KR100649990B1

KR100649990B1 - 고체 촬상 장치

Info

Publication number: KR100649990B1
Application number: KR1020000015738A
Authority: KR
Inventors: 후나코시준; 츠치야치카라
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2006-11-27
Also published as: JP3908411B2; JP2000354204A; US6747700B1; KR20010006886A

Abstract

본 발명은 MOS형 촬상 소자를 이용한 고체 촬상 장치에 있어서, 화소 신호의 독출을 고속으로 행하는 것을 과제로 한다.

독출 버스를, 예컨대 4가닥의 분할 버스(23a∼23d)와, 이들 4가닥의 분할 버스(23a∼23d)에 접속될 수 있는 1가닥의 통합 버스(23e)로 구성하여, 그 통합 버스(23e)와 분할 버스(23a∼23d)와의 전기적인 접속을 스위칭 소자(26a∼26d)에 의해 전환한다. 그로써, 1가닥당 분할 버스(23a∼23d)에 접속되는 스위칭 소자(Mc0∼Mcn)의 수를 줄여, 각 분할 버스(23a∼23d)의 용량을 작게 하여, 화소 신호를 고속으로 독출한다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID STATE IMAGE PICKUP APPARATUS}

도 1은 본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 일례의 주요부를 도시한 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 고체 촬상 장치를 컬러에 대응시킨 예의 회로 구성을 도시한 모식도.

도 3은 MOS형 촬상 소자를 이용한 종래의 고체 촬상 장치의 회로 구성을 도시한 모식도.

도 4는 종래의 고체 촬상 장치에 있어서의 독출 버스 부근의 회로를 보다 상세하게 도시한 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21 : 수직 주사 회로

22 : 수평 주사 회로

23a, 23b, 23c, 23d : 분할 버스

23e 통: 합 버스

24 : 출력 증폭기

26a, 26b, 26c, 26d : 스위칭 소자

27a, 27b, 27c, 27d : 분할 버스용 정전류원

27e : 통합 버스용 정전류원

28a, 28b, 28c, 28d : 분할 버스용 바이어스 전위 인가 회로

28e : 통합 버스용 바이어스 전위 인가 회로

S00, S01, S02, S03, S10, S11, S12, S13, S20, S21, S22, S23 : 센서

SH0, SH1, SH2, SH3 : 샘플 홀드 회로

M0, M1, M2, M3 : 구동용 트랜지스터

Mc0, Mc1, Mc2, Mc3 : 스위칭 소자

본 발명은 고체 촬상 장치에 관한 것이며, 특히 MOS형 촬상 소자를 이용한 고체 촬상 장치에 관한 것이다.

광학적인 상을 전기 신호로 변환하는 장치로서, 촬상관이나 고체 촬상 소자가 이용되고 있다. 고체 촬상 소자에는 전하 결합 소자(CCD)를 이용한 CCD형 촬상 소자나, MOS 트랜지스터를 이용한 MOS형 촬상 소자가 있다. MOS형 촬상 소자는 일반적인 CMOS 프로세스로 제조 가능하기 때문에, CCD형 촬상 소자보다도 제조 비용이 저렴하다는 이점이 있다.

또한, MOS형 촬상 소자는 소비 전류가 CCD형 촬상 소자의 10분의 1 정도라는 이점이 있다. 또한, MOS형 촬상 소자를 이용한 고체 촬상 장치에 있어서, 화소 이외의 회로, 예컨대 화소 신호의 독출 회로 등을 MOS 트랜지스터를 이용하여 구성하면, 이들 화소 부분과 화소 이외의 회로를 동일한 반도체 기판 상에 제작할 수 있 기 때문에, 고체 촬상 장치를 1칩으로 구성할 수 있다는 이점도 있다.

도 3은 MOS형 촬상 소자를 이용한 종래의 고체 촬상 장치의 일부의 회로 구성을 도시한 모식도이다.

고체 촬상 장치는 매트릭스형으로 배치된 센서(S00∼Smn) 및 스위칭 트랜지스터(Mr00∼Mrmn)로 이루어진 화소와, 동일한 행에 배열된 화소에 공통 접속된 수직 선택선(V0∼Vm)과, 동일한 열에 배열된 화소에 공통 접속된 수평 선택선(H0∼Hn)과, 각 수평 선택선(H0∼Hn)에 각각 접속된 샘플 홀드 회로(SH0∼SHn)를 구비하고 있다.

또한, 고체 촬상 장치는 수직 선택선(V0∼Vm)을 순차 선택하는 수직 주사 회로(11)와, 샘플 홀드 회로(SH0∼SHn)를 선택하기 위한 스위칭 소자(Mc0∼Mcn)와, 스위칭 소자(Mc0∼Mcn)를 순차적으로 온으로 하는 수평 주사 회로(12)와, 샘플 홀드 회로(SH0∼SHn)에 대하여 공통의 신호 라인인 독출 버스(13)와, 독출 버스(13)에 접속된 출력 증폭기(14)를 구비하고 있다. 도 3에 있어서, 부호 15는 출력 단자이다.

도 4는 독출 버스 부근의 회로를 보다 상세하게 나타낸 회로도이다. 샘플 홀드 회로(SH0∼SHn)는 각 화소로부터 독출된 화소 신호를 출력하기 위한 구동용 트랜지스터(M0∼Mn)를 구비하고 있다.

각 구동용 트랜지스터(M0∼Mn)는 게이트에 화소 신호가 입력되어, 드레인이 접지된 소스 팔로워로서 이용되고 있다. 스위칭 소자(Mc0∼Mcn)는 스위칭 트랜지스터로 구성되어 있고, 각 게이트에 수평 주사 회로(12)로부터 선택 신호가 입력된 다.

이어서, 도 3 및 도 4에 도시한 고체 촬상 장치의 동작에 관해서 설명한다. 센서(S00∼Smn)는 입사한 광 신호를 전기 신호로 변환한다. 수직 주사 회로(11)는 수직 선택선(V0∼Vm)에 순차적으로 선택 신호를 출력한다.

따라서, 스위칭 트랜지스터(Mr00∼Mrmn)가 행마다 순차적으로 온으로 되고, 센서(S00∼Smn)에 의해 검출된 신호는 샘플 홀드 회로(SH0∼SHn)에 축적된다. 그리고, 수평 주사 회로(12)로부터 출력된 선택 신호에 의해 스위칭 소자(Mc0∼Mcn)가 순차적으로 온으로 되어, 샘플 홀드 회로(SH0∼SHn)에 축적된 신호, 즉 화소 신호가 순차 독출 버스(13)로 출력된다. 독출 버스(13)에 출력된 화소 신호는 출력 증폭기(14)에 의해 증폭되어 출력 단자(15)로부터 출력된다.

그러나, 상술한 종래의 고체 촬상 장치는 독출 버스(13)에 샘플 홀드 회로(SH0∼SHn)와 동수의 스위칭 소자(Mc0∼Mcn)가 접속되어 있고, 그 스위칭 소자(Mc0∼Mcn)를 구성하는 트랜지스터의 접합 용량 등의 기생 용량에 의해, 독출 버스(13)의 용량이 커지기 때문에, 화소수를 많게 하기 위해서 화소 신호의 양을 증가시키거나, 프레임 레이트를 높이기 위해서 화소 신호의 출력을 빠르게 하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.

화소 신호의 독출을 고속화하기 위해서는 샘플 홀드 회로(SH0∼SHn)의 구동용 트랜지스터(M0∼Mn)의 사이즈를 크게 하여 전류 구동 능력을 높여서, 독출 버스(13)의 바이어스 전류치를 크게 하면 된다.

그러나, 전류량을 증대시키기 위해서는 스위칭 소자(Mc0∼Mcn)를 구성하는 트랜지스터의 사이즈도 크게 하지 않으면 안되고, 그 사이즈 확대에 의해서 기생 용량도 커져, 결과적으로 독출 버스(13)의 용량이 더욱 커지게 된다. 그 때문에, 독출 버스(13)의 바이어스 전류를 증가시키더라도, 충분한 고속화를 도모하는 것은 곤란하다.

본 발명은 상기한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 화소 신호의 독출을 고속으로 행할 수 있는 MOS형의 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 고체 촬상 장치는 복수의 화소로부터 독출된 화소 신호의 공통 신호 라인인 독출 버스로서, 특히 그 수를 한정하지 않지만, 예컨대 4가닥의 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)와, 이들 4가닥의 분할 버스에 접속될 수 있는 1가닥의 통합 버스(23e)를 구비하며, 또한, 그 통합 버스에 어느 한 분할 버스를 접속하기 위한 스위칭 소자(26a, 26b, 26c, 26d)를 구비한 구성으로 되어 있다.

즉, 독출 버스가 복수의 분할 버스로 분할되어 있기 때문에, 1가닥당 분할 버스에 접속되는 스위칭 소자의 수가 감소되어, 각 분할 버스의 용량이 작아지기 때문에, 화소 신호를 고속으로 독출할 수 있다.

본 발명에 있어서, 통합 버스용 정전류원(27e)에 의해 통합 버스에 흐르는 바이어스 전류가, 분할 버스용 정전류원(27a, 27b, 27c, 27d)에 의해 각 분할 버스에 흐르는 바이어스 전류보다도 커지고 있음으로 인해, 독출 버스에 흐르는 바이어스 전류의 변동을 작게 할 수 있기 때문에, 버스 경로의 차이에 의한 독출 신호의 변동을 될 수 있는 한 작게 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 분할 버스용 바이어스 전위 인가 회로(28a, 28b, 28c, 28d)에 의해 각 분할 버스는 선택된 때에도 선택되지 않은 때에도 거의 같은 전위로 유지되며, 또한, 통합 버스용 바이어스 전위 인가 회로(28e)에 의해 통합 버스의 전위가 각 분할 버스와 거의 같은 전위로 유지되기 때문에, 스위칭 소자에 의해 분할 버스가 선택되었을 때의 노이즈를 작게 할 수 있다.

이하에, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 실시 형태에 관해서, 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 일례의 주요부를 나타내는 회로도이다. 이 고체 촬상 장치는 샘플 홀드 회로의 구동용 트랜지스터(M0∼Mn)에 의해 출력된 화소 신호를 출력 증폭기(24)로 보내기 위한 독출 버스로서, 특별히 그 수를 한정하지 않지만, 예컨대 4가닥의 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)와, 이들 4가닥의 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)에 접속될 수 있는 1가닥의 통합 버스(23e)를 구비한 것이다.

그리고, 도시하지 않은 복수의 화소열은 제1 분할 버스(23a)에 접속되는 것과, 제2 분할 버스(23b)에 접속되는 것과, 제3 분할 버스(23c)에 접속되는 것과, 제4 분할 버스(23d)에 접속되는 것으로 나누어진다.

도 1에 있어서, 부호 Mc0∼Mcn은 스위칭 소자를 구성하는 트랜지스터이며, 부호 22는 수평 주사 회로이고, 부호 25는 출력 단자이다. 또한, 수평 주사 회로(22), 출력 증폭기(24) 및 도시하지 않은 화소의 구성 및 수직 주사 회로에 관 하여는, 종래와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.

구체적으로 도시된 실시예에서는 예컨대, 제1 구동용 트랜지스터(M0)의 소스 출력은 제1 스위칭 소자(Mc0)를 구성하는 트랜지스터가 온으로 되면, 제1 분할 버스(23a)에 출력된다. 또한, 제2, 제3 및 제4 구동용 트랜지스터(M1, M2, M3)의 소스 출력은 각각, 제2, 제3 및 제4 스위칭 소자(Mc1, Mc2, Mc3)를 구성하는 트랜지스터가 온으로 되면, 제2, 제3 및 제4 분할 버스(23b, 23c, 23d)에 출력된다.

각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)는 각각 스위칭 소자(26a, 26b, 26c, 26d)를 갖고 있으며, 이들 스위칭 소자(26a, 26b, 26c, 26d)가 온으로 됨으로써, 통합 버스(23e)에 접속된다.

스위칭 소자(26a, 26b, 26c, 26d)는 도시하지 않은 제어 회로로부터 출력되는 제어 신호에 의해 온/오프 제어된다. 화소 신호의 독출시에는 어느 한 스위칭 소자(26a, 26b, 26c, 26d)가 온으로 된다. 또한, 비독출시에는 모든 스위칭 소자(26a, 26b, 26c, 26d)가 오프 상태가 된다.

또한, 각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)는 각각 정전류원(27a, 27b, 27c, 27d)에 접속되어 있다. 통합 버스(23e)는 정전류원(27e)에 접속되어 있다. 각 정전류원(27a, 27b, 27c, 27d, 27e)에 의해 흐르는 전류의 크기는 각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)보다도 통합 버스(23e)에 의해 큰 바이어스 전류가 흐르도록 설정된다.

특별히 한정되지는 않지만, 예컨대, 각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)에 흐르는 바이어스 전류의 크기를 I라고 하면, 통합 버스(23e)에 흐르는 바이어스 전류 의 크기는 9×I, 즉 9배에 상당한다.

따라서, 정전류원(27a, 27b, 27c, 27d)의 변동에 의해, 각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)를 흐르는 바이어스 전류가 예컨대 ±10% 변동된 경우, 각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)를 흐르는 바이어스 전류는 0.9×I∼1.1×I가 되는데, 통합 버스(23e)에 흐르는 바이어스 전류가 9×I이기 때문에, 어떤 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)가 선택되더라도 그 때의 독출 버스에 흐르는 바이어스 전류는 9.9×I∼10.1×I가 된다.

즉, 어느 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)가 선택되더라도, 그 선택된 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)와 통합 버스(23e)가 접속되어 이루어지는 독출 버스에 흐르는 바이어스 전류의 변동은 ±1%가 된다.

또한, 각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)는 각각 바이어스 전위 인가 회로(28a, 28b, 28c, 28d)에 접속되어 있다. 통합 버스(23e)는 바이어스 전위 인가 회로(28e)에 접속되어 있다. 이들 바이어스 전위 인가 회로(28a, 28b, 28c, 28d, 28e)는 샘플 홀드 회로의 구동용 트랜지스터(M0∼Mn)와 동일한 트랜지스터에 의해 구성된다.

따라서, 각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)는 비선택시에 있어서도 바이어스 전위 인가 회로(28a, 28b, 28c, 28d)에 의해, 구동용 트랜지스터(M0∼Mn)의 소스 팔로워에 의한 전위와 거의 같은 전위로 유지된다. 또한, 각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)는 통합 버스(23e)의 전위와 거의 같은 전위로 유지된다.

이어서, 도 1에 나타내는 고체 촬상 장치의 동작에 관해서 설명한다. 도시 하지 않은 각 화소의 센서는 입사한 광 신호를 전기 신호로 변환시킨다. 도시하지 않은 수직 주사 회로에 의해, 각 화소의 스위칭 트랜지스터가 행마다 순차로 온으로 되어, 센서에 의해 검출된 신호는 샘플 홀드 회로에 축적된다.

그리고, 수평 주사 회로(22)로부터 출력된 선택 신호에 의해 스위칭 소자(Mc0∼Mcn)가 순차적으로 온으로 되어, 샘플 홀드 회로에 축적된 화소 신호는 순차적으로 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)에 출력된다. 동시에, 도시하지 않은 제어 회로로부터 출력된 제어 신호에 의해 스위칭 소자(26a, 26b, 26c, 26d)가 순차적으로 온으로 되고, 따라서, 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)에 출력된 화소 신호는 순차적으로 통합 버스(23e)를 통해 출력 증폭기(24)에 도달하고, 출력 증폭기에 의해 증폭되어 출력 단자(12)로부터 출력된다.

이 실시 형태에 따르면, 독출 버스가 복수의 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)로 분할되어 있기 때문에, 1가닥당 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)에 접속되는 스위칭 소자(Mc0∼Mcn)의 수가 예컨대 4분의 1씩 감소하기 때문에, 각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)의 용량이 작아져, 화소 신호를 고속으로 독출할 수 있다.

또한, 이 실시 형태에 따르면, 정전류원(27a, 27b, 27c, 27d, 27e)이 설치됨으로써, 독출 버스에 흐르는 바이어스 전류의 변동을 작게 할 수 있으므로, 버스 경로의 차이에 의한 독출 신호의 변동을 될 수 있는 한 작게 억제할 수 있다.

더욱이, 바이어스 전위 인가 회로(28a, 28b, 28c, 28d, 28e)가 설치됨으로써, 스위칭 소자(Mc0∼Mcn) 및 스위칭 소자(26a, 26b, 26c, 26d)의 온/오프에 의한 노이즈를 작게 할 수 있는 동시에, 각 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)가 선택되었을 때 그 때마다 차지업할 필요가 없기 때문에, 화소 신호를 보다 고속으로 독출할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 고체 촬상 장치를 컬러에 대응시킨 예의 회로 구성을 도시하는 모식도이다. 특별히 한정되지는 않지만, 여기서는 RGB 원색의 모자이크형의 컬러 필터를 이용한 예에 관해서 설명한다. 도 2에 있어서, "R"은 적색용의 화소, "G"는 녹색용의 화소, "B"는 청색용의 화소를 각각 나타내고 있다.

도시한 예에서는 제1 및 제3 수평 선택선(H0, H2)에 접속된 "R" 및 "G"의 화소, 즉 센서(S00, S10, S20, S02, S12, S22)의 화소의 신호는 샘플 홀드 회로(SH0, SH2)를 통해 제2 및 제4 분할 버스(23b, 23d) 중 어느 것에 출력된다.

또한, 제2 및 제4 수평 선택선(H1, H3)에 접속된 "G" 및 "B"의 화소, 즉 센서(S01, S11, S21, S03, S13, S23)의 화소의 신호는 샘플 홀드 회로(SH1, SH3)를 통해 제1 및 제3 분할 버스(23a, 23c) 중 어느 것에 출력된다. 제2 분할 버스(23b)와 제4 분할 버스(23d)와의 전환, 및 제1 분할 버스(23a)와 제3 분할 버스(23c)와의 전환은 수평 주사 회로(22)로부터 출력되는 선택 신호에 의해 행해진다.

이와 같이, 다른 색마다 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)를 할당함으로써, 각각의 분할 버스를 통과할 때 게인 변동을 걱정하지 않아도 된다.

본 발명은 상술한 실시 형태로 제한되는 것이 아니며 여러 가지 변경이 가능하다. 예컨대, 화소의 배치는 1차원이여도 좋고 2차원이여도 좋다. 또한, 분할 버스(23a, 23b, 23c, 23d)의 수는 4가닥으로 한정되는 것이 아니고, 2가닥 또는 3가닥이여도 좋고, 5가닥 이상이여도 좋다.

상기 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 독출 버스가 복수의 분할 버스로 분할되어 있기 때문에, 분할 버스 1가닥당 접속되는 스위칭 소자의 수가 줄어, 각 분할 버스의 용량이 작아지기 때문에, 화소 신호의 독출을 고속으로 행할 수 있는 MOS형 고체 촬상 장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

적어도 하나의 행들로 정렬되고, 복수의 그룹들로 그룹화된 복수의 화소들과;

상기 화소들로부터 화소 신호를 독출하는 수평 주사 회로와;

상기 화소 신호를 출력하기 위해 각 행들의 상기 화소와 각각 접속되는 복수의 수평 선택선들과;

상기 수평 선택선들 각각에 선택적으로 접속되는 복수의 분할 버스들과;

상기 분할 버스들 중 선택된 하나에 상기 화소 신호를 출력하도록 상기 수평 주사 회로로부터의 선택 신호 출력에 기반하여 상기 분할 버스들 중 어느 하나를 선택하기 위해 상기 수평 선택선들 각각에 접속되는 복수의 선택 스위치들과;

상기 분할 버스들의 각각에 선택적으로 접속되는 통합 버스와;

상기 분할 버스의 각각과 상기 통합 버스와의 전기적인 접속을 어느 하나의 분할 버스에 대하여만 유효하게 하거나 또는 모든 분할 버스들에 대해서 무효로 하기 위해 상기 분할 버스들과 상기 통합 버스 사이에 접속되는 스위칭 소자들;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 통합 버스에 바이어스 전류를 통과시키기 위한 통합 버스용의 전류원과, 상기 통합 버스를 흐르는 바이어스 전류보다도 작은 바이어스 전류를 상기 분할 버스의 각각에 통과시키기 위한 분할 버스용 전류원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 분할 버스가 무효로 되었을 때의 전위가 유효하게 되었을 때의 전위와 거의 같아지도록 상기 분할 버스의 각각에 바이어스 전위를 인가하기 위한 분할 버스용 회로와, 상기 통합 버스에 상기 분할 버스에 인가된 바이어 스 전위와 대략 같은 바이어스 전위를 인가하기 위한 통합 버스용 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.