KR101916484B1 - 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 구동 방법 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 구동 방법 Download PDF

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Abstract

제어부(6)는 M 행 중 어떤 행을 구성하는 각 화소(Pm , n)의 판독용 스위치(SW1)를 접속 상태로 함으로써 당해 행에 있어서 발생한 전하를 적분 회로(Sn)로 입력시키고, 적분 회로(Sn)로부터 출력된 전압값을 제1 유지 회로(HO1 , n)에 유지시킨 후, 전송용 스위치(SW32)를 접속 상태로 하여 그 전압값을 제2 유지 회로(HO2 , n)로 전송하며, 그 후, 그 전압값을 제2 유지 회로(HO2 , n)로부터 차례로 출력하는 동작과, M 행 중 다른 행을 구성하는 각 화소(Pm ＋1, n)의 판독용 스위치(SW1)를 접속 상태로 함으로써, 당해 행에 있어서 발생한 전하를 적분 회로(Sn)로 입력시키는 동작을 병행하여 실시한다. 이것에 의해, 출력 특성의 편차를 억제하면서, 지연 효과에 의한 과제를 해결할 수 있는 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 구동 방법이 실현된다.

Description

고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 구동 방법{SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND SOLID-STATE IMAGING DEVICE DRIVING METHOD}
본 발명은 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 구동 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는 수직 전송 기간에서 기인하는 화상 판독 시간의 지연을 억제하기 위한 방법이 기재되어 있다. 또, 특허문헌 2에는 화상 판독 신호를 증폭하는 이중 상관(相關) 샘플링 회로를 구비함으로써 회로 동작을 고속으로 하는 장치가 기재되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특개 2007－202044호 공보
[특허문헌 2] 일본 특개평 9－27883호 공보
2 차원 플랫 패널 이미지 센서는 아모퍼스(amorphous) 실리콘을 이용하여 형성된 포토 다이오드를 포함하는 복수의 화소로 구성된다. 이 구성에 의한 2 차원 플랫 패널 이미지 센서에 있어서 프레임률(frame rate)을 빠르게 하면, 포토 다이오드에 축적된 전하가 소정의 전송 시간 내에 모두 전송되지 않고 다음 프레임의 데이터에 중첩되는 문제를 가지고 있다(이하, ‘지연 효과에 의한 과제’라 한다).
패시브 픽셀(passive pixel)형의 구성에 있어서, 각 행을 차례로 주사(走査)하는 롤링 셔터(rolling shutter) 방식이 채용되는 경우, 포토 다이오드로부터의 신호가 1 행분(分) 동시에 신호 접속부로 전송되는 ‘유지기간’과, 그러한 유지된 신호가 수 열분(數 列分) 주사하여 판독되는 ‘판독기간’이 교대로 반복되지만, 프레임률을 빠르게 하기 위하여 ‘유지기간’을 짧게 하면, 지연 효과가 현저해져 이미지 래그(image lag)가 현저해진다.
또한, 특허문헌 1에는 수직 전송 기간에 기인하는 화상 판독 시간의 지연을 억제하기 위하여, 각 행에 제1 유지부(유지 회로)와 제2 유지부(유지 회로)를 서로 병렬로 마련한 회로가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 적분 회로의 후단에 2개의 샘플홀드 회로(유지 회로)를 서로 병렬로 마련한 회로가 개시되어 있다. 그러나, 유지 회로를 병렬로 마련한 경우에는, 어떤 행의 데이터와 다른 행의 데이터는 다른 유지 회로를 경유하여 출력되지만, 각각의 유지 회로는 출력 특성에 편차를 가지고 있다. 따라서, 동일한 크기를 가지는 데이터라도 경유하는 유지 회로에 따라서 편차가 발생한다.
이에, 본 발명은 출력 특성의 편차를 억제하면서 지연 효과에 의한 과제를 해결할 수 있는 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치는 포토 다이오드를 각각 포함하는 M×N 개(M 및 N은 2이상의 정수)의 화소가 M 행 N 열로 2 차원 배열되어 이루어지는 수광부와, 각 열 마다 배설(配設)되어, 대응하는 열의 화소에 포함되는 포토 다이오드와 판독용 스위치를 통하여 접속된 N 개의 판독용 배선과, N 개의 판독용 배선에 각각 접속되어 당해 판독용 배선을 거쳐 입력된 전하의 양(量)에 따른 전압값을 출력하는 적분 회로, 적분 회로에 직렬로 접속 되어 적분 회로로부터 출력된 전압값을 유지하는 제1 유지 회로, 제1 유지 회로에 전송용 스위치를 통하여 직렬로 접속되어 제1 유지 회로로부터 출력된 전압값을 유지하는 제2 유지 회로 및 제2 유지 회로에 접속되어 제2 유지 회로에 유지된 전압값을 차례로 출력하는 출력용 스위치를 가지는 신호 접속부와, 각 화소의 판독용 스위치 및 전송용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러 출력용 스위치에 의하여 제2 유지 회로에 있어서의 전압값의 출력 동작을 제어하여 각 화소의 포토 다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하는 제어부를 구비하고, 제어부는 M 행 중 어떤 행을 구성하는 각 화소의 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써, 당해 행에 있어서 발생한 전하를 적분 회로에 입력시키고, 적분 회로로부터 출력된 전압값을 제1 유지 회로에 유지시킨 다음, 전송용 스위치를 접속 상태로 하여 그 전압값을 제2 유지 회로로 전송하며, 그 후, 그 전압값을 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하는 동작과, M 행 중 다른 행을 구성하는 각 화소의 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써 당해 행에 있어서 발생한 전하를 적분 회로에 입력시키는 동작을 병행하여 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치에 있어서는 제1 유지 회로와 제2 유지 회로를 직렬로 접속하고 있다. 이것에 의하여, M 행 중 어떤 행의 전하와 다른 행의 전하는 동일한 회로를 경유하여 출력된다. 따라서, 출력 특성의 편차를 억제할 수 있다.
더욱이, M 행 중 어떤 행의 포토 다이오드에 있어서 발생한 전하를 적분한 전압값을 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하는 동작과, M 행 중 다른 행을 구성하는 포토 다이오드에 있어서 발생한 전하를 적분 회로에 입력시키는 동작을 병행하여 실시한다. 이 2개의 동작을 병행하여 실시함으로써 포토 다이오드에서 적분 회로로의 전하의 입력과 유지 회로로부터의 전압값의 출력을 교대로 실시하는 종래의 고체 촬상 장치와 비교하여 포토 다이오드에서 적분 회로로의 전하의 입력을 보다 장시간 실시할 수 있어 포토 다이오드에 잔류하는 전하를 감소시키는 것이 가능해진다. 따라서, 지연 효과에 의한 과제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 구동 방법은 포토 다이오드를 각각 포함하는 M×N 개(M 및 N은 2이상의 정수)의 화소가 M 행 N 열로 2 차원 배열되어 이루어지는 수광부와, 각 열 마다 배설되어, 대응하는 열의 화소에 포함되는 포토 다이오드와 판독용 스위치를 통하여 접속된 N 개의 판독용 배선과, 판독용 배선을 거쳐 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 출력하는 적분 회로를 구비하는 고체 촬상 장치의 구동 방법으로서, M 행 중 어떤 행을 구성하는 각 화소의 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써 당해 행에 있어서 발생한 전하를 적분 회로로 입력시키는 제1 스텝과, 적분 회로로부터 출력된 전압값을 제1 유지 회로에 유지시킨 후, 제1 유지 회로에 접속된 제2 유지 회로에 그 전압값을 전송하는 제2 스텝과, 제2 유지 회로에 유지된 전압값을 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하는 동작과, M 행 중 다른 행을 구성하는 각 화소의 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써, 당해 행에 있어서 발생한 전하를 상기 적분 회로에 입력시키는 동작을 병행하여 실시하는 제3 스텝을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 고체 촬상 장치의 구동 방법에서는 제1 유지 회로에 유지된 전압값을 제2 유지 회로로 전송한 후, 이 전압값을 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하고 있다. 이것에 의해, M 행 중 어떤 행의 전하에 대응하는 전압값과 다른 행의 전하에 대응하는 전압값은 동일한 회로를 경유하여 출력된다. 따라서, 출력 특성의 편차를 억제할 수 있다.
게다가 M 행 중 어떤 행의 포토 다이오드에 있어서 발생한 전하를 적분한 전압값을 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하는 동작과, M 행 중 다른 행을 구성하는 포토 다이오드에 있어서 발생한 전하를 적분 회로에 입력시키는 동작을 병행하여 실시한다. 이 2개의 동작을 병행하여 실시함으로써, 포토 다이오드에서 적분 회로로의 전하의 입력과 유지 회로로부터의 전압값의 출력을 교대로 실시하는 종래의 구동 방법과 비교하여, 포토 다이오드에서 적분 회로로의 전하의 입력을 보다 장시간 실시할 수 있어 포토 다이오드에 잔류하는 전하를 감소시키는 것이 가능해진다. 따라서, 지연 효과에 의한 과제를 해결할 수 있다.
본 발명에 따른 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 구동 방법에 의하면, 출력 특성의 편차를 억제하면서 지연 효과에 의한 과제를 해결할 수 있다.
도 1은 고체 촬상 장치의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 2는 고체 촬상 장치의 화소 부분의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 I－I선에 따른 고체 촬상 장치의 단면을 나타낸 측 단면도이다.
도 4는 본 실시형태에 관한 고체 촬상 장치의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시형태에 관한 고체 촬상 장치의 화소(P), 적분 회로(S) 및 유지 회로(H) 각각의 회로도이다.
도 6은 본 실시형태에 관한 고체 촬상 장치의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
도 7은 본 실시형태의 변형례를 나타낸 회로도이다.
도 8은 본 실시형태의 다른 변형례를 나타낸 회로도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태를 상세히 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복된 설명을 생략한다.
본 실시형태에 관한 고체 촬상 장치는 예를 들면 의료용 X선 촬상 시스템에 이용되고, 특히 치과의료에 있어서의 파노라마 촬영, 세파로(cephalo) 촬영, CT촬영 등의 촬상 모드로 피검자의 악부(顎部)의 X선상(X線像)을 촬상하는 시스템에 이용된다. 이 때문에, 본 실시형태의 고체 촬상 장치는 대면적의 유리 기판 상에 다결정 실리콘이 퇴적되어 이루어지는 박막 트랜지스터를 구비하고 있어, 단결정 실리콘 웨이퍼로 제작된 종래의 고체 촬상 장치와 비교하여 현격히 넓은 수광 면적을 가진다. 도 1 ~ 도 3은 본 실시형태에 있어서의 고체 촬상 장치(1)의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1은 고체 촬상 장치(1)를 나타낸 평면도이며, 도 2는 고체 촬상 장치(1)의 일부를 확대한 평면도이다. 이에 더하여, 도 3은 도 2의 I－I선에 있어서의 측 단면도이다. 또한, 도 1 ~ 도 3에는 이해를 용이하게 하기 위한 XYZ 직교좌표계를 아울러 나타내고 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 고체 촬상 장치(1)는 유리 기판(7)의 주면(主面)에 만들어진 수광부(10), 신호 접속부(20) 및 주사 시프트 레지스터(走査 shift register)(40)를 구비하고 있다. 또한, 수광부(10), 신호 접속부(20) 및 주사 시프트 레지스터(40)는 각각 별개의 유리 기판(7) 상에 형성되어 있어도 좋다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 수광부(10)는 M×N 개의 화소(P)가 M 행 N 열로 2 차원 배열됨으로써 구성되어 있다. 화소 Pm , n은 제m 행 제n 열에 위치한다. 여기서, m은 1 이상 M 이하의 각 정수이며, n은 1 이상 N 이하의 각 정수이다. 또한, 도 2에 있어서, 열 방향은 X축 방향과 일치하고, 행 방향은 Y축 방향과 일치한다. M, N 각각은 2 이상의 정수이다. 화소(P)는 포토 다이오드(PD), 판독용 스위치(SW1)를 구비하고 있다. 판독용 스위치(SW1)에는 제m 행 선택용 배선(LV , m)이 접속되어 있다. 포토 다이오드(PD)는 판독용 스위치(SW1)를 통하여 제n 열 판독용 배선(LO , n)에 접속되어 있다.
또, 도 3에 나타낸 바와 같이 포토 다이오드(PD), 판독용 스위치(SW1) 및 제n 열판독용 배선(LO , n)은 유리 기판(7) 상에 마련된 실리콘막(3)의 표면에 형성되어 있다. 아울러 포토 다이오드(PD), 판독용 스위치(SW1), 제n 열 판독용 배선(LO , n) 위에는 절연층(5)을 사이에 두고 신틸레이터(scintillator)(4)가 마련되어 있다. 포토 다이오드(PD)는 예를 들면 아모퍼스 실리콘을 포함하여 구성되어 있다. 본 실시형태의 포토 다이오드(PD)는 다결정 실리콘으로 이루어진 n형 반도체층(21)과, n형 반도체층(21) 위에 마련된 아모퍼스 실리콘으로 이루어진 i형 반도체층(22)과, i형 반도체층(22) 위에 마련된 아모퍼스 실리콘으로 이루어진 p형 반도체층(23)을 가진다. 판독용 스위치(SW1)는 다결정 실리콘으로 형성된 전계 효과형 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 ‘FET’라 한다)이며, 채널 영역(11)과, 채널 영역(11)의 일방의 측면에 배치된 소스 영역(12)과, 채널 영역(11)의 타방의 측면에 배치된 드레인 영역(13)과, 채널 영역(11) 상에 형성된 게이트 절연막(14) 및 게이트 전극(15)을 가진다. 제n 열 판독용 배선(LO , n)은 금속으로 형성되어 있다. 신틸레이터(4)는 입사한 X 선에 따라서 신틸레이션(scintillation) 광을 발생시켜 X 선상(X 線像)을 광상(光像)으로 변환하고, 이 광상을 수광부(10)로 출력한다.
판독용 스위치(SW1)를 구성하는 다결정 실리콘은 저온 다결정 실리콘이면 더욱 바람직하다. 저온 다결정 실리콘은 100 ~ 600℃의 프로세스 온도로 형성되는 다결정 실리콘이다. 100 ~ 600℃의 프로세스 온도의 범위는 무알칼리 유리를 기판으로서 사용할 수 있는 온도 범위인 점에서, 유리 기판 상에 대면적의 고체 촬상 장치(1)를 제조하는 것이 가능해진다. 무알칼리 유리는 예를 들면 0.3 ~ 1.2mm의 두께를 가지는 판상 유리이며, 이른바 기판(substrate)용 유리로서 이용되는 것이다. 이 무알칼리 유리는 알칼리분(分)을 거의 포함하지 않고, 저팽창율, 고내열성을 가져, 안정된 특성을 가지고 있다. 또, 저온 다결정 실리콘계 디바이스의 이동도는 10 ~ 600㎠／Vs이며, 아모퍼스 실리콘의 이동도(0.3 ~ 1.0㎠／Vs) 보다 크게 할 수 있다. 즉, ON저항을 낮게 하는 것이 가능하다.
도 3에 나타낸 바와 같은 화소(P)는 예를 들면, 다음과 같은 공정으로 제조된다. 먼저, 유리 기판(7) 상에 아모퍼스 실리콘을 제막(製膜)한다. 제막방법으로는 예를 들면 플라스마 CVD가 바람직하다. 다음으로, 엑시머 레이저 어닐(excimer laser anneal)로 레이저 빔을 아모퍼스 실리콘막에 차례로 조사하여 아모퍼스 실리콘막의 전면(全面)을 다결정 실리콘화한다. 이렇게 하여, 실리콘막(3)이 형성된다. 이어서, 이 다결정 실리콘층의 일부 영역 상에 게이트 절연막(14)으로서의 SiO2막을 형성한 후, 그 위에 게이트 전극을 형성한다. 계속하여, 소스 영역(12) 및 드레인 영역(13)이 될 영역에 이온 주입 공정을 실시한다. 그 후, 다결정 실리콘층의 패터닝(patterning)을 실시하고, 노광(露光) 및 에칭(etching)을 반복 실시하여 전극 및 컨택트홀(contact hole) 등을 형성한다. 또한, 화소(P)가 될 영역에 있어서의 실리콘막(3)에 이온을 주입하여 n형으로 한 후, 그 위에, i형 및 p형의 아모퍼스 실리콘층(즉 i형 반도체층(22) 및 p형 반도체층(23))을 차례로 적층하여 PIN형 포토 다이오드(PD)를 형성하고, 그 후에 절연층(5)이 되는 패시베이션막(passivation layer)을 형성한다.
도 1에 나타낸 신호 접속부(20)는 수광부(10)의 각 화소(P)로부터 출력된 전하의 양에 따른 전압값을 유지하고, 그 유지한 전압값을 차례로 출력한다. 주사 시프트 레지스터(40)는 각 화소(P)에 축적된 전하가 행 마다 신호 접속부(20)로 차례로 출력되도록 각 화소(P)를 제어한다.
계속하여, 제1 실시형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 도 4는 고체 촬상 장치(1)의 내부 구성을 나타낸 도면이다. 수광부(10)는 M×N 개의 화소(P1 , 1 ~ PM , N)가 M 행 N 열로 2 차원 배열되어 이루어진다. 화소 Pm, n는 제m 행 제n 열에 위치한다. 제m 행의 N 개의 화소(Pm , 1 ~ Pm , N) 각각은 제m 행 선택용 배선(LV , m)에 의하여 주사 시프트 레지스터(40)와 접속되어 있다. 또한, 도 4에 있어서 주사 시프트 레지스터(40)는 제어부(6)에 포함되어 있다. 제n 열의 M개의 화소(P1 , n ~ PM , n) 각각의 출력단은 제n 열 판독용 배선(LO , n)에 의하여 신호 접속부(20)의 적분 회로(Sn)와 접속되어 있다.
신호 접속부(20)는 N 개의 적분 회로(S1 ~ SN), N 개의 출력 전압 유지부(HO , 1 ~ HO , N) 및 N 개의 캔슬 전압 유지부(HC, 1 ~ HC, N)를 포함한다. 적분 회로(Sn)는 공통된 구성을 가지고 있다. 출력 전압 유지부(HO, n)는 제1 유지 회로(HO1 , n) 및 제2 유지 회로(HO2 , n)를 구비하고 있다. 출력 전압 유지부(HO, n)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1, n)와 제2 유지 회로(HO2 , n)는 서로 직렬로 접속된다. 또, 캔슬 전압 유지부(HC , n)는 제1 유지 회로(HC1 , n) 및 제2 유지 회로(HC2 , n)를 구비하고 있다. 캔슬 전압 유지부(HC, n)에 있어서의 제1 유지 회로(HC1 , n)와 제2 유지 회로(HC2 , n)는 서로 직렬로 접속된다. 각 유지 회로는 공통된 구성을 가지고 있다.
적분 회로(Sn)는 제n 열 판독용 배선(LO , n)과 접속된 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력된 전하를 축적하여 그 축적 전하량에 따른 전압값을 출력단에서 출력 전압 유지부(HO , n) 및 캔슬 전압 유지부(HC, n)로 출력한다. N 개의 적분 회로(S1 ~ SN) 각각은 리셋용 배선(LR)에 의하여 제어부(6)와 접속되어 있다.
출력 전압 유지부(HO, n)의 제1 유지 회로(HO1 , n)는 적분 회로(Sn)의 출력단과 접속된 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력되는 전압값을 유지하며, 그 유지한 전압값을 출력단에서 출력 전압 유지부(HO, n)의 제2 유지 회로(HO2 , n)로 출력한다. 제2 유지 회로(HO2 , n)는 제1 유지 회로(HO1 , n)의 출력단과 접속된 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력되는 전압값을 유지하며, 그 유지한 전압값을 출력단에서 제1 전압 출력용 배선(Lout1)으로 출력한다.
캔슬 전압 유지부(HC, n)의 제1 유지 회로(HC1 , n)는 적분 회로(Sn)의 출력단과 접속된 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력되는 전압값을 유지하며, 그 유지한 전압값을 출력단에서 캔슬 전압 유지부(HC, n)의 제2 유지 회로(HC2 , n)로 출력한다. 제2 유지 회로(HC2 , n)는 제1 유지 회로(HC1 , n)의 출력단과 접속된 입력단을 가지고, 이 입력단에 입력되는 전압값을 유지하며, 그 유지한 전압값을 출력단에서 제2 전압 출력용 배선(Lout2)으로 출력한다.
출력 전압 유지부(HO, n)의 제1 유지 회로(HO1 , n)는 유지 제어용 배선(LH1)에 의하여 제어부(6)와 접속되어 있고, 캔슬 전압 유지부(HC, n)의 제1 유지 회로(HC1 , n)는 유지 제어용 배선(LH2)에 의하여 제어부(6)와 접속되어 있다. 이에 더하여, 출력 전압 유지부(HO, n)의 제1 유지 회로(HO1 , n)와 캔슬 전압 유지부(HC, n)의 제1 유지 회로(HC1, n)는 전송 제어용 배선(LT)에 의하여 제어부(6)와 접속되어 있다. 또, 출력 전압 유지부(HO, n)의 제2 유지 회로(HO2 , n) 및 캔슬 전압 유지부(HC, n)의 제2 유지 회로(HC2 , n)는 제n 열 선택용 배선(LS , n)에 의하여 제어부(6)의 판독 시프트 레지스터(41)와 접속되어 있다.
차동회로(D)는 제1 전압 출력용 배선(Lout1)과 접속되는 제1 입력단 및 제2 전압 출력용 배선(Lout2)과 접속되는 제2 입력단을 가지고, 각 입력단에 입력된 전압값의 차이를 출력단으로부터 출력한다.
제어부(6)의 주사 시프트 레지스터(40)는 제m 행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m 행 선택용 배선(LV , m)으로 출력하여, 이 제m 행 선택 제어 신호(Vsel(m))를 제m 행의 N 개의 화소(Pm , 1 ~ Pm , N) 각각에 부여한다. M개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M))는 차례로 유의치(有意値)가 된다. 또한, 제어부(6)의 판독 시프트 레지스터(41)는 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))를 제n 열 선택용 배선(LS , n)으로 출력하여, 이 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))를 제2 유지 회로(HO2 , n, HC2 , n)에 부여한다. N 개의 열 선택 제어 신호(Hshift(1) ~ Hshift(N))도 차례로 유의치가 된다.
또, 제어부(6)는 리셋 제어 신호(Reset)를 리셋용 배선(LR)으로 출력하여 이 리셋 제어 신호(Reset)를 N 개의 적분 회로(S1 ~ SN) 각각에 부여한다. 제어부(6)는 유지 제어 신호(Hold1)를 유지 제어용 배선(LH1)으로 출력하여, 이 유지 제어 신호(Hold1)를 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N) 각각에 부여한다. 제어부(6)는 유지 제어 신호(Hold2)를 유지 제어용 배선(LH2)으로 출력하여, 이 유지 제어 신호(Hold2)를 제1 유지 회로(HC1 , 1 ~ HC1 , N) 각각에 부여한다. 이에 더하여, 제어부(6)는 전송 제어 신호(Trans)를 전송 제어용 배선(LT)으로 출력하여, 이 전송 제어 신호(Trans)를 출력 전압 유지부(HO, n)의 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N) 및 캔슬 전압 유지부(HC, n)의 제1 유지 회로(HC1 , 1 ~ HC1 , N) 각각에 부여한다.
도 5는 고체 촬상 장치(1)의 화소(Pm , n), 적분 회로(Sn), 출력 전압 유지부(HO , n)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1 , n)와, 제2 유지 회로(HO2 , n) 및 캔슬 전압 유지부(HC , n)에 있어서의 제1 유지 회로(HC1 , n)와, 제2 유지 회로(HC2 , n)의 각각의 회로도이다. 여기서는 M×N 개의 화소(P1 , 1 ~ PM , N)를 대표하여 화소 Pm , n의 회로도를 나타내고, N 개의 적분 회로(S1 ~ SN)를 대표하여 적분 회로 Sn의 회로도를 나타내고, N 개의 출력 전압 유지부(HO, 1 ~ HO, N)를 대표하여 출력 전압 유지부(HO, n)의 회로도를 나타내고, N 개의 캔슬 전압 유지부(HC, 1 ~ HC, N)를 대표하여 캔슬 전압 유지부(HC , n)의 회로도를 나타낸다. 즉, 제m 행 제n 열의 화소(Pm , n) 및 제n 열 판독용 배선(LO , n)과 관련된 회로 부분을 나타낸다.
화소 Pm , n은 포토 다이오드(PD) 및 판독용 스위치(SW1)를 포함한다. 포토 다이오드(PD)의 어노드(anode) 단자는 접지되고, 포토 다이오드(PD)의 캐소드(cathode) 단자는 판독용 스위치(SW1)를 통하여 제n 열 판독용 배선(LO , n)과 접속되어 있다. 포토 다이오드(PD)는 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생시키고, 그 발생한 전하를 접합 용량부에 축적한다. 판독용 스위치(SW1)는 제어부(6)에서부터 제m 행 선택용 배선(LV, m)를 지난 제m 행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 부여된다. 제m 행 선택 제어 신호(Vsel(m))는 수광부(10)에 있어서의 제m 행의 N 개의 화소(Pm , 1 ~ Pm , N) 각각의 판독용 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 화소 Pm , n에서는 제m 행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 로우 레벨일 때, 판독용 스위치(SW1)가 열리고, 포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하는 제n 열 판독용 배선(LO , n)으로 출력되는 일 없이 접합 용량부에 축적된다. 한편, 제m 행 선택 제어 신호(Vsel(m))가 하이 레벨일 때, 판독용 스위치(SW1)가 닫히고, 그때까지 포토 다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적되어 있던 전하는 판독용 스위치(SW1)를 거쳐 제n 열 판독용 배선(LO , n)으로 출력된다.
제n 열 판독용 배선(LO , n)은 수광부(10)에 있어서의 제n 열의 M개의 화소(P1 , n ~ PM , n) 각각의 판독용 스위치(SW1)와 접속되어 있다. 제n 열 판독용 배선(LO , n)은 M개의 화소(P1 , n ~ PM , n) 중 어떤 화소의 포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하를 당해 화소의 판독용 스위치(SW1)를 통해 판독하여 적분 회로(Sn)로 전송한다.
적분 회로(Sn)는 앰프(A2), 귀환 용량부인 적분용 용량 소자(C21) 및 스위치(SW21)(방전용 스위치)를 포함한다. 적분용 용량 소자(C21) 및 방전용 스위치(SW21)는 서로 병렬적으로 접속되어, 앰프(A2)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 마련되어 있다. 앰프(A2)의 입력 단자는 제n 열 판독용 배선(LO , n)과 접속되어 있다.
방전용 스위치(SW21)에는 제어부(6)로부터 리셋용 배선(LR)을 거친 리셋 제어 신호(Reset)가 부여된다. 리셋 제어 신호(Reset)는 N 개의 적분 회로(S1 ~ SN) 각각의 방전용 스위치(SW21)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 적분 회로(Sn)에서는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨일 때, 방전용 스위치(SW21)가 닫히고, 귀환 용량부(적분용 용량 소자(C21))가 방전되어 적분 회로(Sn)로부터 출력되는 전압값이 초기화된다. 한편, 리셋 제어 신호(Reset)가 로우 레벨일 때, 방전용 스위치(SW21)가 열리고, 입력단에 입력된 전하가 귀환 용량부(적분용 용량 소자(C21))에 축적되어 그 축적 전하량에 따른 전압값이 적분 회로(Sn)로부터 출력된다.
출력 전압 유지부(HO, n)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1 , n)는 입력용 스위치(SW31), 전송용 스위치(SW32), 전압 팔로워(voltage follower)(A3) 및 유지용 용량 소자(C3a)를 포함한다. 유지용 용량 소자(C3a)의 일단은 접지되어 있다. 유지용 용량 소자(C3a)의 타단은 입력용 스위치(SW31)를 통하여 적분 회로(Sn)의 출력단과 접속되고, 전압 팔로워(A3) 및 전송용 스위치(SW32)를 통하여 출력 전압 유지부(HO, n)에 있어서의 제2 유지 회로(HO2 , n)와 접속되어 있다. 입력용 스위치(SW31)에는 제어부(6)로부터 유지 제어용 배선(LH1)을 지난 유지 제어 신호(Hold1)가 부여된다. 유지 제어 신호(Hold1)는 출력 전압 유지부(HO, n)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1 , n)의 입력용 스위치(SW31)의 개폐 동작을 지시하는 것이다. 전송용 스위치(SW32)에는 제어부(6)로부터 전송 제어용 배선(LT)을 지난 전송 제어 신호(Trans)가 부여된다. 전송 제어 신호(Trans)는 출력 전압 유지부(HO, n)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1 , n)의 전송용 스위치(SW32)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 제1 유지 회로(HO1 , n)에서는 유지 제어 신호(Hold1)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 바뀌면, 입력용 스위치(SW31)가 닫힌 상태에서 열린 상태로 바뀌고, 그때, 입력단에 입력되어 있는 전압값이 유지용 용량 소자(C3a)에 유지된다. 또, 전송 제어 신호(Trans)가 하이 레벨일 때, 전송용 스위치(SW32)가 닫히고, 유지용 용량 소자(C3a)에 유지되어 있는 전압값이 출력 전압 유지부(HO, n)에 있어서의 제2 유지 회로(HO2, n)로 출력된다.
출력 전압 유지부(HO, n)에 있어서의 제2 유지 회로(HO2 , n)는 출력용 스위치(SW33) 및 유지용 용량 소자(C3b)를 포함한다. 유지용 용량 소자(C3b)의 일단은 접지되어 있다. 유지용 용량 소자(C3b)의 타단은 제1 유지 회로(HO1 , n)의 출력단에 접속되고, 출력용 스위치(SW33)를 통하여 제1 전압 출력용 배선(Lout1)에 접속되어 있다.
출력용 스위치(SW33)에는 제어부(6)로부터 제n 열 선택용 배선(LS , n)을 지난 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))가 부여된다. 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))는 출력 전압 유지부(HO, n)에 있어서의 제2 유지 회로(HO2 , n)의 출력용 스위치(SW33)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 제2 유지 회로(HO2 , n)에서는 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))가 하이 레벨일 때, 출력용 스위치(SW33)가 닫히고, 유지용 용량 소자(C3b)에 유지되어 있는 전압값이 제1 전압 출력용 배선(Lout1)으로 출력된다.
캔슬 전압 유지부(HC, n)에 있어서의 제1 유지 회로(HC1 , n)는 입력용 스위치(SW41), 전송용 스위치(SW42), 전압 팔로워(A4) 및 유지용 용량 소자(C4a)를 포함한다. 유지용 용량 소자(C4a)의 일단은 접지되어 있다. 유지용 용량 소자(C4a)의 타단은 입력용 스위치(SW41)를 통하여 적분 회로(Sn)의 출력단과 접속되고, 전압 팔로워(A4) 및 전송용 스위치(SW42)를 통하여 캔슬 전압 유지부(HC, n)에 있어서의 제2 유지 회로(HC2 , n)와 접속되어 있다. 입력용 스위치(SW41)에는 제어부(6)로부터 유지 제어용 배선(LH2)을 지난 유지 제어 신호(Hold2)가 부여된다. 유지 제어 신호(Hold2)는 캔슬 전압 유지부(HC, n)에 있어서의 제1 유지 회로(HC1 , n)의 입력용 스위치(SW41)의 개폐 동작을 지시하는 것이다. 전송용 스위치(SW42)에는 제어부(6)로부터 전송 제어용 배선(LT)을 지난 전송 제어 신호(Trans)가 부여된다. 전송 제어 신호(Trans)는 캔슬 전압 유지부(HC, n)에 있어서의 제1 유지 회로(HC1 , n)의 전송용 스위치(SW42)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 제1 유지 회로(HC1 , n)에서는 유지 제어 신호(Hold2)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 바뀌면, 입력용 스위치(SW41)가 닫힌 상태에서 열린 상태로 바뀌고, 그때, 입력단에 입력되어 있는 전압값이 유지용 용량 소자(C4a)에 유지된다. 또, 전송 제어 신호(Trans)가 하이 레벨일 때, 전송용 스위치(SW42)가 닫히고, 유지용 용량 소자(C4a)에 유지되어 있는 전압값이 캔슬 전압 유지부(HC, n)에 있어서의 제2 유지 회로(HC2, n)로 출력된다.
캔슬 전압 유지부(HC, n)에 있어서의 제2 유지 회로(HC2 , n)는 출력용 스위치(SW43) 및 유지용 용량 소자(C4b)를 포함한다. 유지용 용량 소자(C4b)의 일단은 접지되어 있다. 캔슬 전압 유지용 용량 소자(C4b)의 타단은 제1 유지 회로(HC1 , n)에 접속되고, 출력용 스위치(SW43)를 통하여 제2 전압 출력용 배선(Lout2)에 접속되어 있다.
출력용 스위치(SW43)에는 제어부(6)로부터 제n 열 선택용 배선(LS , n)을 지난 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))가 부여된다. 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))는 제2 유지 회로(HC2 , n)의 출력용 스위치(SW43)의 개폐 동작을 지시하는 것이다.
이 제2 유지 회로(HC2 , n)에서는 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))가 하이 레벨일 때, 출력용 스위치(SW43)가 닫히고, 유지용 용량 소자(C4b)에 유지되어 있는 전압값이 제2 전압 출력용 배선(Lout2)으로 출력된다.
차동회로(D)는 앰프(A5)를 포함한다. 앰프(A5)의 제1 입력 단자는 제1 전압 출력용 배선(Lout1)과 접속되고, 제2 입력 단자는 제2 전압 출력용 배선(Lout2)과 접속되어 있다. 이 앰프(A5)는 입력 단자에 입력된 2개의 전압값의 차이를 나타내는 전압(Vout)을 배선(Lout)으로 출력한다.
본 실시형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작은 다음과 같다. 도 6은 본 실시형태에 관한 고체 촬상 장치(1)의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다. 또한, 이하에서는 고체 촬상 장치(1)의 동작과 아울러, 본 실시형태에 따른 고체 촬상 장치의 구동 방법에 대하여 설명한다.
도 6에는 위에서부터 차례로, (a) N 개의 적분 회로(S1 ~ SN) 각각의 방전용 스위치(SW21)의 개폐 동작을 지시하는 리셋 제어 신호(Reset), (b) N 개의 캔슬 전압 유지부(HC, 1 ~ HC, N)에 있어서의 제1 유지 회로(HC1 , 1 ~ HC1 , N)의 입력용 스위치(SW41)의 개폐 동작을 지시하는 유지 제어 신호(Hold2), (c) 수광부(10)에 있어서의 제1 행 및 제2 행의 화소(P1 , 1 ~ P1 , N, P2 , 1 ~ P2 , N) 각각의 스위치(SW1)의 개폐 동작을 지시하는 제1 행 선택 제어 신호(Vsel(1)) 및 제2 행 선택 제어 신호(Vsel(2)), (d) N 개의 출력 전압 유지부(HO, 1 ~ HO, N)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N) 각각의 입력용 스위치(SW31)의 개폐 동작을 지시하는 유지 제어 신호(Hold1), (e) N 개의 출력 전압 유지부(HO, 1 ~ HO, N)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N) 각각의 전송용 스위치(SW32) 및 N 개의 캔슬 전압 유지부(HC , 1 ~ HC, N)에 있어서의 제1 유지 회로(HC1 , 1 ~ HC1 , N) 각각의 전송용 스위치(SW42)의 개폐 동작을 지시하는 전송 제어 신호(Trans)가 나타나 있다.
또, 도 6에는 더욱 계속하여 차례로, (f) 출력 전압 유지부(HO, 1)에 있어서의 제2 유지 회로(HO2 , 1)의 출력용 스위치(SW33) 및 캔슬 전압 유지부(HC, 1)에 있어서의 제2 유지 회로(HC2 , 1)의 출력용 스위치(SW43)의 개폐 동작을 지시하는 제1 열 선택 제어 신호(Hshift(1)), (g) 출력 전압 유지부(HO, 2)에 있어서의 제2 유지 회로(HO2, 2)의 출력용 스위치(SW33) 및 캔슬 전압 유지부(HC, 2)에 있어서의 제2 유지 회로(HC2 , 2)의 출력용 스위치(SW43)의 개폐 동작을 지시하는 제2 열 선택 제어 신호(Hshift(2)), (h) 출력 전압 유지부(HO, n)에 있어서의 제2 유지 회로(HO2 , n)의 출력용 스위치(SW33) 및 캔슬 전압 유지부(HC, n)에 있어서의 제2 유지 회로(HC2 , n)의 출력용 스위치(SW43)의 개폐 동작을 지시하는 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n)), (i) 출력 전압 유지부(HO , N)에 있어서의 제2 유지 회로(HO2 , N)의 출력용 스위치(SW33) 및 캔슬 전압 유지부(HC, N)에 있어서의 제2 유지 회로(HC2 , N)의 출력용 스위치(SW43)의 개폐 동작을 지시하는 제N 열 선택 제어 신호(Hshift(N))가 나타나 있다.
제1 행의 화소(P1 , 1 ~ P1 , N)의 포토 다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하의 판독은 다음과 같이 하여 행해진다. 시각 t10 전에는 M 개의 행 선택 제어 신호(Vsel(1) ~ Vsel(M)), N 개의 열 선택 제어 신호(Hshift(1) ~ Hshift(N)), 리셋 제어 신호(Reset), 유지 제어 신호(Hold1), 유지 제어 신호(Hold2) 및 전송 제어 신호(Trans)의 각각은 로우 레벨로 되어 있다.
＜제1 동작(제1 스텝)＞
시각 t10에서 시각 t11까지의 기간, 제어부(6)에서부터 리셋용 배선(LR)으로 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨이 되고, 이것에 의하여, N 개의 적분 회로(S1 ~ SN) 각각에 있어서 방전용 스위치(SW21)가 접속 상태가 되어 적분용 용량 소자(C21)가 방전된다. 방전 후의 적분 회로(S1 ~ SN)의 출력전압은 각각의 적분 회로(S1 ~ SN)에 있어서 편차를 가지고 있다. 이것을 리셋 노이즈(reset noise)라 한다.
시각 t11보다 이후의 시각 t12에서 시각 t13까지의 기간, 제어부(6)에서 유지 제어용 배선(LH2)으로 입력되는 유지 제어 신호(Hold2)가 하이 레벨이 되고, 이것에 의하여, 캔슬 전압 유지부(HC, 1 ~ HC, N)에 있어서의 제1 유지 회로(HC1 , 1 ~ HC1 , N)의 입력용 스위치(SW41)가 접속 상태가 된다. 적분용 용량 소자(C21)가 방전된 후의 적분 회로(S1 ~ SN)의 출력전압의 크기는 캔슬 전압 유지부(HC, 1 ~ HC, N)의 제1 유지 회로(HC1 , 1 ~ HC1 , N)에 의하여 유지된다. 또한, 시각 t13 이후, 캔슬 전압 유지부(HC , 1 ~ HC , N)의 제1 유지 회로(HC1 , 1 ~ HC1 , N) 각각의 입력용 스위치(SW41)는 비접속 상태가 된다.
그리고 시각 t13보다 이후의 시각 t14에서 시각 t15까지의 기간, 제어부(6)에서 제1 행 선택용 배선(LV , 1)으로 출력되는 제1 행 선택 제어 신호(Vsel(1))가 하이 레벨이 되어, 수광부(10)에 있어서의 제1 행의 N 개의 화소(P1 , 1 ~ P1 , N) 각각의 스위치(SW1)가 접속 상태가 된다. N 개의 화소(P1 , 1 ~ P1 , N) 각각의 포토 다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하는 판독용 스위치(SW1) 및 제n 열 판독용 배선(LO , 1 ~ LO , N)을 지나 적분 회로(S1 ~ SN)로 출력되어 적분용 용량 소자(C21)에 축적된다. 적분 회로(S1 ~ SN)로부터는 적분용 용량 소자(C21)에 축적된 전하량에 따른 크기의 전압이 출력된다. 또한, 시각 t15 이후, 제1 행의 N 개의 화소(P1 , 1 ~ P1 , N) 각각의 판독용 스위치(SW1)는 비접속 상태가 된다.
그리고, 시각 t15보다 이후의 시각 t16에서 시각 t17까지의 기간, 제어부(6)에서 유지 제어용 배선(LH1)으로 출력되는 유지 제어 신호(Hold1)가 하이 레벨이 되고, 이것에 의하여, 출력 전압 유지부(HO , 1 ~ HO , N)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N) 각각에 있어서 입력용 스위치(SW31)가 접속 상태가 된다. 적분 회로(S1 ~ SN)로부터 출력된 전압의 크기는 출력 전압 유지부(HO , 1 ~ HO , N)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N)에 의하여 유지된다.
여기까지의 동작에 의하여, 캔슬 전압 유지부(HC, 1 ~ HC, N)의 제1 유지 회로(HC1, 1 ~ HC1, N)에는 방전 후의 적분 회로(S1 ~ SN)로부터 출력되는 전압값이 유지된다. 또, 출력 전압 유지부(HO, 1 ~ HO, N)의 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N)에는 포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하량에 따른 크기의 전압값이 유지된다. 또한, 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N)에 유지되어 있는 전압값에는 리셋 노이즈가 포함되어 있다.
＜제2 동작(제2 스텝)＞
그리고, 시각 t17보다 이후의 시각 t18에서 시각 t19까지의 기간, 제어부(6)에서 전송 제어용 배선(LT)으로 출력되는 전송 제어 신호(Trans)가 하이 레벨이 된다. 이것에 의해, 출력 전압 유지부(HO, 1 ~ HO, N)의 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N) 각각에 있어서 전송용 스위치(SW32)가 접속 상태가 된다. 출력 전압 유지부(HO, 1 ~ HO, N)의 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N)로부터 출력된 전압의 크기는 출력 전압 유지부(HO , 1 ~ HO , N)의 제2 유지 회로(HO2 , 1 ~ HO2 , N)에 의하여 유지된다. 또, 상기 유지 동작과 병행하여 캔슬 전압 유지부(HC, 1 ~ HC, N)의 제1 유지 회로(HC1 , 1 ~ HC1 , N) 각각에 있어서 전송용 스위치(SW42)가 접속 상태가 된다. 캔슬 전압 유지부(HC, 1 ~ HC, N)의 제1 유지 회로(HC1 , 1 ~ HC1 , N)로부터 출력된 전압의 크기는 캔슬 전압 유지부(HC , 1 ~ HC , N)의 제2 유지 회로(HC2 , 1 ~ HC2 , N)에 의하여 유지된다.
＜제3 동작(제3 스텝)＞
시각 t19보다 이후의 시각 t20에서 시각 t21까지의 기간, 제어부(6)에서 열 선택용 배선(LS , 1 ~ LS , N)으로 출력되는 열 선택 제어 신호(Hshift(1) ~ Hshift(N))가 차례로 일정 기간만큼 하이 레벨이 되고, 이것에 의하여, 출력 전압 유지부(HO , 1 ~ HO , N)에 있어서의 N 개의 제2 유지 회로(HO2 , 1 ~ HO2 , N) 각각의 출력용 스위치(SW33)가 차례로 일정 기간만큼 접속 상태가 되며, 각 제2 유지 회로(HO2 , 1 ~ HO2 , N)의 유지용 용량 소자(C3b)에 유지되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW33)를 거쳐 제1 전압 출력용 배선(Lout1)으로 차례로 출력된다. 또, 상기 출력 동작과 병행하여 캔슬 전압 유지부(HC, 1 ~ HC, N)에 있어서의 N 개의 제2 유지 회로(HC2 , 1 ~ HC2 , N) 각각의 출력용 스위치(SW43)가 차례로 일정 기간만큼 접속 상태가 되고, 각 제2 유지 회로(HC2 , 1 ~ HC2 , N)의 유지용 용량 소자(C4b)에 유지되어 있는 전압값은 출력용 스위치(SW43)를 거쳐 제2 전압 출력용 배선(Lout2)으로 차례로 출력된다.
즉, 출력 전압 유지부(HO, n)의 제2 유지 회로(HO2 , n)에 유지된 전압값과 캔슬 전압 유지부(HC, n)의 제2 유지 회로(HC2 , n)에 유지된 전압값은 동시에 각 전압 출력용 배선(Lout1, Lout2)을 통하여 차동회로(D)로 출력된다. 이것에 의하여, 출력 전압 유지부(HO, n)로부터 출력되는 포토 다이오드(PD)에 있어서 발생한 전하량에 대응하는 전압값과, 리셋 노이즈에 대응하는 전압값이 합성된 전압값으로부터 리셋 노이즈에 대응하는 전압값을 캔슬할 수 있다.
이에 더하여, 시각 t19보다 이후의 시각 t20부터, 제2 행의 N 개의 화소(P2 , 1 ~ P2 , N) 각각의 포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하에 대하여 상술한 제1 동작(제1 스텝)이 실행된다. 즉, 시각 t20에서 시각 t22까지의 기간, 제어부(6)에서 리셋용 배선(LR)으로 출력되는 리셋 제어 신호(Reset)가 하이 레벨이 되어, 적분용 용량 소자(C21)가 방전된다. 이어서, 시각 t22보다 이후의 시각 t23에서 시각 t24까지의 기간, 제어부(6)에서 유지 제어용 배선(LH2)으로 입력되는 유지 제어 신호(Hold2)가 하이 레벨이 되어, 방전 후 적분 회로(S1 ~ SN)의 출력전압의 크기가 캔슬 전압 유지부(HC , 1 ~ HC , N)의 제1 유지 회로(HC1 , 1 ~ HC1 , N)에 의하여 유지된다.
시각 t24보다 이후의 시각 t25에서 시각 t26까지의 기간, 제어부(6)에서 제2 행 선택용 배선(LV , 2)으로 출력되는 제2 행 선택 제어 신호(Vsel(2))가 하이 레벨이 되어, 수광부(10)에 있어서의 제2 행의 N 개의 화소(P2 , 1 ~ P2 , N) 각각의 스위치(SW1)가 접속 상태가 된다. N 개의 화소(P2 , 1 ~ P2 , N) 각각의 포토 다이오드(PD)에서 발생하여 접합 용량부에 축적된 전하는 판독용 스위치(SW1) 및 판독용 배선(LO , 1 ~ LO , N)을 지나 적분 회로(S1 ~ SN)로 출력된다.
그리고, 시각 t26보다 이후의 시각 t27에서 시각 t28까지의 기간, 제어부(6)에서 유지 제어용 배선(LH1)으로 출력되는 유지 제어 신호(Hold1)가 하이 레벨이 되어, 적분 회로(S1 ~ SN)로부터 출력된 전압값은 출력 전압 유지부(HO, 1 ~ HO, N)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1 , 1 ~ HO1 , N)에 의하여 유지된다. 이후, 상술한 제2 동작(제2 스텝) 및 제3 동작(제3 스텝)이 제2 행에 대하여도 행해진다.
또한, 본 실시형태에서는 제1 행에 있어서의 제N 열 선택 제어 신호(Hshift(N))가 하강하는 시각 t21과 제2 행에 있어서의 유지 제어 신호(Hold1)가 하강하는 시각 t28이 거의 일치하도록, 제1 행에서의 제3 동작(제3 스텝)에 필요한 시간과 제2 행에서의 제1 동작(제1 스텝)에 필요한 시간이 조정되어 있다.
본 실시형태에서는 이상과 같은 동작이 제1 행 내지 제M 행에 대하여 차례로 행해지는 것에 의하여, 1 회의 촬상으로 얻어지는 있는 화상을 나타내는 프레임 데이터를 얻을 수 있다. 또, 제M 행에 대한 동작이 종료되면, 다시 제1 행에서부터 제M 행까지의 범위에서 같은 동작이 행해져, 다음의 화상을 나타내는 프레임 데이터를 얻을 수 있다. 이와 같이 일정 주기로 같은 동작을 반복함으로써, 수광부(10)가 수광한 광상의 2 차원 강도 분포를 나타내는 전압값에서 리셋 노이즈가 캔슬된 전압값(Vout)이 전압 출력용 배선(Lout)으로 출력되어, 반복하여 프레임 데이터를 얻을 수 있다.
본 실시형태에 관한 고체 촬상 장치(1) 및 고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서는, 제1 유지 회로(HO1 , n)와 제2 유지 회로(HO2 , n)가 직렬로 접속되어 있으며, 제1 유지 회로(HO1 , n)에 유지된 전압값이 제2 유지 회로(HO2 , n)로 전송된 후, 이 전압값이 제2 유지 회로(HO2 , n)로부터 차례로 출력되고 있다. 이에 의하여, M 행 중 어떤 행의 전하에 대응하는 전압값과 다른 행의 전하에 대응하는 전압값은 동일한 회로를 경유하여 출력된다. 따라서, 출력 특성의 편차를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 고체 촬상 장치(1) 및 고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서는, M 행 중 어떤 행의 포토 다이오드(PD)에 있어서 발생한 전하를 적분한 전압값을 제2 유지 회로(HO2 , n)로부터 차례로 출력하는 동작과, M 행 중 다른 행을 구성하는 포토 다이오드(PD)에 있어서 발생한 전하를 적분 회로(Sn)로 입력시키는 동작을 병행하여 실시한다. 이 2 개의 동작을 병행하여 실시함으로써, 도 6에 있어서 시각 t14에서 시각 t15까지의 기간에 나타난 포토 다이오드(PD)에서 발생한 전하를 적분 회로(Sn)로 출력하기 위한 시간을 길게 확보할 수 있게 된다. 이 때문에, 지연 효과에 의한 과제, 즉 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하가 소정의 전송 시간 내에 모두 전송되지 않고 다음 프레임의 데이터에 중첩되는 과제를 해결할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에 있어서는, 포토 다이오드(PD)에 있어서 발생한 전하를 적분한 전압값을 유지하기 위한 출력 전압 유지부(HO , n) 및 적분 회로(Sn)의 적분용 용량 소자(C21)를 방전한 후에 적분 회로(Sn)로부터 출력되는 전압값(리셋 노이즈)을 유지하기 위한 캔슬 전압 유지부(HC, n)가 적분 회로(Sn)의 후단에 접속되어 있다. 그리고, 출력 전압 유지부(HO, n)에 의하여 유지된 전압값에서 캔슬 전압 유지부(HC, n)에 의하여 유지된 전압값을 빼는 차동회로(D)가 출력 전압 유지부(HO , n) 및 캔슬 전압 유지부(HC, n)의 후단에 접속되어 있다. 이와 같은 회로 구성으로 리셋 노이즈를 캔슬하여 출력전압(Vout)의 정밀도를 높일 수 있다.
또, 예를 들면 판독용 스위치가 아모퍼스 실리콘으로 구성되어 있는 경우, 프레임률을 빠르게 하면, 판독용 스위치를 비접속 상태로 하였을 때에 과도적으로 전하가 트랩되는 이른바 메모리 효과(memory effect)가 현저하게 나타난다. 비정질인 아모퍼스 실리콘은 FET의 채널에 전하를 트랩하는 준위의 밀도가 높기 때문이다. 따라서, 트랩된 전하를 방출하기 위한 안정 시간을 필요로 한다는 문제점이 있다. 따라서, 본 실시형태와 같이 판독용 스위치(SW1)는 다결정 실리콘을 포함하는 반도체 스위치인 것이 바람직하다. 다결정 실리콘은 아모퍼스 실리콘과 비교하여 트랩 준위의 밀도가 낮고, 스위치를 비접속하였을 때 메모리 효과가 발생하기 어렵다. 이로써, 메모리 효과로부터 기인하는 상기 과제를 해결할 수 있다.
(제1 변형례)
도 7은 상기 실시형태의 제1 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다. 도 7에 나타낸 회로와 상기 실시형태의 회로(도 5를 참조)가 상이한 점은 캔슬 전압 유지부의 유무이다. 즉, 본 변형례에서는 도 5에 나타낸 캔슬 전압 유지부(HC, n)가 마련되어 있지 않고, 적분 회로(Sn)로부터 출력된 전압값은 출력 전압 유지부(HO, n)의 제1 유지 회로(HO1 , n)에만 입력되며, 앰프(A5)에는 제2 유지 회로(HO2 , n)로부터의 전압값만이 입력된다. 또한, 다른 구성은 상기 실시형태와 마찬가지이므로 상세한 설명을 생략한다. 본 변형례의 고체 촬상 장치에 따르면, 상기 실시형태의 고체 촬상 장치(1)에 의한 효과 중 리셋 노이즈의 캔슬을 제외한 효과를 바람직하게 얻을 수 있다.
(제2 변형례)
도 8은 상기 실시형태의 제2 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다. 도 8에 나타낸 회로와 상기 실시형태의 회로(도 5를 참조)가 상이한 점은 출력 전압 유지부 및 캔슬 전압 유지부의 구성이다. 즉, 상기 실시형태의 출력 전압 유지부(HO , n) 및 캔슬 전압 유지부(HC, n)는 전압 유지형의 구성을 가지지만, 본 변형례의 출력 전압 유지부(HO , n) 및 캔슬 전압 유지부(HC, n)는 전하 유지형의 구성을 가진다.
구체적으로는 출력 전압 유지부(HO, n)에 있어서의 제1 유지 회로(HO1 , n)는 입력용 스위치(SW31), 전송용 스위치(SW32), 유지용 용량 소자(C5a) 및 적분기를 구성하는 앰프(A6) 및 용량 소자(C5b)를 포함한다. 유지용 용량 소자(C5a)의 일단은 입력용 스위치(SW31)를 통하여 적분 회로(Sn)에 접속되어 있으며, 타단은 앰프(A6)의 입력단에 접속되어 있다. 앰프(A6)의 출력단은 전송용 스위치(SW32)를 통하여 제2 유지 회로(HO2, n)에 접속되어 있다. 또한, 유지용 용량 소자(C5a)의 양단에는 유지된 전하를 리셋하기 위한 스위치(SW34 및 SW35)가 각각 접속되어 있다. 또, 입력용 스위치(SW31)에는 상기 실시형태와 마찬가지로, 제어부(6)에서 유지 제어용 배선(LH1)을 지난 유지 제어 신호(Hold1)가 부여된다. 전송용 스위치(SW32)에는 제어부(6)에서 전송 제어용 배선(LT)을 지난 전송 제어 신호(Trans)가 부여된다.
이 제1 유지 회로(HO1 , n)에서는 유지 제어 신호(Hold1)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 바뀌면, 입력용 스위치(SW31)가 닫힌 상태에서 열린 상태로 바뀌고, 그때 입력단에 입력되어 있는 전압값에 따른 양(量)의 전하가 유지용 용량 소자(C5a)에 유지된다. 또, 전송 제어 신호(Trans)가 하이 레벨일 때, 전송용 스위치(SW32)가 닫히고, 유지용 용량 소자(C5a)에 유지되어 있는 전하량에 따른 전압값이 앰프(A6)에서 제2 유지 회로(HO2 , n)로 출력된다.
또, 본 변형례에 있어서의 출력 전압 유지부(HO, n)의 제2 유지 회로(HO2 , n)는 출력용 스위치(SW33) 및 유지용 용량 소자(C5c)를 포함한다. 유지용 용량 소자(C5c)의 일단은 제1 유지 회로(HO1 , n)의 전송용 스위치(SW32)에 접속되어 있고, 타단은 출력용 스위치(SW33)를 통하여 제1 전압 출력용 배선(Lout1)에 접속되어 있다. 또한, 제2 유지 회로(HO2 , n)에 있어서도 유지용 용량 소자(C5c)의 양단에는 유지된 전하를 리셋하기 위한 스위치(SW36 및 SW37)가 각각 접속되어 있다. 또, 출력용 스위치(SW33)에는 상기 실시형태와 마찬가지로, 제어부(6)에서부터 제n 열 선택용 배선(LS , n)을 지난 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))가 부여된다.
이 제2 유지 회로(HO2 , n)에서는 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))가 하이 레벨일 때, 출력용 스위치(SW33)가 닫히고, 유지용 용량 소자(C5c)에 유지되어 있는 전하가 제1 전압 출력용 배선(Lout1)으로 출력된다.
또, 캔슬 전압 유지부(HC, n)는 출력 전압 유지부(HO, n)와 같은 구성을 가진다. 구체적으로는 캔슬 전압 유지부(HC, n)의 제1 유지 회로(HC1 , n)는 입력용 스위치(SW41), 전송용 스위치(SW42), 유지용 용량 소자(C6a) 및 적분기를 구성하는 앰프(A7) 및 용량 소자(C6b)를 포함한다. 유지용 용량 소자(C6a)의 일단은 입력용 스위치(SW41)를 통하여 적분 회로(Sn)에 접속되어 있고, 타단은 앰프(A7)의 입력단에 접속되어 있다. 앰프(A7)의 출력단은 전송용 스위치(SW42)를 통하여 제2 유지 회로(HC2 , n)에 접속되어 있다. 유지용 용량 소자(C6a)의 양단에는 유지된 전하를 리셋하기 위한 스위치(SW44 및 SW45)가 각각 접속되어 있다. 또, 입력용 스위치(SW41)에는 상기 실시형태와 마찬가지로, 제어부(6)에서부터 유지 제어용 배선(LH2)을 지난 유지 제어 신호(Hold2)가 부여된다. 전송용 스위치(SW42)에는 제어부(6)에서부터 전송 제어용 배선(LT)을 지난 전송 제어 신호(Trans)가 부여된다.
이 제1 유지 회로(HC1 , n)에서는 유지 제어 신호(Hold2)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 바뀌면, 입력용 스위치(SW41)가 닫힌 상태에서 열린 상태로 바뀌고, 그때 입력단에 입력되어 있는 전압값에 따른 양(量)의 전하가 유지용 용량 소자(C6a)에 유지된다. 또, 전송 제어 신호(Trans)가 하이 레벨일 때 전송용 스위치(SW42)가 닫히고, 유지용 용량 소자(C6a)에 유지되어 있는 전하량에 따른 전압값이 앰프(A7)에서 제2 유지 회로(HC2 , n)로 출력된다.
또, 본 변형례에 있어서의 캔슬 전압 유지부(HC, n)의 제2 유지 회로(HC2 , n)는 출력용 스위치(SW43) 및 유지용 용량 소자(C6c)를 포함한다. 유지용 용량 소자(C6c)의 일단은 제1 유지 회로(HC1 , n)의 전송용 스위치(SW42)에 접속되어 있고, 타단은 출력용 스위치(SW43)를 통하여 제2 전압 출력용 배선(Lout2)에 접속되어 있다. 유지용 용량 소자(C6c)의 양단에는 유지된 전하를 리셋하기 위한 스위치(SW46 및 SW47)가 각각 접속되어 있다. 또, 출력용 스위치(SW43)에는 제어부(6)에서부터 제n 열 선택용 배선(LS , n)을 지난 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))가 부여된다.
이 제2 유지 회로(HC2 , n)에는 제n 열 선택 제어 신호(Hshift(n))가 하이 레벨일 때, 출력용 스위치(SW43)가 닫히고, 유지용 용량 소자(C6c)에 유지되어 있는 전하가 제2 전압 출력용 배선(Lout2)으로 출력된다.
본 변형례의 고체 촬상 장치에 따르면, 상기 실시형태의 고체 촬상 장치(1)와 같은 효과를 바람직하게 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 구동 방법은 상기 실시형태 및 구성례에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변형이 가능하다.
상기 실시형태에 따른 고체 촬상 장치에는 포토 다이오드를 각각 포함하는 M×N 개(M 및 N은 2 이상의 정수)의 화소가 M 행 N 열로 2 차원 배열되어 이루어지는 수광부와, 각 열 마다 배설되어 대응하는 열의 화소에 포함되는 포토 다이오드와 판독용 스위치를 통하여 접속된 N 개의 판독용 배선과, N 개의 판독용 배선에 각각 접속되어 당해 판독용 배선을 거쳐 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 출력하는 적분 회로, 적분 회로에 직렬로 접속되어 적분 회로로부터 출력된 전압값을 유지하는 제1 유지 회로, 제1 유지 회로에 전송용 스위치를 통하여 직렬로 접속되어 제1 유지 회로로부터 출력된 전압값을 유지하는 제2 유지 회로 및 제2 유지 회로에 접속되어 제2 유지 회로에 유지된 전압값을 차례로 출력하는 출력용 스위치를 가지는 신호 접속부와, 각 화소의 판독용 스위치 및 전송용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러 출력용 스위치에 의하여 제2 유지 회로에 있어서의 전압값의 출력 동작을 제어하여, 각 화소의 포토 다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하는 제어부를 구비하고, 제어부는 M 행 중 어떤 행을 구성하는 각 화소의 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써, 당해 행에 있어서 발생한 전하를 적분 회로에 입력시키고, 적분 회로로부터 출력된 전압값을 제1 유지 회로에 유지시킨 다음, 전송용 스위치를 접속 상태로 하여 그 전압값을 제2 유지 회로에 전송하며, 그 후, 그 전압값을 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하는 동작과, M 행 중 다른 행을 구성하는 각 화소의 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써 당해 행에 있어서 발생한 전하를 적분 회로에 입력시키는 동작을 병행하여 실시하는 구성을 하고 있다.
또, 상기 실시형태에 따른 고체 촬상 장치의 구동 방법에서는 포토 다이오드를 각각 포함하는 M×N 개(M 및 N은 2 이상의 정수)의 화소가 M 행 N 열로 2 차원 배열되어 이루어지는 수광부와, 각 열 마다 배설되어, 대응하는 열의 화소에 포함되는 포토 다이오드와 판독용 스위치를 통하여 접속된 N 개의 판독용 배선과, 판독용 배선을 거쳐 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 출력하는 적분 회로를 구비하는 고체 촬상 장치의 구동 방법으로서, M 행 중 어떤 행을 구성하는 각 화소의 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써 당해 행에 있어서 발생한 전하를 적분 회로에 입력시키는 제1 스텝과, 적분 회로로부터 출력된 전압값을 제1 유지 회로에 유지시킨 후 제1 유지 회로에 접속된 제2 유지 회로에 그 전압값을 전송하는 제2 스텝과, 제2 유지 회로에 유지된 전압값을 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하는 동작과 M 행 중 다른 행을 구성하는 각 화소의 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써, 당해 행에 있어서 발생한 전하를 상기 적분 회로에 입력시키는 동작을 병행하여 실시하는 제3 스텝을 가지는 구성을 하고 있다.
본 발명은 출력 특성의 편차를 억제하면서, 지연 효과에 의한 과제를 해결할 수 있는 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 구동 방법으로서 이용 가능하다.
1…고체 촬상 장치, 6…제어부, 10…수광부, 20…신호 접속부, PD…포토 다이오드, P…화소, SW1…판독용 스위치, SW31…입력용 스위치, SW32…전송용 스위치, SW33…출력용 스위치, Sn…적분 회로, HO1 , n…제1 유지 회로, HO2 , n…제2 유지 회로, C21…적분용 용량 소자, A2…앰프, LO , n…제n 열 판독용 배선.

Claims (2)

  1. 포토 다이오드를 각각 포함하는 M×N 개(M 및 N은 2 이상의 정수)의 화소가 M 행 N 열로 2 차원 배열되어 이루어지는 수광부와,
    각 열 마다 배설(配設)되어, 대응하는 열의 상기 화소에 포함되는 상기 포토 다이오드와 판독용 스위치를 통하여 접속된 N 개의 판독용 배선과,
    상기 N 개의 판독용 배선에 각각 접속되어 당해 판독용 배선을 거쳐 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 출력하는 적분 회로, 상기 적분 회로에 직렬로 접속되어 상기 적분 회로로부터 출력된 전압값을 유지하는 제1 유지 회로, 상기 제1 유지 회로에 전송용 스위치를 통하여 직렬로 접속되어 상기 제1 유지 회로로부터 출력된 전압값을 유지하는 제2 유지 회로 및 상기 제2 유지 회로에 접속되어 상기 제2 유지 회로에 유지된 전압값을 출력하는 출력용 스위치를 가지는 신호 접속부와,
    각 화소의 상기 판독용 스위치 및 상기 전송용 스위치의 개폐 동작을 제어함과 아울러, 상기 출력용 스위치에 의해 상기 제2 유지 회로에 있어서의 전압값의 출력 동작을 제어하여, 각 화소의 상기 포토 다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 전압값을 상기 제2 유지 회로로부터 차례로 출력시키는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 M 행 중 어떤 행을 구성하는 각 화소의 상기 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써 당해 행에 있어서 발생한 전하를 상기 적분 회로에 입력시키고,
    상기 적분 회로로부터 출력된 전압값을 상기 제1 유지 회로에 유지시킨 다음, 상기 전송용 스위치를 접속 상태로 하여 그 전압값을 상기 제2 유지 회로로 전송하며,
    그 후, 그 전압값을 복수의 상기 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하는 동작과, 상기 M 행 중 다른 행을 구성하는 각 화소의 상기 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써 당해 행에 있어서 발생한 전하를 상기 적분 회로에 입력시키는 동작을 병행하여 실시하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 포토 다이오드를 각각 포함하는 M×N 개(M 및 N은 2 이상의 정수)의 화소가 M 행 N 열로 2 차원 배열되어 이루어지는 수광부와, 각 열 마다 배설되어, 대응하는 열의 상기 화소에 포함되는 상기 포토 다이오드와 판독용 스위치를 통하여 접속된 N 개의 판독용 배선과, 상기 판독용 배선을 거쳐 입력된 전하의 양에 따른 전압값을 출력하는 적분 회로를 구비하는 고체 촬상 장치의 구동 방법으로서,
    상기 M 행 중 어떤 행을 구성하는 각 화소의 상기 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써 당해 행에 있어서 발생한 전하를 상기 적분 회로로 입력시키는 제1 스텝과,
    상기 적분 회로로부터 출력된 전압값을 제1 유지 회로에 유지시킨 후, 상기 제1 유지 회로에 접속된 제2 유지 회로에 그 전압값을 전송하는 제2 스텝과,
    상기 제2 유지 회로에 유지된 전압값을 복수의 상기 제2 유지 회로로부터 차례로 출력하는 동작과, 상기 M 행 중 다른 행을 구성하는 각 화소의 상기 판독용 스위치를 접속 상태로 함으로써 당해 행에 있어서 발생한 전하를 상기 적분 회로에 입력시키는 동작을 병행하여 실시하는 제3 스텝
    을 가지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.
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