KR101178670B1 - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시 형태의 멀티 포트형인 고체 촬상 장치는 촬상 영역 및 복수의 유니트를 구비한다. 촬상 영역은 복수의 화소열을 포함한다. 복수의 유니트는 복수의 화소열이 배열된 방향으로 배열되어 있고, 촬상 영역으로부터의 전하에 근거하는 신호를 생성한다. 각 유니트는 출력 레지스터, 증배 레지스터, 및 앰프를 가진다. 출력 레지스터는 1 이상의 대응 화소열로부터의 전하를 전송한다. 증배 레지스터는 출력 레지스터로부터의 전하를 받아 증배된 전하를 생성한다. 앰프는 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 근거하는 신호를 생성한다. 본 고체 촬상 장치는 복수의 유니트가 설치된 영역과 당해 영역의 상기 방향에서의 양측에 위치하는 제 1 더미 영역과 제 2 더미 영역을 포함하고 있다. 제 1 더미 영역과 제 2 더미 영역의 각각에는 증배 레지스터 및 앰프가 설치되어 있다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE}
본 발명은 멀티 포트형이고 전하 증배형인 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
고체 촬상 장치에는 하기의 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 멀티 포트형이고 전하 증배형인 고체 촬상 장치가 있다. 이와 같은 고체 촬상 장치는 촬상 영역, 및 복수의 유니트를 구비하고 있다. 촬상 영역은 복수의 화소열을 포함하고 있다. 복수의 유니트의 각각은, 복수의 화소열 중 1 이상의 대응 화소열로부터의 전하를 전송하는 출력 레지스터, 당해 출력 레지스터에 의해서 전송된 전하를 받아 증배된 전하를 생성하는 증배 레지스터, 및 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 근거하는 신호를 생성하는 앰프를 가지고 있다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개 2007－124675호 공보 [특허 문헌 2] 일본국 특허 3862850호 명세서
전하 증배형인 고체 촬상 장치의 게인(gain)은 온도에 의해서 변동한다. 또, 멀티 포트형이고 전하 증배형인 고체 촬상 장치에는 모든 유니트에서의 게인의 차이를 작게 하는 것이 바람직하다. 특허 문헌 2에 명시된 고체 촬상 장치는 증배 레지스터의 증배율을 제어할 수 있으므로, 모든 포트에서의 게인의 차이를 작게 하기 위해, 각 포트의 게인을 제어하는 것이 가능하다. 그렇지만, 게인을 제어하기 위한 회로 구성은 복잡하다.
본 발명은 촬상 영역으로부터의 전하에 근거하는 신호를 복수의 유니트로부터 출력하는 멀티 포트형이고 전하 증배형인 고체 촬상 장치로서, 간단하고 쉬운 구성으로 유니트 간의 게인의 차이를 작게 하는 것이 가능한 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치는 멀티 포트 형태인 고체 촬상 장치로서, 촬상 영역 및 복수의 유니트를 구비하고 있다. 촬상 영역은 복수의 화소열을 포함하고 있다. 복수의 유니트는 촬상 영역으로부터의 전하에 근거하는 신호를 생성하는 것이며, 복수의 화소열이 배열된 방향으로 배열되어 있다. 복수의 유니트의 각각은, 출력 레지스터, 증배 레지스터, 및 앰프를 가지고 있다. 출력 레지스터는 복수의 화소열 중 1 이상의 대응 화소열로부터의 전하를 전송한다. 증배 레지스터는 출력 레지스터로부터의 전하를 받아 증배된 전하를 생성한다. 앰프는 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 근거하는 신호를 생성한다. 본 고체 촬상 장치는 복수의 유니트가 설치된 영역과, 당해 영역의 상기 방향에서의 양측에 위치하는 제 1 더미 영역과 제 2 더미 영역을 포함하고 있다. 제 1 더미 영역과 제 2 더미 영역의 각각에는, 증배 레지스터 및 앰프가 설치되어 있다.
종래의 멀티 포트형이고 전하 증배형인 고체 촬상 장치에서는 복수의 유니트 중 양단에 위치하는 유니트 이외의 유니트의 양측에는 다른 유니트가 존재하고 있지만, 양단의 유니트에 대해서는 한쪽에 하나의 유니트만이 존재하고 있다. 일반적으로, 각 유니트에서의 게인은 그 유니트의 온도에 의해서 크게 변동한다. 또, 각 유니트에는 앰프 및 증배 레지스터라고 하는 발열 요소가 포함되어 있다. 따라서, 종래의 멀티 포트형이고 전하 증배형인 고체 촬상 장치에서는 양단의 유니트의 온도와 그 이외의 유니트의 온도 사이에 차이가 생긴다. 그러므로, 종래의 멀티 포트형이고 전하 증배형인 고체 촬상 장치에서는 유니트 간의 게인을 균일하게 하는 것이 어려웠다.
한편, 본 발명의 고체 촬상 장치에 의하면, 복수의 유니트 중 양단에 위치하는 두 개의 유니트의 근방에 증배 레지스터 및 앰프가 설치된다. 따라서, 양단에 위치하는 두 개의 유니트의 온도와 다른 유니트의 온도간의 차이가 작아진다. 그 결과, 유니트 간의 게인의 차이가 저감된다.
이상 설명한 것처럼 본 발명에 의하면, 촬상 영역으로부터의 전하에 근거하는 신호를 복수의 유니트로부터 출력하는 멀티 포트형이고 전하 증배형인 고체 촬상 장치로서, 간단하고 쉬운 구성으로 유니트 간의 게인의 차이를 작게 하는 것이 가능한 고체 촬상 장치가 제공된다.
도 1은 일 실시 형태에 관련된 고체 촬상 장치를 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 나타난 고체 촬상 장치를 배선을 포함하여 나타내는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서의 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다.
도 1은 일 실시 형태에 관련된 고체 촬상 장치를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타난 고체 촬상 장치(10)는 촬상 영역(12), 및 복수의 유니트(14a~14d)를 구비하고 있다. 이하의 설명에서는 복수의 유니트(14a~14d)를 유니트(14)로 칭하는 경우가 있다.
촬상 영역(12)은 입사하는 광에 감응하여 전하를 생성하는 영역이다. 구체적으로는, 촬상 영역(12)은 이차원으로 배열된 복수의 화소를 포함하고 있고, 각 화소는 포토 다이오드를 포함하고 있다.
본 실시 형태의 고체 촬상 장치(10)는 촬상 영역(12)에 부가하여 전하 축적 영역(16)을 구비하고 있다. 전하 축적 영역(16)은 촬상 영역(12)에 의해서 생성된 전하를 후술의 출력 레지스터에 전송하기 전에 일시적으로 축적하는 부분이다. 이와 같은 전하 축적 영역(16)을 가지는 고체 촬상 장치(10)는 프레임 트랜스퍼 CCD 이미지 센서로 불린다. 그렇지만, 본 발명의 고체 촬상 장치는 인터라인 CCD 이미지 센서 또는 풀 프레임 트랜스퍼 CCD 이미지 센서여도 무방하다.
촬상 영역(12)은 복수의 에어리어(area, 12a~12d)를 가지고 있다. 복수의 에어리어(12a~12d)는 수평 방향으로 늘어서 있으며, 각 에어리어에는 복수의 화소열이 포함되어 있다. 복수의 에어리어(12a~12d)에 의해서 생성된 전하는 대응 유니트(14)에 출력된다. 또한, 고체 촬상 장치(10)의 촬상 영역(12)은 네 개의 에어리어를 포함하고 있는, 이를테면 4 포트의 고체 촬상 장치이지만, 본 발명의 고체 촬상 장치의 포트 수는 네 개로 한정되는 것은 아니다.
복수의 유니트(14a~14d)의 각각은 출력 레지스터(18), 증배 레지스터(20), 앰프(22)를 가지고 있다. 본 실시의 형태에서는 복수의 유니트(14)의 각각은 또한 코너 레지스터(24)를 포함하고 있다.
출력 레지스터(18)는 촬상 영역(12)의 대응 에어리어에 의해서 생성되어 수직 방향으로 전송된 전하를 받고, 당해 전하를 수평 방향으로 전송하는 전송 레지스터이다. 코너 레지스터(24)는 출력 레지스터(18)와 동일하게 전하를 전송하는 전송 레지스터이다. 코너 레지스터(24)는 출력 레지스터(18)와 증배 레지스터(20)의 사이에 설치되어 있다. 코너 레지스터(24)는 출력 레지스터(18)에 의해서 전송되는 전하를 증배 레지스터(20)에 전송한다.
증배 레지스터(20)는 충돌 이온화(impact ionization) 효과에 의해서 전하를 증배하여, 증배한 전하를 전송하는 레지스터이다. 고체 촬상 장치(10)에서 증배 레지스터(20)는 출력 레지스터(18)로부터 전송되는 전하를 코너 레지스터(24)를 통하여 받고, 증배한 전하를 앰프(22)에 출력한다.
앰프(22)는 증배 레지스터(20)에 의해서 증배된 전하를 받고, 전하 전압 변환을 실시하여, 당해 전하의 양에 따른 신호를 생성한다. 앰프(22)로서는 플로팅 디퓨전(FD) 앰프를 이용하는 것이 가능하다.
본 고체 촬상 장치(10)는 영역(R), 제 1 더미 영역(R1), 및 제 2 더미 영역(R2)을 포함하고 있다. 영역(R)은 복수의 유니트(14a부터 14d)가 설치되어 있는 영역이다. 제 1 더미 영역(R1) 및 제 2 더미 영역(R2)은 출력 레지스터(18)의 전하 전송 방향과 같은 방향(수평 방향)에서 영역(R)의 양측에 존재하고 있다.
고체 촬상 장치(10)는 제 1 더미 영역(R1) 및 제 2 더미 영역(R2)의 각각에, 더미인 증배 레지스터(20d) 및 더미인 앰프(22d)를 구비하고 있다. 더미인 증배 레지스터(20d) 및 더미인 앰프(22d)는 각각 증배 레지스터(20) 및 앰프(22)와 동일한 요소이다.
이에 더하여, 고체 촬상 장치(10)에서는 제 1 더미 영역(R1) 및 제 2 더미 영역(R2)의 각각에, 더미인 출력 레지스터(18d) 및 더미인 코너 레지스터(24d)가 설치되어 있다. 출력 레지스터(18d) 및 코너 레지스터(24d)는 출력 레지스터(18) 및 코너 레지스터(24)와 동일한 요소이다.
이하, 도 2를 참조하여, 고체 촬상 장치(10)의 전기적 접속 관계에 대해 설명한다. 도 2는 도 1에 나타난 고체 촬상 장치(10)를 배선을 첨부하여 나타낸 도면이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 고체 촬상 장치(10)는 삼상 구동형의 고체 촬상 장치이며, 단자(P1~P3, PM1~PM3, 및 PDC)를 가지고 있다.
단자(P1~P3)는 모든 유니트(14a~14d)의 출력 레지스터(18) 및 코너 레지스터(24)에 삼상의 클록 신호를 입력하기 위한 단자이다. 단자(P1~P3)로부터 연장하는 배선은 모든 유니트(14a~14d)의 출력 레지스터(18) 및 코너 레지스터(24)에 공통의 것이며, 모든 유니트(14a~14d)의 출력 레지스터(18) 및 코너 레지스터(24)에 접속되어 있다. 단자(P1~P3)로부터의 삼상의 클록 신호가 주어지는 것에 의해서, 출력 레지스터(18) 및 코너 레지스터(24)는 전하를 전송한다. 이들 단자(P1~P3)로부터 연장하는 배선은 또한 더미인 출력 레지스터(18d) 및 더미인 코너 레지스터(24d)에 대해서도 공통의 것이며, 이들 출력 레지스터(18d) 및 코너 레지스터(24d)에도 접속되어 있다.
단자(PM1~PM3)는 모든 유니트(14a~14d)의 증배 레지스터(20)에 삼상의 클록 신호를 입력하기 위한 단자이다. 또, 단자(PDC)는 증배 레지스터(20)에 장벽을 형성하기 위한 DC전압이 입력되는 단자이다. 단자(PM1~PM3 및 PDC)로부터 연장하는 배선은 모든 유니트(14a~14d)의 증배 레지스터(20)에 공통의 것이며, 모든 유니트 (14a~14d)의 증배 레지스터(20)에 접속되어 있다. 이들 단자(PM1~PM3 및 PDC)로부터 연장되는 배선은 또한 더미인 증배 레지스터(20d)에도 공통의 것이며, 당해 증배 레지스터(20d)에도 접속되어 있다.
앰프(22 및 22d)는 리셋트 게이트 단자(RG), 리셋트 드레인 단자(RD), 출력 드레인 단자(OD), 및 출력 소스 단자(OS)를 가지고 있다. 또, 앰프(22 및 22d)의 FD 영역과 증배 레지스터(20)의 최종단 사이에는 출력 게이트 단자(OG)가 설치되어 있다.
단자(RG)는 앰프(22 및 22d)의 리셋트 트랜지스터의 게이트에 리셋트 펄스를 주기 위한 단자이다. 단자(RG)에 리셋트 펄스가 주어지는 것에 의해서, FD 영역에 축적된 전하가 리셋트 트랜지스터의 드레인에 접속된 단자(RD)로부터 배출된다. 단자(RD 및 OD)에는 소정의 전원 전압이 주어진다. 단자(OG)에는 증배 레지스터로부터의 전하를 전송할 시점에 온(ON) 신호가 주어진다. 이것에 의해, 증배 레지스터로부터의 전하가 FD 영역에 보내진다. 단자(OS)로부터는 증폭된 신호가 출력된다.
본 고체 촬상 장치(10)에서는 앰프(22 및 22d)의 동일한 단자에는 동일한 신호가 주어지지만, 인접하는 앰프간에서의 누화(crosstalk)을 방지하기 위해서, 배선은 공통화되어 있지 않다.
이상 설명한 고체 촬상 장치(10)에서는 복수의 유니트(14a~14d) 중 양단의 유니트(14a 및 14d)의 근방에 있는 제 1 더미 영역(R1) 및 제 2 더미 영역(R2)의 각각에, 증배 레지스터(20d) 및 앰프(22d)가 설치되어 있다. 그리고, 증배 레지스터(20d) 및 앰프(22d)에도 유니트(14a~14d)의 증배 레지스터(20) 및 앰프(22)와 동일하게 신호가 주어진다. 이것에 의해, 증배 레지스터(20d) 및 앰프(22d)가 증배 레지스터(20) 및 앰프(22)와 동일하게 발열한다. 따라서, 양단의 유니트(14a 및 14d)의 온도와 그 이외의 유니트(14b 및 14c)의 온도의 차이가 작아진다. 그러므로, 고체 촬상 장치(10)에서는 유니트(14a~14d) 간의 게인의 차이가 작아진다.
또한, 본 발명은 상기한 본 실시 형태로 한정되지 않고, 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 고체 촬상 장치는 더미인 출력 레지스터 및 더미인 코너 레지스터를 가지지 않아도 무방하다. 이것은, 출력 레지스터 및 코너 레지스터의 발열이 증배 레지스터나 앰프에 대해서 작기 때문이다. 또, 본 발명의 고체 촬상 장치는 삼상 구동형의 것으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 사상 구동 등 여러 가지의 구동 방식을 채용할 수 있다.
10 : 고체 촬상 장치 12 : 촬상 영역
14a~14d : 유니트 16 : 전하 축적 영역
18: 출력 레지스터 18d : 출력 레지스터(더미)
20: 증배 레지스터 20d : 증배 레지스터(더미)
22: 앰프 22d : 앰프(더미)
24 : 코너 레지스터 24d : 코너 레지스터(더미)
OD : 출력 드레인 단자 OG : 출력 게이트 단자
OS : 출력 소스 단자 RD : 리셋트 드레인 단자
RG : 리셋트 게이트 단자 P1~P3 : 단자
PDC : 단자 PM1~PM3 : 단자
R : 영역 R1 : 제 1 더미 영역
R2 : 제 2 더미 영역

Claims (1)

  1. 멀티 포트형인 고체 촬상 장치로서
    복수의 화소열을 포함한 촬상 영역과,
    상기 촬상 영역으로부터의 전하에 근거하는 신호를 생성하는 복수의 유니트 로서, 상기 복수의 화소열이 배열된 방향으로 배열된 이 복수의 유니트를 구비하고,
    상기 복수의 유니트의 각각은
    상기 복수의 화소열 중 1 이상의 대응 화소열로부터의 전하를 전송하는 출력 레지스터,
    상기 출력 레지스터로부터의 전하를 받아 증배된 전하를 생성하는 증배 레지스터,
    상기 증배 레지스터로부터의 증배된 전하에 근거하는 신호를 생성하는 앰프를 가지고,
    상기 고체 촬상 장치는
    상기 복수의 유니트가 설치된 영역과, 이 영역의 상기 방향에서의 양측에 위치하는 제 1 더미 영역과 제 2 더미 영역을 포함하며,
    상기 제 1 더미 영역과 상기 제 2 더미 영역의 각각에 증배 레지스터 및 앰프를 구비하고 있는 고체 촬상 장치.
KR1020107015311A 2009-01-30 2010-01-22 고체 촬상 장치 KR101178670B1 (ko)

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