으로 하는 촬상계.
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