KR20140134661A

KR20140134661A - 고체 촬상 장치 및 전자 기기

Info

Publication number: KR20140134661A
Application number: KR1020147024771A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 이토; 겐 카사이
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-11-24
Also published as: US20150021462A1; WO2013140872A1; CN104205810A; US20160198113A1; JPWO2013140872A1; US9900537B2; US9363454B2; TW201340708A

Abstract

고체 촬상 장치는, 광전 변환부, 전하 전압 변환부, 및, 그 광전 변환부에 축적된 전하를 그 전하 전압 변환부에 전송하는 전송 트랜지스터를 포함하는 화소를 복수 갖는 화소부와, 광전 변환부에 축적된 신호 전하를 소정 회수의 중간전송 동작 및 완전전송 동작에 의해 분할하여 판독할 때의 중간전송 동작시에 전송 트랜지스터의 게이트에 인가하는 중간전압의 최적치의 정보가 격납되어 있는 기억부를 구비한다.

Description

고체 촬상 장치 및 전자 기기{SOLID IMAGING DEVICE AND ELECTRONIC EQUIPMENT}

본 개시는, 고체 촬상 장치, 및, 그것을 구비한 전자 기기에 관한 것이다.

종래, 고체 촬상 장치로서, 광전 변환 소자인 포토 다이오드에 축적한 신호 전하를, MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 트랜지스터를 통하여 판독하는 CMOS(Complementary MOS) 이미지 센서가, 다양한 용도로 사용되고 있다.

이와 같은 고체 촬상 장치에서, 포토 다이오드의 포화 전하량을 크게 하면, 그 포화 전하량이, 전하량을 전압 신호로 변환하는 플로팅 디퓨전부에 축적 가능한 최대 전하량보다 커지는 경우가 있다. 이 경우에는, 1회의 판독 동작으로 포토 다이오드에 축적된 전하량을 전부 플로팅 디퓨전부에 전송할 수가 없기 때문에, 판독 동작을 복수회 행한다(예를 들면 특허 문헌 1 및 2 참조).

예를 들면, 특허 문헌 1에서는, 우선, 전송 트랜지스터에 의해 포토 다이오드로부터 플로팅 디퓨전부에 신호 전하를 복수회로 분할하여 전송한다. 또한, 이 때, 도중의 전송 동작(중간전송 동작)에서는, 전송 트랜지스터의 게이트에는 중간전압이 인가된다. 그리고, 특허 문헌 1에서는, 복수회로 분할하여 판독된 복수의 신호를 합성하여, 포토 다이오드에 축적된 신호 전하에 대응하는 전압 신호를 생성하고 있다.

또한, 특허 문헌 2에는, 포토 다이오드에 축적된 신호 전하를 복수회로 분할하여 판독할 때의 중간전압을, 최적치로 피드백 제어하는 수법이 기재되어 있다. 특허 문헌 2의 수법에서는, 화소부 내의 일부의 화소를 강제적으로 포화시킨 후, 그 화소의 포화 전하량과, 중간전송 동작(도중의 판독 동작) 후에 포토 다이오드에 남는 전하량에 의거하여, 중간전압을 최적 제어하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 특개2010-226679호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개2010-109677호 공보

상술한 바와 같이, 종래, 고체 촬상 장치에서는, 포토 다이오드에 축적된 신호 전하를 복수회로 분할하여 판독하는 수법이 여러가지 제안되어 있다. 그런데, 포토 다이오드에 축적된 신호 전하를 플로팅 디퓨전부에 전송할 때에 이용하는 전송 트랜지스터는, 일반적으로 MOSFET(MOS Field Effect Transistor)로 구성된다.

MOSFET는, 그 구조가 단순하기 때문에 미세화가 용이하지만, 그 소자 특성(전기 특성)에 편차가 생기기 쉽다. 반도체 집적 회로의 제조 프로세스에서는, 그 제조 조건에는 변동이 발생하기 쉽고, 이 제조 조건이 변동이, MOSFET의 형상이나 물성적인 조건에 영향을 주고, 그 영향이 MOSFET의 전기 특성의 편차로서 나타난다.

상술한 바와 같은 MOSFET의 전기 특성의 편차(성능 편차)가 존재하면, MOSFET로 이루어지는 전송 트랜지스터를 포함하는 화소로부터 화소 신호를 판독할 때의 성능도 화소마다 변동한다. 특히, 포토 다이오드에 축적된 신호 전하를 복수회로 분할하여 판독하는 구성의 고체 촬상 장치에서는, 중간전송 동작시의 판독 성능에의 전송 트랜지스터의 성능 편차의 영향이 커진다.

따라서, 포토 다이오드에 축적된 신호 전하를 복수회로 분할하여 판독하는 구성의 고체 촬상 장치, 및, 그것을 구비한 전자 기기에서, 상술한 전송 트랜지스터의 성능 편차의 영향을 저감하는 것이 바람직하다.

본 개시된 한 실시의 형태의 고체 촬상 장치는, 화소부와 기억부를 구비하고, 각 부분의 구성을 다음과 같이 한다. 화소부는, 광전 변환부, 전하 전압 변환부, 및, 광전 변환부에 축적된 전하를 전하 전압 변환부에 전송하는 전송 트랜지스터를 포함하는 화소를 복수 갖는다. 그리고, 기억부에는, 광전 변환부에 축적된 신호 전하를 소정 회수의 중간전송 동작 및 완전전송 동작에 의해 분할하여 판독할 때의 중간전송 동작시에 전송 트랜지스터의 게이트에 인가하는 중간전압의 최적치의 정보가 격납되어 있다.

본 개시된 한 실시의 형태의 전자 기기는, 상기 본 개시된 고체 촬상 장치와, 고체 촬상 장치의 출력 신호에 대해 소정의 처리를 시행하는 신호 처리 회로를 구비한다.

또한, 본 명세서에서, 「완전전송 동작」이란, 광전 변환부에 축적된 신호 전하를 전송 트랜지스터로 복수회로 분할하여 전하 전압 변환부에 전송하는(판독하는) 일련의 동작에 있어서, 최후에 행하는 전송 동작(판독 동작)인 것을 말한다. 또한, 본 명세서에서, 「중간전송 동작」이란, 광전 변환부에 축적된 신호 전하를 전송 트랜지스터로 복수회로 분할하여 전하 전압 변환부에 전송하는 일련의 동작에서, 완전전송 동작보다 전에 행하는 전송 동작인 것을 말한다. 또한, 본 명세서에서는, 「중간전압」이란, 전송 트랜지스터의 게이트에 인가되는 로우레벨의 전압보다 크고, 또한, 완전전송 동작시에 전송 트랜지스터의 게이트에 인이되는 하이레벨의 전압보다 작은 전압인 것을 말한다.

상술한 바와 같이, 본 개시된 한 실시의 형태의 고체 촬상 장치는, 중간전송 동작시에 전송 트랜지스터의 게이트에 인가하는 중간전압의 최적치의 정보가 격납된 기억부를 구비한다. 그 때문에, 본 개시에 의하면, 기억부에 격납된 중간전압의 최적치를 이용하여 중간전송 동작을 행할 수가 있어서, 상술한 전송 트랜지스터의 성능 편차에 의한 판독 성능에의 영향을 저감할 수 있다.

도 1A는 전송 트랜지스터의 성능 편차의 영향을 설명하기 위한 도면.
도 1B는 전송 트랜지스터의 성능 편차의 영향을 설명하기 위한 도면.
도 1C는 전송 트랜지스터의 성능 편차의 영향을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 개시된 한 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 블록 구성도.
도 3은 본 개시된 한 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 각 화소, 및, 각 화소에 대응하여 마련되는 칼럼 처리부 내의 단위 회로의 개략 구성도.
도 4는 칼럼 처리부 내의 단위 회로의 동작을 설명하기 위한 각종 신호의 타이밍 차트.
도 5는 고체 촬상 장치의 최적 중간전압을 구하기 위한 측정 시스템의 개략 구성도.
도 6은 고체 촬상 장치의 최적 중간전압의 설정 동작의 순서를 도시하는 플로 차트.
도 7은 고체 촬상 장치의 최적 중간전압의 설정 동작을 설명하기 위한 각종 신호의 타이밍 차트.
도 8A는 최적 중간전압의 설정 동작시에 있어서의 전하의 전송 동작의 양상을 도시하는 도면.
도 8B는 도 8A에 계속된 전하의 전송 동작의 양상을 도시하는 도면.
도 8C는 도 8B에 계속된 전하의 전송 동작의 양상을 도시하는 도면.
도 8D는 도 8C에 계속된 전하의 전송 동작의 양상을 도시하는 도면.
도 9는 각 화소의 중간전압의 최적치를 구하는 수법을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 개시된 고체 촬상 장치를 적용한 전자 기기의 한 예를 도시하는 도면.

이하에, 본 개시된 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치, 및, 그것을 구비한 전자 기기의 한 예를, 도면을 참조하면서 하기한 순서로 설명한다. 단, 본 개시는 하기한 예로 한정되지 않는다.

1. 고체 촬상 장치의 구성

2. 중간전압의 최적치의 설정 수법

3. 전자 기기(응용례)의 구성

<1. 고체 촬상 장치의 구성>

본 실시 형태에서는, 포토 다이오드(이하, PD라고 기재한다)에 축적된 신호 전하를 전송 트랜지스터에 의해 복수회로 분할하여 플로팅 디퓨전부(이하, FD부라고 기재한다)에 전송한 방식의 고체 촬상 장치의 구성례를 설명한다. 또한, 이하에서는, 이와 같은 방식을 분할 판독 방식이라고 말한다. 이 분할 판독 방식에서는, 예를 들면 분할하여 판독한 복수의 화소 신호(출력 데이터)를 최종적으로는 가산하여 출력한다.

[전송 트랜지스터의 성능 편차의 영향]

우선, 본 실시 형태에 관한 분할 판독 방식의 고체 촬상 장치의 구체적인 구성을 설명하기 전에, 이 방식의 고체 촬상 장치에서, 전송 트랜지스터의 성능 편차에 의해 발생할 수 있는 사상(事象)에 관해 간단히 설명한다.

분할 판독 방식에서는, 완전전송 동작의 직전에 PD에 남아 있는 전하량(Qc)을, FD부에 축적 가능한 최대 전하량(포화 전하량(Qfd)) 이하로 하는 것이 바람직하다. 즉, 완전전송 동작시에 판독된 전하량(Qc)과, 중간전송 동작마다 판독된 전하량(Qm)과, PD의 포화 전하량(Qs)과, FD부의 포화 전하량(Qfd)과의 사이에는, 하기 식(1)의 관계가 성립되는 것이 바람직하다. 또한, 하기 식(1) 중의 「n」은, 중간전송 동작의 회수이다.

Qs - n×Qm=Qc ≤ Qfd …(1)

도 1A 및 도 1B에, 상기 식(1)의 조건을 충족시키는 경우의, PD의 포화 전하량(Qs)과, 중간전송 동작마다 판독되는 전하량(Qm)과, 완전전송 동작시에 판독되는 전하량(Qc)과의 관계를 도시한다. 또한, 도 1A는, Qc=Qfd가 되는 경우의 한 예이고, 도 1B는 Qc < Qfd가 되는 경우의 한 예이다. 또한, 도 1C에, 상기 식(1)의 조건을 충족시키지 않는 경우의, PD의 포화 전하량(Qs)과, 중간전송 동작마다 판독되는 전하량(Qm)과, 완전전송 동작시에 판독되는 전하량(Qc)과의 관계를 도시한다.

도 1A 및 도 1B에 도시하는 바와 같이, 완전전송 동작시에 판독되는 전하량(Qc), 즉, 완전전송 동작의 직전에 PD에 남는 전하량이, FD부의 포화 전하량(Qfd) 이하인 경우에는, 완전전송 동작시에, FD부에서 전하가 넘치기 어렵다. 그 때문에, 이와 같은 경우에는, PD에서 축적된 전하량에 대응하는 데이터(화소 신호)를 정확하게 판독할 수 있다. 또한, 이하에서는, 완전전송 동작시에 판독된 전하량(Qc)(완전전송 동작의 직전에 PD에 남는 전하량)을 중간전압 유지 전하량(Qc)이라고 말한다.

한편, 도 1C에 도시하는 바와 같이, 중간전송 동작마다의 전송 전하량(Qm)이 비교적 작은 경우(중간전압이 낮은 경우)에는, 중간전압 유지 전하량(Qc)이, FD부의 포화 전하량(Qfd)보다 커지는 일이 있다. 이와 같은 경우에는, 중간전압 유지 전하량(Qc) 중, FD부의 포화 전하량(Qfd)을 넘는 부분의 전하량이 FD부로부터 넘쳐 나온다. 그 때문에, 이와 같은 경우에는, PD에서 축적된 전하량에 대응하는 데이터(화소 신호)를 정확하게 판독하는 것이 곤란하다.

상술한 바와 같이, 중간전압 유지 전하량(Qc)은, 중간전송 동작마다의 전송 전하량(Qm)에 의존하여 변화하고, 중간전송 동작마다의 전송 전하량(Qm)은, 중간전송 동작시에 전송 트랜지스터의 게이트에 인가하는 중간전압에 의해 변화한다. 그 때문에, 분할 판독 방식에서, PD에서 축적된 전하량에 대응하는 데이터를 정확하게 판독하기 위해서는, 각 화소에서, 상기 식(1)의 조건이 충족되도록, 중간전압을 설정하는 것이 바람직하다.

그러나, 화소마다 전송 트랜지스터의 성능에 편차가 존재하면, 각 화소의 전송 트랜지스터에 인가하는 중간전압이 같아도, PD 및 FD부 사이의 포텐셜 장벽의 높이(전위)가 화소마다 변동한다. 이 경우, 중간전송 동작시에 전송되는 전하량(Qm)이 화소마다 다르고, 최종적으로는, 중간전압 유지 전하량(Qc)도, 화소마다 다르다. 즉, 화소마다 전송 트랜지스터의 성능 편차가 존재하면, 상기 식(1)의 조건을 충족시키지 않는 화소가 존재할 가능성이 있고, 그 경우에는, 화상 데이터를 정확하게 재현하는 것이 곤란해진다.

또한, 상기 특허 문헌 1에서는, 상술한 바와 같은 전송 트랜지스터의 성능 편차의 영향은 고려되어 있지 않다. 또한, 상기 특허 문헌 2에서는, 일부의 화소에 대해 중간전압 유지 전하량(Qc)을 측정하고 중간전압을 최적 제어하지만, 통상의 촬상 동작에서 사용하는 화소에 대해 이 최적 제어를 실시하고 있지 않다. 즉, 상기 특허 문헌 2에서도, 상기 식(1)의 조건을 충족시키지 않는 화소가 발생할 가능성이 있다.

그러면, 이하에서는, 신호 전하의 판독시에, 모든 화소에서 상기 식(1)의 조건이 충족되는 구성의 고체 촬상 장치의 한 예를 설명한다.

[고체 촬상 장치의 구성]

도 2에, 본 개시된 한 실시 형태에 관한 분할 판독 방식의 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시한다. 또한, 도 2는, 고체 촬상 장치 전체의 개략 블록 구성도이다.

고체 촬상 장치(1)는, CMOS 이미지 센서이고, 화소부(10)와, 센서 제어 회로(11)와, 수직 주사 회로(12)와, 칼럼 처리부(13)를 구비한다. 또한, 고체 촬상 장치(1)는, 디지털 처리 회로(14)와, 참조 신호 생성 회로(15)(DAC : Digital to Analog Converter)와, 기억부(16)와, 중간전압 생성 회로(17)와, 기록 제어부(18)를 구비한다.

화소부(10)는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 단위 화소(20)(이하, 단지 화소(20)라고 한다)를 갖는다. 또한, 화소(20)의 내부 구성에 관해서는, 후에 상세히 기술한다. 또한, 화소부(10)는, 행렬형상으로 2차원 배치된 화소(20)의 행마다, 행방향에 따라 형성된 각종 화소 구동선(부도시)과, 열마다, 열방향에 따라 형성된 수직 신호선(VSL)을 구비한다. 또한, 각종 화소 구동선은, 수직 주사 회로(12)에 접속되고(부도시), 수직 신호선(VSL)은, 칼럼 처리부(13)에 접속된다.

센서 제어 회로(11)는, 고체 촬상 장치(1)의 각종 동작의 타이밍 신호를 생성하는 예를 들면 타이밍 제너레이터 등에 의해 구성된다. 그리고, 센서 제어 회로(11)에서 생성된 각종 타이밍 신호는, 수직 주사 회로(12), 칼럼 처리부(13) 등에 공급되고, 이들의 타이밍 신호에 의거하여 각 부분이 구동 제어된다.

수직 주사 회로(12)는, 예를 들면, 시프트 레지스터, 어드레스 디코더 등의 회로 소자에 의해 구성되고, 화소부(10)의 각 화소(20)에 각종 구동 신호를 출력하고, 각 화소(20)를 구동하고, 각 화소(20)로부터 신호를 판독한다.

칼럼 처리부(13)는, 수직 신호선(VSL)에 출력된 아날로그의 화소 신호(전압 신호)에 대해 소정의 처리를 시행하는 복수의 단위 회로(30)를 갖는다. 단위 회로(30)는, 수직 신호선(VSL)마다 마련된다.

각 단위 회로(30)에서는, 대응하는 수직 신호선(VSL)을 통하여 얻어지는 화소 신호(전압 신호)에 대해, AD(Analog to Digital) 변환 처리뿐만 아니라, 그 전후에 CDS(Correlated Double Sampling) 처리를 행한다. 즉, 단위 회로(30)에서는, 수직 신호선(VSL)을 통하여 얻어지는 화소 신호에 대해, 듀얼 노이즈 캔슬링 방식의 신호 처리가 행하여진다. 또한, 단위 회로(30)의 내부 구성 및 동작에 관해서는 후에 상세히 기술한다.

디지털 처리 회로(14)는, 칼럼 처리부(13)로부터 출력되는 디지털의 화소 신호(카운트수)에 대해 각종 신호 처리를 행한다. 예를 들면, 디지털 처리 회로(14)는, 입력된 카운트수를 대응하는 출력 코드로 변환한다.

참조 신호 생성 회로(15)는, 화소 신호를 AD 변환할 때에 이용하는 참조 신호(참조 전압)을 생성하고, 그 참조 신호를 칼럼 처리부(13) 내의 후술하는 AD 변환 회로(34)(콤퍼레이터)에 공급한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 참조 신호 생성 회로(15)는, 통상 동작시뿐만 아니라, 출하 전에 행하는 중간전압의 최적치의 설정 동작시에도 참조 신호를 생성하여 출력한다.

기억부(16)는, 예를 들면 전기적으로 프로그램 가능한 퓨즈(eFuse : 전기 퓨즈) 등의 메모리 소자로 구성된다. 또한, 고체 촬상 장치(1)의 제작 용이성의 관점에서는, 기억부(16)로서, 화소(20)를 구성하는 MOS 트랜지스터의 형성 공정과 동시에 제작할 수 있는 구성의 메모리 소자를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 관점에서는, 기억부(16)를 전기적으로 프로그램 가능한 퓨즈(eFuse)로 구성하는 것이 바람직하다.

기억부(16)에는, 예를 들면, 중간전압의 최적치 등의 화소 신호의 판독시에 필요한 각종 정보가 격납된다. 본 실시 형태에서는, 화소부(10) 내의 모든 화소(20)에서, 판독시에 상기 식(1)의 조건을 충족시키는 중간전압의 최적치(후술하는 최적 중간전압(Vmo))의 정보가 기억부(16)에 기억된다. 또한, 기억부(16)는, 중간전압 생성 회로(17)에 접속되고, 화소 신호의 판독시에는, 기억부(16)에 격납된 중간전압의 최적치의 정보가 중간전압 생성 회로(17)에 출력된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 판독시에 필요한 각종 정보로서, 화소(20)마다의 중간전압의 최적치(후술하는 최적치(Vmd))를 전부 기억부(16)에 격납하여도 좋다. 또한, 중간전압의 최적치와 함께, 중간전송 동작의 회수(상기 식(1) 중의 n)를 기억부(16)에 격납하여도 좋다. 예를 들면, 여러가지의 중간전송 동작의 회수에 대해 각각 대응하는 중간전압의 최적치를 기억부(16)에 격납하여도 좋다. 이와 같은 정보를 기억부(16)에 격납함에 의해, 중간전송의 회수에 응하여, 적절히, 중간전압의 최적치를 선택할 수 있다. 단, 고체 촬상 장치(1)에서, 미리 중간전송 동작의 회수가 정하여져 있는 경우에는, 중간전송 동작의 회수의 정보를 기억부(16)에 격납하지 않아도 좋다. 또한, 중간전송의 회수(n)는, 예를 들면, PD(21)(후술하는 도 3 참조)의 포화 전하량(Qs) 및 FD부(26)(도 3 참조)의 포화 전하량(Qfd)의 설계치나, 고체 촬상 장치(1)의 프레임 레이트 사양 등을 고려하여 설정된다.

중간전압 생성 회로(17)는, 중간전송 동작시에, 기억부(16)로부터 입력된 중간전압의 최적치의 정보에 의거하여, 그 정보에 대응하는 중간전압을 생성하고, 그 생성한 중간전압을 후술하는 전송 트랜지스터(22)의 게이트에 공급한다. 또한, 중간전압 생성 회로(17)는, 고체 촬상 장치(1)의 출하 전에 행하는 중간전압의 최적치의 설정 동작에서, 그 동작에서 사용한 여러가지의 값의 중간전압도 생성한다.

기록 제어부(18)는, 기억부(16)에 접속되고, 출하 전에 결정된 중간전압의 최적치의 정보를 기억부(16)에 기록한다. 또한, 기록 제어부(18)는, 후술하는 외부의 검사 기기(50)(후술하는 도 5 참조)에 전기적으로 접속 가능하고, 외부의 검사 기기(50)에서 측정된 중간전압의 최적치를 취득할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 기록 제어부(18)를 구비하는 고체 촬상 장치(1)의 구성례를 설명하지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않는다. 후술하는 외부의 검사 기기(50)에 의해, 중간전압의 최적치를 직접, 기억부(16)에 기록하는 구성으로 하여도 좋고, 이 경우에는, 기록 제어부(18)를 마련하지 않아도 좋다.

또한, 도 2에는 도시되지 않지만, 고체 촬상 장치(1)는, 칼럼 처리부(13) 내에서 수직 신호선(VSL)마다 마련된 단위 회로(30)를 순차적으로, 선택 주사하는 수평 주사 회로도 구비한다. 이 수평 주사 회로의 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(13)의 각 단위 회로(30)에서 신호 처리된 화소 신호가 순차적으로, 디지털 처리 회로(14)에 출력된다.

[화소의 구성]

다음에, 도 3을 참조하면서, 각 화소(20)의 구성을 간단히 설명한다. 또한, 도 3은, 화소(20), 및, 그것에 접속된 단위 회로(30)의 개략 구성도이다. 또한, 도 3에는, 중간전송 동작의 회수가 1회인 경우의 단위 회로(30)의 구성을 나타낸다.

화소(20)는, 하나의 PD(21)(광전 변환부)와, 그 PD(21)에 대해 마련된 MOS 트랜지스터로 이루어지는 각종 능동 소자와, FD부(26)(전하 전압 변환부)를 구비한다. 도 3에 도시하는 예에서는, 화소(20)는, 각종 능동 소자로서, 전송 트랜지스터(22), 증폭 트랜지스터(23), 리셋 트랜지스터(24), 및, 선택 트랜지스터(25)를 구비한다.

즉, 여기서는, 화소(20)가 4트랜지스터형의 화소인 예를 설명한다. 또한, 본 개시는 이것으로 한정되지 않고, 화소(20)가 선택 트랜지스터(25)를 구비하지 않는 3트랜지스터형의 화소라도 좋다. 또한, 여기서는, 각종 트랜지스터를 캐리어 극성이 N형인 MOS 트랜지스터로 구성한 예를 나타낸다. 또한, 이 예에서는, 하나의 화소(20)에 대해, 행방향으로 전송 배선, 리셋 배선, 및, 선택 배선의 3개의 신호 배선을 마련하고(부도시), 열방향으로 수직 신호선(VSL)을 마련한다.

PD(21)는, 입사광을, 입사광의 광량에 대응하는 양의 전하(여기서는 전자)로 변환한다(광전 변환한다). 또한, PD(21)의 애노드는 접지된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 광전 변환 소자로서 포토 다이오드를 이용하는 예를 설명하지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, 광전 변환 소자로서 포토 게이트를 이용하여도 좋다.

전송 트랜지스터(22)는, PD(21)의 캐소드와, FD부(26)와의 사이에 마련된다. 전송 트랜지스터(22)는, 그 게이트에 수직 주사 회로(12)로부터 전송 배선을 통하여 하이레벨의 신호가 입력된 때에 온 상태가 되고, PD(21)에서 광전 변환된 전하(전자)를 FD부(26)에 전송한다. 또한, FD부(26)에 전송된 전하는, FD부(26)에서, 전압(전위)으로 변환된다.

증폭 트랜지스터(23)의 게이트는, FD부(26)에 접속된다. 또한, 증폭 트랜지스터(23)의 드레인은, 전원 전압(VDD)의 공급단자에 접속되고, 증폭 트랜지스터(23)의 소스는, 선택 트랜지스터(25)를 통하여 수직 신호선(VSL)에 접속된다. 증폭 트랜지스터(23)는, FD부(26)의 전위(전압 신호)를 증폭하고, 그 증폭 신호를 광 축적 신호(화소 신호)로서 선택 트랜지스터(25)에 출력한다.

리셋 트랜지스터(24)는, 전원 전압(VDD)의 공급단자와 FD부(26)와의 사이에 마련된다. 리셋 트랜지스터(24)는, 그 게이트에 수직 주사 회로(12)로부터 리셋 배선을 통하여 하이레벨의 신호가 입력된 때에 온 상태가 되고, FD부(26)의 전위를 전원 전압(VDD)으로 리셋한다.

선택 트랜지스터(25)는, 증폭 트랜지스터(23)와 수직 신호선(VSL)과의 사이에 마련된다. 선택 트랜지스터(25)는, 그 게이트에 수직 주사 회로(12)로부터 선택 배선을 통하여 하이레벨의 신호가 입력된 때에 온 상태가 되고, 증폭 트랜지스터(23)에서 증폭된 전압 신호를 수직 신호선(VSL)에 출력한다. 즉, 4트랜지스터형의 고체 촬상 장치(1)에서는, 화소(20)의 선택 및 비선택의 전환은, 선택 트랜지스터(25)에 의해 제어된다. 또한, 수직 신호선(VSL)에 출력된 각 화소(20)의 전압 신호는, 대응하는 후술하는 아날로그 CDS 회로(31)에 전송된다.

[단위 회로의 구성]

다음에, 수직 신호선(VSL)마다 마련되는, 칼럼 처리부(13) 내의 단위 회로(30)의 내부 구성 및 동작을, 도 3 및 4를 참조하면서 설명한다.

또한, 도 4는, 단위 회로(30) 내의 각 부분의 동작을 설명하기 위한 각종 신호의 타이밍 차트이다. 구체적으로는, 도 4에는, 각 화소(20)에 공급되는 전송 신호(TRG), 수직 신호선(VSL)에 출력되는 화소 신호(SVSL), 콤퍼레이터의 출력 신호(SCOM), 참조 신호(RAMP), 및, 아날로그 CDS 처리 후의 신호(ΔV)의 타이밍 차트를 도시한다. 도 4에서는, 설명의 사정상, 참조 신호(RAMP)와, 아날로그 CDS 처리 후의 신호(ΔV)를 겹쳐서 기재한다.

단위 회로(30)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 아날로그 CDS 회로(31)와, 아날로그 메모리(32)와, 아날로그 가산/비가산 회로(33)와, AD 변환 회로(34)와, 디지털 CDS 회로(35)와, 디지털 메모리(36)와, 디지털 가산/비가산 회로(37)를 구비한다. 아날로그 CDS 회로(31), 아날로그 메모리(32), 아날로그 가산/비가산 회로(33), AD 변환 회로(34), 디지털 CDS 회로(35), 디지털 메모리(36), 및, 디지털 가산/비가산 회로(37)는, 화소부(10)측부터, 이 순서로 직렬로 접속된다.

아날로그 CDS 회로(31)는, 대응하는 수직 신호선(VSL)을 통하여 얻어지는 화소 신호(SVSL)(전압 신호)에 대해 상관 이중 샘플링 처리(아날로그 CDS 처리)를 행한다. 구체적으로는, 아날로그 CDS 회로(31)에서는, 우선, 수직 신호선(VSL)에 출력되는 화소 신호(SVSL)에서, P상(相) 기간(리셋 기간)의 소정의 타이밍(T1)에서 P상의 전압 레벨을 검출한다(도 4 참조). 뒤이어, 아날로그 CDS 회로(31)는, 타이밍(T1)에서 검출한 전압 레벨을 기준(예를 들면 제로)으로 하여, 용량등으로 이루어지는 메모리(부도시)에 기억한다. 그 후, 아날로그 CDS 회로(31)는, D상 기간(신호 전송 기간)의 소정의 타이밍(T5)에서 D상의 전압 레벨을 검출하고(도 4 참조), 그 전압 레벨의 P상의 전압 레벨(기준 레벨)로부터의 전위차를 검출한다. 그리고, 아날로그 CDS 회로(31)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, P상의 전압 레벨을 기준 레벨로 한 전위차 신호(ΔV)를, 아날로그 메모리(32)에 출력한다.

상술한 아날로그 CDS 처리를 시행함에 의해, 예를 들면, 리셋 노이즈, 증폭 트랜지스터의 임계치 편차 등에 기인하는 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 아날로그 CDS 처리는, 중간전송 동작마다 및 완전전송 동작마다 실시되고, 각 전송 동작에서 얻어진 전위차 신호(ΔV)(출력 데이터 : 도 3 중의 DataA0 및 DataB0)가 개별적으로 아날로그 메모리(32)에 출력된다.

아날로그 메모리(32)는, 아날로그 CDS 회로(31)로부터 출력되는 아날로그의 출력 데이터(전위차 신호(ΔV))를 일시적으로 격납한다. 또한, 본 실시 형태에서는 분할 판독 방식으로 화소 신호를 판독하기 때문에, 아날로그 메모리(32)는, 중간전송 동작시 및 완전전송 동작시의 각각에서 아날로그 CDS 회로(31)로부터 출력되는 출력 데이터(DataA0 및 DataB0)를 일시적으로 격납한다.

아날로그 가산/비가산 회로(33)는, 아날로그 메모리(32)에 격납된, 중간전송 동작시의 아날로그의 출력 데이터(DataA0), 및, 완전전송 동작시의 아날로그의 출력 데이터(DataB0)를 취득한다. 뒤이어, 아날로그 가산/비가산 회로(33)는, 각 전송 동작시의 출력 데이터의 레벨에 응하여, 중간전송 동작시의 아날로그의 출력 데이터(DataA0), 및, 완전전송 동작시의 아날로그의 출력 데이터(DataB0)에 대해, 가산 처리 또는 비가산 처리를 시행한다. 그리고, 아날로그 가산/비가산 회로(33)는, 가산 처리 또는 비가산 처리가 시행된 데이터(DataC0)를 AD 변환 회로(34)에 출력한다. 또한, 아날로그 가산/비가산 회로(33)에서의 출력 데이터의 가산 및 비가산 처리는, 디지털 가산/비가산 회로(37)에서의 후술하는 처리와 마찬가지로 행할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 아날로그 가산/비가산 회로(33)는 가산 처리만을 행하는 것으로 한다.

AD 변환 회로(34)는, 도시하지 않지만, 콤퍼레이터를 가지며, 대응하는 아날로그 가산/비가산 회로(33)로부터 출력된 신호(전위차 신호(ΔV))의 전압 레벨과 참조 신호 생성 회로(15)로부터 입력된 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨을 콤퍼레이터에서 비교한다. 그리고, AD 변환 회로(34)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 양신호의 출력 레벨이 서로 같아지는 시각(T2 및 T6)에서 신호 레벨이 반전하는 신호(비교 결과 : SCOM)를 생성한다.

또한, 본 실시 형태에서는, AD 변환 처리의 전단(前段)에서 아날로그 CDS 처리를 행한다. 그 때문에, AD 변환 회로(34)에서는, 아날로그 가산/비가산 회로(33)로부터 출력된 아날로그 CDS 처리된 P상 및 D상의 신호(전위차 신호(ΔV))에 대해 각각 상술한 비교 처리가 시행된다. 그리고, AD 변환 회로(34)는, 중간전송 동작 및 완전전송 동작의 각각에서, 콤퍼레이터로 얻어지는 P상 및 D상의 비교 결과(SCOM)를 디지털 CDS 회로(35)에 출력한다.

디지털 CDS 회로(35)는, 도시하지 않지만, 카운트부를 갖는다. 카운트부는, 아날로그 가산/비가산 회로(33)로부터의 출력 신호(전위차 신호(ΔV))의 전압 레벨이 참조 신호 생성 회로(15)로부터 출력되는 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨과 같은 레벨이 될 때까지의 시간(비교 기간)을 계측한다(카운트한다). 이 때, 카운트부는, 그 카운트 동작을, AD 변환 회로(34) 내의 콤퍼레이터에서의 비교 결과(SCOM)에 의거하여, 업 카운트 동작 및 다운 카운트 동작의 어느 하나로 전환한다.

구체적으로는, 카운트부는, P상의 비교 기간(도 4 중의 시각(T0 내지 T2)의 기간)이면서 콤퍼레이터의 출력 신호(SCOM)가 하이레벨인 기간은 다운 카운트 동작을 행한다. 또한, D상의 비교 기간(도 4 중의 시각(T4 내지 T6)의 기간)이면서 콤퍼레이터의 출력 신호(SCOM)가 로우레벨인 기간은 업 카운트 동작을 행한다. 이에 의해, 업 카운트 동작 종료 후에 얻어지는 카운트수는, D상의 비교 기간의 카운트수의 절대치로부터 P상의 비교 기간의 카운트수의 절대치를 공제한 값으로 된다. 즉, D상의 카운트 동작에서 최종적으로 얻어지는 카운트수는, 디지털 CDS 처리가 시행된 출력 데이터가 된다. 이 디지털 CDS 처리에 의해, 아날로그 CDS 회로(31)나 AD 변환 회로(34) 등의 특성 편차의 영향을 캔슬할 수 있다.

그리고, 디지털 CDS 회로(35)는, 최종적으로 얻어진 D상의 카운트수(디지털 CDS 처리 후의 출력 데이터)를 디지털 메모리(36)에 출력한다. 또한, 본 실시 형태에서는 분할 판독 방식으로 화소 신호를 판독하기 때문에, 디지털 CDS 회로(35)는, 중간전송 동작시 및 완전전송 동작시의 각각에서 얻어진 D상의 카운트수(도 3 중의 DataA 및 DataB)를 디지털 메모리(36)에 출력한다.

디지털 메모리(36)는, 디지털 CDS 회로(35)로부터 출력되는 카운트수(디지털의 출력 데이터)를 일시적으로 격납하다. 또한, 이 때, 아날로그 메모리(32)는, 중간전송 동작시 및 완전전송 동작시의 각각에서, 디지털 CDS 회로(35)로부터 출력되는 카운트수(DataA 및 DataB)를 일시적으로 격납한다.

디지털 가산/비가산 회로(37)는, 디지털 메모리(36)에 격납된, 중간전송 동작시 및 완전전송 동작시의 각각에서 얻어진 카운트수(DataA 및 DataB)를 취득한다. 그리고, 디지털 가산/비가산 회로(37)는, 각 전송 동작시의 출력 데이터의 레벨에 응하여, 중간전송 동작시의 디지털의 출력 데이터(DataA), 및, 완전전송 동작시의 디지털의 출력 데이터(DataB)에 대해, 가산 처리 또는 비가산 처리를 시행한다. 그리고, 디지털 가산/비가산 회로(37)는, 가산 처리 또는 비가산 처리를 시행한 출력 데이터(DataC)를 디지털 처리 회로(14)에 출력한다.

여기서, 디지털 가산/비가산 회로(37)에서 행하는 가산 처리 및 비가산 처리의 내용을 구체적으로 설명한다. 디지털 가산/비가산 회로(37)는, 다음의 상황 A 및 B의 경우에 가산 처리를 행한다. 또한, 여기서는, 중간전송 동작이 1회인 경우에 관해 설명한다.

(상황 A)

중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA)의 레벨 및 완전전송 동작시의 출력 데이터(DataB)의 레벨이 모두, 소정의 상한 임계치(ThH) 및 하한 임계치(ThL)의 사이의 값인 경우, 디지털 가산/비가산 회로(37)는, 양쪽의 출력 데이터를 가산한다. 그리고, 디지털 가산/비가산 회로(37)는, 가산한 데이터(DataC=DataA+DataB)를 디지털 처리 회로(14)에 출력한다.

또한, 출력 데이터의 상한 임계치(ThH) 및 하한 임계치(ThL)는, 예를 들면, 상정된 노이즈량, 중간전압(Vm)의 값 등에 응하여 임의로 설정할 수 있다. 예를 들면, 출력 데이터의 상한 임계치(ThH)는, FD부(26)의 포화 전하량(Qfd)의 3/4의 전하량(3Qfd/4)에 대응하는 출력 데이터 등으로 설정할 수 있다. 또한, 하한 임계치(ThL)는, 예를 들면, FD부(26)의 포화 전하량(Qfd)의 1/4의 전하량(Qfd/4)에 대응하는 출력 데이터 등으로 설정할 수 있다.

(상황 B)

PD(21)에 축적된 전하를 2회의 전송 동작으로 분할하여 FD부(26)에 전송하는 경우, PD(21)가 포화한 상태에 있어서, 중간전송 동작으로 PD(21)의 포화 전하량(Qs)의 약 반분 정도의 전하가 FD부(26)에 전송되도록, 중간전압(Vm)이 설정된다. 그 때문에, 예를 들면, 중간전송 동작시에 전송되는 전하량이 PD(21)의 포화 전하량(Qs)의 약 반분 정도에 가까운 경우(DataA의 레벨이 어느 정도 큰 경우), 완전전송 동작 직전에 PD(21)에 남아 있는 전하량도 PD(21)의 포화 전하량(Qs)의 약 반 정도가 된다. 즉, 중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA)의 레벨이 상한 임계치(ThH)보다 큰 경우에는, 완전전송 동작시에 FD부(26)에 전송되는 전하량이 PD(21)의 포화 전하량(Qs)의 약 반분 정도가 되고, 매우 커진다. 이 경우, 완전전송 동작시의 카운트수는 풀 카운트값이 된다. 그 때문에, 이 경우에는, 디지털 가산/비가산 회로(37)는, 중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA)에 풀 카운트값을 가산한 데이터(DataC=DataA+풀 카운트값)를 디지털 처리 회로(14)에 출력한다. 또한, 이 경우에는, 완전전송 동작시의 출력 데이터(DataB)를 판독하지 않아도 좋다.

한편, 다음의 상황 C 및 D의 경우에는, 디지털 가산/비가산 회로(37)는, 비가산 처리를 행한다.

(상황 C)

중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA)의 레벨이 하한 임계치(ThL)보다 작은 경우, 중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA)는, 노이즈라고 생각된다. 그 때문에, 이 경우에는, 중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA)를 사용하지 않는다. 즉, 이 경우, 디지털 가산/비가산 회로(37)는, 중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA)와 완전전송 동작시의 출력 데이터(DataB)를 가산하지 않고, 완전전송 동작시의 출력 데이터(DataB)만을 출력 데이터(DataC)로서 출력한다.

(상황 D)

완전전송 동작시의 출력 데이터(DataB)의 레벨이 하한 임계치(ThL)보다 작은 경우, 중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA)는, 거짓(僞)데이터라고 생각된다. 그 때문에, 이 경우에는, 중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA)를 사용하지 않는다. 즉, 이 경우, 디지털 가산/비가산 회로(37)는, 중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA)와 완전전송 동작시의 출력 데이터(DataB)를 가산하지 않고, 완전전송 동작시의 출력 데이터(DataB)만을 출력 데이터(DataC)로서 출력한다.

<2. 중간전압의 최적치의 설정 수법>

다음에, 본 실시 형태에서의 중간전압의 최적치(이하에서는, 최적 중간전압(Vmo)이라고 한다)의 설정 수법에 관해 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서, 최적 중간전압(Vmo)의 측정 및 설정은, 고체 촬상 장치(1)의 출하 전에 행한다.

[중간전압 설정 시스템의 구성]

도 5에, 고체 촬상 장치(1)의 최적 중간전압(Vmo)의 측정 및 설정을 행하기 위한 중간전압 설정 시스템의 개략 블록 구성을 도시한다. 중간전압 설정 시스템은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 검사 대상의 고체 촬상 장치(1)와, 그 외부에 마련된 검사 기기(50)로 구성된다.

검사 기기(50)는, 중간전압 설정부(51)를 갖는다. 또한, 도 5에는 도시하진 않지만, 검사 기기(50)는, 최적 중간전압(Vmo)의 설정 동작을 제어하기 위한 제어부를 구비한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 검사 기기(50)가, 최적 중간전압(Vmo)의 설정 동작시에 화소부(10)의 수광부에 조사하는 균일광의 검사용 광원을 구비하고 있어도 좋고, 그 검사용 광원이, 검사 기기(50)와는 별개로 마련되어 있어도 좋다.

중간전압 설정부(51)는, 고체 촬상 장치(1) 내의 디지털 처리 회로(14)에 접속되고, 후술하는 최적 중간전압(Vmo)의 설정 동작시에는, 각 화소(20)에 대해 여러가지의 중간전압(Vm)을 인가한 때에 얻어지는 출력 데이터를 취득한다. 또한, 중간전압 설정부(51)는, 취득한 여러가지의 출력 데이터에 의거하여, 각 화소(20)의 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)를 구한다. 또한, 상술한 바와 같이, 각 화소(20) 내의 전송 트랜지스터에는 성능 편차가 존재하기 때문에, 각 화소(20)의 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)에도 편차가 생긴다.

또한, 중간전압 설정부(51)는, 화소(20)마다 구하여진 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)의 중에서, 모든 화소(20)에서, 판독시에 상기 식(1)의 조건이 충족되는 최적 중간전압(Vmo)을 결정한다. 본 실시 형태에서는, 화소(20)마다 구하여진 최적의 중간전압(Vmd)의 중에서, 그 최대치를 선택하고, 그 최대치를 최적 중간전압(Vmo)으로 한다.

또한, 중간전압 설정부(51)는, 고체 촬상 장치(1) 내의 기록 제어부(18)에 접속되고, 구한 최적 중간전압(Vmo)을 기록 제어부(18)에 출력한다. 또한, 기록 제어부(18)는, 중간전압 설정부(51)로부터 입력된 최적 중간전압(Vmo)을 기억부(16)에 기록한다.

[최적 중간전압의 설정 동작]

다음에, 도 6, 7 및 도 8A 내지 도 8D를 참조하면서, 본 실시 형태에서의 고체 촬상 장치(1)의 최적 중간전압(Vmo)의 설정 동작을, 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 도 6은, 본 실시 형태에서의 최적 중간전압(Vmo)의 설정 동작의 순서를 도시하는 플로 차트이다. 도 7은, 최적 중간전압(Vmo)의 설정시에 있어서의 리셋 신호(RST), 전송 신호(TRG), 수직 신호선(VSL)에 출력된 화소 신호(SVSL), 참조 신호(RAMP), 및, 아날로그 CDS 처리 후의 신호(ΔV)의 타이밍 차트이다. 또한, 도 7에서는, AD 변환 회로(34)에서의 비교 처리의 양상을 명확히 하기 위해, 참조 신호(RAMP)와, 아날로그 CDS 처리 후의 신호(ΔV)를 겹쳐서 기재한다. 또한, 도 8A 내지 도 8D는, 최적 중간전압(Vmo)의 설정 동작시에 있어서의 PD(21)로부터 FD부(26)에의 전하의 전송의 양상을 도시하는 도면이다.

또한, 이하에 설명하는 최적 중간전압(Vmo)의 설정 동작은, 검사 기기(50) 내의 도시하지 않은 제어부에 의해 제어된다.

우선, 오퍼레이터 등이, 검사 대상의 고체 촬상 장치(1)를 검사 기기(50)에 접속한다. 구체적으로는, 검사 기기(50) 내의 중간전압 설정부(51)의 입력단자를 고체 촬상 장치(1) 내의 디지털 처리 회로(14)에 접속하고, 중간전압 설정부(51)의 출력 단자를 고체 촬상 장치(1) 내의 기록 제어부(18)에 접속한다(도 5 참조).

뒤이어, 검사 기기(50)는, 화소부(10) 내의 각 화소(20)에 인가하는 중간전압(Vm)을, 소정의 초기치(Vm_0)로 설정한다(스텝 S1). 또한, 본 실시 형태에서는, 중간전압(Vm)의 초기치(Vm_0)는, 중간전압(Vm)의 가변 영역(Vm_0 내지 Vm_max)의 최소치로 한다.

뒤이어, 검사 기기(50)는, 화소부(10)의 수광부에 균일광을 조사하여, 각 화소(20)를 강제적으로 포화시킨다(스텝 S2). 스텝 S2에 의해, PD(21)는, 그 포화 전하량(Qs)의 전하가 축적된 상태가 된다.

뒤이어, 검사 기기(50)는, 고체 촬상 장치(1)를 제어하여, 소정의 화소(20)에 대해, 다음과 같은 중간전송 동작을 n회 행한다(스텝 S3). 또한, 각 중간전송 동작에서는, 상기 단위 회로(30)의 동작에서 설명한 바와 같이, 아날로그 CDS 처리, AD 변환 처리(비교 처리) 및 디지털 CDS 처리를 행한다. 또한, 여기서는, 설명을 간략화하기 위해 중간전송 동작을 1회(n=1) 행하는 예를 설명한다.

구체적으로는, 우선, 검사 기기(50)는, 고체 촬상 장치(1)의 센서 제어 회로(11) 및 수직 주사 회로(12)를 제어하여, 소정의 시각(t0)(도 7 참조)에, 측정 대상의 화소(20)의 리셋 트랜지스터(24)의 게이트에 하이레벨의 리셋 신호를 공급한다. 이 리셋 동작 직후의 PD(21)의 영역, 전송 트랜지스터(22)의 게이트 영역, 및, FD부(26)의 영역의 포텐셜(전위)의 관계를, 도 8A에 도시한다. 이 리셋 동작에 의해, FD부(26)의 전위가 전원 전압(VDD)으로 리셋되고, FD부(26)에 쌓여 있던 전하가 배출된다.

그 후, 고체 촬상 장치(1) 내의 칼럼 처리부(13)에서는, 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨과 아날로그 CDS 처리 후의 신호(전위차 신호(ΔV))의 전압 레벨이 같은 레벨이 될 때 까지 양 신호의 비교 처리가 행하여진다. 도 7에 도시하는 예에서는, 시각(t1)에서, 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨과, 아날로그 CDS 처리 후의 신호(전위차 신호(ΔV))의 전압 레벨이 동 레벨이 되고, 이 타이밍에서, 도 8A에 도시하는 상태에 대응하는 P상(리셋 상태)의 출력 데이터가 얻어진다. 그러나, 최적 중간전압(Vmo)의 설정 동작에서는, 중간전송 동작시의 P상의 출력 데이터는 판독하지 않는다.

뒤이어, 시각(t2)에서, 검사 기기(50)는, 고체 촬상 장치(1)의 센서 제어 회로(11), 수직 주사 회로(12) 및 중간전압 생성 회로(17)를 제어하여, 중간전압(Vm)의 초기치(Vm_0) 또는 후술하는 스텝 S9에서 갱신된 중간전압(Vm)을 측정 대상의 화소(20)에 인가한다. 이 중간전압(Vm)의 인가 동작 직후의 PD(21)의 영역, 전송 트랜지스터(22)의 게이트 영역, 및, FD부(26)의 영역의 포텐셜(전위)의 관계를, 도 8B에 도시한다. 중간전압(Vm)의 인가 동작에 의해, 전송 트랜지스터(22)의 게이트 영역의 포텐셜 장벽이 저하된다. 이에 의해, 도 8B에 도시하는 바와 같이, PD(21)에 축적된 전하량(포화 전하량(Qs)) 중, 포텐셜 장벽의 저하분에 대응하는 양의 전하(전하량(Qm))가, FD부(26)에 전송된다.

그 후, 고체 촬상 장치(1) 내의 칼럼 처리부(13)에서는, 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨과 아날로그 CDS 처리 후의 신호(전위차 신호(ΔV))의 전압 레벨이 동일한 레벨이 될 때 까지 양 신호의 비교 처리가 행하여진다. 도 7에 도시하는 예에서는, 시각(t3)에서, 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨과, 아날로그 CDS 처리 후의 신호(전위차 신호(ΔV))의 전압 레벨이 동 레벨이 되고, 이 타이밍에서, 도 8B에 도시하는 상태에 대응하는 D상(신호 전송 상태)의 출력 데이터가 얻어진다. 그러나, 최적 중간전압(Vmo)의 설정 동작에서는, 중간전송 동작시의 D상의 출력 데이터는 판독하지 않는다.

본 실시 형태에서는, 이와 같이 하여 스텝 S3의 중간전송 동작을 행한다. 또한, 중간전송 동작을 2회 이상 행하는 경우에는, 상기 중간전송 동작을 2회 이상 반복해서 행한다.

뒤이어, 검사 기기(50)는, 고체 촬상 장치(1)를 제어하여, 소정의 화소(20)에 대해, 다음과 같은 완전전송 동작을 행한다(스텝 S4). 또한, 완전전송 동작에서는, 출하 후의 통상 동작시와 마찬가지로 하여, 아날로그 CDS 처리, AD 변환 처리(비교 처리) 및 디지털 CDS 처리를 행하여, 출력 데이터를 취득한다.

구체적으로는, 우선, 도 7에 도시하는 바와 같이, 검사 기기(50)는, 고체 촬상 장치(1)의 센서 제어 회로(11) 및 수직 주사 회로(12)를 제어하여, 시각(t4)(>t3)에서, 측정 대상의 화소(20)의 리셋 트랜지스터(24)의 게이트에 하이레벨의 리셋 신호를 공급한다. 이 리셋 동작 직후의 PD(21)의 영역, 전송 트랜지스터(22)의 게이트 영역, 및, FD부(26)의 영역의 포텐셜(전위)의 관계를, 도 8C에 도시한다. 이 리셋 동작에 의해, FD부(26)의 전위가 전원 전압(VDD)으로 리셋되고, FD부(26)에 쌓여 있던 전하가 배출된다.

그 후, 고체 촬상 장치(1) 내의 칼럼 처리부(13)에서는, 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨과 아날로그 CDS 처리 후의 신호(전위차 신호(ΔV))의 전압 레벨이 같은 레벨이 될 때 까지 양 신호의 비교 처리가 행하여진다. 도 7에 도시하는 예에서는, 시각(t5)에서, 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨과, 아날로그 CDS 처리 후의 신호(전위차 신호(ΔV))의 전압 레벨이 동 레벨이 되고, 이 타이밍에서, 도 8C에 도시하는 상태에 대응하는 P상(리셋 상태)의 출력 데이터가 얻어진다.

뒤이어, 도 7에 도시하는 바와 같이, 시각(t6)에서, 검사 기기(50)는, 고체 촬상 장치(1)의 센서 제어 회로(11) 및 수직 주사 회로(12)를 제어하여, 완전전송시의 전압(완전전송 전압(Vc)>Vm)을 측정 대상의 화소(20)에 공급한다. 완전전송 전압치(Vc)의 인가 동작 직후의 PD(21)의 영역, 전송 트랜지스터(22)의 게이트 영역, 및, FD부(26)의 영역의 포텐셜(전위)의 관계를, 도 8D에 도시한다. 또한, 완전전송 전압(Vc)은, 완전전송 전압(Vc)이 전송 트랜지스터(22)의 게이트에 인가된 때에, 게이트 영역의 포텐셜 장벽의 높이 위치가 PD(21)의 포텐셜의 바닥의 위치 또는 그것보다 낮은 위치로 되는 값으로 설정된다. 예를 들면, 완전전송 전압(Vc)은, 고체 촬상 장치(1)의 전원 전압(VDD) 등으로 설정할 수 있다.

상기 완전전송 전압(Vc)의 인가에 의해, 도 8D에 도시하는 예에서는, 전송 트랜지스터(22)의 게이트 영역의 포텐셜 장벽이 중간전송 동작시(도 8B)의 그것보다 더욱 저하되고, 게이트 영역의 포텐셜 장벽의 높이 위치가 PD(21)의 바닥의 위치까지 저하된다. 이에 의해, 도 8D에 도시하는 바와 같이, 완전전송 동작의 직전(최후의 중간전송 동작 후)에 PD(21)에 축적되어 있던 전 전하(중간전압 유지 전하량(Qc)=Qs-n×Qm)이, FD부(26)에 전송된다.

그 후, 고체 촬상 장치(1) 내의 칼럼 처리부(13)에서는, 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨과 아날로그 CDS 처리 후의 신호(전위차 신호(ΔV))의 전압 레벨이 같은 레벨이 될 때 까지 양 신호의 비교 처리가 행하여진다. 도 7에 도시하는 예에서는, 시각(t7)에서, 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨과, 아날로그 CDS 처리 후의 신호(전위차 신호(ΔV))의 전압 레벨이 동 레벨이 되고, 이 타이밍에서, 도 8D에 도시하는 상태에 대응하는 D상(신호 전송 상태)의 출력 데이터가 얻어진다. 즉, 시각(t7)에서, 완전전송 동작의 직전(최후의 중간전송 동작 후)에 PD(21)에 축적되어 있던 전하량(중간전압 유지 전하량(Qc)=Qs-n×Qm)에 대응하는 출력 데이터(WDMOF)가 얻어진다.

본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 하여 스텝 S3 및 S4의 전송 동작을 행하여, PD(21)의 중간전압 유지 전하량(Qc)에 대응하는 출력 데이터(WDMOF)를 취득한다.

그리고, 고체 촬상 장치(1)는, 스텝 S4로 얻어진 중간전압 유지 전하량(Qc)에 대응하는 출력 데이터(WDMOF)를, 디지털 처리 회로(14)를 통하여, 검사 기기(50) 내의 중간전압 설정부(51)에 출력한다(스텝 S5). 그 후, 도 7에 도시하는 바와 같이, 시각(t8 내지 t9)의 사이에, 검사 기기(50)는, 고체 촬상 장치(1)의 센서 제어 회로(11) 및 수직 주사 회로(12)를 제어하여, 측정 대상의 화소(20)의 전송 트랜지스터(22) 및 리셋 트랜지스터(24)의 각 게이트에 하이레벨의 신호를 공급한다. 이에 의해, PD(21) 및 FD부(26)의 양쪽이 리셋 상태가 되고(전하량이 제로가 되고), 소정의 화소(20)(칼럼)에 대한 상술한 중간전송 및 완전전송의 동작이 종료된다.

뒤이어, 검사 기기(50)는, 모든 화소(20)에 대해 상기 측정을 행하였는지의 여부를 판정한다(스텝 S6).

스텝 S6에서, 모든 화소(20)에 대해, 상술한 스텝 S3 내지 S5의 처리가 종료되지 않은 경우, 스텝 S6은 NO 판정으로 된다. 이 경우에는, 검사 기기(50)는, 측정 대상의 화소(20)를 변경한다(스텝 S7). 뒤이어, 스텝 S3의 처리로 되돌아와, 그 후는, 모든 화소(20)의 측정이 종료될 때까지, 상술한 스텝 S3 내지 S7의 처리를 반복한다.

한편, 스텝 S6에 있어서, 모든 화소(20)에 대해, 상술한 스텝 S3 내지 S5의 처리가 종료된 경우, 스텝 S6은 YES 판정으로 된다. 이 경우에는, 검사 기기(50)는, 현재의 중간전압(Vm)이, 미리 설정한 중간전압(Vm)의 최대치(Vm_max)인지의 여부를 판정한다(스텝 S8).

스텝 S8에서, 현재의 중간전압(Vm)이 그 최대치(Vm_max)가 아닌 경우, 스텝 S8은 NO 판정으로 된다. 이 경우에는, 검사 기기(50)는, 고체 촬상 장치(1)의 센서 제어 회로(11), 수직 주사 회로(12) 및 중간전압 생성 회로(17)를 제어하여, 중간전압(Vm)을 갱신한다(스텝 S9). 예를 들면, 중간전압(Vm)을, 소정량(ΔVm)만큼 증대시킨다(Vm=Vm+ΔVm로 설정한다). 또한, 중간전압(Vm)의 증가분(ΔVm)은, 중간전압(Vm)의 가변 영역(Vm_0 내지 Vm_max) 전반에 걸처서 일정하여도 좋고, 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd) 부근의 영역의 증가분(ΔVm)을 그 밖의 영역의 그것보다 작게 하여도 좋다.

스텝 S9에서 중간전압(Vm)을 갱신한 후는, 스텝 S2의 처리로 되돌아와, 그 후는, 중간전압(Vm)이 그 최대치(Vm_max)가 될 때 까지, 상술한 스텝 S2 내지 S9의 처리를 반복한다.

한편, 스텝 S8에서, 현재의 중간전압(Vm)이 그 최대치(Vm_max)인 경우, 스텝 S8은 YES 판정으로 된다. 이 경우에는, 중간전압 설정부(51)는, 각 화소(20)에서의 상기 각종 처리에서 얻어진, 여러가지의 중간전압(Vm)(Vm_0 내지 Vm_max)에 대응하는 여러가지의 출력 데이터(WDMOF)에 의거하여, 각 화소(20)의 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)를 산출한다(스텝 S10). 구체적으로는, 다음과 같이 하여, 각 화소(20)의 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)를 구한다.

도 9에, 각 화소(20)에서, 상기 스텝 S1 내지 S9의 처리로 얻어졌다, 여러가지의 중간전압(Vm)(Vm_0 내지 Vm_max)과 각 중간전압(Vm)에 대응하는 출력 데이터(WDMOF)(중간전압 유지 전하량(Qc)에 대응하는 출력 데이터)와의 관계를 도시한다. 또한, 도 9에 도시하는 특성에서, 횡축은 중간전압(Vm)이고, 종축은 출력 데이터(WDMOF)이다.

출력 데이터(WDMOF)는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 중간전압(Vm)이 최대치(Vm_max)일 때에, 최소치(WDMOF_0)가 된다. 이것은, 중간전압(Vm)이 최대일 때, 중간전송 동작에서 PD(21)로부터 FD부(26)에 전송되는 전하량(Qm)이 최대로 되기 때문에, 완전전송 동작의 직전에 있어서의 PD(21)의 중간전압 유지 전하량(Qc)이 최소가 되기 때문이다.

또한, 중간전압(Vm)이 최대치(Vm_max)보다 작아지면, 출력 데이터(WDMOF)는 직선적으로 커진다. 이 변화 영역에서는, 중간전압(Vm)의 저하에 수반하여, 중간전송 동작에서 PD(21)로부터 FD부(26)에 전송되는 전하량(Qm)이 작아지고, 완전전송 동작의 직전에 있어서의 PD(21)의 중간전압 유지 전하량(Qc)이 증대한다.

그리고, 완전전송 동작시에 전송되는 전하량(Qc)이 FD부(26)의 포화 전하량(Qfd)과 동등하게 되는 중간전압(Vm_s) 부근 및 그것보다 작은 중간전압(Vm)의 영역에서는, 출력 데이터(WDMOF)의 값은 일정(최대치 WDMOF_max)하게 된다. 이 출력 일정한 영역에서는, 완전전송 동작시에 있어서, FD부(26)에 전송된 전하량(Qc)이 그 포화 전하량(Qfd) 이상으로 되기 때문에, 출력 데이터(WDMOF)는, 포화하여, 최대치(WDMOF_max)로 일정하게 된다.

상술한 바와 같이, 출력 데이터(WDMOF)가 포화하는 도 9 중의 중간전압(Vm_s) 부근에서, 완전전송 동작의 직전에 있어서의 PD(21)의 중간전압 유지 전하량(Qc)이, FD부(26)의 포화 전하량(Qfd)과 개략 같게 된다. 즉, 중간전압(Vm_s) 부근의 상태가, 상기 식(1)의 하한(Qc=Qm)에 대응하는 상태이고, 도 9에 도시하는 특성의 중간전압(Vm_s 내지 Vm_max)의 범위가, 상기 식(1)의 조건을 만족하는 알맞은 중간전압(Vm)의 범위로 된다.

그 때문에, 스텝 S10에서, 중간전압 설정부(51)는, 도 9에 도시하는 중간전압(Vm)과 출력 데이터(WDMOF)와의 관계에 의거하여, 중간전압(Vm_s 내지 Vm_max)의 범위의 중에서, 소정의 중간전압(Vm)을, 화소(20)의 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)로 한다. 본 실시 형태에서는, PD(21)의 중간전압 유지 전하량(Qc)이 FD부(26)의 포화 전하량(Qfd)과 거의 같게 되는 중간전압(Vm_s)을, 화소(20)의 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)로 한다.

여기서, 재차, 도 6으로 되돌아와, 스텝 S10 이후의 처리를 설명한다. 스텝 S10의 후, 중간전압 설정부(51)는, 스텝 S10에서 얻어진 각 화소(20)의 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)에 의거하여, 모든 화소(20)에서, 상기 식(1)의 조건을 충족시키는 최적 중간전압(Vmo)을 결정한다(스텝 S11).

본 실시 형태에서는, 화소(20)마다 구하여진 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)의 중에서, 그 최대치를 선택하고, 그 최대치를 중간전압 설정치(Vmo)로 한다. 이와 같이 하여 선택된 중간전압 설정치(Vmo)는, 모든 화소(20)에서, 도 9에 도시하는 특성의 중간전압(Vm_s 내지 Vm_max)의 범위의 값으로 되고, 상기 식(1)의 조건이 충족되게 된다. 이 경우, 통상의 판독 동작시의 완전전송 동작에서, FD부(26)에서 전하가 넘치는 일은 없고, PD(21)로 축적된 전하량에 대응하는 데이터(화소 신호)를 정확하게 판독할 수 있다.

뒤이어, 중간전압 설정부(51)는, 기록 제어부(19)를 제어하여, 결정된 최적 중간전압(Vmo)의 정보를 고체 촬상 장치(1)의 기억부(16)에 기록한다(스텝 S12). 본 실시 형태에서는, 이와 같이 하여, 출하 전에, 고체 촬상 장치(1)의 기억부(16)에 판독시의 최적 중간전압(Vmo)을 기록한다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에서는, 그 기억부(16)에 기억된 최적 중간전압(Vmo)의 값이, 모든 화소(20)에서의 상기 식(1)의 조건을 충족시키는 값이 된다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 분할 판독 방식의 고체 촬상 장치(1)에서, 상술한 전송 트랜지스터(22)의 성능 편차의 영향을 저감할 수 있고, 화상 데이터를 정확하게 재현할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 판독 방식은, 분할 판독 방식이고, 다이내믹 레인지(저 조도로부터 고조도까지 범위)를 확대할 수 있는 판독 방식이다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 보다 넓은 범위의 전하량에 대응하는 데이터(화소 신호)를 정확하게 판독할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에서는, 예를 들면 특허 문헌 2에 대해, 다음과 같은 이점도 갖는다. 특허 문헌 2에서는, 중간전압을 최적 제어하기 위한 전용의 화소를 이용하여, 중간전압을 피드백 제어하는데, 이 수법에서는, 그 전용의 화소가 통상의 판독용 화소보다 먼저 망가진 경우에는, 제품의 수명까지 중간전압을 최적 제어할 수가 없다. 그에 대해, 본 실시 형태에서는, 미리 기억부(16)에 기억된 최적 중간전압(Vmo)을 이용하기 때문에, 통상의 판독용 화소가 망가질 때까지, 즉, 제품의 수명까지, 중간전압(Vm)을 최적 제어할 수 있다.

또한, 본 개시에 관한 최적 중간전압(Vmo)의 설정 수법은, 상술한 수법으로 한정되지 않는다. 도 9에 도시하는 바와 같은, 완전전송 동작 직전에 있어서의 PD(21)의 중간전압 유지 전하량(Qc)에 관한 정보(출력 데이터(WDMOF))와 중간전압(Vm)과의 관계를 구하고, 그 관계에 의거하여, 최적 중간전압(Vmo)을 구하는 수법이라면, 임의의 수법을 이용할 수 있다.

예를 들면, 상기 실시 형태의 최적 중간전압(Vmo)의 설정 수법에서는, 중간전송 동작(스텝 S3)에서, 아날로그 CDS 처리, AD 변환 처리(비교 처리) 및 디지털 CDS 처리를 행하는 예를 설명하였지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않는다. 상술한 바와 같이, 상기 실시 형태의 최적 중간전압(Vmo)의 설정 수법의 중간전송 동작에서는, 출력 데이터를 판독하지 않는다. 그 때문에, 스텝 S3의 중간전송 동작에서는, PD(21)의 전하의 일부를 FD부(26)에 전송한 후, 아날로그 CDS 처리, AD 변환 처리(비교 처리) 및 디지털 CDS 처리를 행하지 않고, 완전전송 동작으로 이행하여도(스텝 S4) 좋다.

또한, 상기 실시 형태의 최적 중간전압(Vmo)의 설정 수법에서는, 중간전압(Vm)의 초기치를 그 가변 영역의 최소치(Vm_0)에 하고(스텝 S1), 중간전압(Vm)의 갱신시(스텝 S9)에는 중간전압(Vm)을 증가시키는 예를 설명하였지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않는다. 중간전압(Vm)의 초기치를 그 가변 영역의 최대치(Vm_max)로 하고 중간전압(Vm)의 갱신시에는 중간전압(Vm)을 감소시키도록 하여도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 상기 식(1)의 하한(Qc=Qm)에 대응하는 중간전압(Vm_s)을 각 화소(20)의 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)로 하는 예를 설명하였지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 고체 촬상 장치(1)의 사용 환경의 변화 등에 의한 전송 트랜지스터(22)의 성능 변화를 고려하여, 각 화소(20)의 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)에 미리 마진을 포함하게 하여도 좋다. 예를 들면, 환경 변화 등에 의해 상정되는 전송 트랜지스터(22)의 성능 변화에 대응하는 분만큼, 각 화소(20)의 중간전압(Vm)의 최적치(Vmd)를, Vm_s보다 높은 값으로 설정하여도 좋다. 또한, 고체 촬상 장치(1)의 사용 환경의 변화 등에 의한 전송 트랜지스터(22)의 성능 변화를 고려하여, 최종적으로 구하여지는 고체 촬상 장치(1)의 최적 중간전압(Vmo)에 미리 마진을 포함시켜도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는, PD(21)의 중간전압 유지 전하량(Qc)에 관한 정보로서, 완전전송 동작시에 얻어지는 출력 데이터(WDMOF)를 이용하는 예를 설명하였지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 완전전송 동작시에 얻어지는 출력 데이터(WDMOF)로부터 PD(21)의 중간전압 유지 전하량(Qc)을 산출하고, 그 중간전압 유지 전하량(Qc)에 의거하여, 최적 중간전압(Vmo)을 구하여도 좋다.

또한, 상기 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에서는, 신호 처리 방식으로서, 듀얼 노이즈 캔슬링 방식을 이용하는 예를 설명하였지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않는다. 아날로그 CDS 처리 및 디지털 CDS 처리의 일방을 실시하는 신호 처리 방식의 고체 촬상 장치에 상기 본 개시된 기술을 적용하여도 좋다. 또한, 본 개시에서는, 칼럼 처리부(13) 내에 아날로그 CDS 회로(31) 및 디지털 CDS 회로(35)를 마련하지 않고, AD 변환 회로(34)에서 노이즈 신호와 화소 신호와의 차분을 산출하여, 노이즈 제거 처리를 행하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 상기 실시 형태에서는, 중간전송 동작시의 출력 데이터(DataA) 및 완전전송 동작의 출력 데이터(DataB)에 대한 가산/비가산 처리를 디지털 가산/비가산 회로(37)로 행하는 예를 설명하였지만, 본 개시는 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, AD 변환 회로(34) 내에서, 출력 데이터의 가산/비가산 처리를 행하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 예를 들면, 칼럼 처리부(13)의 후단에 마련되는 DSP(Digital Signal Processor)를 포함하는 신호 처리 회로(부도시)로 출력 데이터의 가산/비가산 처리를 행하는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 상기 본 개시된 기술은, 기판의 배선층측의 표면부터 광이 조사되는 표면 조사형의 고체 촬상 장치, 및, 기판의 배선층측과는 반대측의 표면(이면)부터 광이 조사되는 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 어느것에도 적용 가능하다.

또한, 상기 본 개시된 기술은, 입사광이 가시 광인 고체 촬상 장치뿐만 아니라, 입사광이 적외선이나 X선인 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다. 또한, 상기 본 개시된 기술은, 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 출력하는 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다.

또한, 상기 본 개시된 기술은, 화소부 내의 화소를 행 단위로 순차적으로 주사하여, 각 화소로부터 화소 신호를 판독한 방식의 고체 촬상 장치뿐만 아니라, 화소부 내의 임의의 화소를 선택하여, 그 화소로부터 화소 신호를 판독하는 X-Y 어드레스 방식의 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다. 또한, 상기 실시 형태에서 설명한 고체 촬상 장치는, 그것 자신이 원칩으로 구성되어 있어도 좋고, 신호 처리 회로나 광학계 등과 일체적으로 패키지된 촬상 모듈로서 구성되어 있어도 좋다.

<3. 전자 기기(응용례)의 구성>

본 개시에 관한 고체 촬상 장치는, 각종 전자 기기에 적용 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서 설명한 고체 촬상 장치는, 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 카메라 시스템, 촬상 기능을 갖는 휴대 전화, 또는, 촬상 기능을 구비한 다른 기기 등의 전자 기기에 적용할 수 있다. 여기서는, 전자 기기의 한 구성례로서, 디지털 비디오 카메라를 예로 들어 설명한다.

도 10에, 상기 실시 형태에서 설명한 고체 촬상 장치를 적용한 디지털 비디오 카메라(이하에서는, 단지 카메라라고 한다)의 개략 구성을 도시한다.

카메라(100)는, 고체 촬상 장치(101)와, 고체 촬상 장치(101)의 수광부(부도시)에 입사광을 유도하는 광학계(102)와, 고체 촬상 장치(101) 및 광학계(102) 사이에 마련된 셔터 장치(103)와, 고체 촬상 장치(101)를 구동하는 구동 회로(104)를 구비한다. 또한, 카메라(100)는, 고체 촬상 장치(101)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(105)를 구비한다.

고체 촬상 장치(101)는, 분할 판독 방식의 고체 촬상 장치이고, 예를 들면, 상기 실시 형태에서 설명한 고체 촬상 장치(1)로 구성할 수 있다. 그 밖의 각 부분의 구성 및 기능은 다음과 같다.

광학계(광학 렌즈)(102)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 고체 촬상 장치(101)의 촬상면(부도시)상에 결상시킨다. 이에 의해, 고체 촬상 장치(101) 내에, 일정 기간, 신호 전하가 축적된다. 또한, 광학계(102)는, 복수의 광학 렌즈를 포함하는 광학 렌즈군으로 구성하여도 좋다. 또한, 셔터 장치(103)는, 고체 촬상 장치(101)에 광이 입사되는 기간(광조사 기간), 및, 고체 촬상 장치(101)에 입사되는 광을 차폐하는 기간(차광 기간)을 제어한다.

구동 회로(104)는, 고체 촬상 장치(101) 및 셔터 장치(103)에 구동 신호를 공급한다. 그리고, 구동 회로(104)는, 공급한 구동 신호에 의해, 고체 촬상 장치(101)의 신호 처리 회로(105)에의 신호 전송 동작, 및, 셔터 장치(103)의 셔터 동작을 제어한다. 즉, 이 예에서는, 구동 회로(104)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 의해, 고체 촬상 장치(101)로부터 신호 처리 회로(105)에의 신호 전송 동작을 행한다.

신호 처리 회로(105)는, 고체 촬상 장치(101)로부터 전송된 신호에 대해, 각종 신호 처리를 시행한다. 그리고, 각종 신호 처리가 시행된 신호(영상 신호)는, 메모리 등의 기억 매체(부도시)에 기억되다, 또는, 모니터(부도시)에 출력된다.

본 실시 형태의 카메라(100)에서는, 고체 촬상 장치(101)로서 본 개시에 관한 분할 판독 방식의 고체 촬상 장치를 이용하기 때문에, 상술한 전송 트랜지스터(22)의 성능 편차에 의한 판독 성능에의 영향을 저감할 수 있고, 고화질의 촬상이 가능해진다.

또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성을 취할 수도 있다.

(1) 광전 변환부, 전하 전압 변환부, 및, 그 광전 변환부에 축적된 전하를 그 전하 전압 변환부에 전송하는 전송 트랜지스터를 포함하는 화소를 복수 갖는 화소부와,

상기 광전 변환부에 축적된 신호 전하를 소정 회수의 중간전송 동작 및 완전전송 동작에 의해 분할하여 판독할 때의 중간전송 동작시에 상기 전송 트랜지스터의 게이트에 인가하는 중간전압의 최적치의 정보가 격납되어 있는 기억부를 구비한 고체 촬상 장치.

(2) 상기 중간전압의 최적치가, 각 화소의 중간전압의 최적치의 중의 최대치인 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.

(3) 상기 화소마다의 중간전압의 최적치의 정보가, 상기 기억부에 격납되어 있는 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.

(4) 상기 기억부가, 전기적으로 프로그램 가능한 퓨즈를 포함하는 (1) 내지 (3)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.

(5) 상기 완전전송 동작시에 상기 광전 변환부로부터 상기 전하 전압 변환부에 전송되는 전하량을 Qc로 하고, 상기 중간전송 동작마다 상기 광전 변환부로부터 상기 전하 전압 변환부에 전송되는 전하량을 Qm로 하고, 상기 광전 변환부의 포화 전하량을 Qs로 하고, 상기 전하 전압 변환부에 축적 가능한 최대 전하량을 Qfd로 하고, 상기 중간전송 동작의 회수를 n으로 한 경우에, 모든 상기 화소에서, 상기 중간전압의 최적치가,

Qs-n×Qm=Qc≤Qfd

의 관계식을 충족시키는 값으로 설정되어 있는 (1) 내지 (4)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.

(6) 상기 신호 전하의 판독시에 행하는 신호 처리의 방식이, 듀얼 노이즈 캔슬링 방식인 (1) 내지 (5)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.

(7) 광전 변환부, 전하 전압 변환부, 및, 그 광전 변환부에 축적된 전하를 그 전하 전압 변환부에 전송하는 전송 트랜지스터를 포함하는 화소를 복수 갖는 화소부와, 상기 광전 변환부에 축적된 신호 전하를 소정 회수의 중간전송 동작 및 완전전송 동작에 의해 분할하여 판독할 때의 중간전송 동작시에 상기 전송 트랜지스터의 게이트에 인가하는 중간전압의 최적치의 정보가 격납되어 있는 기억부를 갖는 고체 촬상 장치와,

상기 고체 촬상 장치의 출력 신호에 대해 소정의 처리를 시행하는 신호 처리 회로를 구비하는 전자 기기.

본 출원은, 일본 특허청에서 2012년 3월 19일에 출원된 일본 특허출원 번호 제2012-061703호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.

당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 응하여, 여러가지의 수정, 콤비네이션, 서브 콤비네이션, 및 변경을 상도할 수 있는데, 그들은 첨부한 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims

광전 변환부, 전하 전압 변환부, 및, 그 광전 변환부에 축적된 전하를 그 전하 전압 변환부에 전송하는 전송 트랜지스터를 포함하는 화소를 복수 갖는 화소부와,
상기 광전 변환부에 축적된 신호 전하를 소정 회수의 중간전송 동작 및 완전전송 동작에 의해 분할하여 판독할 때의 중간전송 동작시에 상기 전송 트랜지스터의 게이트에 인가하는 중간전압의 최적치의 정보가 격납되어 있는 기억부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,
상기 중간전압의 최적치가, 각 화소의 중간전압의 최적치의 중의 최대치인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,
상기 화소마다의 중간전압의 최적치의 정보가, 상기 기억부에 격납되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,
상기 기억부가, 전기적으로 프로그램 가능한 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,
상기 완전전송 동작시에 상기 광전 변환부로부터 전하 전압 변환부에 전송되는 전하량을 Qc로 하고, 상기 중간전송 동작마다 상기 광전 변환부로부터 상기 전하 전압 변환부에 전송된 전하량를 Qm로 하고, 상기 광전 변환부의 포화 전하량을 Qs로 하고, 상기 전하 전압 변환부에 축적 가능한 최대 전하량을 Qfd로 하고, 상기 중간전송 동작의 회수를 n으로 경우에, 모든 상기 화소에서, 상기 중간전압의 최적치가,
Qs-n×Qm=Qc≤Qfd
의 관계식을 충족시키는 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,
상기 신호 전하의 판독시에 행하는 신호 처리의 방식이, 듀얼 노이즈 캔슬링 방식인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
광전 변환부, 전하 전압 변환부, 및, 그 광전 변환부에 축적된 전하를 그 전하 전압 변환부에 전송하는 전송 트랜지스터를 포함하는 화소를 복수 갖는 화소부와, 상기 광전 변환부에 축적된 신호 전하를 소정 회수의 중간전송 동작 및 완전전송 동작에 의해 분할하여 판독할 때의 중간전송 동작시에 상기 전송 트랜지스터의 게이트에 인가하는 중간전압의 최적치의 정보가 격납되어 있는 기억부를 갖는 고체 촬상 장치와,
상기 고체 촬상 장치의 출력 신호에 대해 소정의 처리를 시행하는 신호 처리 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.