KR20080101772A - 전원 장치, 전원 장치의 동작 방법, 전자 장치, 및 전자장치의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

제1 전원, 상기 제1 전원보다도 고전위인 제2 전원, 및 상기 제1 전원보다도 저전압인 제3 전원 - 상기 전원 모두는 보조 장치에 전력을 공급함 - 중 어느 하나를, 포토다이오드를 갖는 CMOS 이미지 센서의 전송 게이트로 절환하고, 해당 전력을 상기 전송 게이트에 출력하는 전원 장치가 개시된다. 상기 장치는, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제2 전원의 전력을 출력하는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제1 전원의 전력을 출력하는 제2 트랜지스터와, 상기 제3 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제3 전원의 전력을 출력하는 제3 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 전단에 위치되고, 상기 제1 전원에 의해 구동되며, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 제4 트랜지스터를 포함한다.
촬상부, 화상 처리부, 스위치, 리세트 신호 출력부, 3값 출력 드라이버, 하드 클리어 신호 발생부, 드라이버 제어부, 트랜지스터

Description

전원 장치, 전원 장치의 동작 방법, 전자 장치, 및 전자 장치의 동작 방법{POWER SUPPLY DEVICE, OPERATING METHOD OF POWER SUPPLY DEVICE, ELECTRONIC APPARATUS, AND OPERATION METHOD OF ELECTRONIC APPARATUS}
관련 출원의 상호 참조
본 발명은 2007년 5월 17일 일본 특허청에 제출된 일본 특허출원 JP 2007-132095와 관련된 기술 내용을 포함하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 편입된다.
본 발명은, 전원 장치 및 전원 장치의 동작 방법에 관한 것으로, 특히, 전압이 상이한 복수의 전원의 소비 전력을 효율적으로 저감시키고, 기동 시퀀스를 자유롭게 설정할 수 있도록 한 전원 장치 및 전원 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
포토다이오드 및 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터로 이루어지는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서를 이용한 촬상 장치가 일반적으로 보급되어 있다.
CMOS 센서는, 1화소마다 포토다이오드, MOS 트랜지스터, 포토다이오드로부터의 신호를 증폭하기 위한 증폭 회로 등을 포함하고, "XY 어드레싱"이나 "센서와 신 호 처리 회로의 1칩화" 등이 가능하다고 한 많은 장점을 갖고 있다. 그러나, 지금까지, 그 한편으로 1화소 내의 소자수가 많기 때문에, 광학계의 크기를 결정하는 칩 사이즈의 축소화가 곤란하게 되어 왔다. 그런데, 최근, MOS 트랜지스터의 미세화 기술의 향상과 "센서와 신호 처리 회로의 1칩화"나 "저소비 전력화" 등의 요구의 고조로부터, 주목을 모으고 있다.
CMOS 센서의 동작 원리는, 각 화소 단위로 포토다이오드가 수광한 광을 광전 변환함으로써 발생한 전하를, 전송 트랜지스터를 통하여 전송시키고, 순차적으로 화소 위치에 따라서 지정되는 타이밍에서 출력한다. 또한, 이 출력되어 온 화소 단위의 전하에 따라서 화상을 생성한다는 것이다.
여기서, 전송 트랜지스터에 의해 포토다이오드에서 광전 변환된 전하가 전송될 때, 전송 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압에 의해 전하의 전송의 유무가 제어된다. 하지만, 단순하게 게이트에 인가되는 전압을 2값으로 제어하면, 전위 포켓이나 장벽이 발생하고, 플랫이 아니기 때문에, 전송이 불완전한 것으로 된다. 그로 인해, 잔류 전하가 발생하고, 포토다이오드에의 역류에 기인하는 잔상이나 랜덤 노이즈가 발생할 우려가 있었다.
이 때문에, 중간 전위를 소정 시간 발생시킴으로써, 적어도 3값 이상의 전압으로 제어하고, 잔류 전하를 저감시키도록 함으로써, 잔상이나 랜덤 노이즈의 발생을 억제하는 기술이 제안되어 있다.
배경 기술의 예는 일본 특허 3667214호 공보에 포함되어 있다.
상술한 전송 트랜지스터의 게이트에 인가하는 3값의 전압을 출력하는 출력 드라이버로서는, 예를 들면, 도 1에서 도시되는 바와 같은 구성의 것이 생각되고 있다.
도 1의 3값 출력 드라이버(1)에서는, P채널형 MOS 트랜지스터(이후, 간단히 P형 트랜지스터라고 칭함) Tr1의 소스가 고압 전원 VH에 접속되어 있다. 게이트의 입력 전압이 Low 신호로 될 때, 온의 상태로 되고, 드레인으로부터 출력 단자 Vout에 출력한다. 또한, P형 트랜지스터 Tr1은, 백 게이트에 고압 전원 VH가 인가되고, 게이트에 인가되는 전압이 전압 VH인 경우, Hi 신호라고 인식한다. 게이트에 인가되는 전압이 0인 경우에는, Low 신호라고 인식한다. 즉, P형 트랜지스터 Tr1은, 고압 전원 VH의 출력 스위치로서 기능한다.
또한, P형 트랜지스터 Tr2의 소스가 저압 전원(low-voltage power) VL과 고압 전원(high-voltage power) VH의 중간 전위로 되는 중압(intermediate-voltage) 전원 VM에 접속되어 있다. 게이트의 입력 전압이 Low 신호로 될 때, P형 트랜지스터 Tr2는 온의 상태로 되고, 드레인으로부터 출력 단자 Vout에 출력한다. 또한, P형 트랜지스터 Tr2는, 백 게이트에 고압 전원 VH가 인가되고, 게이트에 인가되는 전 압이 전압 VH인 경우, Hi 신호라고 인식한다. 데이터에 인가되는 전압이 0인 경우에는, Low 신호라고 인식한다. 즉, P형 트랜지스터 Tr2는, 중압 전원 VM의 출력 스위치로서 기능한다.
또한, N채널형 MOS 트랜지스터(이후, 간단히 N형 트랜지스터라고 칭함) Tr3의 소스가 저압 전원 VL에 접속되어 있다. 게이트의 입력 전압이 Hi 신호로 될 때, N형 트랜지스터 Tr3는 온의 상태로 되고, 드레인으로부터 출력 단자 Vout에 출력한다. 또한, N형 트랜지스터 Tr3은, 백 게이트에 저압 전원 VL이 인가되고, 게이트에 인가되는 전압이 0인 경우, Hi 신호라고 인식한다. 게이트에 인가되는 전압이 전압 VH의 경우, N형 트랜지스터 Tr3은 Low 신호라고 인식한다. 즉, N형 트랜지스터 Tr3은, 저압 전원 VL의 출력 스위치로서 기능한다.
이상과 같이, P형 트랜지스터 Tr1, Tr2 및 N형 트랜지스터 Tr3의 온 또는 오프가 제어된다. 따라서, 포토다이오드에서 광전 변환된 전하를 축적할 때, 고압 전원 VH가 출력되고, 포토다이오드에서 광전 변환된 전하를 전송할 때, 소정 시간만큼 중압 전원 VM이 출력된 후, 저압 전원 VL이 출력된다.
통상적으로, 고압 전원 VH는, 포토다이오드의 동작 전원과 공통 사용되고, 중압 전원 VM은, 신호 처리부 등을 포함하는 보조 장치 등의 동작 전원과 공통 사용되고 있다.
최근의 휴대 단말기 등에 CMOS 센서가 탑재되는 경우, 저소비 전력화를 실현시키기 위해, 촬상 시의 짧은 주기 동안에 촬상이 이루어지지 않는 타이밍에서, 소비 전력이 큰 포토다이오드의 전원으로 되는 고압 전원 VH의 전력 공급을 단시간이라도 정지시킨다고 하는 제어가 이루어진다. 그러나, 그 상태에서도 중압 전원 VM의 전력 공급을 받아서 신호 처리부 등을 동작시키고자 하는 경우가 있다.
이러한 경우, 만일, 고압 전원 VH로부터의 전력 공급을 정지시키고, 중압 전원 VM의 전력 공급은 계속시키면, 도 1에서 도시되는 P형 트랜지스터 Tr2는, 백 게이트에의 인가 전압이 0으로 됨에도 불구하고, 소스에는 중압 전원 VM이 인가되게 된다. 따라서, 소스로부터 백 게이트 방향의 누설 전류가 발생할 가능성이 있었다.
또한, 이러한 누설 전류를 고려함으로써, 중압 전원 VM을 사용하기 위해서는, 전원 공급이 반드시 필요한 것은 아닌 고압 전원 VH를 반드시 기동해 둘 필요가 생기게 된다. 그 결과, 불필요한 전력 소비가 발생하거나, 또는, 3값의 전원의 기동 순서(기동 시퀀스) 등에 제한이 있어, 자유로운 기동 시퀀스를 설정할 수 없었다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 특히, 전압이 상이한 복수의 전원의 소비 전력을 효율적으로 저감시키고, 기동 시퀀스를 자유롭게 설정할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 전원, 상기 제1 전원보다도 고전위인 제2 전원, 및 상기 제1 전원보다도 저전압인 제3 전원 - 상기 전원 모두는 보조 장치에 전력을 공급함 - 중 어느 하나를, 포토다이오드를 갖는 CMOS 이미지 센서의 전송 게이트로 절환하고, 해당 전력을 상기 전송 게이트에 출력하는 전원 장치 및 전자 장치를 제공한다. 상기 전원 장치 및 전자 장치는, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제2 전원의 전력을 출력하는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제1 전원의 전력을 출력하는 제2 트랜지스터와, 상기 제3 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제3 전원의 전력을 출력하는 제3 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 전단에 위치되고, 상기 제1 전원에 의해 구동되며, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 제4 트랜지스터를 포함한다. 상기 제4 트랜지스터는, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 것을 정지시킨다.
상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 소정의 신호를 발생하는 신호 발생부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제4 트랜지스터는, 상기 소정의 신호에 기초하여, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 것을 정지시킨다.
본 발명의 다른 실시예는, 제1 전원, 상기 제1 전원보다도 고전위인 제2 전원, 및 상기 제1 전원보다도 저전압인 제3 전원 - 상기 전원 모두는 보조 장치에 전력을 공급함 - 중 어느 하나를, 포토다이오드를 갖는 CMOS 이미지 센서의 전송 게이트로 절환하고, 해당 전력을 상기 전송 게이트에 출력하는 전원 장치의 동작 방법을 제공한다. 상기 동작 방법은, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제2 전원의 전력을 출력하는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제1 전원의 전력을 출력하는 제2 트랜지스터와, 상기 제3 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제3 전원의 전력을 출력하는 제3 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 전단에 위치되고, 상기 제1 전원에 의해 구동되며, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 제4 트랜지스터를 포함하며, 상기 제4 트랜지스터가, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 것을 정지시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전압이 상이한 복수의 전원의 소비 전력을 효율적으로 저감시키고, 기동 시퀀스를 자유롭게 설정하는 것이 가능하게 된다.
이하에 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 본 명세서에 기재된 발명과, 발명의 실시 형태의 대응 관계를 예시하면, 다음과 같이 된다. 이 기재는, 본 명세서에 기재되어 있는 발명을 서포트하는 실시 형태가 본 명세서에 기재되어 있는 것을 확인하기 위한 것이다. 따라서, 발명의 실시 형태 중에는 기재되어 있지만, 발명에 대응하는 것으로서, 여기에는 기재되어 있지 않은 실시 형태가 있었다고 해도, 그것은, 그 실시 형태가, 그 발명에 대응하는 것이 아닌 것을 의미하는 것이 아니다. 반대로, 실시 형태가 발명에 대응하는 것으로서 여기에 기재되어 있었다고 해도, 그것은, 그 실시 형태가, 그 발명 이외의 발명에는 대응하지 않는 것인 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 이 기재는, 본 명세서에 기재되어 있는 발명의 모두를 의미하는 것이 아니다. 환언하면, 이 기재는, 본 명세서에 기재되어 있는 발명으로서, 이 출원에서는 청구되어 있지 않은 발명의 존재, 즉, 장래, 분할 출원되거나, 보정에 의해 출현, 추가되는 발명의 존재를 부정하는 것이 아니다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 전원 장치 및 전자 장치는, 보조 장치에 대하여 전력을 공급하는 제1 전원(예를 들면, 도 2의 중압 전원 출력부(33)), 상기 제1 전원보다도 고전위인 제2 전원(예를 들면, 도 2의 고압 전원 출력부(32)), 및 상기 제1 전원보다도 저전압인 제3 전원(예를 들면, 도 2의 저압 전원 출력부(34)) 중 어느 하나를, 포토다이오드를 포함하는 CMOS 이미지 센서에서의 전송 게이트(예를 들면, 도 2의 트랜지스터 Tr11의 게이트 단자)에 절환하여 출력한다. 상기 본 발명의 실시예에 따른 전원 장치 및 전자 장치는, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제2 전원의 전력을 출력하는 제1 트랜지스터(예를 들면, 도 3의 P형 트랜지스터 Tr22)와, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제1 전원의 전력을 출력하는 제2 트랜지스터(예를 들면, 도 3의 P형 트랜지스터 Tr21)와, 상기 제3 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제3 전원의 전력을 출력하는 제3 트랜지스터(예를 들면, 도 3의 N형 트랜지스터 Tr23) 와, 상기 제2 트랜지스터의 전단으로서, 상기 제1 전원에 의해 구동되고, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 제4 트랜지스터(예를 들면, 도 3의 P형 트랜지스터 Tr31)를 포함한다. 상기 제4 트랜지스터는, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 것을 정지시킨다.
상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 소정의 신호를 발생하는 신호 발생부(예를 들면, 도 3의 하드 클리어 신호 발생부(40))를 더 설치하도록 할 수 있다. 또한, 상기 제4 트랜지스터에는, 상기 소정의 신호에 기초하여, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 상기 제2 트랜지스터의 소스에의 출력을 정지시키도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 보조 장치에 대하여 전력을 공급하는 제1 전원, 상기 제1 전원보다도 고전위인 제2 전원, 및 상기 제1 전원보다도 저전압인 제3 전원 중 어느 하나를, 포토 다이오드를 포함하는 CMOS 이미지 센서에서의 전송 게이트에 절환하여 출력하는, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제2 전원의 전력을 출력하는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제1 전원의 전력을 출력하는 제2 트랜지스터와, 상기 제3 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제3 전원의 전력을 출력하는 제3 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 전단으로서, 상기 제1 전원에 의해 구동되고, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 제4 트랜지스터를 포함하는 전원 장치의 동작 방법으로서, 상기 제4 트랜지스터가, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 상기 제2 트랜지스터의 소스에의 출력을 정지시키는 단계를 포함한다.(예를 들어, 도 6의 스텝 S7).
도 2는, 본 발명을 적용한 일 실시 형태의 구성을 도시하는 촬상 장치이다.
도 2의 촬상 장치는, 촬상부(11) 및 화상 처리부(12)를 구비하고 있다. 화상 처리부(12)에 의해 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 구성되는 촬상부(11)가 제어되고, 촬상부(11)에 의해 촬상된 화상 신호에 기초하여, 화상 처리부(12)가 화상을 표시한다.
촬상부(11)는, 화소 단위로 화상을 촬상하는 복수의 촬상 소자(21)로 구성되어 있고, 화상 처리부(12)에 의해 화소 단위로 제어되어, 촬상한 화소 단위의 화상 신호를 화상 처리부(12)에 출력한다. 또한, 도 2에서는, 1개분의 촬상 소자(21)에 관한 구성만이 도시되어 있지만, 당연히 촬상부(11)에는 복수의 촬상 소자(21)가 설치되도 된다.
도 2에서, 트랜지스터 Tr11은, 소스가 포토다이오드 PD의 캐소드에 접속되고, 드레인이 트랜지스터 Tr12의 소스, 및 트랜지스터 Tr13의 게이트에 접속되며, 게이트가 3값 출력 드라이버(39)로부터의 신호가 공급되는 전송 신호선 L3에 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr11은, 전송 신호선 L3을 통하여 3값 출력 드라이버(39)로부터 공급되는 전압에 기초하여, 포토다이오드 PD에 의해 수광되는 광의 강도에 따른 광전 변환에 의해 발생하는 전하를, 부유 확산 영역 P1(트랜지스터 Tr11의 드레인-트랜지스터 Tr12의 소스간, 및 트랜지스터 Tr11의 드레인-트랜지스터 Tr13의 게이트간의 접속 위치)에 전송한다. 즉, 트랜지스터 Tr11는, 소위 전송 스위치로 서 기능한다.
트랜지스터 Tr12는, 소스가 부유 확산 영역 P1에 접속되고, 드레인이 고압 전원 출력부(32)로부터 출력되는 고압 전원 VH의 전원 출력선 L1에 접속되며, 게이트가 리세트 신호 출력부(38)로부터의 리세트 신호가 공급되는 리세트 신호선 L2에 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr12는, 리세트 신호선 L2를 통하여 리세트 신호 출력부(38)로부터 공급되는 리세트 신호에 기초하여, 부유 확산 영역 P1에 축적된 전하를 리세트한다. 즉, 트랜지스터 Tr12는, 소위 리세트 스위치로서 기능한다.
트랜지스터 Tr13은, 소스가 고압 전원 출력부(32)로부터 출력되는 고압 전원 VH의 전원 출력선 L1에 접속되고, 드레인이 트랜지스터 Tr14의 소스에 접속되며, 게이트가 부유 확산 영역 P1에 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr13은, 소스 팔로워의 입력 MOS 트랜지스터로서, 부유 확산 영역 P1에 축적되어 있는 전하를, 트랜지스터 Tr14를 통하여 출력시킨다.
트랜지스터 Tr14는, 소스가 트랜지스터 Tr13의 드레인에 접속되고, 드레인이 신호 출력선 L5에 접속되며, 게이트가 화상 처리부(12)의 선택부(45)로부터 공급되는 선택 신호선 L4에 접속되어 있다. 트랜지스터 Tr14는, 선택 신호선 L4를 통하여 선택부(45)로부터 공급되는 선택 신호에 기초하여, 자신이 선택되어 있는 경우, 온의 상태로 되고, 부유 확산 영역 P1보다 트랜지스터 Tr13으로부터 공급되는 신호를 신호 출력선 L5에 출력한다.
화상 처리부(12)의 전원 관리부(31)는, 고압 전원 출력부(32), 중압 전원 출 력부(33), 및 저압 전원 출력부(34)의 각각에 설치되어 있는 스위치(35 내지 37)의 온 또는 오프를 제어하여, 고압 전원 출력부(32)로부터 출력되는 고압 전원 VH, 중압 전원 출력부(33)로부터 출력되는 중압 전원 VM, 및 저압 전원 출력부(34)로부터 출력되는 고압 전원 VL의 출력를 관리한다.
리세트 신호 출력부(38)는, 촬상 개시 전의 상태에서, 촬상 소자(21)의 각각의 부유 확산 영역 P1에 축적된 전하를 개방시키는 타이밍에서 리세트 신호를, 리세트 신호선 L2를 통하여 출력한다.
3값 출력 드라이버(39)는, 드라이버 제어부(41), 및 하드 클리어 신호 발생부(40)에 의해 제어된다. 3값 출력 드라이버(39)는, 스위치(35 내지 37)를 통하여 공급되는 고압 전원 출력부(32)로부터의 고압 전원 VH, 중압 전원 출력부(33)로부터 중압 전원 VM, 및 저압 전원 출력부(34)로부터의 고압 전원 VL을 각각 동작 상태에 따라서 절환하여 전송 신호선 L3에 출력한다.
하드 클리어 신호 발생부(40)는, 촬상부(11)의 각 촬상 소자(21)가 전원으로 되는 고압 전원 출력부(32)의 고압 전원 VH를 검출한다. 고압 전원 출력부(32)가 소정 전압 VH까지 승압되어 있지 않고, 기동하고 있지 않은 상태인 경우, 하드 클리어 신호 발생부(40)는 Low 신호로서 하드 클리어 신호를 발생하여 3값 출력 드라이버(39)에 공급한다. 또한, 고압 전원 출력부(32)가 기동된 경우, 하드 클리어 신호는, 기동하고 있는 것을 나타내는 Hi 신호로 출력된다.
신호 처리부(42)는, 중압 전원 출력부(33)로부터 공급되는 중압 전원 VM의 전원에 의해 구동하고, 선택부(45)로부터의 선택 신호에 기초하여, 신호 출력선 L5를 통해 공급되는, 각 촬상 소자(21)로부터 공급되는 화상 신호를 취득한다. 그런 다음, 신호 처리부(42)는 1매(예를 들면, 1프레임 분)의 화상 신호를 생성하여 화상 생성부(43)에 출력한다. 화상 생성부(43)는, 신호 처리부(42)로부터 공급되는 1매의 화상 신호에 기초하여, 화상을 생성하여 LCD(Liquid Crystal Display) 등으로 이루어지는 표시부(44)에 표시시킨다.
또한, 고압 전원 VH, 중압 전원 VM, 및 저압 전원 VL은, 각각 고압 전원 VH가 촬상 소자(21)의 전원 전압으로서, 예를 들면, 2.7V로 하고, 중압 전원 VM이 보조 장치의 전원 전압으로서, 예를 들면, 1.8V로 하고, 저압 전원 VL이 개방 전압으로서, 예를 들면, -1V로 해도 된다. 그러나, 고압 전원 VH, 중압 전원 VM, 및 저압 전원 VL은, 고압 전원 VH>중압 전원 VM> 및 저압 전원 VL로서, 트랜지스터 Tr11의 "중압 전원 VM<임계값 전압 Vth(트랜지스터 Tr11의 소스-드레인간이 도통하는 전압)"가 충족되는 한, 반드시 상술한 전압이 아니어도 되고, 그 밖의 전압의 조합이어도 된다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 3값 출력 드라이버(39)의 구성예에 대하여 설명한다.
P형 트랜지스터 Tr21은, 소스가 스위치(35)을 통하여 고압 전원 출력부(32) 에 접속되고, 드레인이 출력 단자 Vout에 접속되며, 백 게이트가 고압 전원 출력부(32)에 접속되고, 게이트에 입력되는 신호가 드라이버 제어부(41)에 의해 고압 전원 VH, 또는 전압 0으로 절환된다. 즉, P형 트랜지스터 Tr21은, 고압 전원 VH의 스위치로서 기능한다. 또한, P형 트랜지스터 Tr21는 게이트에 Low 신호인 전압 0이 인가되면 온으로 동작하고, Hi 신호인 전압 VH가 인가되면 오프로 된다.
P형 트랜지스터 Tr22는, 소스가 P형 트랜지스터 Tr31의 드레인에 접속되고, 드레인이 출력 단자 Vout에 접속되며, 백 게이트가 고압 전원 출력부(32)에 접속된다. 게이트에 입력되는 신호가 드라이버 제어부(41)에 의해 고압 전원 VH, 또는 전압 0으로 절환된다.
트랜지스터 Tr31은, 중압 전원 VM의 온 또는 오프를 제어한다. 트랜지스터 Tr31이 온인 경우, P형 트랜지스터 Tr22는, 중압 전원 VM의 스위치로서 기능한다. 또한, P형 트랜지스터 Tr22는, 게이트에 Low 신호인 전압 0이 인가되면 온으로 동작하고, Hi 신호인 전압 VH가 인가되면 오프로 된다.
N형 트랜지스터 Tr23은, 소스가 스위치(37)를 통하여 저압 전원 출력부(34)에 접속되고, 드레인이 출력 단자 Vout에 접속되며, 백 게이트가 저압 전원 출력부(34)에 접속된다. 게이트에 입력되는 신호가 드라이버 제어부(41)에 의해 저압 전원 VL, 또는 전압 0으로 절환된다. 즉, N형 트랜지스터 Tr23은, 저압 전원 VL의 스위치로서 기능한다. 또한, N형 트랜지스터 Tr23은, 게이트에 Hi 신호인 전압 VL 이 인가되면 온으로 동작하고, Low 신호인 전압 0이 인가되면 오프로 된다.
P형 트랜지스터 Tr31은, 소스가 스위치(36)를 통하여 중압 전원 출력부(33)에 접속되고, 드레인이 P형 트랜지스터 Tr22의 소스에 접속되며, 백 게이트가 중압 전원 출력부(33)에 접속된다. 게이트에는 하드 클리어 신호 발생부(40)로부터 공급되는 하드 클리어 신호 XCLR의 인버터 Inv1에 의한 반전 신호가 입력된다. 하드 클리어 신호는, 고압 전원 출력부(32)가 기동 상태가 아닌 경우, Low 신호이다. 따라서, 인버터 Inv1에 의해 반전되어 Hi 신호가 발생한다. 반대로, 하드 클리어 신호는, 고압 전원 출력부(32)가 기동 상태인 경우, Hi 신호다. 따라서, 하드 클리어 신호는, 인버터 Inv1에 의해 반전되어 Low 신호가 발생한다.
P형 트랜지스터 Tr31은, 이 인버터 Inv1로부터 공급되는 하드 클리어 신호의 반전 신호에 의해 중압 전원 VM의 온 또는 오프를 제어한다. 스위치(35)가 오프로 되고, 고압 전원 출력부(32)가 기동 상태가 아니고, 하드 클리어 신호가 Low 신호인 경우, P형 트랜지스터 Tr31은, 반전 신호가 Hi 신호로 되므로, 중압 전원 VM을 오프로 제어한다. 고압 전원 출력부(32)가 기동 상태이고, 하드 클리어 신호가 Hi 신호인 경우, P형 트랜지스터 Tr31은, 반전 신호가 Low 신호로 되므로, 중압 전원 VM을 온으로 제어한다. 이와 같이, P형 트랜지스터 Tr31은, 중압 전원 VM의 온 또는 오프를 제어하는 트랜지스터이기 때문에, 파워 게이트 트랜지스터 Tr31이라고도 칭한다.
다음으로, 도 2의 촬상 장치의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 전원 관리부(31)가 스위치(35 내지 37)를 온으로 제어한다. 또한, 포토 다이오드 PD에 의한 축적 동작을 개시하기 전에, 리세트 신호 출력부(38)는, Hi 신호의 리세트 신호를 발생하여 리세트 신호선 L2를 통하여 공급하여, 부유 확산 영역 P1을 트랜지스터 Tr12에 의해 개방시킨다. 이 동작에 의해, 하드 클리어 신호 발생부(40)는, 하드 클리어 신호를 Hi 신호로서 출력하고, 대응하여 인버터 Inv1로부터 Low 신호가 출력되고, 트랜지스터 Tr31이 온인 상태로 된다.
또한, 드라이버 제어부(41)는, 3값 출력 드라이버(39)에서의 P형 트랜지스터 Tr21, Tr22, 및 N형 트랜지스터 Tr23의 각각의 게이트에 Low, Hi, Low 신호를 공급하여, P형 트랜지스터 Tr21만을 온으로 제어한다. 따라서, 고압 전원 출력부(32)로부터 전송 스위치로 되는 트랜지스터 Tr11의 게이트에 고압 전원 VH를 인가함으로써, 드라이버 제어부(41)는, 트랜지스터 Tr11을 온으로 하고, 포토다이오드 PD를 일단 리세트한다.
그 후, 드라이버 제어부(41)는, 3값 출력 드라이버(39)에서의 P형 트랜지스터 Tr21, Tr22, 및 N형 트랜지스터 Tr23의 각각의 게이트에 Hi, Hi, Hi 신호를 공급하여, N형 트랜지스터 Tr23만을 온으로 제어한다. 따라서, 저압 전원 출력부(34)로부터 전송 스위치로 되는 트랜지스터 Tr11의 게이트에 저압 전원 VL을 인가함으로써,드라이버 제어부(41)는 트랜지스터 Tr11을 오프로 하고, 포토다이오드 PD의 광전 효과에 의해 발생하는 전하를 축적시킨다.
이 상태에서, 선택부(45)로부터 촬상 소자(21)의 위치의 읽어내기를 지시하 는 선택 신호가 공급됨으로써, 트랜지스터 Tr14가 온으로 된다. 따라서, 트랜지스터 Tr13과 선택 신호선 L4에 접속한 부하로 이루어지는 소스 팔로워에 의해, 부유 확산 영역 P1의 전압에 따른 전압이 신호 출력선 L5에 출력된다. 신호 처리부(42)는, 일단 이 출력을, 읽어낸 위치에 대응하여, 도시하지 않는 메모리에 샘플링한다. 즉, 신호 처리부(42)는, 리세트 노이즈를 샘플링한다.
그 후, 드라이버 제어부(41)는, 3값 출력 드라이버(39)에서의 P형 트랜지스터 Tr21, Tr22, 및 N형 트랜지스터 Tr23의 게이트에 각각 Low, Hi, Low 신호를 공급하여, P형 트랜지스터 Tr21, Tr22, 및 N형 트랜지스터 Tr23을 각각 온, 오프, 오프로 제어한다. 따라서, 고압 전원 출력부(32)로부터 전송 스위치로 되는 트랜지스터 Tr11의 게이트에 고압 전원 VH를 출력함으로써, 드라이버 제어부(41)는 트랜지스터 Tr11을 온으로 한다.
또한, 소정 시간만큼 경과하면, 드라이버 제어부(41)는, 3값 출력 드라이버(39)에서의 P형 트랜지스터 Tr21, Tr22, 및 N형 트랜지스터 Tr23의 게이트에 각각 Hi, Low, Low 신호를 공급하여, P형 트랜지스터 Tr21, Tr22, Tr23을 각각 오프, 온, 오프로 제어한다. 따라서, 중압 전원 출력부(33)로부터 전송 스위치로 되는 트랜지스터 Tr11의 게이트에 중압 전원 VM을 인가함으로써, 드라이버 제어부(41)는 트랜지스터 Tr11을 온으로 한다.
그리고, 최종적으로 드라이버 제어부(41)는, 3값 출력 드라이버(39)에서의 P형 트랜지스터 Tr21, Tr22, 및 N형 트랜지스터 Tr23의 게이트에 각각 Hi, Hi, Hi 신호를 공급하여, P형 트랜지스터 Tr21, Tr22, Tr23을 각각 오프, 오프, 온으로 제어한다. 저압 전원 출력부(34)로부터 전송 스위치로 되는 트랜지스터 Tr11의 게이트에 저압 전원 VL을 인가함으로써, 드라이버 제어부(41)는 트랜지스터 Tr11을 오프로 한다.
이 상태에서, 선택부(45)로부터 촬상 소자(21)의 위치의 읽어내기를 지시하는 선택 신호가 공급됨으로써, 트랜지스터 Tr13, Tr14가 온으로 된다. 그런 다음, 부유 확산 영역 P1의 전압에 따른 전압이 신호 출력선 L5에 출력된다. 신호 처리부(42)는, 읽어낸 위치에 대응하여, 도시하지 않는 메모리에 샘플링한다. 즉, 신호 처리부(42)는, "광전 효과에 의하여 발생한 전하에 의해 발생하는 신호+리세트 노이즈"를 샘플링한다.
정리하면, 일단 트랜지스터 Tr11을 고압 전원 VH에서 온으로 함과 함께, 트랜지스터 Tr12를 리세트 신호에 의해 온으로 함으로써, 포토다이오드 PD를 리세트하고, 그 후, 트랜지스터 Tr11을 저압 전원 VL에서 오프로 함으로써 포토다이오드 PD에 의한 전하의 축적을 개시시킨다. 이 타이밍에서, 트랜지스터 Tr13, Tr14가 온으로 됨으로써, 부유 확산 영역 P1의 "리세트 노이즈"만이, 신호 처리부(12)에 기억된다.
다음으로, 트랜지스터 Tr12를 오프로 한 후, 트랜지스터 Tr11을 고압 전원 VH에서 온으로 하고, 또한 트랜지스터 Tr11의 게이트에 인가하는 전압을 중압 전원 VM으로 절환하여, 온의 상태로 하고, 최종적으로 트랜지스터 Tr11을 저압 전원 VL에서 오프로 함으로써, 포토다이오드 PD의 전하를 부유 확산 영역 P1에 전송시킨다. 그 후, 트랜지스터 Tr13, Tr14가 온으로 됨으로써, 부유 확산 영역 P1의 "광전 효과에 의해 발생한 전하에 의해 발생하는 신호+리세트 노이즈"가, 신호 처리부(42)에 기억된다.
보다 상세하게는, 부유 확산 영역 P1의 전압은, 리세트 직후의 전압 Vres로부터, Q/CP1(전송된 전하 Q, CP1은 부유 확산 영역 P1부의 용량) 낮아진 전압 VP1(=Vres-Q/CP1)로 된다. 즉, 리세트마다 서로 다른 리세트 노이즈를 포함하는 리세트 전압에 Q/CP1이 중첩되게 된다. 이 전압에 따른 신호가 신호 출력선 L5에 출력되므로, 신호 처리부(42)는, 이 신호를 순차적으로 샘플링한다.
최종적으로 신호 처리부(42)는, 상술한 "리세트 노이즈"와 "광전 효과에 의해 발생한 전하에 의해 발생하는 신호+리세트 노이즈"와의 차분을 구함으로써, 리세트마다 서로 다른 전압으로 리세트되게 되는 리세트 노이즈를 제거한다. 결과적으로, 노이즈가 없는 "광전 효과에 의해 발생한 전하에 의해 발생하는 신호"를 취득할 수 있다.
특히, 포토다이오드 PD로서 내장된(embedded) 포토다이오드를 채용함으로써, 거의 완전하게 리세트 노이즈를 제거할 수 있다. 그 결과, 높은 S/N비를 얻을 수 있다.
여기서, 상술한 동작에서의 트랜지스터 Tr11의 게이트에 인가하는 전압을 고 압 전원 VH, 중압 전원 VM, 및 저압 전원 VL의 3값으로 하는 이유에 대하여 설명한다.
최근의 촬상 소자(21)는, 미세 MOS 트랜지스터를 사용함으로써, 작은 화소 사이즈를 실현하고 있다. 이 때문에, 미세 MOS 트랜지스터에 기인한 새로운 원인에 의한 잔상이나 랜덤 노이즈가 발생하는 경우가 있었다.
예를 들면, 도 4에서 도시되는 바와 같이, 포토다이오드의 n영역으로 되는 영역 Z2 상에는 표면 p영역인 영역 Z1이 형성되고(이러한 구조의 포토다이오드는, 특히, 매립 포토다이오드라고도 불림), PWL(P웰)로 이루어지는 영역 Z11과 표면 p영역인 영역 Z1로부터 연장되는 공핍층에 의해 n영역으로 이루어지는 영역 Z2에 축적된 전하가 트랜지스터 Tr11을 통하여 부유 확산 영역 P1에 전송된다. 부유 확산 영역 P1은, 트랜지스터 Tr12를 통하여 접속되고, 소정의 리세트 전위로 설정 가능하게 되어 있다.
미세 MOS 트랜지스터를 이용한 촬상 소자(21)에서는, 예를 들면, 도 5 중의 파형 W2 또는 W3으로 도시되는 바와 같은, 트랜지스터 Tr11의 게이트의 범위 Z22에 전위의 포켓 R1이나 장벽 R2가 생기게 된다. 이 결과, 트랜지스터 Tr11의 영역에 있는 전하의 일부가 포토다이오드 PD로 되돌아가게 되어, 잔상이나 랜덤 노이즈가 발생되게 되는 경우가 있었다. 또한, 도 5에서는, 각 동작 상태에서의 도 4에서 도시되는 포토다이오드 PD의 영역 Z1에 대응하는 범위 Z21, 도 4에서의 트랜지스터 Tr11의 게이트의 영역 Tr11에 대응하는 범위 Z22, 및 도 4에서의 부유 확산 영역 P1에 대응하는 범위 Z23의 각각의 범위에 대응한 전위가, 도면 중의 상하 방향의 높이에 의하여 표현되어 있고, 도면 중의 사선부가 전송되는 전하에 의한 전위를 나타내고 있다.
즉, 미세 MOS 트랜지스터를 제작하기 위해서는, 제조 공정에서의 열처리의 저온화, 단시간화에 의해, 도전형을 결정하는 불순물(예를 들면, 붕소나 인 등)의 확산은 단순한 열에 의한 확산이 아니라, 과도 증속 확산 현상(예를 들면, 결함을 통한 확산 등)의 영향이 강해진다. 그 결과, 범위 Z22의 도면 중의 우단부에 맞닿는 범위에, p형의 웰 영역을 결정하는 붕소가 편석(segregate)함으로써, 파형 W2, W3으로 도시되는 전위 장벽 R2가 형성된다. 이러한 현상은, 미세 MOS 트랜지스터에서의 역 단채널 효과로서 알려져 있다.
한편, 범위 Z22의 도면 중의 좌단부에 맞닿는 영역, 즉 포토다이오드의 n영역인 영역 Z2로부터 트랜지스터 Tr11의 게이트에 접속하는 개소(범위 Z21, Z22가 접속되는 부분)는, 신호 전하의 전송 특성을 결정하는 개소이다. 여기서, 포토다이오드 PD의 표면 p영역의 영역 Z1과 n영역의 영역 Z2의 위치 관계가 극히 중요하다. 특히 미세 MOS 트랜지스터를 이용한 경우, 트랜지스터 Tr11의 게이트에 인가하는 전압을 낮게 해야만 한다. 그 결과, 전송 스위치를 온으로 하였을 때의 전위를 충분히 낮출 수 없어, 전하의 전송이 곤란하게 된다. 경우에 따라서는, 전하의 전송을 재촉하기 위해, 도 4에 도시하는 바와 같이, 적극적으로 n형으로 이루어지는 바이패스 영역으로서 영역 Z3을 형성하는 경우도 있다.
이러한 바이패스 영역 Z3의 폭은, 예를 들면, 0 내지 0.5㎛ 정도이다. 그 폭이 너무 좁으면 전송이 곤란하게 된다. 또한, 전송의 폭이 지나치게 넓으면 파형 W2 내지 W4에서와 같은 전위 포켓 R1이 생기게 된다. 트랜지스터 Tr11의 게이트에 인가하는 전압이 높은 경우에는, 그 전압으로 전송을 보충할 수 있다. 따라서, 설계 값을 전위 포켓 R1이 생기지 않도록 설정하는 것은 가능이다. 그러나, 미세 MOS 트랜지스터를 이용한 경우, 전압에 의해 전송을 보충할 수 없다. 따라서, 그 폭의 제어성은 0.05㎛ 이하로 되어, 미세 MOS 트랜지스터의 게이트 길이의 제어성보다 엄격한 것이 요구된다. 결과로서, 전위 포켓 R1이 발생하기 쉬워진다.
그런데, 이 잔류 전하는, 트랜지스터 Tr11의 게이트 전압의 Hi=고압 전원 VH와, 트랜지스터 Tr11의 임계값 전압=Vth와 부유 확산 영역 P1의 전압=VP1을 이용하면, 잔류 전하(VH-Vth-VP1)의 관계가 있다.
이 잔류 전하의 일부 혹은 전부가 포토다이오드 PD로 되돌아가게 됨으로써 잔상이 발생해 있었다. 또한, 동작 조건에 따라서는, 암시(暗時)에서도 잔류 전하가 발생하고, 이 전하가 포토다이오드 PD로 되돌아가게 된다. 그 결과, 잔류 전하는 열적으로 흔들리기 때문에, 랜덤 노이즈가 생성된다.
또한, 도 4에서는, 영역 Z1은, 포토다이오드 PD의 표면 p영역이고, 영역 Z2는, 포토다이오드 PD의 n영역이며, 영역 Z3은 바이패스 영역이고, 영역 Tr11은, 트랜지스터 Tr11의 게이트 아래의 영역이며, 영역 Tr12는, 트랜지스터 Tr12의 게이트 아래의 영역이고, 영역 P1은, 부유 확산 영역 P1이며, 영역 L1은, 전력 공급선 L1의 영역이고, 영역 Z11은, P웰 영역이다.
이상과 같은 동작을 전위의 변화에 따라서 설명하면 이하와 같이 된다.
즉, 리세트 신호 출력부(38)가 리세트 신호를 발생하고, 부유 확산 영역 P1을 리세트시키면, 도 5에서의 파형 W1로 도시되는 바와 같은 전위 분포로 된다. 이때, 트랜지스터 Tr11의 게이트의 영역 Tr11에 대응하는 범위 Z22의 전위는, 고압 전원 VH에 의해 도면 중의 Lev1로 된다. 도 5의 파형 W1에서는, 범위 Z22에서의 전위 Lev1이 장벽으로 되고, 포토다이오드 PD에서 광전 효과에 의해 발생하는 전하는, 포토다이오드 PD의 영역 Z2에 대응하는 범위 Z21에 축적된 상태로 되어 있다. 또한, 도 5의 파형 W1에서의 도면 중의 범위 Z23(부유 확산 영역 P1)의 전하는, 리세트 노이즈에 의해 축적되어 있는 전하이다. 도 5에서는, 사선부가 전하의 전위를 나타내고 있다.
다음으로, 이 상태에서, 3값 출력 드라이버(39)가 고압 전원 VH를 출력함으로써, 전송 스위치인 트랜지스터 Tr11이 온으로 되면, 도 5의 파형 W2로 도시되는 바와 같이, 범위 Z22의 전위가 Lev2로 되어 낮아진다. 그런 다음, 포토다이오드 PD의 광전 효과에 의해 발생한, 범위 Z21에 축적된 전하가 전송되고, 부유 확산 영역 P1인 범위 Z23에 전하가 유입된다. 이때, 전송되는 전하의 양에 따라서는, 트랜지스터 Tr11의 게이트 아래인 범위 Z22의 전위가 Lev2가, 부유 확산 영역 P1의 범위 Z23보다도 낮게 된다. 따라서, 범위 Z22의 전위도 전하에 의해 전위 Lev2'로 상승한다.
예를 들면, 전하에 의해 상승하는 전위를 고려하여, 전위가 Lev2'보다도 상 위의 Lev3으로 되도록 저압 전원 VL을 설정하고, 트랜지스터 Tr11의 게이트를 2값으로 제어하는 경우, 트랜지스터 Tr11의 게이트에 저압 전원 VL이 인가되면, 도5의 파형 W3으로 도시되는 바와 같이, 전하의 이동이 정지된다. 그런 다음, 역시, 트랜지스터 Tr11의 게이트의 영역 Tr11에 대응하는 범위 Z22에 남겨진 잔류 전하가 포토이오드 PD로 되돌아가게 되어, 잔상이나 랜덤 노이즈가 발생한다.
따라서, 트랜지스터 Tr11의 게이트에 인가하는 전압을 고압 전원 VH와 저압 전원 VL의 중간 전위로 이루어지는 중압 전원 VM(단, 중압 전원 VM은, 트랜지스터 Tr11의 게이트의 임계값 전압 Vth보다도 작음)으로 하면, 도 5에서의 파형 W4로 도시되는 바와 같이, 트랜지스터 Tr11의 소스-드레인간을 온으로 하면서, 전위 Lev3보다도 높은 전위 Lev4를 유지한다(캐리어의 페르미 레벨보다 높은 상태를 유지함으로써). 그러면, 도면 중의 우단부로 되는 장벽 R2가 거의 소멸한 상태 R3으로 된다. 이러한 상태를 소정 시간만큼 계속함으로써, 전송 스위치로 되는 트랜지스터 Tr11의 게이트 아래의 잔류 전하를 저감시켜, 부유 확산 영역 P1에 배출시킬 수 있다.
이와 같이, 포토다이오드 PD에 의해 생성된 전하가, 완전히 전송되지 않고 잔류하는 잔류 전하를 저감시킴으로써, 노이즈를 억제하는 것을 목적으로 하여, 3값 출력 드라이버(39)는, 고압 전원 VH 및 저압 전원 VL 외에 중압 전원 VM을 설정하여, 트랜지스터 Tr11의 게이트 전압을 3값에 의해 제어하고 있다.
다음으로, 고압 전원 출력부(32)로부터 출력되는 고압 전원 VH, 중압 전원 출력부(33)에 의해 출력되는 중압 전원 VM, 및 저압 전원 출력부(34)에 의해 출력되는 저압 전원 VL의 전원 관리에 대하여 설명한다.
고압 전원 출력부(32) 및 저압 전원 출력부(34)는, 상술한 바와 같이 트랜지스터 Tr11의 게이트에 인가하는 Hi 신호 및 Low 신호를 공급하는 고압 전원 VH 및 저압 전원 VL로서 기능하는 것으로서, 촬상 소자(21)의 전용 전원으로서 설정되어 있다. 따라서, 전원 관리부(31)는, 촬상 소자(21)를 구비한 촬상부(11)가 기동할 때, 스위치(35, 37)를 온의 상태로 제어한다. 또한, 촬상부(11)의 사용이 정지되어 있는 상태일 때, 전원 관리부(31)는, 스위치(35, 37)를 오프의 상태로 제어한다.
중압 전원 출력부(33)는, 상술한 바와 같이 트랜지스터 Tr11의 게이트에 인가하는 중간 전위인 중압 전원 VM으로서 기능함과 함께, 신호 처리부(42)에 대표되는 각종 보조 장치에 전력을 공급하는 전원으로서 기능하고 있다. 따라서, 전원 관리부(31)는, 촬상 소자(21)를 구비한 촬상부(11)가 기동할 때에는 물론, 그 외에 보조 장치가 동작할 때 스위치(36)를 온의 상태로 제어한다. 또한, 촬상부(11) 및 보조 장치 중 어느 쪽인가의 동작이 정지되어 있을 때, 전원 관리부(31)는, 스위치(36)를 오프의 상태로 제어한다.
이와 같이, 고압 전원 출력부(32) 및 저압 전원 출력부(34)는, 촬상부(11)의 촬상 소자(21)가 동작하지 않는 상태에서는, 오프의 상태로 하는 경우가 있지만, 보조 장치는, 어느 하나의 장치가 계속적으로 동작하고 있는 경우가 많다. 따라서, 중압 전원 출력부(33)로부터 공급되는 중압 전원 VM만이 기동하고 있는 것으로 생각된다. 중압 전원 VM만이 기동하고 있는 경우, 하드 클리어 신호 발생부(40)에 의해 Low 신호의 하드 클리어 신호가 발생되고 있다. 이 Low 신호의 하드 클리어 신호에 기초하여, 3값 출력 드라이버(39)에서는, 인버터 Inv1이, 하드 클리어 신호의 반전 신호로서 Hi 신호를 발생하고, 이 Hi 신호로 이루어지는 반전 신호가 트랜지스터 Tr31의 게이트에 입력된다. 따라서, 트랜지스터 Tr31이 오프의 상태로 되므로, 트랜지스터 Tr31에 의해 트랜지스터 Tr22의 소스에 대한 중압 전원 VM의 인가가 차단된다.
결과로서, 상술한 바와 같은 처리에 의해, 트랜지스터 Tr22의 백 게이트에 고압 전원 VH가 인가되지 않는 상태에서, 트랜지스터 Tr22의 소스에 기동 상태의 중압 전원 VM이 인가되는 일이 없어지므로, 트랜지스터 Tr22에서는, 소스로부터 백게이트에 대하여 누설 전류가 발생하지 않는다.
여기서, 도 6의 플로우차트를 참조하여, 상술한 바와 같은 누설 전류의 발생을 차단하는 3값 출력 드라이버(39)에서의 누설 전류 차단 처리에 대하여 의해 상세하게 설명한다.
스텝 S1에서, 하드 클리어 신호 발생부(40)는, 고압 전원 출력부(32)의 스위 치(35)가 온으로 됨으로써 고압 전원 VH의 전력 공급이 있는지의 여부를 판정한다. 예를 들면, 촬상부(11)의 동작이 정지되어 있고, 저전력 모드 등에 의해 스위치(35)가 전원 관리부(31)에 의해 오프로 되어, 고압 전원 출력부(32)로부터의 고압 전원 VH의 전력 공급이 없는 경우, 스텝 S2에서, 하드 클리어 신호 발생부(40)는, 하드 클리어를 나타내는 Low 신호의 하드 클리어 신호 XCLR을 발생하여, 3값 출력 드라이버(39)의 인버터 Inv1에 공급한다.
한편, 스텝 S1에서, 예를 들면, 촬상부(11)에 의한 촬상이 지시되어 있고 스위치(35)가 전원 관리부(31)에 의해 온으로 되어, 고압 전원 출력부(32)로부터의 고압 전원 VH의 전력 공급이 있는 경우, 스텝 S3에서, 하드 클리어 신호 발생부(40)는, 하드 클리어가 아닌 Hi 신호의 하드 클리어 신호 XCLR을 발생하여, 3값 출력 드라이버(39)의 인버터 Inv1에 공급한다.
스텝 S4에서, 인버터 Inv1은, 하드 클리어 신호 발생부(40)로부터 공급되는 하드 클리어 신호 XCLR을 반전하여 트랜지스터 Tr31의 게이트에 출력한다. 즉, 인버터 Inv1은, 하드 클리어 신호 XCLR가 Low 신호이면, Hi 신호를 출력한다. 반대로, 하드 클리어 신호 XCLR가 Hi 신호이면, 인버터 Inv1은 Low 신호를 출력한다.
스텝 S5에서, 트랜지스터 Tr31은, 자신의 게이트에 대하여 인버터 Inv1로부터 공급되는 신호가 Low 신호인지의 여부, 즉, 하드 클리어 신호 발생부(40)로부터 하드 클리어를 지시하지 않는 하드 클리어 신호 XCLR가 공급되고 있는지의 여부를 판정한다. 예를 들면, 인버터 Inv1로부터 공급되는 신호가 Low 신호이고, 하드 클 리어가 지시되고 있지 않고, 고압 전원 VH가 전력 공급되고 있는 경우, 트랜지스터 Tr31은, 온으로 제어된다. 다음으로, 소스에 공급되는 중압 전원 출력부(33)로부터 공급되는 중압 전원 VM을 드레인으로부터 출력하여, 트랜지스터 Tr22의 소스에 공급한다. 그런 다음, 처리는, 스텝 S1로 되돌아간다.
한편, 스텝 S5에서, 예를 들면, 자신의 게이트에 대하여 인버터 Inv1로부터 공급되는 신호가 Hi 신호이고, 하드 클리어가 지시되며, 고압 전원 VH가 전력 공급되고 있지 않은 경우, 트랜지스터 Tr31은, 오프로 제어된다. 소스에 공급되는 중압 전원 출력부(33)로부터 공급되는 중압 전원 VM이 드레인으로부터, 트랜지스터 Tr22의 소스에 공급되지 않는다. 그런 다음, 처리는, 스텝 S1로 되돌아간다.
이상과 같이, 트랜지스터 Tr22의 전단에 트랜지스터(파워 게이트 트랜지스터) Tr31을 설치하도록 함으로써, 예를 들면, 촬상부(11)의 동작을 정지시키고, 신호 처리부(42)만을 동작시키기 위해, 스위치(35, 37)가 오프로 된다. 다음으로, 고압 전원 출력부(32)로부터 고압 전원 VH의 출력이 정지된 상태에서, 스위치(36)가 온으로 되어, 중압 전원 출력부(33)로부터 중압 전원 VM이 출력된다. 신호 처리부(42)에 전력 공급이 계속되고 있는 경우, 트랜지스터 Tr31이 오프로 제어된다. 트랜지스터 Tr22의 백 게이트에 대하여, 고압 전원 VH=0이 인가된 상태에서, 소스에의 중압 전원 VM이 인가되지 않는다. 그 결과, 트랜지스터 Tr22의 소스-게이트간의 누설 전류가 차단된다. 또한, 누설 전류를 고려할 필요가 없으므로, 누설 전류를 방지하기 위해 중압 전원 VM을 사용할 뿐임에도 불구하고, 아울러 고압 전원 VH를 기동시킬 필요가 없어진다. 그 결과, 소비 전력을 저감시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 반드시 고압 전원 VH를 먼저 기동시키고나서, 중압 전원 VM을 기동시킬 필요가 없어지므로, 기동 시퀀스에 베리에이션을 갖게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 이상에서는, 보조 장치로서 신호 제어부(42)가 거론되어 있지만, 당연히, 중압 전원 VM에 의해 동작하는 것이면, 그 밖의 것이어도 된다.
또한, 이상에서는, 3값에 의해 촬상 소자(21)의 전송 게이트를 제어하는 예에 대하여 설명하였지만, 더 많은 전압값으로 이루어지는 전원에 의해, 복수의 전압의 상태에서 제어하도록 해도 된다. 이 경우, 각 중간 전위로 되는 전압에 대하여 트랜지스터 Tr31과 마찬가지의 구성을 설치하도록 함으로써, 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따르면, 전압이 상이한 복수의 전원의 소비 전력을 효율적으로 저감시키고, 기동 시퀀스를 자유롭게 설정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 명세서에서, 플로우차트를 기술하는 스텝은, 기재된 순서를 따라서 시계열적으로 행하여지는 처리는 물론, 반드시 시계열적으로 처리되지 않아도, 병렬적 혹은 개별로 실행되는 처리를 포함하는 것이다.
도 7은 본 발명의 각 실시예에 따른 카메라를 도시한 단면도이다. 본 실시예의 카메라는, 정화상 또는 동화상을 촬영할 수 있는 비디오 카메라이다.
본 실시예에 따른 카메라는 화상 센서(11), 광학계(110), 셔터 장치(111), 화상 처리부(12) 및 신호 처리 회로(112)를 포함한다.
광학계(110)는 피사체로부터의 화상 광(입사광)이 화상 센서(11)의 촬상 표면 상에 결상되게 한다. 그 결과, 대응 신호 전하가 소정의 기간 동안 화상 센서(11)에 축적된다.
셔터 장치(111)는 화상 센서(11)에 대해서 광 조사 기간 및 광 차단 기간을 제어한다.
화상 처리 회로(12)는 화상 센서(11)의 전송 동작 및 셔터 장치(111)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 공급한다. 화상 센서(11)의 신호 전송은 화상 처리부(12)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 의해 수행된다. 신호 처리 회로(112)는 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리되는 비디오 신호는 메모리와 같은 기억 미디어 내에 기억되거나, 또는 모니터에 출력된다.
상기 실시예에서, 본 발명이, 가시광의 광량에 대응하는 신호 전하를 물리량으로서 검출하는 단위 픽셀이 매트릭스로 배치되어 있는 화상 센서(11)에 적용되는 경우가 예로서 기술된다. 그러나, 본 발명은 상기 화상 센서에 적용되는 것에 한정되는 것은 아니며, 화소 어레이부의 화소열마다 열 회로가 배치된 모든 종류의 열 타입 고체 촬상 소자에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 가시광의 입사 광량의 분배를 검출하고, 상기 분배를 영상으로서 촬영하는 고체 촬상 소자에 적용되는데 한정되는 것은 아니며, 적외선 또는 X선, 또는 입자의 입사량의 분배 또는 화상과 유사한 것을 촬영하는 고체 촬상 소자, 또는 넓은 의미에서, 압력 또는 정전기 캐패시턴스와 같은 다른 물리량의 분배 를 검출하고, 이 분배를 화상으로서 촬영하는, 지문 검출 센서와 같은 모든 종류의 고체 촬상 소자(물리량 분배 검출 장치)에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 화소 어레이부의 단위 화소를 행 단위로 순차적으로 주사하고, 화소 신호를 단위 화소의 각각으로부터 판독하는 고체 촬상 소자에 한정되는 것은 아니며, 화소의 단위로 임의의 화소를 선택하고, 화소의 단위에서 선택한 화소로부터 신호를 판독하는 X-Y 어드레스형 고체 촬상 소자에 적용될 수도 있다.
또한, 고체 촬상 소자는 하나의 칩 형태로 형성되거나, 촬상부와 신호 처리부 또는 광학계가 그룹으로 패키지된 상태로 촬상 기능을 갖는 모듈의 형태로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 고체 촬상 소자에 한정되는 것은 아니며, 촬상 장치에도 적용될 수 있다. 여기서, 촬상 장치는, 디지털 카메라 또는 비디오 카메라와 같은 카메라 시스템, 또는 모바일 폰과 같은 촬상 기능을 갖는 전자 장치를 지칭한다. 또한, 전자 장치에 탑재된 모듈의 형태, 즉, 카메라 모듈이 촬상 장치일 수 있다.
비디오 카메라 또는 디지털 카메라 또는 촬상 장치 내에서, 전술한 실시예에 따른 화상 센서(11)를, 모바일 폰과 같은 모바일 장치에 대한 카메라 모듈 고체와 같은 촬상 소자로서 이용함으로써, 단순한 구성을 갖는 화상 센서(11)로 고품질 화상을 얻는 것이 가능해진다.
당업자는 첨부된 특허청구범위의 범주 또는 그 균등물에 포함되는 한, 디자인 요구 및 다른 요소에 따라, 다양한 변경, 조합, 서브 조합 및 대체가 발생할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 종래의 3값 출력 드라이버의 구성예를 도시하는 블록도.
도 2는 본 발명을 적용한 촬상 장치의 구성예를 도시하는 블록도.
도 3은 도 2의 3값 출력 드라이버의 구성예를 도시하는 블록도.
도 4는 도 2의 촬상 소자의 구성예를 도시하는 측면 단면도.
도 5는 도 4의 측면 단면도의 영역마다의 전위 분포를 도시하는 도면.
도 6은 누설 전류 차단 처리를 설명하는 플로우차트.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 카메라의 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 촬상부
12 : 화상 처리부
31 : 전원 관리부
32 : 고압 전원 출력부
33 : 중압 전원 출력부
34 : 저전압 출력부
35 내지 37 : 스위치
38 : 리세트 신호 출력부
39 : 3값 출력 드라이버
40 : 하드 클리어 신호 발생부
41 : 드라이버 제어부
42 : 신호 처리부
43 : 화상 생성부
44 : 표시부
45 : 선택부
Tr11 내지 Tr14 : 트랜지스터
Tr21, Tr22 : P형 트랜지스터
Tr23 : N형 트랜지스터
Tr31 : P형 트랜지스터
Inv1 : 인버터

Claims (6)

  1. 제1 전원, 상기 제1 전원보다도 고전위인 제2 전원, 및 상기 제1 전원보다도 저전압인 제3 전원 - 상기 전원 모두는 보조 장치에 전력을 공급함 - 중 어느 하나를, 포토다이오드를 갖는 CMOS 이미지 센서의 전송 게이트로 절환하고, 해당 전력을 상기 전송 게이트에 출력하는 전원 장치로서,
    상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제2 전원의 전력을 출력하는 제1 트랜지스터와,
    상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제1 전원의 전력을 출력하는 제2 트랜지스터와,
    상기 제3 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제3 전원의 전력을 출력하는 제3 트랜지스터와,
    상기 제2 트랜지스터의 전단에 위치되고, 상기 제1 전원에 의해 구동되며, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 제4 트랜지스터
    를 포함하고,
    상기 제4 트랜지스터는, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 것을 정지시키는 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 소정의 신호를 발생하는 신호 발생부를 더 포함하고,
    상기 제4 트랜지스터는, 상기 소정의 신호에 기초하여, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 것을 정지시키는 전원 장치.
  3. 제1 전원, 상기 제1 전원보다도 고전위인 제2 전원, 및 상기 제1 전원보다도 저전압인 제3 전원 - 상기 전원 모두는 보조 장치에 전력을 공급함 - 중 어느 하나를, 포토다이오드를 갖는 CMOS 이미지 센서의 전송 게이트로 절환하고, 해당 전력을 상기 전송 게이트에 출력하고,
    상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제2 전원의 전력을 출력하는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제1 전원의 전력을 출력하는 제2 트랜지스터와, 상기 제3 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제3 전원의 전력을 출력하는 제3 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 전단에 위치되고, 상기 제1 전원에 의해 구동되며, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 제4 트랜지스터를 포함하는 전원 장치의 동작 방법으로서,
    상기 제4 트랜지스터가, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 것을 정지시키는 단계를 포함하는 전원 장치의 동작 방법.
  4. 제1 전원, 상기 제1 전원보다도 고전위인 제2 전원, 및 상기 제1 전원보다도 저전압인 제3 전원 - 상기 전원 모두는 보조 장치에 전력을 공급함 - 중 어느 하나를, 포토다이오드를 갖는 CMOS 이미지 센서의 전송 게이트로 절환하고, 해당 전력을 상기 전송 게이트에 출력하는 전자 장치로서,
    상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제2 전원의 전력을 출력하는 제1 트랜지스터와,
    상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제1 전원의 전력을 출력하는 제2 트랜지스터와,
    상기 제3 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제3 전원의 전력을 출력하는 제3 트랜지스터와,
    상기 제2 트랜지스터의 전단에 위치되고, 상기 제1 전원에 의해 구동되며, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 제4 트랜지스터
    를 포함하고,
    상기 제4 트랜지스터는, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 것을 정지시키는 전자 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 소정의 신호를 발생하는 신호 발생 부를 더 포함하고,
    상기 제4 트랜지스터는, 상기 소정의 신호에 기초하여, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 것을 정지시키는 전자 장치.
  6. 제1 전원, 상기 제1 전원보다도 고전위인 제2 전원, 및 상기 제1 전원보다도 저전압인 제3 전원 - 상기 전원 모두는 보조 장치에 전력을 공급함 - 중 어느 하나를, 포토다이오드를 갖는 CMOS 이미지 센서의 전송 게이트로 절환하고, 해당 전력을 상기 전송 게이트에 출력하고,
    상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제2 전원의 전력을 출력하는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제1 전원의 전력을 출력하는 제2 트랜지스터와, 상기 제3 전원에 의해 구동되고, 상기 전송 게이트에 상기 제3 전원의 전력을 출력하는 제3 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 전단에 위치되고, 상기 제1 전원에 의해 구동되며, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 제4 트랜지스터를 포함하는 전자 장치의 동작 방법으로서,
    상기 제4 트랜지스터가, 상기 제2 전원의 전력 공급이 정지될 때, 상기 제1 전원의 전력을 상기 제2 트랜지스터의 소스에 출력하는 것을 정지시키는 단계를 포함하는 전자 장치의 동작 방법.
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