KR101657725B1 - 고체 촬상 장치 - Google Patents

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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)는 전하 증배형의 고체 촬상 장치에 있어서, 입사광량에 따른 전하를 생성하는 촬상 영역(10)과; 촬상 영역(10)으로부터의 전하를 받는 복수의 출력 레지스터부(21 ~ 24)와; 복수의 출력 레지스터부(21 ~ 24)로부터의 전하를 각각 증배하는 복수의 증배 레지스터부(31 ~ 34)를 구비하고, 복수의 증배 레지스터부(31 ~ 34)의 증배 단수는 각각 다르다.

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE}
본 발명은 EM-CCD(Electron Multiplying-Charge Coupled Device) 등의 전하 증배형(增倍型)의 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
입사하는 광의 상(像)을 촬상하기 위한 고체 촬상 장치로서 CCD가 널리 알려져 있지만, CCD 중에서도 미약한 광의 상을 촬상하는 것을 가능하게 하는 EM-CCD가 알려져 있다. 이런 종류의 고체 촬상 장치는 복수의 포토다이오드 등을 구비하여 입사광량에 따른 전하를 생성하는 촬상 영역과, 촬상 영역의 전하를 독출하는 출력 레지스터부에 추가하여, 독출한 전하를 증배하는 증배 레지스터부를 구비하고, 증배 레지스터부의 전하 증배 작용을 이용하는 것에 의해 미약한 광의 상의 촬상을 가능하게 한다. 이런 종류의 고체 촬상 장치가 특허 문헌 1 ~ 3에 개시되어 있다.
특허 문헌 1 및 2에 기재된 고체 촬상 장치는 증배 레지스터부의 출력에 기초하여 당해 증배 레지스터부의 증배율(이득)의 제어를 행한다. 또, 특허 문헌 3에 기재된 고체 촬상 장치는 부가 레지스터부를 추가로 구비하고, 증배 레지스터부의 잉여 전하에 대해 부가 레지스터부를 이용하는 것에 의해, 다이나믹 레인지를 확대한다.
선행 기술 문헌
특허 문헌
특허 문헌 1 : 일본 특개 2007-124675호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특허 제3862850호 공보
특허 문헌 3 : 일본 특개 2004-523112호 공보
그런데 이런 종류의 고체 촬상 장치를 분광 스펙트럼 측정 등에 이용하는 분광기 등에 적용하는 경우, 촬상 영역에 입사하는 광에 강도 분포가 존재하고, 입사광의 강도 분포가 고체 촬상 장치의 다이나믹 레인지를 크게 넘는 일이 있다. 그래서 고체 촬상 장치의 다이나믹 레인지를 입사광의 강도 분포에 적응시키기 위해, 특허 문헌 1 및 2에 기재된 고체 촬상 장치와 같이 증배 레지스터부의 증배율을 제어하는 것이 생각된다.
그렇지만 특허 문헌 1 및 2에 기재된 고체 촬상 장치에서는 증배 레지스터부의 증배율을 촬상 영역 전체에 대해 균등하게 제어하므로, 촬상 영역의 위치에 따라 입사광의 강도가 크게 다른 경우에, 증배 레지스터부의 증배율을 다 제어하지 못하여, 고체 촬상 장치의 다이나믹 레인지를 입사광의 강도 분포에 적절히 적응시키는 것이 곤란하다.
또, 특허 문헌 3에 기재된 고체 촬상 장치는 입사광량이 큰 경우에, 부가 레지스터부를 이용하여 증배 레지스터부의 전하 용량 부족을 보충하는 것이지만, 이 고체 촬상 장치에서도 촬상 영역에 대해 증배 레지스터부와 부가 레지스터부가 1개씩만 마련되어 있으므로, 촬상 영역의 위치에 따라 입사광의 강도가 크게 다른 경우에, 증배 레지스터부의 증배율을 다 제어하지 못하여, 고체 촬상 장치의 다이나믹 레인지를 입사광의 강도 분포에 적절히 적응시키는 것이 곤란하다.
그래서 본 발명은 촬상 영역의 위치에 따라 입사광의 강도가 크게 다른 경우에도, 증배 레지스터부의 증배율의 제어를 적절히 행하는 것이 가능한 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치는, 전하 증배형의 고체 촬상 장치에 있어서, 입사광량에 따른 전하를 생성하는 촬상 영역과; 촬상 영역으로부터의 전하를 받는 복수의 출력 레지스터부와; 복수의 출력 레지스터부로부터의 전하를 각각 증배하는 복수의 증배 레지스터부를 구비하고, 복수의 증배 레지스터부의 증배 단수(段數)는 각각 다르다.
이 고체 촬상 장치에 의하면, 촬상 영역에 대해 복수의 증배 레지스터부를 구비하는 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치이며, 포트마다 증배 레지스터부의 증배 단수를 다르게 하는 것에 의해, 포트마다 증배 레지스터부의 증배율을 다르게 할 수 있다. 따라서 촬상 영역의 위치에 따라 입사광의 강도가 크게 다른 경우에도, 증배 레지스터부의 증배율의 제어를 적절히 행할 수 있고, 고체 촬상 장치의 다이나믹 레인지를 입사광의 강도 분포에 적절히 적응시키는 것이 가능하게 된다.
상기한 고체 촬상 장치는 전하 증배 작용을 갖지 않는 더미 레지스터부로서, 복수의 증배 레지스터부의 증배 단수의 차를 보상하기 위한 복수의 더미 레지스터부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 복수 포트의 지연 시간의 차를 저감시킬 수 있다.
상기한 복수의 증배 레지스터부는 각각, 소정 단수의 증배 레지스터를 가지고, 소정 단수의 증배 레지스터 중 증배 단수 이외의 증배 레지스터는 전하 증배 작용을 갖지 않는 더미 레지스터로서 기능하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 예를 들어, 집적 회로에 있어서, 최소 입사광량에 대응 가능한 단수의 증배 레지스터를 모든 증배 레지스터부에 탑재하고, 구동 전압 등의 외부 제어에 의해, 각 증배 레지스터부의 증배 단수를 용이하게 변경할 수 있다.
상기한 고체 촬상 장치는 복수의 증배 레지스터부로부터 출력되는 전하량에 따라, 복수의 증배 레지스터부의 증배 단수를 각각 제어하는 제어부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 예를 들어, 집적 회로에 있어서, 최소 입사광량에 대응 가능한 단수의 증배 레지스터를 모든 증배 레지스터부에 탑재하고, 각 증배 레지스터부의 증배 단수를 자율적으로 변경할 수 있다.
상기한 제어부는 더미 레지스터로서 기능시키는 증배 레지스터에, 증배 단수의 증배 레지스터와 다른 구동 전압을 공급해도 좋다.
본 발명에 의하면, 전하 증배형의 고체 촬상 장치에 있어서, 촬상 영역의 위치에 따라 입사광의 강도가 크게 다른 경우에도, 증배 레지스터부의 증배율의 제어를 적절히 행할 수 있다. 그 결과, 고체 촬상 장치의 다이나믹 레인지를 입사광의 강도 분포에 적절히 적응시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타내는 증배 레지스터부의 단면 구조, 및 증배 작용 시의 에너지 포텐셜을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래예 1의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치의 측정 수법을 나타내는 도면이다.
도 4는 종래예 2의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치의 측정 수법을 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시 형태의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치(1)의 측정 수법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 나타내는 각 제어부의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙인다.
[제1 실시 형태]
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 고체 촬상 장치(1)는 전하 증배형의 고체 촬상 장치이며, 촬상 영역(IA; 10), 4개의 수평 레지스터부(HR; 21 ~ 24), 4개의 증배 레지스터부(EMR; 31 ~ 34), 4개의 앰프(41 ~ 44), 4개의 출력 포트(51 ~ 54)를 구비하는 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치이다.
촬상 영역(10)은 입사하는 광의 상을 촬상하기 위한 것이며, 복수의 화소부를 가지고 있다. 각 화소부는 입사광량에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토다이오드와, 그 전하를 축적하는 전하 축적부를 가지고 있다. 각 화소부는 주기적인 펄스 전압을 가지는 클록에 따라, 포토다이오드로부터 전하 축적부로 전하의 화소 내 전송이나, 전하 축적부로부터 수평 레지스터부(21 ~ 24) 각각으로 전하의 전송 등을 행한다.
수평 레지스터부(21 ~ 24)는 각각, 촬상 영역(10)에 있어서 부분 촬상 영역(11 ~ 14)의 수직 라인마다에 대응하여 수평 방향에 배열된 복수의 수평 레지스터를 구비하고 있고, 제어 전극(P1HA, P2HA, P3HA)에 입력되는 주기적인 펄스 전압을 가지는 클록에 따라, 각 수평 레지스터의 전하를 순차로 증배 레지스터부(31 ~ 34) 각각에 전송한다.
증배 레지스터부(31 ~ 34)는 각각, 복수의 증배 레지스터를 구비하고 있고, 수평 레지스터부(21 ~ 24) 각각으로부터 순차로 전송되는 전하를 증배하고, 앰프(41 ~ 44) 각각에 출력한다. 도 2에, 증배 레지스터부의 단면 구조, 및 증배 작용 시의 에너지 포텐셜을 나타낸다. 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 각 증배 레지스터는 P형 기판(101) 상에 P형 에피택셜층(102), N형 채널층(103), 및 산화막(104)이 순차로 적층된 적층체 상에, 4개의 제어 전극(P1HB, DCB, P2HB, P3HB)이 순차로 배열되어 이루어지고, 이러한 증배 레지스터가 복수 배열되어 증배 레지스터부(31 ~ 34) 각각이 구성된다. 제어 전극(P1HB, P2HB, P3HB)에는 주기적인 펄스 전압을 가지는 클록이 순차로 인가된다. 또, 제어 전극(DCB)에는 직류 전압이 인가된다. 또한, 도 2(a)에 있어서 화살표는 전하 전송 방향을 나타낸다.
우선, 전극(P1HB)에 전극(DCB)의 직류 전압값보다 큰 값의 펄스 전압(클록)이 인가되면, 전극(P1HB) 하의 채널층 부분의 에너지 포텐셜이 전극(DCB) 하의 채널층 부분의 에너지 포텐셜보다 높아지고(도 2(b)에 있어서 하향), 전극(P1HB) 하의 채널층 부분에 포텐셜 웰이 생겨서 전극(P1HB)의 전하 전송 방향과 반대측의 전극(P3HB) 하의 채널층 부분으로부터 전하가 전송되어 홀딩된다.
다음에, 전극(P1HB)의 펄스 전압이 저하함과 동시에, 전극(P2HB)에 고전압값의 펄스 전압(클록)이 인가되면, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 전극(P1HB) 하의 채널층 부분의 에너지 포텐셜이 전극(DCB) 하의 채널층 부분의 에너지 포텐셜보다 낮아지고(상향), 전극(P2HB) 하의 채널층 부분의 에너지 포텐셜이 전극(DCB) 하의 채널층 부분의 에너지 포텐셜보다 크게 높아지는(하향), 즉 통상의 전송을 위한 에너지 포텐셜(도 2(b)에 있어서 점선)에 비해 높아진다. 그러면, 전극(DCB) 하의 채널층 부분에 전하가 전송되고, 그 후 전극(P2HB) 하의 채널층 부분에 전하가 전송된다. 이 때, 임팩트 이오니제이션(impact ionization) 효과에 의해 전하 증배가 행해진다.
다음에, 전극(P2HB)의 펄스 전압이 저하함과 동시에, 전극(P3HB)에 펄스 전압(클록)이 인가되면, 전극(P2HB) 하의 채널층 부분의 에너지 포텐셜이 전극(P3HB) 하의 채널층 부분의 에너지 포텐셜보다 낮아지고(상향), 전극(P3HB) 하의 채널층 부분에 전하가 전송된다.
이와 같이 하여, 각 증배 레지스터에서는 전하의 전송 과정에 있어서 전하 증배가 행해지게 된다. 증배 레지스터 1단(段)당의 임팩트 이오니제이션 효과에 의한 전하 증배 효과는 작기 때문에, 예를 들어, 증배 레지스터부(31 ~ 34)는 수백단 정도의 증배 레지스터를 가진다.
앰프(41 ~ 44)는 각각, 증배 레지스터부(31 ~ 34) 각각으로부터 전송되는 전하를 전압 신호로 변환함과 동시에 증폭하고, 출력 포트(51 ~ 54) 각각에 출력한다.
그런데 고체 촬상 장치를 분광 스펙트럼 측정 등에 이용하는 분광기 등에 적용하는 경우, 촬상 영역에 입사하는 광에 강도 분포가 존재하고, 입사광의 강도 분포가 고체 촬상 장치의 다이나믹 레인지를 크게 넘는 일이 있다. 그렇지만 이런 종류의 측정에서는 입사광의 강도 분포가 거의 일정한 것이 많다.
그래서 본 실시 형태에서는 촬상 영역(10)에 있어서 부분 촬상 영역(11, 13)에 입사하는 광의 강도는 약하고, 부분 촬상 영역(12, 14)에 입사하는 광의 강도는 강하다는 것을 미리 알고 있다고 가정한다.
이 가정에 기초하여, 본 실시 형태에서는 증배 레지스터부(31 ~ 34) 중에서, 부분 촬상 영역(11, 13)에 대응하는 증배 레지스터부(31, 33)의 증배 단수가 미리 커지고, 부분 촬상 영역(12, 14)에 대응하는 증배 레지스터부(32, 34)의 증배 단수가 미리 작아져 있다. 이로 인해, 증배 레지스터부(31, 33)의 증배율은 커지고, 증배 레지스터부(32, 34)의 증배율은 작아져 있다.
이하에서는 도 3 ~ 도 5를 이용하여 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 작용 효과를 설명한다.
도 3은 종래예 1의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치의 측정 수법을 나타내는 도면이다. 종래예 1의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치는 고체 촬상 장치(1)에 있어서, 증배 레지스터부(31 ~ 34)의 증배 단수 및 증배율이 동일하고 또한 일정한 점에서 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)와 다르다. 이 종래예 1의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치는 노광 시간을 변경함으로써, 다이나믹 레인지를 넘는 강도 분포를 가지는 입사광의 측정을 행하는 것이다.
예를 들어, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 독출 전하량이 증배 레지스터부의 노이즈 레벨 Nt보다 작은 입사광을 측정하는 경우, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 장시간 TL 노광에 의해 입사광을 측정하고, 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 노광 시간 TL의 역수배 환산을 행한다. 또한, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 독출 전하량이 증배 레지스터부의 포화 전하량(FW)을 넘는 입사광을 측정하는 경우, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 단시간 TS 노광에 의해 입사광을 측정하고, 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 노광 시간 TS의 역수배 환산을 행한다. 이와 같이, 종래예 1의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치의 측정 수법에서는 노광 시간을 변경하여 복수 회의 측정을 행할 필요가 있어, 측정이 번잡했다.
다음에, 도 4에, 종래예 2의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치의 측정 수법을 나타낸다. 종래예 2의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치는 고체 촬상 장치(1)에 있어서, 증배 레지스터부(31 ~ 34)의 증배 단수가 동일한 점에서 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)와 다르다. 이 종래예 2의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치는 증배 레지스터부의 증배율을 변경함으로써, 다이나믹 레인지를 넘는 강도 분포를 가지는 입사광의 측정을 행하는 것이고, 특허 문헌 1 및 2에 기재된 고체 촬상 장치에 상당한다.
예를 들어, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 촬상 영역의 위치에 따라 입사광의 강도가 다이나믹 레인지의 하한 미만이며, 독출 전하량이 증배 레지스터부의 노이즈 레벨 Nt보다 작은 경우에 대해 생각한다. 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 이 하한 미만의 입사광 A를 측정 가능하게 하기 위해 증배 레지스터부의 증배율을 크게 하면, 촬상 영역 전체에 대해 증배 레지스터부의 증배율을 크게 해 버리므로, 증배율 제어 이전에 측정 가능한 입사광 B가 다이나믹 레인지의 상한을 넘어 버려, 이 입사광 B의 독출 전하량이 증배 레지스터부의 포화 전하량(FW)을 넘어 버린다. 또한, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 입사광 B에 증배 레지스터부의 증배율을 조정해 버리면, 입사광 A를 측정 가능하게 할 수 없다. 그런데도 필요한 때에는 도 4(b)의 측정과 도 4(c)의 측정을 2회 행한 후에, 각각의 측정에 있어서 증배율로 되돌려서 환산함으로써, 도 4(d)와 같이, 양쪽을 측정 가능하게는 할 수 있지만, 증배율을 변경하여 복수 회의 측정을 행할 필요가 있어, 측정이 번잡했다.
그렇지만 제1 실시 형태의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치(1)에 의하면, 상기한 입사광 A 및 입사광 B 양쪽을 측정 가능하게 할 수 있다. 도 5는 제1 실시 형태의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치(1)의 측정 수법을 나타내는 도면이다. 제1 실시 형태의 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치(1)는, 상기한 바와 같이, 포트마다 증배 레지스터부(31 ~ 34)의 증배 단수를 다르게 하는 것에 의해, 다이나믹 레인지를 넘는 강도 분포를 가지는 입사광의 측정을 행하는 것이다.
제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에서는, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 부분 촬상 영역(11, 13)의 입사광 A의 강도가 다이나믹 레인지의 하한 미만이며, 독출 전하량이 증배 레지스터부의 노이즈 레벨 Nt 미만인 것을 미리 알고 있는 경우, 증배 레지스터부(31, 33)의 증배 단수가 크게 설정되어, 증배율이 높아져 있다. 그 결과, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 이 입사광 A를 측정 가능하게 할 수 있다. 또한, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 부분 촬상 영역(12, 14)의 입사광 B의 강도는 다이나믹 레인지 내이며, 독출 전하량이 증배 레지스터부의 노이즈 레벨 Nt이상 포화 전하량(FW) 이하인 것을 미리 알고 있는 경우, 증배 레지스터부(32, 34)의 증배 단수는 작게 설정되어, 증배율이 낮아져 있다. 그 결과, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 이 입사광 B도 측정 가능하게 할 수 있다. 도 5(b)에서 측정한 입사광 A, B 각각의 증배율로 각각의 측정값을 되돌린 결과로서 도 5(c)와 같이 실제의 측정값이 얻어진다.
이와 같이, 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 의하면, 촬상 영역(10)에 대해 복수의 증배 레지스터부(31 ~ 34)를 구비하는 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치이며, 포트마다 증배 레지스터부(31 ~ 34)의 증배 단수를 다르게 하는 것에 의해, 포트마다 증배 레지스터부(31 ~ 34)의 증배율을 다르게 할 수 있다. 따라서 촬상 영역(10)의 위치에 따라 입사광의 강도가 크게 다른 경우에도, 증배 레지스터부(31 ~ 34)의 증배율 제어를 적절히 행할 수 있고, 고체 촬상 장치(1)의 다이나믹 레인지를 입사광의 강도 분포에 적절히 적응시키는 것이 가능하게 된다.
또, 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 의하면, 증배 단수에 의해 증배율을 변경하는 것에 의해, 증배 레지스터부(31 ~ 34)의 클록 전압을 공통으로 할 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 6에 나타내는 고체 촬상 장치(1A)는 고체 촬상 장치(1)에 있어서, 더미 레지스터부(35, 36)를 더 구비하는 구성이라는 점에서 제1 실시 형태와 다르다. 고체 촬상 장치(1A)의 다른 구성은 고체 촬상 장치(1)와 동일하다.
더미 레지스터부(35)는 증배 단수가 작은 증배 레지스터부(32)와 수평 레지스터부(22) 사이에 배치되어 있다. 더미 레지스터부(35)는 복수의 레지스터를 구비하고 있고, 각 레지스터는 예를 들어, 수평 레지스터부(21 ~ 24)에 있어서 수평 레지스터와 동일한 구성이다. 즉, 더미 레지스터부(35)는 수평 레지스터부(21 ~ 24)와 동일하게 전하 증배 작용을 가지지 않는다. 더미 레지스터부(35)의 레지스터 단수는 증배 레지스터부(31, 33)의 단수와 증배 레지스터부(32)의 단수의 차분으로 설정된다. 이로 인해, 증배 레지스터부(32) 및 더미 레지스터부(35)의 총단수가 증배 레지스터부(31, 33)의 단수와 동일하게 됨과 아울러, 증배 레지스터부(32) 및 더미 레지스터부(35)의 총전체 길이가 증배 레지스터부(31, 33)의 전체 길이와 거의 동일하게 된다.
동일하게, 더미 레지스터부(36)는 증배 단수가 작은 증배 레지스터부(34)와 수평 레지스터부(24) 사이에 배치되어 있다. 더미 레지스터부(36)는 복수의 레지스터를 구비하고 있고, 각 레지스터는 예를 들어, 수평 레지스터부(21 ~ 24)에 있어서 수평 레지스터와 동일한 구성이다. 즉, 더미 레지스터부(36)는 수평 레지스터부(21 ~ 24)와 동일하게 전하 증배 작용을 가지지 않는다. 더미 레지스터부(36)의 레지스터 단수는 증배 레지스터부(31, 33)의 단수와 증배 레지스터부(34)의 단수의 차분으로 설정된다. 이로 인해, 증배 레지스터부(34) 및 더미 레지스터부(36)의 총단수가 증배 레지스터부(31, 33)의 단수와 동일하게 됨과 아울러, 증배 레지스터부(34) 및 더미 레지스터부(36)의 총전체 길이가 증배 레지스터부(31, 33)의 전체 길이와 거의 동일하게 된다.
이 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1A)에서도 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1A)에 의하면, 각 포트에 있어서 레지스터의 총단수가 동일하고, 총전체 길이가 거의 동일하기 때문에, 복수 포트의 지연 시간의 차를 저감시킬 수 있다.
[제3 실시 형태]
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 7에 나타내는 고체 촬상 장치(1B)는 고체 촬상 장치(1)에 있어서, 증배 레지스터부(31 ~ 34) 대신에 증배 레지스터부(31A ~ 34A)를 구비하는 구성이라는 점에서 제1 실시 형태와 다르다. 고체 촬상 장치(1B)의 다른 구성은 고체 촬상 장치(1)와 동일하다.
증배 레지스터부(31A ~ 34A)에서 전극에 인가되는 제어 전압은 다르지만, 동일한 구성을 가지므로, 이하에서는 증배 레지스터부(31A ~ 34A)를 대표하여 증배 레지스터부(31A)의 구성에 대해 상세하게 설명한다.
증배 레지스터부(31A; 32A, 33A, 34A)는 동일한 제어 전압이 공급되는 3개의 증배 레지스터부(311 ~ 313; 321 ~ 323, 331 ~ 333, 341 ~ 343)를 구비하고 있고, 증배 레지스터부(311 ~ 313; 321 ~ 323, 331 ~ 333, 341 ~ 343)는 각각, 상기한 증배 레지스터를 복수 구비하고 있다. 증배 레지스터부(311; 321, 331, 341)에서는 증배 레지스터에 있어서 4개의 제어 전극 중 전극(P2HB11; P2HB21, P2HB31, P2HB41)에 인가하는 펄스 전압값 및 전극(DCB11; DCB21, DCB31, DCB41)에 인가하는 직류 전압값을 제어함으로써, 전하 증배 작용의 유무를 제어할 수 있다. 동일하게, 증배 레지스터부(312;, 322, 332, 342)에서도, 증배 레지스터에 있어서 4개의 제어 전극 중 전극(P2HB12; P2HB22, P2HB32, P2HB42)에 인가하는 펄스 전압값 및 전극(DCB12; DCB22, DCB32, DCB42)에 인가하는 직류 전압값을 제어함으로써, 전하 증배 작용의 유무를 제어할 수 있다. 동일하게, 증배 레지스터부(313; 323, 333, 343)에서도, 증배 레지스터에 있어서 4개의 제어 전극 중 전극(P2HB13; P2HB23, P2HB33, P2HB43)에 인가하는 펄스 전압값 및 전극(DCB13; DCB23, DCB33, DCB43)에 인가하는 직류 전압값을 제어함으로써, 전하 증배 작용의 유무를 제어할 수 있다.
이 증배 레지스터부(31A)에서는 외부 제어에 의해 증배 레지스터부(311 ~ 313)의 제어 전압을 제어하고, 증배 레지스터부(311 ~ 313)의 모두에 전하 증배 작용을 주는 것에 의해, 상기한 증배 레지스터부(31)와 동일한 증배 단수를 얻을 수 있다. 동일하게, 증배 레지스터부(33A)에서도 외부 제어에 의해 증배 레지스터부(331 ~ 333)의 제어 전압을 제어하고, 증배 레지스터부(331 ~ 333)의 모두에 전하 증배 작용을 주는 것에 의해, 상기한 증배 레지스터부(33)와 동일한 증배 단수를 얻을 수 있다.
한편, 증배 레지스터부(32A)에서는 외부 제어에 의해 증배 레지스터부(323)의 제어 전압을 제어하고, 증배 레지스터부(323)에 전하 증배 작용을 주는 것에 의해, 상기한 증배 레지스터부(32)와 동일한 증배 단수를 얻을 수 있다. 또, 외부 제어에 의해 증배 레지스터부(321, 322)의 제어 전압을 제어하고, 증배 레지스터부(321, 322)의 모두에 전하 증배 작용을 주지 않는 것에 의해, 상기한 더미 레지스터부(35)와 동일한 단수를 얻을 수 있다. 동일하게, 증배 레지스터부(34A)에서는 외부 제어에 의해 증배 레지스터부(343)의 제어 전압을 제어하고, 증배 레지스터부(343)에 전하 증배 작용을 주는 것에 의해, 상기한 증배 레지스터부(34)와 동일한 증배 단수를 얻을 수 있다. 또, 외부 제어에 의해 증배 레지스터부(341, 342)의 제어 전압을 제어하고, 증배 레지스터부(341, 342)의 모두에 전하 증배 작용을 주지 않는 것에 의해, 상기한 더미 레지스터부(36)와 동일한 단수를 얻을 수 있다.
이 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치(1B)에서도 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
또한, 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치(1B)에 의하면, 예를 들어, 집적 회로에 있어서, 최소 입사광량에 대응 가능한 단수의 증배 레지스터를 모든 증배 레지스터부(31A, 32A, 33A, 34A)에 탑재하고, 구동 전압 등의 외부 제어에 의해, 각 증배 레지스터부(31A, 32A, 33A, 34A)의 증배 단수를 용이하게 변경할 수 있다.
[제4 실시 형태]
도 8은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내는 고체 촬상 장치(1C)는 고체 촬상 장치(1B)에 있어서, 복수의 제어부(61 ~ 64)를 더 구비하고 있는 구성에서 제3 실시 형태와 다르다. 고체 촬상 장치(1C)의 다른 구성은 고체 촬상 장치(1B)와 동일하다.
제어부(61 ~ 64)는 동일한 구성을 가지므로, 이하에서는 제어부(61 ~ 64)를 대표하여 제어부(61)의 구성에 대해 상세하게 설명한다.
제어부(61; 62, 63, 64)는 앰프(41; 42, 43, 44)의 출력 전압에 기초하여, 증배 레지스터부(31A; 32A, 33A, 34A)에 있어서 증배 레지스터부(311 ~ 313; 321 ~ 323, 331 ~ 333, 341 ~ 343)의 제어 전극(P2HB11 ~ P2HB13 및 DCB11 ~ DCB13; P2HB21 ~ P2HB23 및 DCB21 ~ DCB23, P2HB31 ~ P2HB33 및 DCB31 ~ DCB33, P2HB41 ~ P2HB43 및 DCB41 ~ DCB43)의 전압 제어를 행한다.
도 9는 각 제어부의 구성을 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제어부(61; 62, 63, 64)는 아날로그/디지털 변환기(이하, ADC로 함; 71), 신호 처리부(72), 구동부(73)를 가진다.
ADC(71)는 앰프(41; 42, 43, 44)로부터 순차로 공급되는 출력 전압값을 순차로 디지털값으로 변환한다.
신호 처리부(72)는 ADC(71)로부터 순차로 공급되는 디지털값에 기초하여, 증배 레지스터부(31A; 32A, 33A, 34A)에 있어서 증배 레지스터부(311 ~ 313; 321 ~ 323, 331 ~ 333, 341 ~ 343)에 공급하는 클록 및 직류 전압의 전압값을 결정한다. 예를 들어, 신호 처리부(72)는 수평 1라인분의 전하량에 따른 디지털값의 최대값, 최소값, 및 평균값 중 어느 것을 구한다. 그리고, 신호 처리부(72)는 디지털값이 큰 경우에는 증배 레지스터부(311 ~ 313; 321 ~ 323, 331 ~ 333, 341 ~ 343)의 증배 단수를 작게 하도록, 디지털값이 작은 경우에는 증배 레지스터부(311 ~ 313; 321 ~ 323, 331 ~ 333, 341 ~ 343)의 증배 단수를 크게 하도록, 증배 레지스터부(311 ~ 313; 321 ~ 323, 331 ~ 333, 341 ~ 343)의 제어 전극(P2HB11 ~ P2HB13; P2HB21 ~ P2HB23, P2HB31 ~ P2HB33, P2HB41 ~ P2HB43)에 인가하는 클록의 펄스 전압값 및 제어 전극(DCB11 ~ DCB13; DCB21 ~ DCB23, DCB31 ~ DCB33, DCB41 ~ DCB43)에 인가하는 직류 전압값을 결정한다.
구동부(73)는 신호 처리부(72)의 결정값에 따른 펄스 전압을 가지는 제어 전극(P2HB11 ~ P2HB13; P2HB21 ~ P2HB23, P2HB31 ~ P2HB33, P2HB41 ~ P2HB43)용 클록, 및 신호 처리부(72)의 결정값에 따른 전압을 가지는 제어 전극(DCB11 ~ DCB13; DCB21 ~ DCB23, DCB31 ~ DCB33, DCB41 ~ DCB43)용 직류 전압을 생성하고, 증배 레지스터부(311 ~ 313; 321 ~ 323, 331 ~ 333, 341 ~ 343)에 공급한다.
이와 같이 하여, 제어부(61; 63)는 증배 레지스터부(311 ~ 313; 331 ~ 333)의 모두에 전하 증배 작용을 주는 것에 의해, 증배 레지스터부(31A; 33A)에 상기한 증배 레지스터부(31; 33)와 동일한 증배 단수를 줄 수 있다. 또한, 제어부(62; 64)는 증배 레지스터부(323; 343)에 전하 증배 작용을 주는 것에 의해, 증배 레지스터부(32A; 34A)에 상기한 증배 레지스터부(32; 34)와 동일한 증배 단수를 얻을 수 있고, 증배 레지스터부(321, 322; 341, 342)에 전하 증배 작용을 주지 않는 것에 의해, 상기한 더미 레지스터부(35; 36)와 동일한 단수를 얻을 수 있다.
이 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(1C)에서도 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
또한, 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(1C)에 의하면, 예를 들어, 집적 회로에 있어서, 최소 입사광량에 대응 가능한 단수의 증배 레지스터를 모든 증배 레지스터부(31A, 32A, 33A, 34A)에 탑재하고, 각 증배 레지스터부(31A, 32A, 33A, 34A)의 증배 단수를 자율적으로 변경할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 본 실시 형태로 한정되는 일 없이 각종 변형이 가능하다.
본 실시 형태에서는 4개의 출력 포트를 구비하는 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치를 예시했지만, 본 발명의 사상은 2개 이상의 출력 포트를 구비하는 멀티 포트 형태의 고체 촬상 장치에 적용 가능하다.
또, 본 발명의 사상은 각종 형태, 예를 들어, 라인형, 인터 라인형, 프레임 트랜스퍼형, 풀 프레임 트랜스퍼형 등의 고체 촬상 장치에 적용 가능하다.
촬상 영역의 위치에 따라 입사광의 강도가 크게 다른 경우에도, 증배 레지스터부의 증배율 제어를 적절히 행하는 용도에 적용할 수 있다.
1, 1A, 1B, 1C 고체 촬상 장치
10 촬상 영역
11 ~ 14 부분 촬상 영역
21 ~ 24 수평 레지스터부(출력 레지스터부)
31 ~ 34, 31A ~ 34A 증가 배레지스터부
35, 36 더미 레지스터부
41 ~ 44 앰프
51 ~ 54 출력 포트
61 ~ 64 제어부
71 아날로그/디지털 변환기(ADC)
72 신호 처리부
73 구동부

Claims (5)

  1. 복수의 출력 포트를 구비하는 멀티 포트형 및 전하 증배형(增倍型)의 고체 촬상 장치에 있어서,
    상기 복수의 출력 포트에 각각 대응한 복수의 부분 촬상 영역을 가지고, 입사광량에 따른 전하를 생성하는 촬상 영역과,
    상기 복수의 부분 촬상 영역으로부터의 전하를 각각 받는 복수의 출력 레지스터부와,
    상기 복수의 출력 레지스터부로부터의 전하를 각각 증배하는 복수의 증배 레지스터부를 구비하고,
    상기 복수의 증배 레지스터부의 증배 단수(段數)는 각각 다른 고체 촬상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전하 증배 작용을 갖지 않는 더미 레지스터부로서, 상기 복수의 증배 레지스터부의 증배 단수의 차를 보상하기 위한 복수의 더미 레지스터부를 추가로 구비하는 고체 촬상 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 증배 레지스터부는 각각, 소정 단수의 증배 레지스터를 가지고,
    상기 소정 단수의 증배 레지스터 중 상기 증배 단수 이외의 증배 레지스터는 전하 증배 작용을 갖지 않는 더미 레지스터로서 기능하는 고체 촬상 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 증배 레지스터부로부터 출력되는 전하량에 따라, 상기 복수의 증배 레지스터부의 증배 단수를 각각 제어하는 제어부를 추가로 구비하는 고체 촬상 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는 상기 더미 레지스터로서 기능시키는 증배 레지스터에, 상기 증배 단수의 증배 레지스터와 다른 구동 전압을 공급하는 고체 촬상 장치.
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