KR20070108875A - 고체 촬상장치의 구동방법 및 고체 촬상장치 - Google Patents

고체 촬상장치의 구동방법 및 고체 촬상장치 Download PDF

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히사토 이시모토
아츠시 우에타
신스케 네자키
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

MOS형의 고체 촬상장치에서, n행째의 화소 셀에서 전하 유지부(305)에 유지되어 있는 신호 전하를 리셋하기 위하여, 리셋 트랜지스터의 게이트 전극에 입력되는 리셋 펄스를 Hi전위로 한다. 이 상태에서 기준전압 원 VDDCELL을 Lo전위로 하면, 커플링 용량(308)에 의해 리셋 펄스 n이 Lo전위에 가까워진다. 그 후, 리셋 펄스 n이 Hi전위로 복귀한 후, 리셋 펄스 n을 Lo전위로 한다.
리셋 트랜지스터, 신호 전하, 리셋 펄스, Hi전위, Lo전위

Description

고체 촬상장치의 구동방법 및 고체 촬상장치{METHOD FOR DRIVING SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE, AND SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE}
본 발명은 고체 촬상장치의 구동방법 및 고체 촬상장치에 관한 것으로, 특히 소형 및 고화소화 한 MOS형의 고체 촬상장치의 다이내믹 레인지(dynamic range)의 저하를 억제하는 기술에 관한 것이다.
최근 보급이 현저한 고체 촬상장치로는 CCD형과 MOS형의 2 종류가 있고, 특히 MOS형의 고체 촬상장치는 고감도, 저소비전력 등의 많은 이점이 있어서 유망시되고 있다.
MOS형의 고체 촬상장치에 대하여 간단하게 설명한다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
도 1은 종래 기술에 관한 MOS형의 고체 촬상장치의 주요한 구성을 도시한 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고체 촬상장치(1)는, 촬상부, 부하회로, 행 주사회로, 신호 처리부 및 열 주사회로로 이루어진다. 또, 촬상부는 복수의 화소 셀(10)을 구비하고, 각각의 화소 셀(10)은 광전 변환소자(101), 리드 트랜지스터(102), 리셋 트랜지스터(103), 증폭 트랜지스터(104), 전하 유지부(105) 및 출력 부(106)를 구비한다.
리드 트랜지스터(102), 리셋 트랜지스터(103) 및 증폭 트랜지스터(104)는 MOS-FET(MOS Field Effect Transistor)이다. 또, 전하 유지부(105)는 회로도 상에서는 단순한 접속점이지만, 집적회로 내에서는 PN 접합부에 상당하며, 일정 전하를 유지할 수 있다.
각 화소 셀은 행 주사회로(row scanning circuit)로부터의 리드 펄스(read pulse) 및 리셋 펄스(reset pulse)에 의해 1행 단위로 순차적으로 선택되고, 출력신호 선을 통해서 화소 신호를 신호 처리부에 전송한다. 신호 처리부가 처리한 화소 신호는 열 주사회로(column scanning circuit)로부터의 주사 펄스에 의해 1열 단위로 출력된다.
이어서, 고체 촬상장치(1)의 동작에 대하여 설명한다. 도 2는 고체 촬상장치(1)의 동작을 도시한 타이밍차트이다. 도 2에 도시된 바와 같이, n행째의 화소 셀(10)이 선택된 경우, 먼저, 리셋 펄스 n이 Hi전위가 되고, 리셋 트랜지스터(103)가 ON 상태가 된다. 이에 의해, 전하 유지부(105)의 전위가 VDDCELL의 Hi전위가 되면, 그에 따른 전위가 증폭 트랜지스터(104)의 출력부(106)에서 출력되어서 출력신호 선의 전위가 상승한다(도 2, a점).
다음에, 리셋 펄스 n이 Lo전위가 되고, 리셋 트랜지스터(103)가 OFF 상태가 된다. 이 사이에 전하 유지부(105)는 Hi전위를 유지한다(도 2, b점).
다음에, 리드 펄스 n이 Hi전위가 되고, 리드 트랜지스터(102)가 ON 상태가 된다. 이에 의해, 광전 변환소자(101)에 광 정보에 따라서 축적되어 있던 전하가 전하 유지부(105)에 의해 판독되고, 그 결과, 전하 유지부(105)의 전위가 강하한다. 전하 유지부(105)의 전위의 강하에 따라서 증폭 트랜지스터(104)의 출력부(106)의 전위가 강하하며, 출력신호 선의 전위가 강하한다(도 2, c점).
다음에, 리드 펄스 n이 Lo전위가 되고, 리드 트랜지스터(102)가 OFF 상태가 된다(도 2, d점). 신호 처리부는 b점에서의 출력신호 선의 전위와 d점에서의 출력신호 선의 전위를 검출하고, 그 전위 차를 화소 신호로 측정한다. 그 후, VDDCELL이 Lo전위가 된다(도 2, d'점).
다음에, 리셋 펄스 n이 Hi전위가 되고, 리셋 트랜지스터(103)가 ON 상태가 된다. 이에 의해, 전하 유지부(105)의 전위가 VDDCELL의 Lo전위가 되고, 증폭 트랜지스터(104)가 OFF 상태가 된다. 이상에 의해 화소 셀(10)의 화소 신호 출력동작이 종료한다(도 2, e점). 그 후, n행은 비 선택 행이 되고, n+1행이 선택 행이 된다(도 2, f점).
이와 같이, 고체 촬상장치(1)는 도 2의 a점에서 선택 행의 화소 셀(10)에만 리셋 펄스를 인가하고, 선택 행의 전하 유지부(105)의 전위를 Hi전위로 함으로써 증폭 트랜지스터(104)를 ON 상태로 하여 화소 신호를 출력시킨다. 한편, 비 선택 행의 화소 셀(10)의 전하 유지부(105)의 전위는 Lo전위로 유지되므로, 증폭 트랜지스터(104)가 OFF 상태가 되어서 화소 신호는 출력되지 않는다.
특허문헌 1 : 일본국 특개 2003-046864호 공보
고체 촬상장치에는 고화소화나 저 소비전력화에 대한 강한 요청이 있으며, 화소의 소형화가 필수로 되어 있다. 또, 고체 촬상장치의 프레임 레이트를 유지하 면서 고화소화를 하기 위해서는 구동 주파수를 높게 하지 않으면 안 된다. 예를 들어, 5프레임/초의 프레임 레이트를 달성하기 위해서는, 130만 화소라면 구동 주파수를 18MHz로, 또, 300만 화소라면 구동 주파수를 25MHz로 하지 않으면 안 된다.
그러나 상기 종래기술에 관한 고체 촬상장치에서 화소를 작게 하여 고화소화를 하거나 구동 주파수를 높인 경우에 다이내믹레인지를 크게 하면, 출력신호 선에 노이즈가 중첩되므로 화소 신호를 정확하게 검출할 수 없다. 이 결과, 다이내믹레인지가 저하한다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 고화소화, 고 구동 주파수화해도 다이내믹레인지가 저하하지 않는 고체 촬상장치의 구동방법 및 고체 촬상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 고체 촬상장치의 구동방법은, 수광량에 따른 신호 전하를 생성하는 광전 변환소자와,상기 광전 변환소자가 생성한 신호 전하를 유지하는 전하 유지부와, 상기 광전 변환소자와 전하 유지부와의 접속을 개폐하는 리드 트랜지스터와, 기준전압과 접지전압을 공급하는 기준전압 원과, 상기 기준전압 원과 전하 유지부와의 접속을 개폐하는 리셋 트랜지스터와, 상기 기준전압 원에 접속되며, 전하 유지부의 전위에 따른 전압을 출력하는 증폭 트랜지스터를 화소 셀 별로 구비한 MOS형의 고체 촬상장치의 구동방법으로, 상기 리셋 트랜지스터를 개방하여 상기 전하 유지부에 기준전압을 공급해서, 상기 증폭 트랜지스터의 출력전압을 계측하는 제 1 스텝과, 상기 제 1 스텝 후, 상기 리드 트랜지스터를 개방하고 상기 신호 전하를 상기 전하 유지부에 판독하여, 상기 증폭 트랜지스터의 출력 전압을 계측하는 제 2 스텝과, 상기 제 2 스텝 후, 상기 리드 트랜지스터를 폐쇄하는 제 3 스텝과, 상기 제 3 스텝 후, 상기 리셋 트랜지스터를 개방한 상태에서, 상기 기준전압 원에서 상기 전압 유지부에 공급되는 전압을 상기 기준전압에서 상기 접지전압으로 변화시키는 제 4 스텝과, 상기 제 4 스텝 후, 소정 시간을 경과 한 후에 상기 리셋 트랜지스터를 폐쇄하는 제 5 스텝을 가지며, 상기 소정시간은, 상기 리셋 트랜지스터 및 상기 증폭 트랜지스터와 상기 기준전압 원을 접속하는 신호 선과 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 입력선 사이에 발생하는 커플링 용량과, 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 입력 임피던스와의 곱에 대응하는 길이인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 전하 유지부를 확실하게 Lo전위로 할 수 있으므로, 기준전원이 기준전압으로 복귀하여도 출력신호 선을 기준 전압으로 유지할 수 있다. 따라서 고화소화에 따라서 증대한 커플링 용량(coupling capacity)에 기인하는 다이내믹 레인지의 저하를 방지할 수 있다.
이 경우에, 제 5 스텝은 기준전원으로부터 전압 유지부에 공급되는 전압이 기준전압에서 접지전압으로 변화하고 나서 소정 시간을 경과 한 후에 리셋 트랜지스터를 개방하며, 이 소정시간은 리셋 트랜지스터 및 증폭 트랜지스터와 기준전압 원을 접속하는 신호 선과, 리셋 트랜지스터의 게이트 입력선 사이에 커플링 용량과, 리셋 트랜지스터의 게이트 입력 임피던스의 곱에 대응하도록 하면 매우 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 고체 촬상장치는, 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 화소 셀을 구비하는 MOS형의 고체 촬상장치로, 화소 셀 별로, 수광량에 따른 신호 전하를 생성하는 광전 변환소자와, 광전 변환소자가 생성한 신호 전하를 유지하는 전하 유지부와, 광전 변환소자와 전하 유지부와의 접속을 개폐하는 리드 트랜지스터와, 기준전압과 접지전압을 공급하는 기준전압 원과, 기준전압 원과 전하 유지부와의 접속을 개폐하는 리셋 트랜지스터와, 기준전압 원에 접속되며, 전하 유지부의 전위에 따른 전압을 출력하는 증폭 트랜지스터를 구비하며, 리셋 트랜지스터를 폐쇄하여 전하 유지부를 기준전압으로 하고, 다음에, 리셋 트랜지스터를 개방하여, 증폭 트랜지스터의 출력 전압을 계측하며, 다음에, 리드 트랜지스터를 폐쇄하여 신호 전하를 전하 유지부에 유지한 상태에서 증폭 트랜지스터의 출력 전압을 계측하며, 다음에, 리셋 트랜지스터를 폐쇄하여 전하 유지부를 기준 전압으로 하고, 다음에, 기준전원으로부터 전압 유지부에 접지전압이 공급되기 시작한 후, 일단, 리셋 트랜지스터가 폐쇄된 상태에서 개방된 상태를 향하고 나서, 다시 폐쇄된 상태가 된 후에 리셋 트랜지스터를 개방하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 소형이면서 고 화소이며 다이내믹 레인지가 큰 고체 촬상장치를 얻을 수 있다.
이 경우에, 리드 트랜지스터에 입력하는 리드 펄스 신호와, 리셋 트랜지스터에 입력하는 리셋 펄스 신호를 생성하는 행 주사회로를 구비하고, 행 주사회로는 모두 펄스 신호인 클록 신호, 리셋 신호 및 리드 신호를 출력하는 펄스 생성부와, 클록 신호의 각 펄스를 화소 셀의 행 별로 순차적으로 출력하는 시프트 레지스터(shift register)와, 화소 셀의 행 별로 시프트 레지스터의 출력신호와 리셋 신호의 논리곱을 리셋 트랜지스터의 게이트 전극에 입력하는 동시에, 시프트 레지스터의 출력신호와 리드 신호의 논리곱을 리드 트랜지스터의 게이트 전극에 입력하는 AND 회로를 구비하면 매우 바람직하다.
도 1은 종래기술에 관한 MOS형의 고체 촬상장치의 주요한 구성을 도시한 회로도이다.
도 2는 종래기술에 관한 MOS형의 고체 촬상장치의 동작을 도시한 타이밍차트이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 관한 고체 촬상장치의 주요한 구성을 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 관한 행 조작회로의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 관한 행 조작회로의 동작을 도시한 타이밍차트이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에서의 고체 촬상장치의 동작을 도시한 타이밍차트이다.
도 7은 리셋 펄스 n을 Hi전위로 유지하는 시간이 충분하지 않은 경우의 고체 촬상장치의 동작을 도시한 플로차트이다.
도 8은 VDDCELL의 전위와 리셋 펄스 n의 타이밍과, 화소 셀(30)의 포화출력의 관계를 도시한 도면으로, (a)는 VDDCELL과 리셋 펄스 n을 도시한 타이밍 차트이 고, (b)는 VDDCELL이 Lo전위인 기간에 리셋 펄스 n이 Hi전위로 유지되는 시간(이하, 「유지시간」이라 한다)t와 화소 셀의 포화출력의 관계를 도시한 그래프이다.
(부호의 설명)
1, 3 고체 촬상장치 10, 30 화소 셀
101, 301 광전 변환소자 102, 302 리드 트랜지스터
103, 303 리셋 트랜지스터 104, 304 증폭 트랜지스터
105, 305 전하 유지부 106, 306 출력부
111, 311 트랜지스터
이하, 본 발명에 관한 고체 촬상장치의 구동방법의 실시 예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
[1] 고체 촬상장치의 구성
먼저, 본 실시 예에 관한 MOS형의 고체 촬상장치의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시 예에 관한 고체 촬상장치는 상기 종래기술에 관한 고체 촬상장치와 대체로 동일한 구성을 구비한다.
도 3은 본 실시 예에 관한 고체 촬상장치의 주요 구성을 도시한 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고체 촬상장치(3)는 행 주사회로, 부하회로, 촬상부, 신호 처리부 및 열 주사회로로 이루어진다.
촬상부는 다수의 화소 셀(30)이 2차원 배열되어 이루어지고, 출력신호 선을 통해서 화소 신호를 신호 처리부에 전송한다. 행 주사회로는 리드 펄스 및 리셋 펄 스를 촬상부에 입력하고, 1행 단위로 화소 신호를 출력시킨다.
본 실시 예에서 화소 신호는 기준전위와 신호 전위의 전위 차에 의거한 신호이다. 여기서, 기준전위는, 화소 셀(30)에서의 전원부(VDDCELL)의 Hi전위를 전하 유지부(305)에 인가한 경우에 증폭 트랜지스터(304)를 통해서 출력부(306)에 출력되는 전위이다. 또, 신호 전위는, 수광량에 따라서 광전 변환소자(301)가 방출한 전자를 전하 유지부(305)에 인가한 때에 증폭 트랜지스터(304)를 통해서 출력부(306)에 출력되는 전위이다.
또, 행 주사회로가 리드 펄스를 리드 트랜지스터(302)에 입력하면 기준 전위가 출력되고, 리셋 펄스를 리셋 트랜지스터(303)에 입력하면 신호 전위가 출력된다.
신호 처리부는 기준전위와 신호 전위를 다른 타이밍에 판독하고, 그 두 시점에서의 출력신호 선의 전위 차에 의해 화소 신호를 얻는다. 신호 처리부는 행 별로 화소 신호를 수신하면 신호처리를 하여 출력한다. 열 조작회로는 조작 펄스를 신호 처리부에 입력하여 신호 처리를 한 화소 신호를 1열 단위로 출력시킨다.
도 4는 본 실시 예에 관한 행 주사회로의 구성을 도시한 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 행 주사회로(4)는 펄스 생성부, 시프트 레지스터 및 AND 회로로 이루어지고, 촬상부에 구동 펄스를 입력한다.
펄스 생성부는 주기적인 펄스 신호인 클록 신호(Clk)를 생성하여 시프트 레지스터에 입력한다. 또, 펄스 생성부는 리드 신호(Read)와 리셋 신호(Reset)를 생성하여 AND 회로에 입력한다.
시프트 레지스터는 클록 신호(Clk)에 의거하여 셀 별로 출력신호 Out1, Out2, …를 순차적으로 생성하여 AND 회로의 대응하는 셀에 입력한다.
AND 회로는 셀 별로 출력 신호 Out1, Out2, …와 리드 신호(Read)와의 논리곱을 취하고, 출력신호 Out1, Out2, …와 리셋 신호(Reset)와의 논리곱을 취하며, 리드 펄스 Read1, Read2, … 및 리셋 펄스 Reset1, Reset2, …를 촬상부의 각 행의 리드 신호 선 및 리셋 신호 선에 출력한다.
촬상부의 각 화소 셀(30)은 행 주사회로로부터의 리드 펄스 Read1, Read2, … 및 리셋 펄스 Reset1, Reset2, …에 의해 순차적으로 선택되며, 출력신호 선을 통해서 화소 신호를 신호 처리부에 전송한다.
도 5는 행 주사회로의 동작을 도시한 타이밍차트이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 펄스 생성회로는 클록 신호(Clk)의 1 펄스의 기간 내에 리드 신호(Read) 1 펄스와 리셋 신호(Reset) 3 펄스를 출력한다.
그러면, 시프트 레지스터는 셀 별로 출력신호 Out1, Out2, …를 순차적으로 출력한다. AND 회로는 셀 별로 신호 Out1, Out2, …와 리드 신호(Read)와의 논리곱을 취하여 리드 펄스 Read1, Read2, …를 생성하며, 신호 Out1, Out2, …와 리셋 신호(Reset)와의 논리곱을 취하여 리셋 펄스 Reset1, Reset2, …를 생성한다.
따라서, 행 주사회로는 펄스 생성회로가 AND 회로에 입력하는 리셋 신호(Reset)의 펄스 폭을 제어함으로써 리셋 펄스 Reset1, Reset2, …의 펄스 폭을 제어할 수 있다.
[2] 고체 촬상장치의 동작
이어서, 고체 촬상장치(3)의 동작에 대하여 설명한다. 도 6은 고체 촬상장치(3)의 동작을 도시한 플로차트이며, 특히 n행째와 n+1행째의 셀에 착안한 것이다.
VDDCELL이 Hi전위이고, LOADCELL, 리셋 펄스 n, 리드 펄스 n, 리셋 펄스 n+1및 리드 펄스 n+1이 Lo전위이며, 전하 유지부 n, n+1이 GND전위이고, 출력신호 선이 VDD 전위인 상태에서 n행째의 화소 셀(30)이 선택되는 동작부터 설명을 시작한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 리셋 펄스 n이 Hi전위가 되면 리셋 트랜지스터(303)가 ON 상태가 된다. 그러면, 전하 유지부 n의 전위가 VDDCELL의 Hi전위가 되므로, 이에 따른 전위가 증폭 트랜지스터(304)의 출력부(306)에서 출력된다(도 6, a점).
이 동안, 출력신호 선은 VDD 전위, 즉, 전하 유지부 n이 Hi전위일 때의 전위로 유지되고, 출력신호 선의 전위는 변동하지 않는다.
다음에, 리셋 펄스 n이 Lo전위가 되고, 리셋 트랜지스터(303)가 OFF 상태가 된다. 전하 유지부 n은 계속해서 Hi전위로 유지되며, 일정 전하가 축적되고 있다(도 6, b점).
다음에, 리드 펄스 n이 Hi전위가 되고, 리드 트랜지스터(302)가 ON 상태가 된다. 이에 의해, 광전 변환소자(301)에 수광량에 따라 축적되어 있는 전하가 전하 유지부 n에 판독되어서 전하 유지부 n의 전위가 강하한다. 이에 따라서, 증폭 트랜지스터(304)의 출력부(306)의 전위가 강하하여 출력신호 선의 전위가 강하한다(도 6, c점).
다음에, 리드 펄스 n이 Lo전위가 되고, 리드 트랜지스터(302)가 OFF 상태가 된다(도 6, d점). 신호 처리부는 b점에서의 출력신호 선의 전위와 d점에서의 출력신호 선의 전위를 검출하고, 그 전위 차를 화소 신호로서 측정한다.
다음에, 리셋 펄스 n이 Hi전위가 되고, 리셋 트랜지스터(303)가 ON 상태가 된다. 이에 의해, 전하 유지부 n의 전위가 VDDCELL의 Hi전위가 되고, 그에 따른 전위가 증폭 트랜지스터(304)의 출력부(306)에서 출력되어서 출력신호 선의 전위가 상승한다(도 6, j점). 그 후, VDDCELL이 Hi전위에서 Lo전위로 강하한다.
도 3에 도시된 바와 같이, VDDCELL과 리셋 신호 선 사이에는 커플링 용량(308)이 있으므로, VDDCELL이 Lo전위로 강하하면 리셋 펄스 n이 일단 Hi전위로부터 강하한다(도 6, k점). 그러나 커플링 용량(308)만큼의 전하가 축적되면 리셋 펄스 n은 Hi전위로 복귀한다.
리셋 펄스 n이 Hi전위이면 리셋 트랜지스터가 ON 상태이므로, 전하 유지부 n이 VDDCELL의 Lo전위가 된다. 리셋 펄스 n은 전하 유지부 n이 Lo전위가 되기에 충분한 시간만큼 Hi전위로 유지된 후에 Lo전위가 된다(도 6, m점).
이와 같이 하면, 전하 유지부 n의 전위를 VDDCELL과 동일한 전위의 Lo전위까지 확실하게 완전히 낮출 수 있다(도 6, n점). 또, 부하회로에 접속된 신호 선 LG의 전위인 LOADCELL은 리셋 펄스 n이 Hi전위인 동안 Lo전위로 유지된다. 따라서, 트랜지스터(311)가 OFF 상태로 유지되므로, 출력신호 선도 VDD 전위로 유지된다.
이상에 의해, n행째의 화소 셀(30)의 화소 신호를 출력하는 동작이 종료한 다(도 6, n점).
그 후, n+1행째의 화소 셀이 선택된다(도 6, l점). 이 경우, n행째는 선택되지 않으므로, 리셋 펄스 n도 전하 유지부 n도 Lo전위로 유지된다.
[3] 특징
이상, 설명한 바와 같은 구성에 의해 고체 촬상장치(3)는 다음과 같은 특징을 갖는다.
(1) 본 실시 예에서는, 전하 유지부 n의 전위를 VDDCELL의 Lo전위(GND)로 할 때에, VDDCELL의 전위가 Hi전위에서 Lo전위로 변화하는 전후에 걸친 리셋 펄스 n을 리셋 트랜지스터(303)에 입력한다.
이 경우, VDDCELL과 리셋 신호 선 사이에는 커플링 용량이나 리셋 트랜지스터(130)의 게이트 임피던스가 무시될 정도로 작으면, 리셋 펄스 n을 Hi전위로 하면 전하 유지부 n의 전위가 바로 VDDCELL의 Lo전위가 된다.
그러나 고체 촬상장치의 화소 수를 증가시키기 위해서 화소를 작게하면, 상기 커플링 용량이나 게이트 임피던스가 무시할 수 없을 정도까지 커진다. 그러면, VDDCELL이 Lo전위가 되었을 때에 리셋 펄스 n을 Hi전위로 유지할 수 없게 된다.
또, 화소 수의 증대에 맞춰서 올린 구동 주파수에 따라서 리셋 펄스 n의 펄스 폭을 작게 하면, 전하 유지부 n의 전위가 VDDCELL의 Lo전위가 되기 전에 리셋 펄스 n이 Lo전위가 된다.
이 결과, 전하 유지부 n의 전위가 VDDCELL의 Lo전위가 되기 전에 리셋 트랜지스터(303)가 OFF 상태가 되어서 전하 유지부 n의 전위를 리셋할 수 없다. 따라 서, 고체 촬상장치(3)의 구성 및 구동방법으로 화소 수를 증가시키면 다이내믹레인지가 저하하지 않을 수 없다.
도 7은 리셋 펄스 n을 Hi전위로 유지하는 시간이 충분하지 않은 경우의 고체 촬상장치의 동작을 도시한 플로차트이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 리셋 펄스 n을 Hi전위로 유지하는 시간이 충분하지 않은 경우에는, 전하 유지부 n의 전위가 VDDCELLL의 Lo전위로 완전히 내려가지 않은 상태에서 VDDCELL이 Hi전위로 변화한다. 그러면, 전하 유지부 n의 전위에 따라서 출력신호 선의 전위가 저하한다. 따라서, n+1행째의 화소 셀의 신호 전하를 올바르게 검출할 수 없다.
이와 같은 문제에 대하여, 본 실시 예에서는 리셋 펄스 n의 펄스 폭을 크게 하므로, VDDCELL이 Lo전위가 되고, 리셋 펄스 n의 전위가 저하한 후에, 리셋 펄스 n이 Hi전위로 되돌아가서, 전하 유지부 n이 VDDCELL의 Lo전위가 될 때까지 리셋 트랜지스터(303)를 ON 상태로 한다. 따라서 다이내믹레인지의 저하를 방지할 수 있다.
도 8은 VDDCELL의 전위와 리셋 펄스 n의 타이밍과, 화소 셀(30)의 포화출력의 관계를 도시한 도면으로, (a)는 VDDCELL과 리셋 펄스 n을 나타내는 타이밍 차트이고, (b)는 VDDCELL이 Lo전위인 기간에 리셋 펄스 n이 Hi전위로 유지되는 시간(이하, 「유지시간」이라고 한다) t와 화소 셀의 포화출력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8(a)에 도시된 바와 같이, 리셋 펄스 n은 VDDCELL이 Hi전위에서 Lo전위로 천이하는 전후에 걸쳐서 Hi전위로 유지된다. 또, VDDCELL이 Hi전위로 복귀하기 전 에 Lo전위로 천이한다. 이는 리셋 트랜지스터를 ON 상태로 한 상태에서 VDDCELL이 Hi전위로 천이하면, 전하 유지부 n의 전위가 VDDCELL의 Hi전위로 상승하는 것을 방지하기 위해서이다.
상술한 바와 같이, 유지시간 t가 짧고, 전하 유지부 n의 전위가 VDDCELL의 Lo전위가 되기 전에 리셋 트랜지스터(303)가 OFF 상태가 되면, 포화출력이 작아져서 다이내믹 레인지가 저하한다. 한편, 유지시간 t가 충분히 길면, 전하 유지부 n의 전위가 VDDCELL의 Lo전위가 된 후에 리셋 트랜지스터(303)가 OFF 상태가 되므로, 포화출력이 커진다.
이 경우에, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 유지시간 t가 시간 t1을 초과하면, 포화출력은 대략 일정해진다. 본 실시 예에서는 유지시간 t가 대략 t1이 되는 리셋 펄스 n을 행 주사회로가 출력한다. 시간 t1은, VDDCELL이 Lo전위가 되고, 리셋 펄스 n의 전위가 일단 저하하고 나서 Hi전위로 되돌아갈 때까지의 시간이다.
이 시간 차 t1은 화소나 트랜지스터의 크기 등에 따라 다르며, 리셋 트랜지스터(303)의 게이트 입력 임피던스가 R, 커플링 용량(308)의 정전용량이 C이면, t1은 t1=R×C로 표시된다. 따라서, 예를 들어, 리셋 트랜지스터(303)의 게이트 입력 임피던스 R이 1,000(kΩ)이고, 커플링 용량(308)의 정전용량이 0.2pF이면, 시간 t1은 0.2(μsec)가 된다.
또, 고체 촬상장치를 안정적으로 동작시키기 위해서는, 유지시간 t를 시간 t1보다 크게 하여, 리셋 펄스 n의 전위가 Hi전위로 안정될 때까지 유지하는 것이 바람직하다.
(2) 본 실시 예에 의하면, 전하 유지부 n이 VDDCELL의 Lo전위가 된 후에도 출력신호 선이 VDD 전위로 유지된다. 따라서, a점에서 리셋 펄스 n이 인가되어도 출력신호 선의 전위는 변동하지 않는다. 따라서, 증폭 트랜지스터(304)와 게이트 전극과 출력부(306) 사이의 커플링 용량에 관계없이 비 선택 행의 전하 유지부(305)의 전위를 Lo전위로 유지할 수 있다.
특허문헌 1에 관한 구성에서는, 리셋 펄스 n이 인가되었을 때에(도 2, a점), 증폭 트랜지스터(104)와 게이트 전극과 출력부(106) 사이의 커플링 용량이 크면 비 선택 행의 전하 유지부(105)의 전위가 변동한다. 따라서, 비 선택 행의 증폭 트랜지스터(304)에서 전류가 누설되므로 다이내믹레인지가 저하한다.
본 실시 예에 의하면, 이와 같은 커플링 용량에 기인하는 다이내믹레인지의 저하를 방지할 수 있다. 그 결과, 화소 신호의 S/N비를 향상시켜서 고 화질의 촬상을 달성할 수 있다.
본 발명에 관한 고체 촬상장치의 구동방법은, 소형 및 고화소화 한 MOS형 고체 촬상장치의 다이내믹레인지의 저하를 억제하는 기술로 유용하다.

Claims (4)

  1. 수광량에 따른 신호 전하를 생성하는 광전 변환소자와,
    상기 광전 변환소자가 생성한 신호 전하를 유지하는 전하 유지부와,
    상기 광전 변환소자와 전하 유지부와의 접속을 개폐하는 리드 트랜지스터와,
    기준전압과 접지전압을 공급하는 기준전압 원과,
    상기 기준전압 원과 전하 유지부와의 접속을 개폐하는 리셋 트랜지스터와,
    상기 기준전압 원에 접속되며, 전하 유지부의 전위에 따른 전압을 출력하는 증폭 트랜지스터를 화소 셀 별로 구비한 MOS형의 고체 촬상장치의 구동방법으로,
    상기 리셋 트랜지스터를 개방하여 상기 전하 유지부에 기준전압을 공급해서, 상기 증폭 트랜지스터의 출력전압을 계측하는 제 1 스텝과,
    상기 제 1 스텝 후, 상기 리드 트랜지스터를 개방하고 상기 신호 전하를 상기 전하 유지부에 판독하여, 상기 증폭 트랜지스터의 출력 전압을 계측하는 제 2 스텝과,
    상기 제 2 스텝 후, 상기 리드 트랜지스터를 폐쇄하는 제 3 스텝과,
    상기 제 3 스텝 후, 상기 리셋 트랜지스터를 개방한 상태에서, 상기 기준전압 원에서 상기 전압 유지부에 공급되는 전압을 상기 기준전압에서 상기 접지전압으로 변화시키는 제 4 스텝과,
    상기 제 4 스텝 후, 소정 시간을 경과 한 후에 상기 리셋 트랜지스터를 폐쇄하는 제 5 스텝을 가지며,
    상기 소정시간은, 상기 리셋 트랜지스터 및 상기 증폭 트랜지스터와 상기 기준전압 원을 접속하는 신호 선과 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 입력선 사이에 발생하는 커플링 용량과, 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 입력 임피던스와의 곱에 대응하는 길이인 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치의 구동방법.
  2. 수광량에 따른 신호 전하를 생성하는 광전 변환소자와,
    상기 광전 변환소자가 생성한 상기 신호 전하를 유지하는 전하 유지부와,
    상기 광전 변환소자와 상기 전하 유지부와의 접속을 개폐하는 리드 트랜지스터와,
    기준전압과 접지전압을 공급하는 기준전압 원과,
    상기 기준전압 원과 상기 전하 유지부와의 접속을 개폐하는 리드 트랜지스터와,
    상기 기준전압 원에 접속되며, 상기 전하 유지부의 전위에 따른 전압을 출력하는 증폭 트랜지스터를 화소 셀 별로 구비한 MOS형 고체 촬상장치의 구동방법으로,
    n행째의 화소 셀을 선택 행에서 비 선택 행으로 변화시킬 때에, 상기 리셋 트랜지스터를 개방한 상태에서, 상기 기준전압으로부터 상기 전압 유지부에 공급되는 전압을 상기 기준전압에서 상기 접지전압으로 변화시키고, 소정시간을 경과 한 후에 상기 리셋 트랜지스터를 폐쇄하는 스텝을 가지며,
    상기 소정시간은, 상기 리셋 트랜지스터 및 상기 증폭 트랜지스터와 상기 기 준전압 원을 접속하는 신호 선과 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 입력선 사이에 발생하는 커플링 용량과, 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 입력 임피던스와의 곱에 대응하는 길이인 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치의 구동방법.
  3. 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 화소 셀을 구비하는 MOS형 고체 촬상장치로,
    화소 셀 별로,
    수광량에 따른 신호 전하를 생성하는 광전 변환소자와,
    광전 변환소자가 생성한 신호 전하를 유지하는 전하 유지부와,
    광전 변환소자와 전하 유지부와의 접속을 개폐하는 리드 트랜지스터와,
    기준전압과 접지전압을 공급하는 기준전압 원과,
    기준전압 원과 전하 유지부와의 접속을 개폐하는 리셋 트랜지스터와,
    기준전압 원에 접속되며, 전하 유지부의 전위에 따른 전압을 출력하는 증폭 트랜지스터를 구비하며,
    리셋 트랜지스터를 폐쇄하여 전하 유지부를 기준 전압으로 하고,
    다음에, 리셋 트랜지스터를 개방하여, 증폭 트랜지스터의 출력 전압을 계측하며,
    다음에, 리드 트랜지스터를 폐쇄하여 신호 전하를 전하 유지부에 유지한 상태에서 증폭 트랜지스터의 출력 전압을 계측하며,
    다음에, 리셋 트랜지스터를 폐쇄하여 전하 유지부를 기준 전압으로 하고,
    다음에, 기준전원으로부터 전하 유지부에 접지전압이 공급되기 시작한 후, 일단, 리셋 트랜지스터가 폐쇄된 상태에서 개방된 상태를 향하고 나서, 다시 폐쇄된 상태가 된 후에 리셋 트랜지스터를 개방하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    리드 트랜지스터에 입력하는 리드 펄스신호와, 리셋 트랜지스터에 입력하는 리셋 펄스 신호를 생성하는 행 주사회로를 구비하고,
    행 주사회로는,
    모두 펄스 신호인 클록 신호, 리셋 신호 및 리드 신호를 출력하는 펄스 생성부와,
    클록 신호의 각 펄스를 화소 셀의 행 별로 순차적으로 출력하는 시프트 레지스터와,
    화소 셀의 행 별로, 시프트 레지스터의 출력신호와 리셋 신호의 논리곱을 리셋 트랜지스터의 게이트 전극에 입력하는 동시에, 시프트 레지스터의 출력 신호와 리드 신호의 논리곱을 리드 트랜지스터의 게이트 전극에 입력하는 AND회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상장치.
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