KR19990036343A - 화상시스템, 그 시스템에 이용되는 고체촬상장치 반도체 집적회로 및 차분출력방법 - Google Patents

화상시스템, 그 시스템에 이용되는 고체촬상장치 반도체 집적회로 및 차분출력방법 Download PDF

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나가타카 다나카
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Abstract

광학상을 광전변환소자에서 수광하고, 그 수광량 대응의 전기신호로 변환하여 출력하는 증폭형 MOS센서를 이용한 화상시스템이다. 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계(A1)가 있고, 또한 이 광학계에 의해 소정 위치에 도입된 광학상을 화소 단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단(A2)과, 이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부(A3)를 갖추고 있다. 그리고, 센서는 상기 소정 위치에 배치된 광전변환소자(62)와, 이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터(64)를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자(62)의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자(62)의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로 및, 이 출력회로의 출력과 접속되고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로로부터 본 임피던스가 동일하며, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로(26,28,30,32,41)를 갖추어, 임피던스를 동일하게 함으로써 양호하게 노이즈를 제거할 수 있게 된다.

Description

화상시스템, 그 시스템에 이용되는 고체촬상장치 반도체 집적회로 및 차분출력방법
반도체 디바이스 기술의 진보에 따라 비디오 카메라는 소형·경량화되고 있고, 휴대가 편리해져 널리 이용되고 있다. 전자기기의 경우, 휴대성의 관계로부터 전원은 전지를 이용하지만, 종래 비디오 카메라는 촬상소자로서 CCD 센서를 이용하고 있었다. 그러나, CCD 센서는 디바이스의 구동에 복수 종류의 전압을 필요로 하고, 그 전압을 전지전압으로부터 발생시키기 위한 전원회로를 필요로 하고 있다. 그리고, 이것이 비디오 카메라의 한층의 소형화를 도모할 때의 방해로 되고, 또 소비전력저감의 방해의 한 요인으로도 되고 있다.
더 한층 취급하기 쉽게 하기 위해, 비디오 카메라의 소형·경량화의 연구가 진행되고, 또 고화질의 화상을 얻을 수 있도록 보다 화소수가 많은 고체촬상장치의 개발이 행해지고 있지만, 비디오 카메라의 소형·경량화에는 고체촬상장치의 소형화는 물론이고, 더 나아가서는 저소비전력화·저전압화한 고체촬상장치의 출현이 강력히 요구된다.
단순히 고체촬상장치의 소형화와 다화소화를 도모하기 위해서는, 화소를 미세화하면 좋다. 그러나, 화소를 미세화하면, 화소당 취급 신호전하량이 감소한다고 하는 문제가 있다. 그 결과, 고체촬상장치의 다이내믹 레인지(dynamic range)의 감소가 생겨 선명한 해상도 좋은 영상을 얻을 수 없다는 등의 문제가 생긴다.
또, CCD의 경우, 소자의 구동전압에 복수 종류의 전압을 사용하고 있기 때문에, 카메라 시스템의 구성이나 취급상 간단한 시스템으로 대응할 수 없다. 즉, 휴대용 카메라나 퍼스널 컴퓨터 탑재용 카메라로의 응용을 위해서는, 이 저소비전력·저전압화와 더불어 S/N이 좋은 단일 전원의 고체촬상장치의 출현이 요망된다. 그런데, CCD의 경우는, 단일 전원으로는 구동할 수 없어 저소비전력·저전압화를 할 수 없을 뿐만 아니라, 화소를 미세화하면 S/N이 나빠지므로 상기 요구에는 부응할 수 없다.
그래서, 상기 요구를 만족시키는 다른 디바이스를 찾아보면, 저소비전력·저전압화가 가능하고, 단일 전원으로 구동할 수 있는 고체촬상장치로서 증폭형의 트랜지스터를 이용한 MOS 센서가 있다.
이 고체촬상장치는, 각 셀내에서 포토다이오드로 검출한 신호를 트랜지스터로 증폭하는 것으로, 고감도라고 하는 특징을 갖는다.
특수한 제조공정을 이용하는 CCD 센서와는 달리, MOS 센서는 DRAM 등의 반도체 메모리, 프로세서 등에서 많이 사용되고 있는 MOS 프로세스에 의해 생산된다. 따라서, MOS 센서는 반도체 메모리나 프로세서와 동일한 반도체 칩상에 형성하거나, 반도체 메모리나 프로세서와 생산라인을 공유하는 것이 용이하다는 등의 이점이 있다.
그렇지만, 상술한 증폭트랜지스터를 이용한 종래의 MOS 센서(증폭형 MOS 센서)는, 후술하는 바와 같이 고정패턴 노이즈라 불리우는 휘도얼룩의 제거가 곤란하다. 또, 이 증폭형 MOS 센서는 그 출력의 다이내믹 레인지도 60dB정도 밖에 되지 않아, 은염필름의 90dB나 CCD 센서의 70dB와 비교하면, 불충분하였다. 따라서 이 증폭형 MOS 센서를 비디오 카메라 등의 화상시스템 기기에 짜 넣는 것은 화질의 점에서 실용상 커다란 제약이 있었다.
도 1은 증폭형 MOS 센서를 이용한 종래의 고체촬상장치를 나타낸 회로구성도이다. 화소에 상당하는 단위셀(P0-i-j)이 종, 횡으로 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 있다. 도면에서는, 2×2밖에 나타내고 있지 않지만, 실제는 수천개×수천개의 배열이다. i는 수평(row)방향의 변수, j는 수직(column)방향의 변수이다. 각 단위셀(P0-i-j)은 포토다이오드(1-i-j)와, 증폭트랜지스터(2-i-j), 수직선택 트랜지스터(3-i-j), 리세트 트랜지스터(4-i-j)로 이루어진다. 또, 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 있는 단위셀(P0-1-1,…,P0-i-j,…)을 순서대로 선택하기 위해, 수직어드레스회로(5)와 수평어드레스회로(13)가 있다. 수직어드레스회로(5)에는 n×m 구성의 2차원 매트릭스형상 배열의 단위셀(P0-1-1,…,P0-i-j,…)의 횡배열수(수평(row)방향 배열수)인 n에 대응하는 수의 어드레스 출력단자와 리세트신호단자의 쌍이 있고, 수평어드레스회로(13)에는 n×m 구성의 2차원 매트릭스형상 배열의 단위셀(P0-1-1,…,P0-i-j,…)의 종배열수(수직(column)방향 배열수)인 m에 대응하는 어드레스 출력단자가 있다. 여기서, m, n, i, j는 임의의 정수이다.
그리고, 수평(row)방향으로 나열된 단위셀(P0-1-1,P0-1-2,…,P0-2-j,…)에 따라 1개씩 수직어드레스회로(5)로부터 수평(row)방향으로 수직어드레스선(6-1, 6-2,…)이 순서대로 배선되어 있고, 이들 수직어드레스선(6-1,6-2,…)은 각각 수직어드레스회로(5)의 n개의 어드레스 출력단자중 대응하는 1개에 접속되어 있다.
또, 수평(row)방향으로 나열된 단위셀(P0-1-1,P0-1-2,…,P0-2-j,…)에 따라 1개씩 수직어드레스회로(5)로부터 수평(row)방향으로 리세트신호선(7-1,7-2,…)이 순서대로 배선되어 있고, 이들 리세트신호선(7-1,7-2,…)은 각각 수직어드레스회로(5)의 n개의 리세트신호단자중 대응하는 1개에 접속되어 있다.
또, 수직방향으로 나열된 단위셀(P0-1-1,P0-1-2,…,P0-2-j,…)에 따라 1개씩 수평어드레스회로(13)로부터 수직방향으로 수직신호선(8-1,8-2,…)이 순서대로 배선되어 있고, 이들 수직신호선(8-1,8-2,…)은 각각 수평어드레스회로(13)의 m개의 어드레스 출력단자중 대응하는 1개에 접속되어 있다.
수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 수직어드레스선(6-1,6-2,…)은 각 행의 단위셀의 수직선택 트랜지스터(3-1-1,…)의 게이트에 접속되어 신호를 독출하는 수평라인을 결정하고 있다. 마찬가지로, 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 리세트신호선(7-1,7-2,…)은 각각 대응하는 각 행의 리세트 트랜지스터(4-1-1,…)의 게이트에 접속되어 있다.
입사광을 검출하는 포토다이오드(1-i-j)는, 입사광을 검출하는 수광부를 형성하는 것으로 수광량 대응의 신호전하를 발생시키고, 1개의 포토다이오드로 1화소를 구성한다. 증폭트랜지스터(2-i-j)는 이 포토다이오드(1-i-j)가 발생시킨 신호전하를 증폭하여 검출신호로서 출력하는 것으로, 포토다이오드(1-i-j)의 캐소드가 자기의 게이트에 접속됨으로써, 포토다이오드(1-i-j)의 신호전하를 증폭하여 그 신호전하 대응의 증폭출력을 검출신호로서 드레인측에 발생시키는 것이다.
수직선택 트랜지스터(3-i-j)는 직류의 시스템전원과 증폭트랜지스터(2-i-j)의 드레인측과의 사이에 자기의 소스-드레인간이 접속되고, 자기의 게이트측은 수직어드레스회로(5)의 수직어드레스선(6-j)에 접속된다.
리세트 트랜지스터(4-i-j)는 직류의 시스템전원과 포토다이오드(1-i-j)의 캐소드와의 사이에 자기의 소스-드레인간이 접속되고, 동작시에 포토다이오드(1-i-j)의 신호전하를 리세트한다.
즉, 구체적으로는 수직선택 트랜지스터(3-i-j)의 소스측과 리세트 트랜지스터(4-i-j)의 소스측이 직류의 시스템전원의 드레인전압단자에 공통으로 접속되어 드레인전압이 공급되도록 하고 있다.
상술한 바와 같이, 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 수직어드레스선(6-1,6-2,…)은 각 행의 단위셀의 수직선택 트랜지스터(3-1-1,…)의 게이트에 접속되어 신호를 독출하는 수평라인을 결정하고 있다. 마찬가지로, 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 리세트신호선(7-1,7-2,…)은 각 행의 리세트 트랜지스터(4-1-1,…)의 게이트에 접속되어 있다.
따라서, n×m 구성(n행 m열 구성)의 화소의 독출에 있어서, n라인 존재하는 수평라인(행방향라인)을, 그 독출주사순으로 액티브(active)로 하기 위해, 수직어드레스회로(5)가 수직어드레스선(6-1,6-2,…)을 순차 액티브로 하고, 또 화소의 신호전하를 리세트하도록 출력단자에 신호출력을 하도록 동작하는 구성으로 하고 있다.
이상이 화상검출부이고, 이 화상검출부 외에 이 화상검출부가 검출한 화상을 독출하는 출력부가 있다. 출력부는 부하트랜지스터(9-1,9-2,…), 신호전송 트랜지스터(10-1,10-2,…), 축적용량(11-1,11-2,…), 수평(row)선택 트랜지스터(12-1, 12-2,…)로 이루어지고, 다음과 같은 구성이다.
즉, 각 열의 단위셀의 증폭트랜지스터(2-1-1,2-1-2,…)의 소스측은 열방향으로 배치된 수직신호선(8-1,8-2,…)중 자기의 대응하는 열의 것에 각각 접속되어 있다. 또, 각 열의 단위셀 대응에, 각각 하나씩 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)가 설치되어 있고, 수직신호선(8-1,8-2,…)의 일단은 이들 각 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)중의 대응하는 하나와 그 부하트랜지스터의 소스-드레인측을 매개해서 직류의 시스템전원에 접속된다.
또, 수직신호선(8-1,8-2,…)의 타단은 1행분의 신호를 취입하는 신호전송 트랜지스터(10-1,10-2,…)중의 자기에 대응하는 하나를 매개해서 1행분의 신호를 축적하는 축적용량(11-1,11-2,…)중의 자기에 대응하는 하나에 접속됨과 더불어, 수평어드레스회로(13)로부터 공급되는 수평어드레스펄스에 의해 선택되는 수평(row)선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)를 매개해서 신호출력단(수평신호선; 15)에 접속되어 있다.
즉, 수직신호선(8-1,8-2,…)의 타단은 신호전송 트랜지스터(10-1,10-2,…)중의 대응하는 하나의 트랜지스터의 소스-드레인을 매개해서 축적용량(11-1,11-2,…)중의 대응하는 하나의 축적용량의 일단측에 접속됨과 더불어, 수평(row)선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)중의 대응하는 하나의 트랜지스터의 소스-드레인을 매개해서 신호출력단(수평신호선; 15)에 접속된다. 또, 각 축적용량(11-1,11-2,…)의 타단은 접지되고, 신호전송 트랜지스터(10-1,10-2,…)의 게이트측은 공통게이트(14)에 접속된다. 공통게이트(14)에는, 신호전송해야 할 타이밍에 있어서 신호전송펄스를 인가함으로써, 신호전송 트랜지스터(10-1,10-2,…)를 온시켜 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타난 전압을 증폭신호 축적용량(11-1,11-2,…)에 전송하여 축적시킬 수 있다.
수평어드레스회로(13)는 수평 1라인당 독출해야 할 화소위치를 순차 선택해 가기 위한 것으로, n×m 구성(n행 m열 구성)의 화소의 독출에 있어서 수평 1라인의 독출주사속도 대응에 그때 그때의 주사위치에 해당하는 화소위치의 수평(row)선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)를 액티브(active)로 하도록 수평어드레스펄스를 발생시키는 구성으로 하고 있다.
따라서, n×m 구성(n행 m열 구성)의 화소의 독출에 있어서, 순차 라인위치를 바꾸면서 그 라인에서의 화소의 신호를 독출한다고 하는 주사를 제어할 수 있다.
이하, 도 2의 타이밍차트를 참조하여 이 MOS형 고체촬상장치의 동작에 대해 설명한다.
수직어드레스회로(5)로부터, 수직어드레스선(6-i)에 당해 수직어드레스선(6-i)을 하이레벨로 하는 어드레스펄스가 인가되면, 이 행의 선택트랜지스터(3-i-1,3-i-2,…)만 온으로 되고, 이 행의 증폭트랜지스터(2-i-1,2-i-2,…)와 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)로 소스 폴로워(source follower)회로가 구성된다.
이에 따라, 증폭트랜지스터(2-i-1,2-i-2,…)의 게이트전압, 즉 포토다이오드(1-i-1,1-i-2,…)의 전압과 거의 동등한 전압이 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타난다.
이때, 신호전송 트랜지스터(10-1,10-2,…)의 공통게이트(14)에 신호전송펄스를 인가하면, 증폭신호 축적용량(11-1,11-2,…)에는 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타난 전압과 그 용량과의 곱으로 나타나는 증폭된 전하가 축적된다.
증폭신호 축적용량(11-1,11-2,…)에 신호전하가 축적된 후, 수직어드레스회로(5)는 리세트라인(7-i)에 리세트펄스를 인가한다. 그리고, 이 리세트펄스에 의해 리세트 트랜지스터(4-i-1,4-i-2,…)는 온되고, 포토다이오드(1-i-1,1-i-2,…)에 축적된 신호전하는 리세트 트랜지스터(4-i-1,4-i-2,…)를 매개해서 방전된다. 이에 따라, 포토다이오드(1-i-1,1-i-2,…)는 리세트된 것으로 된다.
다음에, 수평어드레스회로(13)로부터 수평어드레스펄스를 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)에 순차 인가한다. 그러면, 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)는 이 수평어드레스펄스가 인가되고 있는 동안 온으로 된다. 그리고, 증폭신호 축적용량(11-1,11-2,…)에 축적되어 있던 신호전하는 온으로 된 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)를 통해 축적신호출력단(수평신호선; 15)으로부터 출력된다. 이에 따라, 1행분의 화상신호가 출력신호로서 얻어진다.
이 동작을 다음의 행(수평라인), 다음의 행으로 순차 계속함으로써, 2차원 형상으로 배치된 포토다이오드의 모든 신호를 독출할 수 있다.
이와 같이, 순차 라인위치를 바꾸면서 독출제어를 행함으로써, 1화면분의 화상신호를 순차 취출할 수 있고, 연속적으로 이 동작을 반복하면 동화상이 얻어지게 된다.
상술한 종래의 MOS형 고체촬상장치의 단위셀(P0-i-j)은, 포토다이오드(1-i-j)로부터의 전하신호를 증폭하는 증폭트랜지스터(2-i-j), 신호를 독출하는 라인을 선택하는 수직선택 트랜지스터(3-i-j), 증폭트랜지스터의 게이트를 충방전하는 리세트 트랜지스터(4-i-j)의 계 3개의 트랜지스터가 반드시 필요하다. 즉, 종래의 MOS형 고체촬상장치는, 단위화소에 상당하는 수광부인 포토다이오드 1개당 3트랜지스터 구성으로 되기 때문에 , 단위셀을 미세화하는 것, 더 나아가서는 촬상장치 자체를 미세화하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다.
또, 증폭트랜지스터(2-i-j)를 이용해 전하신호를 증폭하여 출력시키므로, 이 증폭트랜지스터(2-i-j)에 의한 잡음의 문제도 남는다. 즉, 증폭트랜지스터(2-i-j)는 화소인 단위셀마다 설치되지만, 포토다이오드가 광을 받고 있지 않을 때에도, 증폭트랜지스터는 출력을 발생한다. 이것은 증폭트랜지스터의 특성상, 회피할 수 없는 암전류나 열잡음, 그리고 임계치전압의 변동에 기인하는 것으로, 매트릭스배치의 각 화소셀에서 각각 다른 고유의 것이기 때문에, 똑같은 광을 광면 전면에 쬔다고 해도, 얻어지는 화상신호의 레벨은 각 화소에서 똑같이 되지 않고, 휘도얼룩이 있는 화상신호로 된다. 이 휘도얼룩이 있는 화상은 잡음이 2차원 형상으로 분포하는 잡음, 즉 화면이라고 하는 평면에 분포하는 잡음으로, 장소적으로 고정되어 있다고 하는 의미에서 고정패턴잡음이라고 부른다. 이 잡음의 문제는 심각하고, 화소를 미세화함으로써 한층 현저해지기 때문에, 촬상용으로는 그 개선을 도모하지 않으면 실용화는 의심스럽다.
본 발명의 목적은, 제1로는 미세화할 수 있어 소형화, 단일전원화를 도모할 수 있도록 한 증폭형 MOS형 고체촬상장치를 이용한 각종 응용장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은, 제2로는 잡음의 영향이 없는 깨끗한 화상신호를 얻을 수 있도록 한 노이즈 캔슬러(noise canceller)회로가 부착된 증폭형 MOS형 고체촬상장치 및 그 응용장치를 제공하는 것이다. 또, 잡음의 영향이 없는 깨끗한 화상신호를 얻을 수 있도록 한 잡음제거방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 신호전하를 셀내에서 증폭하는 증폭형 MOS 센서에 의한 고체촬상장치 및 고체촬상장치를 이용한 시스템에 관한 것이다.
도 1은 MOS형 고체촬상장치의 종래예의 구성을 나타낸 회로도,
도 2는 도 1의 종래예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 3은 고체촬상소자의 기본적 구성을 나타낸 도면,
도 4는 화상검출부로서 MOS 센서를 이용한 장치의 일반적 구성을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제2실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 비디오 카메라의 실시예를 나타낸 도면,
도 6은 색필터 어레이(104)와 MOS 센서(105)를 일체화한 구성의 MOS 촬상디바이스의 일례를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 제3실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 다른 비디오 카메라의 실시예를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 제4실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서의 증폭형 MOS 센서의 네트워크 시스템으로의 응용예를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 제5실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서의 증폭형 MOS 센서의 스틸 카메라로의 응용예를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 제6실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 팩시밀리장치의 실시예를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 제7실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 전자복사기의 실시예를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 제8실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 핸디(handy)형 이미지 스캐너의 실시예를 나타낸 도면,
도 13은 본 발명의 제9실시예를 설명하기 위한 도면으로, 기계절체식의 색필터를 이용한 증폭형 MOS 센서의 구성예를 나타낸 도면,
도 14는 본 발명의 제10실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서의 증폭형 MOS 센서의 필름 스캐너장치로의 응용예를 설명하기 위한 도면,
도 15는 본 발명의 제11실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 오토포커스기구가 부착된 1안 레플렉스 카메라의 실시예를 나타낸 도면,
도 16a, 도 16b, 도 16c는 오토포커스기구의 초점정합의 원리를 설명하기 위한 도면,
도 17은 본 발명의 제12실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 18은 제12실시예에서의 수직어드레스회로의 회로구성예를 나타낸 도면,
도 19는 제12실시예에서의 수직어드레스회로의 다른 회로구성예를 나타낸 도면,
도 20은 제12실시예에서의 수직어드레스회로의 더욱 다른 회로구성예를 나타낸 도면,
도 21은 제12실시예의 단위셀의 회로도,
도 22a, 도 22b, 도 22c는 제12실시예의 단위셀의 증폭트랜지스터의 임계치전압의 변동을 보정하는 원리를 설명하는 도면,
도 23은 제12실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 24는 제12실시예의 노이즈 캔슬러 부분의 회로구조를 나타낸 단면도,
도 25a, 도 25b는 제12실시예의 단위셀의 장치구조를 나타낸 단면도,
도 26은 제12실시예의 단위셀 부분의 반도체기판의 변형예를 나타낸 도면,
도 27은 CCD형 고체촬상장치의 종래예의 셀의 단면도,
도 28은 제12실시예에서의 단위셀 부분의 반도체기판의 다른 변형예를 나타낸 도면,
도 29는 제12실시예의 단위셀 부분의 반도체기판의 더욱 다른 변형예를 나타낸 도면,
도 30은 제12실시예의 단위셀 부분의 반도체기판의 또 다른 변형예를 나타낸 도면,
도 31은 제12실시예의 단위셀 부분의 반도체기판의 또 다른 변형예를 나타낸 도면,
도 32는 제12실시예의 단위셀 부분의 반도체기판의 또 다른 변형예를 나타낸 도면,
도 33은 본 발명의 제13실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치 구성예를 나타낸 회로도,
도 34는 제13실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 35는 본 발명의 제14실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 36은 제14실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 37은 본 발명의 제15실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 38은 본 발명의 제16실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 39는 본 발명의 제17실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 40은 본 발명의 제18실시예를 설명하기 위한 도면으로, 제18실시예에서의 MOS형 고체촬상장치의 제1구성예를 나타낸 회로도,
도 41은 본 발명의 제18실시예를 설명하기 위한 도면으로, 제18실시예에서의 MOS형 고체촬상장치의 제2구성예를 나타낸 회로도,
도 42는 본 발명의 제19실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 구성예를 나타낸 회로도,
도 43은 본 발명의 제20실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 구성예를 나타낸 회로도,
도 44는 본 발명의 제21실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 구성예를 나타낸 회로도,
도 45는 본 발명의 변형예에 있어서, 수평신호선에 접속되는 비디오 앰프의 회로도,
도 46은 본 발명의 제22실시예를 설명하기 위한 도면으로, 이 실시예에 따른 증폭형 MOS형 센서를 이용한 고체촬상장치를 나타낸 회로구성도,
도 47은 도 46의 고체촬상장치의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 48은 도 46의 고체촬상장치에서의 슬라이스 트랜지스터의 포텐셜도,
도 49는 전송 트랜지스터를 이용한 셀을 나타낸 회로구성도,
도 50은 본 발명의 제23실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 고체촬상장치를 나타낸 회로구성도,
도 51은 도 50의 고체촬상장치의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 52는 본 발명의 제24실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 고체촬상장치를 나타낸 회로구성도,
도 53은 본 발명의 제24실시예에 따른 고체촬상장치를 나타낸 회로구성도로, 도 52의 구성의 일부를 변형한 고체촬상장치를 나타낸 회로구성도.
도 54는 도 52, 도 53에 나타낸 제24실시예에 따른 고체촬상장치의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 55는 수직신호선전위와 클램프노드전위의 시간변화를 나타낸 도면,
도 56은 수직신호선전위와 클램프노드전위의 시간변화를 나타낸 도면,
도 57은 본 발명의 제25실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에 따른 MOS형 고체촬상장치의 구성을 나타낸 회로도,
도 58은 제25실시예의 회로에서의 수직어드레스회로(5)의 회로구성예를 나타낸 도면,
도 59는 제25실시예의 회로에서의 수직어드레스회로(5)의 다른 회로구성예를 나타낸 도면,
도 60은 제25실시예의 회로에서의 수직어드레스회로(5)의 더욱 다른 회로구성예를 나타낸 도면,
도 61은 제25실시예의 회로에서의 단위셀의 회로도,
도 62는 제25실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 63은 제25실시예의 회로에서의 단위셀 부분의 반도체기판의 또 다른 변형예를 나타낸 도면,
도 64는 제25실시예의 회로에서의 단위셀 부분의 반도체기판의 또 다른 변형예를 나타낸 도면,
도 65는 제25실시예의 회로에서의 단위셀 부분의 출력회로의 변형예의 회로도,
도 66은 본 발명의 제26실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 67은 제26실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 68은 본 발명의 제27실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 69는 본 발명의 제28실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 70은 제28실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 71은 제28실시예의 회로에서의 슬라이스 트랜지스터의 포텐셜도,
도 72는 본 발명의 제29실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 73은 본 발명의 제30실시예를 설명하기 위한 도면으로, 제30실시예에서의 MOS형 고체촬상장치의 제1구성예를 나타낸 회로도,
도 74는 본 발명의 제30실시예를 설명하기 위한 도면으로, 제30실시예에서의 MOS형 고체촬상장치의 제2구성예를 나타낸 회로도,
도 75는 제30실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 76은 제30실시예의 회로에서의 노이즈 캔슬러회로의 포텐셜도,
도 77은 본 발명의 제31실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 78은 제31실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 79는 본 발명의 제32실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 80은 제32실시예의 회로에서의 단위셀의 회로도,
도 81은 본 발명의 제33실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 82는 제33실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 83은 본 발명의 제34실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 84는 제34실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 85는 본 발명의 제35실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 86은 본 발명의 제36실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 87은 본 발명의 제37실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 88은 제37실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 89는 본 발명의 제38실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 구성예를 나타낸 회로도,
도 90은 본 발명의 제39실시예를 설명하기 위한 도면으로, 제39실시예에서의 MOS형 고체촬상장치의 제1구성예를 나타낸 회로도,
도 91은 본 발명의 제39실시예를 설명하기 위한 도면으로, 제39실시예에서의 MOS형 고체촬상장치의 제2구성예를 나타낸 회로도,
도 92는 제39실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 93은 본 발명의 제40실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 구성예를 나타낸 회로도,
도 94는 본 발명의 제41실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 구성예를 나타낸 회로도,
도 95는 본 발명의 제42실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 구성예를 나타낸 회로도,
도 96은 제42실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 97은 제42실시예의 장치구조를 나타낸 도면,
도 98은 본 발명의 제43실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 구성예를 나타낸 회로도,
도 99는 본 발명의 제44실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 구성예를 나타낸 회로도,
도 100은 본 발명의 제45실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 구성예를 나타낸 회로도,
도 101은 본 발명의 제46실시예를 설명하기 위한 도면으로, MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 구성예를 나타낸 회로도,
도 102는 제46실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트,
도 103은 본 발명의 제47실시예를 설명하기 위한 도면으로, 본 발명에서의 MOS 셀 매트릭스를 랜덤 억세스하고자 하는 경우의 셀부를 포함한 주변회로의 구성예를 나타낸 블록도,
도 104는 도 103의 구성에서의 어드레스버퍼(BVA,BHA) 및 디코더회로(DV,DH)의 구체적인 구성예를 나타낸 회로도이다.
본 발명은 다음에 나타낸 바와 같은 내용을 포함한다.
본 발명에 따른 화상시스템은, 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와, 상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및, 이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고, 상기 센서가, 상기 소정 위치에 배치된 광전변환소자와, 이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로 및, 이 출력회로의 출력과 접속되고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로에서 본 임피던스가 동일하며, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 이 장치는 임피던스 동일을 특징으로 한 광학시스템이다.
또, 다른 본 발명의 화상시스템은, 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와, 상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및, 이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고, 상기 센서가, 상기 소정 위치에 배치된 광전변환소자와, 이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로, 이 출력회로에 접속된 신호선 및, 일단이 상기 신호선에 접속된 클램프용량과, 이 클램프용량의 타단과 소정 위치의 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 클램프용량과 상기 샘플홀드용량의 2배 미만의 용량을 상기 신호선과 소정 위치의 사이에 선택적으로 인가하는 임피던스 보정회로를 갖추고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 이 장치는 임피던스보정이라는 개념을 특징으로 한 광학시스템이다.
또, 다른 본 발명의 화상시스템은, 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와, 상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및, 이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고, 상기 센서가, 상기 소정 위치에 배치된 광전변환소자와, 이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로, 이 출력회로의 출력과 접속된 신호선, 이 신호선에 입력이 접속된 소스폴로워회로, 이 소스폴로워회로의 출력에 일단이 접속된 클램프용량, 이 클램프용량의 타단과 제1소정 위치의 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 클램프용량의 타단과 제2소정 위치 사이에 접속되고, 선택적으로 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 클램프 트랜지스터를 갖춘 것을 특징으로 한다. 이 장치는 용량의 중첩을 가능하게 한 회로와 소스폴로워를 특징으로 한 광학시스템이다.
또한, 다른 본 발명의 화상시스템은, 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와, 상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및, 이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고, 상기 센서가, 상기 소정 위치에 배치된 광전변환소자와, 이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로, 이 출력회로의 출력과 접속된 신호선, 이 신호선에 일단이 접속된 클램프용량, 이 클램프용량의 타단과 제1소정 위치의 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 클램프용량의 타단과 제2소정 위치 사이에 접속되고, 소정의 타이밍에서 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 클램프 트랜지스터를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 이 장치는 용량의 중첩을 가능하게 한 회로를 특징으로 한 광학시스템 전반에 적용할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 화상시스템은, 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와, 상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및, 이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고, 상기 센서가, 제1타이밍에서 잡음 및 상기 광량에 대응한 전압을 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 대응한 전압을 출력하는 화소와, 이 화소의 출력이 공급되는 제1노드와, 전하를 축적하는 제2노드 및, 이 제2노드로부터 상기 제1노드의 전위에 따라 제어된 소정량의 전하가 전송되는 제3노드를 갖춘 3단자소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 이 장치는 3단자의 노이즈 캔슬러회로를 이용한 것을 특징으로 한 광학시스템이다.
또, 본 발명의 다른 화상시스템은, 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와, 상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및, 이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고, 상기 센서가, 제1타이밍에서 잡음 및 상기 광량에 대응한 전압을 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 대응한 전압을 출력하는 화소와, 상기 제1타이밍에 있어서 상기 화소의 출력전압에 따른 전하량과 상기 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력전압에 따른 전하량의 차를 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 다른 화상시스템은, 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와, 상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및, 이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고, 상기 센서가, 제1타이밍에서 잡음 및 상기 광량에 대응한 제1전기신호를 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 대응한 제2전기신호를 출력하는 화소와, 동일한 입력임피던스로 상기 제1 및 제2전기신호를 입력하고, 상기 제1 및 제2전기신호의 차분을 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 화상시스템은, 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와, 상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및, 이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고, 상기 화상처리수단의 출력의 다이내믹 레인지가 70dB 이상인 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 화상시스템은, 상기 센서의 출력은 아날로그신호이고, 상기 화상처리수단은 상기 센서의 출력을 디지털신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환회로와, 상기 센서의 동작을 제어하는 타이밍신호를 상기 센서에 공급하는 타이밍신호 발생회로를 더 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 화상시스템은, 상기 신호가공부는 상기 화상처리수단의 출력에 대해 소정의 프로세스처리를 실시하는 프로세스회로와, 이 프로세스회로의 출력을 복합영상신호로 변환하는 엔코더회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 화상시스템은, 상기 광학계는, 상기 광학상을 집광하는 렌즈와, 상기 화상처리수단에 대한 입사광량을 조정하는 조리개 조정수단, 상기 렌즈와 상기 화상처리수단의 거리를 조정하는 포커스 조정수단 및, 상기 화소상에 설치된 색필터를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 화상시스템은, 상기 화상처리수단이 상기 광학상의 파장에 따라 복수 설치되어 있고, 상기 광학계는, 상기 광학상을 집광하는 렌즈와, 상기 화상처리수단에 대한 입사광량을 조정하는 조리게 조정수단, 상기 렌즈와 복수의 상기 화상처리수단의 거리를 조정하는 포커스조정수단 및, 상기 렌즈에 의해 집광된 광학상을 파장에 의해 복수로 분광하고, 이 분광된 광학상을 복수의 상기 화상처리수단에 공급하는 분광수단을 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 화상시스템은, 상기 피사체에 광을 조사하는 광원을 더 갖추고, 상기 신호가공부는 상기 화상처리수단의 출력에 따라 상기 피사체에 대응하는 화상을 인쇄하는 인쇄장치를 포함하고, 상기 광학상은 상기 광원으로부터의 광에 의한 상기 피사체로부터의 반사광인 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 화상시스템은, 상기 피사체에 광을 조사하는 광원을 더 구비하고, 상기 신호가공부는 상기 화상처리수단의 출력을 전화회로로 송신하기 n이한 신호변환을 행하는 모뎀을 포함하고, 상기 광학상은 상기 광원으로부터의 광에 의한 상기 피사체로부터의 반사광인 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 화상시스템은, 상기 피사체에 광을 조사하는 광원과, 상기 피사체와 상기 광원을 상대적으로 이동시키는 이동수단, 상기 피사체와 상기 광원의 위치관계를 검출하는 위치검출수단을 더 갖추고, 상기 신호가공부는 상기 위치검출수단의 출력을 이용하여 상기 화상처리수단의 출력을 가공하고, 상기 광학상은 상기 광원으로부터의 광에 의한 상기 피사체로부터의 반사광인 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 다른 화상시스템은, 상기 화상처리수단에 있어서 상기 화소는 소정 방향으로 1차원으로 배열되어 있고, 상기 광학계는 이동수단에 의해 이동가능 하게 배치된 렌즈와, 이 렌즈에 의해 상기 센서측에 거리를 두고서 배치되고, 상기 렌즈로부터의 광을 상기 소정 방향으로 2분하여 상기 센서에 공급하는 1쌍의 분리렌즈를 포함하고, 상기 신호가공부는 2분된 상기 분리렌즈로부터의 광의 초점위치간의 거리를 검출하고, 이 검출결과를 기초로 상기 이동수단을 구동하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 화상시스템은, 상기 피사체에 광을 조사하는 광원을 더 갖추고, 상기 피사체는 상기 광원과 상기 센서 사이에 배치되어 영상이 촬영된 필름인 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명은 고체촬상장치에 관한 것으로, 이 고체촬상장치는, 광전변환소자와, 이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하고, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로 및, 이 출력회로의 출력과 접속되고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로로부터 본 임피던스가 동일하며, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 더욱이, 본 구성에 있어서, 상기 출력회로와 상기 잡음제거회로를 접속하는 신호선을 더 구비한 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 상기 잡음제거회로는, 일단이 상기 신호선에 접속된 클램프용량과, 이 클램프용량의 타단과 클램프전위와의 사이에 접속되어 선택적으로 도통하는 클램프 트랜지스터, 상기 클램프용량의 타단과 소정 전위 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 신호선과 소정 전위 사이에 접속된 임피던스 보정회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 더욱이, 상기 임피던스 보정회로는, 상기 클램프 트랜지스터가 비도통인 경우에 선택적으로 도통되는 스위치소자와, 이 스위치소자와 직렬접속되고, 상기 클램프용량과 상기 샘플홀드용량의 직렬 용량과 동일한 용량을 갖춘 보정회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 더욱이, 상기 잡음제거회로는 게이트가 상기 신호선에 접속된 슬라이스 트랜지스터를 갖추고, 상기 출력회로로부터 본 임피던스는 상기 슬라이스 트랜지스터의 게이트용량인 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 상기 잡음제거회로는, 상기 슬라이스 트랜지스터의 소스와 슬라이스펄스 공급단자 사이에 접속된 슬라이스용량과, 상기 슬라이스 트랜지스터의 드레인과 소정 전위 사이에 접속되고, 상기 차분을 충전하는 슬라이스 전하전송용량을 더 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 광전변환소자와, 이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로, 이 출력회로에 접속된 신호선, 일단이 상기 신호선에 접속된 클램프용량과, 이 클램프용량의 타단과 소정 전위 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 클램프용량과 상기 샘플홀드용량의 직렬용량과 상기 클램프용량과의 차의 2배 미만의 용량을 상기 신호선과 소정 전위의 사이에 선택적으로 인가하는 임피던스 보정회로를 갖추고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 또 다른 고체촬상장치는, 광전변환소자와, 이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하고, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로, 이 출력회로에의 출력과 접속된 신호선, 이 신호선에 입력이 접속된 소스폴로워회로, 이 소스폴로워회로의 출력에 일단이 접속된 클램프용량, 이 클램프용량의 타단과 제1소정 위치 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 클램프용량의 타단과 제2소정 위치 사이에 접속되어 선택적으로 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 클램프용량 트랜지스터를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 고체촬상장치를 반도체 집적회로소자로 형성함에 대해 그 반도체 집적회로 소자구조에 있어서, 상기 클램프용량과 상기 샘플홀드용량이 동일 기판상에서 평면적으로 겹쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 광전변환소자와, 이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로, 이 출력회로의 출력과 접속된 신호선, 이 신호선에 일단이 접속된 클램프용량, 이 클램프용량의 타단과 제1소정 위치 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 클램프용량의 타단과 제2소정 위치 사이에 접속되고, 소정 타이밍에서 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 클램프 트랜지스터를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 고체촬상장치는, 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 전압을 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 전압을 출력하는 화소와, 이 화소의 출력이 공급되는 제1노드와, 전하를 축적하는 제2노드 및, 이 제2노드로부터 상기 제1노드의 전위에 따라 제어된 소정 양의 전하가 전송되는 제3노드를 갖춘 3단자소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 더욱이, 상기 3단자소자는 상기 제1노드를 게이트, 상기 제2노드를 소스, 상기 제3노드를 드레인으로 하는 MOS트랜지스터인 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 고체촬상장치는, 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 전압을 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 전압을 출력하는 화소와, 상기 제1타이밍에 있어서 상기 화소의 출력전압에 따른 전하량과 상기 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력전압에 따른 전하량의 차를 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 구성으로 하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수평선택선과, 이 수평선택선과 교차하는 복수의 수직신호선, 상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 설치되고, 동일한 입력임피던스에서 상기 제1 및 제2전기신호를 입력받아 상기 제1 및 제2전기신호의 차분을 출력하는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수평선택선과, 이 수평선택선과 교차하는 복수의 수직신호선, 상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 접속된 제1노드와, 전하를 축적하는 제2노드 및, 이 제2노드로부터 상기 제1노드의 전위에 따라 제어된 소정 양의 전하가 전송되는 제3노드를 갖춘 3단자소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력의 차분을 얻는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 구성인 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수평선택선과, 이 수평선택선과 교차하는 복수의 수직신호선, 상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전압을 대응하는 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전압을 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 설치되고, 상기 제1전압에 따른 전하량과 상기 제2전압에 따른 전하량의 차를 출력하는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수평선택선과, 이 수평선택선과 교차하는 복수의 수직신호선, 상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 복수의 수직신호선의 각 일단과 접속된 복수의 클램프용량과, 이 복수의 클램프용량의 각 타단과 제1소정 위치 사이에 접속된 복수의 샘플홀드용량 및, 상기 복수의 클램프용량의 각 타단과 제2소정 전위 사이에 접속되어 소정의 타이밍에서 대응하는 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 복수의 클램프 트랜지스터를 구비한 복수의 잡음제거회로를 갖추고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수직신호선과, 이 복수의 수직신호선에 대응하여 각각 설치되고, 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하며, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 설치되고, 동일한 입력임피던스에서 상기 제1 및 제2전기신호를 입력받아 상기 제1 및 제2전기신호의 차분을 출력하는 복수의 잡음제거회로를 갖추고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수직신호선과, 이 복수의 수직신호선에 대응하여 각각 설치되고, 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하며, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 접속된 제1노드와, 전하를 축적하는 제2노드 및, 이 제2노드로부터 상기 제1노드의 전위에 따라 제어된 소정 양의 전하가 전송되는 제3노드를 갖춘 3단자소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력의 차분을 얻는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수직신호선과, 이 복수의 수직신호선에 대응하여 각각 설치되고, 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전압을 대응하는 상기 수직신호선에 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전압을 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 설치되고, 상기 제1전압에 따른 전하량과 상기 제2전압에 따른 전하량의 차를 출력하는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수직신호선과, 이 복수의 수직신호선에 대응하여 각각 설치되고, 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하며, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 복수의 수직신호선의 각 일단과 접속된 복수의 클램프용량과, 이 복수의 클램프용량의 각 타단과 제1소정 위치 사이에 접속된 복수의 샘플홀드용량 및, 상기 복수의 클램프용량의 각 타단과 제2소정 전위 사이에 접속되어 소정의 타이밍에 대응하는 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 복수의 클램프 트랜지스터를 구비한 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수평선택선과, 이 수평선택선과 교차하는 수직신호선, 상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 수직신호선의 일단에 설치되고, 동일한 입력임피던스에서 상기 제1 및 제2전기신호를 입력하여 상기 제1 및 제2전기신호의 차분을 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수평선택선과, 이 수평선택선과 교차하는 수직신호선, 상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 수직신호선의 일단에 접속된 제1노드와, 전하를 축적하는 제2노드 및, 이 제2노드로부터 상기 제1노드의 전위에 따라 제어된 소정 양의 전하가 전송되는 제3노드를 갖춘 3단자소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수평선택선과, 이 수평선택선과 교차하는 수직신호선, 상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전압을 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전압을 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 수직신호선의 일단에 설치되고, 상기 제1전압에 따른 전하량과 상기 제2전압에 따른 전하량과의 차를 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 다른 고체촬상장치는, 복수의 수평선택선과, 이 수평선택선과 교차하는 수직신호선, 상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및, 상기 수직신호선의 일단과 접속된 클램프용량과, 이 클램프용량의 타단과 제1소정 전위 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 클램프용량의 타단과 제2소정 전위 사이에 접속되어 소정의 타이밍에서 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 클램프 트랜지스터를 구비한 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명은 고체촬상장치 반도체 집적회로에 관한 것으로, 직접회로화함에 대해 그 구조로서, 반도체기판과, 이 반도체기판 표면에 형성된 고체촬상장치 및, 이 고체촬상장치상에 형성되고, 상기 복수의 화소에 대응하는 복수의 개구를 갖춘 차광막을 갖춘 것을 특징으로 한다. 더욱이, 상기 개구상에 선택적으로 형성된 색필터를 더 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 상기 개구상에 형성된 마이크로렌즈를 더 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명은 노이즈 캔슬방법으로서, MOS트랜지스터의 게이트에 제1전압을 인가하는 단계와, 상기 MOS트랜지스터의 소스에 일단이 접속된 콘덴서에 충전된 전하를 리세트하는 단계, 상기 콘덴서의 타단에 제1펄스를 인가하고, 소정 전하를 상기 MOS트랜지스터의 소스로부터 드레인을 매개로 방전하는 단계, 상기 MOS트랜지스터의 게이트에 제2전압을 인가하는 단계 및, 상기 콘덴서의 타단에 상기 제1펄스와 진폭이 동일한 제2펄스를 인가하고, 상기 제1전압과 제2전압의 차분에 상당하는 전하를 상기 MOS트랜지스터의 소스로부터 드레인에 전송하는 단계를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명은, 차분추출하는 노이즈 캔슬방법으로서, 제1콘덴서의 일단에 제1전압을 인가함과 더불어 상기 제1콘덴서의 타단에 클램프전압을 인가하는 단계와, 상기 제1콘덴서의 일단에 제2전압을 인가함으로써 상기 제1콘덴서의 타단에 상기 제1전압과 제2전압의 차분을 상기 제1콘덴서의 타단에 일단이 직접 접속된 제2콘덴서에 충전하는 단계를 갖춘 것을 특징으로 하고 있다. 더욱이, 상기 제1콘덴서의 일단은 임피던스 변환회로의 출력단자에 접속되고, 상기 제1 및 제2전압은 이 임피던스 변환회로의 출력인 것을 특징으로 한다. 더욱이, 상기 제1 및 제2전압은 한쪽이 고체촬상소자의 화소에 입사된 입사광에 대응하는 출력전압과 상기 화소로부터 발생되는 고정패턴 노이즈전압의 합이고, 다른쪽이 상기 고정패턴 노이즈인 것을 특징으로 하고 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 MOS형 고체촬상장치 및 그 응용장치의 실시예를 설명한다.
고체촬상소자는 종래의 CCD 센서를 이용하는 것이 일반적이다. 고체촬상소자의 기본적 구성은 도 3에 나타낸 바와 같이 입력부(I), 처리부(II), 출력부(III)로 이루어진다. 입력부(I)는 수광부이고, 이 수광부(I)는 화소를 구성하는 포토다이오드를 복수 화소분 배열하고 수광량에 대응하여 각 화소로부터 전기신호를 출력하는 구성이다. 처리부(II)는 이 각 화소의 신호를 순서대로 독출함과 더불어 잡음제거하는 부분이고, 출력부(III)는 각 화소로부터 독출된 신호를 출력하는 회로이다. CCD 센서의 경우, 복수 종류의 구동전원을 필요로 하여 생(省)에너지화를 도모하기 어려우며, 또 전지구동으로 하는 경우에 복수 종류의 전압을 만들기 위해 회로규모가 큰 전원회로를 필요로 한다.
본 발명에서는 CCD 센서 대신에, 단일전원으로 구동가능한 MOS 센서를 이용하고, MOS 센서의 문제로 되는 S/N의 문제를 상기 처리부에 독출제어를 위한 회로 외에 노이즈 캔슬러회로를 설치하여 해결한다. 그리고, 이에 따라 생에너지화와 소형화를 도모한다.
본 발명에서 이용되는 MOS 센서는, m×n개의 포토다이오드를 매트릭스형상으로 배열한 m×n화소 구성의 MOS 센서로, 포토다이오드 m×n개를 매트릭스형상으로 배열한 수광부(입력부)와, 이 수광부를 구성하는 각 포토다이오드로부터 순서대로 신호를 독출하기 위한 독출부 및 노이즈 캔슬러회로부를 갖춘 처리부, 이 처리부에서 독출된 신호를 출력하는 출력부로 구성된다.
처리부에는 독출부와 본 발명에 따른 노이즈 캔슬러회로가 설치되어 있다. 본 발명에서 이용되는 MOS 센서는, 잡음성분만을 취출하는 타이밍과 잡음성분이 탄 신호성분의 취출의 타이밍으로 나누어 신호를 취출하고, 이것으로부터 잡음성분을 제거함으로써 잡음의 영향이 없는 신호성분을 얻고자 하는 것이다. 그리고, 노이즈 캔슬러회로는 잡음성분만의 출력시와, 잡음성분과 신호성분의 출력시에서 임피던스를 맞출 수 있도록 하여 정밀도 좋게 잡음제거할 수 있도록 했다. 이러한 노이즈 캔슬러회로를 갖춤으로써, 본 발명에서 이용하는 MOS 센서는 실용화레벨에 도달한 저노이즈이고, 게다가 고속으로 잡음제거가 행해지는 고성능의 MOS 센서로 되고 있다.
또 고체촬상소자로서, 본 발명에서 이용되는 MOS 센서를 이용하도록 하면, MOS 센서에서의 광전변환을 행하는 센서부와, 그 외의 회로(IV변환회로, AGC회로, CLP회로, ADC회로)는 통상의 MOS 프로세스를 이용하여 제조할 수 있게 된다. 그 때문에, 이들 회로를 동일 반도체칩상에 형성하는 것이 용이해진다. 또, 이에 따라 저소비전력화가 실현되어 비디오 카메라 등에 있어서는 단일전원으로 구동가능하게 되며, 전원회로가 간단화되어 전지구동이 쉬워진다.
제1실시예
시스템 실시예
저소비전력·저전압화를 도모하고, 게다가 S/N이 좋은 단일전원화를 도모한 MOS형 고체촬상장치를 적용한 각종 시스템을 설명한다.
도 4에 화상검출부로서 MOS 센서를 이용한 장치의 일반적인 구성을 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 광학계(A1), MOS 센서(A2), 신호응용부(A3)로 구성되어 있다. 광학계(A1)는 MOS 센서(A2)에 광학상을 인도하는 장치로, 구체적으로는 렌즈, 프리즘, 핀홀, 2색성 미러(dichroic mirror), 집광성 광파이버, 凹면경, 凸면경, 색필터, 셔터기구, 조리개기구 등을 시스템의 용도에 따라 적절히 조합시켜 구성된다.
MOS 센서(A2)는 광학계(A1)로 인도된 광학상을 그 광량 대응으로 화상신호로 변환함과 더불어, 잡음제거처리하여 잡음이 없는 신호성분만을 출력하는 장치이다. MOS 센서(A2)가 갖는 이 잡음제거처리의 요소가, 상세(詳細)는 후술하는 중요한 요소의 하나인 노이즈 캔슬러회로이다.
신호응용부(A3)는 잡음제거처리된 MOS 센서(A2)의 출력을 시스템의 형태에 따라 가공하는 장치이다. 예컨대, 시스템으로서 비디오 카메라를 상정(想定)한 경우에 있어서는, 신호응용부(A3)는 MOS 센서(A2)로부터 출력된 화상신호를 PAL방식 혹은 NTSC방식 등의 복합영상신호로 변환하는 등의 응용기능부분이다.
MOS 센서(A2)는, 단일전원으로 구동가능하고, 또 광을 전기신호로 변환하기 위한 수광부로서 포토다이오드를 이용하고 있다. 포토다이오드는 화소에 상당하는 것으로, 복수개 매트릭스형상으로 배설하고 있는 것은 종래와 동일하다. 화소를 미세화하기 위해 포토다이오드는 면적이 작아지는데, 그 때문에 출력은 작아지고, 그 작은 출력을 증폭하기 위해 화소에 대응하여 증폭기(트랜지스터)를 설치하고 있다. 이 증폭기(트랜지스터)를 통과함으로써 발생하는 잡음(증폭트랜지스터의 특성상 피할 수 없는 잡음성분)을, MOS 센서(A2)가 갖춘 포토다이오드의 출력의 리세트조작, 이 리세트조작시의 증폭기(트랜지스터)의 출력신호(잡음성분)의 유지, 이 유지한 출력신호(잡음성분)와 리세트조작전, 또는 리세트조작 종료후의 증폭기(트랜지스터)의 출력신호("신호성분 + 잡음성분")를 이용하여 양자의 제거처리라고 하는 처리조작을 행함으로써, 잡음제거하여 신호성분만을 추출한다.
또, 이 MOS 센서(A2)는 후술하는 구성으로 함으로써, 출력신호의 출력진폭이 10mV정도 이하이고, 출력전류가 1㎂정도 이상의 1/f잡음이 없는 출력을 얻을 수 있다. 더욱이 이 MOS 센서(A2)의 출력의 다이내믹 레인지는 CCD 센서와 동정도의 70dB 또는 그 이상으로까지 향상되고, 적당한 신호처리를 실시함으로써 은염필름과 동정도의 90dB까지 더 향상시키는 것도 가능하다.
그 결과, 단일전원으로 고감도의 증폭형 MOS 센서를 촬상디바이스로서 이용한 각종 시스템을 실현할 수 있고, 저소비전력·저전압화를 도모함과 더불어, 게다가 S/N이 좋은 증폭형 MOS형 고체촬상장치(증폭형 MOS 센서)의 응용장치를 제공할 수 있다.
제2실시예
증폭형 MOS 센서의 비디오 카메라로의 응용
제5도에 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 비디오 카메라의 실시예를 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 비디오 카메라(100)는, 피사체상을 취입하는 광학계인 렌즈(101), 이 광학계의 포커스를 조정하기 위한 포커스조정기구(102), 광학계의 입사광량을 조정하는 조리개기구(116)나 포커스조정기구(102)를 제어하는 조리개조정·포커스조정회로(103), 렌즈(101)로 결상된 광학상을 화소단위로 그 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 변환하는 촬상소자인 MOS 센서(105), MOS 센서(105)의 결상면측에 설치되고, 화소마다 RGB의 어느 하나의 색필터부를 갖는 색필터 어레이(104), MOS 센서(105)에 의해 얻어진 전기신호를 전압신호로 변환하는 전류전압변환회로(106), 전류전압변환회로(106)를 거쳐 얻어진 전압신호의 레벨을 조정하는 AGC회로(107), AGC회로(107)를 거쳐 레벨이 맞추어진 전압신호를 클램프하는 클램프회로(CLP; 108), CLP(108)로부터의 출력을 레벨대응의 디지털신호로 변환하는 아날로그·디지털 변환회로(ADC; 109), 시스템 동작의 기본으로 되는 타이밍을 취하는 타이밍 펄스(클럭신호)를 발생하는 타이밍제어회로(110), 이 타이밍제어회로(110)가 출력하는 클럭신호에 동기하여 MOS 센서(105)의 구동제어를 하는 TG/SG회로(111), ADC(109)로부터의 출력인 디지털신호를 프로세스처리하는 프로세스제어회로(112), 이 프로세스제어회로(112)에 의해 프로세스처리된 신호를 엔코드하는 엔코더회로(113), 엔코드된 신호를 출력하는 출력회로(114), 출력회로(114)를 매개해서 출력된 신호를 아날로그신호로 변환하는 디지털·아날로그 변환회로(115)로 이루어진다.
이러한 구성의 비디오 카메라(100)에 있어서, 피사체로부터의 광은 렌즈(101)를 통해 MOS 센서(105)로 입사되고, 입사된 광은 광전변환에 의해 전기신호로 변환되어 전류치로서 출력된다. MOS 센서(105)상에는 각 화소에 대응하여 적, 청, 녹의 색필터가 규칙적으로 배열된 색필터 어레이(104)가 형성되어 있고, 이에 따라 1개의 MOS 센서(105)로부터 3원색에 대응하는 색화상신호가 전기신호로서 출력된다.
MOS 센서(105)로부터 출력된 전기신호는, 전류전압 변환회로(106), AGC회로(107), CLP회로(108)를 매개해서 ADC회로(109)에 공급된다.
ADC회로(109)는 CLP회로(108)로부터의 화상신호에 기초하여, 예컨대 1샘플치가 8비트로 이루어진 디지털 데이터로 변환하고, 이 데이터를 프로세스제어회로(112)로 공급한다.
프로세스제어회로(112)는, 예컨대 색분리회로, 클램프회로, 감마보정회로, 백색클립(white clip)회로, 흑색클립회로, 니(knee)회로 등으로 이루어지고, 공급된 영상신호에 대해 필요에 따라 프로세스처리를 실시한다. 또, 필요에 따라 색밸런스 등의 처리를 실시한다. 이 프로세스제어회로(112)에 의해 처리된 신호는 엔코더회로(113)로 보내진다.
엔코더회로(113)에서는, 보내 온 신호를 연산하여 휘도신호, 색차신호로 변환한다. 또, 비디오 카메라 출력을 네트워크 등에 의해 통신하는 경우에는 이 엔코더회로(113)에 있어서 PAL이나 NTSC방식 등으로의 복합영상신호로 변환하는 처리가 실시된다.
또, MOS 센서(105), 전류전압변환회로(106)는, TG/SG(timing generator/sig nal generator)회로(111)로부터 보내지는 타이밍신호, 동기신호에 의해 타이밍이 제어된다. 이 TG/SG회로(111)의 동작전원 및 출력전압은 MOS 센서(105)에 공급되는 전원레벨과 동일하다.
그 후, 영상신호는 출력회로(114)를 매개해서 D/A변환회로(115)로 공급되고, 이 D/A변환회로(115)는 이 입력된 신호를 아날로그 비디오신호로 변환하여 카메라신호로서 출력한다. 또, 영상신호는 출력회로(114)를 매개해서 직접, 디지털의 신호로서의 출력도 가능하다. 그리고 이들 카메라신호는 비디오 테이프 레코더 등의 기록장치나 모니터장치에 공급된다.
본 실시예에서는, 저소비전력·저전압화를 도모하고, 게다가 1초간에 30프레임의 화상을 처리할 필요가 있는 비디오 카메라에 있어서, 고정패턴 잡음성분을 수평귀선기간내에 제거할 수 있어 S/N이 좋은 고화질의 화상신호를 얻을 수 있는 비디오 카메라를 제공할 수 있다.
또 이 실시예에 있어서, 색필터 어레이(104)와 촬상디바이스인 MOS 센서(105)는 별체의 구성의 것을 사용했지만, 근래에 있어서는 CCD 디바이스를 예로 들어 보면, 촬상디바이스와 색필터를 일체로 한 것도 많다. 그래서, 색필터 어레이(104)와 MOS 센서(105)를 일체화한 구성의 것을 사용하도록 할 수도 있다. 색필터 어레이(104)와 MOS 센서(105)를 일체화한 촬상디바이스는 도 6과 같은 구성으로 하면 좋다.
즉, 다수의 미세한 포토다이오드(PD)가 매트릭스형상으로 형성된 반도체기판(Sub)의 각 포토다이오드 수광면측에 각 포토다이오드 수광면의 영역부분을 개구시킨 차광마스크인 차광막(Mst)를 예컨대 알루미늄에 의해 형성하고, 그 위에 투명한 평활막(Mft)을 형성하며, 더욱이 그 위에 청록색필터(FCy), 적색필터(FMg), 황색필터(FYe)를 형성한다.
포토다이오드(PD)는, 적색상용 Mg, 녹색상용 G, 황색상용 Ye, 청록색상용 Cy로 나뉘어 있고, 청록색필터(FCy)는 녹색상용과 청록색상용의 포토다이오드의 수광면상에, 또 적색필터(FMg)는 적색상용의 포토다이오드의 수광면상에, 황색필터(FYe)는 황색상용의 포토다이오드의 수광면상에 각각 위치하도록 형성한다. 그리고, 상면에 투명한 오버코트층(over-coat layer; Oc)을 형성하고, 그 위에 마이크로 렌즈 어레이(Lmc)를 형성한다. 마이크로 렌즈 어레이(Lmc)는 마수의 미소한 렌즈를 나열하여 형성한 것으로, 각각의 미소한 렌즈부분은 포토다이오드(PD)의 수광면상에 오도록 설치되어 있다. 이 마이크로 렌즈 어레이(Lmc)에 의해 포토다이오드(PD)에 대한 광의 입사량을 확보하여 포토다이오드(PD)의 검출감도를 높이고 있다.
이러한 색필터 일체성형의 촬상디바이스를 단판식 촬상계의 촬상소자(MOS 센서(105))로서 이용하도록 하면, 색필터를 별도로 설치할 필요가 없게 되어 MOS 센서(105)의 수광면에서의 각 화소에 대한 색필터의 위치정합을 생략할 수 있고, 광학계의 생스페이스화를 도모할 수 있게도 된다.
제3실시예
증폭형 MOS 센서의 비디오 카메라로의 응용
도 7에 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 다른 비디오 카메라의 실시예를 나타낸다. 도 7에 나타낸 예는, 도 5가 단판식 촬상계였던 것에 대해, 촬상계를 RGB(적, 녹, 청)의 3계통에 걸친 3판식의 비디오 카메라의 예이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 비디오 카메라(100-2)는, 피사체상을 취입하는 광학계인 렌즈(101), 이 광학계의 포커스를 조정하기 위한 포커스조정기구(102), 광학계의 입사광량을 조정하는 조리개기구(116)나 포커스조정기구(102)를 제어하는 조리개조정·포커스조정회로(103), 렌즈(101)로 취입된 광학상을 RGB의 3원색성분으로 분해하는 색분해 프리즘(201R,201G,201B), 이들 색분해 프리즘(201R,201G,201B)에 의해 RGB의 3원색성분으로 분해된 화상이 결상되어 화소단위로 그 광학상의 광량대응의 전기신호로 변환하는 촬상소자인 R성분용, G성분용, B성분용의 MOS 센서(105R, 105G,105B), 이들 MOS 센서(105R,105G,105B)에 의해 얻어진 전기신호를 전압신호로 변환하는 R성분계통용, G성분계통용, B성분계통용의 전류전압변환회로(106R,106G, 106B), 전류전압변환회로(106R,106G,106B)로 얻어진 전압신호의 레벨을 조정하는 R성분계통용, G성분계통용, B성분계통용의 AGC회로(107R,107G,107B), AGC회로(107R, 107G,107B)를 거쳐 레벨이 맞추어진 전압신호를 클램프하는 R성분계통용, G성분계통용, B성분계통용의 클램프회로(CLP; 108R,108G,108B), CLP(108R,108G,108B)로부터의 출력을 레벨대응의 디지털신호로 변환하는 R성분계통용, G성분계통용, B성분계통용의 아날로그·디지털 변환회로(ADC; 109R,109G,109B), 시스템 동작의 기본으로 되는 타이밍을 취하는 타이밍 펄스를 발생하는 타이밍제어회로(110), 이 타이밍제어회로(110)가 출력하는 타이밍펄스에 동기하여 MOS 센서(105)의 구동제어를 하는 R성분계통용, G성분계통용, B성분계통용의 TG/SG회로(111), ADC(109R,109G, 109B)로부터의 출력인 디지털신호를 프로세스처리하는 프로세스제어회로(112), 이 프로세스제어회로(112)에 의해 프로세스처리된 신호를 엔코드하는 엔코더회로(113), 엔코드된 신호를 출력하는 출력회로(114), 출력회로(114)를 매개해서 출력된 신호를 아날로그신호로 변환하는 디지털·아날로그 변환회로(115)로 이루어진다.
이러한 구성의 비디오 카메라(100-2)에 있어서, 피사체로부터의 광은 렌즈(101)를 통해 색분해 프리즘(201R,201G,201B)을 거쳐 MOS 센서(105R,105G,105B)에 결상된다.
이들 색분해 프리즘(201R,201G,201B)은 광학상을 RGB의 3원색성분으로 분해하기 위한 것으로, 색분해 프리즘(201R,201G,201B)에 의해 RGB의 3원색성분으로 분해된 화상은 각각 성분별로 해당하는 MOS 센서(105R,105G,105B)에 결상된다.
MOS 센서(105R,105G,105B)에 결상된 R성분, G성분, B성분의 광학상은 여기서 광전변환되어 전류신호로 되고, 밝기 대응의 전류치로서 출력된다.
MOS 센서(105R,105G,105B)로부터 출력된 성분별의 전기신호는, 각 성분별의 전류전압변환회로(106R,106G,106B), AGC회로(107R,107G,107B), CLP(108R,108G,108 B)를 매개해서 ADC회로(109R,109G,109B)에 공급된다.
각 성분별의 ADC회로(109R,109G,109B)는 CLP회로(108)로부터의 화상신호에 기초하여, 예컨대 1샘플치가 8비트로 이루어진 디지털 데이터로 변환하고, 이 데이터를 프로세스제어회로(112)에 공급한다.
프로세스제어회로(112)는, 예컨대 감마보정회로, 백색클립회로, 흑색클립회로, 니회로 등으로 이루어지고, 공급된 영상신호에 대해 필요에 따라 프로세스처리를 실시한다. 또, 필요에 따라 색밸런스 등의 처리를 실시한다. 이 프로세스제어회로(112)에 의해 처리된 신호는 엔코더회로(113)로 보내진다. 엔코더회로(113)에서는, 보내 온 신호를 연산하여 색밸런스 등의 처리를 실시한다. 또, 비디오 카메라 출력을 네트워크 등에 의해 통신하는 경우에는 이 엔코더회로(113)에 있어서 표준의 컬러텔레비전 방송방식인 PAL방식이나 NTSC방식 등으로의 복합영상신호로 변환하는 처리가 실시된다.
또, MOS 센서(105R,105G,105B), 전류전압변환회로(106R,106G,106B)는, 자기계통 대응의 TG/SG회로(111)로부터 보내지는 타이밍신호, 동기신호에 의해 타이밍이 제어된다. 이 TG/SG회로(111)의 동작전원 및 출력전압은 MOS 센서(105)에 공급되는 전원레벨과 동일하다.
그 후, 영상신호는 출력회로(114)를 매개해서 D/A변환회로(115)로 공급되고, 이 D/A변환회로(115)는 이 입력된 신호를 아날로그 비디오신호로 변환하여 카메라신호로서 출력한다. 또, 영상신호는 출력회로(114)를 매개해서 직접, 디지털의 신호로서의 출력도 가능하다. 그리고 이들 카메라신호는 비디오 테이프 레코더 등의 기록장치나 모니터장치에 공급된다.
본 실시예에서는, 저소비전력·저전압화를 도모하고, 게다가 1초간에 30프레임의 화상을 처리할 필요가 있는 비디오 카메라에 있어서, 고정패턴 잡음성분을 수평귀선기간내에 제거할 수 있어 S/N을 확보하여 고화질의 화상신호를 얻을 수 있는 비디오 카메라를 제공할 수 있다.
이상의 예는, 광학상을 RGB의 3원색성분으로 분해하는데 색분해 프리즘을 이용한 구성이지만, 이것은 2색성 미러에 의해 색분해하는 구성으로 할 수도 있다. 예컨대, 적반사, 녹반사, 청반사의 각 2색성 미러에 의해 입사광을 분해분배하고, 각각 RGB의 성분으로 광학상을 분해한다. 그 광학상을 R상용, G상용, B상용의 MOS 센서로 촬상하여 R상, G상, B상의 화상신호를 얻는다. 이렇게 하면, 프리즘을 이용하지 않고서도 광학상을 3원색의 성분별로 하여 얻을 수 있는 구성으로 된다.
제4실시예
증폭형 MOS센서의 네트워크 시스템으로의 응용
도 8에 상술한 비디오 카메라(100,100-2)의 신호를 네트워크를 통해 모니터장치 등으로 보낼 때의 시스템 구성예를 나타낸다. 도면에 있어서, 도면부호 300은 네트워크로, LAN(Local Area Network)이나 공중회선(전화회선), 전용선이라고 하는 것이나, 인터네트, 인트라네트 등, 무엇이나 좋다. 비디오 카메라(100,100- 2)는 이 네트워크(300)에 대해 인터페이스(301)를 매개해서 접속된다.
도면부호 310은 인텔리전트단말로, 퍼스널 컴퓨터 혹은 워크스테이션 등이 상당한다. 인텔리전트단말(310)은 프로세서나 메인메모리, 클럭발생기 등을 포함하는 컴퓨터 본체(311)와, 네트워크접속용의 인터페이스(312), 화상표시용의 메모리인 비디오 RAM(313), 프린터 인터페이스(314), SCSI(Small Computer System Interface) 등의 표준 버스 인터페이스(315,317) 및, 비디오 카메라 접속용의 인터페이스(316) 등을 갖추고 있고, 이들은 내부버스로 접속되어 있다. 비디오 RAM (313)에는 CRT 모니터나 액정디스플레이 등의 모니터장치(318)가 접속되어 있고, 또 프린터 인터페이스(314)에는 프린터가 접속되어 있다. 표준 버스 인터페이스(317)에는 광디스크장치나 하드디스크장치 혹은 DVD(Digital Video Disc) 등의 대용량 외부기억장치(320)가 접속되고, 더 나아가서는 표준 버스 인터페이스(317)에는 예컨대 하드 카피(hard copy)로부터 이미지상을 취입하는 이미지 스캐너(321)가 접속되어 있다. 또, 비디오 카메라 접속용의 인터페이스(316)에는 예컨대 상술한 실시예에서 설명한 구성의 비디오 카메라(100)가 접속되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 비디오 카메라 100 또는 100-2에 있어서 촬상됨으로써 얻어진 피사체의 화상은 상술한 바와 같이 엔코더회로(113)에 의해 비디오 카메라 출력을 네트워크 등에 의해 통신하기 위해 MPEG방식으로 화상압축처리된 디지털신호로 변환하는 처리가 실시된다. 그리고, 이 복합영상신호는 디지털 데이터로서 인터페이스(301)를 매개해서 네트워크에서의 전송포맷으로 네트워크(300)로 출력된다. 네트워크(300)에는 인터페이스(312)를 매개해서 인텔리전트단말(310)이 접속되어 있고, 비디오 카메라 100 또는 100-2로부터의 전송데이터가 당해 인텔리전트단말(310)측의 것이라면, 당해 인텔리전트단말(310)의 컴퓨터 본체(311)는 이 전송데이터를 인터페이스(312)를 매개해서 네트워크(300)로부터 취입한다. 그리고, 컴퓨터 본체(311)는 이 전송데이터로부터 화상정보부분을 추출한다. 비디오 카메라 100 또는 100-2에서는 화상을 압축처리하고 있으므로, 컴퓨터 본체(311)는 상기 화상을 신장처리하여 원래의 화상으로 복원한다. 그리고, 복원한 화상의 데이터를 비디오 RAM(313)에 순차 기록한다. 화상은 동화상이기 때문에 비디오 RAM(313)의 화상데이터는 차례차례 갱신된다. 그 결과, 비디오 RAM(313)의 화상데이터를 화상으로서 표시하는 모니터장치(318)에는 비디오 카메라 100 또는 100-2로부터 보내 온 동화상이 표시되게 된다.
비디오 카메라(100)에 있어서 촬상됨으로써 얻어진 피사체의 화상은 상술한 바와 같이 엔코더회로(113)에 의해 비디오 카메라 출력을 네트워크 등에 의해 통신하기 위해 MPEG방식으로 화상압축처리된 디지털 데이터로 변환된 후, 인터페이스(316)를 매개해서 컴퓨터 본체(311)로 출력되고, 컴퓨터 본체(311)는 그것을 신장처리하여 원래의 화상으로 복원한다. 그리고, 복원한 화상의 데이터를 비디오 RAM(313)에 순차 기록한다. 화상은 동화상이기 때문에 비디오 RAM(313)의 화상데이터는 차례차례 갱신된다. 이와 같이 하여 비디오 RAM(313)의 화상데이터를 화상으로서 표시하는 모니터장치(318)에는 비디오 카메라(100)로부터 보내 온 동화상이 표시된다.
또, 컴퓨터 본체(311)는 인텔리전트단말(310)에 접속되어 있는 당해 비디오 카메라(100)의 화상을 네트워크(300)로 전송하고자 하는 경우, 그 네트워크에서의 전송포맷으로 편집하여 인터페이스(312)를 매개해서 네트워크(300)로 출력한다.
제5실시예
증폭형 MOS 센서의 스틸 카메라(steal camera)로의 응용
도 9에 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 스틸 카메라의 실시예를 나타낸다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 스틸 카메라(400)는 렌즈계나 조리개를 포함하여 피사체상을 취입하는 광학계(411), 이 광학계(411)에 취입된 상이 결상되는 MOS 센서(415), 이 MOS 센서(415)의 결상면과 상기 광학계(411)와의 사이에 위치하여 그 양자간의 광로상에 삽탈자재(揷脫自在)로 배치되고, 당해 광로상에 삽입되어 있을 때는 광학계(411)로 취입한 피사체상을 파인더(414)로 분배함과 더불어 광로 밖으로 탈출된 때는 광학계(411)로 취입한 피사체상을 MOS 센서(415)의 결상면에 결상시키는 셔터로서의 기능을 갖는 미러(412), 미러(412)의 반사광을 파인더(414)로 인도하기 위한 미러(413), MOS 센서(415)로부터의 화상의 신호를 색성분별로 독출하는 촬상회로(416), 그 독출한 출력을 디지털신호로 변환하는 A/D변환회로(417), 이 A/D변환회로(417)에 의해 변환된 디지털신호를 화면단위로 유지하는 프레임 메모리(418), 프레임 메모리(418)에 유지된 디지털신호를 화면단위로 압축처리하는 압축회로(419), 화상데이터를 기억하는 메모리카드(421), 압축회로(419)에 의해 압축처리되어 얻어진 화상데이터를 메모리카드(421)에 기록하도록 제어하는 카드 컨트롤회로(420)로 구성된다.
이러한 구성에 있어서, 도시하지 않은 셔터 버튼을 조작함으로써, 광학계(411)의 포착된 피사체상은 MOS 센서(415)에 결상된다. MOS 센서(415)는 본 발명에서 이용되는 노이즈 캔슬러회로를 갖춘 고체촬상장치로, 광학계(411)로 취입된 광학상이 결상되면 화소단위로 그 광학상의 광량대응의 전기신호로 변환한다. 색화상을 촬영할 수 있도록 하기 위해, MOS 센서(415)는 그 결상면측에 화소마다 RGB의 어느 하나의 색필터부를 갖춘 색필터 어레이가 설치되어 있고, 촬상회로(416)는 MOS 센서(415)에 의해 얻어진 전기신호를 RGB의 성분별로 분리하여 출력한다. 그리고, 전류전압 변환회로(106)는 촬상회로(416)로부터 출력된 색성분별의 전기신호를 디지털신호로 변환하고, 이 변환된 디지털신호는 프레임 메모리(418)에 화면단위로 일시적으로 유지된다.
프레임 메모리(418)에 유지된 디지털신호는 압축회로(419)에 의해 화상단위로 압축처리되어 카드 컨트롤회로(420)로 출력된다. 그리고, 카드 컨트롤회로(420)는 압축처리된 화상의 데이터를 데이터 기억매체인 메모리 카드(421)에 기억제어한다.
이와 같이 하여, 메모리 카드(421)에는 셔터 버튼을 조작할 때마다 촬영된 스틸화면이 화면단위로 압축되어 메모리 카드(421)에 기억된다. 메모리 카드(421)는 카메라로부터 착탈가능하고, 메모리 카드(421)에 기억된 화상은 도시하지 않은 판독재생장치에 장착되어 화상데이터를 신장하여 복원해서 모니터장치에 표시시키거나, 비디오 프린터 등의 하드 카피장치에 출력하여 관상(觀賞)한다.
본 실시예에서는, 저소비전력·저전압화를 도모하고, 게다가 1초간에 복수 코마[coma: 비대칭 수차(收差)] 연속촬영하는 고속연사를 높은 S/N을 가지고 실현하는 것이 가능하게 되어 콤팩트하고, 고기능, 고성능의 스틸 카메라를 얻을 수 있다. 즉, MOS 센서에 있어서 문제로 되었던 고정패턴 잡음성분을 단시간에 제거할 수 있게 되고, 따라서 S/N이 좋은 고화질의 사진을 얻을 수 있는 스틸 카메라를 제공할 수 있다.
제6실시예
증폭형 MOS 센서의 팩시밀리로의 응용
도 10에 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 팩시밀리의 실시예를 나타낸다. 도면은 원리적인 구성을 나타내고 있고, 종이에 손으로 쓰거나 혹은 프린트한 원고나, 사진 등과 같은 시트형상의 원고(501)를, 도시하지 않은 주반송기구로 주주사방향(화살표 B방향)으로 반송하면서 정위치에 고정하여 원고의 횡단방향에 배치된 MOS 센서(502)로 원고의 이미지정보를 판독한다. 도면부호 503은 광원, 504는 MOS 센서(502)의 수광면에 원고상을 결상시키는 렌즈이다.
MOS 센서(502)는 화소단위의 수광부(포토다이오드)를 1차원 배열한 선형 센서로, 본 발명에서 이용되는 노이즈 캔슬러회로를 갖춘 모노크롬의 고체촬상장치이다.
본 팩시밀리장치에 시트형상의 원고(501)를 세트하면, 도시하지 않은 주반송기구가 이 원고(501)를 주주사방향(화살표 B방향)으로 반송한다. 그리고, 정위치에 고정되어 있는 MOS 센서(502)의 수광면에, 원고의 화상이 1라인 상당분씩 렌즈(504)를 매개해서 결상된다. MOS 센서(502)는 이 결상된 원고의 이미지정보를 판독한다.
즉, 이에 따라 MOS 센서(502)로부터는 화소배열순으로 수광량 대응의 신호가 화소단위로 화상신호로서 독출되어 출력되므로, 증폭기(505)에서 이것을 출력순으로 증폭한 후, 이 증폭된 화상신호를 A/D컨버터(506)로 디지털신호로 변환하고 나서 모뎀(507)으로 전화회선용으로 변조하여 전화회선으로 출력한다.
수신측에서는 이 수신한 신호를 복조하고, 주주사방향으로 반송되는 기록지의 횡단방향으로, 수신순서로 신호치대응의 농도로 화소를 프린트해 가면, 화상이 하드 카피로서 재생된다.
본 실시예에서는, 저소비전력·저전압화를 도모하고, 게다가 고속판독을 높은 S/N을 가지고 실현하는 것이 가능하게 되어 콤팩트하고, 고기능, 고성능의 팩시밀리장치를 얻을 수 있다. 즉, MOS 센서에 있어서 문제로 되었던 고정패턴 잡음성분을 단시간에 제거할 수 있게 되고, 따라서 S/N이 좋은 고화질의 이미지를 고속으로 보낼 수 있는 팩시밀리장치를 제공할 수 있다.
한편, 선형 센서는 근래의 소자의 경우, 원고면에 밀착하여 이미지를 판독하는 밀착형의 것이 출현하고 있다. 그래서, 밀착형으로 하기 위해서는 원고상을 인도하는 렌즈와, 이 렌즈에 의해 인도된 상이 결상되어 그 광량대응의 전기신호로 변환하는 화소단위의 수광부와, 원고면에 조명광을 쬐는 발광소자를 일체적으로 짜 넣은 구성으로서 실현할 수 있고, 이러한 것을 이용하도록 해도 좋다.
제7실시예
증폭형 MOS 센서의 복사기로의 응용
도 11에 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 전자복사기의 실시예를 나타낸다. 도면은 원리적인 구성을 나타내고 있고, 상자형(箱子型)의 케이스(601)의 상면부분에 투명유리 등에 의한 원고고정대(602)가 설치되어 있고, 이 원고고정대(602)의 상면에 종이에 손으로 쓰거나 프린트한 원고, 혹은 사진 등과 같은 시트형상의 원고(603)를 두고 눌러 덮개(604)로 원고를 누르는 구성이다.
케이스(601)내에는, 원고고정대(602)의 바로 아래 위치 근방에 원고고정대(602)의 한쪽 단으로부터 다른쪽 단까지의 사이를 일정속도로 반복이동할 수 있는 광학계가 설치되어 있다. 여기서는 이 반복이동방향을 주주사방향이라 부르기로 한다. 광학계는 봉(棒)형상의 광원(605), 미러(606), 렌즈(607)로 이루어지고, 광원(605)은 주주사방향과 직교하는 방향(이 방향을 부주사방향이라 부르기로 한다)으로 배치한다.
렌즈(607)의 결상위치에는 MOS 센서(608)가 설치되어 있다. MOS 센서(608)는 화소단위의 수광부(포토다이오드)를 1차원 배열한 선형 센서로, 본 발명에서 이용되는 노이즈 캔슬러회로를 갖춘 모노크롬의 고체촬상장치이다.
MOS 센서(608)는 부주사방향 1라인분의 이미지를 결상시켜 이것을 수광량 대응의 신호로 변환한다. 스캐너 컨트롤러(609)는 MOS 센서(608)로부터의 화소배열순으로 수광량 대응의 신호가 화소단위로 화상신호로서 독출되어 출력되도록 MOS 센서(608)를 제어함과 더불어, 주주사방향으로 순서대로 광학계가 이동하도록 당해 광학계의 주주사방향 구동이동을 제어한다. 시스템 컨트롤러(610)는 시스템 전체의 제어를 담당하고, 또 MOS 센서(608)로부터 출력되는 수광량 대응의 신호에 기초하여 레이저광원(611)의 출력을 제어한다. 레이저광원(611)은 스포트형상의 레이저빔을 발생하는 것으로, 이 레이저광원(611)으로부터 발생된 레이저빔은 레이저빔을 스캔시키기 위한 주사미러인 다각형 미러(polygon mirror; 612)에 의해 반사되어 원통형상의 감광체 드럼(613)에 결상된다. 이 결상위치가 묘화위치이다. 감광체 드럼(613)은 소정속도로 한 방향으로 회전구동되는 구성이고, 감광체 드럼(613)은 도시하지 않은 대전장치에 의해 레이저빔의 조사위치의 상류위치(묘화위치의 상류위치)에서 대전된다.
다각형 미러(612)는 시스템 컨트롤러(610)에 의해 제어됨으로써, 스포트형상의 레이저빔을 원통형상의 감광체 드럼(613) 표면에 MOS 센서(608)로부터의 신호의 출력속도 대응으로 스캔시키는 형태로 되어, 감광체 드럼(613)의 드럼회전방향을 주주사방향으로 하면, 당해 회전방향과 직교방법으로 레이저빔을 스캔시킴으로써 드럼 표면에는 레이저빔의 광량대응으로 전하가 소실되어 원고의 이미지상당의 잠상(潛像)이 형성된다. 감광체 드럼(613)은, 묘화위치의 하류위치에 있어서 잠상을 가시화상으로 하는 현상부(614)의 배치위치 통과시에 그 위치에 있는 잠상이 현상부(614)가 부여하는 토너에 의해 현상되어 가시화상화된다. 그리고, 이 토너상을 복사용지의 수납트레이(615)로부터 1매씩 취출되어 감광체 드럼(613)의 하면측 위치의 반송경로(616)로 반송되어 오는 복사용지에 전사시킨다.
복사용지의 반송속도와 감광체 드럼(613)의 회전속도는 동기하고 있고, 1라인 단위로 축차 묘화되어 감광체 드럼(613) 표면에 형성된 잠상의 토너상을 전사시켜 감으로써, 원고와 동일한 이미지의 토너상이 복사용지상에 남게 된다. 반송경로(616)는 이 토너상이 전사된 복사용지를 배출구측으로 보내는 경로이고, 반송경로(616)에 설치되어 있는 반송기구에 의해 복사용지는 배출구측으로 보내지도록 되어 있다. 정착부(617)는 배출구 앞쪽에 설치된 토너정착을 위한 장치로, 토너상이 전사된 복사용지는 이 정착부(617)를 통과할 때에 토너가 복사용지에 정착되어 배출구로 배출되는 구조이다.
이러한 구성에 있어서, 복사할 때는 원고고정대(602)의 상면에 시트형상의 원고(603)를 두고, 누름덮개(604)로 원고를 누른다. 원고고정대(602)의 바로 아래 위치 근방에는 원고고정대(602)의 한쪽 단으로부터 다른쪽 단까지의 사이를 일정속도로 주주사방향으로 반복이동할 수 있는 광학계가 설치되어 있으므로, 프린트 스타트조작하면 이 광학계인 광원(605), 미러(606), 렌즈(6070는 주주사방향으로 반복이동하는 구성으로 된다.
주주사방향을 종방향으로서 본 경우에, 원고고정대(602)의 횡방향을 폭방향으로 정한다. 이 경우, 광학계를 구성하는 광원(605)은 원고고정대(602)의 폭상당분의 범위를 조사하고, 광학계를 구성하는 미러(606), 렌즈(607)는 이 조사된 범위의 상을 MOS 센서(608)의 수광면에 결상한다. MOS 센서(608)는 화소단위의 수광부(포토다이오드)를 1차원 배열한 선형 센서로, 본 발명에서 이용되는 노이즈 캔슬러회로를 갖춘 모노크롬의 고체촬상장치이다.
따라서, MOS 센서(608)는 폭방향의 1라인분(즉, 부주사방향 1라인분)의 이미지가 결상되어 이것을 수광량 대응의 신호로 변환한다. 그리고, MOS 센서(608)로부터는 화소배열순으로 수광량 대응의 신호가 화소단위로 화상신호로서 독출되어 출력되도록 스캐너 컨트롤러(609)를 제어함과 더불어, 또 주주사방향으로 순서대로 광학계가 이동하도록 당해 광학계의 주주사방향 구동이동을 제어한다. 그 때문에, 원고고정대(602)의 원고(603)의 이미지상이 주주사방향순으로, 게다가 부주사방향 1라인 단위로 화소순으로 수광량 대응의 신호가 얻어지게 된다.
이 신호는 스캐너 컨트롤러(610)에 공급되고, 시스템 컨트롤러(610)는 이 신호 대응으로 레이저광원(611)의 출력을 제어한다. 그 때문에, 레이저광원(611)은 MOS 센서(608)로부터 출력되는 수광량 대응의 강도의 광을 발진하게 된다.
한편, 시스템 컨트롤러(610)는 다각형 미러(612)를 MOS 센서(608)의 독출속도에 동기시켜 목을 흔드는 것과 같이 운동시키도록 구동제어하므로, MOS 센서(608)의 독출속도에 동기되고, 게다가 1라인분의 이미지 대응분(즉, 부주사방향 1라인분)의 광학상 이미지가 다각형 미러(612)에 의해 감광체 드럼(613)상에 묘화되게 된다.
감광체 드럼(613)은 부주사속도에 대응하는 주속도로 일정방향으로 회전구동되고 있다. 그리고, 감광체 드럼(613)은 그 주면이 다각형 미러(612)에 의한 레이저광의 묘화위치에 도달하는 단계에서는 이미 대전수단에 의해 대전되어 있다. 그리고, 레이저광을 조사시킴으로써, 그 조사를 받은 부분의 감광체 드럼(613)은 전하가 그 조사를 받은 광량분만큼, 전하가 소실되고 있다. 그 때문에, 감광체 드럼(613)상에는 다각형 미러(612)에 의한 레이저광의 묘화주사위치로부터 회전방향의 하류영역에 원고의 이미지가 잠상으로서 남게 된다.
이 잠상은 현상부(614)의 위치를 통과하는 단계에서, 당해 현상부(614)가 부여하는 토너에 의해 현상되어 가시화상화된다. 그리고, 이 토너상은 복사용지의 수납트레이(615)로부터 1매씩 취출되어 감광체 드럼(613)의 하면측 위치의 반송경로(616)로 반송되어 오는 복사용지에 전사된다. 복사용지의 반송속도와 감광체 드럼(613)의 회전속도는 동기하고 있고, 1라인 단위로 축차 묘화되어 감광체 드럼(613) 표면에 형성된 잠상의 토너상을 전사시켜 감으로써, 원고와 동일한 이미지의 토너상이 복사용지상에 남게 된다. 이 토너상이 전사된 복사용지는 반송기구에 의해 반송경로(616)를 거쳐 배출구측으로 보내지고, 배출구 앞쪽에 설치한 정착부(617)를 통과할 때에 이 정착부(617)에 의해 토너가 복사용지에 정착되어 배출된다.
본 실시예에서는, 저소비전력·저전압화를 도모하고, 게다가 고속판독을 높은 S/N을 가지고 실현하는 것이 가능하게 되어 콤팩트하고, 고기능, 고성능의 전자복사기를 얻을 수 있게 된다. 즉, MOS 센서에 있어서 문제로 되었던 고정패턴 잡음성분을 단시간에 제거할 수 있게 되고, 따라서 S/N이 좋은 고화질의 이미지를 고속으로 복사할 수 있는 전자복사기를 제공할 수 있다.
한편, 이상의 복사기는 원고는 위치고정으로 하고, 광학계를 주주사방향으로 이동시키도록 한 구성의 것을 나타냈지만, 광학계를 위치고정으로 하고, 원고를 주주사방향으로 반송하도록 한 구성의 장치로서 실현할 수도 있다. 또, 이상의 복사기는 모노크롬의 장치를 예로 설명했지만, 광학계에 3원색의 색필터를 설치하여 색분해하고, 색깔별로 잠상을 형성하여 그 색깔별의 잠상을 그 대응하는 색의 토너로 현상함으로써, 컬러복사를 얻을 수 있는 복사기를 실현할 수 있다.
제8실시예
증폭형 MOS 센서의 스캐너로의 응용
도 12에 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 핸디형 이미지 스캐너의 실시예를 나타낸다. 본 발명의 이미지 스캐너(700)는, 도면에 나타낸 바와 같이 케이스(701)내에 광원인 LED 어레이(702)와 미러(703), 롤러(704)를 부착하여 구성하고 있다. LED 어레이(702)는 케이스(701)의 거의 횡폭 전체 가까이에 걸치는 길이이고, 케이스(701)의 아래쪽 외부를 조명한다. 또, 미러(703)는 LED 어레이(702)의 배치위치 근방에 배치되어 LED 어레이(702)에서 조명된 원고의 이미지상을 케이스(701)의 하부에 설치한 슬리트(701a)를 매개해서 케이스(701)의 내부로 취입한다.
도 12의 핸디형 이미지 스캐너는 케이스(701)를 원고의 위에 두고, 그대로 원고상을 미끄러뜨리는 형태로 손조작에 의해 이동주사한다. 그 때에, 슬리트(701a)로부터 원고의 이미지를 1라인 단위로 취입하도록 하기 위해, 그 라인위치의 검출과 판독의 동기를 취하기 위해 롤러(704)를 설치하고 있다.
롤러(704)는 원고에 접해 그 원고와의 마찰에 의해 회전할 수 있도록 하기 위해 케이스(701)의 하부로부터 외주면의 일부를 노출시키고 있다. 이 노출위치는 슬리트(701a)의 근방이다.
케이스(701)의 내부에는 롤러(704)의 회전에 동기하여 그 회전방향과 회전량을 검출하는 엔코더(705)가 설치되어 있고, 또 케이스(701)의 내부에는 MOS 센서(706)와, 이 MOS 센서(706)의 수광면에 상기 미러(703)에 의해 인도한 원고상을 결상시키는 렌즈(707)가 설치되어 있다.
MOS 센서(706)는 화소단위의 수광부(포토다이오드)를 1차원 배열한 선형 센서로, 본 발명에서 이용되는 노이즈 캔슬러회로를 갖춘 모노크롬의 고체촬상장치이다. 선형 센서는 근래의 소자의 경우, 원고면에 밀착하여 이미지를 판독하는 밀착형의 것이 많다. 그래서, 밀착형으로 하기 위해서는 원고상을 인도하는 렌즈와, 이 렌즈에 의해 인도된 상이 결상되어 그 광량대응의 전기신호로 변환하는 화소단위의 수광부와, 원고면에 조명광을 쬐는 발광소자를 일체적으로 짜 넣은 구성으로서 실현할 수 있다.
여기서는 원리적으로 나타내기 위해 도 12와 같은 구성을 나타내고 있다.
MOS 센서(706)로부터 독출된 신호는 상기 엔코더(705)의 출력에 의해 위치의 대응이 취해지고, 또 독출타이밍제어에 사용된다.
이러한 구성에 있어서, 시트형상의 원고를 평평한 장소에 두고, 그 위에 이 핸디 스캐너를 두고서 이 원고상을 롤러(704)의 회전가능한 방향으로 이동시킨다. 이 이동방향이 주주사방향으로 된다. 이 때, LED 어레이(702)는 원고면을 조명하고, 슬리트(701a)를 매개해서 원고의 이미지가 미러(703)로 들어온다. 그리고, 미러(703)에서 반사되어 렌즈(707)에 의해 MOS 센서(706)에 결상된다.
MOS 센서(706)는 라인 이미지 센서로, 고정되어 있는 MOS 센서(706)의 수광면에 원고의 화상이 1라인 상당분씩 렌즈(707)를 매개해서 결상되어 이 결상된 원고의 이미지정보를 판독한다.
이와 같이, 본 실시예에서의 핸디형 이미지 스캐너는, 케이스(701)를 원고 위에 두고, 그대로 원고상을 미끄러뜨리는 형태로 손조작에 의해 이동주사한다. 그 때에, 슬리트(701a)로부터 원고의 이미지를 1라인 단위로 취입하도록 하기 위해, 그 라인위치의 검출과 판독의 동기를 취하는 롤러(704)가 설치되어 있고, 이 롤러(704)는 원고에 접해 그 원고와의 마찰에 의해 회전되는 결과, 엔코더(705)로부터 이 롤러(704)의 회전방향, 회전량 대응의 검출신호가 출력된다. 그리고, 이 엔코더(705)로부터의 검출신호를 기초로, 도시하지 않은 제어수단에 의해 MOS 센서(706)의 출력신호를 원고의 1라인 단위 일치하도록 제어하여 출력시킨다.
본 실시예에서는, 저소비전력·저전압화를 도모하고, 게다가 고속판독을 높은 S/N을 가지고 실현하는 것이 가능하게 되어 콤팩트하고, 고기능, 고성능의 이미지 스캐너장치를 얻을 수 있다. 즉, MOS 센서에 있어서 문제로 되었던 고정패턴 잡음성분을 단시간에 제거할 수 있게 되고, 따라서 S/N이 좋은 고화질의 이미지를 고속으로 보낼 수 있는 이미지 스캐너장치를 제공할 수 있다.
한편, 이 예에서는 핸디형의 이미지 스캐너를 나타냈지만, 원고를 원고고정대 위에 두고, 광학계를 주주사방향으로 이동시키도록 한 데스크 탑(desk top)형의 이미지 스캐너에도 응용할 수 있다. 또, 광학계를 위치고정으로 하고, 원고를 주주사방향으로 반송하도록 한 구성의 장치로서 실현할 수도 있다. 또, 이상의 이미지 스캐너는 모노크롬의 장치를 예로 설명했지만, 광학계에 3원색의 색필터를 설치하여 색분해하고, 색깔별로 화상신호를 얻음으로써, 컬러화상의 신호를 얻을 수 있는 이미지 스캐너를 실현할 수 있다. 더 나아가서는, 광학계를 凹면경에 의해 MOS 센서로 인도하도록 하거나, 광파이버를 묶어서 구성한 광학 파이버(optical fiber)에 의해 화상을 MOS 센서에 인도하는 구성으로 하는 등 각종의 변형이 가능하다.
제9실시예
데스크 탑형의 컬러 이미지 스캐너
제9실시예로서 데스크 탑형의 컬러 이미지 스캐너에 사용하는 광학계의 구성을 나타낸다. 데스크 탑형의 컬러 이미지 스캐너에서는 광학계는 위치고정이고, 원고를 주주사방향으로 주사한다. 이 경우, 도 13에 나타낸 바와 같이, 광학계에 3원색의 색필터를 설치하여 색분해하고, 색깔별로 화상신호를 얻는다. 도 13에 있어서, 화상신호를 얻는 MOS 센서(S)는 라인 센서로, 화소를 1라인 상당분 직선적으로 나열하여 구성하고 있다. MOS 센서(S)의 수광면측에는 색필터(F)가 배치되어 있다. 색필터(F)는 1라인 상당분의 폭 및 길이를 각각 갖는 R(적), G(녹), B(청)의 각 색성분용의 광학필터부가 병렬적으로 배치된 구성이다. 그리고, MOS 센서(S)의 수광면측은 원고(DP)의 광학상을 렌즈(L) 및 색필터(F)를 매개해서 결상시키는 구성이다. 원고(DP)는 광원(LP)에 의해 조명된다.
색필터(F)는 R(적), G(녹), B(청)의 각 색성분용의 광학필터부를 MOS 센서(S)의 수광면상에 형성할 수 있도록 구동이동 주사기구(DR)에 의해 이동주사가능하게 지지되어 있다. 그리고, 적색화상을 수광할 때는 R의 색성분용의 광학필터부를, 녹색화상을 수광할 때는 G의 색성분용의 광학필터부를, 그리고 청색화상을 수광할 때는 B의 색성분용의 광학필터부를 MOS 센서(S)의 수광면상에 위치시키도록, 화상의 수집타이밍과 동기를 취하면서 구동이동제어시킨다.
이에 따라, MOS 센서(S)로부터는 R(적), G(녹), B(청)의 각 색성분용의 광학상의 화상신호를 얻을 수 있다.
제10실시예
증폭형 MOS 센서의 필름 스캐너장치로의 응용
본 발명의 증폭형 MOS 센서는, 퍼스컴이나 화상 디스플레이장치 등에, 예컨대 35mm의 원거리 촬영 필름의 1코마, 1코마를 읽어들여 화상신호를 얻는 필름 스캐너장치로도 응용할 수 있다.
그 구성예를 도 14에 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 증폭형 MOS 센서에 의한 밀착형의 라인 센서(S), 이 라인 센서(S)의 수광면측에 배치되는 S현상 완료의 은염 원거리 촬영 필름(FM), 이 은염 원거리 촬영 필름(FM)을 라인 센서(S)의 수광면위치상에서 조명하는 광원(LP), 은염 원거리 촬영 필름(FM)을 끼우고 한 방향으로 일정속도로 반송하는 1쌍의 반송롤러(C)로 이루어진다.
이러한 구성에 의하면, 반송롤러(C)로 은염 원거리 촬영 필름(FM)을 끼우고, 이 반송롤러(C)를 일정속도로 회전구동시킨다. 이에 따라, 은염 장거리 촬영 필름(FM)은 한 방향으로 일정속도로 반송된다. 따라서, 밀착형의 라인 센서(S)로 은염 원거리 촬영 필름(FM)의 상을 필름반송속도로 동기시키면서 독출제어하여 수광량 대응의 신호를 얻는다. 이 신호는 잡음의 제거가 이루어지고 있어 화상성분만의 필름화상을 라인단위로 전기신호로 변환하여 출력할 수 있다.
제11실시예
오토포커스기구로의 응용
도 15에 본 발명에서의 MOS 센서를 이용한 오토포커스기구가 부착된 1안 레플렉스 카메라(800)는 초점위치 조정기구가 부착된 렌즈(801)와, 이 렌즈(801)의 포착된 광학상이 결상되어 노광되는 필름(803), 카메라(800)의 파인더(802a)에 렌즈(801)의 포착된 광학상을 인도하는 프리즘(802b), 본 발명의 오토포커스 센서 모듈(804), 하프 미러로 구성되어 렌즈(801)의 광로상에 배치되어 셔터조작함으로써 상기 광로로부터 완전히 떨어지도록 한 급등(急騰)식의 파인더 미러(805) 및, 이 파인더 미러(805)의 배면에 부착되어 상기 렌즈(801)의 광로상에 이 파인더 미러(805)가 위치할 때에 파인더 미러(805)의 투과광학상을 오토포커스 센서 모듈(803)에 결상시키는 서브미러(806)를 구비한다.
오토포커스 센서 모듈(804)은 본 발명에서 이용되는 노이즈 캔슬러회로를 갖춘 MOS 센서를 이용하고 있고, 도 16에 나타낸 바와 같이 MOS 센서(804a) 부분의 수광면의 전면에는 분리렌즈(804b)가 고정되어 설치되어 있다. MOS 센서(804a)로서는 2차원 배열의 수광면을 갖는 것을 이용하고 있다. 분리렌즈(804b)는 도 16에 나타낸 바와 같이 1쌍의 凸렌즈가 나열되어 배치된 구성이고, 하프미러(806)에서 분배된 광학상은 이 분리렌즈(804b)에 의해 각각 MOS 센서(804a)의 수광면의 다른 영역에 결상되는 구성이다. 1쌍의 凸렌즈가 나열되어 배치된 구성의 분리렌즈(804b)로 이와 같이 광학상을 MOS 센서(804a)의 수광면에 인도하는 구성으로 함으로써, 상기 수광면에는 다른 영역에 각각 상이 결상되어 1쌍의 상이 얻어지게 된다.
이러한 구성의 카메라는, 렌즈(801)로 포착되는 피사체상은 파인더 미러(805)에 의해 프리즘(802b)과 서브미러(806)로 분배된다. 파인더 미러(805)에 분배된 피사체상은 프리즘(802b)을 통해 파인더(802a)에 결상되어 카메라(800)의 포착되어 있는 피사체상을 관찰가능하게 한다.
한편, 서브미러(806)에 분배된 피사체상은 오토포커스 센서 모듈(804)에 인도된다. 오토포커스 센서 모듈(804)은 MOS 센서(804a)에 의해 구성되어 있고, MOS 센서(804a) 부분의 수광면의 전면에는 분리렌즈(804b)가 배치되어 있다. 그리고, 이 분리렌즈(804b)는 MOS 센서(804a)의 수광면에 각각 다른 영역에 결상시킨다. MOS 센서(804a)에서는 수광면을 형성하는 각각의 화소 대응의 포토다이오드에 결상된 광학상의 광량에 대응하는 전기신호를 발생시키므로, 이것을 순서대로 독출한다.
오토포커스 센서 모듈(804)에 있어서는, 분리렌즈(804b)에 의해 MOS 센서(804a) 부분의 수광면은 2개의 화상결상영역으로 사실상 분할되어 있는 상태이고, 2개의 화상결상영역에 각각 결상된 피사체상은 초점이 합초(合焦: 핀트가 맞은 상태)한 경우에는 도 16a의 806A와 같이 MOS 센서(804a)의 출력으로서는 각 분할된 화상결상영역의 기준화소위치(P0,P0´)를 중심으로 각각 같은 화상의 것이 나타나는 상태로 된다.
또, 전핀(핀트위치가 필름면으로부터 앞쪽 위치로 어긋나 있는 상태)에서는 도 16b의 806B와 같이 MOS 센서(804a)의 출력으로서는 각 분할된 화상결상영역의 기준화소위치(P0,P0´)로부터 서로 내측으로 접근한 위치에 각각 같은 화상의 것이 나타나는 상태로 된다.
또, 후핀(핀트위치가 필름면으로부터 뒤쪽 위치로 어긋나 있는 상태)에서는 도 16c의 806C와 같이 MOS 센서(804a)의 출력으로서는 각 분할된 화상결상영역의 기준화소위치(P0,P0´)로부터 서로 외측으로 떨어진 위치에 각각 같은 화상의 것이 나타나는 상태로 된다.
따라서, 이 MOS 센서(804a)의 출력으로부터, 당해 MOS 센서(804a)의 출력이 상기 각 분할된 화상결상영역의 기준화소위치(P0,P0´)를 중심으로 각각 같은 화상의 것이 나타나는 상태로 되는 방향으로 렌즈(801)를 핀트조정하는데 필요한 제어량을 구하여 그 제어량분만큼 초점위치 조정기구를 제어한다. 이에 따라, 렌즈(801)는 필름면에 대해 합초상태로 되도록 핀트조정된다.
셔터조작이 되면, 파인더 미러(805)가 급등하여 광로로부터 벗어나므로, 렌즈(801)로 포착된 피사체상은 필름면에 결상되고, 필름은 노광되어 핀트가 맞는 피사체상이 촬영된다.
본 발명의 오토포커스기구를 갖춘 카메라는, 핀트의 상태검출을 저소비전력·저전압으로 실현할 수 있고, 게다가 고속판독을 높은 S/N을 가지고 실현하는 것이 가능하게 되어 빠른 셔터속도로 촬영하는 경우나, 고속연사촬영에 있어서도, 충분히 추종하여 핀트상태의 검출이 가능하고, 즉석에서 핀트정합제어를 하여 선명한 화상을 촬영할 수 있게 된다. 즉, MOS 센서에 있어서 문제로 되었던 고정패턴 잡음성분을 단시간에 제거할 수 있게 되고, 따라서 S/N이 좋은 고화질의 이미지를 고속으로 판독하여 고속으로 핀트상태의 검출이 가능하고, 즉석에서 핀트정합제어가 가능하여 선명한 화상을 촬영할 수 있게 된다.
한편, 여기서는 1안 레플렉스 카메라를 예로 설명했지만, 오토포커스기구는 렌즈 셔터 카메라나 쌍안경, 광학현미경 등에도 적용하는 것이 가능하다.
다음으로, 상술한 각 시스템에서 이용되는 저잡음의 MOS 센서, 즉 고정패턴 노이즈가 효과적으로 제거되어 예컨대 70dB이상의 큰 출력 다이내믹 레인지를 얻는 것이 가능한 MOS 센서, 그리고 이 MOS 센서에서 이용되는 노이즈 캔슬러회로 및 단위셀의 구체예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
증폭형 MOS 센서에 의한 고체촬상장치가 수광부로서 포토다이오드를 이용하고 있고, 각 셀마다 포토다이오드로 검출한 신호를 트랜지스터로 증폭하는 것으로, 고감도라고 하는 특징을 갖는다.
일반적으로, 증폭형 MOS형 고체촬상장치(증폭형 MOS 센서에 의한 고체촬상장치)에 있어서는, 각 단위셀에서의 화소에 상당하는 수광부인 포토다이오드의 출력신호를 그 단위셀에 설치된 증폭트랜지스터를 통해 증폭하여 취출한다. 그 때문에, 이 증폭시에, 증폭트랜지스터의 임계치전압의 변동이 신호에 중첩되게 된다. 그러므로, 가령 단위셀에서의 각 포토다이오드의 전위가 각각 같았다고 해도, 그 포토다이오드의 소속하는 단위셀에서의 증폭트랜지스터가 각각 다른 물건이고, 각 증폭트랜지스터는 그 임계치전압이 다르므로, 출력신호가 각각 같은 것으로는 되지 않는다. 그 때문에, 증폭형 MOS형 고체촬상장치로 촬상한 화상을 재생하면, 각 단위셀에서의 증폭트랜지스터의 임계치 변동에 대응하는 잡음이 발생한다.
이와 같이 증폭형 MOS형 고체촬상장치(증폭형 MOS 센서에 의한 고체촬상장치)에서는, 각 단위셀에서의 증폭트랜지스터에서 각각 임계치전압이 다르고, 각 단위셀에서 고유의 것이기 때문에, 재생한 화상에 장소적으로 고정되어 분포하는 잡음, 즉 2차원 형상의 잡음의 발생이 회피되지 않는다. 이 잡음은 2차원 공간인 화면상에서 장소적으로 고정되어 있다고 하는 의미에서, 고정패턴잡음이라고 부른다.
이 고정패턴잡음을 제거하기 위해 설치한 것이, 이하 후술하는 본 발명에서 이용되는 노이즈 캔슬러회로이다.
다음에는 신호전하를 셀내에서 증폭하는 증폭형 MOS 센서를 이용한 고체촬상장치 및 그 노이즈 캔슬러회로의 구체적인 예를 설명한다.
제12실시예
도 17은 본 발명에서 이용되는 제12실시예에 따른 MOS형 고체촬상장치의 구성을 나타낸다. 단위셀(P4-i-j)이 종, 횡으로 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 있다. 도면에서는, 2×2밖에 나타내고 있지 않지만, 실제는 수천개×수천개 있다. i는 수평(row)방향의 변수, j는 수직(column)방향의 변수이다. 각 단위셀(P4-i-j)의 상세는 제21도에 나타낸다.
본 발명에서 이용되는 고체촬상장치의 응용분야로서는, 비디오 카메라, 전자 스틸 카메라, 디지털 카메라, 팩시밀리, 복사기, 스캐너 등이 있다.
수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 수직어드레스선(6- 1,6-2,…)은 각 행의 단위셀에 접속되어 신호를 독출하는 수평라인을 결정하고 있다. 마찬가지로, 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 리세트신호선(7-1,7-2,…)은 각 열의 단위셀에 접속되어 있다.
각 열의 단위셀은 열방향으로 배치된 수직신호선(8-1,8-2,…)에 접속되고, 수직신호선(8-1,8-2,…)의 일단에는 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)가 설치되어 있다. 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)의 게이트와 드레인은 공통으로 드레인전압단자(20)에 접속된다.
수직신호선(8-1,8-2,…)의 타단은 MOS 트랜지스터(26-1,26-2,…)의 게이트에 접속된다. MOS 트랜지스터(26-1,26-2,…)의 소스는 MOS 트랜지스터(28-1,28-2,…)의 드레인에 접속되고, MOS 트랜지스터(26-1,26-2,…,28-1,28-2,…)는 소스 폴로워회로로서 동작한다. MOS 트랜지스터(28-1,28-2,…)의 게이트는 공통게이트단자(36)에 접속된다.
MOS 트랜지스터(26-1,26-2,…)와 MOS 트랜지스터(28-1,28-2,…)의 접속점이 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)를 매개해서 클램프용량(32-1,32-2,…)의 일단에 접속된다. 클램프용량(32-1,32-2,…)의 타단에는 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)과 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)가 병렬로 접속되어 있다. 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)의 타단은 접지되어 있다. 클램프용량(32-1,32-2,…)의 타단은 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)를 매개해서 신호출력단(수평신호선; 15)에도 접속된다.
수직어드레스회로(5)는 복수 여기서는 2개의 신호를 모아서 쉬프트하는 회로로, 도 18, 도 19, 도 20의 어느 하나의 회로에 의해 실현된다. 도 18의 예에서는, 입력신호(46)를 다수의 출력단으로부터 순차 쉬프트하여 출력하는 어드레스회로(44)의 출력이 멀티플렉서(48)에 의해 2입력신호(50)와 합성된다. 도 19의 예에서는, 엔코드출력(54)을 디코드하는 디코더(52)의 출력이 멀티플렉서(56)에 의해 2입력신호(58)와 합성된다. 도 20의 예에서는, 2개의 어드레스회로(60a,60b)의 출력을 묶어서 각 행의 제어신호선으로 한다.
도 21은 도 17에 나타낸 단위셀(P4-1-1)의 한 구성예를 나타낸다. 여기서는, 단위셀(P4-1-1)의 구성만을 나타냈지만, 다른 단위셀(P4-1-2,…)에 대해서도 동일한 구성이 채용되고 있다.
동도에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 MOS형 고체촬상장치의 단위셀은, 입사광을 검출하는 포토다이오드(62)와, 포토다이오드(62)의 캐소드가 게이트에 접속되고 그 검출신호를 증폭하는 증폭트랜지스터(62), 증폭트랜지스터(64)의 게이트와 드레인 사이에 설치되어 피드백동작을 하는 리세트 트랜지스터(66) 및, 증폭트랜지스터(64)의 드레인에 접속되어 신호를 독출하는 수평라인을 선택하는 수직선택 트랜지스터(65)로 이루어진다.
수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 수평어드레스선(6-1)은 수직선택 트랜지스터(65)의 게이트에 접속되어 신호를 독출하는 라인을 선택한다. 마찬가지로, 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 리세트선(7-1)은 리세트 트랜지스터(66)의 게이트에 접속되어 있다.
일반적으로, 증폭형 MOS형 고체촬상장치에 있어서는, 증폭트랜지스터(64)의 임계치전압의 변동이 신호에 중첩되기 때문에, 포토다이오드(62)의 전위가 같아도 출력신호가 같은 것으로는 되지 않아 찍은 화상을 재생하면 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동 등에 대응하는 2차원 형상의 잡음인 고정패턴잡음이 발생한다. 즉, 증폭형 MOS형 고체촬상장치에 있어서는, 그 수광면 전면에 똑같은 광을 쬔다고 해도 매트릭스배치의 각 화소로부터 얻어지는 화상신호의 레벨은 각 화소에서 똑같이 되지 않고 휘도얼룩이 있는 화상신호로 된다. 이 휘도얼룩이 있는 화상은 잡음이 2차원 형상으로 분포하는 잡음, 즉 화면이라고 하는 평면에 분포하는 잡음으로, 장소적으로 고정되어 있다고 하는 의미에서 고정패턴잡음이라고 부른다.
이 때문에, 본 실시예에 있어서는, 단위셀에 있어서 리세트 트랜지스터(도 1의 종래예에서의 4-i-j(i, j = 1,2,3,4…), 도 21에서는 66의 부호를 붙인 트랜지스터)를 피드백동작시켜 고정패턴 노이즈를 저감하는 구성으로 함과 더불어, 도 17에 나타낸 바와 같이 수평선택 트랜지스터(12)의 앞쪽에, 이 저감된 고정패턴잡음을 더 억압하기 위한 회로를 설치하여 이루어진 잡음제거회로(노이즈 캔슬러회로)를 이용하도록 했다.
도 17에서는 잡음제거회로로서는 전압영역에서 신호와 잡음과의 차분을 취하는 상관 2중 샘플링형을 나타냈지만, 잡음제거회로의 형은 상관 2중 샘플링형으로는 한정되지 않고 각종의 잡음제거회로를 이용할 수 있다.
먼저, 본 실시예의 특징인 단위셀의 피드백동작에 의한 증폭트랜지스터(64)의 임계치전압 보정의 원리에 대해 도 22a, 도 22b, 도 22c를 참조하여 설명한다. 도 22a는 셀회로도를, 그리고 도 22b, 도 22c는 증폭트랜지스터(64)의 포텐셜도를 나타낸다.
도 22b에 나타낸 상태는, 수직선택 트랜지스터(65)를 오프하고, 리세트 트랜지스터(66)를 온한 상태로, 수직신호선(8)에 기준전압을 인가한 때의 포텐셜을 나타내고 있다. 이 상태에 있어서는, 리세트 트랜지스터(66)의 게이트채널을 통해 이 리세트 트랜지스터(66)의 드레인에 전자가 유입되면, 그 드레인전압이 내려간다.
리세트 트랜지스터(66)에서의 그 드레인·게이트간은 당해 리세트 트랜지스터(66)가 온되어 있어 이어지고 있기 때문에, 게이트전압도 내려가 유입되는 전자가 감소해 간다. 최종적으로는 도 22c에 나타낸 바와 같이, 소스에 인가된 기준전압과 채널전위가 거의 같아지는 상태로 된다. 이 상태에 있어서는 채널전위가 외부로부터 인가된 전압으로 되기 때문에, 트랜지스터의 구조상의 변동은 나타나지 않는다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 증폭트랜지스터(64)의 게이트와 드레인 사이에 피드백 트랜지스터(리세트 트랜지스터(66))를 삽입하고, 소스에 일정전압을 인가하는 피드백동작에 의해 임계치 변동을 보정할 수 있다.
다음에는 도 23의 타이밍차트를 참조하여 이와 같이 구성된 MOS형 고체촬상장치의 동작에 대해 설명한다. 여기서, 부하트랜지스터(9)의 공통드레인단자(20), 임피던스변환회로의 트랜지스터(28)의 공통게이트단자(36), 클램프 트랜지스터(40)의 공통소스단자(38)는 DC구동이므로, 타이밍차트로부터 생략하고 있다.
수직어드레스선(6-1)에 하이레벨의 어드레스펄스를 인가하면, 당해 수직어드레스선(6-1)에 접속되어 있는 단위셀(P4-1-1,P4-1-2,…)의 수직선택 트랜지스터(65)가 온되어 증폭트랜지스터(64)와 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)로 소스폴로워회로가 구성된다.
샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)의 공통게이트(37)를 하이레벨로 하여 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)를 온시킨다. 이후, 클램프 트랜지스터(40 -1,40-2,…)의 공통게이트(42)를 하이레벨로 하여 클램프 트랜지스터(40-1,40-2, …)를 온시킨다.
다음에, 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)의 공통게이트(42)를 로우레벨로 하여 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)를 오프시킨다. 이 때문에, 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나고 있는 신호 + 잡음성분은 클램프용량(32-1,32-2,…)에 축적된다.
이후, 수직어드레스펄스를 로우레벨로 되돌린 후, 리세트선(7-1)에 하이레벨의 리세트펄스를 인가하면, 당해 리세트선(7-1)에 접속되어 있는 단위셀(P4-1-1, P4-1-2,…)의 리세트 트랜지스터(66)가 온으로 되어 출력회로(68)의 입력단자의 전하가 리세트된다.
다시 수직어드레스선(6-1)에 하이레벨의 어드레스펄스를 인가하면, 당해 수직어드레스선(6-1)에 접속되어 있는 단위셀(P4-1-1,P4-1-2,…)의 수직선택 트랜지스터(65)가 온으로 되어 증폭트랜지스터(64)와 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)로 소스폴로워회로가 구성되고, 신호성분이 리세트된 잡음성분만이 수직신호선(8-1,8-2, …)에 나타난다.
전술한 바와 같이, 클램프용량(32-1,32-2,…)에는 신호 + 잡음성분이 축적되어 있으므로, 클램프노드(41-1,41-2,…)에는 수직신호선(8-1,8-2,…)의 전압변화분, 즉 신호성분 + 잡음성분으로부터 잡음성분을 뺀 고정패턴잡음이 없는 신호전압만이 나타난다.
그리고, 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)의 공통게이트(37)를 로우레벨로 하여 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)를 오프시킨다. 이 때문에, 클램프 노드(41-1,41-2,…)에 나타나고 있는 잡음이 없는 전압이 샘플·홀드용량(34-1, 34-2,…)에 축적된다.
이후, 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)에 수평어드레스펄스를 순차 인가함으로써, 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)에 축적되어 있는 잡음이 없는 포토다이오드(62)의 신호가 출력단자(수평신호선; 15)로부터 독출된다.
이하, 마찬가지로 수직어드레스선(6-2,6-3,…)에 대해 상술한 동작을 반복함으로써, 2차원 형상으로 배치된 모든 셀의 신호를 취출할 수 있다.
여기서, 도 23의 타이밍의 전후관계를 설명한다. 필수의 순번은 다음과 같다.
수직어드레스펄스의 상승/샘플·홀드펄스의 상승/클램프펄스의 상승→리세트펄스의 상승→리세트펄스의 하강→샘플·홀드펄스의 하강→수직어드레스펄스의 하강
한편, 수직어드레스펄스의 상승, 샘플·홀드펄스의 상승, 클램프펄스의 상승의 전후관계는 임의이지만, 바람직하게는 상술한 순번이 좋다.
이와 같이, 도 23의 동작에 의하면, 클램프 노드(41)에는 신호(+ 잡음)가 있을 때와 증폭트랜지스터의 게이트가 리세트되어 신호가 없을 때의 차의 전압이 나타나기 때문에, 어떤 이유에 의해 단위셀의 피드백동작에 의해 깨끗하게 제거되지 않은 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 의한 고정패턴잡음이 보상된다. 즉, 클램프 트랜지스터(30), 클램프용량(31), 샘플·홀드 트랜지스터(40), 샘플·홀드용량(34)으로 이루어진 회로가 노이즈 캔슬러로서 작용한다.
한편, 본 발명의 노이즈 캔슬러는 소스폴로워회로로 이루어진 임피던스변환회로(26,28)를 매개해서 수직신호선(8)에 접속되어 있다. 즉, 수직신호선은 트랜지스터(26)의 게이트에 접속되어 있다. 이 게이트용량은 대단히 작으므로, 셀의 증폭트랜지스터(64)는 수직신호선(8-1,8-2,…)만을 충전하므로, CR의 시정수가 짧아 곧 정상상태로 된다. 그 때문에, 리세트펄스의 인가타이밍을 빠르게 할 수 있고, 단시간에 잡음제거동작을 시킬 수 있다. 텔레비전신호의 경우, 잡음제거동작은 수평귀선기간내에 행할 필요가 있어 단시간에 정확하게 잡음제거할 수 있다는 것은 커다란 장점이다. 더욱이, 잡음제거동작에 포함되는 신호 + 잡음 출력시와 잡음 출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러의 임피던스가 같으므로, 정확히 노이즈를 제거할 수 있다.
즉, "잡음성분" 출력시와 "신호성분 + 잡음성분" 출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스가 거의 동일하다. 그 때문에, 양출력시에서 잡음성분은 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면 정확하게 잡음출력을 제거할 수 있어 신호성분만을 취출하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 정확하게 노이즈를 제거할 수 있다. 또, 단위셀로부터 노이즈 캔슬러회로를 보면, 임피던스적으로는 게이트용량 밖에 보이지 않고, 그 용량이 대단히 작으므로, 단시간에 확실히 노이즈를 제거할 수 있다.
다음에는 본 실시예의 구조를 설명한다.
도 17의 회로구성으로부터 알 수 있는 바와 같이, 클램프용량(32)과 샘플·홀드용량(34)이 직접 접속되어 근접하고 있으므로, 이들을 동일면상에 적층하여 형성할 수 있어 노이즈 캔슬러회로 부분을 소형화할 수 있다.
구체적으로는, 도 24에 나타낸 바와 같이 실리콘기판(72)상에 제1절연막(74)을 매개해서 제1전극(76)을 형성함으로써 샘플·홀드용량(34)을 구성하고, 더욱이 제1전극(76)상에 제2절연막(78)을 매개해서 제2전극(80)을 형성함으로써 클램프용량(32)을 구성한다.
이 도면으로부터도 명확해진 바와 같이, 제1전극(76)이 공통전극으로 되고, 클램프용량(32)과 샘플·홀드용량(34)이 적층 형성되어 있으므로, 개별로 형성하는 경우의 1/2의 면적으로 같은 용량치를 얻는 것이 가능하게 된다.
본 실시예에 있어서는, 단위셀(P4-1-1,P4-1-2,…)이나, 수직어드레스회로(5), 수평어드레스회로(13) 등의 주변회로는, p-형 기판상에 p+형 불순물층을 형성한 반도체기판상에 형성되어 있다.
도 25a, 도 25b는 이러한 반도체기판의 단면도이다.
도 25a에 나타낸 바와 같이, p-형 기판(81)상에 p+형 불순물층(82)을 형성한 반도체기판에 포토다이오드(83) 등의 셀요소가 형성되어 있다.
반도체기판을 이러한 구성으로 함으로써, p-/p+경계에 있는 확산전위에 의해 p-형 기판(81)에서 발생한 암전류가 p+측으로 유입하는 것을 일부 방지할 수 있다.
전자의 흐름을 상세히 해석한 결과를 간단히 설명하면, p-측에서 발생한 전자에 의해 p+형 불순물층(82)의 두께(L)가 p+와 p-의 농도의 비의 배, 즉 L·p+/p-로 보인다.
즉, 도 25b에 나타낸 바와 같이, 암전류의 발생원인 p-형 기판(81)으로부터 포토다이오드(83)까지의 거리가 p+/p-배 멀지 않은 것처럼 보이게 된다. 암전류는 기판심부(基板深部)로부터 유입하는 것 이외에 포토다이오드(83) 근방의 공핍층내에서 발생하는 것이 있고, 이 공핍층내에서 발생하는 암전류는 기판심부로부터 유입하는 암전류와 거의 같은 정도 있다. 공핍층의 두께는 약 1㎛정도이고, 기판심부로부터 유입하는 암전류는 약 100㎛의 깊이로부터도 흘러 온다. 이 깊이는 p형 반도체 내부에서의 전자의 확산거리라고 불리우고 있는 것이다. 이 두께의 차에도 관계없이 암전류가 동등한 것은, 단위체적당의 암전류의 발생확률이 공핍층 내부의 쪽이 높기 때문이다. 여기서, 공핍층에서 발생하는 암전류는 원리적으로 신호전류와 분리할 수 없으므로, 암전류의 저감은 기판심부로부터 유입하는 성분을 줄임으로써 이루어진다.
또, p-형 기판(71)상에 p+형 불순물층(72)을 형성한 반도체기판에 셀을 형성하므로, 암전류가 발생하는 것에 따른 기판전위의 변동을 방지할 수 있고, p형 기판은 두껍기 때문에 저항이 낮아 후술하는 바와 같이 잡음제거회로를 확실히 동작시킬 수 있다.
또, 소자온도가 상승하면 기판심부로부터의 성분의 쪽이 급격히 증가하므로, 이것이 중요하다. 그 기준은, 기판심부로부터의 성분이 공핍층에서 발생한 성분보다도 충분히 작은 것이고, 구체적으로는 기판심부로부터의 암전류가 공핍층 내부로부터의 것에 비해 약 1자릿수 아래이면 좋다. 즉, p+/p-를 10으로 설정하여 기판심부로부터의 것을 약 1/10로 하면 좋다.
더욱이, 기판심부로부터의 암전류는 n형 기판과 p형 웰로 구성되는 반도체기판에서는 거의 전혀 없다고 말해도 좋지만, 이러한 반도체기판과 같은 레벨로 하기 위해서는 p+/p-를 100으로 설정하여 기판심부로부터의 암전류를 약 1/100로 할 필요가 있다.
종래의 실적이 있는 CCD에서는, n형의 매립채널의 불순물농도가 약 1016㎝-3정도이고, 이 매립채널의 확산층을 안정하게 제조하기 위한 매립채널을 둘러 싸는 p형 층(여기서는 p형 기판)의 불순물농도는 1015㎝-3이다.
p+층의 농도는 p+/p-를 10으로 하는 경우는 약 1016㎝-3정도, p+/p-를 100으로 하는 경우는 1017㎝-3정도로 되어 n형의 매립채널의불순물농도의 약 1016㎝-3와 동정도 또는 1자릿수 역전해 버린다.
이 때문에, 종래 실적이 있는 CCD에서는 이러한 불순물농도의 p+층을 사용하는 것은 생각할 수 없었다. 또, p-층의 농도를 낮추면 기판의 시트저항이 높아진다고 하는 문제가 나온다.
그렇지만, 증폭형의 MOS 촬상장치에서는 CCD의 매립채널이 없기 때문에 p-층의 농도를 낮추지 않고 p+/p-의 값을 어느 정도 자유로이 설정할 수 있다.
그래서, p형 웰의 저항을 낮추고, n형 기판과 p형 웰로 구성되는 반도체기판의 구조를 개선함으로써서도 셀을 구성할 수 있다.
도 26은 n형 기판(85)상에 시트저항이 낮은 p+웰(86)을 이용한 단위셀의 단면도이다. 또, 도 27은 CCD의 단위셀의 단면도를 나타낸다.
CCD의 단위셀의 n형 기판(87), p형 웰(86), n형 매립채널(89)의 불순물농도는 안전하게 제조를 행하기 위해 각각 약 1014㎝-3, 약 1015㎝-3, 약 1016㎝-3정도로 하고 있다.
n형 포토다이오드(90)의 불순물농도는 어느 정도 자유로이 설정할 수 있기 때문에 제조상의 제약은 그다지 없다. p형 웰(86)의 시트저항은 상기의 불순물농도에서는 약 100㏀/?정도의 값이다. CCD는, 전술한 바와 같이 이러한 높은 값이라도 잡음이 대단히 작다.
한편, 증폭형의 MOS 촬상장치에서 잡음제거회로를 사용하는 경우, 이 p형 웰의 시트저항은 대단히 중요하다. 왜냐하면, 리세트펄스에 의한 p형 웰(86)의 전위의 요란(擾亂)이 수습되는 시간이 이 장치를 응용하는 시스템에 매칭되지 않으면 안되기 때문이다.
현행의 텔레비전방식인 NTSC방식에서는, 잡음제거회로를 동작시키는 것은 수평귀선기간인 약 11[㎲]의 사이이다. 이 시간동안에 p형 웰(86)의 전위의 요란이 0.1[nV]정도까지 수습될 필요가 있다.
이 0.1[mV]라고 하는 대단히 작은 값은, CCD의 잡음전압출력이 이 정도인 것으로부터 기인하고 있다. 11[㎲]라고 하는 대단히 짧은 시간에서 0.1[mV]라고 하는 대단히 작은 값으로 안정시키기 위해서는, 상세한 해석에 따르면 p형 웰(86)의 시트저항을 1㏀/?이하로 하지 않으면 안된다. 이것은 종래의 CCD의 약 1/100이다.
그를 위해서는, p형 웰(86)의 불순물농도를 약 100배로 할 필요가 있는데, p형 기판의 부분에서 전술한 바와 같이 CCD에서는 불가능한 농도이다. 더욱이 하이비전 텔레비전방식에서는 수평귀선기간이 3.77[㎲]이고, p형 웰(86)의 시트저항을 300Ω/?이하로 하지 않으면 안된다.
다른 변형예로서는, 고농도의 p+형 샌드위치층을 기판상에 형성하고, 표면을 그보다 농도가 낮은 p형 층으로 하는 것을 생각할 수 있다.
도 28은 p-형 기판(91)과 p형 층(93)과의 사이에 p+형 샌드위치층(92)을 형성한 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다. 또, 도 29는 n형 기판(95)과 p형 층(97)과의 사이에 p+형 샌드위치층(96)을 형성한 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다.
이러한 p+형 샌드위치층은 고가속도의 메가볼트 이온주입기에 의해 실현할 수 있다.
상기 p형 층에는 단위셀의 구성요소인 포토다이오드(83), 트랜지스터 등 외에, 수평어드레스회로, 수직어드레스회로 등의 주변회로도 형성된다.
도 30은 포토다이오드(83)의 주위를 고농도의 p형 웰(103)로 둘러 싸고, n형 기판(101)상의 다른 부분을 다른 p형 웰(102)로 형성함으로써 구성되는 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다.
이러한 구성을 채용함으로써, 포토다이오드(83)로의 암전류의 누설유입을 방지할 수 있다. 또한, 반도체기판(101)은 p-형 기판이어도 좋다.
더욱이, 셀주변의 수평어드레스회로나 수직어드레스회로의 일부 또는 전부를 형성하는 p형 웰의 농도는 회로설계의 방법으로부터 결정되고 있고, 셀의 최적치와는 다르기 때문에 촬상영역을 형성하는 p형 웰과는 다른 p형 층으로 하는 것도 생각할 수 있다.
도 31은 n형 기판(105)상에 촬상영역을 구성하는 p형 웰(106)을 형성함과 더불어, 주변회로부를 구성하는 다른 p형 웰(107)을 각각 형성한 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다.
이러한 구성으로 함으로써, 각 구성요소에 적합한 p형 웰을 형성할 수 있다. 또한, 상기 n형 기판(105)은 p-형 기판이어도 좋다.
도 32는 n형 기판(105)상에 촬상영역을 형성하는 p+형 샌드위치층(108) 및 농도가 낮은 p형 층(109)을 형성함과 더불어, 주변회로부에 다른 p형 웰(107)을 형성한 것이다.
이러한 구성으로 함으로써, 각 구성요소에 적합한 p형 웰을 형성할 수 있고, 포토다이오드로의 암전류의 누설유입을 방지할 수 있다. 또한, 상기 n형 기판(105)은 p-형 기판이어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 증폭트랜지스터(64)의 게이트와 드레인 사이에 피드백 트랜지스터(리세트 트랜지스터(66))를 삽입하고, 소스에 일정전압을 인가하는 피드백동작에 의해 임계치 변동을 보정할 수 있다.
더욱이, 단위셀의 출력을 노이즈 캔슬러를 매개해서 출력하고 있으므로, 단위셀의 증폭트랜지스터의 임계치 변동에 따른 고정패턴잡음을 더 억압할 수 있다. 또, 노이즈 캔슬러에 있어서는, 클램프용량(32-1,32-2,…)(이하, 이것을 32라 총칭한다. 다른 첨자가 붙은 부재에 대해서도 동일)과 샘플·홀드용량(34)이 직접 접속되어 근접하고 있으므로, 이들 동일면상에 적층하여 형성할 수 있고, 용량을 소형화할 수 있다.
더욱이, 단위셀의 출력을 임피던스변환회로를 매개해서 노이즈 캔슬러로 공급하고 있으므로, 잡음 출력시와 신호 + 잡음 출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러의 임피던스가 거의 동일하기 때문에, 양출력시에서 잡음성분은 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면, 정확히 잡음출력을 제거할 수 있고, 신호성분만 취출하는 것이 가능하게 되어 정확히 노이즈를 제거할 수 있다. 또, 단위셀로부터 노이즈 캔슬러를 보면, 임피던스적으로는 게이트용량 밖에 보이지 않고, 그 용량이 대단히 작으므로, 단시간에 확실히 노이즈를 제거할 수 있다.
또, 단위셀을 형성하는 반도체기판으로서, p-형 불순물 기체와, p-형 불순물 기체상에 형성된 p+형 불순물층으로 이루어진 기판을 이용함으로써, 단위셀에 진입하는 암전류를 저감할 수 있고, 또한 기판 표면의 전위를 안정시킬 수 있으므로, 잡음제거회로를 확실히 동작시킬 수 있다.
다음에는 제12실시예에 있어서 노이즈 캔슬러회로 부분을 변형한 실시예를 설명한다.
제13실시예
도 33은 본 발명에서 이용되는 제13실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P4-i-j) 부근의 회로구성은 제12실시예와 동일하다.
수직신호선(8-1,8-2,…)에 직렬로 분리트랜지스터(202-1,202-2,…)를 접속하고, 분리트랜지스터(202-1,202-2,…)와 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…) 사이에 증폭용량(206-1,206-2,…)이 설치되어 있다. 즉, 본 실시예에서는 수평선택 트랜지스터의 앞쪽에는 노이즈 캔슬러는 설치되어 있지 않다. 대신에, 증폭률을 조정하기 위한 증폭용량이 설치되어 있다.
도 34를 참조하여 본 실시예의 동작을 설명한다.
수직어드레스선(6-1)에 하이레벨의 어드레스펄스를 인가하는 것과 거의 동시에, 분리트랜지스터(202)의 공통게이트(204)에 하이레벨의 펄스를 인가하여 그 트랜지스터를 온시킨다. 이에 따라, 단위셀의 증폭트랜지스터(64)의 출력이 수직신호선(8)을 매개해서 증폭용량(206)에 전달되어 증폭된 신호전하가 축적된다.
그 후, 분리트랜지스터(202)의 공통게이트(204)를 로우레벨로 되돌려 분리트랜지스터(202)를 오프시킨다.
리세트선(7-1)에 하이레벨의 리세트펄스를 인가하여 리세트 트랜지스터(66)를 온시키고, 이어서 수직어드레스선(6-1)을 로우레벨로 되돌려 수직선택 트랜지스터(65)를 오프시키면, 증폭트랜지스터(64)의 채널전위가 기준전압과 같아진다. 그 후, 수평선택 트랜지스터(12)를 순차 온시켜 증폭용량(206)에 축적된 증폭신호전압을 순차 독출한다.
이때의 신호전하의 증폭률은 증폭용량(206)의 용량치를 Ca, 포토다이오드(62)의 용량을 Cs로 하면, Ca/Cs로 된다. 증폭률은 종래형의 것과 동등 또는 그 이상으로 하고 싶으므로, Ca의 값은 수직신호선(8)의 용량(Cv)의 값과 동등 또는 그 이상으로 설정한다.
여기서, 도 34의 타이밍의 전후관계를 설명한다. 필수의 순번은 다음의 2가지가 있다.
(1) 수직어드레스펄스의 상승→분리트랜지스터의 게이트펄스의 하강→리세트펄스의 상승→수직어드레스펄스의 하강→리세트펄스의 하강
(2) 분리트랜지스터의 게이트펄스의 상승→분리트랜지스터의 게이트펄스의 하강→리세트펄스의 상승→리세트펄스의 하강
한편, 수직어드레스펄스의 상승, 분리트랜지스터의 게이트펄스의 상승의 전후관계는 임의이다.
제14실시예
도 35는 본 발명에서 이용되는 제14실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P4-i-j) 부근의 회로구성은 제12실시예와 동일하다.
수직신호선(8-1,8-2,…)의 타단은 클램프용량(131-1,131-2,…), 샘플·홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…), 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)를 매개해서 신호출력단(수평신호선; 15)에 접속된다. 클램프용량(131-1,131-2,…)과 샘플·홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)의 접속점(클램프 노드(145-1,145-2,…))에는 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)의 드레인이 접속된다.
클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)의 소스는 공통소스단자(141)에 접속되고, 게이트는 공통게이트단자(142)에 접속된다. 샘플·홀드 트랜지스터(133-1, 133-2,…)와 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)의 접속점은 샘플·홀드용량(134- 1,134-2,…)을 매개해서 접지된다.
이 실시예의 타이밍차트를 도 36에 나타낸다. 잡음제거동작의 원리는 도 NA09와 완전히 동일하다.
제15실시예
도 37은 본 발명에서 이용되는 제15실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P4-i-j) 부근의 회로구성은 제12실시예와 동일하다.
제15실시예는, 제12실시예의 임피던스변환회로를 제14실시예의 노이즈 캔슬러에 접속한 예이다. 여기서, 클램프 트랜지스터(132)의 공통소스는 본 실시예에서는 DC구동하고 있다.
제16실시예
도 38은 본 발명에서 이용되는 제16실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P4-i-j) 부근의 회로구성은 제12실시예와 동일하다.
부하트랜지스터(9-1,9-2,…)와는 반대측의 수직신호선(8-1,8-2,…)의 단부는 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 게이트에 각각 접속되어 있다. 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 소스에는 슬라이스용량(152-1,152-2,…)의 일단이 접속되어 있고, 슬라이스용량(152-1,152-2,…)의 타단은 슬라이스펄스 공급단자(154)에 접속되어 있다. 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 소스전위를 리세트하기 위해, 슬라이스 트랜지스터의 소스와 슬라이스 전원단자(158)와의 사이에 슬라이스 리세트 트랜지스터(156-1,156-2,…)가 설치되고, 이 트랜지스터(156- 1,156-2,…)의 게이트에는 슬라이스 리세트단자(160)가 접속되어 있다.
슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 드레인에는 슬라이스 전하전송용량(161-1,161-2,…)이 접속되어 있다. 또, 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 드레인 전위를 리세트하기 위해, 그 드레인과 축적드레인 전원단자(164)와의 사이에 드레인 리세트 트랜지스터(166-1,166-2,…)가 설치되고, 이 트랜지스터(166-1, 166-2,…)의 게이트에는 드레인 리세트단자(168)가 접속되어 있다. 더욱이, 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 드레인은 수평어드레스회로(13)로부터 공급되는 수평어드레스펄스에 의해 구동되는 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)를 매개해서 신호출력단(15)에 접속되어 있다.
이와 같이 제16실시예의 MOS 센서는 도 17에 나타낸 제12실시예와 비교하여, 단위셀(P4-i-j)의 구성은 동일하지만, 노이즈 캔슬러의 부분의 구성이 다른 바, 제15실시예의 노이즈 캔슬러는 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나는 전압을 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트용량을 매개해서 전하로 변환하고, 전하영역에서 감산함으로써 잡음을 억압하는 것이 특징이다.
이 디바이스에서는, 슬라이스용량(152)의 값을 Cs1으로 하면, 최종적으로 수평신호선(15)에 독출되는 전하(제2슬라이스전하)는
Cs1×(Vsch - V0ch)
로 되고, 신호가 있을 때와 리세트되어 신호가 없을 때의 차에 비례하는 전하가 나타나기 때문에, 단위셀내의 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 의한 고정패턴잡음이 억압된다고 하는 특징이 있다. 이와 같이, 수직신호선(8)에 나타나는 전압을 전하로 변환하고, 전하영역에서 감산하는 회로구성도 노이즈 캔슬러라 부를 수 있다.
제17실시예
도 39는 본 발명에서 이용되는 제17실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P4-i-j) 부근의 회로구성은 제12실시예와 동일하다.
제17실시예는, 도 17에 나타낸 제12실시예로부터 소스폴로워 트랜지스터로 이루어진 임피던스변환회로를 생략한 실시예이다.
제18실시예
도 40, 도 41은 본 발명에서 이용되는 제18실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P4-i-j) 부근의 회로구성은 제12실시예와 동일하다.
본 실시예는 도 35에 나타낸 제14실시예와 공통하는 부분이 많지만, 다른 점은 "신호성분 + 잡음성분" 출력시와 "잡음성분"만의 출력시에서의 단위셀측으로부터 본 노이즈 캔슬러의 임피던스의 차이를 보정하기 위한 용량(CCMP; 160-1,160-2,…)이 클램프용량(131-1,131-2,…)보다 촬상영역(단위셀)측에 수직신호선(8-1, 8-2,…)에 대해 병렬로, 스위치(162-1,162-2,…)를 매개해서 접속되어 있는 점이다. 보정용량(160)과 스위치(162)는, 도 40의 경우에는 클램프용량(131)과 촬상영역의 사이, 도 41의 경우에는 촬상영역과 부하트랜지스터(9)와의 사이에 접속되어 있다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 잡음제거회로가 부착된 MOS형 고체촬상소자에 있어서, 수직신호선(8)에 보정용량(160)을 설치함으로써, 잡음이 발생하는 원인이었던 잡음제거동작중의 용량변화를 억제할 수 있어 더 한층의 잡음저하에 기여하는 것이 가능하게 된다. 즉, 셀로부터 본 임피던스가 포토다이오드 선택후의 신호 + 노이즈 출력시와 리세트종료후의 노이즈 출력시에서 동등하게 되어 정확히 잡음제거가 가능하다.
또한, 제18실시예의 변형예로서, 도 17에 나타낸 제12실시예, 도 37에 나타낸 제15실시예, 도 39에 나타낸 제17실시예의 노이즈 캔슬러회로에 있어서 보정용 용량을 접속해도 좋다.
제13실시예∼제18실시예로서는, 제12실시예에 대해 노이즈 캔슬러회로 부분이 다른 실시예를 설명했지만, 다음에 제12실시예∼제18실시예에 대해 단위셀의 구성이 다른 실시예를 설명한다.
제19실시예
전체의 구성은 도 17에 나타낸 제12실시예와 동일하므로 도시를 생략한다. 다만, 도 17의 단위셀(P4) 대신에 도 42에 나타낸 단위셀(P5)을 이용하는 것이 특징이다.
본 실시예의 단위셀(P5)은, 피드백 트랜지스터(리세트 트랜지스터(66))가 피드백용량(212)을 매개해서 증폭트랜지스터(64)의 게이트에 접속되어 있다.
제20실시예
전체의 구성은 도 17에 나타낸 제12실시예와 동일하므로 도시를 생략한다. 다만, 도 17의 단위셀(P4) 대신에 도 43에 나타낸 단위셀(P6)을 이용하는 것이 특징이다.
본 실시예의 단위셀(P6)은, 제19실시예의 구성에 더하여, 증폭트랜지스터(64)의 게이트와 리세트선(7-1) 사이에 배출트랜지스터(214)가 접속되어 있다. 배출트랜지스터(214)의 게이트는 공통게이트선(216-1)을 매개해서 수직어드레스회로(5)에 접속되어 있다.
제21실시예
전체의 구성은 도 17에 나타낸 제12실시예와 동일하므로 도시를 생략한다. 다만, 도 17의 단위셀(P4) 대신에 도 44에 나타낸 단위셀(P7)을 이용하는 것이 특징이다.
본 실시예의 단위셀(P7)은, 제12실시예의 구성에 더하여, 증폭트랜지스터(64)의 게이트(와 리세트 트랜지스터의 접속점)와 포토다이오드(62)와의 사이에 전송트랜지스터(218)가 접속되어 있다. 전송트랜지스터(218)의 게이트는 공통게이트선(220-1)을 매개해서 수직어드레스회로(5)에 접속되어 있다.
제19실시예∼제21실시예도 제12실시예와 마찬가지로 노이즈 캔슬러 부분을 변형할 수 있다. 즉, 도 17∼도 45의 설명은 제19실시예∼제21실시예에도 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 여러 가지로 변형하여 실시가능하다. 예컨대, 단위셀의 증폭트랜지스터를 임계치 변동이 없도록 제조할 수 있으면, 고정패턴잡음은 발생하지 않으므로, 노이즈 캔슬러는 생략할 수 있다. 또는, 고정패턴잡음이 발생해도 화질에 영향이 없으면, 마찬가지로 노이즈 캔슬러는 생략할 수 있다.
각 실시예의 노이즈 캔슬러에 있어서는, 입력신호가 없을 때에 독출하는 신호전류(잡음성분만)가 작은 쪽이 잡음이 적으므로, 축적다이오드 전원단자에 인가되고 있는 전압과 비디오 바이어스전압을 거의 같게 하는 것이 바람직하다. 비디오 바이어스전압은, 수평신호선(15)으로부터 신호를 전류로 독출할 때에 수평신호선(15)이 거의 고정되는 전압이다. 이것을 실현한 변형예를 도 45에 나타낸다. 출력신호단(15)에 연산증폭기(176)가 접속되고, 연산증폭기(176)의 입출력단간에 부하저항(178)이 접속된다. 이에 따르면, 신호전류가 강제적으로 부하저항(178)으로 흐르고, 수평신호선(15)은 가상적으로 어떤 전압, 즉 비디오 바이어스전압으로 고정된다.
더욱이, 단위셀은 2차원 매트릭스형상으로 배열한 실시예를 설명했지만, 본 발명은 단위셀을 1차원 어레이형상으로 배열하는 촬상장치에도 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
제22실시예
제22실시예는, 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나는 전압을 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트용량을 매개해서 전하로 변환하고, 전하영역에서 감산함으로써 잡음을 억압하는 구성의 노이즈 캔슬러회로를 이용하는 것이 특징이다. 즉, 전하영역에서 잡음제거시키는 방식으로 슬라이스 잡음제거방식을 이용하고 있다.
도 46은 증폭형 MOS 센서를 이용한 고체촬상장치를 나타낸 회로구성도이다. 화소에 상당하는 단위셀 P0-i-j(P0-1-1,P0-1-2,…)이 종, 횡으로 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 있다. 각 단위셀(P0-i-j)에는 각각 1화소를 구성하는 수광부인 포토다이오드(1)가 하나씩 설치되어 있다. 1-1-1은 단위셀(P1-1-1)의 포토다이오드이고, 1-1-2는 단위셀(P1-1-2)의 포토다이오드이며, ∼, 1-3-3은 단위셀(P1-3-3)의 포토다이오드이다.
하나의 단위셀(P0-i-j)에는, 포토다이오드(1: 1-1-1,1-1-2,∼,1-3-3)의 검출신호를 증폭하는 1개의 증폭트랜지스터(2: 2-1-1,2-1-2,∼,2-3-3), 신호를 독출하는 라인을 선택하는 1개의 수직선택 트랜지스터(3: 3-1-1,3-1-2,∼,3-3-3), 신호전하를 리세트하는 1개의 리세트 트랜지스터(4: 4-1-1,4-1-2,∼,4-3-3)가 있다.
이러한 구성의 단위셀이 복수개, 행렬 2차원 형상으로 배열되어 있다. 도면에서는 3×3개의 셀이 배열되어 있지만, 실제로는 이보다 많은 단위셀이 배열되어 있다.
수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 수평어드레스선(6: 6-1,6-2,6-3)은 수직선택 트랜지스터(3)의 게이트에 접속되어 신호를 독출하는 라인을 결정하고 있다. 마찬가지로, 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 리세트선(7: 7-1,7-2,7-3)은 리세트 트랜지스터(4)의 게이트에 접속되어 있다. 증폭트랜지스터(2)의 소스는 열방향으로 배치된 수직신호선(8: 8-1,8-2, 8-3)에 접속되고, 그 일단에는 부하트랜지스터(9: 9-1,9-2,9-3)가 설치되어 있다.
수직신호선(8: 8-1,8-2,8-3)의 타단은 슬라이스 트랜지스터(150: 150-1,150- 2,150-3)의 게이트에 각각 접속되어 있다. 슬라이스 트랜지스터(150)의 소스에는 슬라이스용량(152: 152-1,152-2,152-3)이 접속되어 있고, 그들의 타단은 슬라이스펄스 공급단자(154)에 접속되어 있다. 슬라이스 트랜지스터(150)의 소스전위를 리세트하기 위해, 슬라이스 트랜지스터(150)의 소스와 슬라이스전원단자(158)와의 사이에 슬라이스 리세트 트랜지스터(156: 156-1,156-2,156-3)가 설치되고, 이 트랜지스터(156)의 게이트에 슬라이스 리세트단자(160)가 접속되어 있다.
슬라이스 트랜지스터(150)의 드레인에는 슬라이스 전하전송용량(162: 162-1, 162-2,162-3)이 접속되어 있다. 또, 슬라이스 트랜지스터(150)의 드레인전위를 리세트하기 위해, 슬라이스 트랜지스터(150)의 드레인과 축적드레인 전원단자(164)간에 드레인 리세트 트랜지스터(166: 166-1,166-2,166-3)가 설치되고, 이 트랜지스터(166)의 게이트에 드레인 리세트단자(168)가 접속되어 있다. 더욱이, 슬라이스 트랜지스터(150)의 드레인은 수평어드레스회로(14)로부터 공급되는 선택펄스에 의해 구동되는 수평선택 트랜지스터(12: 12-1,12-2,12-3)를 매개로 수평신호선(15)에 접속되어 있다.
이상의 노이즈 캔슬러의 부분이 본 실시예의 특징부분이고, 이 노이즈 캔슬러는 수직신호선(8)에 나타나는 전압을 전하로 변환하고, 전하영역에서 감산을 함으로써 잡음을 억압하는 것으로 되어 있다.
다음으로, 본 장치의 구동방법에 대해 설명한다. 도 47은 본 장치의 동작을 나타낸 타이밍차트이고, 도 48은 슬라이스 트랜지스터(150)의 포텐셜도를 나타내고 있다.
도 47을 참조하여 설명한다. 우선, 수평어드레스선(6-1)을 하이레벨로 하는 어드레스펄스(101)를 인가하면, 이 라인의 수직선택 트랜지스터(3)만 온하고, 이 라인의 증폭트랜지스터(2)와 부하트랜지스터(9)로 소스 폴로워회로가 구성된다. 그리고, 증폭트랜지스터(2)의 게이트전압, 즉 포토다이오드(1)의 전압과 거의 동등한 전압이 수직신호선(8) 및 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트에 나타난다.
이어서, 슬라이스 리세트단자(160)에 슬라이스 리세트펄스(106)를 인가해 슬라이스 리세트 트랜지스터(156)를 온시켜 슬라이스용량(152)의 전하를 초기화한다. 더욱이, 슬라이스 리세트 트랜지스터(156)를 오프시키고, 슬라이스펄스 공급단자(154)에 제1슬라이스펄스(107)를 인가한다. 이에 따라, 신호전압이 걸려 있는 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트 아래의 채널전위(Vsch)를 넘어서 제1슬라이스 전하가 드레인으로 전송된다. 이 때, 드레인 리세트단자(168)에는 드레인 리세트펄스(108)가 인가되어 드레인 리세트 트랜지스터(166)를 온시키기 때문에, 드레인전위는 축적드레인 전원단자(164)의 전압(Vsdd)으로 고정되어 있다. 따라서, 제1슬라이스 전하는 드레인 리세트 트랜지스터(166)를 통해 배출된다.
이어서, 드레인 리세트 트랜지스터(166)를 오프시킨 후에, 리세트선(7-1)을 하이레벨로 하는 리세트펄스(103)를 인가해 이 라인의 리세트 트랜지스터(4)를 온시켜 신호전하를 리세트한다. 그러면, 수직신호선(8) 및 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트에 신호전하가 없을 때의 전압(신호성분이 없고, 잡음성분만이 있는 상태에 있어서 이 잡음성분 상당의 전압)이 나타난다. 이어서, 슬라이스펄스 공급단자(154)에 제2슬라이스펄스(109)를 인가한다. 이에 따라, 신호전하가 없을 때의 전압(잡음성분 상당의 전압)이 걸려 있는 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트 아래의 채널전위(VOch)를 넘어서 제2슬라이스 전하가 드레인으로 전송된다. 이 때, 드레인 리세트 트랜지스터(166)는 오프되어 있기 때문에, 제2슬라이스 전하는 드레인에 접속되어 있는 슬라이스 전하전송용량(162)으로 전송된다.
이어서, 수평어드레스회로(14)로부터 수평선택펄스(105: 105-1,105-2,105-3)를 수평선택 트랜지스터에 순차 인가하고, 수평신호선(15: 신호출력단)으로부터 1라인분의 신호를 순차 취출한다. 이 동작을 다음의 라인, 그 다음의 라인으로 순차 계속함으로써, 2차원형상의 모든 신호를 독출할 수 있다.
이 디바이스에서는 슬라이스용량(152)의 값을 Csl으로 하면, 최종적으로 수평신호선(15)으로 독출되는 전하(제2슬라이스전하)는,
Csl×(Vsch - VOch)
로 되고, 신호가 있을 때와 리세트되어 신호가 없을 때의 차에 비례하는 전하가 나타나기 때문에, 증폭트랜지스터(2)의 임계치 변동에 의한 잡음이 억압된다고 하는 특징이 있다. 즉, 노이즈 캔슬러로서 기능한다.
그리고 이 경우, 셀의 증폭트랜지스터(2)는 수직신호선(8)과 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트를 구동하면 좋고, 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트의 게이트용량은 종래예와 같은 큰 클램프용량과 비교하면 약간 작게 설계할 수 있기 때문에, 잡음억압에 걸리는 시간을 대폭 짧게 할 수 있다. 따라서, 실제의 텔레비전 신호를 공급하는 경우의 수평귀선기간내에 잡음억제를 확실하게 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 실시예에 있어서는 "잡음성분" 출력시와 "신호성분 + 잡음성분" 출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스가 거의 동일하다. 그 때문에, 양출력시에서 잡음성분이 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면, 정확하게 잡음출력을 제거할 수 있어 신호성분만을 취출하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 정확하게 노이즈를 제거할 수 있다. 또, 단위셀로부터 노이즈 제거회로를 보면, 임피던스적으로는 게이트용량 밖에 보이지 않고, 그 용량이 대단히 작으므로, 단시간에 확실하게 노이즈를 제거할 수 있다.
한편, 제2슬라이스펄스(109)는 바로 앞의 제1슬라이스펄스(107)의 영향을 받는 일이 있다. 이 경우, 제1 및 제2슬라이스펄스(107,109)의 조건을 동일하게 하기 위해, 제1슬라이스펄스(107)의 바로 앞에 더미 슬라이스펄스를 인가하는 것이 유효하다. 여기서, 상술한 조건은 바로 앞에 펄스가 있는가의 여부를 의미한다. 이 예에서는, 바로 앞에 제1슬라이스펄스가 존재하고 있는 제2슬라이스펄스와 작용을 맞추기 위해, 제1슬라이스펄스의 앞에 더미의 슬라이스펄스를 부가하도록 하고 있다.
또, 제1슬라이스펄스(107)와 제2슬라이스펄스(109)의 진폭이 동일하다고 하는 미묘한 전압조건에서는, 미소 신호영역에서 신호전하가 독출되지 않게 되거나, 직선성이 나빠지거나 한다. 그래서, 제1슬라이스펄스(107)의 진폭에 비해 제2슬라이스펄스(109)의 진폭을 크게 하고, 제2슬라이스펄스(109)로 독출하는 전하에 바이어스전하를 중첩시키도록 하는 쪽이 동작이 안정하다. 더욱이, 제1슬라이스펄스(107)에 비해, 제2슬라이스펄스(109)의 폭을 넓게 하는 방법도 유력하다.
한편, 수평어드레스선(6-1)의 하이레벨의 수직어드레스펄스 앞 가장자리 위치를 P1, 뒤 가장자리 위치를 P2, 리세트선(7-1)의 신호의 앞 가장자리 위치를 P3, 뒤 가장자리 위치를 P4, 슬라이스 리세트단자(160)에 인가되는 슬라이스 리세트펄스의 앞 가장자리 위치를 P5, 뒤 가장자리 위치를 P6, 슬라이스펄스 공급단자(154)에 인가되는 제1슬라이스펄스(107)와 제2슬라이스펄스(109)중, 제1슬라이스펄스(107)의 앞 가장자리 위치를 P7, 뒤 가장자리 위치를 P8, 제2슬라이스펄스(109)의 앞 가장자리 위치를 P9, 뒤 가장자리 위치를 P10, 그리고 드레인 리세트단자(168)에 인가되는 드레인 리세트펄스의 앞 가장자리 위치를 P11, 뒤 가장자리 위치를 P12로 한 경우, 이들 각 신호위치의 시간적 관계는,
P1〈P6〈P7〈P8〈P3〈P4〈P9〈P10〈P2
그리고, P8〈P11〈P12〈P9
로 한다. 바람직하게는 P11〈P12〈P3〈P4이다.
P1, P5의 전후관계는 상관없고, 또 P3와 P11의 위상관계, P4와 P12의 위상관계는 상관없다.
셀의 구성은 도 46에 한정되지 않고 도 49에 나타낸 바와 같이, 포토다이오드(1)와 증폭트랜지스터(2)와의 사이에 전송트랜지스터(28)를 삽입한 것을 이용할 수 있다. 도 49에 나타낸 바와 같이 전송트랜지스터(28)를 사용한 것을 이용하면, 초기에 신호가 없을 때의 전압을 수직신호선(8)에 출력하고, 이어서 전송트랜지스터(28)를 온하여 신호가 있을 때의 전압을 출력하는 것이 가능하다. 이 경우, 슬라이스 트랜지스터(150)의 도전형을 셀의 트랜지스터와 반대의 도전형으로 하는 편이 좋다. 즉, 셀이 n채널형 트랜지스터로 구성되기 때문에, 슬라이스 트랜지스터(150)는 p채널형이 좋다. 더욱이, 본 발명은 도 46이나 도 49에 나타낸 구성에 한정되는 것이 아니라, 포토다이오드의 검출신호를 트랜지스터를 매개로 출력하는 셀에 적용하는 것이 가능하다.
또, 입력신호가 없을 때에 독출하는 신호전류가 작은 쪽이 잡음이 적으므로, 축적드레인 전원단자(164)에 인가되고 있는 전압과 비디오 바이어스전압을 거의 같게 한다. 비디오 바이어스전압은 수평신호선(15)으로부터 신호를 전류로 독출할 때 수평신호선(15)이 거의 고정되는 전압이다. 도 45에 나타낸 바와 같이, 연산증폭기(31)의 입출력단간에 부하저항(29)을 접속한 비디오 앰프를 이용하면, 신호전류가 강제적으로 부하저항(29)에 흘러 수평신호선(15)은 가상적으로 어떤 전압으로 고정된다. 이것이 비디오 바이어스전압이다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 증폭형 MOS 센서를 이용한 고체촬상장치에 있어서, 수직신호선의 단(端)과 수평선택 트랜지스터간에 수직신호선에 나타난 전압을 전하로 변환하고, 전하영역에서 감산을 함으로써 잡음을 억압하는 잡음제거회로를 설치한 것에 의해, 증폭트랜지스터의 임계치 변동에 의한 고정패턴 잡음의 억제에 필요한 시간을 짧게 할 수 있어 텔레비전 신호를 공급하는 경우의 수평귀선기간내에 잡음억압을 행하는 것이 가능하게 된다.
즉, "잡음성분" 출력시와 "신호성분 + 잡음성분" 출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스가 거의 동일하다. 그 때문에, 양출력시에서 잡음성분이 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면, 정확하게 잡음출력을 제거할 수 있어 신호성분만을 취출하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 정확하게 노이즈를 제거할 수 있다. 또, 단위셀로부터 노이즈 캔슬러회로를 보면, 임피던스적으로는게이트용량 밖에 보이지 않고, 그 용량이 대단히 작으므로, 단시간에 확실하게 노이즈를 제거할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 증폭트랜지스터의 임계치 변동에 의한 고정패턴잡음의 억제에 필요한 시간을 짧게 할 수 있어, 텔레비전 신호를 공급하는 경우의 수평귀선기간내에서도 충분히 잡음억압을 행할 수 있는 고체촬상장치를 제공할 수 있다.
제23실시예
노이즈 캔슬러회로의 다른 구성예에 대해, 제23실시예로서 설명한다. 본 실시예의 노이즈 캔슬러회로(잡음제거회로)는 수평선택 트랜지스터측으로부터 병렬로 클램프 트랜지스터, 병렬로 샘플·홀드용량, 직렬로 클램프용량, 직렬로 샘플·홀드 트랜지스터가 상기 순서로 접속되어 이루어진 것으로, 중첩 노이즈 제거방식이다.
반도체기판상에 포토다이오드, 이 포토다이오드의 출력을 게이트에 입력하는 증폭트랜지스터, 이 증폭트랜지스터와 직렬로 접속된 수직선택 트랜지스터, 포토다이오드의 신호를 배출하는 리세트 트랜지스터로 이루어진 단위셀을 행렬 2차원형상으로 배열하여 된 촬상영역과, 상기 수직선택 트랜지스터의 게이트에 접속되어 행방향으로 배치된 복수의 수직선택선, 이들 수직선택선을 구동하는 수직어드레스회로, 상기 증폭트랜지스터의 전류를 독출하는 열방향으로 배치된 복수의 수직신호선, 이들 수직신호선의 일단측에 설치된 복수의 부하트랜지스터, 상기 수직신호선의 타단측에 설치된 복수의 수평선택 트랜지스터, 이들 수평선택 트랜지스터의 게이트에 순차 선택펄스신호를 인가하는 수평선택 트랜지스터, 상기 수평선택 트랜지스터를 매개로 상기 수직신호선으로부터 신호전류를 독출하는 수평신호선 및, 상기 수직신호선의 단과 상기 수평선택 트랜지스터와의 사이에 설치된 잡음제거회로를 구비한 고체촬상장치에 있어서, 상기 잡음제거회로는 상기 수평선택 트랜지스터측으로부터 병렬로 클램프 트랜지스터, 병렬로 샘플·홀드용량, 직렬로 클램프용량, 직렬로 샘플·홀드 트랜지스터가 상기 순서로 접속된 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명은 상기의 각 구성에 있어서, 클램프용량과 샘플·홀드용량을 반도체기판상의 동일평면상에 전부, 또는 일부 겹쳐서 형성하는 것을 특징으로 하고 있다. 또, 리세트 드레인 전원전압과 비디오 바이어스전압을 거의 동일하게 해도 좋다.
이와 같은 구성에 있어서는, 클램프용량과 샘플·홀드용량을 직접 접속하여 근접 배치시킬 수 있으므로, 이들을 동일면상에 적층하여 형성할 수 있다. 따라서, 클램프용량과 샘플·홀드용량을 반도체기판상에 병렬적으로 배치하는 경우에 비해 1/2의 면적으로 동일한 용량을 얻을 수 있어 소자의 미세화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
도 50은 제23실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 고체촬상장치를 나타낸 회로구성도이다. 여기서, 도 46과 동일부분에는 동일부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 장치가 상기 도 46에 나타낸 장치와 다른 점은, 잡음을 제거하기 위한 노이즈 캔슬러회로의 부분이다. 노이즈 캔슬러회로로서는, 수직신호선(8: 8-1,8-2, 8-3)측으로부터 순서대로, 샘플·홀드 트랜지스터(30: 30-1,30-2,30-3)와 클램프용량(32: 32-1,32-2,32-3)이 직렬 접속되고, 더욱이 클램프용량(32)과 수평선택 트랜지스터(12: 12-1,12-2,12-3)의 접속점에는 샘플·홀드용량(34: 34-1,34-2,34-3)과 클램프 트랜지스터(40: 40-1,40-2,40-3)가 병렬로 접속되어 있다.
다음으로, 본 장치의 구동방법에 대해 설명한다. 도 51은 본 장치의 동작을 나타낸 타이밍차트이다.
도 51을 참조하여 본 장치의 동작을 설명한다. 우선, 샘플·홀드 트랜지스터(30)에는 샘플링펄스(106)를 인가하고, 잡음억제 기간중에는 샘플·홀드 트랜지스터(30)를 온상태로 해둔다. 수평어드레스선(6), 예컨대 수평어드레스선(6-1)을 하이레벨로 하는 어드레스펄스(101)를 수직어드레스회로(5)에서 발생시켜 이 수평어드레스선(6-1)으로 인가한다.
그러면, 이 수평어드레스선(6-1)에 게이트가 접속되어 있는 배열 1행째의 병렬의 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…,P1-1-n)에서의 선택 트랜지스터(3: 3-1-1,3-1-2, …,3-1-n)만이 온한다. 그리고, 이 온된 선택 트랜지스터(3: 3-1-1,3-1-2,…, 3-1-n)에 접속되는 증폭트랜지스터(2: 2-1-1,2-1-2,…,2-1-n)와 부하트랜지스터(9-1-1,9-1-2,…9-1-n)로 소스 폴로워회로가 구성된다.
그리고, 수직신호선(8-1-1,8-1-2,…,8-1-n)에는 증폭트랜지스터(2-1-1,2-1- 2,…,2-1-n)의 게이트전압, 즉 포토다이오드(1-1-1,1-1-2,…,1-1-n)의 전압과 거의 동등한 전압이 나타난다. 이 때, 클램프 트랜지스터(40: 40-1-1,40-1-2,…,40-1- n)의 게이트에 클램프펄스(102)를 인가해 클램프 트랜지스터(40: 40-1-1,40-1-2, …,40-1-n)를 온시켜 클램프 노드(36: 36-1,36-2,…,36-n)를 클램프전원(38)과 동일한 전압으로 고정한다.
이어서, 클램프 트랜지스터(40: 40-1-1,40-1-2,…,40-1-n)를 오프시킨 후, 리세트선(7-1)을 하이레벨로 하는 리세트펄스(103)를 수직어드레스회로(5)에서 발생시켜 리세트선(7-1)에 인가하고, 이 리세트선(7-1)에 접속되어 있는 배열 1행째의 병렬의 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…,P1-1-n)에서의 리세트 트랜지스터(4: 4-1-1, 4-1-2,…,4-1-n)를 온으로 하여 신호전하를 리세트한다. 그러면, 클램프 노드(36-1-1,36-1-2,…,36-1-n)에는 포토다이오드(1-1-1,1-1-2,…,1-1-n)에 신호전하가 있을 때와 신호전하가 리세트된 때의 전압의 차를 클램프용량(32)과 샘플·홀드용량(34)으로 분할한 전압이 클램프전원(38)에 가산되어 나타난다.
즉, 클램프용량(32)의 용량치를 Cc1, 샘플·홀드용량(34)의 용량치를 Csh로 하고, 포토다이오드(1)에 신호전하가 있을 때의 전하를 Esn, 포토다이오드(1)가 리세트된 때의 전하를 En으로 하면, Esn과 En의 차전하를 Cc1과 Csh로 분할한 전압이 클램프전원(38)에 가산되어 나타난다. 즉, Cc1/(Cc1 + Csh)배한 신호전압이 나타난다.
결국, 신호성분이 Cc1/(Cc1 + Csh)배 되어 얻어진다.
이어서, 수평어드레스회로(14)에 의해 수평선택펄스(105: 105-1,105-2, 105-3)를 수평선택 트랜지스터(12-1-1,12-1-2,…,12-1-n)에 순차 인가하고, 수평신호선(15)으로부터 1라인분의 신호를 순차 취출한다. 이 동작을 다음의 라인, 그 다음의 라인으로 순차 계속함으로써, 2차원형상의 모든 단위셀의 신호를 독출할 수 있다.
한편, 수평어드레스선(6-1)의 하이레벨의 수직어드레스펄스 앞 가장자리 위치를 P1, 뒤 가장자리 위치를 P2, 리세트선(7-1)의 신호의 앞 가장자리 위치를 P3, 뒤 가장자리 위치를 P4, 샘플·홀드 트랜지스터(30)에 인가되는 샘플링펄스(106)의 앞 가장자리 위치를 P5, 뒤 가장자리 위치를 P6, 클램프 트랜지스터(40)의 게이트에 인가되는 클램프펄스(102)의 앞 가장자리 위치를 P7, 뒤 가장자리 위치를 P8로 한 경우, 이들 각 신호위치의 시간적 관계는,
P1〈P8〈P3〈P4〈P6〈P2
로 한다. 또, P1, P5, P7의 전후관계는 상관없다.
그러나, 바람직하게는 P1〈P5〈P7이 좋다.
또, 입력신호가 없을 때에 있어서, 독출하는 신호전류가 작은 쪽이 잡음이 적으므로, 본 실시예에서는 클램프전원(38)에 인가되고 있는 전압과 비디오 바이어스전압을 거의 같게 한다. 비디오 바이어스전압은 수평신호선(15)으로부터 신호를 전류로 독출할 때 수평신호선(15)이 거의 고정되는 전압이다. 도 45에 나타낸 바와 같이, 연산증폭기(176)의 입출력단에 부하저항(178)을 접속한 구성의 비디오 앰프를 이용하면, 신호전류가 강제적으로 부하저항(178)으로 흘러 수평신호선(15)은 가상적으로 어떤 전압으로 고정된다. 이것이 비디오 바이어스전압이다.
이와 같이 본 실시예에서는, 노이즈 캔슬러의 회로구성이 다르지만, 제22실시예에서 설명한 장치와 마찬가지로, 고정패턴잡음을 억제할 수 있다. 그리고 이 경우, 회로구성으로부터 알 수 있는 바와 같이, 클램프용량(32)과 샘플·홀드용량(34)이 직접 접속되어 근접하고 있으므로, 이들을 동일면상에 적층하여 형성할 수 있다.
구체적으로는, 도 24에 나타낸 바와 같이 실리콘기판(72)상에 제1절연막(74)을 매개로 제1전극(76)을 형성함으로써 샘플·홀드용량(34)을 구성하고, 더욱이 제1전극(76)상에 제2절연막(78)을 매개로 제3전극(80)을 형성함으로써 클램프용량(34)을 구성한다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1전극(76)이 공통전극으로 되고, 클램프용량(32)과 샘플·홀드용량(34)이 적층형성되어 있으므로, 병렬로 클램프용량(32)과 샘플·홀드용량(34)을 형성하는 구성에 비해 1/2의 면적으로 동일한 용량치를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 기본 셀의 구성은 도 50에 한정하지 않고, 적절히 변경가능하다. 예컨대, 포토다이오드(1)와 증폭트랜지스터(2)와의 사이에 전송트랜지스터를 삽입한 것을 이용해도 좋다. 더욱이, 선택 트랜지스터를 생략한 것이나, 리세트 트랜지스터를 생략한 구성이어도 좋다. 중요한 것은, 포토다이오드의 검출신호를 트랜지스터를 매개로 출력하는 셀이면 적용하는 것이 가능하다.
이상 상술한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 증폭형 MOS 센서를 이용한 고체촬상장치에 있어서, 잡음제거회로를 구성하는 각 요소의 접속관계를 연구함으로써, 잡음제거회로의 클램프용량과 샘플·홀드용량에 필요한 면적을 작게 할 수 있어 소자의 미세화에 기여할 수 있다.
제24실시예
도 52, 도 53은 본 발명에 이용되는 제24실시예에 따른 고체촬상장치의 회로구성을 나타낸 도면이다.
고정패턴잡음을 저감하는 것을 목적으로 하여, 도 52의 구성을 설명한다. 도면에서는 포토다이오드(1: 1-1-1,1-1-2,∼,1-3-3)의 신호를 독출하는 라인을 선택하는 증폭트랜지스터(2: 2-1-1,2-1-2,∼,2-3-3)와, 신호를 독출하는 라인을 선택하는 수직선택 트랜지스터(3: 3-1-1,3-1-2,∼,3-3-3) 및, 신호전하를 리세트하는 리세트 트랜지스터(4: 4-1-1,4-1-2,∼,4-3-3)로 이루어진 단위셀이 3×3의 행렬로 2차원형상으로 배열되어 있다. 물론, 실제로는 이보다 많은 단위셀이 배열된다.
수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배열되어 있는 수평어드레스선(6: 6-1,6-2,6-3)은 수직선택 트랜지스터(3)의 게이트에 접속되어 신호를 독출하는 라인을 결정하고 있다. 마찬가지로, 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 리세트선(7: 7-1,7-2,7-3)은 리세트 트랜지스터(4)의 게이트에 접속되어 있다. 증폭트랜지스터(2)의 소스는 열방향으로 배치된 수직신호선(8: 8-1,8-2, 8-3)에 접속되고, 그 일단에는 부하트랜지스터(9: 9-1,9-2,9-3)가 설치되어 있다.
부하트랜지스터(9)의 게이트에는 부하트랜지스터 구동선(35)이 접속되어 있다. 여기서, 부하트랜지스터(8)는 반드시 구동선(35)에 의해 구동할 필요는 없고, 부하트랜지스터(8)의 게이트를 소스에 접속해도 좋다.
수직신호선(8)의 타단에는 클램프용량(131: 131-1,131-2,131-3)과, 클램프 트랜지스터(132: 132-1,132-2,132-3), 샘플·홀드 트랜지스터(133: 133-1,133-2, 133-3) 및, 샘플·홀드용량(134: 134-1,134-2,134-3)으로 이루어진 잡음제거회로가 접속되어 있다. 그리고, 이 잡음제거회로는 수평어드레스회로(14)로부터 공급되는 선택펄스에 의해 선택되는 수평선택 트랜지스터(12: 12-1,12-2,12-3)를 매개로 수평신호선(15)에 결선되어 있다.
더욱이 본 장치에 있어서는, 보정을 위한 용량(201: 201-1,201-2,201-3)이 클램프용량보다 촬상영역측에, 수직신호선(8)에 대해 병렬로 스위치(202: 202-1, 202-2,202-3)를 매개로 설치되어 있다. 보정용량(201)과 스위치(202)는 도 52의 경우, 클램프용량(131)과 촬상영역간에, 또 도 53의 경우에는 촬상영역과 부하트랜지스터(9)의 사이에 설치되어 있다. 보정용량(201)은 소정 전압의 바이어스가 부여되고 있다.
보정용량(201)의 용량치를 CCMP, 클램프용량(131)의 용량치를 CCL, 샘플·홀드용량(134)의 용량치를 CSH로 한다. 본 실시예에서는, 스위치(202)는 샘플·홀드 기간동안 온상태로 한다. 이 경우, 샘플·홀드시에 수직신호선(8)에 이어지는 용량은,
C = CCMP + CSH
로 된다. 따라서, 보정용량(201)의 용량치 CCMP는,
2{CCL - CCL·CSH/(CCL + CSH)} 〉CCMP 〉O
의 범위로 설정한다. 이와 같이 설정하면, 샘플·홀드시에 수직신호선(8)에 이어지는 용량은 보정용량(201)이 없을 때에 비해 클램프용량(131)의 용량치 CCL의 크기에 가깝다. 그 때문에, 차분 VCL은 보다 작아지고, 이에 따라 잡음도 작아진다.
동작의 상세를 설명한다. 도 54는 이 디바이스의 동작을 나타내는 타이밍차트이다. 본 실시예에서는, 보정용량(201: 201-1,201-2,201-3)이 클램프용량보다 촬상영역측에 있고, 게다가 수직신호선(8)에 대해 병렬로 스위치(202: 202-1, 202-2,202-3)를 매개로 설치되어 있다. 그리고, 보정용량(201)과 스위치(202)는 도 52의 경우에는 클램프용량(131)과 촬상영역의 사이에, 또 도 53의 경우에는 촬상영역과 부하트랜지스터(9)와의 사이에 설치되어 있다. 그리고, 스위치(202)는 샘플·홀드기간중에 온상태로 한다.
이제, 수평어드레스선(6-1)을 하이레벨로 하는 어드레스펄스(101)를 인가한 것으로 하자. 그러면, 이 라인의 수직선택 트랜지스터(3)만 온한다. 이어서, 부하트랜지스터 구동선(35)을 하이레벨로 하면, 선택된 라인의 증폭트랜지스터(2)와 부하트랜지스터(8)로 소스 폴로워회로가 구성된다. 그리고, 증폭트랜지스터(2)의 게이트전압, 즉 포토다이오드(1)의 전압과 거의 동등의 전압이 수직신호선(8)에 나타난다. 이 경우, 클램프 트랜지스터(132)의 게이트에 클램프펄스(102)를 인가해 클램프 트랜지스터(132)를 온시켜 클램프 노드(145)를 클램프전원(17)과 동일한 전압으로 고정한다.
이어서, 클램프 트랜지스터(132)를 오프시킨 후, 부하트랜지스터 구동선(35)을 로우레벨로 한다. 이어서, 리세트선(7-1)을 하이레벨로 하는 리세트펄스(103)를 인가해 리세트 트랜지스터(4)를 온시켜 신호전하를 리세트한다. 이어서, 다시 부하트랜지스터 구동선(35)을 하이레벨로 하면, 클램프 노드(145)에는 포토다이오드(1)에 신호전하가 있을 때와 신호전하가 리세트된 때의 전압차가 가산된 전압이 나타난다.
이어서, 샘플·홀드 트랜지스터(133)의 게이트에 샘플·홀드펄스(104)를 인가해 샘플·홀드 트랜지스터(133)를 온시켜 이 신호를 샘플·홀드용량(134)에 전달한다. 그 후, 수평어드레스회로(14)로부터 수평선택펄스(105: 105-1,105-2,105-3)를 수평선택 트랜지스터(12)로 순차 인가하여 수평신호선(15)으로부터 1라인분의 신호를 순차 취출한다.
이 동작을 다음의 라인, 그 다음의 라인으로 순차 계속함으로써, 2차원형상의 모든 신호를 독출할 수 있다.
이 디바이스에서는, 클램프 노드(145)에는 최종적으로는 신호가 있을 때와, 리세트되어 신호가 없을 때의 차전압이 나타나기 때문에, 증폭트랜지스터(2)의 임계치 변동에 의한 잡음이 억압된다. 즉, 클램프용량(131)과 클램프 트랜지스터(132), 샘플·홀드 트랜지스터(133) 및 샘플·홀드용량(134)으로 이루어진 회로가 잡음제거회로로서 작용하여 2차원형상의 잡음인 고정패턴잡음의 발생을 억제한다.
즉, "잡음성분" 출력시와 "신호성분 + 잡음성분" 출력시에 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스가 거의 동일하다. 그 때문에, 양출력시에서 잡음성분이 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면, 정확하게 잡음출력을 제거할 수 있어 신호성분만을 취출하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 정확히 노이즈를 제거할 수 있다.
제24실시예 구성의 경우, 보정용량(201)과 스위치(202)의 구성요소부분이 없어도 클램프펄스가 200(ns) 이상의 시간폭을 확보할 수 있는 회로이면 잡음제거능력은 충분하다.
결국, 잡음제거회로에 있어서, 샘플·홀드용량에 축적되는 신호전하는 샘플·홀드용량의 크기와 전극간의 전압차의 곱으로 결정된다. 그리고, 그 전극간의 전압차는 샘플·홀드용량(134)의 용량치 CSH와 클램프용량(131)의 용량치 CCL의 비로 결정된다. 그 때문에, 샘플·홀드용량에 나타나는 신호전하를 크게 하기 위해서는, 샘플·홀드용량을 크게 함과 동시에, 그에 대응하여 클램프용량을 크게 할 필요가 있다. 그 결과, 충분한 신호전하를 얻기 위해서는, 상당히 큰 클램프용량이 필요하게 된다. 그러나, 클램프펄스가 충분한 펄스폭을 확보가능하면, 문제는 없다.
또, 단위셀의 증폭트랜지스터(2)는 수직신호선(8)의 용량뿐만 아니라, 큰 클램프용량을 구동할 필요가 있다. 그러나, 이것도 잡음억압에 걸리는 시간을 충분히 확보할 수 있는 때에는 문제없다. 이것이 문제로 되는 것은 MOS형 고체촬상장치가 텔레비전 카메라로 사용되는 경우이다. 실제, 텔레비전 신호를 공급하는 경우는 짧은 수평귀선기간내에 행할 필요가 있는가이고, 이 짧은 수평귀선기간내에서는 잡음억압의 시간이 충분하지 않아 깨끗하게 제거할 수 없게 된다.
또, 포토다이오드(1)에 신호가 있고, 수직신호선(8)을 클램프할 때에 수직신호선(8)에 이어지는 용량, 즉 클램프용량(131)의 용량치 CCL의 크기와, 포토다이오드(1)에 신호가 없고, 샘플·홀드하는 수직신호선(8)에 이어지는 용량의 크기(다만, C = CCL·CSH/(CCL + CSH))가 다르게 되어 버리면, 이것이 원인이 되어 잡음을 제거할 수 없다고 하는 문제가 생긴다. 본 발명에서는, 샘플·홀드기간중에 보정용량(201)을 수직신호선(8)에 접속하여 이 수직신호선(8)에 이어지는 용량을 샘플·홀드기간 외의 값과 합치도록 한다.
본 발명에서는, 스위치(202)는 샘플·홀드기간중 온상태로 함으로써 이것을 행한다. 그러면, 샘플·홀드시에 수직신호선(8)에 이어지는 용량은,
C = CCMP + CSH
로 된다. 보정용량 CCMP의 크기를,
2{CCL - CCL·CSH/(CCL + CSH)} 〉CCMP 〉0
의 범위로 설정하면, 보정용량(201)이 없을 때에 비해 샘플·홀드기간중에서의 수직신호선(8)에 이어지는 용량(샘플·홀드용량(134)과 클램프용량(131))은 샘플·홀드기간 외에서의 수직신호선(8)에 이어지는 용량, 즉 클램프용량(131: 용량치 CCL)만의 상태에서의 용량치 CCL의 크기에 가깝다. 그 때문에, 차분 VCL은 보다 작아지고, 그 때문에 잡음도 작아진다.
도 55에 수직신호선 전위와 클램프 노드 전위의 시간변화를 나타냈다. 본 실시예에서는 신호가 "0(零)"인 암시(暗時: 어두운 때)의 경우와 같이 수직신호선 전위가 클램프시로 되돌아가는 전위와 샘플·홀드시로 되돌아가는 전위가 동일한 경우, 샘플·홀드종료시점에서의 클램프 노드의 전위는 △VCL에 가까운 값까지 되돌아 가지 않고, "0"으로 된다. 따라서, 암시이고 신호가 "0"임에도 불구하고 △VCL에 상당하는 신호가 나타나 버리는 등의 문제점은 없다. 이 때문에, △VCL의 변동에 기인하는 잡음의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
보정용량(201)과 스위치(202)의 구성요소부분이 없는 경우는, 포토다이오드(1)에 신호가 있고, 수직신호선(8)을 클램프할 때에 수직신호선(8)에 이어지는 용량, 즉 클램프용량(131)의 용량치 CCL의 크기와, 포토다이오드(1)에 신호가 없고, 샘플·홀드할 때에 수직신호선(8)에 이어지는 용량의 크기(C: 다만, C = CCL·CSH/(CCL + CSH))가 다르게 되어 버리면, 이것이 원인이 되어 잡음을 제거할 수 없는 사정을 설명해 둔다.
가장 잡음이 두드러진 촬상조건인 저조도상태에서의 동작을 보기 위해, 신호가 0인 경우, 즉 포토 트랜지스터 리세트전과 리세트후의 포토 트랜지스터가 동일한 경우에 대해 고려해 보자. 도 56에 수직신호선 전위와 클램프 노드 전위의 시간변화를 나타냈다.
수직신호선(8)에 신호전압이 나타난 후에 클램프 트랜지스터(132)를 온한 후의 수직신호선 전위는 도면과 같이 클램프와 동시에 바로 클램프 전위로 되고, 그 후 다시 신호선 전위로 되돌아간다. 신호선 전위로 바로 되지 않는 것은 부하트랜지스터(9)가 갖는 저항(RTR)과 클램프용량(CCL)의 곱, τ = RTR·CCL로 결정되는 시정수를 갖고 전위가 변화하기 때문이다. 현재의 소자에서의 값은, RTR은 약 10(kΩ), CCL은 약 1(pF)이고, τ은 약 10(nS)로 되어, 충분히 포화하기 위해서는 200(nS)는 필요하다.
한편, 도 54에 나타낸 동작은 모두 1수평귀선기간내에 행할 필요가 있기 때문에, 클램프펄스는 200(nS) 이상으로 할 수 없는 경우가 많다. 그 때문에, 현재의 소자에서는 클램프시에 수직신호선 전위가 충분히 신호전위까지 포화하지 않은 상태에서 클램프 트랜지스터가 오프된다. 그 때문에, 클램프 노드의 전위는 클램프 트랜지스터를 오프한 후에 클램프전위로 되지 않고 △VCL만큼 어긋난다.
또, 샘플·홀드할 때의 클램프 노드의 전위와 수직신호선 전위의 시간변화는 도 56과 같이 된다. 이 때에는 수직신호선에 이어지는 용량은 클램프용량과 샘플·홀드용량의 직렬합성용량이고, 그 값은
C = CSH·CCL/(CSH + CCL)
이다. 이 때의 지연시정수 τ´는,
τ´= RTR·C = RTR·CSH·CCL/(CSH + CCL)
로 되고, 클램프시의 지연시정수(τ)에 비해 상당히 작다. 그 때문에, 샘플·홀드시에 수직신호선 전위가 원래의 전위로 되돌아가기까지의 시간은 클램프시의 시간에 비해 빠르다.
따라서, 신호가 0인 암시인 경우와 같이 수직신호선 전위가 클램프시에 되돌아가는 전위와 샘플·홀드시에 되돌아가는 전위가 동일한 경우에도, 샘플·홀드종료시점에서의 클램프 노드의 전위는 0으로 저하하지 않고 △VCL에 가까운 값까지 되돌아가 버린다. 즉, 암시이고 신호가 0임에도 불구하고 △VCL에 상당하는 신호가 나타나 버리고, 게다가 이 △VCL이 변동하기 때문에, 이것이 잡음회로로 깨끗이 제거되지 않는 잡음으로서 남아 버린다.
본 실시예에서는, 스위치(202)는 샘플·홀드기간중에 온상태로 한다. 그렇게 하면, 샘플·홀드시에 수직신호선에 이어지는 용량은,
C = CCMP + CSH
로 된다. 보정용량 CCMP의 크기를,
2{CCL - CCL·CSH/(CCL + CSH)} 〉CCMP 〉0
의 범위로 설정하면, 보정용량이 없을 때에 비해 CCL의 크기에 가깝다. 그 때문에, 차분 VCL은 보다 작아지고, 그 때문에 잡음도 작아진다.
도 55에 수직신호선 전위와 클램프 노드 전위의 시간변화를 나타냈다. 본 실시예에서는 신호가 0인 암시인 경우와 같이 수직신호선 전위가 클램프시에 되돌아가는 전위와 샘플·홀드시에 되돌아가는 전위가 동일한 경우, 샘플·홀드종료시점에서의 클램프 노드의 전위는 △VCL에 가까운 값까지 되돌아가지 않고 0으로 된다. 따라서, 암시이고 신호가 0임에도 불구하고 △VCL에 상당하는 신호가 나타나 버리는 등의 문제점은 없다. 이 때문에, △VCL의 변동에 기인하는 잡음의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
이상은, 단위셀당 1포토다이오드 구성의 MOS 센서에 각종의 노이즈 캔슬러회로를 조합시킨 구성의 MOS형 고체촬상장치의 실시예였다.
다음에 단위셀당 2포토다이오드 이상의 복수 포토다이오드 구성의 MOS 센서에 각종의 노이즈 캔슬러회로를 조합시킨 구성의 MOS형 고체촬상장치의 실시예를 설명한다.
제25실시예
제25실시예는 단위셀당 2포토다이오드 구성의 MOS 센서에 각종의 노이즈 제거회로를 조합시킨 경우의 구성예이다.
도 57은 본 발명에 이용되는 제25실시예에 따른 MOS형 고체촬상장치의 구성을 나타낸 개략도이다. 화소에 상당하는 단위셀(P1-i-j)이 종, 횡으로 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 있다. 도면에서는 2×2의 구성만을 나타냈지만, 실제는 예컨대 종횡 수천개×수천개라고 하는 구성이다. i는 수평(row)방향의 변수, j는 수직(column)방향의 변수이다. 본 발명에서는 각 단위셀(P1-i-j)은 수광부인 포토다이오드를 1개의 구성이 아니라, 2개의 구성으로 하고 있는 바, 이 2포토다이오드 구성으로 함으로써 각 단위셀은 실질적으로 2화소로서 기능하게 된다. 각 단위셀(P1-i-j)의 상세는 도 61, 도 62에 나타낸다.
여기서 설명한 고체촬상장치의 응용분야로는 비디오 카메라, 전자스틸 카메라, 디지털 카메라, 팩시밀리, 복사기, 스캐너 등이 있다.
수직(column)어드레스회로(5)로부터 수평방향(row방향)으로 배선되어 있는 수평(row)어드레스선(6-1,6-2,…)은 각 행의 단위셀에 접속되어 신호를 독출하는 수평라인(row방향 라인)을 정하고 있다. 마찬가지로, 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향(row방향)으로 배선되어 있는 리세트선(7-1,7-2,…)은 각 열의 단위셀에 접속되어 있다. 후술하는 바와 같이, 본 실시예의 단위셀은 2개의 포토다이오드를 포함하고 있기 때문에, 수직어드레스회로(5)로부터는 제1포토다이오드 선택선(22- 1,22-2,…), 제2포토다이오드 선택선(24-1,24-2,…)도 수평방향으로 출력되고, 이들도 각 행의 단위셀에 접속되어 있다.
각 열의 단위셀은 열방향으로 배치된 수직(column)신호선(8-1,8-2,…)에 접속되고, 수직신호선(8-1,8-2,…)의 일단에는 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)가 설치되어 있다. 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)의 게이트와 드레인은 공통으로 드레인 전압단자(20)에 접속되어 있다.
수직신호선(8-1,8-2,…)의 타단은 노이즈 캔슬러회로에 접속되어 있다. 즉, 본 발명에서 이용되는 노이즈 캔슬러회로는 MOS 트랜지스터(26-1,26-2,…,28-1, 28-2,…)와, 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…), 클램프용량(32-1,32-2,…), 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…), 클램프 트랜지스터(40-1,40--2,…) 및, 수평(row)선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)로 구성되어 있다.
수직신호선(8-1,8-2,…)의 타단은 노이즈 캔슬러회로의 구성요소인 MOS 트랜지스터(26-1,26-2,…)에 접속된다. 그리고, 노이즈 캔슬러회로의 구성요소인 MOS 트랜지스터(26-1,26-2,…)의 소스는 MOS 트랜지스터(28-1,28-2,…)의 드레인에 접속되고, MOS 트랜지스터(26-1,26-2,…,28-1,28-2,…)는 소스 폴로워회로로 동작한다. MOS 트랜지스터(28-1,28-2,…)의 게이트는 공통게이트단자(36)에 접속된다.
MOS 트랜지스터(26-1,26-2,…)와 MOS 트랜지스터(28-1,28-2,…)의 접속점이, 이것도 노이즈 캔슬러회로의 구성요소인 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)를 매개로 클램프용량(32-1,32-2,…)의 일단에 접속된다. 노이즈 캔슬러회로의 구성요소인 클램프용량(32-1,32-2,…)의 타단에는 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)과 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)가 병렬로 접속되어 있다.
그리고, 노이즈 캔슬러회로의 구성요소인 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)의 타단은 접지되어 있다. 클램프용량(32-1,32-2,…)의 타단은 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)를 매개로 신호출력단(15: 수평신호선)에도 접속된다.
수평(row)선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)는 수평(row)어드레스를 순차적으로 절체해 가는 회로인 수평어드레스회로(13)로부터 공급되는 수평어드레스펄스에 의해 선택되는 수평(row)선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)를 매개로 신호출력단(15: 수평신호선)에 접속되어 있다.
수직어드레스회로(5)는 복수개의 신호, 여기에 나타낸 예에서는 4개의 신호를 모아서 쉬프트하는 회로이다. 즉, 수직어드레스회로(5)는 4개×n조의 단자를 갖고, 4개 1조의 단자군을 차례로 1조씩 액티브하도록 절체해 가는 것으로, 도 58, 도 59, 도 60중 어느 하나의 회로에 의해 실현된다.
도 58의 예에서는 입력신호(46)를 다수의 출력단으로부터 순차 쉬프트하여 출력하는 쉬프트 레지스터(44)의 출력이 멀티플렉서(48)에 의해 4입력신호(50)와 합성된다.
도 59의 예에서는 엔코드입력(54)을 디코드하는 디코더(52)의 출력이 멀티플렉서(56)에 의해 4입력신호(58)와 합성된다.
도 60의 예에서는 각각 복수의 단자를 갖는 4개의 쉬프트 레지스터(60a,60b, 60c,60d)를 이용하고, 그 출력중 동일단자위치의 것끼리 묶어 각 행의 제어신호선으로 한다.
도 61은 도 57에 나타낸 단위셀(P1-1-1)의 제1구성예를 나타낸다. 여기에서는 단위셀(P1-1-1)의 구성만을 나타냈지만, 다른 단위셀 P1-1-2, ∼에 대해서도 마찬가지의 구성이 채용되고 있다.
동 도면에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 MOS형 고체촬상장치의 단위셀은 수직방향(column방향)으로 이웃하는 2개의 포토다이오드(62a,62b)와, 이들중 어느쪽의 포토다이오드(62a,62b)의 검출신호를 단위셀의 출력으로 하는가를 선택하는 2개의 포토다이오드 선택 트랜지스터(63a,63b) 및, 이들 선택트랜지스터(63a,63b)로 선택된 포토다이오드(62a,62b)의 출력신호를 단위셀로부터 출력하는 출력회로(68)를 갖춘다.
각 선택스위치(63a,63b)는 독립적으로 온/오프제어되는 것으로, 각 선택스위치를 온으로 함으로써 포토다이오드(62a,62b)에 축적된 전하를 시분할적으로 출력회로(68)에 공급할 수 있다.
출력회로(68)는 다음의 요소로 구성되어 있다. 즉, 포토다이오드(62a,62b)로부터의 전하신호가 게이트에 공급되어 그것을 증폭하는 증폭트랜지스터(64)와, 신호를 독출하는 단위셀을 선택하는 수직선택 트랜지스터(65), 그리고 증폭트랜지스터(64)의 게이트에 가하는 전하를 충방전하기 위한 리세트 트랜지스터(66)의 각 요소로 구성되어 있다.
수직어드레스회로(5)로부터 수평방향(row방향)으로 배선되어 있는 수평어드레스선(6-1)은 수직(column)선택 트랜지스터(65)의 게이트에 접속되어 신호를 독출하는 라인을 선택한다. 마찬가지로, 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 리세트선(7-1), 포토다이오드 선택선(22-1,24-1)은 각각 리세트 트랜지스터(66)의 게이트, 포토다이오드 선택 트랜지스터(63a,63b)의 게이트에 접속되어 있다.
이와 같이, 본 실시예의 MOS형 고체촬상장치의 단위셀은 종래예와 같은 1포토다이오드/단위셀의 구성의 것과는 달리, 복수 포토다이오드/단위셀의 구성으로 하고 있다. 여기에서는 수직(column)방향으로 인접하는 2개의 포토다이오드가 1개의 출력회로(68)를 공유하고 있는 구성으로 하고 있다. 결국, 1포토다이오드/단위셀의 구성은 단위셀당 1화소에 상당하는 것에 대해, 복수 포토다이오드/단위셀의 구성은 수광부인 포토다이오드가 복수이기 때문에, 수광부의 수의 분만큼이 각각 화소로서 취급되기 때문에 단위셀당 복수화소의 구성으로 된다.
그리고, 본 실시예에서는 단위셀은 2개의 포토다이오드로 구성되어 있으며, 단위셀 내에는 이들 포토다이오드를 선택하기 위한 2개의 트랜지스터를 포함하여 5개의 트랜지스터를 구비하는 구성이다. 즉, 본 실시예의 MOS형 고체촬상장치에서의 단위셀의 구성에 의하면, 1개의 화소에 상당하는 1개의 포토다이오드당, 2.5개의 트랜지스터밖에 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 1개의 포토다이오드에 3개의 트랜지스터를 필요로 하는 도 1에 나타낸 종래예의 구성에 비해, 화소당 트랜지스터가 2.5개로 되는 본 실시예는 화소당 트랜지스터 수를 0.5개 적게 할 수 있다. 그 때문에, 화소당 점유면적을 축소할 수 있어, 동일 화소수의 고체촬상장치라면 보다 소형화한 고체촬상장치를 얻을 수 있다.
또, 본 실시예에 따른 MOS형 고체촬상장치의 단위셀의 특징은 2개의 포토다이오드(62a,62b)가 선택 트랜지스터(63a,63b)를 매개로 출력회로(68)에 각각 접속되어 있는 점에 있다. 즉, 포토다이오드(62a,62b)가 병렬로 접속되어 있는 점에 있다. 물론, 복수의 포토다이오드(62)로 1개의 출력회로(68)를 공유하는 방법으로서는 이것 뿐만 아니라 다른 방법도 있다. 예컨대, 1개의 포토다이오드만 출력회로(68)에 접속하고, 다른 포토다이오드는 출력회로(68)에 접속된 상기 1개의 포토다이오드를 매개로 출력회로(68)에 접속하는, 소위 직렬접속에 의한 방법이다. 그러나, 이 직렬접속에 의한 방법에서는 다른 포토다이오드에 축적된 검출신호를 파괴하지 않고 복수의 포토다이오드 각각의 출력신호를 독립하여 독출하는 것은 곤란하다. 따라서, 실시예에 나타낸 구성을 사용하는 것이 좋다.
일반적으로, 증폭형 MOS형 고체촬상장치에 있어서는 각 단위셀에서의 화소에 상당하는 수광부인 포토다이오드의 출력신호를 그 단위셀에 설치된 증폭트랜지스터(64)를 통하여 증폭하여 취출한다. 그 때문에, 이 증폭시에 증폭트랜지스터(64)의 임계치 전압의 변동이 신호에 중첩되는 것으로 된다. 따라서, 설령 각 단위셀에서의 각 포토다이오드(62)의 전위가 각각 동일한 것이었다고 해도, 그 포토다이오드의 소속하는 단위셀에서의 증폭트랜지스터가 각각 다른 물건이고, 각 증폭트랜지스터(64)의 임계치 전압이 다르므로, 출력신호가 동일한 것으로는 되지 않아 촬상한 화상을 재생하면 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 대응하는 잡음이 발생한다.
이와 같이, 각 단위셀에서의 증폭트랜지스터(64)에 임계치전압이 다르고, 각 단위셀에서 고유한 것이기 때문에, 재생한 화상에 장소적으로 고정되어 분포하는 잡음, 즉 2차원형상의 잡음으로 된다. 이 잡음은 2차원공간인 화면상에서 장소적으로 고정되어 있다는 의미에서 고정패턴잡음이라 부르는 것은 상술한 바와 같다.
이 때문에, 본 실시예에 있어서는 종래예의 구성인 도 1의 회로에서의 출력부의 신호전송 트랜지스터와 축적용량으로 이루어진 회로 대신에, 이 고정패턴잡음을 억압하기 위한 잡음제거회로(노이즈 캔슬러회로)가 설치되어 있다. 도 57에서는 잡음제거회로(노이즈 캔슬러회로)로는 전압영역에서 신호와 잡음의 차분을 취하는 상관이중(相關二重) 샘플링형을 나타냈지만, 잡음제거회로의 형은 상관이중 샘플링형으로는 한정되지 않고, 여러 가지의 잡음제거회로가 이용되고 있다.
다음에, 도 62의 타이밍차트를 참조하여 이와 같은 노이즈 캔슬러회로를 구비한 본 발명에서 이용되는 MOS형 고체촬상장치의 동작에 대해 설명한다. 여기서, 부하트랜지스터(9)의 공통드레인단자(20), 임피던스 변환회로의 트랜지스터(28)의 공통게이트단자(36), 클램프 트랜지스터의 공통소스단자(38)는 DC구동이기 때문에, 타이밍차트에서 생략하고 있다.
즉, 임피던스 변환회로를 구성하는 트랜지스터(28-1,28-2,…)의 공통게이트단자(36)의 전압은 본 MOS형 고체촬상장치의 동작시, 하이레벨의 상태에 놓여져 항상 온으로 된다. 또, 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)의 공통소스단자(38)의 전압은 본 MOS형 고체촬상장치의 동작시, 항상 로우레벨로 놓여진다. 그리고, 공통소스단자(36)가 하이레벨의 상태에 놓여짐으로써, 임피던스 변환회로의 트랜지스터(28-1,28-2,…)는 항상 온이고, 수직신호선(8-1,8-2,…)이 전달하는 신호레벨(전압레벨) 대응으로 트랜지스터(26-1,26-2,…)가 구동됨으로써, 트랜지스터(26-1,26-2,…)와 트랜지스터(28-1,28-2,…)의 회로로부터 수직신호선(8-1,8-2,…)이 전달하는 신호레벨 대응으로 전압신호가 출력되는 구성이다. 트랜지스터(26-1,26-2,…)는 도면에 나타낸 바와 같이, 각각 대응하는 쌍의 것끼리가 그 소스-드레인간을 직렬접속하여 시스템 전원의 정극측(소정 레벨의 직렬전압)과 접지레벨측에 접속되어 있으며, 트랜지스터(28-1,28-2,…)가 온이면, 수직신호선(8-1,8-2,…)이 전달하는 신호레벨 대응으로 트랜지스터(26-1,26-2,…)가 구동되어 소정 레벨의 직류전압의 범위로 전압을 출력할 수 있다. 결국, 트랜지스터(26-1,26-2,…)와 트랜지스터(28-1,28-2,…)에 임피던스 변환하여 수직신호선(8-1,8-2)이 전달하는 신호레벨 대응의 전압신호를 노이즈 캔슬러회로에 인가하는 구성으로 된다.
트랜지스터(26-1,26-2,…)와 트랜지스터(28-1,28-2,…)로 구성되는 임피던스 변환회로로부터의 출력은, 수직신호선(8-1,8-2,…) 각각에 대응하여 설치되어 있는 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)를 매개로, 이것도 수직신호선(8-1,8-2,…) 각각에 대응하여 설치되어 있는 클램프용량(32-1,32-2,…)으로 전달되는 구성으로, 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)가 온상태이면, 임피던스 변환회로로부터의 출력은 대응하는 클램프용량(32-1,32-2,…)으로 전달되어 거기에 축적할 수 있는 구조이고, 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)를 오프로 함으로써 수직신호선(8- 1,8-2,…)으로부터의 출력의 전달을 정지할 수 있는 구조이다.
본 장치는, 촬상동작중에 있어서는 임피던스 변환회로를 구성하는 트랜지스터(28-1,28-2,…)의 공통게이트단자(36)의 전압이 하이레벨의 상태에 놓여져 항상 온상태이다. 또, 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)의 공통소스단자(38)의 전압은 항상 로우레벨로 놓여져 있다.
이 상태에 있어서, 수평(row)어드레스선(6-1)에 하이레벨(논리신호레벨 "H")의 어드레스펄스를 인가하면, 당해 수평어드레스선(6-1)에 접속되어 있는 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…)의 수직선택 트랜지스터(65)가 온으로 되고, 증폭트랜지스터(64)와 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)로 소스 폴로워회로가 구성된다.
증폭트랜지스터(64)의 게이트에는 포토다이오드(62a,62b)중, 선택 트랜지스터(63a,63b)로 선택된 어느 하나의 포토다이오드의 전압을 인가할 수 있다. 증폭트랜지스터(64)는 이 게이트에 인가된 전압을 증폭하여 드레인으로 출력하기 때문에, 선택 트랜지스터(63a,63b)를 선택함으로써, 단위셀로부터는 자기가 갖는 포토다이오드의 수광량 대응의 전압을 수직(row)신호선(8-1,8-2,…)중, 그 단위셀 대응의 수직(row)신호선에 출력할 수 있다.
노이즈 캔슬러회로에서는 그 구성요소인 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)의 공통게이트(37)를 하이레벨로 하여 이들 샘플·홀드 트랜지스터(30-1, 30-2,…)를 온한다. 이에 따라, 클램프용량(32-1,32-2,…)에는 수직신호선(8-1, 8-2,…)으로부터의 출력, 엄밀하게는 임피던스 변환회로를 매개로 임피던스 변환된 수직신호선(8-1,8-2,…) 출력이 전달되게 된다.
노이즈 캔슬러회로에서는 그 구성요소인 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)의 공통게이트(42)를 소정의 주기로 소정시간폭만큼 하이레벨로 하여 이들 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)를 온한다. 이에 따라, 노이즈 캔슬러회로의 구성요소인 클램프용량(32-1,32-2,…)과 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)의 접속점은 이 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)에 의해 상기 소정시간폭의 사이, 공통소스단자(38)의 인가전압레벨인 로우레벨로 되고, 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)은 이 공통소스단자(38)의 전압레벨까지 내려간다. 즉, 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)의 전하는 공통소스단자(38)의 전압레벨인 로우레벨로 되기 때문에, 샘플·홀드용량(34-1,34-2, …)의 축적전하는 방전되어 이 로우레벨로 안정된다. 이것이 리세트상태에서의 레벨이다. 상기 소정시간폭만큼의 시간이 초과하면, 리세트상태는 해제된다.
다음에, 리세트선(7-1)에 하이레벨의 리세트펄스가 인가되면, 당해 리세트선(7-1)에 접속되어 있는 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…)의 리세트 트랜지스터(66)가 온으로 된다. 리세트 트랜지스터(66)는 증폭트랜지스터(64)의 입력측의 전하를 리세트하기 위한 회로이기 때문에, 이 리세트에 의해 출력회로(68)의 입력단자의 전하가 리세트된다. 즉, 출력회로(68)는 입력이 0으로 된다.
이 때문에, 출력회로(68)는 그 구성요소인 증폭트랜지스터(64)의 출력성분만을 출력하게 된다. 이 상태에 있어서의 증폭트랜지스터(64)의 출력성분은 당해 증폭트랜지스터(64)가 갖는 임계치 변동에 대응한 잡음성분이다.
이와 같이, 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…)의 리세트에 의해, 출력회로(68)로부터는 포토다이오드(62)에 신호전하가 없을 때의 증폭트랜지스터(64)의 출력성분, 즉 당해 증폭트랜지스터(64)가 갖는 임계치 변동에 대응한 잡음성분이 출력신호로서 출력되게 된다.
다음에, 노이즈 캔슬러회로의 구성요소인 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)의 공통게이트(42)를 로우레벨(논리신호레벨 "L")로 하여 클램프 트랜지스터(40-1, 40-2,…)를 오프시킨다. 이 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)를 오프제어함으로써, 노이즈 캔슬러회로의 구성요소인 클램프용량(32-1,32-2,…)과 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)의 접속점은 공통소스단자(38)로부터 전기적으로 떨어지고, 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)은 수직신호선(8-1,8-2,…)으로부터의 출력이 전달가능한 상태로 된다.
이 때문에, 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나는 잡음성분은 클램프용량(32- 1,32-2,…)과 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)으로 구성되는 직렬용량에 축적된다. 여기서, 클램프되는 타이밍은 클램프펄스가 오프로 되는 때로, 리세트펄스와 PD선택펄스의 사이이다.
이렇게 하여 잡음성분의 축적이 끝나면, 다음에 신호성분 독출의 시퀀스로 이동한다. 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…)에 있어서는, 리세트후, 포토다이오드(62a, 62b)에 있어서, 신호전하의 축적이 행해지고 있고, 다음에 이를 독출한다. 이 독출은 잡음성분의 축적의 시퀀스마다, 예컨대 최초에는 포토다이오드(62a), 다음의 잡음성분의 축적의 시퀀스 종료후에는 포토다이오드(62b), 그리고 그 다음의 잡음성분의 축적의 시퀀스 종료후에는 포토다이오드(62a)라고 하는 상태로 교대로 행한다.
포토다이오드(62a)에 축적된 신호전하의 독출시에는, 포토다이오드 선택선(22-1)에 하이레벨의 선택펄스를 인가한다. 그러면, 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…) 내의 출력회로(68)에서는 포토다이오드(62a)의 출력신호(즉, "신호전하성분 + 잡음성분")가 출력되어, 각각의 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…) 내의 증폭트랜지스터(64)에 의해 증폭되어 그 단위셀 대응의 수직신호선(8-1,8-2,…)으로 출력된다.
상술한 바와 같이, 클램프용량(32-1,32-2,…)과 샘플·홀드용량(34-1,34-2, …)에 의해 구성되는 직렬용량에는 이미 잡음성분이 축적되어 있기 때문에, 당해 직렬용량의 접속점인 클램프 노드(41-1,41-2,…)에는 수직신호선(8-1,8-2,…)의 전압변화분, 즉 "신호성분 + 잡음성분"에서 "잡음성분"을 뺀 신호, 즉 고정패턴잡음이 없는, 포토다이오드(62a)의 수광량 대응의 검출출력인 신호성분 전압만이 나타난다.
또한, 이와 같이, 우선 "잡음성분"만을 독출하고, 이 후 "신호성분 + 잡음성분"을 독출하면, 리세트동작에 의해 생기는 랜덤잡음도 동시에 제거할 수 있다.
다음에, 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2, …)의 공통게이트(37)를 로우레벨로 한다. 이에 따라, 이들 샘플·홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)는 오프되고, 이 오프에 의해 수직신호선(8-1,8-2,…)으로부터 노이즈 캔슬러회로의 출력신호는 차단된다.
따라서, 클램프용량(32-1,32-2,…)과 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)에 의한 직렬용량에서의 샘플링은 종료하고, 이들 클램프용량(32-1,32-2,…)과 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)에 의한 직렬용량에는 그 시점까지 축적한 전하가 유지되게 된다. 이 때문에, 클램프 노드(41-1,41-2,…)에 나타나는 잡음이 없는 전압이 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)에 축적되어 유지되게 된다.
이 후, 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)에 수평어드레스펄스를 순차 인가함으로써, 샘플·홀드용량(34-1,34-2,…)에 축적되어 있는 잡음이 없는 포토다이오드(62a 또는 62b)의 신호가 신호출력단(15: 수평신호선)으로부터 독출된다.
이와 같이, 우선 "잡음성분"만을 독출하고, 이 후 "신호성분 + 잡음성분"을 독출하여 단위셀마다 화소신호성분만을 얻고, 이 화소신호성분은 수평어드레스회로(13)에 의해 텔레비전 스캔의 순서에 따른 독출순서로 온/오프구동제어되는 트랜지스터(12-1,12-2,…)를 매개로 신호출력단(15)에 출력시킴으로써, 고정패턴잡음이 없는 화소신호가 얻어진다.
이것으로 포토다이오드(62a)의 신호 독출이 끝난다.
포토다이오드(62a)의 신호 독출의 다음은 포토다이오드(62b)의 신호 독출이다.
이는, 우선은 초기에 수직(column)어드레스선(6-1)에 하이레벨의 어드레스펄스를 인가한다. 그리고, 이 때는 포토다이오드 선택선(22-1) 대신에 포토다이오드 선택선(24-1)으로 하이레벨의 선택펄스를 인가하고, 출력회로(68)로부터 포토다이오드(62b)의 출력신호를 출력시킨다. 다른 동작은 포토다이오드(62a)의 신호의 독출의 경우의 일련의 동작과 동일하다.
이하, 마찬가지로 수평어드레스선(6-2,6-3,…)에 대해 상술한 동작을 반복함으로써, 2차원형상으로 배치된 모든 셀의 신호를 취출할 수 있다.
종래와 같이, 단위셀이 1화소에 상당하고, 따라서 1프레임기간중에 단위셀 내의 포토다이오드의 검출신호의 독출을 1회밖에 행하지 않는 동작시퀀스인 경우에는, 본 발명에서 이용되는 MOS형 고체촬상장치와 같이 단위셀이 복수화소에 상당하는 구성으로 한 것에서는 단위셀의 출력회로는 1화소분, 즉 1포토다이오드의 검출신호밖에 독출하지 않아 단위셀 내의 복수의 포토다이오드 각각의 검출신호를 1프레임기간중에 독출하는 것은 불가능하게 된다.
그러나, 본 실시예의 MOS형 고체촬상장치의 구동방법은 텔레비전방식에서의 1프레임기간중의 기수필드와 우수필드 각각의 수평귀선기간에 각각 1회씩 수직선택 트랜지스터(65)를 온으로 하여 출력회로(68)를 동작시켜 1회째(기수필드에서의 자기화소 대응의 래스터(raster)주사위치에서의 수평귀선기간)는 포토다이오드(62a), 2회째(우수필드에서의 자신화소 대응의 래스터주사위치에서의 수평귀선기간)는 포토다이오드(62b)의 검출신호를 독출할 수 있으므로, 단위셀이 미세화된 MOS형 고체촬상장치를 구동할 수 있다.
이와 같이, 1프레임 기간중에 출력회로를 2회 이상 동작시키지 않으면, 모든 포토다이오드의 검출신호를 독출하는 것은 불가능하다. 또, 1회 독출하고 나서 다음에 독출하기 전에 출력회로를 리세트하지 않으면, 다음 회로부터의 독출신호에는 전회의 독출시의 신호가 중첩되어 버린다.
또, 본 실시예의 MOS형 고체촬상장치에 있어서는 충방전용의 리세트 트랜지스터(66)가 증폭트랜지스터(64)의 게이트에 접속되어 있으며, 포토다이오드 전위의 리세트를 포토다이오드 선택 트랜지스터(63)를 매개로 행한다는 특징이 있다. 이 경우, 포토다이오드(62a,62b)에 증폭트랜지스터(64)가 1개씩 접속되어 있는 경우와 비교하여, 단위셀당 트랜지스터의 수가 감소하는 이점이 있다.
또, 본 실시예에 있어서는 단위셀 내에는 수광부를 구성하는 포토다이오드가 2개 있고, 이들 2개의 포토다이오드가 동일한 1조의 출력회로를 공유하고 있다는 특징이 있다. 이 때문에, 본 실시예의 MOS형 고체촬상장치를 텔레비전의 촬상에 적용한 경우, 텔레비전의 1수평귀선기간중에 증폭트랜지스터(64)를 이용하여 전하신호를 독출하는 회수가 1회로 구동하기 쉽다. 요컨대, 본 실시예의 특징은 독출방향과 공유방향이 다르게 되어 있는 점이다.
여기서, 도 62의 타이밍의 전후관계를 설명한다. 필수 순번은 다음의 3가지이다.
(1) 수직어드레스의 상승→리세트펄스의 하강→클램프펄스의 하강→포토다이오드 선택펄스의 상승→포토다이오드 선택펄스의 하강→샘플·홀드펄스의 하강→수직어드레스의 하강
(2) 샘플·홀드펄스의 상승→포토다이오드 선택펄스의 상승
(3) 클램프펄스의 상승→포토다이오드 선택펄스의 상승
여기서, 수직어드레스의 상승, 샘플·홀드펄스의 상승, 클램프펄스의 상승, 리세트펄스의 상승의 전후관계는 임의이지만, 바람직하게는 다음의 순번이 좋다.
수직어드레스의 상승→샘플·홀드펄스의 상승→클램프펄스의 상승→리세트펄스의 상승
이와 같이, 도 62의 동작에 의하면, 클램프 노드(41)에는 리세트되어 신호가 없을 때(즉, 포토다이오드 출력신호성분이 없고, 잡음성분만이 있을 때)와, 신호가 있을 때(즉, 포토다이오드 출력신호성분 + 잡음성분)의 전압차가 나타나기 때문에, 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 의한 고정패턴잡음이 보상된다. 즉, 클램프 트랜지스터(30), 클램프용량(31), 샘플·홀드 트랜지스터(40), 샘플·홀드용량(34)으로 이루어진 회로가 노이즈 클램프회로로서 작용한다.
한편, 본 실시예의 노이즈 캔슬러회로는 소스 폴로워회로로 이루어진 임피던스 변환회로(26,28)를 매개로 수직신호선(8)에 접속되어 있다. 즉, 수직신호선(8)은 트랜지스터(26)의 게이트에 접속되어 있다. 이 트랜지스터(26)의 게이트용량은 상당히 작으므로, 사실상 셀의 증폭트랜지스터(64)는 수직신호선만을 충전하면 되기 때문에, CR의 시정수가 짧아 곧바로 정상상태로 된다. 그 때문에, 리세트펄스, 포토다이오드 선택펄스의 인가타이밍을 빠르게 할 수 있으며, 단시간에 노이즈 제거동작을 시킬 수 있다.
텔레비전신호의 경우, 노이즈 제거동작은 텔레비전주사의 수평귀선기간내에 행할 필요가 있는 바, 본 실시예와 같이 단시간에 정확하게 노이즈 제거할 수 있는 것은 큰 장점이다. 더욱이, 노이즈 제거동작에 포함되는 "잡음" 출력시와 "신호 + 잡음" 출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스가 동일하기 때문에, 정확하게 노이즈를 제거할 수 있다.
즉, "잡음성분" 출력시와 "신호성분 + 잡음성분" 출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스가 거의 동일하다. 그 때문에, 양출력시에서 잡음성분이 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면, 정확하게 잡음출력을 제거할 수 있어 신호성분만을 취출할 수 있다. 따라서, 정확하게 노이즈를 제거할 수 있다. 또, 단위셀로부터 노이즈 캔슬러회로를 보면, 임피던스적으로는 게이트용량 밖에 보이지 않고, 그 용량이 대단히 작으므로, 단시간에 확실하게 노이즈를 제거할 수 있다.
다음에, 본 실시예의 MOS형 고체촬상장치의 디바이스 구조를 설명한다.
도 57의 회로구성으로부터 알 수 있는 바와 같이, 클램프용량(32)과 샘플·홀드용량(34)이 직접 접속되어 근접하고 있기 때문에, 이들을 동일면상에 적층하여 형성할 수 있어 단위셀을 소형화할 수 있다.
구체적으로는, 도 24에 나타낸 바와 같이 실리콘기판(72)상에 제1절연막(74)을 매개로 제1전극(76)을 형성함으로써 샘플·홀드용량(34)을 구성하고, 더욱이 제1전극(76)상에 제2절연막(78)을 매개로 제2전극(80)을 형성함으로써 클램프용량(32)을 구성한다.
상기 도면으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 제1전극(76)이 공통전극으로 되고, 클램프용량(32)과 샘플·홀드용량(34)이 적층형성되어 있기 때문에, 개별적으로 형성하는 경우의 1/2의 면적으로 동일한 용량치를 얻을 수 있다.
본 실시예에 있어서는, 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…)이나, 수직어드레스회로(5), 수평어드레스회로(13) 등의 주변회로는 p-형 기판상에 p+형 불순물층을 형성한 반도체기판상에 형성되어 있다.
도 25a, 도 25b는 이와 같은 반도체기판의 단면도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, p-형 기판(81) 상에 p+형 불순물층(82)을 형성한 반도체기판에 포토다이오드(83) 등의 셀요소가 형성되어 있다.
반도체기판을 이와 같은 구성으로 함으로써, p-/p+경계에 있는 확산전위에 의해, p-형 기판(81)에 발생한 암전류가 p+측으로 유입하는 것을 일부 방지할 수 있다.
전자의 흐름을 상세하게 해석한 결과를 간단히 설명하면, p-측에 발생한 전자에 의해 p+불순물층(82)의 두께(L)가 p+와 p-의 농도의 비의 상당배, 즉 L·p+/p-로 보인다.
즉, 도 25b에 나타낸 바와 같이, 암전류의 발생원인 p-기판(81)으로부터 포토다이오드(83)까지의 거리가 p+/p-배정도 멀어지지 않은 것처럼 보이게 된다. 암전류는 기판심부로부터 유입하는 것 이외에 포토다이오드(83) 근방의 공핍층내에 발생하는 것이고, 이 공핍층 내에 발생하는 암전류는 기판심부로부터 유입하는 암전류와 거의 동일한 정도이다. 공핍층의 두께는 약 1㎛정도이고, 기판심부로부터 유입하는 암전류는 약 100㎛의 깊이로부터도 흘러온다. 이 깊이는 p형 반도체 내부에서의 전자의 확산거리라 불리우는 것이다. 이 두께의 차에도 관계없이 암전류가 동등한 것은 단위체적당 암전류의 발생확률이 공핍층 내부의 쪽이 높기 때문이다. 여기서, 공핍층에서 발생하는 암전류는 원리적으로 신호전류와 분리할 수 없기 때문에, 암전류의 감소는 기판심부로부터 유입하는 성분을 감소시킴으로써 이루어진다.
또, p-형 기판(71)상에 p+형 불순물층(72)을 형성한 반도체기판에 셀을 형성하므로, 암전류가 발생하는 것에 의한 기판전위의 변동을 방지할 수 있고, 그 결과 잡음제거회로(노이즈 캔슬러회로)를 정상적으로 동작시킬 수 있다. p형 기판은 두껍기 때문에, 저항이 낮아 후술하는 바와 같이 잡음제거회로를 확실히 동작시킬 수 있다.
또, 소자온도가 상승하면 기판심부로부터의 성분 쪽이 급격히 증가하기 때문에, 이것이 중요하다. 그 기준은 기판심부로부터의 성분이 공핍층에 발생한 성분 보다도 작고, 구체적으로는 기판심부로부터의 암전류가 공핍층 내부로부터의 암전류에 비해 약 1자리수 아래이면 좋다. 즉, p+/p-를 10으로 설정하여 기판심부로부터의 것을 약 1/10로 하면 좋다.
더욱이, 기판심부로부터의 암전류는 n형 기판과 p형 웰로 구성되는 반도체기판에서는 거의 전혀 없다고 해도 좋지만, 이와 같은 반도체기판과 동일한 레벨로 하기 위해서는 p+/p-를 100으로 설정하여 기판심부로부터의 암전류를 약 1/100로 할 필요가 있다.
종래의 실적이 있는 CCD에서는 n형의 매립채널의 불순물농도가 약 1016cm-3정도이고, 이 매립채널의 확산층을 안정하게 제조하기 위한 매립채널을 둘러싸는 p형층(여기에서는 p형 기판)의 불순물농도는 약 1015cm-3이다.
p+층의 농도는 p+/p-를 10으로 하는 경우는 약 1016cm-3정도, p+/p-를 100으로 하는 경우는 약 1017cm-3정도로 되어, n형의 매립채널의 불순물농도의 약 1016cm-3과 동정도 또는 1자리수 역전해 버린다.
이 때문에, 종래 실적이 있는 CCD에서는 이와 같은 불순물농도의 p+층을 사용하는 것은 고려되지 않았다. 또, p-층의 농도를 내리면 기판의 시트저항이 높아지는 문제가 나온다.
그렇지만, 증폭형의 MOS촬상장치에서는 CCD의 매립채널이 없기 때문에, p-층의 농도를 내리지 않고 p+/p-의 값을 어느 정도 자유롭게 설정할 수 있다.
그래서, p형 웰의 저항을 내려 n형 기판과 p형 웰로 구성되는 반도체기판의 구조를 개선함으로써서도 셀을 구성할 수 있다.
도 26은 n형 기판(85)상에 시트저항이 낮은 p+웰(86)을 이용한 단위셀의 단면도이다. 또, 도 27은 CCD의 단위셀의 단면도를 나타낸다.
CCD의 단위셀의 n형 기판(87), p형 웰(86), n형 매립채널(89)의 불순물농도는 안정하게 제조를 행하기 위해, 각각 약 1014cm-3, 약 1015cm-3, 약 1016cm-3정도로 하고 있다.
n형 포토다이오드(9)의 불순물농도는 어느 정도 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 제조상의 제약은 그다지 없다. p형 웰(86)의 시트저항은 상기의 불순물농도에서는 약 100kΩ/?정도의 값이다. CCD는 상술한 바와 같이 이와 같은 높은 값에서도 잡음이 상당히 작다.
한편, 증폭형의 MOS촬상장치에 잡음제거회로(노이즈 캔슬러회로)를 사용하는 경우, 이 p형 웰의 시트저항은 상당히 중요하다. 왜냐하면, 리세트펄스에 의한 p형 웰(86)의 전위의 요란이 수습되는 시간이 이 장치를 응용하는 시스템에 매칭되지 않으면 안되기 때문이다.
텔레비전방식의 경우, 수평귀선기간이 형성되고, 이 사이는 화상신호를 보내지 않는다. 따라서, 이 사이에 상술한 리세트펄스에 의한 p형 웰(86)의 전위의 요란을 어느 레벨까지 작게 할 필요가 있다. 따라서, 현행의 텔레비전방식인 NTSC방식에서는 잡음제거회로(노이즈 캔슬러회로)를 동작시키는데 허용되는 기간은 수평귀선기간인 약 11[㎲] 사이이다. 이 시간동안 p형 웰(86)의 전위의 요란이 0.1 [mV]정도까지 수습되도록 할 필요가 있다.
상기 0.1[mV]라고 하는 상당히 작은 값은 CCD의 잡음전압출력이 이 정도인 것으로부터 기인하고 있다. 11[㎲]라고 하는 상당히 짧은 시간에 0.1[mV]라고 하는 상당히 작은 값으로 안정시키기 위해서는, 상세한 해석에 의하면 p형 웰(86)의 시트저항을 1kΩ/? 이하로 하지 않으면 안된다. 이는 종래 CCD의 약 1/100이다.
그를 위해서는, p형 웰(86)의 불순물농도를 약 100배로 할 필요가 있고, p형 기판 부분에서 이미 설명한 바와 같이, CCD에서는 적용불가능한 농도이다. 더욱이, 하이비전 텔레비전방식에서는 수평귀선기간이 3.77[㎲]이고, p형 웰(86)의 시트저항을 300Ω/? 이하로 하지 않으면 안된다.
다른 변형예로서는, 고농도의 p+형 샌드위치층을 기판상에 형성하고, 표면을 그보다 농도가 낮은 p형층으로 하는 것을 생각할 수 있다.
도 28은 p-형 기판(91)과 p형 층(93)과의 사이에 p+형 샌드위치층(92)을 형성한 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다. 또, 도 29는 n형 기판(95)과 p형 기판(97)과의 사이에 p+형 샌드위치층(96)을 형성한 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다.
이와 같은 p+형 샌드위치층은 고가속도의 메가볼트 이온주입기에 의해 실현할 수 있다.
상기 p형층에는 단위셀의 구성요소인 포토다이오드(83), 트랜지스터 외에, 수평어드레스회로, 수직어드레스회로 등의 주변회로도 형성된다.
도 30은 포토다이오드(83)의 주위를 고농도의 p형 웰(103)로 둘러싸고, n형 기판(101)상의 다른 부분을 다른 p형 웰(102)로 형성함으로써 구성되는 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다.
이와 같은 구성을 채용함으로써, 포토다이오드(83)로의 암전류의 누설유입을 방지할 수 있다. 여기서, 반도체기판(101)은 p-형 기판이어도 좋다.
더욱이, 셀 주변의 수평어드레스회로나 수직어드레스회로의 일부 또는 전부를 형성하는 p형 웰의 농도는 회로설계의 방법으로부터 결정되고 있고, 셀의 최적치와는 다르기 때문에 촬상영역을 형성하는 p형 웰은 별도의 p형층으로 하는 것도 생각할 수 있다.
도 63은 n형 기판(105)상에 촬상영역을 구성하는 p형 웰(106)을 형성함과 더불어, 주변회로부를 구성하는 다른 p형 웰(107)을 별도로 형성한 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 각 구성요소에 적합한 p형 웰을 형성할 수 있다. 또한, 상기 n형기판(105)은 p-형 기판이어도 좋다.
도 64는 n형기판(105)상에 촬상영역을 형성하는 p+형 샌드위치층(108) 및 농도가 낮은 p형 층(109)을 형성함과 더불어, 주변회로부에 다른 p형 웰(107)을 형성한 것이다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 각 구성요소에 적합한 p형 웰을 형성할 수 있으며, 포토다이오드로의 암전류의 누설유입을 방지할 수 있다. 또한, 상기 n형 기판(105)은 p-형 기판이어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 수직방향으로 인접하는 복수(여기에서는 2개)의 포토다이오드에서 1개의 출력회로를 공유하는 단위셀을 이용하고 있기 때문에, 단위셀의 면적을 미세화할 수 있다. 출력회로를 공유하는 포토다이오드의 수는 2개로 한정되지 않고, 3개 이상이어도 좋다.
또, 출력회로(68)의 변형예로서, 도 65에 나타낸 바와 같이 수직선택 트랜지스터(66) 대신에 수직선택용량(69)을 설치하도록 해도 좋다. 이 구성에서는, 단위셀당 구성 트랜지스터수를 더욱 줄일 수 있으며, 화소당 필요 트랜지스터수를 줄여 셀의 미세화에 한층 유리하게 된다.
어드레스선(6-1)에 하이펄스의 전압을 인가하면, 증폭트랜지스터의 게이트전압이 고전압측으로 쉬프트된다. 인접하는 단위화소의 증폭트랜지스터의 게이트전압은 낮은 채로 있으므로, 수직신호선(8-1)에는 어드레스되어 증폭트랜지스터의 신호가 나타난다.
또, 단위셀의 출력을 노이즈 캔슬러회로를 매개로 출력하는 구성으로 하고 있으므로, 단위셀의 증폭트랜지스터의 임계치 변동에 따른 고정패턴잡음을 제거할 수 있다. 그리고, 본 실시예에서는 단위셀의 출력을 고속동작가능한 본 발명에 의한 노이즈 캔슬러회로를 매개로 출력하는 구성으로 하고 있으므로, MOS 센서를 동화상용의 촬상장치에 적용한 경우에도, 프레임마다 또는 필드마다 제한된 시간내에 단위셀의 증폭트랜지스터의 임계치 변동에 따른 고정패턴잡음을 제거처리할 수 있어 텔레비전방식에서도 충분히 이용가능한 증폭형 MOS 고체촬상장치가 얻어지게 된다. 더욱이, 노이즈 캔슬러회로에 있어서는, 클램프용량(32-1,32-1,…: 이하, 이들을 32로 총칭한다. 다른 첨자가 붙은 부재에 대해서도 동일)과 샘플·홀드용량(34)이 직접 접속되어 근접하고 있기 때문에, 이들을 동일면상에 적층하여 형성할 수 있어 단위셀을 소형화할 수 있다.
더욱이, 노이즈 캔슬러회로는 임피던스 변환회로를 구비하고 있으며, 단위셀의 출력을 임피던스 변환회로를 매개로 취입하기 때문에, "잡음성분" 출력시와 "신호성분 + 잡음성분" 출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스가 거의 동일하다. 그 때문에, 양출력시에서 잡음성분이 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면, 정확히 잡음출력을 제거할 수 있어 신호성분만을 취출하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 정확히 노이즈를 제거할 수 있다. 또, 단위셀로부터 노이즈 캔슬러회로를 보면, 임피던스적으로는 게이트용량 밖에 보이지 않고, 그 용량이 상당히 작기 때문에, 단시간에 확실히 노이즈를 제거할 수 있다.
즉, 본 실시예에 나타낸 노이즈 캔슬러회로에 있어서는 트랜지스터 26-1과 28-1, 26-2와 28-2, 26-3과 28-3, …로 구성되는 임피던스 변환회로는 트랜지스터(28-1,28-2,28-3,…)가 임피던스 변환회로의 동작을 온오프하는 스위치로서의 역할을 담당하고, 트랜지스터(26-1,26-2,26-3,…)가 수직신호선(8-1,8-2,8-3,…)으로부터의 출력신호의 전송을 하는 역할을 담당하고 있다. 그리고, 트랜지스터(26-1, 26-2,26-3,…)는 반도체기판상에 미세화하여 형성함으로써, 게이트용량을 작게 할 수 있고, 이 게이트용량을 작게 할 수 있는 만큼 노이즈 캔슬러회로가 동작할 때의 CR의 시정수를 짧게 할수 있으며, 리세트펄스, 포토다이오드 선택펄스의 인가타이밍을 빠르게 할 수 있어 단시간에 노이즈 제거동작을 시키는데 유용하고, 텔레비전신호와 같이 노이즈 제거동작을 텔레비전주사의 수평귀선기간내에 완료시킬 필요가 있는 경우에도 유효하다.
또, 본 실시예에 나타낸 노이즈 캔슬러회로는 IC(집적회로)화하는 경우에, 단위셀을 형성하는 반도체기판으로서 p-형 불순물기체와, p-형 불순물기체상에 형성된 p+형 불순물층으로 이루어진 기판을 이용하도록 함으로써, 단위셀에 침입하는 암전류를 저감할 수 있고 또한 기판 표면의 전위를 안정시킬 수 있기 때문에, 노이즈 캔슬러회로를 확실하게 동작시켜 확실한 잡음제거를 할 수 있다.
그러므로, 본 실시예에 의하면, 소형화가 가능하고, 고속동작이 가능하며, 게다가 잡음제거성능이 확실한 신뢰성 높은 노이즈 캔슬러회로를 제공할 수 있고, 따라서 이 노이즈 캔슬러회로를 증폭형 MOS 센서에 짜 넣음으로써, 소형, 고속이고, 게다가 잡음제거성능이 확실한 신뢰성 높은 증폭형 MOS고체촬상장치가 얻어지게 된다.
제26실시예
다음에, 제26실시예를 설명한다. 본 실시예는 제25실시예에서의 노이즈 캔슬러회로 부분을 변형한 실시예이다.
도 66은 본 발명에서 이용되는 제26실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 본 실시예에 있어서는, 단위셀(P1-i-j) 부근의 회로구성은 제25실시예와 동일하다.
각 수직신호선(8-1,8-2,…)의 타단은 그들 대응으로 설치되는 클램프용량(131-1,131-2,…), 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…), 수평선택 트랜지스터(12- 1,12-2,…)를 매개로 신호출력단(15: 수평신호선)에 접속된다.
제OA1실시예의 노이즈 캔슬회로와 달리, 본 실시예에서는 클램프용량(131-1, 131-2,…)은 직접 각각의 대응하는 수직신호선(8-1,8-2,…)에 접속된다. 또, 각 클램프용량(131-1,131-2,…), 이것에 대응하는 각 샘플·홀드 트랜지스터(133-1, 133-2,…)와의 사이에는 각각 대응하는 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)의 드레인이 접속된다.
클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)의 소스는 공통소스단자(141)에 접속되고, 게이트는 공통게이트단자(142)에 접속된다. 샘플·홀드 트랜지스터(133-1, 133-2,…)와, 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)의 접속점은 샘플·홀드용량(134- 1,134-2,…)을 매개로 접지된다.
다음에, 도 67의 타이밍차트를 참조하여 이와 같이 구성된 MOS형 고체촬상장치의 동작에 대해 설명한다. 여기서, 부하트랜지스터(9)의 공통드레인단자(20), 클램프 트랜지스터의 공통소스단자(141)는 DC구동이므로 타이밍차트에서는 생략했다.
단위셀은 도 61에 나타낸 것을 적용하여 설명한다.
수평어드레스선(6-1)에 하이레벨의 어드레스펄스를 인가하면, 당해 어드레스선(6-1)에 접속되어 있는 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…)의 수직선택 트랜지스터(66)가 온으로 되고, 증폭트랜지스터(62)와 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)로 소스 폴로워회로가 구성된다.
샘플·홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)의 공통게이트(143)를 하이레벨로 하여 샘플·홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)를 온시킨다. 이 후, 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)의 공통게이트(142)를 하이레벨로 하여 클램프 트랜지스터(132- 1,132-2,…)를 온시킨다.
다음에, 리세트선(7-1)에 하이레벨의 리세트펄스를 인가하면, 당해 리세트선(7-1)에 접속되어 있는 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…)의 리세트 트랜지스터(66)가 온으로 되어 출력회로(68)의 입력단자의 전하가 리세트된다. 이 때문에, 출력회로(68)로부터는 포토다이오드(62)에 신호전하가 없을 때의 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 따른 잡음성분이 출력된다.
다음에, 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)의 공통게이트(142)를 로우레벨로 하여 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)를 오프시킨다.
이 때문에, 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나고 있는 잡음성분은 클램프용량(131-1,131-2,…)에 축적된다. 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…)에 있어서는, 포토다이오드(62a)는 리세트후, 신호전하의 축적이 행해지고 있으며, 다음에 이를 독출한다. 그 때문에, 포토다이오드 선택선(22-1)에 하이레벨의 선택펄스를 인가한다. 그러면, 출력회로(68)로부터는 포토다이오드(62a)의 출력신호(즉, "신호전하성분 + 잡음성분")가 출력된다.
상술한 바와 같이, 클램프용량(131-1,131-2,…)에는 이미 "잡음성분"이 축적되어 있기 때문에, 클램프 노드(145)에는 수직신호선(8-1,8-2,…)의 전압변화분, 즉 "신호성분 + 잡음성분"에서 "잡음성분"을 뺀 고정패턴잡음이 없는 신호전압만이 나타난다. 샘플·홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)는 온되어 있어 동일 신호전압이 샘플·홀드용량(134-1,134-2,…)단에 나타나고 있다.
그리고, 샘플·홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)의 공통게이트(143)를 하이레벨로 하여 샘플·홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)를 오프시킨다. 이 때문에, 클램프 노드에 나타나는 잡음이 없는 전압이 샘플·홀드용량(134-1,134-2,…)에 축적된다.
이 후, 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)에 수평어드레스펄스를 순차 인가함으로써, 샘플·홀드용량(134-1,134-2,…)에 축적되어 있는 잡음이 없는 포토다이오드(62a)의 신호가 신호출력단(15: 수평신호선)으로부터 독출된다.
다음에, 수평어드레스선(6-1)에 하이레벨의 어드레스펄스를 인가할 때는, 포토다이오드 선택선(22-1) 대신에 포토다이오드 선택선(24-1)에 하이레벨의 선택펄스를 인가하고, 출력회로(68)로부터 포토다이오드(62b)로 출력신호를 출력시킨다. 다른 동작은 상술한 것과 같다.
이하, 마찬가지로 수평어드레스선(6-2,6-3,…)에 대해 상술한 동작을 반복함으로써, 2차원형상으로 배치된 모든 셀의 신호를 취출할 수 있다.
이상, 본 실시예의 노이즈 캔슬러회로는 제25실시예의 구성에 채용했던 임피던스 변환회로를 폐지한 것이다. 이 구성에 의해서도 확실히 노이즈 제거가 가능하고, 고정패턴잡음을 제거하여 신호성분만을 얻을 수 있게 된다. 또, 회로는 임피던스 변환회로를 폐지한 만큼 간단해지고, 회로가 콤팩트하게 되어 한층의 소형화에 기여한다.
제27실시예
도 68은 본 발명에서 이용되는 제27실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P1-i-j) 부근의 회로구성은 제25실시예와 동일하다.
제27실시예는 제25실시예의 임피던스 변환회로를 제26실시예의 노이즈 캔슬러회로에 접속한 예이다. 여기서, 클램프 트랜지스터(132)의 공통소스는 본 실시예에서는 DC(직류)구동하고 있다.
제26실시예의 노이즈 캔슬러회로에 있어서, 노이즈 제거의 정도가 문제로 되는 경우에, 본 실시예와 같이 제25실시예의 임피던스 변환회로를 입력단에 설치하여 단위셀의 출력을 임피던스 변환함으로써, "잡음성분"만의 출력시와, "신호성분 + 잡음성분" 출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스를 거의 동일하게 하여 어느 한 상태에서의 "잡음성분"도 거의 동일하게 하고, 정밀도 좋은 노이즈 제거를 행하는 노이즈 캔슬러회로로 할 수 있다.
제28실시예
도 69는 본 발명에서 이용되는 제28실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도로, 노이즈 캔슬러회로의 구성을 바꾼 것이다. 이 제28실시예에서는 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나는 전압을 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트용량을 매개로 전하로 변환하고, 전하영역에서 감산을 함으로써, 잡음을 억압하는 구성의 노이즈 캔슬러회로로 한 것이 특징이다.
즉, 전압영역에서 노이즈가 제거되는 제25실시예에 대해, 전하영역에서 노이즈 제거되는 방식이다. 단위셀(P1-i-j) 부근의 회로구성은 제25실시예와 같다.
제28실시예에 있어서는, 노이즈 캔슬러회로는 도 69에 나타낸 바와 같이 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…), 슬라이스용량(152-1,152-2,…), 슬라이스 리세트 트랜지스터(156-1,156-2,…), 슬라이스 전하전송용량(162-1,162-2,…), 드레인 리세트 트랜지스터(166-1,166-2,…), 그리고 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2, …)로 구성되어 있다.
슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)는 수직신호선(8-1,8-2,…)에 대응하여 1 대 1로 설치되어 있다. 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)는 수직신호선(8-1,8-2,…)중, 각각의 대응하는 것에 접속되어 있다. 그 접속단은 수직신호선(8-1,8-2,…)의 2개의 단부중, 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)의 접속측과는 반대측의 단부이다.
슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 소스측에는 슬라이스용량(152-1, 152-2,…)중, 각각의 트랜지스터의 대응하는 하나의 슬라이스용량의 일단측이 각각 접속되어 있고, 또 슬라이스용량(152-1,152-2,…)의 타단은 슬라이스펄스 공급단자(154)에 접속되어 있다.
슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 드레인측은 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)중의 대응하는 하나의 트랜지스터의 소스·드레인을 매개로 신호출력단(15: 수평신호선)에 접속되어 있다. 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)는 수평어드레스회로(13)로부터 공급되는 수평어드레스펄스에 의해 구동된다.
슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 소스전위를 리세트하기 위해, 슬라이스 트랜지스터의 소스와 슬라이스 전원단자(158)와의 사이에 슬라이스 리세트 트랜지스터(156-1,156-2,…)가 설치되고, 이 트랜지스터(156-1,156-2,…)의 게이트에 슬라이스 리세트단자(160)가 접속되어 있다. 즉, 슬라이스 트랜지스터(150-1, 150-2,…)의 소스측은 트랜지스터(156-1,156-2,…)중의 각각 대응하는 하나의 트랜지스터의 소스·드레인을 매개로 슬라이스 전원단자(158)에 접속되어 있다. 그리고, 슬라이스 리세트 트랜지스터(156-1,156-2,…)의 게이트측은 슬라이스 리세트단자(160)에 접속되고, 이 슬라이스 리세트단자(160)로부터 인가되는 슬라이스 리세트펄스의 타이밍에 의해 슬라이스 리세트 트랜지스터(156-1,156-2,…)가 온으로 되어, 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 소스전위는 리세트된다.
각 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 드레인에는 슬라이스 전하전송용량(162-1,162-2,…)중, 각각에 대응하는 하나의 단부가 접속되어 있다. 그리고, 슬라이스 전하전송용량(162-1,162-2,…)의 다른 단부는 접지되어 있다.
또, 각 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 드레인전위를 리세트하기 위해, 이들 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)는 그 드레인과 축적드레인 전원단자(164)와의 사이에 드레인 리세트 트랜지스터(166-1,166-2,…)중의 대응하는 것이 접속된다. 즉, 각 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 드레인은 드레인 리세트 트랜지스터(166-1,166-2,…)중, 각각 자기에 대응하는 하나의 드레인 리세트 트랜지스터에 의해 그 드레인 리세트 트랜지스터의 소스·드레인간을 매개로 축적드레인 전원단자(164)와 접속된다. 그리고, 이들 트랜지스터(166-1,166-2,…)의 게이트는 드레인 리세트단자(168)에 접속되어 있다.
이와 같이, 제28실시예의 MOS 센서의 노이즈 캔슬러회로는 수직신호선(8-1, 8-2,…)에 나타나는 전압을 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 게이트용량을 매개로 전하로 변환하고, 전하영역에서 감산을 함으로써 잡음을 억압하는 것이 특징이다. 이 전하영역에서 노이즈 제거하는 방식의 노이즈 캔슬러회로를 도 57에 나타낸 제OA1실시예와 동일한 단위셀(P1-i-j)에 접속하여 고체촬상장치를 구성한다.
다음에, 본 실시예의 구동방법에 대해 설명한다.
도 70은 본 실시예의 동작을 나타낸 타이밍차트이고, 도 71은 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 포텐셜도를 나타내고 있다. 여기서, 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)는 P채널형으로 한다.
우선, 1행째의 수평어드레스선(6-1)에 하이레벨의 수직어드레스펄스를 인가한다. 그러면, 이 행의 각 단위셀에서는 각각 그 단위셀 소속의 수직선택 트랜지스터(66)가 온하고, 그 단위셀 소속의 증폭트랜지스터(64)와 부하트랜지스터(9-1, 9-2,…)로 소스 폴로워회로가 구성된다.
이어서, 노이즈 캔슬러회로의 슬라이스 리세트단자(160)에 슬라이스 리세트펄스를 인가하고, 슬라이스 리세트 트랜지스터(156-1,156-2,…)를 온으로 하여 슬라이스용량(152-1,152-1,…)의 전하를 초기화한다.
슬라이스 리세트단자(160)의 슬라이스 리세트펄스가 소멸하면, 슬라이스 리세트 트랜지스터(156-1,156-2,…)는 오프로 되고, 슬라이스용량(152-1,152-2,…)이 충전가능한 상태로 된다. 다음에, 슬라이스펄스 공급단자(154)에 제1슬라이스펄스(SP1)를 인가한다.
한편, 슬라이스용량(152-1,152-2,…)의 초기화 전, 또는 후에 리세트선(7-1)에 하이레벨의 리세트펄스를 인가한다. 그러면, 당해 리세트선(7-1)에 접속되어 있는 단위셀(P1-1-1,P1-1-2,…)의 리세트 트랜지스터(66)가 이 리세트펄스를 받아 온으로 되고, 출력회로(68)의 입력단자의 전하가 리세트된다. 이 때문에, 출력회로(68)에서는 포토다이오드(62)에 신호전하가 없을 때의 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 따른 잡음성분이 출력된다. 도 70의 타이밍차트에서는 슬라이스용량(152-1,152-2,…)의 초기화후에 이를 행하여 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 따른 잡음성분을 출력시키고 있다.
슬라이스 리세트 트랜지스터(156-1,156-2,…)가 오프되고, 슬라이스펄스 공급단자(154)에 제1슬라이스펄스(SP1)가 인가됨으로써, 각 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)에서는 신호가 없을 때(즉, 잡음성분만이 있을 때)의 자기의 게이트 아래의 채널전위(Voch)를 넘어서 제1슬라이스전하를 드레인에 전송시킨다. 이 때, 드레인 리세트단자(168)에는 드레인 리세트펄스를 인가시킨다. 그러면, 드레인 리세트 트랜지스터(166)는 그 드레인 리세트펄스의 시간폭만큼 온되므로, 드레인전위는 축적드레인 전원단자(164)의 그 시간폭의 사이는 전압(Vsdd)으로 고정되어 있다. 따라서, 이 사이에 제1슬라이스전하는 드레인 리세트 트랜지스터(166)를 통해 축적드레인 전원단자(164)로 배출된다.
이어서, 포토다이오드 선택선(22-1)에 하이레벨의 선택펄스를 인가하면, 단위셀의 출력회로(68)로부터는 그 단위셀의 포토다이오드(62a)의 출력신호(즉, "신호전하성분 + 잡음성분")가 출력된다.
이어서, 슬라이스펄스 공급단자(154)에 제2슬라이스펄스(SP2)를 인가한다. 이에 따라, 각 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)에서는 신호전하가 있을 때의 전압("신호전하성분 + 잡음성분"이 있을 때의 전압)이 가해지고 있는 자기의 게이트 아래의 채널전위(Voch)를 넘어서 제2슬라이스전하가 드레인에 전송된다. 이 때, 각 드레인 리세트 트랜지스터(166-1,166-2, …)는 오프하고 있기 때문에, 제2슬라이스전하는 자기 드레인 리세트 트랜지스터(166-1,166-2,…)의 드레인에 접속되어 있는 슬라이스 전하전송용량(162-1,162-2,…)으로 전송된다.
이어서, 수평어드레스회로(13)로부터 수평선택펄스를 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)에 순차 인가하여 신호출력단(15: 수평신호선)으로부터 1라인분의 신호를 순차 취출한다.
이어서, 수평어드레스회로(13)로부터 수평선택펄스를 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)에 순차 인가한다. 이에 따라, 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)중, 수평선택펄스가 인가된 수평선택 트랜지스터는 온으로 되고, 슬라이스 전하전송용량(162-1,162-2,…)의 축적전하 대응의 신호가 신호출력단(15: 수평신호선)으로 출력되게 된다. 이렇게 하여, 수평어드레스회로(13)로부터 수평선택펄스가 수평선택 트랜지스터(12-1,12-2,…)에 순차 인가됨으로써, 슬라이스 전하전송용량(162-1,162-2,…)에 축적되어 있는 전하대응의 신호가 순차 신호출력단(15: 수평신호선)으로 출력되는 결과, 신호출력단(15)으로부터 1라인분의 신호를 순차 취출할 수 있다.
한편, 수평어드레스선(6-1)의 하이레벨의 수직어드레스펄스 앞 가장자리 위치를 P1, 뒤 가장자리 위치를 P2, 리세트선(7-1)의 신호의 앞 가장자리 위치를 P3, 뒤 가장자리 위치를 P4, 슬라이스 리세트단자(160)에 인가되는 슬라이스 리세트펄스의 앞 가장자리 위치를 P5, 뒤 가장자리를 위치를 P6, 슬라이스펄스 공급단자(154)에 인가되는 제1슬라이스펄스(SP1)와 제2슬라이스펄스(SP2)중, 제1슬라이스펄스(SP1)의 앞 가장자리 위치를 P7, 뒤 가장자리 위치를 P8, 제2슬라이스펄스(SP2)의 앞 가장자리 위치를 P9, 뒤 가장자리 위치를 P10, 그리고 드레인 리세트단자(168)에 인가되는 드레인 리세트펄스의 앞 가장자리 위치를 P11, 뒤 가장자리 위치를 P12로 한 경우, 이들 각 신호위치의 시간적 관계는,
P1〈P6〈P7〈P8〈P3〈P4〈P9〈P10〈P2
그리고, P8〈P11〈P12〈P9
으로 한다. 바람직하게는 P11〈P12〈P3〈P4이다.
P1, P5의 전후관계는 상관없고, 또 P3과 P11의 위상관계, P4와 P12의 위상관계는 상관없다.
이 동작을 다음의 라인, 그 다음의 라인으로 순차 계속함으로써, 2차원형상의 모든 신호를 독출할 수 있다.
이 디바이스에서는, 슬라이스용량(152)의 값을 Cs1으로 하면, 최종적으로 신호출력단(15)으로 독출되는 전하(제2슬라이스전하)는,
Cs1×(Vsch - VOcH)
로 되고, 신호전하가 있을 때와, 리세트되어 신호전하가 없을 때의 차에 비례하는 전하가 나타나기 때문에, 단위셀 내의 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 의한 고정패턴잡음이 억압된다고 하는 특징이 있다.
이와 같이, 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나는 전압을 전하로 변환하고, 전하영역에서 감산을 하는 회로구성도 노이즈 캔슬러회로라고 부를 수 있다.
이러한 형의 회로에서의 노이즈 제거의 작용은 도 57의 제25실시예와는 다르다. 제25실시예에서는, 클램프 노드(41)에서는 전압영역에서 노이즈가 제거되고 있다. 한편, 제28실시예의 타입에 있어서는, 슬라이스 트랜지스터(150)의 소스단에서는 전압영역에서 노이즈는 제거되고 있지 않다. 그리고, 제2슬라이스펄스(SP2)가 인가된 때, 비로소 노이즈가 제거된 전하가 드레인으로 전송된다. 즉, 전하영역에서 노이즈 제거가 행해지고 있다. 이와 같은 방식에 의해서도 정밀도 좋게 노이즈를 제거될 수 있어 신호성분만을 추출할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 제28실시예에 의하면, 단위셀의 출력을 노이즈 캔슬러회로를 매개로 출력하도록 하고 있기 때문에, 단위셀의 증폭트랜지스터의 임계치 변동에 따른 고정패턴잡음을 제거할 수 있다.
더욱이, 본 실시예에서는 단위셀의 출력을 슬라이스 트랜지스터의 게이트용량을 매개로 노이즈 캔슬러회로에 공급하도록 하고 있다. 그 때문에, "잡음성분"의 출력시에 있어서도, 또 "신호성분 + 잡음성분"의 출력시에 있어서도, 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스가 거의 동일하기 때문에, 양출력시에서 잡음성분이 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면, 정확하게 잡음출력을 제거할 수 있어 신호성분만을 취출할 수 있다.
즉, 정확하게 노이즈를 제거할 수 있어 신호성분만을 취출할 수 있다. 또, 단위셀로부터 노이즈 캔슬러회로를 보면, 임피던스적으로는 게이트용량 밖에 보이지 않고, 그 용량은 상당히 작기 때문에, 단시간에 확실하게 노이즈를 제거할 수 있다.
한편, 제2슬라이스펄스(SP2)는 바로 앞의 제1슬라이스펄스(SP1)의 영향을 받는 일이 있다. 그 때문에, 제1 및 제2트랜지스터의 동작에 대한 제1, 제2슬라이스펄스의 영향을 동일하게 하기 위해, 제1슬라이스펄스(SP1)의 바로 앞에 더미 슬라이스펄스를 넣는 것이 유효하다.
또, 제1슬라이스펄스와 제2슬라이스펄스의 진폭이 같으면, 미묘한 전압조건에서는 미소신호영역에서 신호전하가 독출되지 않게 되거나, 직선성이 나빠지기 때문에, 제1슬라이스펄스의 진폭에 비해 제2슬라이스펄스의 진폭을 크게 하고, 제2슬라이스펄스로 독출하는 전하로 바이어스전하를 예측하게 하는 쪽이 동작이 안정하다. 더욱이, 제1슬라이스펄스에 비해, 제2슬라이스펄스의 폭을 넓게 하는 방법도 유력하다.
제29실시예
도 72는 본 발명에서 이용되는 제29실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P1-i-j) 부근의 회로구성은 제OA1실시예와 동일하다.
제29실시예는 도 57에 나타낸 제25실시예로부터 트랜지스터(26-1,28-1,26-2,…) 및 트랜지스터(28-2,26-3,28-3,…)로 구성되는 임피던스 변환회로 부분을 생략한 실시예이다. 제25실시예에 있어서 설치한 임피던스 변환회로는, 트랜지스터(26)의 게이트용량이 작기 때문에, 노이즈 캔슬러회로가 동작할 때의 CR의 시정수를 짧게 할 수 있다. 그 때문에, 시정수를 짧게 할 수 있는 만큼, 리세트펄스, 포토다이오드 선택펄스의 인가타이밍을 빠르게 할 수 있어 단시간에 노이즈를 제거동작을 시키는데 유용하다. 이는 텔레비전 신호와 같이 노이즈 제거동작을 텔레비전주사의 수평귀선기간내에 행할 필요가 있는 경우에 유효하다. 그러나, 거기까지 고속동작을 요구하지 않는 용도에 대해서는 오버 스펙으로 된다.
따라서, 노이즈 제거동작에 할당할 수 있는 시간에 여유가 있는 경우에는, 본 제29실시예와 같이 임피던스 변환회로를 생략한 구성이라도 충분이 실용성이 있다. 그리고, 임피던스 변환회로를 생략함으로써, 회로구성이 보다 간단하고, 그 만큼 소형화를 도모할 수 있게 된다.
제30실시예
도 73, 도 74는 본 발명에서 이용되는 제30실시예에 따른 증폭형 MOS 센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P1-i-j) 부근의 회로구성은 제25실시예와 동일하다.
본 실시예는 도 66에 나타낸 제26실시예와 공통인 부분이 많지만, 다른 점은 "신호성분 + 잡음성분" 출력시와 "잡음성분"만의 출력시의 단위셀측으로부터 본 노이즈 캔슬러의 임피던스의 차를 보정하기 위해 보정용량(160-1,160-2,…)을 설치한 점이다. 이들 보정용량은 각각 CCMP의 용량치를 갖는 것으로 한다. 이들 보정용량(160-1,160-2,…)이 클램프용량(13-1,13-2,…)의 설치위치 보다도 촬상영역(단위셀)측에 있고, 게다가 수직신호선(8-1,8-2,…)에 대해 병렬로, 또한 스위치(162-1, 162-2,…)를 매개로 접속되어 있다. 이 점이 제26실시예와 다른 점이다.
보정용량(160-1,160-2,…)과 이들에 대응하여 설치된 스위치(162-1,162-2, …)는, 도 73의 경우에는 클램프용량(131)과 촬상영역간에, 또 도 74의 경우에는 촬상영역과 부하트랜지스터(9)간에 접속되어 있다.
도 75는 본 실시예에서의 동작타이밍을 나타낸다. 스위치(162)는 클램프 트랜지스터(132)에 의한 클램프가 종료하고, 수직신호선으로부터 신호가 출력되고 있는 기간에 온상태로 한다. 그렇게 하면, 샘플·홀드시에 수직신호선(8-1,8-2,…)에 이어지는 용량은 샘플·홀드용량(134)을 CSH, 클램프용량(131-1,131-2, …)의 용량치를 CCL로 하면, 다음과 같이 된다.
C = CCMP + CSH·CCL/(CCL + CSH)
따라서, 보정용량 CCMP의 크기를,
2{CCL - CCL·CSH/(CCL + CSH)} 〉CCMP 〉0
의 범위로 설정하면, 보정용량이 없을 때에 비해, 샘플·홀드시에 수직신호선에 이어지는 용량은 클램프용량(131-1,131-2,…)의 용량 CCL의 크기에 가깝다. 그 때문에, 이 용량차에 의해 생기는 전압의 차분 VCL은 보다 작아지고, 그 때문에 잡음도 작아진다.
즉, 셀로부터 본 임피던스가 신호전송시와 잡음전송시에서 다르지 않다고 하는 것과, 샘플·홀드기간중의 C를 CCL에 가깝게 한다고 하는 것은 결과적으로 동일함을 가리키는 것으로 된다.
도 76에 수직신호선(8-1,8-2,…)의 전위와 클램프 노드(145)의 전위의 시간변화를 나타냈다. 본 실시예에서는 암시이고 신호가 "0"으로 되는 경우와 같이, 수직신호선(8-1,8-2,…)의 전위가 클램프시로 되돌아가는 전위와 샘플·홀드시로 되돌아가는 전위가 동일한 경우, 샘플·홀드종료시점에서의 클램프 노드의 전위는 △VCL에 가까운 값까지 되돌아가지 않고 "0"으로 된다. 따라서, 암시(暗時)이고 신호가 "0"임에도 불구하고, △VCL에 상당하는 신호가 나타나 버리는 등의 문제는 없다. 이 때문에, △VCL의 변동에 기인하는 잡음의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 잡음제거회로가 부착된 MOS형 고체촬상장치에 있어서, 수직신호선(8)에 보정용량(160-1,160-2,…)을 설치함으로써, 잡음이 발생하는 원인이었던 잡음제거동작중의 용량변화를 억제할 수 있어 더 한층의 저잡음화에 기여하게 된다. 즉, 셀로부터 본 임피던스가 "신호성분 + 잡음성분" 출력시와 "잡음성분" 출력시에서 동일하게 되어 정확하게 노이즈 제거를 할 수 있다. 다만, 리세트종료시가 "잡음성분" 출력시이고, PD(포토다이오드)선택후가 "신호성분 + 잡음성분" 출력시이다.
본 실시예에 있어서는 "잡음성분" 출력시와 "신호성분 + 잡음성분" 출력시에서, 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스가 거의 동일하다. 그 때문에, 양출력시에서 잡음성분이 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면, 정확하게 잡음출력을 제거할 수 있어 신호성분만을 취출할 수 있다. 따라서, 정확히 노이즈를 제거할 수 있다.
더욱이, 제30실시예의 변형예로서, 도 57에 나타낸 제25실시예, 도 68에 나타낸 제27실시예, 도 72에 나타낸 제29실시예의 노이즈 캔슬러회로에 있어서, 보정용 용량을 접속해도 좋다.
제26실시예∼제30실시예로서는, 제25실시예에 대해 노이즈 캔슬러회로 부분이 다른 실시예를 설명했지만, 제25∼제30실시예에 대해 단위셀의 구성이 다른 다른 실시예를 제31실시예로서 설명한다.
제31실시예
제31실시예는 제25∼제30실시예에 대해 단위셀의 구성이 다른 것이지만, 전체의 구성은 도 57에 나타낸 제25실시예와 동일하기 때문에, 여기에서는 도시를 생략한다. 다만, 도 57의 단위셀(P1) 대신에 도 77에 나타낸 단위셀(P2)을 이용하는 것이 특징이다.
본 실시예의 단위셀(P2)의 특징은, 포토다이오드(62a,62b)가 제25실시예에서는 수직방향이었던 것에 대해, 수평방향에 가깝게 배치된 구성으로 한 것이다. 그리고, 각각이 포토다이오드 선택 트랜지스터(63a,63b)를 매개로 리세트 트랜지스터(66)의 소스와, 증폭트랜지스터(64)의 게이트에 접속되어, 1개의 출력회로(68)를 공유하고 있는 것이다.
다음에, 도 78의 타이밍차트를 참조하여 동작에 대해 설명한다. 우선, 수평귀선기간에 있어서, 먼저 수평어드레스선(6-1) 및 포토다이오드 선택선(22-1)을 하이레벨로 하여 수직선택 트랜지스터(65) 및 포토다이오드 선택 트랜지스터(63a)를 온으로 한다.
그 결과, 포토다이오드(62a)와 거의 동등의 전압이 증폭트랜지스터(64)의 게이트에 나타난다. 더욱이, 증폭트랜지스터(64)와 부하트랜지스터(9-1)로 소스폴로워가 형성되고, 증폭트랜지스터(64)의 게이트전압과 거의 동일한 전압이 수직신호선(8-1)에 나타난다.
다음에, 수직어드레스펄스(6-1)를 로우레벨로 하고, 수직선택 트랜지스터(65)를 오프로 한다. 그 결과, 소스폴로워는 동작하지 않게 되는데, 수직신호선(8-1)의 전위가 바로 변화하는 것은 아니고, 리세트전의 증폭트랜지스터(64)의 게이트전압과 거의 동일한 전압이 유지된다.
다음에, 리세트선(7-1)을 하이레벨로 하고, 리세트 트랜지스터(66)를 온으로 하여 증폭트랜지스터(64)의 게이트 및 포토다이오드(62a)의 전위를 초기화한다.
또한, 수평어드레스회로(13)로부터 수평어드레스펄스를 수평선택 트랜지스터(12-1)의 게이트에 인가하고, 신호출력단(15)으로부터 포토다이오드(63a)의 신호를 취출한다.
다음에, 동일한 수평귀선 기간내에 있어서, 상기와 마찬가지의 동작에 있어서 포토다이오드 선택트랜지스터(63a) 대신 포토다이오드 선택트랜지스터(63b)를 온한다. 그 결과, 신호출력단(15)으로부터 포토다이오드(63b)의 신호를 취출한다.
도시하지 않았지만, 이 수평귀선 기간내에 있어서 동일한 수직어드레스하에서 수평어드레스를 순차 변경하여 1행분의 신호를 순차 취출한다. 다음의 수평귀선 기간내에서 다음의 수직어드레스에 대해 마찬가지의 동작을 수행하고, 순차 각 행의 신호를 취출한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 MOS형 고체촬상장치에 의하면, 제25실시예의 효과에 부가하여 어느 1프레임 기간중에는 수직어드레스선이 온·오프하는 것은 어느 하나의 수평기간만이기 때문에, 수직어드레스선의 제어가 간단하다는 이점이 있다. 또한, 이에 따라 수직어드레스회로와 멀티플렉서회로가 간단하게 된다는 효과도 있다.
제31실시예도 제25실시예와 마찬가지로 노이즈 캔슬러회로부분을 변형할 수 있다. 즉, 도 57∼도 76의 설명은 제31실시예에도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 제31실시예의 단위셀에 포함되는 수평방향에 인접하는 포토다이오드의 수도 2개로 한정되지 않고, 3개 이상이어도 된다. 도 65에 나타낸 바와 같이 출력회로는 수직선택 트랜지스터 대신 수직선택용량을 이용하여도 된다.
제32실시예
도 79는 제32실시예에 따른 MOS형 고체촬상장치의 구성을 나타낸다. 단위셀(P3-i-j)이 종, 횡으로 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 있다.
도 80은 도 79에 나타낸 단위셀(P3-1-1)의 구성을 나타낸 도이다. 여기에서는 단위셀(P3-1-1)의 구성만을 나타내지만, 다른 단위셀(P3-1-2,∼)에 대해서도 마찬가지의 구성이 채용되고 있다.
동도에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 MOS형 고체촬상장치의 단위셀은 4개의 포토다이오드(62a∼62d), 4개의 포토다이오드 선택트랜지스터(63a∼63d), 1개의 출력회로(68)로 구성되어 있다. 4개의 포토다이오드는 2행 2열의 매트릭스형상으로 배치되어 있다.
포토다이오드(62a∼62d)는 각각 선택트랜지스터(63a∼63d)를 매개로 공통의 출력회로(68)에 접속되어 있다. 선택트랜지스터(63a∼63d)는 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배열 설치되어 있는 포토다이오드 선택선(22-1,24-1, 172-1,174-1)에 의해 독립하여 온오프 제어된다.
이와 같이 4개의 포토다이오드(62a∼62d)에 대하여 공통의 출력회로(64)를 접속하여 단위셀(P1-1-1)을 구성함으로써 종래의 MOS형 고체촬상장치의 단위셀과 비교하여 3개의 출력회로를 생략할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 MOS형 고체촬상장치에 의하면, 제25실시예, 제26실시예를 조합시킨 효과를 얻을 수 있다.
제32실시예도 제25실시예와 마찬가지로 노이즈 캔슬러회로부분을 변형할 수 있다. 즉, 도 57∼도 76의 설명은 제32실시예에도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 제32실시예의 단위셀에 포함되는 포토다이오드의 수도 2행 2열에 한정되지 않고, 3개 이상의 매트릭스이어도 되고, 정방형의 매트릭스가 아니어도 된다. 도 65에 나타낸 바와 같이 출력회로는 수직선택트랜지스터 대신 수직선택용량을 이용하여도 된다.
더욱이 본 발명은, 상기한 실시예에 한정되지 않고, 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예컨대, 단위셀의 증폭트랜지스터를 임계치 변동이 없도록 제조할 수 있으면, 고정패턴잡음은 발생하지 않기 때문에, 노이즈 캔슬러회로는 생략할 수 있다. 또는 고정패턴잡음이 발생하여도 화질에 영향이 없으면, 마찬가지로 노이즈 캔슬러회로는 생략할 수 있다.
또한, 부하트랜지스터의 게이트와 소스는 동일한 전원선에 접속되어 있지만, 다른 전원에 접속하여도 된다. 이와 같이 하면, 흐르는 전류를 제어할 수 있어 소비전력도 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 각 실시예의 노이즈 캔슬러회로에 있어서는 입력신호가 없을때에 독출신호전류(잡음성분만)가 작은 쪽이 잡음이 적어지게 되기 때문에, 축적드레인 전원단자에 인가되고 있는 전압과 비디오 바이어스전압을 거의 동일하게 하는 것이 바람직하다. 비디오 바이어스전압으로는 신호출력단(15)으로부터 신호를 전류로 독출할때에 신호출력단(15)이 거의 고정되는 전압이다. 이를 실현한 변형예를 도 45에 나타낸다. 신호출력단(15)에 연산증폭기(176)가 접속되고, 연산증폭기(176)의 입출력단간에 부하저항(178)이 접속된다. 이에 의하면, 신호전류가 강제적으로 부하저항(178)에 흘러 수평신호선(15)은 가상적으로 소정 전압, 즉 비디오 바이어스전압에 고정된다.
더욱이, 단위셀은 2차원 매트릭스형상으로 배열한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 단위셀을 1차원 매트릭스형상으로 배열하는 촬상장치에도 적용할 수 있는 것은 물론이다. 이 경우, 단위셀내의 포토다이오드의 배열은 단위셀의 배열과는 무관계하게 수직방향, 수평방향, 양 방향에 매트릭스형상으로 배열하는 것이 가능하다.
이상, 증폭형 MOS형 센서와 노이즈 캔슬러의 조합에 의해 노이즈가 없는 화상신호를 얻을 수 있도록 한 여러가지의 구체예를 설명하였다.
그러나, 이상의 증폭형 MOS형 센서에서는 단위셀에 포함되는 트랜지스터는 최저이어도 증폭트랜지스터, 수직선택트랜지스터, 리세트 트랜지스터의 3개가 필요하다.
셀의 미세화, 저전력화를 도모하기 위해서는 셀을 구성하는 트랜지스터의 개수를 조금이라도 적게할 필요가 있다. 또한, 증폭형이 아닌 MOS센서에서는 셀이 포토다이오드와 1개의 트랜지스터에 의해 구성되어 있지만, 증폭형에 비하면 감도가 낮다.
여기서, 증폭형 MOS센서에 있어서, 보다 미세화할 수 있고, 또한 저전력화를 가능하게 하는 MOS형 고체촬상장치(증폭형 MOS센서에 의한 고체촬상장치)의 구체예를 다음에 설명한다.
제33실시예
도 81 및 도 82를 참조하여 본 발명의 제33실시예를 설명한다. 도 81은 본 발명의 제33실시예에 따른 MOS형 고체촬상장치의 구성을 나타낸다. 단위셀(P81-i-j)이 종, 횡으로 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 있다. 도에서는 3×3밖에 나타나 있지 않지만, 실제는 수천개×수천개이다. i는 수평(로우)방향의 변수, j는 수직(컬럼)방향의 변수이다.
본 발명의 고체촬상장치의 응용분야로서는 비디오 카메라, 전자스틸 카메라, 디지털 카메라, 팩시밀리, 복사기, 스캐너등이 있다.
본 실시예의 기본셀(P8-i-j)은 입사광을 검출하는 포토다이오드(62-i-j)와, 포토다이오드(62-i-j)의 캐소드가 게이트에 접속되고, 그 검출신호를 증폭하는 증폭트랜지스터(64-i-j), 포토다이오드(62-i-j)의 캐소드(증폭트랜지스터(64-i-j)의 게이트)에 접속되고, 신호전하를 리세트하는 리세트 트랜지스터(60-i-j) 및, 증폭트랜지스터(64-i-j)의 드레인과 게이트 사이에 접속되는 어드레스용량(69-i-j)으로 이루어진다. 이와 같이 본 실시예에서는 종래예(도 1)에서 설치되어 있던 수직선택트랜지스터(3-i-j)가 생략되고, 대신 동일한 기능을 하는 어드레스용량(69-i-j)이 설치되어 있다.
수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 수직어드레스선(6-1,6-2,…)은 각 행의 단위셀의 증폭트랜지스터(64-i-j)의 드레인과 리세트 트랜지스터(60)의 드레인에 접속되고, 신호를 독출하는 수평 라인을 결정하고 있다. 마찬가지로, 수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 리세트선(7-1,7-2,…)은 각 열의 단위셀의 리세트 트랜지스터(66-i-j)의 게이트에 접속되어 있다.
각 열의 단위셀의 증폭트랜지스터(64-i-j)의 소스는 열방향으로 배치된 수직신호선(8-1,8-2,…)에 접속되고, 수직신호선(8-1,8-2,…)의 일단에는 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)가 설치되어 있다. 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)의 게이트와 드레인은 공통드레인 전압단자(20)에 접속된다.
수직신호선(8-1,8-2,…)의 타단은 클램프용량(131-1,131-2,…), 샘플홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…), 수평선택트랜지스터(12-1,12-2,…)를 매개로 신호출력단(15; 수평신호선)에 접속된다. 클램프용량(131-1,131-2,…)과 샘플홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)의 접속점(클램프 노드(145-1,145-2,…))에는 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)의 드레인이 접속된다. 클램프 트랜지스터(132-1, 132-2,…)의 소스는 공통소스단자(141)에 접속되고, 게이트는 공통게이트단자(142)에 접속된다. 샘플홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)와 수평선택트랜지스터(12-1,12-2,…)의 접속점은 샘플홀드용량(134-1,134-2,…)을 매개로 접지된다. 수평선택트랜지스터(12-1,12-2,…)의 게이트에는 수평어드레스회로(13)로부터 어드레스펄스가 공급된다.
수직어드레스회로(5)는 복수, 여기에서는 2개의 신호를 통합하여 시프트하는 회로로서, 도 18, 도19, 도 20의 어느 하나의 회로에 의해 실현된다. 도 18의 예에서는 입력신호(46)를 다수의 출력단으로부터 순차 시프트하여 출력하는 어드레스회로(44)의 출력이 멀티플렉서(48)에 의해 2입력신호(50)와 합성된다. 도 19의 예에서는 엔코드입력(54)을 디코드하는 디코더(52)의 출력이 멀티플렉서(56)에 의해 2입력신호(58)와 합성된다. 도 20의 예에서는 2개의 어드레스회로(60a,60b)의 출력을 묶어서 각 행의 제어신호선으로 한다.
도 82는 본 실시예의 동작을 나타내는 타이밍차트이다. 수평귀선기간에 수직어드레스선(6-1)에 하이레벨의 어드레스펄스를 인가하면, 이 하이레벨의 어드레스펄스가 이 라인에 접속되어 있는 단위셀의 증폭트랜지스터(64)의 게이트에 어드레스용량(69)을 매개로 공급되고, 이 게이트 하의 채널의 전위가 다른 라인에 접속되어 있는 단위셀의 증폭트랜지스터(64)의 게이트 하의 채널전위 보다 높아지게 되어 온된다. 따라서, 수직어드레스선(6-1)에 접속되어 있는 단위셀의 증폭트랜지스터(64)와 부하트랜지스터(9)로 소스폴로워회로가 구성된다. 그리고, 증폭트랜지스터(64)의 게이트전압, 즉 포토다이오드(64)의 전압과 거의 동등의 전압이 수직신호선(8)에 나타난다. 이와 같이, 어드레스된 라인의 증폭트랜지스터(64)의 게이트전위만이 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나고, 다른 라인의 증폭트랜지스터(64)의 게이트전위는 나타나지 않는다. 따라서, 수직선택트랜지스터를 생략하여도 수직어드레스라인의 어드레스가 가능하다.
클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)의 공통게이트(142)에 클램프펄스를 인가하여 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)를 온하고, 클램프노드(145-1,145-2, …)를 클램프전원(141)과 동일한 전압으로 고정한다. 다음에, 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)를 온한 후, 리세트선(7-1)에 하이레벨의 리세트펄스를 인가하고, 리세트 트랜지스터(66-1,66-2,…)를 온하여 포토다이오드(62)의 신호전하를 리세트한다. 이와 같이 하면, 클램프노드(145-1,145-2,…)에는 포토다이오드(62)에 신호전하가 있는 때와 리세트되어 신호전하가 없는 때의 수직신호선(8-1,8-2,…)의 전압의 차가 클램프전원(141)에 가산된 전압이 나타난다.
다음에, 샘플홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)의 공통게이트(143)에 샘플홀드펄스를 인가하여 샘플홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)를 온하고, 이 신호를 샘플홀드용량(134-1,134-2,…)에 전달한다.
그 후, 수평어드레스회로(13)로부터 수평어드레스펄스를 수평선택트랜지스터(12-1,12-2,…)에 순차 인가하여 수평신호선(15)으로부터 1라인분의 신호를 순차 취출한다.
이 동작을 다음의 라인, 그 다음의 라인으로 순차 계속함으로써 2차원 상태 전체의 신호를 독출할 수 있다.
일반적으로, 증폭형 MOS형 고체촬상장치에 있어서는 증폭트랜지스터(64)의 임계치 전압의 변동이 신호에 중첩되기 때문에, 포토다이오드(62)의 전위가 동일하여도 출력신호가 동일한 것으로는 되지 않고, 복사한 화상을 재생하는 것으로 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 대응하는 2차원 상태의 잡음(장소적으로 고정되어 있다는 의미에서 고정패턴잡음으로 칭함)이 발생한다. 그러나, 상기한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 클램프노드(145-1,145-2,…)에는 최종적으로는 단위셀에 신호전하가 있을 때와 리세트되어 신호전하가 없을 때의 차의 전압이 나타나기 때문에 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 의한 고정패턴잡음이 억압된다. 즉, 클램프용량(131), 클램프 트랜지스터(132), 샘플홀드 트랜지스터(133) 및, 샘플홀드용량(134)으로 이루어진 회로가 노이즈 캔슬러로서 작용한다.
다음에, 본 실시예의 구조를 설명한다.
본 실시예에 있어서는 단위셀(P8-1-1,P8-1-2,…)이나 수직어드레스회로(5), 수평어드레스회로(13)등의 주변회로는 p-형 기판상에 p+형 불순물층을 형성한 반도체기판상에 형성되어 있다.
도 25a에 나타낸 바와 같이 p-형 기판(81)상에 p+형 불순물층(82)을 형성한 반도체기판에 포토다이오드(83)등의 셀요소가 형성되어 있다.
반도체기판을 이와 같은 구성으로 함으로써 p-/p+경계에 있는 확산전위에 의해 p-형 기판(81)에서 발생한 암전류가 p+측으로 유입되는 것을 일부 방지할 수 있다.
전자의 흐름을 상세하게 해석한 결과를 간단하게 설명하면, p-측에서 발생한 전자에 의해 p+측 불순물층(82)의 두께(L)가 p+와 p-의 농도의 비의 배, 즉 L·p+/ p-로 보인다.
즉, 도 25b에 니타낸 바와 같이 암전류의 발생원인 p-기판(81)으로부터 포토다이오드(83)까지의 거리가 p+/p-배 멀리된 것 같이 보이는 것으로 된다. 암전류는 기판 심부로부터 유입되는 것 이외에 포토다이오드(83) 근방의 공핍층내에서 발생하는 것이 있고, 이 공핍층내에서 발생하는 암전류는 기판 심부로부터 유입되는 암전류와 거의 동일한 정도이다. 공핍층의 두께는 약 1㎛ 정도이고, 기판 심부로부터 유입되는 암전류는 약 100㎛의 깊이로부터도 흘러온다. 이 깊이는 p형 반도체 내부에서의 전자의 확산거리로 칭해지는 것이다. 이 두께의 차이에 관계없이 암전류가 동등한 것은 단위체적당의 암전류의 발생확율이 공핍층 내부의 쪽이 높기 때문이다. 여기서, 공핍층에서 발생하는 암전류는 원리적으로 신호전류와 분리할 수 없기 때문에, 암전류의 절감은 기판 심부로부터 유입되는 성분을 절감함으로써 이루어진다.
또한, p-형 기판(71)상에 p+형 불순물층(72)을 형성한 반도체기판에 셀을 형성하기 때문에, 암전류가 발생하는 것에 의한 기판전위의 변동을 방지할 수 있고, p형 기판은 두껍기 때문에 저항이 낮아 후술하는 바와 같이 잡음제거회로를 확실하게 동작시킬 수 있게 된다.
또한, 소자온도가 상승하면, 기판 심부로부터의 성분의 쪽이 급격하게 증가하기 때문에, 이것이 중요하다. 그 목표는 기판 심부로부터의 성분이 공핍층에서 발생한 성분 보다도 충분히 작은 것으로, 구체적으로는 기판 심부로부터의 암전류가 공핍층 내부로부터의 것에 비해 약 1자리 아래이면 좋다. 즉, p+/p-를 10으로 설정하여 기판 심부로부터의 것을 약 1/10으로 하면 좋다.
더욱이, 기판 심부로부터의 암전류는 n형 기판과 p형 웰로 구성되는 반도체기판에서는 거의 전혀 없다고 해도 좋지만, 이와 같은 반도체기판과 동일한 레벨로 하기 위해서는 p+/p-를 100으로 설정하여 기판 심부로부터의 암전류를 약 1/100으로 할 필요가 있다.
종래의 실적이 있는 CCD에서는 n형 매립채널의 불순물농도가 약 1016cm-3정도이고, 이 매립채널의 확산층을 안정되게 제조하기 위한 매립채널을 p형층(여기에서는 p형 기판)의 불순물농도는 약 1015cm-3이다.
p+층의 농도는 p+/p-를 10으로 하는 경우는 약 1016cm-3정도, p+/p-를 100으로 하는 경우는 약 1017cm-3정도로 되고, n형 매립채널의 불순물농도의 약 1016cm-3과 동일한 정도 또는 1자리수 역전하여 버린다.
이 때문에, 실적이 있는 종래의 CCD에서는 이와 같은 불순물농도의 p+층을 사용하는 것은 고려되지 않았다. 또한, p-층의 농도를 떨어뜨리면 기판의 시트저항이 높아지게 된다는 문제가 나오고 있다.
그러나, 증폭형 MOS 촬상장치에서는 CCD의 매립채널이 없기 때문에 p-층의 농도를 떨어뜨리지 않고서 p+/p-의 값을 어느 정도 자유롭게 설정할 수 있다.
여기서, p형 웰의 저항을 낮추고, n형 기판과 p형 웰로 구성되는 반도체기판의 구조를 개선함으로써서도 셀을 구성할 수 있다.
도 26은 n형 기판(85)상에 시트저항이 낮은 p+웰(86)을 이용한 단위셀의 단면도이다. 또한, 도 27은 CCD의 단위셀의 단면도이다.
CCD의 단위셀의 n형 기판(87), p형 웰(86), n형 매립채널(89)의 불순물농도는 안정되게 제조를 수행하기 위해 각각 약 1014cm-3, 약 1015cm-3, 약 1016cm-3정도로 하고 있다.
n형 포토다이오드(90)의 불순물농도는 어느 정도 자유롭게 설정할 수 있기 때문에 제조상의 제약은 그다지 없다. p형 웰(86)의 시트저항은 상기의 불순물농도에서는 약 100㏀/□정도의 값이다. 상기한 바와 같이 이와 같은 높은 값이어도 잡음이 대단히 작다.
한편, 증폭형의 MOS촬상소자에서 잡음제거회로를 사용하는 경우, 이 p형 웰의 시트저항은 대단히 중요하다. 왜냐하면, 리세트펄스에 의한 p형 웰(86)의 전위의 요란이 모아지는 시간이 이 장치를 응용하는 시스템에 매칭되지 않으면 안되기 때문이다.
현행의 비디오방식인 NTSC방식에서는 잡음제거회로를 동작시키는 것은 수평귀선기간인 약 11[㎲]의 사이이다. 이 시간의 사이에 p형 웰(86)의 전위의 요란이 0.1[mV] 정도까지 모아질 필요가 있다.
이 0.1[mV]이라는 대단히 작은 값은 CCD의 잡음전압출력이 이 정도인 것으로부터 기인하고 있다. 11[㎲]라는 대단히 짧은 시간에서 0.1[mV]라는 대단히 작은 값으로 안정시키는데는, 상세하게 해석하면 p형 웰(86)의 시트저항을 1㏀/□ 이하로 하지 않으면 안된다. 이는 종래의 CCD의 약 1/100이다.
이를 위해서는 p형 웰(86)의 불순물농도를 약 100배로 할 필요가 있고, p형 기판에서 상기한 바와 같이 CCD에서는 불가능한 농도이다. 더욱이, 하이비전 텔레비전 방식에서는 수평귀선기간이 3.77[㎲]이고, p형 웰(86)의 시트저항을 300Ω/□ 이하로 하지 않으면 안된다.
다른 변형예로서는 고농도의 p+형 샌드위치층을 기판상에 형성하고, 표면을 그 보다 온도가 낮은 p형층으로 하는 것이 고려된다.
도 28은 p-형 기판(91)과 p형층(93) 사이에 p+형 샌드위치층(92)을 형성한 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다. 또한, 도 29는 n형 기판(95)과 p형층(97) 사이에 p+형 샌드위치층(96)을 형성한 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다.
이와 같은 p+형 샌드위치층은 고가속의 메가볼트 이온주입기에 의해 실현될 수 있다.
상기 p형층에는 단위셀의 구성요소인 포토다이오드(83), 트랜지스터등의 외에. 수평어드레스회로, 수직어드레스회로등의 주변회로도 형성된다.
도 30은 포토다이오드(83)의 주위를 고농도 p형 웰(103)로 에워싸고, n형 기판(101)상의 다른 부분을 다른 p형 웰(102)로 형성함으로써 구성되는 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다.
이와 같은 구성을 채용함으로써 포토다이오드(83)로의 암전류의 유입을 방지할 수 있다. 또한, 반도체기판(101)은 p-형 기판이어도 된다.
더욱이, 셀주변의 수평어드레스회로나 수직어드레스회로의 일부 또는 전부를 형성하는 p형 웰의 농도는 회로설계의 쪽에서 결정되어 있고, 셀의 최적치와는 다르기 때문에 촬상영역을 형성하는 p형 웰과는 다른 p형층으로 하는 것도 고려된다.
도 63은 n형 기판(105)상에 촬상영역을 구성하는 p형 웰(106)을 형성함과 더불어 주변회로부를 구성하는 다른 p형 웰(107)을 별도로 형성한 반도체기판의 구성을 나타낸 도면이다.
이와 같은 구성으로 함으로써 각 구성요소에 적합한 p형 웰을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 상기 n형 기판(105)은 p-형 기판이어도 된다.
도 64는 n형 기판(105)상에 촬상영역을 형성하는 p+형 샌드위치층(108) 및 농도가 낮은 p형층(109)을 형성함과 더불어 주변회로부에 다른 p형 웰(107)을 형성한 것이다.
이와 같은 구성으로 함으로써 각 구성요소에 적합한 p형 웰을 형성할 수 있어 포토다이오드로의 암전류의 유입을 방지할 수 있다. 또한, 상기 n형 기판(105)은 p-형 기판이어도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 증폭트랜지스터(64)의 소스를 수직어드레스선(6)에 직접 접속하고, 더욱이 수직선택트랜지스터 대신 수직어드레스선(6)과 증폭트랜지스터(64)의 게이트 사이에 어드레스용량(69)을 삽입함으로써 어드레스된 증폭트랜지스터(64)를 온시켜 그 게이트전위만을 수직신호선(8)에서 취출할 수 있다. 즉, 수직선택트랜지스터가 없어도 수직어드레스선을 어드레스할 수 있고, 이에 따라 셀의 미세화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 단위셀의 출력을 노이즈 캔슬러를 매개로 출력하고 있기 때문에, 단위셀의 증폭트랜지스터의 임계치 변동에 따른 고정패턴잡음을 억제할 수 있다.
또한, 단위셀을 형성하는 반도체기판으로서 p-형 불순물기판과, p-형 불순물기판상에 형성된 p+형 불순물층으로 이루어진 기판을 이용함으로써 단위셀에 진입하는 암전류를 절감할 수 있으면서 기판표면의 전위를 안정시키는 것이 가능하기 때문에, 잡음제거회로를 확실하게 동작시키는 것이 가능하다.
다음에, 제33실시예에 있어서 노이즈 캔슬러회로부분을 변형한 실시예를 성명한다.
제34실시예
도 83 및 도 84를 참조하여 본 발명의 제34실시예를 설명한다. 도 83은 본 발명의 제34실시예에 따른 증폭형 MOS센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P8-i-j) 부근의 회로구성은 제33실시예와 동일하다.
수직신호선(8-1,8-2,…)의 타단은 MOS트랜지스터(26-1,26-2,…)의 게이트에 접속된다. MOS트랜지스터(26-1,26-1,…)의 소스는 MOS트랜지스터(28-1,28-2,…)의 드레인에 접속되고, MOS트랜지스터(26-1,26-2,…,28-1,28-2,…)는 소스폴로워회로로서 동작한다. MOS트랜지스터(28-1,28-2,…)의 게이트는 공통게이트단자(36)에 접속된다.
MOS트랜지스터(26-1,26-2,…)와 MOS트랜지스터(28-1,28-2,…)의 접속점이 샘플홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)를 매개로 클램프용량(32-1,32-2,…)의 일단에 접속된다. 클램프용량(32-1,32-2,…)의 타단에는 샘플홀드용량(34-1,34-2,…)과 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)가 병렬로 접속되어 있다. 샘플홀드용량(34-1,34-2,…)의 타단은 접지되어 있다. 클램프용량(32-1,32-2,…)의 타단은 수평선택트랜지스터(12-1,12-2,…)를 매개로 신호출력단(15; 수평신호선)에도 접속된다.
다음에, 본 실시예의 구조를 설명한다.
도 83의 회로구성으로부터 알수 있는 바와 같이, 클램프용량(32)과 샘플홀드용량(34)이 직접 접속되어 근접하고 있기 때문에, 이를 동일 면상에 적층하여 형성하는 것이 가능하여 단위셀을 소형화할 수 있다.
구체적으로는 도 24에 나타낸 바와 같이 실리콘기판(72)상에 제1절연막(74)을 매개로 제1전극(76)을 형성함으로써 샘플홀드용량(34)을 구성하고, 더욱이 제1전극(76)상에 제2절연막(78)을 매개로 제2전극(80)을 형성함으로써 클램프용량(32)을 구성한다.
이 도면으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이 제1전극(76)이 공통전극으로 되고, 클램프용량(32)과 샘플홀드용량(34)이 적층형성되어 있기 때문에, 개별로 형성하는 경우의 1/2의 면적으로 동일한 용량치를 얻을 수 있게 된다.
다음에, 도 84의 타이밍차트를 참조하여 이와 같이 구성된 MOS형 고체촬상장치의 동작에 대해 설명한다. 또한, 부하트랜지스터(9)의 공통드레인단자(20), 임피던스 변환회로의 트랜지스터(28)의 공통게이트단자(36), 클램프 트랜지스터(40)의 공통소스단자(38)는 DC구동이기 때문에 타이밍차트에서 생략하고 있다.
수평귀선기간에 있어서, 수직어드레스선(6-1)에 하이레벨의 어드레스펄스를 인가하면, 상기 수직어드레스선(6-1)에 접속되어 있는 단위셀(P8-1-1,P8-1-2,…)의 증폭트랜지스터(64)가 온으로 되어 증폭트랜지스터(64)와 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)로 소스폴로워회로가 구성된다.
샘플홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)의 공통게이트(37)를 하이레벨로 하여 샘플홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)를 온한다. 이 후, 클램프 트랜지스터(40-1, 40-2,…)의 공통게이트(42)를 하이레벨로 하여 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)를 온한다.
다음에, 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)의 공통게이트(42)를 로우레벨로 하여 클램프 트랜지스터(40-1,40-2,…)를 오프한다. 이 때문에, 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나고 있는 신호 + 잡음성분은 클램프용량(32-1,32-2,…)에 축적된다.
이 후, 리세트선(7-1)에 하이레벨의 리세트펄스를 인가하면, 상기 리세트선(7-1)에 접속되어 있는 단위셀(P8-1-1,P8-1-2,…)의 리세트 트랜지스터(66)가 온으로 되고, 출력회로(68)의 입력단자의 전하가 리세트된다. 이와 같이 하면, 신호성분이 리세트된 잡음성분만이 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타난다.
상기한 바와 같이 클램프용량(32-1,32-2,…)에는 신호 + 잡음성분이 축적되어 있기 때문에, 클램프노드(41-1,41-2,…)에는 수직신호선(8-1,8-2,…)의 전압변화분, 즉 신호성분 + 잡음성분으로부터 잡음성분을 뺀 고정패턴잡음이 없는 신호전압만이 나타난다.
그리고, 샘플홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)의 공통게이트(37)를 로우레벨로 하여 샘플홀드 트랜지스터(30-1,30-2,…)를 오프한다. 이 때문에, 클램프노드(41-1,41-2,…)에 나타나고 있는 잡음이 없는 전압이 샘플홀드용량(34-1,34-2,…)에 축적된다.
이 후, 수평선택트랜지스터(12-1,12-2,…)에 수평어드레스펄스를 순차인가함으로써 샘플홀드용량(34-1,34-2,…)에 축적되어 있는 잡음이 없는 포토다이오드(62)의 신호가 출력단자(15; 수평신호선)로부터 독출된다.
이하, 마찬가지로 수직어드레스선(6-2,6-3,…)에 대해 상술한 동작을 반복함으로써 2차원 상태로 배치된 전체 셀의 신호를 취출할 수 있다.
여기서, 도 84의 타이밍의 선후관계를 설명한다. 필수적인 순번은 다음의 2개이다.
(1) 샘플홀드펄스의 상승 → 클램프펄스의 하강 → 1번째의 수직어드레스펄스의 하강 → 리세트펄스의 하강 → 2번째의 수직어드레스펄스의 상승 → 샘플홀드펄스의 하강 → 2번째의 수직어드레스펄스의 하강
(2) 클램프펄스의 하강 → 리세트펄스의 상승 → 리세트펄스의 하강
또한, 1번째의 수직어드레스펄스의 상승, 샘플홀드펄스의 하강, 클램프펄스의 상승의 전후 관계는 임의이지만, 바람직하게는 상기한 순번이 좋다. 또한, 제1번째의 수직어드레스펄스의 하강과 리세트펄스의 상승의 전후 관계도 임의이지만, 바람직하게는 상기한 순번이 좋다.
이와 같이, 도 84의 동작에 의하면, 클램프노드(41)에는 신호(+ 잡음)가 있는 때와, 증폭트랜지스터의 게이트가 리세트되어 신호가 없는 때의 차의 전압이 나타나기 때문에, 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 의한 고정패턴잡음이 보상된다. 즉, 클램프트랜지스터(30), 클램프용량(31), 샘플홀드트랜지스터(40), 샘플홀드용량(34)으로 이루어진 회로가 노이즈 캔슬러로서 작용한다.
또한, 본 실시예의 노이즈 캔슬러는 소스폴로워회로로 이루어진 임피던스 변환회로(26,28)를 매개로 수직신호선(8)에 접속되어 있다. 즉, 수직신호선은 트랜지스터(26)의 게이트에 접속되어 있다. 이 게이트용량은 대단히 작기 때문에, 셀의 증폭트랜지스터(64)는 수직신호선(8-1,8-2,…)만을 충전하기 때문에, CR의 시정수가 짧아 바로 정상상태로 된다. 그 때문에, 리세트펄스의 인가타이밍을 빠르게 하는 것이 가능하여 단시간에 노이즈 캔슬러동작을 시키는 것이 가능하다. 텔레비전신호의 경우, 노이즈 캔슬러동작은 수평귀선기간내에 행할 필요가 있고, 단시간에 정확하게 잡음을 제거할 수 있는 대단한 장점이다. 더욱이, 잡음제거 동작에 포함되는 신호 + 잡음출력시와 잡음출력시에 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러의 임피던스가 동일하기 때문에 정확하게 노이즈를 제거할 수 있게 된다.
즉, "잡음성분" 출력시와, "신호성분 + 잡음성분"출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러회로의 임피던스가 거의 동일하다. 그 때문에, 양 출력시에서 잡음성분은 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면, 정확하게 잡음출력을 제거할 수 있어 신호성분만을 취출하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 정확하게 잡음을 제거할 수 있게 된다. 또한, 단위셀로부터 노이즈 캔슬러회로를 보면, 임피던스적으로는 게이트용량밖에 보이지 않고, 그 용량은 대단히 작기 때문에, 단시간에 확실히 노이즈를 제거할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의허면, 노이즈 캔슬러에 있어서는 클램프용량(32-1,32-2,…)과 샘플홀드용량(34)이 직접 접속되어 근접하고 있기 때문에, 이를 동일 면상에 적층하여 형성할 수 있어 용량을 소형화할 수 있다. 더욱이, 단위셀로부터 노이즈 캔슬러를 보면, 임피던스적으로는 게이트용량 밖에 보이지 않아 그 용량은 대단히 작기 때문에 단시간에 확실히 잡음을 제거할 수 있게 된다.
제35실시예
도 85는 본 발명의 제35실시예에 따른 증폭형 MOS센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P8-i-j) 부근의 회로구성은 제33실시예와 동일하다.
수직신호선(8-1,8-2,…)에 직렬로 분리트랜지스터(202-1,202-2,…)를 접속하고, 분리트랜지스터(202-1,202-2,…)와 수평선택트랜지스터(12-1,12-2,…)의 사이에 증폭용량(206-1,206-2,…)이 설치되어 있다. 즉, 본 실시예에서는 수평선택트랜지스터의 앞에는 노이즈 캔슬러는 설치되어 있지 않다. 대신 증폭율을 조정하기 위한 증폭용량이 설치되어 있다.
제36실시예
도 86은 본 발명의 제36실시예에 따른 증폭형 MOS센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P8-i-j) 부근의 회로구성은 제33실시예와 동일하다.
제36실시예는 제33실시예의 노이즈 캔슬러회로에 제34실시예의 임피던스 변환회로를 접속한 예이다. 또한, 클램프트랜지스터(132)의 공통소스는 본 실시예에서는 DC구동하고 있다.
제37실시예
도 87 및 도 88을 참조하여 본 발명의 제37실시예를 설명한다. 도 87은 본 발명의 제37실시예에 따른 증폭형 MOS센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P8-i-j) 부근의 회로구성은 제33실시예와 동일하다.
부하트랜지스터(9-1,9-2,…)와는 반대측의 수직신호선(8-1,8-2,…)의 단부는 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 게이트에 각각 접속되어 있다. 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 소스에는 슬라이스용량(152-1,152-2,…)의 일단이 접속되어 있고, 슬라이스용량(152-1,152-2,…)의 타단은 슬라이스펄스 공급단자(154)에 접속되어 있다. 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 소스전위를 리세트하기 위해서는 슬라이스 트랜지스터의 소스와 슬라이스 전원단자(158)의 사이에 슬라이스 리세트 트랜지스터(156-1,156-2,…)가 설치되고, 이 트랜지스터(156-1,156-2,…)의 게이트에 슬라이스 리세트단자(160)가 접속되어 있다.
슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 드레인에는 슬라이스 부하전송용량(162-1,162-2,…)이 접속되어 있다. 또한, 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 드레인전위를 리세트하기 위해, 그 드레인과 축적드레인 전원단자(164) 사이에 드레인 리세트 트랜지스터(166-1,166-2,…)가 설치되고, 이 트랜지스터(166-1,166-2,…)의 게이트에 드레인 리세트단자(168)가 접속되어 있다. 더욱이, 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 드레인은 수평어드레스회로(13)로부터 공급되는 수평어드레스 펄스에 의해 구동되는 수평선택트랜지스터(12-1,12-2,…)를 매개로 신호출력단(15)에 접속되어 있다.
이와 같이 제37실시예의 MOS센서는 도 81에 나타낸 제33실시예에 대해 단위셀(P8-i-j)의 구성은 동일하지만, 노이즈 캔슬러의 부분의 구성이 다르고, 제37실시예의 노이즈 캔슬러는 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나는 전압을 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트용량을 매개로 전하로 변환하고, 전하영역에서 감산을 함으로써 잡음을 억압하는 것이 특징이다.
다음에, 본 실시예의 구동방법에 대해 설명한다. 도 88은 본 실시예의 동작을 나타내는 타이밍차트이고, 도 48에 슬라이스 트랜지스터(150-1,150-2,…)의 포텐셜도를 나타낸다.
먼저, 1행째의 수직어드레스선(6-1)에 하이레벨의 수직어드레스펄스를 인가하면, 이 행의 단위셀의 수직선택트랜지스터(66)만 온되어 이 행의 증폭트랜지스터(64)와 부하트랜지스터(9-1,9-2,…)로 소스폴로워회로가 구성된다.
다음에, 슬라이스 리세트단자(160)에 슬라이스 리세트펄스를 인가하여 슬라이스 리세트 트랜지스터(156-1,156-2,…)를 온하여 슬라이스용량(152-1,152-2, …)의 전하를 초기화한다.
더욱이, 슬라이스 리세트 트랜지스터(156)를 오프한다. 이 때, 어드레스한 1행째의 포토다이오드의 신호전하에 대응하는 신호전압이 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타난다.
슬라이스펄스 공급단자(154)에 제1슬라이스펄스(SP1)를 인가한다. 이에 따라 신호가 있는 경우(즉 "신호성분 + 잡음성분"의 출력시)의 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트 아래의 채널전위(Vsch)를 넘어 제1슬라이스전하가 드레인에 전송된다. 이 때, 드레인 리세트단자(168)에는 드레인 리세트펄스가 인가되어 드레인 리세트 트랜지스터(166)는 온되기 때문에, 드레인전위는 축적드레인전원단자(164)의 전압(Vsdd)으로 고정되어 있다. 따라서, 제1슬라이스전하는 드레인 리세트 트랜지스터(166)를 통해 축적드레인전원단자(164)로 배출된다.
다음에, 리세트선(7-1)에 리세트 펄스를 인가하면, 셀의 포토다이오드가 리세트되는 수직신호선(8-1,8-2,…)에는 신호가 없는 잡음성분만이 출력된다. 슬라이스펄스 공급단자(154)에 제2슬라이스펄스(SP2)를 인가한다. 이에 따라, 신호전하가 없는 때의 전압이 걸려있는 슬라이스 트랜지스터(150)의 게이트 하의 채널전위(Voch)를 넘어 제2슬라이스전하가 드레인에 전송된다. 이 때, 드레인 리세트 트랜지스터(166)는 오프하고 있기 때문에, 제2슬라이스전하는 드레인에 접속되어 있는 슬라이스 전하전송용량(162)에 전송된다.
다음에, 수평어드레스회로(13)로부터 수평선택펄스를 수평선택트랜지스터(12-1,12-2,…)에 순차 인가하고, 수평신호선(15)으로부터 1라인분의 신호를 순차 취출한다. 이 동작을 다음의 라인, 그 다음의 라인으로 순차 계속함으로써 2차원상태의 전체 신호를 독출할 수 있게 된다.
이 디바이스에서는 슬라이스용량(152)의 값을 Csl로 하면, 최종적으로 수평신호선(15)으로 독출되는 전하(제2슬라이스전하)는
Csl × (Vsch - Voch)
로 되고, 신호가 있는 때와 리세트되는 신호가 없는 때의 차에 비례하는 전하가 나타나기 때문에, 단위셀내의 증폭트랜지스터(64)의 임계치 변동에 의한 고정패턴잡음이 억압된다는 특징이 있다. 이와 같이 수직신호선(8)에 나타나는 전압을 전하로 변환하고, 전하영역에서 감산을 하는 회로구성도 노이즈 캔슬러로 칭할 수 있다.
이러한 형태의 노이즈 캔슬러의 방법은, 예컨대 도 81의 제33실시예와는 다르다. 제33실시예에서는 클램프노드(145)에서는 전압영역에서 노이즈가 없게 되어 있고, 전압영역에서 잡음제거를 하고 있다. 한편, 이러한 형태에서는 슬라이스 트랜지스터(15)의 소스단에서는 전압영역에서는 노이즈는 캔슬되고 있지 않지만, 제34슬라이스펄스(SP2)가 인가된 때, 처음으로 노이즈가 캔슬된 전하가 드레인에 전송된다. 즉, 전하영역에서는 노이즈가 캔슬되고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제37실시예에 의하면, 단위셀의 출력을 노이즈캔슬러를 매개로 출력하고 있기 때문에 단위셀의 증폭트랜지스터의 임계치 변동에 따른 고정패턴잡음을 취하여 제거할 수 있게 된다.
더욱이, 단위셀의 출력을 슬라이스 트랜지스터의 게이트용량을 매개로 노이즈 캔슬러회로로 공급하고 있기 때문에, 잡음출력시와 신호 + 잡음출력시에서 단위셀로부터 본 노이즈 캔슬러의 임피던스가 거의 동일하기 때문에, 양 출력시에 잡음성분은 거의 동일하게 되어 양자의 차분을 취하면, 정확하게 잡음출력을 제거할 수 있어 신호성분만 취출하는 것이 가능하게 되어 정확하게 잡음을 제거할 수 있게 된다. 또한, 단위셀로부터 노이즈 캔슬러를 보면, 임피던스적으로는 게이트용량밖에 보이지 않고, 그 용량은 대단히 작기 때문에 단시간에 확실히 노이즈를 제거할 수 있게 된다.
또한, 제2슬라이스펄스(SP2)는 직전의 제1슬라이스펄스(SP1)의 영향을 받는 것이 있다. 그 때문에, 제1 및 제2트랜지스터의 동작에 대한 제1,제2슬라이스펄스의 영향을 동일하게 하기 위해 제1트랜지스터펄스(SP1)의 직전에 더미슬라이스펄스를 넣는 것이 유효하다. 또한, 제1슬라이스펄스와 제2슬라이스펄스의 진폭이 동일하면, 미소한 전압조건에서는 미소신호영역에서 신호전하가 독출되지 않거나 직선성이 악화되거나 하기 때문에, 제1슬라이스펄스의 진폭에 비해 제2슬라이스펄스의 진폭을 크게 하여 제2슬라이스펄스에서 독출전하에 바이어스전하를 잘 흐르게 하는 쪽이 동작이 안정된다. 더욱이, 제1슬라이스펄스에 비해 제2슬라이스펄스의 폭을 넓게 하는 방법도 유력하다.
제38실시예
도 89를 참조하여 본 발명의 제38실시예를 설명한다. 도 89는 본 발명의 제38실시예에 따른 증폭형 MOS센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P8-i-j) 부근의 회로구성은 제33실시예와 동일하다.
제38실시예는 도 83에 나타낸 제34실시예로부터 소스폴로워 트랜지스터로 이루어진 임피던스 변환회로를 생략한 실시예이다.
제39실시예
도 90, 도 91 및 도 92를 참조하여 본 발명의 제39실시예를 설명한다. 도 90, 도 91은 본 발명의 제39실시예에 따른 증폭형 MOS센서를 이용한 촬상장치의 회로구성도이다. 단위셀(P8-i-j) 부근의 회로구성은 제33실시예와 동일하다.
본 실시예는 도 81에 나타낸 제33실시예와 공통하는 부분이 많지만, 다른 점은 "신호성분 + 잡음성분" 출력시와 "잡음성분"만의 출력시와의 단위셀측으로부터 본 노이즈 캔슬러의 임피던스의 차이를 보정하기 위한 용량(CCMP; 160-1,160-2,…)이 클램프용량(131-1,131-2,…)보다 촬상영역(단위셀)측에, 수직신호선(8-1,8-2,…)에 대해 병렬로, 스위치(162-1,162-2,…)를 매개로 접속되어 있는 것이 있다. 보정용량(160)과 스위치(162)는 도 90의 경우에는 클램프용량(131)과 촬상영역 사이에, 또는 도 91의 경우에는 촬상영역과 부하트랜지스터(9)의 사이에 접속되어 있다.
도 92는 본 실시예에 있어서 동작타이밍을 나타낸다. 스위치(162)는 클램프트랜지스터(132)에 의한 클램프가 종료하고, 수직신호선에 포토다이오드의 리세트후의 잡음만이 출력되고 있는 기간에 온상태로 한다. 이와 같이 하면, 샘플홀드시에 수직신호선(8)에 관련한 용량은 샘플홀드용량(134)을 CSH, 클램프용량(131)을 CCL로 하면, 다음과 같이 된다.
C = CCMP + CSH·CCL/(CCL + CSH)
보정용량(CCMP)의 크기를
2{CCL - CCL·CSH/(CCL + CSH)} ＞ CCMP ＞ 0
의 범위로 설정하면, 보정용량이 없는 때에 비해 샘플홀드시에 수직신호선에 관한 용량은 클램프용량(131)의 용량(CCL)의 크기에 가깝다. 그 때문에, 차분(VCL)은 보다 작아지게 되고, 그 때문에 잡음도 작아지게 된다.
도 55는 수직신호선(8)의 전위와 클램프노드(145)의 전위의 시간변화를 나타내었다. 본 실시예에서는 신호가 0인 암시의 경우와 같이 수직신호선(8)의 전위가 클램프시에 되돌아가는 전위와 샘플홀드시에 되돌아가는 전위가 동일한 경우, 샘플홀드 종료시점에서의 클램프노드의 전위는 △VCL에 가까운 값까지 되돌아가는 것 없이 0으로 된다. 따라서, 암시의 신호가 0임에도 불구하고, △VCL에 상당하는 신호가 나타나 버리는등의 결함은 없다. 이 때문에, △VCL의 변동에 기인하는 잡음의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 잡음제거회로 부착 MOS형 고체촬상장치에 있어서 수직신호선(8)에 보정용량(160)을 설치함으로써 잡음이 발생하는 원인이었던 잡음제거동작중의 용량변화를 억제할 수 있어 보다 한층 잡음 저하에 기여하는 것이 가능하게 된다. 즉, 셀로부터 본 임피던스가 포토다이오드 선택 후의 신호 + 노이즈출력시와, 리세트 종료후의 노이즈 출력시에서 동일하게 되어 정확하게 잡음제거가 가능하다.
또한, 제39실시예의 변형예로서, 도 83에 나타낸 제34실시예, 도 85에 나타낸 제35실시예, 도 86에 나타낸 제36실시예, 도 87에 나타낸 제37실시예, 도 89에 나타낸 제38실시예의 노이즈 캔슬러에 있어서 보정용 용량을 접속하여도 된다.
제34실시예∼제39실시예로서는 제33실시예에 대해 노이즈 캔슬러회로부분이 다른 실시예를 설명하였지만, 다음에 제33∼제39실시예에 대해 단위셀의 구성이 달리되어 있는 다른 실시예를 설명한다.
제40실시예
도 93을 이용하여 제40실시예를 설명한다. 도 93은 제40실시예에 있어서 증폭형 MOS센서를 이용한 고체촬상장치의 전체를 나타낸 회로도이다. 본 실시예의 단위셀(P9-i-j)은 제33실시예의 단위셀로부터 어드레스용량(69)을 생략한 것이다.
본 실시예에서는 증폭트랜지스터(64)의 드레인이 수직어드레스회로(5)에 의해 어드레스된 때, 증폭트랜지스터(64)의 게이트 아래의 채널의 전위를 변동시키기 위해 단채널효과를 이용한다. 즉, 증폭트랜지스터(64)의 드레인의 전위가 높아지게 된때, 드레인으로부터 게이트 아래의 채널에 공핍층이 신장되어 임계치 전압이 부의 방향으로 변화하는 것을 이용한다. 어드레스된 라인의 단위셀의 포토다이오드(62)의 출력신호만이 수직신호선(8)에 나타나는 원리는 제33실시예의 경우와 전부 동일하다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 수직선택트랜지스터는 물론, 어드레스용량이 없어도 수직어드레스선을 어드레스하는 것이 가능하고, 이에 따라 제33실시예 보다도 소자수를 삭감할 수 있어 셀의 미세화를 도모할 수 있다.
제40실시예도 제33실시예와 마찬가지로 노이즈 캔슬러부분을 변형하는 것이 가능하다. 즉, 도 81∼도 92 및, 도 55의 설명은 제40실시예에도 동일하게 적용할 수 있다.
제41실시예
도 94를 이용하여 제41실시예를 설명한다. 도 94는 본 실시예에 있어서 증폭형 MOS센서를 이용한 구성의 고체촬상장치의 전체를 나타낸 회로도이다. 본 실시예의 단위셀(P10-i-j)은 수직선택트랜지스터를 셀의 외부로 내보내 1수직어드레스선에 1개만으로 한 것이다. 즉, 단위셀(P10-i-j)은 포토다이오드(62-i-j)와, 포토다이오드(62-i-j)의 검출신호를 증폭하는 증폭트랜지스터(64-i-j) 및, 포토다이오드(62-i-j)의 신호전하를 리세트하는 리세트 트랜지스터(66-i-j)로 이루어진다.
수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 수직어드레스선(6-1,6-2,…)은 수직선택트랜지스터(302-1,302-2,…)의 게이트에 접속되고, 수직선택트랜지스터(302-1,302-2,…)의 소스는 각 단위셀의 증폭트랜지스터(64)의 소스와 리세트 트랜지스터(66)의 소스에 접속된다. 수직선택트랜지스터(302-1,302-2,…)의 드레인은 공통으로 드레인단자(304)에 접속된다.
본 실시예에 의하면, 수직어드레스회로(5)에 의해 어드레스된 1수직어드레스선은 수직선택트랜지스터(302)가 온되기 때문에, 공통드레인전원(304)의 레벨(하이레벨)로 되지만, 어드레스되고 있지 않은 수직어드레스선은 전기적으로 부유되어 있다. 그 때문에, 어드레스되어 있지 않은 수직어드레스선에 접속되는 단위셀의 증폭트랜지스터(64)는 동작되지 않고, 어드레스된 수직어드레스선에 접속되는 단위셀의 포토다이오드(62)의 검출신호만이 수직신호선(8)에 나타난다. 동작타이밍은 도 82에 나타낸 제33실시예와 동일하다.
제41실시예도 제33실시예와 마찬가지로 노이즈 캔슬러부분을 변형할 수 있다. 즉, 도 81∼도 92 및 도 55의 설명은 제41실시예에도 동일하게 적용할 수 있다.
제42실시예
도 95는 제42실시예를 설명하기 위한 도면으로, 증폭형 MOS센서를 이용한 고체촬상장치의 전체를 나타낸 회로도이다. 본 실시예의 단위셀(P11-i-j)은 도 81에 나타낸 제33실시예의 기본셀로부터 리세트 트랜지스터(66)와 리세트선(7)을 생략한 것이다. 즉, 단위셀(P11-i-j)은 포토다이오드(62-i-j)와, 포토다이오드(62-i-j)의 검출신호를 증폭하는 증폭트랜지스터(64-1-j)로 이루어진다.
수직어드레스회로(5)로부터 수평방향으로 배선되어 있는 수직어드레스선(6-1,6-2,…)은 증폭트랜지스터(64)의 드레인에 접속됨과 더불어 어드레스용량(69)을 매개로 증폭트랜지스터(64)의 게이트에 접속된다.
본 실시예의 동작타이밍차트를 도 96에 나타낸다. 수직어드레스선(6-1,6-2,…)에 인가되는 어드fp스 펄스의 도중에 부의 신호전하배출펄스(Pd)가 삽입되어 있는 이외는 도 82에 나타낸 제33실시예의 타이밍차트와 동일하다.
여기서, 도 96의 타이밍의 선후관계를 설명한다. 필수적인 순번은 다음과 같다.
수직어드레스펄스의 1회째의 상승 → 클램프펄스의 하강 → 신호전하 배출펄스의 상승 → 신호전하 배출펄스의 하강 → 샘플홀드펄스의 하강 → 수직어드레스펄스의 2회째의 하강
또한, 수직어드레스펄스의 1회째의 상승, 샘플홀드펄스의 상승, 클램프펄스의 상승의 전후 관계는 임의이지만, 바람직하게는 상기한 순번이 좋다.
본 실시예의 기본셀의 단면구조와 신호전하의 배출의 상태를 도 97에 나타낸다. 기본적인 동작은 제33실시예와 마찬가지이고, 어드레스용량(69)을 구비한 것에 의해 수직선택트랜지스터가 없어도 수직어드레스선의 어드레스가 가능하게 된다. 그리고, 신호의 독출이 종료된 후에 수직어드레스선(6-1,6-2,…)에 부의 신호전하 배출펄스(Pd)를 인가하고, 결합용량을 매개로 포토다이오드(62)의 전위를 부의 방향으로 바이어스하고, 내부의 신호전하를 p형 기판으로 배출한다. 이에 따라 신호전하의 리세트가 가능하게 된다. 또한, 잡음제거회로의 동작은 제33실시예와 하등 변하는 것은 없다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 기본셀을 포토다이오드(62), 증폭트랜지스터(64) 및 어드레스용량(69)으로 구성할 수 있어 단위셀의 대폭적인 미세화를 도모할 수 있게 된다.
제42실시예도 제33실시예와 마찬가지로 노이즈 캔슬러부분을 변형하는 것이 가능하다. 즉, 도 81∼도 92 및, 도 55의 설명은 제42실시예에도 동일하게 적용할 수 있다.
제43실시예
도 98은 제43실시예를 설명하기 위한 도면으로, 증폭형 MOS센서를 이용한 고체촬상장치의 전체를 나타내는 회로도이다. 본 실시예의 단위셀(P12-i-j)은 도 81에 나타낸 제33실시예의 셀구성에 있어서 포토다이오드(62)와 증폭트랜지스터(64)의 게이트 사이에 전송트랜지스터(306)를 부가한 것이다. 전송트랜지스터(306)의 공통게이트(308)는 수직어드레스회로(5)에 접속된다.
제44실시예
도 99는 제44실시예를 설명하기 위한 도면으로, 증폭형 MOS센서를 이용한 고체촬상장치의 전체를 나타낸 회로도이다. 본 실시예의 단위셀(P13-i-j)은 도 93의 제40실시예의 셀의 구성에 있어서 포토다이오드(62)와 증폭트랜지스터(64)의 게이트 사이에 전송트랜지스터(306)를 부가한 것이다.
제45실시예
도 100은 제45실시예를 설명하기 위한 도면으로, 증폭형 MOS센서를 이용한 고체촬상장치의 전체를 나타낸 회로도이다. 본 실시예의 단위셀(P14-i-j)은 도 94의 제41실시예의 셀의 구성에 있어서 포토다이오드(62)와 증폭트랜지스터(64)의 게이트 사이에 전송트랜지스터(306)를 부가한 것이다.
제46실시예
도 101은 제46실시예를 설명하기 위한 도면으로, 증폭형 MOS센서를 이용한 고체촬상장치의 전체를 나타낸 회로도이다. 본 실시예의 단위셀(P15-i-j)은 도 95의 제42실시예의 셀의 구성에 있어서 포토다이오드(62)와 증폭트랜지스터(64)의 게이트 사이에 전송트랜지스터(306)를 부가한 것이다.
도 102는 본 실시예의 동작을 나타내는 타이밍차트이다. 수평귀선기간에 수직어드레스선(6-1)에 하이레벨의 어드레스펄스를 인가하면, 이 하이레벨의 어드레스펄스가 이 라인에 접속되어 있는 단위셀의 증폭트랜지스터(64)의 게이트에 어드레스용량(69)을 매개로 공급되고, 이 게이트 아래의 채널의 전위가 다른 라인에 접속되어 있는 단위셀의 증폭트랜지스터(64)의 게이트 아래의 채널전위 보다 높아지게 되어 온된다. 따라서, 수직어드레스선(6-1)에 접속되어 있는 단위셀의 증폭트랜지스터(64)와 부하트랜지스터(9)로 소스폴로워회로가 구성된다. 그리고, 증폭트랜지스터(64)의 게이트전압, 즉 포토다이오드(64)의 전압과 거의 동등의 전압이 수직신호선(8)에 나타난다.
이와 같이, 어드레스된 라인의 증폭트랜지스터(64)의 게이트전위만이 수직신호선(8-1,8-2,…)에 나타나고, 다른 라인의 증폭트랜지스터(64)의 게이트전위는 나타나지 않는다. 따라서, 수직선택트랜지스터를 생략하여도 수직어드레스라인의 어드레스가 가능하다.
이 후, 수직어드레스선(6-1)에 진폭이 큰 부의 전하배출펄스(CD)를 인가하여 포토다이오드(62)의 전하를 리세트한다. 그리고, 샘플홀드 트랜지스터(133-1,133-2,…)의 공통게이트(143)에 하이레벨의 샘플홀드펄스를 인가한 후, 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)의 공통게이트(142)에 클램프펄스를 인가하여 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)를 온하여 클램프노드(145-1,145-2,…)를 클램프전원(141)과 동일 전압으로 고정한다.
다음에, 클램프 트랜지스터(132-1,132-2,…)를 오프한 후, 전하전송라인(308-1)에 하이레벨의 전송펄스를 인가하고, 전하전송트랜지스터(306-1,306-2,…)를 온한다. 이와 같이 하면, 클램프노드(145-1,145-2,…)에는 포토다이오드(62)에 신호전하가 있는 때와 리세트되어 신호전하가 없는 때의 수직신호선(8-1,8-2,…)의 전압의 차가 클램프전원(141)에 가산된 전압이 나타난다. 이 후, 샘플홀드펄스의 인가를 종료한다.
그리고, 수평어드레스회로(13)로부터 수평어드레스펄스를 수평선택트랜지스터(12-1,12-2,…)에 순차 인가하고, 수평신호선(15)으로부터 1라인분의 신호를 순차 취출한다.
여기서, 도 96의 타이밍의 선후관계를 설명한다. 필수적인 순번은 이하와 같다.
수직어드레스펄스의 1회째의 상승 → 수직어드레스펄스의 1회째의 하강 → 수직어드레스펄스의 2회째의 상승 → 클램프펄스의 하강 → 전하전송펄스의 상승 → 전하전송펄스의 하강 → 샘플홀드펄스의 하강 → 수직어드레스펄스의 2회째의 하강
또한, 수직어드레스펄스의 2회째의 상승, 샘플홀드펄스의 상승, 클램프펄스의 상승, 클램프펄스의 하강의 전후관계는 임의이지만, 바람직하게는 상기한 순번이 좋다.
이와 같은 제43실시예∼제46실시예의 구성에 의하면, 포토다이오드(62)와 증폭트랜지스터(64)를 분리함으로써 전하를 검출하는 용량치를 작게하여 감도를 올리는 것이 가능하다. 또한, 전송트랜지스터(306)를 오프함에 있어서 먼저 신호전하가 없는 때의 잡음성분에 상당하는 전압을 수직신호선(8)에 출력하고, 이어서 전송트랜지스터(306)를 온하여 신호전하가 있는 때의 신호성분 + 잡음성분에 상당하는 전압을 출력하는 것도 가능하다. 이와 같이 최초로 리세트하는 것은 리세트동작에 의해 생기는 랜덤잡음도 동시에 제거할 수 있는 이점도 있다.
제43실시예∼제46실시예도 제33실시예와 마찬가지로 노이즈 캔슬러부분을 변형할 수 있다. 즉, 도 81∼도 92 및, 도 55의 설명은 제43실시예∼제46실시예에도 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고 여러 가지로 변형하여 실실시할 수 있다. 예컨대, 단위셀의 증폭트랜지스터를 임계치 변동이 없도록 제조할 수 있으면, 고정패턴잡음은 발생하지 않기 때문에, 노이즈 캔슬러는 생략할 수 있다. 또는 고정패턴잡음이 발생하여도 화질에 영향이 없으면, 마찬가지로 노이즈 캔슬러는 생략할 수 있다.
각 실시예의 노이즈 캔슬러에 있어서는 입력신호가 없는 때에 독출신호전류(잡음성분만)가 작은 쪽이 잡음이 적기 때문에, 축적드레인 전원단자에 인가되고 있는 전압과 비디오 바이어스전압을 거의 동일하게 하는 것이 바람직하다. 비디오 바이어스전압으로는 수평신호선(15)으로부터 신호를 전류로 독출할 때에 수평신호선(15)이 거의 고정되는 전압이다.
이를 실현한 변형예를 도 95에 나타낸다. 출력신호선(15)에 연산증폭기(176)가 접속되고, 연산증폭기(176)의 입출력단간에 부하저항(178)이 접속된다. 이에 의하면, 신호전류가 강제적으로 부하저항(178)에 흘러 수평신호선(15)은 가상적으로 어느 전압, 즉 비디오 바이어스전압에 고정된다.
더욱이, 단위셀은 2차원 매트릭스형상으로 배열한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 단위셀을 1차원 어레이형상으로 배열하는 구성의 촬상장치에도 적용할 수 있음은 물론이다. 즉, 단위셀을 m×n의 2차원 매트릭스형상으로 배열한 영역센서로서의 구성 외에, 단위셀을 일렬로 나란히 한 1차원 배열의 라인센서로서의 구성으로 하여 이용하는 것도 용이하게 할 수 있다.
제47실시예
MOS센서에 있어서 매트릭스배열의 수광부분인 MOS셀 매트릭스를 랜덤억세스하고자 하는 경우, 셀부를 포함한 주변회로의 구성은 도 103과 같이 된다.
도 103에 있어서, MOS센서는 m×n개의 포토다이오드를 매트릭스형상으로 배열한 m×n 화소구성의 MOS센서로서, 포토다이오드 m×n개를 매트릭스형상으로 배열한 수광부(Ⅰ; 입력부)와, 이 수광부(Ⅰ)를 구성하는 각 포토다이오드로부터 차례로 신호를 독출하기 위한 독출제어부(CONT) 및, 노이즈 캔슬러회로부(NC)를 구비한 처리부(Ⅲ), 이 처리부(Ⅲ)에서 독출된 신호를 출력하는 출력부로 구성된다.
독출제어부(CONT)는 수직어드레스회로(5)와 수평어드레스회로(13)로 구성되고, 수직어드레스회로(5)는 수직어드레스버퍼(BVA) 및 수직디코더회로(DV)로 치환되고, 수평어드레스회로(13)는 수평어드레스버퍼(BHA) 및 수평디코더회로(DH)로 치환된다. 그리고, 수직어드레스버퍼(BVA)에는 어드레스신호(A1∼Ai)가 입력되고, 수평어드레스버퍼(BHA)에는 어드레스신호(Ai-An)가 입력되며, 이들 어드레스에 의해 특정이 셀이 선택된다. 수직디코더회로(DV) 및 수평디코더회로(DH)는 어드레스버퍼(BVA,BHA)를 경유해서 입력된 어드레스신호에 의해 특정의 라인을 선택한다.
어드레스버퍼(BVA,BHA) 및 디코더회로(DV,DH)의 구체적인 구성의 일례를 도 104에 나타낸다. 설명을 용이하게 하기 위해 어드레스신호(A1,A2,A3)만을 이용한 경우의 예를 나타낸다. 어드레스신호(A1,A2,A3)에 대해 각각 대응하는 인버터(INV1, INV2, INV3)를 통해 반전된 신호가 원래의 신호와 평행하여 종의 선에 배치되어 있다. 이에 대해, 3개씩 다른 신호가 선택되고, 그 3신호가 입력되는 NOR회로(NOR1,NOR2,NOR3)가 배치된다. NOR회로(NOR1,NOR2,NOR3)는 그 3입력신호의 NOR논리를 취하고, 전체의 입력신호가 L레벨인 것만 H레벨의 신호를 출력하여 특정의 라인을 선택한다.
수직라인을 선택하는 어드레스신호와 수평라인을 선택하는 어드레스신호는 별도의 어드레스단자로부터 입력하는 것도 가능하지만, 멀티플렉서, 어드레스신호를 행어드레스신호(수직방향의 어드레스신호)로서 취입하기 위한 RAS신호 및 어드레스신호를 열어드레스신호(수평방향의 어드레스신호)로서 취입하기 위한 CAS신호를 이용하여 동일한 어드레스단자로부터 입력하는 것도 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 노이즈 캔슬이 가능하여 기려(綺麗)한 화상신호를 얻을 수 있고, 더욱이 단일 전원으로 구동 가능한 증폭형 MOS형 고체촬상장치를 제공할 수 있도록 된다. 또한, 단위셀을 미세화할 수 있고, 나아가 전체 사이즈를 소형화할 수 있는 증폭형 MOS형 고체촬상장치를 제공할 수 있도록 된다. 그리고, 더욱이 이 증폭형 MOS형 고체촬상장치를 사용할 수 있어 소형으로 저전력, 고화질로 되는 MOS형 고체촬상장치 응용 시스템을 제공할 수 있도록 된다.

Claims (70)

  1. 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와,
    상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및,
    이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고,
    상기 센서가,
    상기 소정 위치에 배치된 광전변환소자와,
    이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로 및,
    이 출력회로의 출력과 접속되고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로에서 본 임피던스가 동일하며, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  2. 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와,
    상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및,
    이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고,
    상기 센서가,
    상기 소정 위치에 배치된 광전변환소자와,
    이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로,
    이 출력회로에 접속된 신호선 및,
    일단이 상기 신호선에 접속된 클램프용량과, 이 클램프용량의 타단과 소정 위치의 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 클램프용량과 상기 샘플홀드용량의 2배 미만의 용량을 상기 신호선과 소정 위치의 사이에 선택적으로 인가하는 임피던스 보정회로를 갖추고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  3. 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와,
    상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및,
    이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고,
    상기 센서가,
    상기 소정 위치에 배치된 광전변환소자와,
    이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로,
    이 출력회로의 출력과 접속된 신호선,
    이 신호선에 입력이 접속된 소스폴로워회로,
    이 소스폴로워회로의 출력에 일단이 접속된 클램프용량,
    이 클램프용량의 타단과 제1소정 위치의 사이에 접속된 샘플홀드용량 및,
    상기 클램프용량의 타단과 제2소정 위치 사이에 접속되고, 선택적으로 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 클램프 트랜지스터를 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  4. 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와,
    상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및,
    이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고,
    상기 센서가,
    상기 소정 위치에 배치된 광전변환소자와,
    이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로,
    이 출력회로의 출력과 접속된 신호선,
    이 신호선에 일단이 접속된 클램프용량,
    이 클램프용량의 타단과 제1소정 위치의 사이에 접속된 샘플홀드용량 및,
    상기 클램프용량의 타단과 제2소정 위치 사이에 접속되고, 소정의 타이밍에서 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 클램프 트랜지스터를 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  5. 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와,
    상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및,
    이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고,
    상기 센서가,
    제1타이밍에서 잡음 및 상기 광량에 대응한 전압을 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 대응한 전압을 출력하는 화소와,
    이 화소의 출력이 공급되는 제1노드와, 전하를 축적하는 제2노드 및,
    이 제2노드로부터 상기 제1노드의 전위에 따라 제어된 소정량의 전하가 전송되는 제3노드를 갖춘 3단자소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  6. 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와,
    상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및,
    이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고,
    상기 센서가,
    제1타이밍에서 잡음 및 상기 광량에 대응한 전압을 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 대응한 전압을 출력하는 화소와,
    상기 제1타이밍에 있어서 상기 화소의 출력전압에 따른 전하량과 상기 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력전압에 따른 전하량의 차를 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  7. 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와,
    상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및,
    이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고,
    상기 센서가,
    제1타이밍에서 잡음 및 상기 광량에 대응한 제1전기신호를 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 대응한 제2전기신호를 출력하는 화소와,
    동일한 입력임피던스로 상기 제1 및 제2전기신호를 입력하고, 상기 제1 및 제2전기신호의 차분을 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  8. 피사체로부터의 광학상을 수광하고, 이 광학상을 소정 위치에 도입하는 광학계와,
    상기 소정 위치에 도입된 광학상을 화소단위로 상기 광학상의 광량에 대응한 전기신호로 광전변환하는 센서를 구비한 화상처리수단 및,
    이 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 가공하여 출력하는 신호가공부를 갖추고, 상기 화상처리수단의 출력의 다이내믹 레인지가 70dB 이상인 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  9. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 센서의 출력은 아날로그신호이고, 상기 화상처리수단은 상기 센서의 출력을 디지털신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환회로와, 상기 센서의 동작을 제어하는 타이밍신호를 상기 센서에 공급하는 타이밍신호 발생회로를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 타이밍신호의 전원 레벨이 상기 센서에 공급되는 전원레벨과 동일한 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  11. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 센서의 출력이 전압신호이고, 상기 화상처리수단은,
    상기 센서의 출력이 공급되는 전압-전류변환회로와,
    이 전압-전류변환회로의 출력이 공급되는 전류-전압변환회로,
    이 전류-전압변환회로의 출력을 원하는 감도에 대응한 이득으로 증폭하는 증폭회로 및,
    이 증폭회로의 출력을 클램프하는 클램프회로를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 센서의 출력이 전압신호이고, 상기 화상처리수단은,
    상기 센서의 출력이 공급되는 전압-전류변환회로와,
    이 전압-전류변환회로의 출력이 공급되는 전류-전압변환회로,
    이 전류-전압변환회로의 출력을 원하는 감도에 대응한 이득으로 증폭하는 증폭회로 및,
    이 증폭회로의 출력을 클램프하여 상기 아날로그-디지털변환회로에 공급하는 클램프회로를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  13. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 신호가공부는 상기 화상처리수단의 출력에 대해 소정의 프로세스처리를 실시하는 프로세스회로와, 이 프로세스회로의 출력을 복합영상신호로 변환하는 엔코더회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  14. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 광학계는,
    상기 광학상을 집광하는 렌즈와,
    상기 화상처리수단에 대한 입사광량을 조정하는 조리개 조정수단,
    상기 렌즈와 상기 화상처리수단의 거리를 조정하는 포커스 조정수단 및,
    상기 화소상에 설치된 색필터를 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  15. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 화상처리수단이 상기 광학상의 파장에 따라 복수 설치되어 있고,
    상기 광학계는,
    상기 광학상을 집광하는 렌즈와,
    상기 화상처리수단에 대한 입사광량을 조정하는 조리게 조정수단,
    상기 렌즈와 복수의 상기 화상처리수단의 거리를 조정하는 포커스조정수단 및,
    상기 렌즈에 의해 집광된 광학상을 파장에 의해 복수로 분광하고, 이 분광된 광학상을 복수의 상기 화상처리수단에 공급하는 분광수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  16. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 신호가공부는 상기 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 기억하는 기억수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  17. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 신호가공부는 상기 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 표시하는 화상모니터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  18. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 신호가공부는 상기 화상처리수단의 출력을 소정 형태로 인쇄하는 인쇄수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  19. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 신호가공부의 출력이 공급되는 인터페이스회로와,
    이 인터페이스회로의 출력이 공급되는 신호버스 및,
    이 신호버스에 접속된 정보처리장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  20. 제9항에 있어서, 상기 아날로그-디지털변환회로의 출력을 기억하는 프레임 메모리와,
    이 프레임 메모리에 기억된 신호를 압축하는 압축장치를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 압축장치의 출력을 기억하는 기억수단을 더 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  22. 제20항에 있어서, 상기 화상압축장치의 출력이 공급되는 인터페이스회로와,
    이 인터페이스회로의 출력이 공급되는 신호버스를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  23. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 피사체에 광을 조사하는 광원을 더 갖추고,
    상기 신호가공부는 상기 화상처리수단의 출력에 따라 상기 피사체에 대응하는 화상을 인쇄하는 인쇄장치를 포함하고,
    상기 광학상은 상기 광원으로부터의 광에 의한 상기 피사체로부터의 반사광인 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 피사체와 상기 광원을 상대적으로 이동시키는 이동장치를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  25. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 피사체에 광을 조사하는 광원을 더 구비하고,
    상기 신호가공부는 상기 화상처리수단의 출력을 전화회로로 송신하기 n이한 신호변환을 행하는 모뎀을 포함하고,
    상기 광학상은 상기 광원으로부터의 광에 의한 상기 피사체로부터의 반사광인 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 피사체와 상기 광원을 상대적으로 이동시키는 이동장치를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  27. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 피사체에 광을 조사하는 광원과,
    상기 피사체와 상기 광원을 상대적으로 이동시키는 이동수단,
    상기 피사체와 상기 광원의 위치관계를 검출하는 위치검출수단을 더 갖추고,
    상기 신호가공부는 상기 위치검출수단의 출력을 이용하여 상기 화상처리수단의 출력을 가공하고,
    상기 광학상은 상기 광원으로부터의 광에 의한 상기 피사체로부터의 반사광인 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  28. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 화상처리수단에 있어서 상기 화소는 소정 방향으로 1차원으로 배열되어 있고,
    상기 광학계는 이동수단에 의해 이동가능 하게 배치된 렌즈와, 이 렌즈에 의해 상기 센서측에 거리를 두고서 배치되고, 상기 렌즈로부터의 광을 상기 소정 방향으로 2분하여 상기 센서에 공급하는 1쌍의 분리렌즈를 포함하고,
    상기 신호가공부는 2분된 상기 분리렌즈로부터의 광의 초점위치간의 거리를 검출하고, 이 검출결과를 기초로 상기 이동수단을 구동하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  29. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서, 상기 피사체에 광을 조사하는 광원을 더 갖추고,
    상기 피사체는 상기 광원과 상기 센서 사이에 배치되어 영상이 촬영된 필름인 것을 특징으로 하는 화상시스템.
  30. 광전변환소자와,
    이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하고, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로 및,
    이 출력회로의 출력과 접속되고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로로부터 본 임피던스가 동일하며, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 출력회로와 상기 잡음제거회로를 접속하는 신호선을 더 구비한 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 잡음제거회로는,
    일단이 상기 신호선에 접속된 클램프용량과,
    이 클램프용량의 타단과 클램프전위와의 사이에 접속되어 선택적으로 도통하는 클램프 트랜지스터,
    상기 클램프용량의 타단과 소정 전위 사이에 접속된 샘플홀드용량 및,
    상기 신호선과 소정 전위 사이에 접속된 임피던스 보정회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 임피던스 보정회로는,
    상기 클램프 트랜지스터가 비도통인 경우에 선택적으로 도통되는 스위치소자와,
    이 스위치소자와 직렬접속되고, 상기 클램프용량과 상기 샘플홀드용량의 직렬 용량과 동일한 용량을 갖춘 보정회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  34. 제31항에 있어서, 상기 잡음제거회로는 상기 신호선에 접속된 임피던스 변환회로를 갖추고, 상기 출력회로로부터 본 임피던스는 이 임피던스 변환회로의 입력임피던스인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 임피던스 변환회로는,
    게이트가 상기 신호선에 접속되고, 소스가 소정 전위에 접속된 입력 MOS트랜지스터와,
    이 제2MOS트랜지스터의 드레인과 전원전위 사이에 접속된 부하를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  36. 제31항에 있어서, 상기 잡음제거회로는 게이트가 상기 신호선에 접속된 슬라이스 트랜지스터를 갖추고, 상기 출력회로로부터 본 임피던스는 상기 슬라이스 트랜지스터의 게이트용량인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  37. 제36항에 있어서, 상기 잡음제거회로는,
    상기 슬라이스 트랜지스터의 소스와 슬라이스펄스 공급단자 사이에 접속된 슬라이스용량과,
    상기 슬라이스 트랜지스터의 드레인과 소정 전위 사이에 접속되고, 상기 차분을 충전하는 슬라이스 전하전송용량을 더 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  38. 광전변환소자와,
    이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로,
    이 출력회로에 접속된 신호선,
    일단이 상기 신호선에 접속된 클램프용량과, 이 클램프용량의 타단과 소정 전위 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 클램프용량과 상기 샘플홀드용량의 직렬용량 상기 클램프용량과의 차의 2배 미만의 용량을 상기 신호선과 소정 전위의 사이에 선택적으로 인가하는 임피던스 보정회로를 갖추고,
    상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 출력회로의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  39. 광전변환소자와,
    이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하고, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로,
    이 출력회로에의 출력과 접속된 신호선,
    이 신호선에 입력이 접속된 소스폴로워회로,
    이 소스폴로워회로의 출력에 일단이 접속된 클램프용량,
    이 클램프용량의 타단과 제1소정 위치 사이에 접속된 샘플홀드용량 및,
    상기 클램프용량의 타단과 제2소정 위치 사이에 접속되어 선택적으로 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 클램프용량 트랜지스터를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 클램프용량과 상기 샘플홀드용량이 동일 기판상에서 평면적으로 겹쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  41. 광전변환소자와,
    이 광전변환소자와 접속된 증폭 MOS트랜지스터를 포함하고, 제1타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력을 증폭하여 출력하며, 제2타이밍에서 상기 광전변환소자의 출력과 무관계한 노이즈를 출력하는 출력회로,
    이 출력회로의 출력과 접속된 신호선,
    이 신호선에 일단이 접속된 클램프용량,
    이 클램프용량의 타단과 제1소정 위치 사이에 접속된 샘플홀드용량 및,
    상기 클램프용량의 타단과 제2소정 위치 사이에 접속되고, 소정 타이밍에서 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 클램프 트랜지스터를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  42. 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 전압을 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 전압을 출력하는 화소와,
    이 화소의 출력이 공급되는 제1노드와, 전하를 축적하는 제2노드 및,
    이 제2노드로부터 상기 제1노드의 전위에 따라 제어된 소정 양의 전하가 전송되는 제3노드를 갖춘 3단자소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  43. 제42항에 있어서, 상기 3단자소자는 상기 제1노드를 게이트, 상기 제2노드를 소스, 상기 제3노드를 드레인으로 하는 MOS트랜지스터인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  44. 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 전압을 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 전압을 출력하는 화소와,
    상기 제1타이밍에 있어서 상기 화소의 출력전압에 따른 전하량과 상기 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력전압에 따른 전하량의 차를 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  45. 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 출력하는 화소와,
    동일한 입력임피던스에서 상기 제1 및 제2전기신호를 입력받아 상기 제1 및 제2전기신호의 차분을 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  46. 복수의 수평선택선과,
    이 수평선택선과 교차하는 복수의 수직신호선,
    상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 설치되고, 동일한 입력임피던스에서 상기 제1 및 제2전기신호를 입력받아 상기 제1 및 제2전기신호의 차분을 출력하는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  47. 복수의 수평선택선과,
    이 수평선택선과 교차하는 복수의 수직신호선,
    상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 접속된 제1노드와, 전하를 축적하는 제2노드 및, 이 제2노드로부터 상기 제1노드의 전위에 따라 제어된 소정 양의 전하가 전송되는 제3노드를 갖춘 3단자소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력의 차분을 얻는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  48. 복수의 수평선택선과,
    이 수평선택선과 교차하는 복수의 수직신호선,
    상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전압을 대응하는 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전압을 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 설치되고, 상기 제1전압에 따른 전하량과 상기 제2전압에 따른 전하량의 차를 출력하는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  49. 복수의 수평선택선과,
    이 수평선택선과 교차하는 복수의 수직신호선,
    상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 복수의 수직신호선의 각 일단과 접속된 복수의 클램프용량과, 이 복수의 클램프용량의 각 타단과 제1소정 위치 사이에 접속된 복수의 샘플홀드용량 및, 상기 복수의 클램프용량의 각 타단과 제2소정 전위 사이에 접속되어 소정의 타이밍에서 대응하는 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 복수의 클램프 트랜지스터를 구비한 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  50. 제46항 내지 제49항중 어느 한항에 있어서, 상기 복수의 수평선택선을 선택적으로 순차 활성화하는 제1시프트레지스터와,
    출력단자,
    일단이 상기 복수의 잡음제거회로의 각 출력에 접속되고, 타단이 상기 출력단자에 공통접속된 복수의 스위칭소자 및,
    이 복수의 스위칭소자를 선택적으로 도통시키는 제어신호를 순차 출력하는 제2시프트레지스터를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  51. 제46항 내지 제49항중 어느 한항에 있어서, 출력단자와,
    일단이 상기 복수의 잡음제거회로의 각 출력에 접속되고, 타단이 상기 출력단자에 공통접속된 복수의 스위칭소자,
    어드레스신호를 입력받는 어드레스단자 및,
    상기 어드레스신호를 디코드하고, 그 결과에 따라 상기 복수의 수평선택선을 선택적으로 활성화함과 더불어 상기 복수의 스위칭소자를 선택적으로 도통시키는 제어신호를 출력하는 어드레스 디코더를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  52. 제50항에 있어서, 상기 제1 및 제2시프트레지스터를 구동하는 타이밍신호를 생성하는 타이밍 발생기와,
    상기 출력단에 입력이 결합된 아날로그·디지털 변환회로를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  53. 제51항에 있어서, 상기 출력단자에 입력이 결합된 아날로그·디지털 변환회로를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  54. 제53항에 있어서, 상기 출력단자의 신호를 증폭하여 상기 아날로그·디지털 변환회로의 입력에 공급하는 아날로그 증폭회로를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  55. 제52항에 있어서, 상기 제1 및 제2시프트레지스터를 구동하는 타이밍신호를 생성하는 타이밍 발생기와,
    상기 출력단에 입력이 결합된 아날로그·디지털 변환회로 및,
    상기 출력단자의 신호를 증폭하여 상기 아날로그·디지털 변환회로의 입력에 공급하는 아날로그 증폭회로를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  56. 복수의 수직신호선과,
    이 복수의 수직신호선에 대응하여 각각 설치되고, 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하며, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 설치되고, 동일한 입력임피던스에서 상기 제1 및 제2전기신호를 입력받아 상기 제1 및 제2전기신호의 차분을 출력하는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  57. 복수의 수직신호선과,
    이 복수의 수직신호선에 대응하여 각각 설치되고, 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하며, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 접속된 제1노드와, 전하를 축적하는 제2노드 및, 이 제2노드로부터 상기 제1노드의 전위에 따라 제어된 소정 양의 전하가 전송되는 제3노드를 갖춘 3단자소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력의 차분을 얻는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  58. 복수의 수직신호선과,
    이 복수의 수직신호선에 대응하여 각각 설치되고, 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전압을 대응하는 상기 수직신호선에 출력하고, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전압을 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 복수의 수직신호선의 각 일단에 설치되고, 상기 제1전압에 따른 전하량과 상기 제2전압에 따른 전하량의 차를 출력하는 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  59. 복수의 수직신호선과,
    이 복수의 수직신호선에 대응하여 각각 설치되고, 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하며, 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 대응하는 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 복수의 수직신호선의 각 일단과 접속된 복수의 클램프용량과, 이 복수의 클램프용량의 각 타단과 제1소정 위치 사이에 접속된 복수의 샘플홀드용량 및, 상기 복수의 클램프용량의 각 타단과 제2소정 전위 사이에 접속되어 소정의 타이밍에 대응하는 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 복수의 클램프 트랜지스터를 구비한 복수의 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  60. 복수의 수평선택선과,
    이 수평선택선과 교차하는 수직신호선,
    상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 수직신호선의 일단에 설치되고, 동일한 입력임피던스에서 상기 제1 및 제2전기신호를 입력하여 상기 제1 및 제2전기신호의 차분을 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  61. 복수의 수평선택선과,
    이 수평선택선과 교차하는 수직신호선,
    상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 수직신호선의 일단에 접속된 제1노드와, 전하를 축적하는 제2노드 및, 이 제2노드로부터 상기 제1노드의 전위에 따라 제어된 소정 양의 전하가 전송되는 제3노드를 갖춘 3단자소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2타이밍에 있어서 상기 화소의 출력의 차분을 얻는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  62. 복수의 수평선택선과,
    이 수평선택선과 교차하는 수직신호선,
    상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전압을 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전압을 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 수직신호선의 일단에 설치되고, 상기 제1전압에 따른 전하량과 상기 제2전압에 따른 전하량과의 차를 출력하는 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  63. 복수의 수평선택선과,
    이 수평선택선과 교차하는 수직신호선,
    상기 수평선택선과 상기 수직신호선의 각 교차 위치에 설치되고, 상기 수평선택선의 전위에 따라 선택적으로 활성화되며, 이 활성화 기간중의 제1타이밍에서 잡음 및 입사광에 따른 제1전기신호를 상기 수직신호선에 출력하고, 상기 활성화 기간중의 제2타이밍에서 상기 잡음에 따른 제2전기신호를 상기 수직신호선에 출력하는 복수의 화소 및,
    상기 수직신호선의 일단과 접속된 클램프용량과, 이 클램프용량의 타단과 제1소정 전위 사이에 접속된 샘플홀드용량 및, 상기 클램프용량의 타단과 제2소정 전위 사이에 접속되어 소정의 타이밍에서 상기 샘플홀드용량을 클램프하는 클램프 트랜지스터를 구비한 잡음제거회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  64. 반도체기판과,
    이 반도체기판 표면에 형성된 청구항 제46항 내지 제63항중 어느 한항에 기재된 고체촬상장치 및,
    이 고체촬상장치상에 형성되고, 상기 복수의 화소에 대응하는 복수의 개구를 갖춘 차광막을 갖춘 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로.
  65. 제64항에 있어서, 상기 개구상에 선택적으로 형성된 색필터를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로.
  66. 제64항에 있어서, 상기 개구상에 형성된 마이크로렌즈를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로.
  67. MOS트랜지스터의 게이트에 제1전압을 인가하는 단계와,
    상기 MOS트랜지스터의 소스에 일단이 접속된 콘덴서에 충전된 전하를 리세트하는 단계,
    상기 콘덴서의 타단에 제1펄스를 인가하고, 소정 전하를 상기 MOS트랜지스터의 소스로부터 드레인을 매개로 방전하는 단계,
    상기 MOS트랜지스터의 게이트에 제2전압을 인가하는 단계 및,
    상기 콘덴서의 타단에 상기 제1펄스와 진폭이 동일한 제2펄스를 인가하고, 상기 제1전압과 제2전압의 차분에 상당하는 전하를 상기 MOS트랜지스터의 소스로부터 드레인에 전송하는 단계를 갖춘 것을 특징으로 하는 차분출력방법.
  68. 제1콘덴서의 일단에 제1전압을 인가함과 더불어 상기 제1콘덴서의 타단에 클램프전압을 인가하는 단계와,
    상기 제1콘덴서의 일단에 제2전압을 인가함으로써 상기 제1콘덴서의 타단에 상기 제1전압과 제2전압의 차분을 상기 제1콘덴서의 타단에 일단이 직접 접속된 제2콘덴서에 충전하는 단계를 갖춘 것을 특징으로 하는 차분출력방법.
  69. 제68항에 있어서, 상기 제1콘덴서의 일단은 임피던스 변환회로의 출력단자에 접속되고,
    상기 제1 및 제2전압은 이 임피던스 변환회로의 출력인 것을 특징으로 하는 차분출력방법.
  70. 제67항 내지 제69항중 어느 한항에 있어서, 상기 제1 및 제2전압은 한쪽이 고체촬상소자의 화소에 입사된 입사광에 대응하는 출력전압과 상기 화소로부터 발생되는 고정패턴 노이즈전압의 합이고, 다른쪽이 상기 고정패턴 노이즈인 것을 특징으로 하는 차분출력방법.
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