KR19990030146A - 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법 - Google Patents

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KR19990030146A
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Abstract

광 다이오드를 각각 포함하는 단위 화소들의 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법에 따라, 선택 MOS 트랜지스터 및 판독 MOS 트랜지스터는 매트릭스 형태로 2차원적으로 배치되고, 각 수직 신호 라인은 칼럼 증폭기에 접속되고, 수직 신호 라인은 리셋 MOS 트랜지스터에 의해 리셋되고, 그런 다음 화소 신호는 광 다이오드로부터 수직 신호 라인까지 판독되어 리셋 레벨 및 신호 레벨을 동일한 루트(칼럼 증폭기, 수평 선택 MOS 트랜지스터, 등)를 통해 수평 신호 라인으로 연속적으로 출력하고, 그 다음에 리셋 레벨과 신호 레벨 사이의 차는 CDS 회로에 의해 계산된다.

Description

고체 촬상 소자 및 그 구동 방법
본 발명은 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 특히 증폭 수단(칼럼 증폭기)이 각각의 수직 신호 라인들에 접속되는 고체 촬상 소자 및 그것의 잡음들을 제거하기 위한 구동 방법에 관한 것이다.
도 1은 예를 들어, 미국 특허 제 5,345,266에 개시된 바와 같은 종래의 고체 촬상 소자들 중 하나를 도시한다. 이러한 고체 촬상 소자는 단위 화소(101)들이 매트릭스 형태로 2차원적으로 배치되고 라인 선택이 수직 주사 회로(102)에 의해 수직 선택 라인(103)들을 통하여 실행되는 그런 기본적 구성을 가진다. 또한, 칼럼 증폭기(105)가 각 수직 신호 라인(104)에 접속되고, 각 단위 화소(101)의 화소 신호가 칼럼 증폭기(105) 내에 라인 단위로 누적되고, 그렇게 누적된 화소 신호를 수평 주사 신호 라인(107) 및 센스 증폭기(108)를 통해 출력하기 위하여 수평 주사 회로(106)에 의해 칼럼 선택이 실행되도록 추가로 구성된다.
그러나, 그렇게 구성된 종래의 고체 촬상 소자에서, 각 단위 화소(101)를 구성하는 MOS 트랜지스터의 모든 화소의 Vth(임계값)의 편차는 촬상 소자의 출력 신호 상에 직접 겹쳐진다. Vth 편차는 화소마다 고정된 값을 가지기 때문에, 고정 패턴 잡음(FPN; 고정 패턴 잡음)이 스크린 상에 나타난다.
고정 패턴 잡음을 억제시키기 위하여, 지금까지는, 고체 촬상 소자의 외부에 프레임 메모리를 이용한 잡음 제거 회로를 설치하여, 어두운 상태하의 출력 신호(잡음 성분)와 밝은 상태하의 출력 신호(영상 성분) 중 어느 하나를 미리 화소마다 프레임 메모리 내에 저장하고, 이렇게 저장된 신호와 나머지 다른 화소 신호 간에 감산을 행하여 Vth 편차로 인한 잡음 성분을 제거할 필요가 있었다. 따라서, 카메라 시스템은 프레임 메모리를 사용하는 잡음 제거 회로를 외부에 설치하는 것만큼 더 큰 크기로 설계되어야 한다.
본 발명은 상기 문제의 관점에서 구현되었고, 소자 내의 고정 패턴 잡음을 억제할 수 있는 고체 촬상 소자 및 그 잡음을 제거하기 위한 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 고체 촬상 소자는 입사광을 광전 변환시켜 신호 전하를 얻고 상기 얻어진 신호 전하를 축적하기 위한 광전 변환 소자, 화소를 선택하기 위한 선택 스위치, 및 광전 변환 소자로부터 수직 신호 라인으로 신호 전하를 판독하기 위한 판독 스위치를 포함하는 단위 화소들이 매트릭스 형태로 2차원적으로 배치된 화소부, 각각의 수직 신호 라인들에 접속되어 수직 신호 라인들로부터 판독된 신호 전하를 전기적 신호로 변환하는 복수의 증폭 수단, 및 수직 신호 라인 각각을 리셋하기 위한 복수의 리셋 수단을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 구동 방법은 이렇게 구성된 고체 촬상 소자에서, 수직 신호 라인은 먼저 리셋되고 그런 다음 화소 신호는 광전 변환 소자로부터 수직 신호 라인으로 판독되어 동일한 루트를 통하여 리셋 레벨 및 신호 레벨를 연속적으로 출력하고, 그 후에 리셋 레벨과 신호 레벨 사이의 차를 계산하는 것으로 특징된다.
이렇게 구성된 고체 촬상 소자의 단위 화소 각각에서, 각 단위 화소가 선택 스위치 및 판독 스위치를 가짐에 따라, 모든 화소마다 화소 신호가 판독될 수 있다. 따라서, 수직 신호 라인은 먼저 리셋되고, 그런 다음 각 화소 신호는 수직 신호 라인으로 판독되어, 리셋 레벨 및 신호 레벨이 이 순서대로 한 화소씩 얻어진다. 또한, 리셋 레벨과 신호 레벨 사이의 차를 계산함으로써, 화소 특성의 편차로 인한 잡음 성분은 소거될 수 있다. 또한, 리셋 레벨 및 신호 레벨은 동일한 루트를 통해 출력되므로, 수직 방향에서 상관을 갖는 스트립 형상의 어떠한 잡음 성분도 원리적으로 발생될 수 없다.
도 1은 종래의 고체 촬상 소자를 도시하는 회로 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 제1 실시예를 도시하는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 동작을 도시하는 흐름도.
도 4는 제1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 동작을 도시하는 전위도.
도 5는 CDS 회로 구성의 예를 도시하는 회로도.
도 6은 전계 판독 동작이 실행될 때의 흐름도.
도 7은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 변형예의 동작을 도시하는 전위도.
도 8은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 제2 실시예를 도시하는 개략도.
도 9는 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 동작을 도시하는 흐름도.
도 10은 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 동작을 도시하는 전위도(파트 1).
도 11은 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 동작을 도시하는 전위도(파트 2).
도 12는 제2 실시예에 따라 고체 촬상 소자의 변형예를 도시하는 전위도(파트 1).
도 13은 제2 실시예에 따라 고체 촬상 소자의 변형예의 전위도(파트 2).
도 14는 본 발명에 따라 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법이 적용되는 카메라를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 단위 화소
15 : 수직 신호 라인
17 : 판독 펄스 라인
18 : 수평 신호 라인
19 : 칼럼 증폭기
23 : 수직 주사 회로
24 : 수평 주사 회로
26 : CDS 회로
이하, 첨부 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 제1 실시예의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2에서, 파선으로 둘러싸인 영역은 단위 화소(11)와 같다. 단위 화소(11)는 입사광 신호를 전기적 신호(신호 전하)로 전환하기 위한 광전 변환 소자로서 작동하는 광 다이오드(PD)(12), 화소를 선택하기 위한 선택 스위치로서 작동하는 선택 MOS 트랜지스터(13)[즉, 선택 스위치가 턴 온될 때, 관련 MOS 트랜지스터(13)를 포함하는 화소가 선택된다.], 및 광 다이오드(12)로부터 신호 전하를 판독하기 위한 판독 스위치로서 작동하는 판독 MOS 트랜지스터(14)[즉, 판독 스위치가 턴 온될 때, 광 다이오드(12) 내에 유도된 신호 전하는 판독 MOS 트랜지스터(14)를 통해 판독된다]를 포함한다. 상기 구조를 갖는 복수의 단위 화소(11)들은 매트릭스 모양으로 2차원적으로 배치된다.
각 단위 화소(11)에서, 광 다이오드(12)는 입사광을 신호 전하(즉, 광전 변환 동작을 실행하는)로 전환하는 기능 및 이렇게 얻어진 신호 전하를 축적하는 기능, 즉 광전 트랜스듀서 및 전하 축적지로서 둘다 작동하는 기능을 가진다. 선택 MOS 트랜지스터(13) 및 판독 MOS 트랜지스터(14)는 광 다이오드(12)의 음전극과 수직 신호 라인(15) 사이에서 상호 직렬로 접속된다. 선택 트랜지스터(13)의 게이트 전극은 수직 선택 라인(16)에 접속되고, 판독 MOS 트랜지스터(14)의 게이트 전극은 판독 펄스 라인(17)에 접속된다.
수직 신호 라인(15)으로 판독된 신호 전하를 전압 신호로 전환하기 위한 증폭 수단으로서 작동하는 칼럼 증폭기(19), 및 칼럼 증폭기(19)의 출력 전압을 수평 신호 라인(18)으로 선택적으로 출력하기 위한 수평 선택 MOS 트랜지스터(20)는 수직 신호 라인(15)의 단부와 수평 신호 라인(18)의 단부 사이에서 상호 직렬로 접속된다. 칼럼 증폭기(19)는 신호 전하를 신호 전류로 전환하기 위하여 설계될 수 있다. 수직 신호 라인(15)을 리셋하기 위한 리셋 수단으로서 작동하는 커패시터(21) 및 리셋 MOS 트랜지스터(22)는 칼럼 증폭기(19)에 병렬로 접속된다.
또한, 라인 선택용 수직 주사 회로(23) 및 칼럼 선택용 수평 주사 회로(24)가 제공된다. 각각의 이들 주사 회로(23, 24)들은 예를 들어 시프트 레지스터를 포함한다. 수직 주사 회로(23)로부터 출력된 수직 주사 펄스øVm는 수직 선택 라인(16)에 인가되고, 수평 주사 회로(24)로부터 출력된 판독 펄스øCn는 판독 펄스 라인(17)에 인가되고, 수평 주사 펄스øHn은 수평 선택 MOS 트랜지스터(20)의 게이트 전극에 인가되고, 리셋 펄스øRn은 리셋 MOS 트랜지스터(22)의 게이트 전극에 인가된다.
예를 들어, 상관된 이중 샘플링 회로(이후 CDS 회로로 간주됨)(26)는 수평 신호 라인(18)의 출력 단자측에서 수평 출력 증폭기를 통해 미분 회로에 제공된다. CDS 회로(26)는 각각의 단위 화소(11)들로부터 수평 신호 라인(18)을 통해 연속적으로 공급되는 리셋 레벨과 신호 레벨 사이의 차를 계산하기 위하여 제공되고, 그것의 회로 구성은 미분 회로처럼 간단하다는 이점을 가진다. CDS 회로(26)의 특정 회로 구성은 뒤에 더 자세히 설명될 것이다.
다음, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 동작은 도 3의 타이밍 챠트를 사용하여 도 4의 전위도와 관련해서 설명될 것이다. 도 4로부터 명백한 것과 같이, 광 다이오드(12)는 p+층의 홀 축적 구조가 np 다이오드의 표면 측에 더해지는 HAD(홀 축적 다이오드) 센서 구조로 설계된다. 또한, 선택 MOS 트랜지스터(13) 및 판독 MOS 트랜지스터(14)의 각 게이트 전극(13a, 14a)은 한층 게이트 전극을 포함하는 이중 게이트 구조를 가진다. 이중 게이트 구조의 사용은 영역이 감소될 수 있다는 이점을 제공한다.
우선, m번째 라인의 수직 주사 펄스øVm이 L 레벨 내에 있는 시간 주기 동안, 신호 전하가 다른 라인의 각 화소로부터 판독되는 동안 신호 전하는 m번째 라인의 각 화소(11)의 광 다이오드(12) 내로 축적된다. 다음, 수직 주사 펄스øVm이 H 레벨로 이동될 때, m번째 라인의 단위 화소(11)의 선택 MOS 트랜지스터(13)는 턴 온되고, 광 다이오드(12) 내에 축적된 신호 전하는 선택 MOS 트랜지스터(13) 내로 흐른다. 이러한 상태에서, 리셋 펄스øRn이 H 레벨로 설정될 때, 리셋 MOS 트렌지스터(22)는 턴 온되고, n번째 칼럼의 수직 신호 라인은 칼럼 증폭기(19)의 기준 전위(Vb)로 리셋된다. 리셋 펄스øRn은 L 레벨로 이동되고, 그런 다음 수평 주사 펄스øHn은 H 레벨로 설정됨에 따라, 수평 선택 MOS 트랜지스터(20)는 턴 온되고 잡음 성분은 수평 신호 라인(18)으로 먼저 출력된다(주기 b).
계속해서, n번째 칼럼의 판독 펄스øCn이 H 레벨로 이동될 때, n번째 칼럼의 단위 화소(11)의 판독 MOS 트랜지스터(14)는 턴 온되고, 광 다이오드(12) 내에 축적된 신호 전하는 선택 MOS 트랜지스터(13) 및 판독 MOS 트랜지스터(14)를 통해 n번째 칼럼의 수직 신호 라인(15)으로 판독된다(주기 c).
계속해서, 수직 신호 라인(15)에 접속된 칼럼 증폭기(19)로부터 피드백에 의해, 수직 신호 라인(15)은 칼럼 증폭기(19)의 기준 전위(Vb)에 설정되고, 신호에 대응하는 전하는 커패시터(21)로 판독된다(주기 d). 수평 주사 펄스øHn이 판독 펄스 øCn의 시프트에 의해 L 레벨로 이동될 때까지 주기 e에서, 신호 성분은 수평 신호 라인(18)으로 출력된다. 동시에, 다음 전하 축적은 광 다이오드(12 )내에서 시작된다.
상기 기술된 일련의 동작들에도 불구하고, 잡음 성분(잡음 레벨) 및 신호 성분(신호 레벨)의 연속적인 출력들은 동일한 루트[칼럼 증폭기(19), 수평 선택 MOS 트랜지스터(29), 등]를 통해 수평 신호 라인(18)상으로 전달된다.
이러한 것은 수평 출력 증폭기(25)를 통해 CDS 회로(26)로 추가로 전달되고, 잡음 소거는 상관된 이중 샘플링에 의해 실행된다.
도 5는 CDS 회로(26)의 특정 회로 구성을 도시한다. CDS 회로(26)는 CDS 회로의 한 단에서 입력 단자(31)에 접속된 클램프 커패시터(33), 클램프 커패시터(33)의 다른 단에 접속되는 하나의 주 전극을 가진 클램프 MOS 트랜지스터(34), 클램프 커패시터(33)의 나머지 단에 접속되는 하나의 주 전극을 가진 샘플 홀드 MOS 트랜지스터(35), 샘플 홀드 MOS 트랜지스터(35)의 다른 주 전극 및 접지를 교차하여 접속되는 샘플 홀드 커패시터(36), 샘플 홀드 MOS 트랜지스터(35)의 다른 주 전극 및 출력 단자(38)를 교차하여 접속되는 버퍼 증폭기(37)를 포함한다.
CDS 회로(26)에서, 클램프 전압(Vc1)은 클램프 MOS 트랜지스터(34)의 다른 주 전극에 인가되고, 클램프 펄스øCL은 클램프 MOS 트랜지스터(34)의 게이트 전극에 인가된다. 또한, 샘플 홀드 펄스øSH는 샘플 홀드 MOS 트랜지스터(35)의 게이트 전극에 인가된다.
이렇게 구성된 CDS 회로(26)는 미분 회로로서 사용되고, 상관된 이중 샘플링은 연속적으로 제공된 잡음 성분과 신호 성분을 사용하여 실행됨에 따라, 신호 성분 내에 포함된 잡음 성분은 소거될 수 있다. 특히, 리셋 및 신호는 이러한 순서로 동일한 루트를 통해 수평 신호 라인(18)에 출력되고, 잡음 성분 및 신호 성분의 연속적인 출력들이 얻어진다. 따라서, 단위 화소(11)의 MOS 트랜지스터의 Vth 편차뿐만 아니라, 스트립-모양의 고정 패턴 잡음을 일으키는 리셋 잡음(소위 kTC 잡음)도 억제될 수 있다.
이러한 실시예의 수정과 같이, 도 3의 타이밍도로부터 명백한 것처럼, n번째 칼럼의 판독 펄스øCn 및 (n+1)번째 칼럼의 리셋 펄스øRn+1은 공동으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 기술된 것과 동일한 동작은 n번째 칼럼의 수평 주사 펄스øHn의 타이밍에서 얻어질 수 있고 (n+1)번째 칼럼의 리셋 펄스øRn+1은 공동으로 사용된다.
회로 성능에서, 동일한 동작은 선택 MOS 트랜지스터(13) 및 판독 MOS 트랜지스터(14)의 배치가 바뀐다면 실행될 수 있을 것이다. 그러나, 매 1H(1 수평 주기)에 한번 반복적으로 턴 온/오프하는 판독 MOS 트랜지스터(14)가 전하 축적을 실행하는 광 다이오드(12)측에 배치된다면, 암 전류가 발생될 것이다. 따라서, 선택 MOS 트랜지스터(13)는 암전류 발생이 억제될 수 있기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이 광 다이오드(12) 측에 배치되는 것이 더 바람직하다.
또한, 도 6의 타이밍 챠트에 도시된 바와 같이, 수직 방향으로 2개의 화소들의 신호 전하들은 인접한 수직 선택 라인들을 동시에 둘씩 구동하여 신호 전하 판독 동작에서 수직 시호 라인(15) 상에 상호 추가됨에 따라, 인터레이스를 지탱하는 전계 판독 동작이 구현될 수 있다. 특히, 수직 주사 펄스øV들은 홀수 전계에서 øVm-2와 øVm-1, øVm과 øVm+1, øVm+2와 øVm+3을 조합하고, 짝수 전계에서 øVm-1과 øVm, øVm+1과 øVm+2를 조합하여 동시에 생성될 수 있다.
상기 실시예에서, 선택 MOS 트랜지스터(13) 및 판독 MOS 트랜지스터(14)의 각 게이트 전극(13a, 14a)이 한 층 게이트 구조를 가짐에 따라 이러한 실시예는 처리 공정이 간단하고 더 적은 단계의 수를 가지며 따라서, 가격이 낮아진다는 이점이 있다.
반대로, 도 4로부터 명백한 것과 같이, n+ 확산 영역은 게이트 전극(13a, 14a)들 사이에서 제공되고, 따라서 주기 d에서 주기 e 까지의 이동 시간에 위험이 있고, 판독 MOS 트랜지스터(14)의 게이트 전극(14a) 내의 발생을 통한 전계의 편차로 인한 잡음 성분이 남는다. 또한, 선택 MOS 트랜지스터(13)와 판독 MOS 트랜지스터(14) 사이에서 인베이드(invade)가 선택되지 않는 라인의 화소들 내에서 오버플로 전하들이 발생하는 위험이 있기 때문에 스미어(smear)가 발생한다.
따라서, 도 7의 전위도에 도시된 제1 실시예의 수정에 따른 고체 촬상 소자에서, 선택 MOS 트랜지스터(13) 및 판독 MOS 트랜지스터(14)의 각각의 게이트 전극(13a, 14a)들은 2층 게이트 전극을 포함하는 이중 게이트 구조로 설계되고, 인접한 부분들은 상호 오버랩된다. 동일한 도면에서, 주기a 내지 주기e는 도 3의 타이밍 챠트 내의 주기 a 내지 주기 e의 전위 상태를 나타내고 기본 동작은 도 4와 동일하다.
상기 기술된 바와 같이, 선택 MOS 트랜지스터(13) 및 판독 MOS 트랜지스터(14)의 게이트 전극(13a, 14a)들의 인접한 부분들이 상호 오버랩됨에 따라, 도 4에 도시된 n+확산 영역은 게이트 전극(13a, 14a)들 사이에서 발생하지 않고, 주기 d에서 주기 e까지의 이동 시간에서 판독 MOS 트랜지스터(14)의 게이트 전극(14a)내에서 발생하는 것을 통한 전계의 편차로 인한 잡음 성분은 완전하게 전달될 수 있다.
따라서, 판독 MOS 트랜지스터(14)의 게이트 전극(14a)으로 인한 임의의 잡음은 발생하지 않는다. 또한, 광 다이오드(12)로부터의 오버플로 전하는 수직 신호 라인(15)에 접속된 n+확산 영역에 직접 공급되어, 신호 전하(화소 신호)가 판독되기 직전에 수직 신호 라인(15)을 리셋함으로써 스미어는 한개의 화소 판독 시간 내에 발생하는 전하들만으로도 억제될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자의 제2 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 8에서, 파선으로 둘러싸인 영역은 단위 화소(51)를 나타낸다. 제1 실시예의 경우와 같이, 단위 화소(51)는 광전 변환 소자로서 작동하는 광 다이오드(PD)(52), 화소를 선택하기 위한 선택 스위치로서 작동하는 선택 MOS 트랜지스터(53), 및 광 다이오드(52)로부터 신호 전하를 판독하기 위한 판독 스위치로서 작동하는 판독 MOS 트랜지스터(54)를 포함하고, 그것들은 매트릭스 형태로 2차원적으로 배치된다.
단위 화소(51)에서, 판독 MOS 트랜지스터(54)는 광 다이오드(52)의 음전극 및 수직 신호 라인(55)을 교차하여 접속된다. 또한, 선택 MOS 트랜지스터(53)는 판독 MOS 트랜지스터(54)의 게이트 전극 및 판독 펄스 라인(57)을 교차하여 접속된다. 예를 들어, 디프레션(depression) 형은 선택 MOS 트랜지스터(53)에 사용된다. 선택 MOS 트랜지스터(53)의 게이트 전극은 수직 선택 라인(56)에 접속된다.
수직 신호 라인(55)으로 판독된 신호 전하를 전압 신호로 전환하기 위한 칼럼 증폭기(59) 및 칼럼 증폭기(59)의 출력 전압을 수평 신호 라인(58)으로 선택적으로 출력하기 위한 수평 선택 MOS 트랜지스터(60)는 수직 신호 라인(55)과 수평 신호 라인(58) 사이에서 직렬로 상호 접속된다. 수직 신호 라인(55)을 리셋하기 위한 커패시터(61) 및 리셋 MOS 트랜지스터(62)는 칼럼 증폭기(59)에 병렬로 접속된다.
또한, 라인 선택용 수직 주사 회로(63) 및 칼럼 선택용 수평 주사 회로(64)가 제공된다. 각각의 이들 주사 회로(63 및 64)는 예를 들어, 시프트 레지스터를 포함한다. 수직 주사 회로(63)로부터 출력된 수직 주사 펄스øm은 수직 선택 라인(56)에 인가되고, 수평 주사 회로(64)로부터 출력된 판독 펄스øCn는 판독 펄스 라인(57)에 인가되고, 수평 주사 펄스øHn은 수평 선택 MOS 트랜지스터(60)의 게이트 전극에 인가되고, 리셋 펄스øRn은 리셋 MOS 트랜지스터(62)의 게이트 전극에 인가된다. 도 5에 도시된 회로 구성을 갖는 CDS 회로(66)는 수평 출력 증폭기(65)를 통해 미분 회로로서 제공된다.
다음, 이렇게 구성된 제2 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 동작은 도 9의 타이밍 챠트를 사용하여 도 10 및 도 11의 전위도와 관련하여 설명될 것이다.
도 10 및 도 11로부터 명백한 것과 같이, 광 다이오드(52)는 p+층으로 형성된 홀 축적 구조가 np 다이오드의 표면측에 더해지는 HAD 센서 구성을 가진다.
우선, m번째의 수직 주사 펄스øVm이 L 레벨 내에 있는 주기 동안, 신호 전하는 신호 전하가 다른 라인들의 화소들로부터 판독되는 동안 m번째의 각각의 화소(51)들의 광 다이오드(52) 내에 축적된다.
계속해서, 수직 주사 펄스øVm이 H 레벨로 이동될 때, m번째 라인의 단위 화소(51)의 선택 MOS 트랜지스터(53)는 턴 온된다. 리셋 펄스øRn이 이러한 상태에서 H로 리셋될 때, 리셋 MOS 트랜지스터(62)는 턴 온되고, n번째 칼럼의 수직 신호 라인(55)은 칼럼 증폭기(69)의 기준 전위(Vb)로 리셋된다. 그런 후에, 리셋 펄스øRn이 L레벨로 이동되고 동시에 수평 주사 펄스øHn이 H 레벨로 설정될 때, 수평 선택 MOS 트랜지스터(60)는 턴 온되고, 잡음 성분은 수평 신호 라인(58)으로 먼저 출력된다(주기 b).
계속해서, n번째 칼럼의 판독 펄스øCn이 H 레벨로 이동될 때, 판독 펄스øCn은 ON 상태에 있는 선택 MOS 트랜지스터(53)를 통해 판독 MOS 트랜지스터(54)의 게이트 전극에 인가되어, 광 다이오드(52) 내에 축적된 신호 전하는 판독 MOS 트랜지스터(54)를 통하여 n번째 칼럼의 수직 신호 라인(55)으로 판독된다(주기 c).
계속해서, 수직 신호 라인(55)에 접속된 칼럼 증폭기(59)로부터 피드백에 의해, 수직 신호 라인(55)은 칼럼 증폭기(59)의 기준 전위(Vb)에 리셋되고, 신호에 대응하는 전하는 커패시터(61)로 판독된다(주기 d). 그런 후에, 판독 펄스øCn이 L 레벨로 이동될 때, 신호 성분은 수평 주사 펄스øHn이 L 레벨로 이동될 때까지 주기 e에서 수평 신호 라인(58)으로 출력된다. 동시에, 다음 전하 축적은 광 다이오드(62)에서 시작된다.
상기 기술된 일련의 동작들에도 불구하고, 제1 실시예의 경우와 같이, 잡음 성분(잡음 레벨) 및 신호 성분(신호 레벨)의 연속적인 출력은 수평 신호 라인(58) 상에서 얻어지고, 잡음 소거가 상관된 이중 샘플링에 의해 실행되는 수평 출력 증폭기(65)를 통해 CDS 회로(66)로 추가로 전달된다.
특히, 이러한 실시예에서, 판독 펄스øCn은 선택 MOS 트랜지스터의 소스/드레인을 통해 판독 MOS 트랜지스터(54)의 게이트 전극에 제공되어, 선택 MOS 트랜지스터 및 판독 MOS 트랜지스터(54)의 kTC 잡음의 발생이 억제될 수 있다. 이러한 경우에, 선택 MOS 트랜지스터(53) 및 판독 MOS 트랜지스터(54)의 각각의 게이트 전극들은 한층 게이트 전극에 의해 구성될 수 있다. 따라서, 처리 공정이 간단하고, 단계들의 수가 적고 가격이 낮아진다는 이점을 얻는다.
또한, 디프레션형 MOS 트랜지스터가 선택 MOS 트랜지스터(53)로 사용되어, 다음의 이점들이 얻어질 수 있다.
(1) 0V는 매 1H에 한번 도 10의 주기 a의 시간에서 판독 MOS 트랜지스터(54)의 게이트 전극에 인가된다. 반면, 정상적 인핸스먼트형 MOS 트랜지스터가 사용되는 경우에, 선택 MOS 트랜지스터(53)는 도 12의 주기 a에 도시된 바와 같이 턴 오프되고, 0V는 판독 MOS 트랜지스터(54)의 게이트 전극에 인가되지 않는다. 따라서, 판독 MOS 트랜지스터(54)의 전위가 한 전계 주기동안 홀드됨에 틀림이 없다. 그러나, 역바이어스 누설 전류 또는 광 누출이 매우 클 때, 게이트의 전위는 홀드될 수 없고, 한 전계의 주기 동안 변한다.
(2) 판독 MOS 트랜지스터(54)의 전위를 매칭함으로써, 펄스 전위는 판독 MOS 트랜지스터(54)가 인핸스먼트형임에도 불구하고 선택 MOS 트랜지스터(53)에 대해 디프레션형을 사용하여 도 11의 주기 f의 시간에 판독 MOS 트랜지스터(54)의 게이트 전극에 인가되고, 오버플로 동작이 실행될 수 있다. 따라서, 블루밍이 억제될 수 있다.
이러한 실시예에서, 디프레션형 MOS 트랜지스터는 선택 MOS 트랜지스터(53)로서 사용되나, 그러나 디프레션형으로 제한되지는 않는다. 심지어, 인핸스먼트형이 사용될 때, 상기 기술된 디프레션형에서 본래의 효과가 얻어질 수 없음에도 불구하고 상기 기술된 실시예에서 본래의 효과가 얻어질 수 있다.
도 12 및 도 13은 인핸스먼트형 MOS 트랜지스터가 선택 MOS 트랜지스터(53)로서 사용될 때의 전위도이다.
제2 실시예의 고체 촬상 소자의 경우에, 인터레이스를 지탱하는 전계 판독 동작은 제1 실시예에 따른 고체 촬상 소자의 경우와 같이 도 6의 타이밍 챠트에 도시된 인접하는 수직 선택 신호들을 동시에 둘씩 구동함으로써 구현될 수 있다.
도 14는 상기 기술된 바와 같이 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법이 적용되는 카메라를 도시하는 도면이다. 도 14에서, 대상으로부터의 입사광은 렌즈(70)을 포함하는 광 시스템에 의해 고체 촬상 소자(71)의 촬상면 상으로 초점이 맞쳐진다. 상기 기술된 바와 같은 고체 촬상 소자들 중의 하나는 고체 촬상 소자(71)로서 사용될 수 있다. 고체 촬상 소자(71)는 타이밍 발생기를 포함하는 구동 시스템(72)에 의해 상기 기술된 구동 방법에 따라 구동된다. 고체 촬상 소자의 출력 신호는 비디오 신호들을 얻기 위하여 신호 처리기(73)에 의한 다양한 신호 처리에 영향을 받는다.
상기 기술된 바와 같이, 본 발명에 따라, 칼럼 증폭기가 각 수직 신호 라인에 접속되는 고체 촬상 소자에서, 각 화소의 신호는 화소에 기초하여 판독될 수 있고, 수직 신호 라인은 우선 리셋되고 그런 다음 화소 신호는 광전 변환 소자로부터 수직 신호 라인으로 판독됨에 따라 동일한 루트로 리셋 레벨 및 신호 레벨을 연속적으로 출력하고, 그런 후에 리셋 레벨과 신호 레벨 사이의 차가 계산된다. 따라서, 각 단위 화소의 특성적 편차로 인한 고정 패턴 잡음 및 수직 방향으로 상관을 갖는 스트립 모양의 고정 패턴 잡음이 소자내에서 억제될 수 있고, 촬상 소자로서 고체 촬상 소자를 사용하여 상기 기술된 카메라 내의 카메라 시스템의 크기를 줄이는데 기여할 수 있다.

Claims (17)

  1. 입사광을 광전 변환시켜 신호 전하를 얻고 상기 얻어진 신호 전하를 축적하기 위한 광전 변환 소자, 화소를 선택하기 위한 선택 스위치, 및 상기 광전 변환 소자로부터 수직 신호 라인으로 상기 신호 전하를 판독하기 위한 판독 스위치를 포함하는 단위 화소들이 매트릭스 형태로 2차원적으로 배치된 화소부;
    상기 각각의 수직 신호 라인들에 접속되어 상기 수직 신호 라인들로부터 판독된 상기 신호 전하를 전기적 신호로 변환하는 복수의 증폭 수단; 및
    상기 수직 신호 라인 각각을 리셋하기 위한 복수의 리셋 수단
    을 포함하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광전 변환 소자가 HAD 센서 구조를 갖는 광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 리셋 수단 각각은 1 화소 전의 판독 타이밍 또는 수평 주사 타이밍에 동기하여 수직 신호 라인을 리셋하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 리셋 수단 각각은 상기 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 판독되기 직전에 상기 수직 신호 라인을 리셋하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 선택 스위치 및 상기 판독 스위치는 상기 광전 변환 소자와 상기 수직 신호 라인 사이에서 상호 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 선택 스위치는 상기 광전 변환 소자 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제5항에 있어서, 상기 선택 스위치 및 상기 판독 스위치 각각은 이중 게이트 구조를 갖는 MOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 선택 스위치 및 상기 판독 스위치의 각 게이트 전극은 이층 게이트 전극을 포함하고, 인접한 부분들은 상호 오버랩되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 판독 스위치는 상기 광전 변환 소자와 상기 수직 신호 라인 사이에 접속되고, 상기 선택 스위치는 상기 판독 스위치의 제어 전극과 판독 펄스 라인 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 선택 스위치는 디프레션형(depression type) MOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 리셋 수단의 리셋 시의 상기 수직 신호 라인 상의 리셋 레벨과 상기 리셋 후에 상기 수직 신호 라인 상으로 판독된 신호 레벨을 공통으로 출력하기 위한 수평 선택 스위치가 상기 수직 신호 라인과 상기 수평 신호 라인 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 수평 선택 스위치에 의해 연속적으로 출력된 리셋 레벨과 상기 신호 레벨 사이의 차를 계산하기 위한 미분 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 미분 회로는 상관 이중 샘플링 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  14. 입사광을 광전 변환시켜 신호 전하를 얻고 상기 얻어진 신호 전하를 축적하기 위한 광전 변환 소자, 화소를 선택하기 위한 선택 스위치, 및 상기 광전 변환 소자로부터 수직 신호 라인으로 상기 신호 전하를 판독하기 위한 판독 스위치를 포함하는 단위 화소들이 매트릭스 형태로 2차원적으로 배치된 화소부, 및 상기 각각의 수직 신호 라인들에 접속되어 상기 수직 신호 라인들로부터 판독된 상기 신호 전하를 전기적 신호로 변환하는 복수의 증폭 수단을 포함하는 고체 촬상 소자에서,
    상기 수직 신호 라인은 먼저 리셋되고 그 다음에 화소 신호가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 수직 신호 라인으로 판독되어 상기 리셋 레벨과 상기 신호 레벨이 이 순서대로 동일 경로를 통해 연속적으로 출력되고, 그 후에 상기 리셋 레벨과 상기 신호 레벨 사이의 차가 계산되는
    것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 구동 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 인접한 수직 선택 라인들이 차례로 둘씩 동시에 구동되고, 수직 방향의 2개의 화소들의 신호 전하는 수직 신호 라인 상에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 구동 방법.
  16. 피사체로부터의 입사광의 촛점을 고체 촬상 소자에 맞추기 위한 광 시스템;
    상기 고체 촬상 소자를 구동하기 위한 구동 시스템; 및
    상기 고체 촬상 소자의 출력 신호를 처리하기 위한 신호 처리 시스템
    을 포함하고,
    상기 고체 촬상 소자는,
    입사광을 광전 변환시켜 신호 전하를 얻고 상기 얻어진 신호 전하를 축적하기 위한 광전 변환 소자, 화소를 선택하기 위한 선택 스위치, 및 상기 광전 변환 소자로부터 수직 신호 라인으로 상기 신호 전하를 판독하기 위한 판독 스위치를 포함하는 단위 화소들이 매트릭스 형태로 2차원적으로 배치된 화소부; 및
    상기 각각의 수직 신호 라인들에 접속되어 상기 수직 신호 라인들로부터 판독된 상기 신호 전하를 전기적 신호로 변환하는 복수의 증폭 수단
    을 포함하고,
    상기 구동 시스템은 상기 수직 신호 라인이 먼저 리셋되고 그 다음에 화소 신호가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 수직 신호 라인으로 판독되어 상기 리셋 레벨과 상기 신호 레벨이 이 순서대로 동일 경로를 통해 연속적으로 출력되도록 상기 고체 촬상 소자를 구동하고, 그 후에 상기 리셋 레벨과 상기 신호 레벨 사이의 차를 계산하는
    것을 특징으로 하는 카메라.
  17. 제16항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자의 인접한 수직 선택 라인들은 차례로 둘씩 동시에 구동되고, 수직 방향의 2개의 화소들의 신호 전하들은 수직 신호 라인 상에서 혼합되어 인터레이스(interlace)-지원 피드백 판독 동작을 실행하는 것을 특징으로 하는 카메라.
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