KR830001199B1 - 고체 촬상장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고체 촬상장치

제 1(a)도는 고체 촬상장치의 원래적인 구성의 계략을 나타낸 회로도.

제 1(b)도는 동 장치에서 사용되는 수직주사펄프 V_OY(N), 수평주사펄스 V_OX(N)로 표시한 펄스 타이잉 도표.

제 2 도는 고체 촬상장치의 화소구조를 표시한 단면도.

제 3(a)도는 광전다이오우드, 수직스위치용 MOS트랜지스터, 및 수평스위치용 MOS트랜지스터의 배열을 표시한 고체 촬상장치이 화소구성의 개념도.

제 3(b)도∼제 3(f)도는 고체 촬상장치 화소부의 신호전하의 움직임을 설명하는 개념도.

제 4(a)도는 종래의 고체촬상장치의 주사회로를 표시한 회로도.

제 4(b)도는 동 주사회로의 입출력 펄스를 표시한 펄스 타이밍도표.

제 5(a)도는 공지의 불연속주자 펄스열을 발생하는 주자회로를 표시한 개략회로도.

제 5(b)도는 제 5(a)도의 주사회로의 입출력 펄스를 표시한 펄스 타이밍도표.

제 6 도는 공지의 에미터 플로우어회로를 사용한 신호처리회로의 구성을 나타낸 회로도.

제 7 도는 제 6도의 신호처리회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도표.

제 8도∼제 18도는 본 발명의 고체 촬상장치 신호처리회로의 실시예를 표시한 회로도.

본 발명은 반도체 기체표면서 1차원 또는 2차원적으로 배치한 복수개의 광전다이오우드에 축적된 광정보를 잃어내는 고체 촬상장치에 관한 것으로, 특히 본 발명은 고체촬상장치의 신호처리회로의 개량에 관한 것이다.

종래의 고체 촬상장치의 구성의 계략을 제 1(a)도에 표시한다.

제 1(a)도는 2차원 고체촬상장치의 원래적인 구성의 일례를 표시하고, 제 1(b)도는 수평주사펄프, 수직주사펄프의 타이밍도표의 일례를 표시한다. 제 1(a)도에 있어서, (1),(2)는 각각 수평, 수직용의 주사회로이며, 통상 2∼4위상이 지각펄스 CP_X, CP_Y를 인가하므로서, 입력펄스 V_SX, V_SY가 시각이 갖는 일정한 타이밍 시간씩 이동한 제 1(b)도에 표시한 출력펄스열, 즉 V_OX(1), V_OX(2)……, V_OY(1), V_OY(2)……를 주사회로 각 단의 출

이 종류의 고체촬상장치에서는 높은 해상도를 얻기 위하여 500×500개 정도의 광전변환소자, 스위칭소자 및 복수단의 주사회로가 필요하게 된다. 이 때문에 통상적으로는 고집적화가 비교적 용이하고 더우기 광전변환소자와 스위칭소자를 입체화 구조로 할 수 있는 MOSVLSI기술을 이용해서 제작된다. 제 2 도에 고체촬상 IC의 대부분의 면적을 점유하는 화소의 구조를 표시한다. (13)은-도전형의 반도체 기체(반도체기판, 적충성장충, 양호한 확산영역 등)이고, (5),(6)은 각각 수평, 수직의 위치를 선택하기 위한 절연개이트형 전계효과 트랜지스터(이하 MOS트랜지스터라 함)로 되는 스위치로 드레인 또는 소오스를 만드는 기체(13)와 반대도 전형의 확산층 (14),(15),(16)과 절연막(17)을 개재하여 착설한 게이트전국 (18),(19)으로 만들어진다. (14)는 또, 수직스위치가 되는 MOS트랜지스터(6)의 소오스를 이용한 광전다이오우드이다. MOS트랜지스터로 된 자리이동 레지스터 등을 이용한 주사회로 (1),(2)의 출력펄스 V_OX(N), V_OY(N)가 출력선O_X(N), O_Y(N)를 통해서 MOS스위치의 게이트에 동시에 인가된 위치의 다이오우드(14)에 입사광량에 비례하여 광전되고 있던 양의 전하가 비데오 전압(11)에서 충전된다. 그 의 충전전류가 부하전압(12)을 통해서 비데오 신호로써 신호출력단자(4)에서 읽어내게 된다.

그러나, 이와 같은 종래 소자로는 다음에 표시한 바와 같은 원인으로 고정패턴 노이즈(Fixed Pattern Noise)가 발생하여, 광전 감지기로서의 치명적인 결함이 되고 있다.

제 3(a)도는 제 2도의 구조를 더욱 간단히 그린 것으로 (13)으로서는 예를 들면 P형 실리콘기체 (14)는 1개의 광전다이오우드로 N⁺형 확산층으로 이루어져 있다. 또 (15)는 제 1(a)도에 표시한 수직신호 출력선 (9),(16)은 제 1(a)도에 표시한 수평식호 출력선(10)에 대응하고 있다. 제 3(a)도의 (15)는 MOS트랜지스터(6)의 드레인과 MOS트랜지스터(5)의 소오스의 2개 영역에 분리되어, 각기 영역을 알루미늄 등의 금속으로 접속해도 된다.

제 3(b)도로부터 제 3(f)도까지는 제 3(a)도에 대응한 채널전위가 표시되어 있다. 이제 N채널소자를 고려하고 있으므로, 전위는 정방향을 밑으로 취하고 있다.

제 3(b)도는 광전다이오우드(14)에 신호전하(31)가 축적되어 있으며, 수직스위치 MOS트랜지스터(이하 VTr이라 한다)(6)의 게이트(18)와 수평스위치 MOS트랜지스터(이하 HTr이라 한다)(5)의 게이트(19)에는 OV가 인가되어 있으며, 양쪽 트랜지스터가 모두 오프로 되어 있다.

제 3(c)도는 VTr(6)이 온하고, 신호전하가 VTr(6)의 게이트(18)의 밑과 수직신호 출력선(15)에 퍼진 상태를 표시하고 있다. 제 3(d)도는 HTr(5)로 온해서, 신호전하가 수평신호 출력선(16)에도 퍼져서, 출력되고 있는 도중의 전위를 표시하고 있다. 그리고 제 3도(e)는 신호전하가 일단 읽어내어지고, 각 전위가 Vo에 복귀되어 있는 상태를 표시하고 있다. 제 3(f)도에서는 HTr(5)가 오프되고, 다음의 화소의 신호를 읽어내고 있다.

여기서, 이 제 3(f)도와 제 3(f)도에서 알 수 있는 바와 같이 수평스위치 MOS트랜지스터 HTr(5)의 게이트(19) 밑에 신호전하의 일류(32)가 잔류되어 있어서 그것이 수평주사펄스가 오프할 때에 게이트 밑으로부터 수평출력선(16)에 출력되게 되는 것이다.

제 4(a)도는 인버어터(41)와 전송 게이트(42)로 되는 종래 잘 알려져 있는 자리이동 레지스터이다.

제 4(a)도는 수평주사회로의 종래예이다. 제 4(b)도의 펄스 도표에서 표시하였으나, 종래의 소자에 있어서는 제 n번째의 수평펄스 V_OX(n)가 오프하는 시간과 다음의 제n＋1번재의 수평펄스 V_OX(n＋1)가 온하는 시간과는 수표동기펄스 ψX₂와 같은 트리거펄스로 정해져 있다.

즉, 수평주사펄스 V_OX(n＋1)가 온하는 시간은 제n＋1렬째의 신호가 출력되는 시간이나, 동시에 제n렬재의 수평주사펄스 V_OX(n)가 오프하는 시간이기도 하다. 제 3(e)도, 제 3(f)도에서 요컨데, 종래에서는 제n＋1렬째의 광전다이오우드의 신호가 출력되는 시간에 제n렬째의 수평스위치 MOS트랜지스터(5)의 게이트(19)밑에 트램되어 있던 제n렬째의 광전다이오우드 신호전하의 일부 Q_R(32)가 출력되게 하는 것이다. 이 전류전하 Q_R가 열 전체에 있어서 같은 것이라면 문제가 없으나 그것이 불균형하면 고정패턴 노이즈의 하나의 원인이 된다.

그 결과 고체촬상장치에 있어서, 정상적인 영상신호를 얻지 못하고 재생화면상에서 수직줄무늬가 되어서 나타나, 화질을 크게 손상하게 된다.

본 발명은 상술한 종래의 고체촬상장치의 결점을 개량하고, 상술한 잔류전하에 따른 고정패턴 잡음을 제거하는 신호처리회로를 갖춘 고체촬상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자인 오오바(大場)들은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하고, 고체촬상장치의 성능향상을 달성하기 위하여, 제n＋1렬째의 수평주사펄스 Vox(n＋1)를 온해서 제n＋1량재의 신호를 읽어내기 전에 제 n렬재의 수평주사펄스 Vox(n)를 오프해 두는 주사방식을 앞서 제한하였다(일본국특개소 54-27313. 1979년 3월 1일 공개).

이하 이 주사방식에 대해서 설명한다. 제 5(a)도에 있어서 (51)은 예를 들면 제 4(a)도에 표시한 바와 같은 자리이동 레지스터이다. 그 출력선(52)에는 제 5(b)도의 Vx, n, Vx, n＋1로 표시함과 같은 펄스 Vx, m가 출력되고 있다. 본 예의 주사회로는 이 자리이동 레지스터의 출력선(52)과 스위치 MOS트랜지스터 사이에 다른 개이트 트랜지스터(53)를 착설하여 스위치 MOS전랜지스터의 개이트에 인가하는 펄스 Vox(m)를 게이트 트랜지스터(53)의 드래인선(54)에 인가하는 시각펄스ψX₃에 제한하는 것이다.

제 5(a)도에 표시한 주사회로의 출력펄스 Vox(m)는 자리이동 레지스터의 출력펄스 Vx, m과 시각펄스 ψX₃가 논리곱(AND)이 잡힌기간이 펄스폭이 되는 것이다. 이것은 제 5도(a)의 Vox(n), Vox(n＋1)……와 같은 펄스열이 된다.

본 예에서는 Vox(n)가 오프한 후에 새로이 Vox(n＋1)가 온하는 "이가 빠진"모양의 펄스열, 즉 불연속 펄스열이 된다. 또, 제 5(a)도, 제 5(b)도의 예에 있어서 시각펄스 ψX₃의 고레벨 전압 V_XH, 자리이동 레지스터(51)의 출력펄스의 고레벨 V_SH, 게이트 트랜지스터(MOS트랜지스터)(53)의 한계전압 Vth 사이에

V_SH－V_th≥V_XH

가 되도록 하면, 게이트 트랜지스터는 비조화 영역에서 동작하게 된다. 즉, 제 5(b)도에 표시한 Vox(n), Vox(n＋1)……와 같은 주사회로의 출력 Vox(m)의 출력파형, 특히 출력진폭을 가지런히 할 수가 있어, 본 주사방식의 효과는 더욱 증대한다.

또, 신호 읽어내기 시간은 Vox(m)의 펄스폭, 즉, ψX₃의 폭이 되며, 의 폭을 적의 조절하는 것도 가능하다.

고체촬성장치로 고정패턴 잡음을 방지하기 위해서, 상기한 바와 같이 수평주사 펄스열이 불연속 펄스열이 되고 있는 주사회로가 내장되어 있는 장치의 신호처리회로에서는 그 불연속 주사펄스에 의한 센서출력(제 7도의 V₂) 펄스의 변위전류에 의한 잡음(70)을 적분해서 해소하고 신호(71)만을 꺼낸다.

여기서, (70)은 MOS트랜지스터(53)의 스위칭에 의해서 발생하는 스파이크노이즈라고 불리워지는 것으로, 그 크기는 MOS트랜지스터(53)의 특성에 상용되고 있는 것이다. 고정패턴노이즈는 MOS트랜지스터(53)의 특성의 불균일로 인하여, 스파이크노이즈(70)의 크기가 산란해서 생기는 것이다. 본 발명에서는 각 MOS트랜지스터(53)마다의 스파이크노이즈(70)의 ＋성분과 －성분이 같다는 것에 착안하여, 이것을 트랜지스터(81), 저항(R₃), 용량(C₂)로 구성하는 적분회로에서 적분상쇄하도록 하였으

제 6도는 본 발명자인 "오오바"들이 앞서 제한한(일본국 실개소 54-155426, 1979.10.29 공개) 신호출력 읽어내기 회로를 표시한 것으로서 (61)은 MOS트랜지스터로 형성되는 1차원 또는 2차원의 고체촬상장치의 센서부이고, (62)는 수평신호 출력선 (64)은 비데오 출력선 Vv는 비데오전원(전압), Vo는 전원전압단자이다. 또 ψ_R는 복귀펄스

_R의 인가단자 ψ_S는 샘플링펄스

_S의 인가단자 OUT는 신호출력단자이다.

제 6도에서 NPN트랜지스터(63)의 저항(R₁)으로 에미터폴로우어회로를 구성하고 있다. 에미터의 전위 V₄는 베이스전위 V₂와

V₄=V₂-Vbi (1)

의 관계에 있다. 여기서 Vbi는 내장전압(built-in voltage).

저항 R₁를 흐르는 전류 i는,

로 표시되며, 이 전류로 용량 C₁을 방전하여 적분한다. 복귀펄스

_R에 의해서 복귀트랜지스터(65)(여기서는 MOS트랜지스터를 이용)가 오프하고 있는 기간을 t₁로 하면, 복귀트랜지스터(65)가 온하기 직전의 콜렉터전압 V₉는,

가 되며, 센서의 출력전압 V₂가 전분되게 되며, 점 A에는 이 전분출력 V₉이 나타나서 잡음을 소거할 수 있다. 도면 중 C₂은 단순한 기생용량이지만 C₁은 고의로 착설하는 용량(기생용량 또는 부가용량)이다. (3)식에서 알 수 있는 바와 같이 R₁과 C₁의 크기에 따라 V₉가 결정된다.

제 1도의 실시예에서는

C₁》C₂

의 관계에 있는 것이 바람직하다. 제 7도에

_R, V₂,

_S, V₉, V₁₀(또는 OUT 단자전압 VOUT)의 타이밍 도표를 표시한다. 제 6도의 회로에 있어서 V₀,

_R,

_S는 5∼12V가 일반 으로 사용될 수 있으나, 여기서 9V로 하고, 비데오전압 V_p=3V로 해서 제 7도에 전압치를 표시하였다.

제 6도에서 (66)은 얻어진 출력을 샘플호울드하기 위한 트랜지스터트(MOS트랜지스터를 사용), (67)은 완충트랜지스터(MOS트랜지스터를 사용)이다.

그러나, 전술한 불연속 수평주사펄스열을 사용한 고체촬상장치의 신호처리회로로서는, 제 6도의 회로에서는 아직 완전하지 않다는 것을 알았다.

즉, 제 6도에 표시한 신호처리회로에서는 샘플링펄스 ψ_S가 인가되면, 신호는 기생용량 C₂에 비례 분배되어서 변화되어 버린다는 결점이 있다.

제 8도는 본 발명의 일실시예를 표시하고 있다. 제 8도는 제 6도에 있어서, 적분출력 V₉가 나타나는 점A와 샘플링트랜지스터(66) 사이에 소오스 플로우어회로(MOS트랜지스터(81), 저항(R₃)으로 되어 있다)를 삽입한 것이다. 이것으로 제 8도의 신호처리회로에서는 샘플링펄스

_S로 인하하였을 때에도 적분출력단자 A의 전위 V₉는 기생용량 C₂에 좌우되지 않는다.

제 9도의 실시예에서는 초단의 트랜지스터를 NPN의 쌍극성 트랜지스터를 N채널의 MOS트랜지스터(83)에 대체한 것으로 발명의 효과는 제 8도의 실시예와 같다.

제10도의 실시예에서는 초단의 트랜지스터를 접합형 FET(JFET)(84) 대신에, 또 적분한 출력을 소오스픔로우어를 개제하여 피이크 검출하는 것이다.

이상의 실시예에서는 샘플링펄스

_S또는

_S ¹가 필요하였으나, 제11도에 표시한 다른 실시예에서는 샘플링펄스는 필요없으며, 보다 사용하기 쉽게 되어 있다. 제11도에 있어서 복귀펄스가 인가되어, 용량 C₁이 충전되는 것이나, 그 때 흘러 들어가는 전류를 부하저항 R₁를 통하여 검출하는 것이다. 즉, 복귀에서 다음의 복귀까지의 시간에 용량 C₁에서 저항 R₁을 통하여 유출된 전류의 적분치에 상당하는 전류가 복귀시에 용량 C₁에 흘러들어가 그것을 저항 R_L을 개재하여 검출한다. 따라서 샘플링펄스는 필요없게 된다.

제12도에서는 초단의 트랜지스터를 MOS트랜지스터(83)로 바꾼 것, 제13도에서는 PNP트랜지스터(86)대신에 극성을 만전한 것을 실시예를 표시하고 있다. 또, 제15도, 제14도에서는 집적회로화 하기 쉽도록 저향류를 MOS트랜지스터(87), (87'), (88)로 구성한 실시예이다.

제16도, 제17도에서는 각각 제10도 및 제 9도의 회로에 의한 출력신호를 다시 2중 샘프링함으로서 보다 고정패턴 잡음이 적은 신호를 얻으려고 하는 것이다. 이들 실시예에서는 반대를 2개의 샘플링펄스가 필요하게(제16도에서는 ψ_O', ψ_S", 제17도에서는 ψ_S, ψ_S"')되지만, 1개의 경우에 비해서 위상, 속도가 다, 시 수월하게 설정할 수가 있는 이 점을 가지고 있다.

제18도는 2개의 회로 중 한쪽에만 센서를 적합한 것으로 트랜지스터(181), (182)를 사용할 자동증폭기에 의한 차동방식의 출력검출 방법이다.

이상 설명한 실시예에 있어서 (80)은 고체촬상장치의 센서부의 구동회로, (61)은 고체촬상장치 센서부이다. 본 발명에서는 센서부의 출력을 직접 신호처리하는 것이다. 그리고 OUT단자로부터의 출력을 다시 저주파 통과필터를 통하게 한 후에 증폭기로 증폭되어, 출력신호가 된다. 그러나 센서부의 뒤에 증폭기를 게제하여 증폭된 출력파형에 대해서 본 발명을 적용하는 것도 물론 가하며 하등의 지장은 없다.

또, 이상의 실시예의 여러가지 결합, 예를 들면, 제 8도나 제11도의 실시예를 차동형식으로 해서 제18도와 같이 구성해도 상관없다.

Claims (1)

1. 반도체 기체의 표면영역에 착설된 복수의 광전다이오드에 축적된 광정보를 불연속 수평주사펄수열에 의해 읽어내는 센서부와 이센서부에서 출력되는 비데오 신호의 잡음성분을 적분해서 제거하는 신호처리회로를 가진 고체촬상장치에 있어서 상기 신호처리회로는 비데오 신호를 입력으로 하는 제 1의 트랜지스터(81)와 제 1의 부하(R₃)를 직렬 접속한 제 1의 에미터(소오스)플로우어회로와 이 제 1의 에미터(소오스)폴로우어회로와 직렬로 접속된 복귀신호를 입력으로 하는 제 2의 트랜지스터(66)와 상기 제1의 트랜지스터(81)의 콜렉터 접지단자와의 사이에 접속된 용량(C₁)과 상기 제1의 트랜지스터(81)의 콜렉터(드레인)출력을 입력으로 해서 상기 용량(C₁)의 방전전류의 적분치를 검출하는 제2의 에미터(소오스)플로우어회로로 된 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.

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