KR101340183B1 - 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치를 구동하는 방법 및카메라 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고체 촬상 장치는, 열 병렬로 배열되고 입사 광량을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 복수의 화소를 가지며 화소로부터 얻어지는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환 장치를 포함하고, 아날로그/디지털 변환 장치는 화소에 의해 얻어지는 아날로그 신호가 출력되는 열 신호선(column signal line)의 값을 참조선의 값과 비교하도록 동작하는 비교기 및 비교기에 의해 수행되는 비교가 완료될 때까지의 시간을 측정하고 비교 결과를 기억하도록 동작하는 카운터를 포함하고, 고체 촬상 장치는 비교기 출력에 따라 비교기 출력을 제어하도록 동작하는 비교기 출력의 제어 수단을 더 포함한다.

고체 촬상 장치, 입사 광량, 열 신호선, 비교기, 카운터

Description

고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치를 구동하는 방법 및 카메라{SOLID-STATE IMAGING DEVICE, METHOD OF DRIVING SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND CAMERA}

도 1은 본 발명의 일 실시예(제1 실시예)를 도시한 블록도.

도 2는 단위 화소의 예시적인 회로 구성을 도시한 회로도.

도 3은 비교기의 예시적인 회로 구성을 도시한 회로도.

도 4는 비교기 출력의 제어 수단의 예시적인 회로 구성을 도시한 회로도.

도 5는 제1 실시예를 도시한 타이밍도.

도 6은 본 발명의 일 실시예(제2 실시예)를 도시한 블록도.

도 7은 제2 실시예를 도시한 타이밍도.

도 8은 예시적인 보정 수단의 회로 구성을 도시한 회로도.

도 9는 흑화 현상을 설명하기 위한 신호 강도와 입사 광량 간의 관계를 도시한 도면.

도 10은 종래 기술의 구성을 도시한 블록도.

도 11은 종래 기술의 구성을 도시한 블록도.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고체 촬상 장치

12 : 단위 화소

13 : 비교기

14 : 카운터

15 : 아날로그/디지털 변환 장치

<관련 출원의 상호 참조>

본 발명은 그 전체 내용을 여기서 참조로서 병합하고 있는 2006년 3월 6일 일본국 특허청에 출원된 일본국 특허 출원 JP 2006-059023에 관련된 주요 사항을 포함한다.

본 발명은 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치를 구동하는 방법 및 카메라에 관한 것이다.

고체 촬상 장치에서는 흑화(dark defect) 현상이 문제가 된다. 흑화 현상을 회피하는 기술로서, 아래의 기술이 개시되어 있다(예를 들어, JP-A-2004-248304(특허 문헌 1) 참조).

이 기술은 검출 회로의 출력에 따라 차분 처리를 수행하는 이벤트에 대한 보정 수단을 이용하는 기술이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 일반적으로, 광전 변환 수단에 의해 수행되는 광전 변환에서 신호를 생성하고, 이 신호를 증폭 트랜지스터에 입력하여 신호 Vs를 출력한다. 신호 Vs는 광전 변환에 의해 생성된 신호와 리 셋 신호 Vn을 포함한다. 따라서, 차동 앰프가 신호 Vs를 광전 변환에 의해 생성된 신호로서 판독하는 경우, 노이즈 성분인 리셋 신호 Vn을 제거하여 광전 변환에 의해 생성된 신호를 신호 Vs-Vn으로서 출력한다.

그 다음에, 입사 광량이 B점에서의 입사 광량보다 강한 경우에는, 신호를 포화시켜 일정 값을 출력한다. 훨씬 더 강한 광이 입사되는 경우에는, 리셋 신호 Vn을 변화시켜 신호 Vs-Vn을 작게 만든다. 이로 인해, 흑화 현상이 발생하게 된다.

더욱 상세하게는, 매우 강한 광이 광전 변환부에 입사되는 경우, 광 누설 때문에 증폭 트랜지스터의 입력부에서 노이즈 성분인 리셋 신호에 광 누설 노이즈 신호가 가산된다. 입사 광량이 C점에서의 입사 광량보다 강한 영역 내의 상태에서는, 차동 앰프의 출력 Vs-Vn이 작아지게 된다. 광 누설 노이즈 신호 Vn이 포화될 때, 차동 앰프 출력 신호 Vs-Vn은 0으로 된다. 이 상태는 매우 밝은 피사체를 촬상하더라도 화상이 흑화하는 흑화 현상이 발생한다는 것을 의미한다.

이 특성을 이용하여 Vn이 변화하는 영역과 Vs가 포화되는 영역으로부터 광이 매우 강한지 여부를 판정한다. 이 특성으로부터 광검출 회로가 신호를 보정하는지 여부를 충분히 판정할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 신호를 보정하는 경우에 있어서, 차분 처리를 수행함 없이 아날로그/디지털 변환 회로(A/D) 전에 신호를 보정하는 방법이 있다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 아날로그/디지털 변환 회로(A/D)의 값을 기억하는 메모리를 판독하는 경우에 있어서, 광레벨 검출 회로로부터의 출력에 따라 차분 처리를 수행하는 이벤트에 대한 보정을 수행하는 변환 회로에 의해 신호를 보정하여 출력하는 방법이 있다.

도 10에 도시된 기술에서는, 흑화를 검출하여 아날로그/디지털 변환 회로(A/D) 전에 신호를 보정하는 경우, 검출 회로 이외에 예를 들어, 정전압 회로와 같은 보정 신호용 회로를 제공하는 것이 필요하므로, 흑화 보정 회로의 구성 때문에 회로 규모가 커지게 된다.

도 11에 도시된 기술에서는, 보정 신호를 메모리에 인터럽트하는 회로를 제공하는 것이 필요하기 때문에, 또한 회로 규모가 커지게 된다. 각각의 신호선에서 아날로그/디지털 변환이 수행되는 회로 시스템에서는, 면적이 크게 영향을 받는다.

어떤 종래 기술에서도, 흑화를 검출하기 위한 전용의 광레벨 검출 회로를 추가로 제공하는 것이 필요하다. 또한, 아날로그 검지 검출 회로를 아날로그 신호 경로에 제공하는 것이 필요하기 때문에, 아날로그 신호 자체가 악영향을 받을 수 있는 문제도 발생하게 된다.

본 발명은, 흑화를 검출하기 위한 전용의 광레벨 검출 회로를 추가로 제공하는 것이 필요하기 때문에 회로 구성이 대규모로 되고, 아날로그 검지 검출 회로를 아날로그 신호 경로에 추가로 제공하는 것이 필요하기 때문에 아날로그 신호 자체가 악영향을 받을 수 있는 종래 기술과 관련된 상술한 및 다른 문제점을 해결하기 위한 것이다.

아날로그 신호에 영향을 주지 않고 간단한 회로 구성을 추가로 제공함으로써 흑화 현상이 발생하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예는 고체 촬상 장치에 관한 것으로서, 고체 촬상 장치는 열 병렬로 배열되고 입사 광량을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 복수의 화소를 가지며 화소로부터 얻어지는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환 장치를 포함하고, 아날로그/디지털 변환 장치는 화소에 의해 얻어지는 아날로그 신호가 출력되는 열 신호선의 값을 참조선의 값과 비교하도록 동작하는 비교기 및 비교기에 의해 수행되는 비교가 완료될 때까지의 시간을 측정하고 비교 결과를 기억하도록 동작하는 카운터를 포함하고, 고체 촬상 장치는 비교기 출력에 따라 비교기 출력을 제어하도록 동작하는 비교기 출력의 제어 수단을 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 흑화 검출 자체는 열 병렬로 배열되는 아날로그/디지털 변환 장치의 구성 요소인 비교기에 의해 수행되고, 비교기 출력에 따라 비교기 출력을 제어하도록 동작하는 비교기 출력의 제어 수단만을 추가로 제공함으로써 흑화 현상을 방지한다. 따라서, 전용의 검출 회로를 제공하는 것을 필요로 하는 종래 기술에 비해, 회로 구성을 단순하게 할 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 아날로그 영역에 어떤 회로도 추가로 제공되지 않기 때문에 아날로그 신호에 악영향을 주지 않는 이점도 제공한다.

이하, 도 1에 도시된 블록도를 참조하여, 본 발명의 일 실시예(제1 실시예)를 설명한다. 본 발명의 제1 실시예를 설명하기 위해, 도 1은 열 병렬 아날로그/디지털 변환 장치가 탑재되는 CMOS 이미지 센서를 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 고체 촬상 장치(1)는 예를 들어, 매트릭스로 2차원 배열되어 화소 어레이(11)를 구성하는 복수의 단위 화소(12)(이하, 단순히 화소 로 지칭됨)를 갖는다. 예를 들어, 각각의 화소(12)는 포토다이오드와 화소 내의 앰프로 구성된다.

열 병렬 아날로그/디지털 변환 장치인 열 병렬 A/DC 블록(15)은 참조 신호(참조 전압)를 생성하는 디지털/아날로그 변환 장치(19)(이하, DAC로 약칭되고, DAC는 디지털/아날로그 변환기(Digital-Analog Converter)의 약칭임)에 의해 생성되는 참조선 RAMP의 참조 신호를 각각의 행선(row line) H0, H1,...에서 단위 화소(12)로부터 열 신호선 V0, V1,...을 통해 얻어지는 아날로그 신호와 비교한다. 예를 들어, 열 병렬 A/DC 블록(15)은 각각의 열 신호선 V0, V1,...을 위해 배열되는 비교기(13), 흑화 검출을 보정하기 위해 비교기(13)의 출력에 따라 비교기(13)의 출력을 제어하도록 동작하는 비교기 출력의 제어 수단(21) 및 비교 시간을 카운트하도록 동작하는 카운터(14)로 이루어지고, 열 병렬 A/DC 블록(15)에는 n(n은 자연수임) 비트용 디지털 신호 변환 기능이 제공된다.

수평 출력선(16)은 n(n은 자연수임) 비트 폭의 출력선과, 출력선에 각각 대응하는 n개의 센스 회로와 n개의 출력 회로로 구성된다. 또한, 화소 어레이(11)의 신호를 순차 판독하는 제어 회로를 위해, 내부 클록을 생성하도록 동작하는 타이밍 제어 회로(20), 행 어드레싱과 행 주사를 제어하도록 동작하는 행 주사 회로(18) 및 열 어드레싱과 열 주사를 제어하도록 동작하는 열 주사 회로(17)가 배치된다.

카운터(14)의 경우, 단위 화소(12)로부터의 리셋 성분과 신호 성분의 2회의 판독 결과를 계산하기 위해 카운터를 개별로 제공할 수 있다. 또한, 구성을 간략화하기 위해서는, 업-다운 카운터 구성이 바람직하다. 카운트 결과를 기억하도록 동작하는 메모리 수단을 또한 제공하여, 열 병렬 A/DC 블록(15)에 의해 비교, 카운트 및 출력의 병렬 동작을 가능하게 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 수평 출력선(16)은 n 비트 폭의 출력선, 센스 회로 및 출력 회로로 구성되고, 여기서 그 개수는 n이다. 이들 각각을 n＊m(m은 자연수임)개 만큼 병렬로 배열하여 출력을 고속화할 수 있다. 또한, 병렬/직렬 변환 회로 또는 직렬/병렬 변환 회로를 센스 회로와 출력 회로 간에 배열하는 것도 효과적이고, 여기서 출력선과 센스 회로의 개수는 n＊m이고 출력 회로의 개수는 n＊1(m ≠ 1, 1은 자연수임)이다.

도 2는 단위 화소(12)의 예시적인 회로 구성을 도시한다. 단위 화소(12)는 포토다이오드(31), 포토다이오드(31)의 전하를 플로팅 확산층(36)에 전송하도록 동작하는 전송 트랜지스터(32), Vx 말단에 제공되는 전류원과 함께 소스 팔로워(source follower)를 판독함으로써 플로팅 확산층(36)의 전하를 신호 증폭(signal-amplify)하도록 동작하는 증폭 트랜지스터(34), 플로팅 확산층(36)의 전하를 리셋하도록 동작하는 리셋 트랜지스터(33) 및 신호를 Vx에 판독하도록 동작하는 선택 트랜지스터(35)로 구성된다. 본 예시적인 구성에서, 모든 트랜지스터는 N채널 트랜지스터이다. 그러나, 트랜지스터의 일부 또는 전부가 P채널 트랜지스터인 동일한 구성이 가능할 수 있다. 또한, 다음과 같은 구성이 가능할 수 있다: 전송 트랜지스터(32)가 없는 구성, 선택 트랜지스터(35) 없이 전원 자체에 의해 선택 제어를 수행하는 구성, 복수의 단위 화소가 임의의 구성 요소를 공유하는 구성 등.

도 3은 비교기(13)의 예시적인 회로 구성을 도시한다. 비교기(13)는 N채널 페어 트랜지스터(43)를 입력으로서 수신하고, P채널 페어 트랜지스터(41) 및 그 게이트를 임의로 바이어스하여 정전류원으로서 동작하도록 하는 N채널 트랜지스터(45)로 이루어진 차동 앰프부; 스위칭 트랜지스터(42)로서 기능을 하여 입력 N채널 트랜지스터(43)의 드레인과 게이트를 접속하는 P채널 트랜지스터; 및 각 파트의 입력인 N채널 트랜지스터(43)의 게이트의 DC 레벨을 커트하는 커패시턴스(44)로 구성된다.

커패시턴스(44)에서, 한쪽 말단은 차동 앰프의 N채널 트랜지스터(43)의 입력에 접속되고, 다른 쪽 말단은 단위 화소(12)의 아날로그 출력 Vx 또는 DAC(19)로부터의 참조선 RAMP에 접속된다. 입력 트랜지스터의 경우, 입력 값에 따라 P채널 트랜지스터를 갖는 동일한 구성이 가능할 수 있다. 또한, 차동 앰프부의 경우, 출력을 포함한 좌우 반전(laterally inverted) 구성이 가능할 수 있다.

도 4는 비교기 출력의 제어 수단(21)의 예시적인 회로 구성을 도시한다. 제어 수단(21)은 비교기(13)의 출력을 입력으로서 수신하고, XRST 신호에 의해 초기화되며 SUNLAT 신호에 의해 비교기(13)의 출력을 래치하는 래치(51); 한쪽 입력에 비교기(13)의 출력을 갖고 다른 쪽 입력에 래치(51)의 출력을 갖는 NOR 논리 게이트(52); 및 NOR 논리 게이트(52)의 출력을 수신하여 카운터(14)에 출력하는 인버터(53)로 구성된다. 비교기(13)의 출력에 따라, 논리를 반전시켜 동일한 구성이 가능하게 된다. XRST 신호에 의한 초기화는 NOR 논리 게이트(52)의 출력이 비교기(13)에 의해 결정되는 출력이 된다는 것이다.

이 회로 구성에서는, 비교기(13)에 래치(51)를 제공하고, 래치(51)는 리셋 레벨이 완료한 후 비교기(13)의 출력이 반전된 이벤트 또는 반전되지 않은 이벤트를 유지하여 그 이벤트에 따라 다음 신호 레벨을 측정한다. 이 회로 구성은, 신호 레벨을 측정하고 있는 동안 비교기(13)의 출력을 고레벨로 고정하는 쪽 또는 신호 레벨을 측정하는 쪽을 전환할 수 있도록 구성된다.

다음으로, 도 1에 도시된 블록도, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 회로도 및 도 5에 도시된 타이밍도를 참조하여, 제1 실시예에서 설명된 고체 촬상 장치(1)(CMOS 이미지 센서)의 동작을 설명한다.

임의의 행 Hx(H0, H1,...)의 단위 화소(12)로부터 열 신호선 V0, V1,...로의 제1 회째의 판독이 안정될 때쯤, 비교기(13)의 동작점은 자동-제로(이하, AZ(Auto-Zero)로 약칭됨) 활성화시 AZ 신호에 의해 열 신호선 Vx의 값과 참조선 RAMP의 값에 의해 초기화된다. 즉, 리셋 레벨에 있는 경우, 비교기(13)는 참조선 RMAP의 값과 열 신호선 Vx의 값을 0점과 일치시키도록 초기화된다. 이는, 도 3에 도시된 비교기의 회로 구성에 있어서, 커패시턴스(44)가 DC 성분을 커트하고, 열 신호선 Vx와 참조선 RAMP에 대하여 DC 성분이 제거된 값에 AZ 동작을 적용함으로써, AZ 신호 아래의 값을 커패시턴스(44)에 기억시켜 0점과 일치시키는 것을 의미한다.

그 다음에, AZ 동작 때문에 발생하는 초기 변형을 회피하기 위해, DAC(19)에 의해 참조선 RAMP의 참조 신호 값에 약간의 오프셋을 임시로 더하고, 참조 신호 값을 시간 변화시키도록 계단파(staircase wave)를 입력하여, 비교기(13)에서 임의의 열 신호선 Vx의 전압과 비교한다. 참조선 RAMP에 계단파를 입력할 때, 카운터(14) 는 제1 회째의 카운터를 수행한다.

참조선 RAMP의 전압과 열 신호선 Vx의 전압이 같은 경우, 비교기(13)의 출력을 반전시킴과 동시에, 비교 시간에 따라 카운터(14)에 카운트 값을 기억시킨다. 제1 회째의 판독시, 선택 트랜지스터(35)를 단위 화소(12)의 선택(selection; SEL) 신호에 의해 활성화한 후, 리셋(reset; RST) 신호에 의해 리셋 트랜지스터(33)를 활성화하여 리셋 성분 △V를 판독한다. 리셋 성분 △V에서, 모든 단위 화소(12)마다 변하는 잡음은 오프셋으로서 포함된다.

그러나, 일반적으로 리셋 성분 △V에서의 변형은 작고, 리셋 성분 △V의 값은 모든 화소에서 공통이다. 따라서, 임의의 열 신호선 Vx의 출력은 거의 이미 알려지게 된다. 또한, AZ 신호를 활성화시켜, 이때의 열 신호선 Vx의 값과 참조선 RAMP의 값에 의해 비교기(13)의 동작점을 초기화한다. 따라서, 제1 회째의 리셋 성분 △V가 판독될 때, 참조선 RAMP의 참조 전압을 조정하여, 홀수 회의 비교 기간을 짝수 회의 비교 기간 이하로 짧게 만듦으로써, 비교 기간을 상당히 줄일 수 있다. 제1 실시예에서, 리셋 성분 △V는 7 비트(128개의 클록)의 카운트 기간 동안 비교된다. 제1 회째의 판독 완료부터 제2 회째의 판독 개시까지의 시간 동안 SUNLAT 신호를 활성화함으로써, 이와 동시에 비교기 출력의 제어 수단(21)은 비교기(13)의 출력을 래치한다.

제2 회째의 판독시에는, 제1 회째의 판독과 거의 같은 동작을 수행하는데, 단위 화소(12)의 SEL 신호에 의해 선택 트랜지스터(35)를 활성화된 상태로 유지하면서 TR 신호에 의해 전송 트랜지스터(32)를 활성화함으로써, 리셋 성분 △V에 추 가하여 모든 단위 화소(12)마다 입사 광량에 따라 신호 성분을 판독한다. 즉, 임의의 행 Hx의 단위 화소(12)로부터 열 신호선 V0, V1,...로의 제2 회째의 판독이 안정화된 후, DAC(19)에 의해 참조선(RAMP)에 대해 참조 신호(reference signal)를 시간 변화시키는 계단파를 입력하고, 비교기(13)에서 임의의 열 신호선 Vx의 전압과 비교한다. 참조선 RAMP에 계단파를 입력할 때, 카운터(14)는 제2 회째의 카운트를 수행한다.

참조선 RAMP의 전압과 열 신호선 Vx의 전압이 같은 경우, 비교기(13)의 출력을 반전시킴과 동시에, 비교 기간에 따라 카운트 값을 카운터(14)에 기억시킨다. 이때, 제1 회째의 카운트와 제2 회째의 카운트에서, 제1 회째의 카운트는 다운-카운트이지만, 제2 회째의 카운트는 업-카운트이므로, (제2 회째의 카운트 값) - (제1 회째의 카운트 값)이 카운터에 자동으로 기억된다. 본 실시예에서, 제2 회째의 신호 성분 + 리셋 성분 △V의 판독시에는, 넓은 신호 범위에서 카운트를 수행하는 것이 필요하므로, 12 비트(4096개의 클록)의 카운트 기간 동안 신호 성분 + 리셋 성분 △V를 비교한다.

아날로그/디지털 변환(이하, A/D(analog/digital) 변환으로서 지칭됨)의 기간이 완료한 후, 열 주사 회로(17)는 n개의 수평 출력선(16)을 통해 카운터(14)에 기억된 n비트의 디지털 신호를 외부로 출력한다. 그 다음에, 모든 행마다 동일한 동작을 순차적으로 반복하여, 2차원 화상을 생성한다.

상술한 동작에 있어서, 통상 동작시에는, 제1 회째의 판독을 완료한 후 비교기(13)의 출력이 반전되므로, 반전된 비교기(13)의 출력이 SUNLAT 신호에 의해 비 교기 출력의 제어 수단(21) 내의 래치(51)에 래치된다. 선택적으로, NOR 논리 게이트(52)의 출력은 XRST 신호에 의해 비교기(13)의 출력에 따라 결정되도록 구성된다. 반전된 비교기(13)의 출력이 래치된 후, NOR 논리 게이트(52)의 출력이 비교기(13)의 출력에 따라 연속하여 결정되기 때문에, 제2 회째의 판독은 비교기(13)의 출력에 따라 결정될 것이다.

통상의 경우, 리셋 신호가 설정되면 열 신호선 Vx의 값은 일정하다. 그러나, 매우 강한 광이 단위 화소(12)의 포토다이오드(31)에 입사하는 경우, 제1 회째의 판독시 포토다이오드(31)의 전하는 플로팅 확산층(36)에 종종 누설된다. 이와 같은 경우, 열 신호선 Vx의 값은 제1 회째의 판독시 갑자기 저하된다(도 5의 Vx의 점선). 이 저하하는 양태는, AZ 레벨에 대한 리셋 레벨의 비교가 완료된 후, 참조 신호의 리셋 레벨이 비교되는 진폭보다 크게 된다. 열 신호선 Vx의 값이 떨어지면, 비교기(13)는 비교할 수 없는 상태에 있게 된다.

일반적으로, 열 신호선 Vx의 값과 참조선 RAMP의 참조 신호의 값이 AZ 레벨과 같아질 때, 비교기(13)의 출력이 반전된다. 그러나, (제2 회째의 카운트 값) - (제1 회째의 카운트 값)이 수행되면, 그 차이가 작기 때문에 흑색 신호 또는 거의 흑색에 가까운 신호로서 신호가 출력되어, 흑화 현상을 일으킨다.

흑화 현상 때문에 강도가 높은 광이 입사하는 경우, 열 신호선 Vx의 값이 저하된다. 따라서, 저하하는 양태가 매우 커지게 되어 참조선 RAMP의 출력 값의 진폭보다 커지게 되면, 비교기(13)의 출력은 반전되지 않고, 고레벨 상태를 유지한다. 요컨대, 제1 회째의 판독시 Vx가 저하되는 경우에는, AZ 활성화가 완료될 때 부터 제1 회째의 카운트까지의 제1 회째의 RAMP 진폭보다 저하량이 크거나 같으면 비교기(13)의 출력이 반전되지 않는 이벤트를 이용한다. 즉, 이 상황에서, 제1 회째의 판독이 완료된 후, 비교기(13)의 비반전 출력이 SUNLAT 신호에 의해 비교기 출력의 제어 수단(21) 내의 래치(51)에 래치되면, XRST 신호가 활성화될 때까지 비교기 출력을 현재 상태로 유지하면서 다음 신호 레벨을 측정하는 할 때에도 래치(51)의 출력 때문에 NOR 논리 게이트(52)의 출력은 고레벨에 고정된다. 따라서, 리셋 레벨과 신호 레벨에서 고레벨 상태가 유지된다. 따라서, 제2 회째의 판독은, 비교기(13)의 출력에 의존함 없이 카운터(14)가 제2 회째의 카운트 값에 대해 항상 동작하고 있는 상태에 있게 된다. 즉, 카운트는 완전히 백색 상태로 된다.

이는 이와 같은 상태를 생성할 수 있다는 점에서 본 발명의 일 실시예에 따른 구성의 특징이다. 상기 내용을 구현하는 회로는 도 4를 참조하여 설명된 본 발명의 회로 구성이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는 흑화 현상을 검출하기 위한 수단의 제공 없이 흑화 현상을 방지할 수 있는 이점들 중 하나의 이점을 갖는 래치 수단이다.

여기서, 판독 횟수는 2회로 제한되지만, 2회 이상의 짝수 회만큼 동일한 구성을 수행하여, 같은 이점을 달성할 수 있다. 즉, 1회의 비교에 의한 제어를 위해 비교를 수행하여 제1 회째의 판독에서 이상 이벤트를 검출하므로(비교기 출력을 측정하므로), 적어도 2회의 비교를 수행하는 것이 필요하다. 따라서, 짝수 회의 비교를 수행하는 것이 필요하다. 또한, 짝수 회의 판독에 있어서, 홀수 회의 판독은 짝수 회의 판독 중에서 참조의 아날로그 신호(리셋 성분)의 판독이고, 짝수 회의 판독은 신호 성분과 리셋 성분을 포함한다. 즉, 홀수 회의 판독에서 리셋 성분을 판독하여 비교기(13)의 출력을 측정하고, 짝수 회의 판독에서 신호 성분을 판독한 후 비교기 출력을 제어하는 방법으로 동작을 수행한다.

또한, 제1 실시예에 따른 구성에 있어서 카운터(14)는 각 화소열의 단부에 배열될 수 있다. 또한, 카운터는 부분적으로 공유되어 화소열의 단부에 배열될 수 있거나, 화소열의 외부에 배열될 수 있다.

다음으로, 도 6에 도시된 블록도를 참조하여 본 발명의 일 실시예(제2 실시예)를 설명한다. 본 발명의 제2 실시예를 설명하기 위해, 도 6은 열 병렬 아날로그/디지털 변환 장치가 탑재되는 CMOS 이미지 센서를 도시한다. 또한, 도 7은 본 발명의 제2 실시예를 도시한 타이밍도를 도시한다.

제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치(2)는, 더 강한 강도의 광이 입사할 때 비교가 시작되기 전에 수직 신호선 Vx의 값이 완전히 떨어지는 것을 고려한다. 이 경우, 비교기 출력이 반전되지 않는 상태를 생성하는 것이 어렵기 때문에, 제1 실시예에서 설명된 동작 원리를 이용할 수 없다. 이번에는, 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치(2)에는 제1 실시예에 열 신호선 Vx의 값을 보정하는 보정 수단(22)이 추가된다. 기타 구성과 동작은 제1 실시예의 구성 및 동작과 동일하지만, 보정 수단(22)을 추가로 제공하여, 제1 회째의 판독시에 열 신호선 Vx의 저하 속도와 저하량이 큰 경우에도 흑화 현상을 제거한다.

제1 실시예에서는, 열 신호선 Vx의 값의 저하량이 AZ 활성화가 완료될 때부터 제1 회째의 카운트까지의 제1 회째의 참조선 RAMP의 진폭보다 크거나 같은 경 우, 흑화 현상을 방지할 수 있다. 즉, 열 신호선 Vx의 값의 저하량이 AZ 활성화가 완료될 때부터 제1 회째의 카운트까지의 제1 회째의 참조선 RAMP의 진폭보다 작거나 같은 경우에는, 흑화 현상을 방지할 수 없다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 열 신호선 Vx에서, 실선은 정상시를 도시하고, 이 경우, 흑화 현상은 발생하지 않는다. 점선은 제1 회째의 판독시에 열 신호선 Vx의 값이 저하되는 경우를 도시한다. 그러나, 이 경우는, AZ 활성화가 완료될 때부터 제1 회째의 카운트까지의 제1 회째의 참조선 RAMP의 진폭보다 크거나 같은 경우이다. 따라서, 제1 실시예에 따른 구성에 의해 흑화 현상을 방지할 수 있다. 다른 점선은, 열 신호선 Vx의 값의 저하 속도가 훨씬 더 크고 AZ 활성화가 완료될 때 열 신호선 Vx의 값이 완전히 저하되는 경우를 도시한다. 이는, AZ 활성화가 완료될 때부터 제1 회째의 카운트까지의 제1 회째의 참조선 RAMP의 진폭보다 작거나 같은 경우에 저하된다. 제1 실시예에 따른 구성에 의해 흑화 현상을 방지하는 것은 어렵다.

그러면, 제2 실시예에서, 열 신호선 Vx의 값을 보정하는 보정 수단(22)이 AZ 활성화 기간 동안 급속하게 완전히 저하되는 열 신호선 Vx의 값을 보정함으로써, AZ 활성화가 완료될 때부터 제1 회째의 카운트까지의 제1 회째의 참조선 RAMP의 진폭보다 크거나 같은 경우를 생성하여, 흑화 현상을 방지한다.

즉, 열 신호선 Vx의 값이 완전히 저하되는 경우, 클램프(CLP) 펄스가 입력되는 시간 동안 열 신호선 Vx의 값을 임시로 증가시키고, 제1 실시예와 동일한 상태를 생성한다. 더욱 상세하게는, 리셋 레벨을 측정하는 시작과 끝에서, 열 신호선 Vx가 참조선 RAMP의 참조 신호의 진폭 이상으로 동작하는 상태를 시뮬레이션으로 생성한다. 따라서, 비교기(13)의 이상 출력, 즉, 반전되지 않은 고레벨 상태로 레벨을 유지할 수 있다. 이와 같은 상태를 생성할 수 있다고 가정하면, 그 다음에, 제1 실시예와 동일하게, SUNLAT 신호에 의해 출력을 래치하고, 비교기(13)의 출력을 하이(High) 위치에 고정함으로써, 흑화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

다음으로, 도 8은 열 신호선 Vx의 값을 보정하는 보정 수단(22)의 예시적인 회로 구성을 도시한 회로도를 도시한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 어느 경우에도, 보정 수단(22)은 제1 회째의 참조선 RAMP의 진폭 이상인 값을 열 신호선 Vx에 공급하도록 동작하는 드라이버 트랜지스터(61)와, AZ 기간 동안만 열 신호선 Vx를 제어하도록 동작하는 클램프 트랜지스터(62)로 구성된다. 어느 경우에도, VSUN의 값이 (열 신호선 Vx의 최소값) + (제1 회째의 참조선 RAMP의 진폭 값) + (드라이브 트랜지스터(61)의 임계값) + α를 갖도록 변환하여, 제1 회째의 RAMP 진폭 이상인 값을 열 신호선 Vx에 공급하는 것이 필요하다. 여기서, 트랜지스터는 N채널 트랜지스터이지만, P채널 트랜지스터에 의해 동일을 구성을 수행할 수 있다.

이와 같은 구성에서는, 클램프 트랜지스터(62)로 형성되는 스위치가 클램프(CLP)로부터의 신호에 의해 턴 온되면, 아날로그 레벨 VSUN이 접속되는 드라이브 트랜지스터(61)에 열 신호선 Vx이 접속됨으로써, 흑화 현상을 방지할 수 있다.

클램프 신호 CLP의 입력시, 열 신호선 Vx의 값이 정상 레벨로 출력되면, 역 바이어스가 인가되기 때문에, VSUN의 드라이브 트랜지스터(61)가 턴 온되지 않는 다. 한편, 열 신호선 Vx의 출력 값이 떨어지는 경우, 즉, VSUN의 레벨 이상으로 떨어지는 경우, 드라이브 트랜지스터(61)의 임계 레벨 이상으로 떨어지는 경우, 드라이브 트랜지스터(61)가 턴 온되어 열 신호선 Vx의 값을 증가시킨다. 이 레벨이 증가하는 경우 참조선 RAMP의 참조 신호의 진폭 이상으로 아날로그 레벨 VSUN을 설정함으로써, 제1 실시예와 동일한 상태를 생성하여 비교기(13)의 출력이 반전되지 않는 상태를 만든다.

또한, 이 구성에서는, 클램프 트랜지스터(62)를 이용함 없이 VSUN과 전원을 스위칭하는 구성을 수행할 수 있다.

제2 실시에에서는, 아날로그 영역에 아날로그 회로를 추가로 제공하지만, 제1 실시예에 따른 회로에 의해 흑화 현상을 방지할 수 없는 한정된 영역과 시간에서의 동작 정도로 한정된 방법으로 이용된다. 따라서, 아날로그 회로의 동작은 종래 아날로그 검출 및 아날로그 보정에 비해 악영향을 거의 받지 않는다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 카메라를 도시한 단면을 도시한다. 본 실시예에 따른 카메라는 동화상을 촬영할 수 있는 예시적인 비디오 카메라이다.

본 실시예에 따른 카메라는 고체 촬상 장치(1 또는 2), 광학 시스템(110), 셔터 장치(111), 구동 회로(112) 및 신호 처리 회로(113)를 갖는다.

광학 시스템(110)은 고체 촬상 장치(1 또는 2)의 이미지 영역 상의 피사체로부터 광(입사 광)의 화상을 형성한다. 따라서, 신호 전하는 소정의 기간 동안 고체 촬상 장치(1 또는 2)에 기억된다.

셔터 장치(111)는 고체 촬상 장치(1) 상에서 광을 인가하는 기간과 광을 차 단하는 기간을 제어한다.

구동 회로(112)는 고체 촬상 장치(1 또는 2)의 전송 동작과 셔터 장치(111)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 공급한다. 고체 촬상 장치(1)의 전하는 구동 회로(112)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 의해 전송된다. 신호 처리 회로(113)는 여러 가지 방법으로 신호 처리를 수행한다. 신호 처리를 받은 비디오 신호는 메모리와 같은 기억 매체에 기억되거나 모니터에 출력된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 흑화 검출 자체는 열 병렬로 배열되는 아날로그/디지털 변환 장치의 구성 요소인 비교기에 의해 수행되고, 비교기 출력에 따라 비교기 출력을 제어하도록 동작하는 비교기 출력의 제어 수단만을 추가로 제공함으로써 흑화 현상을 방지한다. 따라서, 전용의 검출 회로를 제공하는 것을 필요로 하는 종래 기술에 비해, 회로 구성을 단순하게 할 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 아날로그 영역에 어떤 회로도 추가로 제공되지 않기 때문에 아날로그 신호에 악영향을 주지 않는 이점도 제공한다.

당해 기술분야의 당업자는 본 발명의 첨부된 청구항 또는 등가물의 범위 내에 있는 한 설계 요구 사항과 기타 요인에 따라 여러 가지 수정, 컴비네이션, 서브-컴비네이션 및 변형을 할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

Claims (14)

1. 삭제
2. 고체 촬상 장치로서,

   열 병렬로 배열되고 입사 광량을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 복수의 화소를 가지며 상기 화소로부터 얻어지는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환 장치를 포함하고,

   상기 아날로그/디지털 변환 장치는,

   상기 화소에 의해 얻어지는 아날로그 신호가 출력되는 열 신호선(column signal line)의 값을 참조선(reference line)의 값과 비교하도록 동작하는 비교기, 및

   상기 비교기에 의해 수행되는 비교가 완료될 때까지의 시간을 측정하고 상기 비교 결과를 기억하도록 동작하는 카운터를 포함하고,

   상기 고체 촬상 장치는, 상기 비교기 출력에 따라 상기 비교기의 출력을 제어하도록 동작하는 비교기 출력의 제어 수단을 더 포함하며,

   상기 비교기는 참조선의 값과 수직 신호선의 값의 비교를 짝수 회 수행하고, 홀수 회째의 비교시의 상기 비교기의 출력에 따라 짝수 회째의 비교에 의한 상기 비교기의 출력을 제어하는, 고체 촬상 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 홀수 회째의 비교는, 상기 화소로부터 얻어지는 기준이 될 아날로그 신호가 열 신호선에 판독되는 것이고,

   상기 짝수 회째의 비교는, 상기 화소로부터 얻어지는 입사 광량에 관한 아날로그 신호가 열 신호선에 판독되는 것인 고체 촬상 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 홀수 회째의 비교 기간은 상기 짝수 회째의 비교 기간과 같거나 짧은 고체 촬상 장치.
5. 삭제
6. 제2항에 있어서,

   상기 홀수 회째의 비교를 수행하기 전에 상기 열 신호선과 상기 참조선의 소정 값으로 상기 비교기의 동작점을 초기화하도록 동작하는 초기화 수단을 포함하는 고체 촬상 장치.
7. 삭제
8. 고체 촬상 장치로서,

   열 병렬로 배열되고 입사 광량을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 복수의 화소를 가지며 상기 화소로부터 얻어지는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환 장치를 포함하고,

   상기 아날로그/디지털 변환 장치는,

   상기 화소에 의해 얻어지는 아날로그 신호가 출력되는 열 신호선(column signal line)의 값을 참조선(reference line)의 값과 비교하도록 동작하는 비교기, 및

   상기 비교기에 의해 수행되는 비교가 완료될 때까지의 시간을 측정하고 상기 비교 결과를 기억하도록 동작하는 카운터를 포함하고,

   상기 고체 촬상 장치는,

   상기 비교기 출력에 따라 상기 비교기의 출력을 제어하도록 동작하는 비교기 출력의 제어 수단, 및

   상기 열 신호선의 값에 따라 열 신호선의 값을 보정하도록 동작하는 보정 수단을 더 포함하며,

   상기 보정 수단은 상기 열 신호선의 값의 저하를 검출하고, 홀수 회째의 비교시에 참조선의 진폭 이상인 값을 보정하는, 고체 촬상 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 열 신호선의 값의 저하는 상기 열 신호선이 취할 수 있는 최소 값부터 홀수 회째의 비교시의 상기 참조선의 진폭을 상기 최소 값에 더한 값까지의 범위에서 검출되는 고체 촬상 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 열 신호선의 값에 따른 보정은 상기 비교기의 동작점을 초기화하는 기간 동안만 수행되는 고체 촬상 장치.
11. 열 병렬로 배열되고 입사 광량을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 복수의 화소를 가지며 상기 화소로부터 얻어지는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환 장치를 갖는 고체 촬상 장치를 구동하는 방법으로서,

    비교기에 의해 상기 화소에 의해 얻어지는 아날로그 신호가 출력되는 열 신호선의 값을 참조선의 값과 비교하는 단계,

    카운터에 의해 상기 비교기에 의해 수행되는 비교가 완료될 때까지의 시간을 측정하고 상기 비교 결과를 기억하는 단계, 및

    상기 비교기 출력에 따라 상기 비교기의 출력을 제어하는 단계를 포함하고,

    상기 비교기는 참조선의 값과 수직 신호선의 값의 비교를 짝수 회 수행하고, 홀수 회째의 비교시의 상기 비교기의 출력에 따라 짝수 회째의 비교에 의한 상기 비교기의 출력을 제어하는, 고체 촬상 장치를 구동하는 방법.
12. 열 병렬로 배열되고 입사 광량을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 복수의 화소를 가지며 상기 화소로부터 얻어지는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환 장치를 갖는 고체 촬상 장치를 포함하는 카메라로서,

    상기 아날로그/디지털 변환 장치는,

    상기 화소에 의해 얻어지는 아날로그 신호가 출력되는 열 신호선의 값을 참조선의 값과 비교하도록 동작하는 비교기, 및

    상기 비교기에 의해 수행되는 비교가 완료될 때까지의 시간을 측정하고 상기 비교 결과를 기억하도록 동작하는 카운터를 포함하고,

    상기 고체 촬상 장치는,

    상기 비교기의 출력에 따라 상기 비교기 출력을 제어하도록 동작하는 상기 비교기 출력의 제어 수단을 더 포함하고,

    상기 비교기는 참조선의 값과 수직 신호선의 값의 비교를 짝수 회 수행하고, 홀수 회째의 비교시의 상기 비교기의 출력에 따라 짝수 회째의 비교에 의한 상기 비교기의 출력을 제어하는, 카메라.
13. 열 병렬로 배열되고 입사 광량을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 복수의 화소를 가지며 상기 화소로부터 얻어지는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환 장치를 포함하는 고체 촬상 장치로서,

    상기 아날로그/디지털 변환 장치는,

    상기 화소에 의해 얻어지는 아날로그 신호가 출력되는 열 신호선의 값을 참조선의 값과 비교하도록 동작하는 비교기, 및

    상기 비교기에 의해 수행되는 비교가 완료될 때까지의 시간을 측정하고 상기 비교 결과를 기억하도록 동작하는 카운터를 포함하고,

    상기 고체 촬상 장치는,

    상기 비교기의 출력에 따라 상기 비교기 출력을 제어하도록 동작하는 상기 비교기 출력의 제어 모듈을 더 포함하고,

    상기 비교기는 참조선의 값과 수직 신호선의 값의 비교를 짝수 회 수행하고, 홀수 회째의 비교시의 상기 비교기의 출력에 따라 짝수 회째의 비교에 의한 상기 비교기의 출력을 제어하는, 고체 촬상 장치.
14. 열 병렬로 배열되고 입사 광량을 전기 신호로 변환하도록 구성되는 복수의 화소를 가지며 상기 화소로부터 얻어지는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환 장치를 갖는 고체 촬상 장치를 포함하는 카메라로서,

    상기 아날로그/디지털 변환 장치는,

    상기 화소에 의해 얻어지는 아날로그 신호가 출력되는 열 신호선의 값을 참조선의 값과 비교하도록 동작하는 비교기, 및

    상기 비교기에 의해 수행되는 비교가 완료될 때까지의 시간을 측정하고 상기 비교 결과를 기억하도록 동작하는 카운터를 포함하고,

    상기 고체 촬상 장치는,

    상기 비교기의 출력에 따라 상기 비교기 출력을 제어하도록 동작하는 상기 비교기 출력의 제어 모듈을 더 포함하고,

    상기 비교기는 참조선의 값과 수직 신호선의 값의 비교를 짝수 회 수행하고, 홀수 회째의 비교시의 상기 비교기의 출력에 따라 짝수 회째의 비교에 의한 상기 비교기의 출력을 제어하는, 카메라.

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