KR920003568B1

KR920003568B1 - 접촉형 이미지센서

Info

Publication number: KR920003568B1
Application number: KR1019870009829A
Authority: KR
Inventors: 고우헤이 스즈키
Original assignee: 가부시키가이샤 도시바; 아오이 죠이치
Priority date: 1986-09-05
Filing date: 1987-09-05
Publication date: 1992-05-04
Also published as: EP0258861A3; US4858022A; EP0258861A2; KR880004689A

Abstract

내용 없음.

Description

접촉형 이미지센서

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉형 비결정반도체선형 이미지센서의 회로구성도.

제2a도 내지 제2h는 제1도에 도시한 이미지센서의 각부 파형도.

제3a도 내지 제3b는 각각 제1도에 도시한 리세트용 아날로그스위치로 공급되는 제어펄스신호와 이미지센서로부터 출력되는 화상신호의 타이밍챠트.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉형 비결정반도체세선형 이미지센서의 회로구성도.

제5a도 내지 제5e는 제4도에 도시한 이미지센서의 각부 파형도.

제6도는 본 발명의 제3실시예에 따른 접촉형 비결정반도체선형 이미지센서의 회로구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 기판 12 : 2층배선회로

14 : 구동신호 발생회로 16 : 전압증폭회로

18, 56 : 출력단자 20, 58 : 스위치 제어회로

50, 50' : 화상신호 독출회로 52, 52' : 제1샘플/홀드회로

54, 54' : 제2샘플/홀드회로 D1~Dn : 광도전셀

U1~Um : 광도전셀군 LA1~LAm : 공통셀전극배선

LB1~LBn : 셀전극배선 LC1~LCn : 병렬신호선

S1~Sm : 스위칭트랜지스터(아날로그스위치)

LO : 공통신호출력선 CL : 정전캐패시터

SR : 리세트용 아날로그스위치 ør, øs, øc : 제어펄스신호

TS : 1라인 독출주기 Vout : 화상출력신호

P1, P2, PS1, PS2, PH1, PH2 : 펄스

Vsig : 화소신호의 유효성분 Toff : 스위치(SR)의 차단주기

Ton : 스위치(SR)의 도통주기 SC, SS : 아날로그스위치

Vnoise : 잡음성분 CC, CH : 캐패시터

A1, A2 : 제1, 제2차 동증폭기

[산업상의 이용분야]

본 발명은 반도체 이미지센서에 관한 것으로, 특히 매트릭스 구동방식에 의해 스위칭되는 비결정반도체 광도전소자의 셀배열을 갖춘 접촉형 이미지센서에 관한 것이다.

[종래의 기술 및 그 문제점]

일반적으로 팩시밀리와 광문자독출기(OCR) 및 복사기와 같은 다양한 광독출장치에 폭넓게 사용되고 있는 비결정반도체 이미지센서는 광독출장치를 최소화할 수 있도록 만들어져야 하기 때문에, 실제적으로 독출되는 원고의 폭과 동일한 길이를 갖춘 접촉형인 반도체선형 이미지센서의 개발이 진행되고 있는 바, 이와 같은 이미지센서는 원고의 화상이 이미지센서에 도달하기 이전에 화상이 감소하는 렌지시스템에 사용되는 모든 화상장치에 유용한 것을 광화상장치를 최소화할 수 있도록 구성된다.

상기 접촉형 비결정반도체 이미지센서에 있어서, 비결정반도체 광전검출소자의 셀배열은 매트릭스 배선회로에 접속되어 매트릭스 구동방식에 의해 스위칭되는 바, 이러한 접촉형 비결정 이미지센서의 하나가 미합중국 특허출원 제943,705호(발명자; 스즈키 고우헤이등; 출원일 1986년 12월 19일)로 발표되어 있다. 이 이미지센서는 선형적으로 배열되고, 광전검출소자는 화소소자로서 작용하게 된다. 더욱이 이들 광전검출소자는 부하저항과 증폭기로 이루어진 화상신호검출기와 연결된 미리 설정된 수의 셀군으로 분할되고, 부하 저항은 저항에 연속적으로 공급되는 화상전류신호가 변함에 따라 변화되는 전압을 발생시켜 증폭기가 저항에 의해 발생된 전압을 증폭함으로써 시간 연속화상 독출신호(time-sequential image readout signal)가 얻어지게 된다.

이와 같이 화상신호로서 부하저항에 의해 발생된 전압을 출력하는 접촉형인 비결정반도체 이미지센서는 요구되는 것만큼 빠르게 시간 연속 독출화상신호를 발생시킬 수 없는 결점이 있는 바, 이러한 결점은 화상신호검출기의 시정수(τ)를 충분히 감소시킬 수 없기 때문에 피할 수 없는데, 화상신호검출기의 시정수(τ)는 부하저항의 저항값(R)과 부하저항과 병렬로 접속된 필연적으로 존재하는 정전캐패시터의 용량과의 곱으로 결정된다(용량은 기생용량, 표유용량, 결합용량이다). 따라서 시정수(τ)를 감소시키기 위해 정전용량을 한없이 감소시킬 수 없기 때문에 일반적으로는 부하저항의 저항(R)을 감소시킬 필요가 있다. 그러나 저항값(R)이 감소되면, 부하저항에서 발생되는 전압도 감소하게 됨에 따라 이미지센서에 의해 출력되는 각 화상신호의 유효성분이 감소되어 화상신호의 신호대 잡음비(이하, S/N비로 칭함)가 감소하게 된다. 특히, 비결정실리콘 이미지센서의 경우에는 부하저항에 의해 발생되는 전압이 대폭 저하되게 되는데, 이것은 이미지센서의 광전전환막을 형성하는 비결정실리콘의 도전율(광감도)이 매트릭스 구동이미지센서의 광전전환막을 형성하는 황화카드늄-셀레늄(Cds-Se)의 도전율보다 더 낮기 때문이다. 이와 같이 접촉형. 비결정반도체 이미지센서에 사용되는 부하저항의 저항값이 고속으로 시간 연속화상 독출신호를 발생하도록 낮아진 경우, 화상신호의 S/N비가 낮아진다고 하는 큰 문제가 있었다.

[발명의 목적]

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 높은 S/N비를 유지하면서 고속에서 화상신호를 발생시킬 수 있도록 된 매트릭스 구동방식의 접촉형 이미지센서를 제공함에 그 목적이 있다.

[발명의 구성]

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판(10)상에 형성되면서 각각 소정의 셀군(U1,U2,…,Um)으로 분할된 비결정반도체 공도전셀(D1,D2,…,Dnm)과, 이 공도전셀(D1,D2,…,Dnm)에 접속되면서 상기 셀군(U1,U2,…,Um)을 연속적으로 선택함과 더불어 선택된 셀군의 셀들을 연속적으로 활성화하기 위해 구동전압신호를 발생시키는 구동수단(12,14) 및, 선택된 셀군의 셀로부터 연속적으로 공급되는 화소전류로부터 화소전압신호를 연속적으로 발생시키기 위해 상기 셀군(U1,U2,…,Um)에 접속된 신호독출수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 비결정반도체 광전검출소자의 선형배열로 이루어진 접촉형 이미지센서에 있어서, 상기 신호독출수단이, 아날로그스위치(S1,S2,…,Sm; 스위칭트랜지스터)를 통해 상기 셀군(U1,U2,…,Um)에 연결된 공통신호출력선(LO)과, 상기 화소전류를 연속적으로 축적하기 위해 상기 공통신호출력(LO)에 연결된 정전캐패시터(CL), 인접한 다른 셀로부터 독출된 화소전류가 상기 정전캐패시터(CL)에 축적된 다음 각 셀군(U1,U2,…,Um)중 하나의 셀이 선택될 때마다 상기 공통신호출력선(LO)을 리세트시키기 위해 상기 공통신호출력선(LO)에 연결된 아날로그스위치수단, 상기 각 셀군(U1,U2,…,Um)으로부터 독출되는 화상신호를 인가받아 출력단자(18)를 통해 톱니파의 화상출력신호를 독출하도록 상기 공통신호출력선(LO)에 연결된 전압증폭회로(16) 및, 상기 아날로그스위치수단의 스위칭동작을 제어하기 위한 펄스신호를 발생시키기 위해 상기 아날로그스위치(SR)에 연결된 스위치제어회로(20)로 구성된 것을 특징으로 한다.

[실시예]

이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 1실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 광도전셀(화상소자)로서 기능하도록 연장된 절연기판(10)에 선형적으로 배열된 비결정반도체(실리콘) 광전검출소자(광검출기 또는 광센서)의 화소배열을 갖춘 접촉형 선형이미지센서를 도시한 것으로, 기판(10)은 설명의 단순화를 위해 점선의 직사각형으로 나타냈다. 주지의 줄무늬형 비결정반도체층(도시되지 않았음)은 기판(10)의 제1표면영역에 형성되어 광전변환층으로 사용되는 바, 이 비결정반도체층은 비결정 실리콘으로 이루어질 수 있고, 광도전셀(D)을 규정하는 비결정실리콘층에 형성된 다수의 소자쌍(도시되지 않았음)은 각각 N개의 셀(D1,D2,…,Dn)으로 이루어진 M개의 셀군으로 분할되어 있다. 본 실시예에서 M=54, N=32이면, 전체로 1,728개의 셀이 A4 크기의 용지에 대한 8화소/mm 화상분해에 사용된다.

각 셀군(Ui; i=1,2,…,m)의 광도전셀(D1,D2,…,Dn)의 일단은 공통셀전극배선(LAi; i=1,2,…,m)에 연결됨과 더불어 타단은 각각 기판(10)의 제2표면영역에 형성된 절연층(도시되지 않았음)에 제공되는 개개의 셀전극배선(LB1, LB2,…,LBn)에 연결되어 있으며, 상기 셀전극배선(LB1, LB2,…,LBn)은 2층배선회로(12)의 열신호선으로 사용된다. 또한, N개의 병렬신호선(LC1, LC2,…,LCn)은 기판(10)과 절연층사이에 형성되면서 이들 병렬신호선(LC1, LC2,…,LCn)은 배선회로(12)의 행신호선으로 기능하게 되고, 각각 셀전극배선(LB1, LB2,…,LBn)과 대응되어 있다. 즉, 상기 각 병렬신호선(LCi)은 제1도에 도시한 바와 같이 각각 셀군(U1, U2,…,Um)에 속하는 각각의 셀전극배선(LBi)과 대응되게 접속되어 있다.

또, 상기 병렬신호선(LC1, LC2,…,LCn)은 각 셀군(Ui)의 셀전극을 연속적으로 구동시키기 위한 구동전압신호를 발생시키는 구동신호 발생회로(14)에 연결되어 있고, 상기 공통셀전극배선(LAi)은 아날로그스위치소자로서 작용하는 스위칭트랜지스터(S1, S2,…,Sm)를 통해 공통신호출력선(LO)과 접속되어 있는바, 상기 트랜지스터(S1, S2,…,Sm)는 금속산화반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)이다. 상기 공통신호출력선(LO)은 광도전셀(Di)로부터 화상신호를 독출하기 위해 전압증폭회로(16)에 연결되어 있는데, 이 전압 증폭회로(16)는 통상적인 용량결합증폭기로서, 직류증폭기로 전압증폭회로(16)를 구성할 필요는 없으며, 상기 전압증폭회로(16)는 선형이미지센서의 출력단자(18)에 접속되어 있다.

한편, 정전캐패시터(CL)가 공통신호출력선(LO)에 접속되어 있는 바, 등가적으로 상기 정전캐패시터(CL)는 전압증폭회로(16)의 입력단자와 접지전위사이에 접속되어 있다. 상기 정전캐패시터(CL)는 (i) 아날로그스위치(S1,S2,…Sm)를 형성하는 MOSFET의 게이트-소오스 또는 게이트-드레인사이의 기생용량, (ii) 공통신호출력선(LO)과 다른 배선 또는 도전체사이의 결합용량등 공통출력선(LO) 자체의 표유용량, (iii) 전압증폭회로(16)의 입력임피던스등의 이미지센서의 내부회로내의 정전용량성분의 합으로 정의된다. 따라서 소정의 이산(descrete)적인 용량소자가 공통신호출력선(LO)에 제공될 필요는 없다. 이는 제1도에서 공통신호출력선(LO)과 접지간의 접속된 캐패시터(CL)에 연결된 선이 점선으로 표현된 이유이고, 부하저항으로서 기능하는 저항소자가 공통신호출력선(LO)상에 제공되어 있지 않다.

리세트용 아날로그스위치로서 작용하는 스위칭트랜지스터(SR)는 공통신호출력선(LO) 또는 전압증폭회로(16)의 입력단자와 접지전위사이에 연결되어 있고, 아날로그스위치(SR; 스위칭트랜지스터)와, 아날로그스위치(S1,S2,…Sm; 스위칭트랜지스터), 공통신호출력선(LO), 정전캐패시터(CL) 및 전압증폭회로(16)가 본 이미지센싱장치의 화상신호 독출회로를 구성하게 되는데, 상기 리세트용 아날로그스위치(SR)는, 예컨대 스위치 제어회로(20)에 연결된 게이트전극을 갖춘 MOSFET로 이루어져 있다. 상기 스위치제어회로(20)는 아날로그스위치(SR)의 게이트전극에 리세트제어신호로서 펄스신호(ør)를 공급해서 아날로그스위치(SR)가 도통될 때마다 각 셀군(Ui)으로부터 화상전류신호를 독출하게 한다. 그리고 스위치(SR)가 도통될 경우 공통신호출력선(LO)의 전위가 접지전위로 떨어져 리세트되며, 다음의 셀군(U(i+1))이 선택되었을때 아날로그스위치(SR)가 스위치제어회로(20)의 제어하에 비도통상태로 됨으로써 셀군(U(i+1))으로부터 독출되는 화상신호가 전압증폭회로(16)로 전송되게 되는 바, 아날로그스위치(SR)는 셀군으로부터 출력되는 화상신호중의 누설전류, 아날로그스위치(S1,S2,…Sm) 또는 구동신호 발생회로(14)에 의해 발생된 스위칭잡음등이 화상신호에 합쳐지는 것을 효과적으로 방지하기 위한 것이다.

다음에 이미지센서내에서 발생되는 다양한 신호의 파형을 도시한 제2a도 내지 h를 참조하여 접촉형 선형 이미지센서의 동작을 설명한다. 즉, 이미지센서가 팩시밀리에 사용된 경우, 이미지센서가 용지의 길이방향으로 움직여서 용지에 프린트된 라인화상을 연속적으로 감지하게 된다. 그에 따라 아날로그스위치(S1,S2,…Sm)가 제2a도 내지 c로부터 알 수 있는 바와 같이 1라인 독출주기(TS)동안 각각 설정된 주기에 따라 차례로 도통되는 바, 1라인 독출주기(TS)는 용지에 프린트된 각 라인화상을 감지하도록 된 광도전셀(D1,D2,…Dn,D(n+1),…,D2n,…,Dnm)에 의해 결정되게 된다.

제2도 d 내지 f에 도시한 바와 같이 구동신호 발생회로(14)는 아날로그스위치(S1,S2,…Sm)가 도통되어 있는 동안 2층배선회로(12)의 신호선(LC)에 연속적으로 구동펄스신호를 공급하게 된다. 즉, 예컨대 아날로그스위치(S1)가 도통되어 있는 동안 다른 아날로그스위치(S2~Sm)는 비도통되어 셀군(U1)에 있는 광도전셀(D1,D2,…Dn)의 열배선(LB1,LB2,…LBn; 셀전극배선)이 연속적으로 활성화된다. 그러므로 아날로그스위치(S1)가 도통상태로 있는 동안 광도전셀(D1~Dn)에 의해 발생된 신호전류가 순차적으로 공통신호출력선(LO)으로 공급되어 정전캐패시터(CL)에 축적되고, 이 캐패시터(CL)에 축적된 전류가 공통신호출력선(LO)의 전위를 결정하게 된다.

또, 화소신호가 독출되는 동안 스위치제어회로(20)는 펄스신호 또는 제어신호(ør)를 리세트용 아날로그 스위치(SR)로 공급하게 되는 바, 제2도 g에 도시한 바와 같이 제어신호(ør)가 하이레벨로 될 때마다 셀군(U1)의 소정 광도전셀이 활성화되게 된다. 그러므로 아날로그스위치(SR)는 비활성화되는 소정 셀에 인접하는 다른 셀이 선택되어 활성화될 때마다 도통되게 된다. 예컨대, 공통신호출력선(LO)은 셀(D1; 제2도 h)로부터 출력되는 화소신호전류가 캐패시터(CL)에 축적된 후 인접셀(D2; 제2도 h)로부터 출력되는 화소신호전류가 캐패시터(CL)에 축적되기 이전에 리세트되고, 출력선(LO)이 리세트되면 출력선(LO)의 전위는 접지전위로 떨어지게 된다.

그후, 셀(D2)에 의해 발생된 화소신호전류가 캐패시터(CL)에 축적될때 공통신호출력선(LO)의 전위는 캐패시터(CL)의 전하값에 따라 변하게 되고, 이 전하값의 변화는 전압증폭회로(16)에 의해 증폭된다. 또, 셀(D2)이 선택되었을때 아날로그스위치(SR)는 다시 도통되어 출력선(LO)이 리세트되고 방전되며 초기화 된다. 그 다음 셀인 셀(D3; 도시되지 않았음)이 선택되었을때 셀(D3)에 의해 출력되는 화소전류는 상기한 바와 마찬가지로 캐패시터(CL)에 축적되고, 리세트용 아날로그스위치(SR)는 아날로그스위치(S1)가 선택되어 있는 동안 되풀이하여 공통출력선(LO)을 리세트시켜 캐패시터(CL)가 초기화된다. 이와 같이 하여 결국 제2도 h에 도시한 톱니파의 화상출력신호(Vout)가 전압증폭회로(16)의 출력단자(18)로부터 출력되게 된다.

화소신호가 셀군(U1)의 모든 셀로부터 독출되었을때 아날로그스위치(S1)는 차단되고 아날로그스위치(S2)가 도통된다. 그에 따라 제2의 셀군(U2)이 활성화되어 상기 셀군(U1)의 셀로부터 화소신호의 독출과 마찬가지로 셀군(U2)의 셀로부터 화소신호가 독출되는 바, 제2도 g로부터 알 수 있는 바와 같이 리세트용 아날로그스위치(SR)는 스위칭동작을 반복하게 되어 화소신호전류가 셀로부터 독출될때마다 출력선(LO)이 리세트되고, 캐패시터(CL)가 초기화된다. 즉, 화상출력신호(Vout)가 셀군(U2)의 셀로부터 얻어지게 된다. 그후, 화상출력신호(Vout)가 모든 다른 셀군(U3~Um)으로부터 독출됨으로써 광도전셀(D1,D2,…Dn, D(n+1),…,D2n,…,Dnm)에 의해 감지된 1라인화상이 이미지센서로부터 독출되는데, 이때 이미지센서는 용지의 길이방향으로 이동하게 된다.

리세트용 아날로그스위치(SR)를 갖추고 있는 이미지센서는 화상신호의 S/N비를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 광도전셀로부터 고속으로 화상신호를 독출할 수 있는 바, 이와 같은 이미지센서의 이점은 다음의 설명으로부터 명백하게 이해될 것이다.

제3a도 및 제3b도는 각각 리세트용 아날로그스위치(SR)로 공급되는 제어펄스신호와 이미지센서로부터 출력되는 화상신호의 확대파형도로서, 제3a도는 제2도 g에, 제3b도는 제2도 h에 각각 대응된다. 상기한 바와 같이 소정 아날로그스위치(Si)가 도통된 경우 리세트용 아날로그스위치(SR)가 공통신호출력선(LO)을 리세트시킬 때마다 화소신호전류가 활성화된 셀군(Ui)의 하나의 셀로부터 독출된다. 따라서, 제3b도에 도시한 바와 같이 각 셀로부터 출력되는 화소신호(전압신호)는 톱니파형(삼각파형)으로 된다. 더 상세하게 설명하면, 광도전셀(D1)의 출력전압은 제어펄스(P1)의 하강엣지에서 상승하기 시작하여 다음의 제어펄스(P2)의 상승엣지에서 0레벨로 급격히 떨어지게 되며, 셀(D1)의 출력전류에 의존하는 톱니파형을 가진 화소신호의 유효성분(Vsig)은 아날로그스위치(SR)가 차단된 직후 출력선(LO)의 전위와 화소신호의 최대치전위의 차로서 주어진다. 즉, 유효신호성분(Vsig)은 다음 식으로 표현된다.

여기서, I : 셀에 의해 출력되는 화소신호전류, Toff : 리세트용 아날로그스위치의 차단주기, C : 정전캐패시터(CL)의 용량, G : 전압증폭회로(16)의 이득을 각각 나타낸다.

공통신호출력선(LO)에 연결된 부하저항(RL)을 이용한 종래의 접촉형 이미지센서에서 셀(D(i-1))로부터 독출되는 화소신호전압은 화소가 다음의 광도전셀(Di)로부터 독출되는 동안의 주기(t)내에서 충분히 감쇠된다. 따라서 부하저항(RL)은 다음 조건을 만족하도록 특별히 설계되어야만 한다.

＂RL·CL＂값은 화소신호의 감쇠시정수로서 간주되고, 잔유신호성분의 비율(Z)은

로 표현된다.

다음 표는 여러가지 시정수(RL·CL)의 값과, 그에 대응하는 잔유신호성분의 비율(Z)를 나타낸 것이다.

[표 1]

특히, 화상신호로부터 재생되는 화상에 해상도를 높은 값으로 유지하기 위해서 잔류신호성분의 비율(Z)이 5% 이하, 적절하게는 1% 이하로 감소되어야만 한다. 따라서 상기 표로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이 감쇠시정수(RL·CL)는 t/5 이하가 요구된다.

즉, 화소신호의 유효성분(Vsig')은

(1)식과 (4)식을 비교함으로써 본 발명의 이미지센서에 의해 얻어지는 소정 화소신호의 전압성분이 종래의 이미지센서에 의해 얻어지는 화소신호의 전압성분보다 약 5배 높은 것임을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 이미지센서에 의해 출력되는 화상신호의 S/N비트는 종래의 이미지센서에 의해 발생되는 화상신호의 S/N비보다 5배정도 높아지게 된다. 더욱이 본 발명은 잔류화소신호의 비율을 이론절인 최소값 가까이 감소시킬 수 있다. 여기에 사용된 ＂잔류화소신호의 비율＂은 다음의 셀로부터 화소신호가 독출되는 기간동안 하나의 셀로부터 출력된 화소신호전류중 남아 있는 부분의 비율을 의미하는 바, 이 비율은 리세트용 아날로그스위치(SR)의 도통저항(R_on)을 적당한 값으로 선택함으로써 조정할 수 있다.

더 정확히 저항(R_on)은

을 만족하도록 선택되게 된다.

여기서, Ton은 아날로그스위치(SR)의 도통주기이다.

으로 가정하면, 잔류화소신호의 비율을 1% 미만으로 쉽게 감소시킬 수 있고, 하나의 셀로부터 독출되는 화소신호성분은 다음의 셀로부터 화소신호를 독출하기 시작할때 급격히 감쇠되기 때문에 화소신호를 연속적이면서 고속으로 독출할 수가 있다. 즉, 본 발명의 이미지센서는 종래의 이미지센서보다 더 고속으로 화상신호를 발생시킬 수 있다.

더욱이 본 발명에 있어서, 기능수행시마다 발생되는 독출용 스위치(S1~Sm; 스위칭트랜지스터)의 잡음이나 구동신호출력시마다 발생되는 구동신호 발생회로(14)의 잡음은 리세트용 아날로그스위치(SR)를 도통시킴으로써 제거시킬 수 있고, 그에 따라 공통신호출력선(LO)이 접지되므로 소정 셀로부터 독출되는 화소신호에 추가되는 잡음의 양을 최소화할 수 있어 화소신호의 S/N비를 최대화할 수 있다.

또한 본 발명에 있어서, 전압증폭회로(16)는 용량결합증폭기로 될 수 있고, 용량결합증폭기의 사용은 이미지센서에 의해 출력되는 화상신호로서 재생된 화상의 질에 크게 기여하게 되는 바, 종래의 접촉형 이미지센서에 있어서, 공통신호출력선(LO)의 전위는 화상신호를 제공하기 위해 검출되어야만 하므로 종래의 이미지센서는 직류전류증폭기(직렬증폭기)가 갖추어져 있어야만 했다. 그런데, 직류증폭기의 동작점은 온도와 전원전압의 변동등에 의해 변동되므로 직류증폭기를 갖춘 이미지센서는 불안정한 화상신호를 출력하게 되고, 이 화상신호로서 재생되는 화상은 화질이 불량하게 된다. 더욱이 양전압과 음전압의 두가지 전원전압이 일반적으로 직류증폭기의 구동을 위해 요구되기 때문에 직류증폭기를 갖춘 이미지센서는 그 내부의 회로구성이 복잡하게 되는데, 이 사실은 이미지센서를 최소화하고 저가격으로 생산하고자 하는 요구에 역행하는 것이다. 반면에 본 발명에 따른 이미지센서에 사용되는 전압증폭회로(16)는 단순한 구성을 갖춘 용량결합증폭기로서 단일전원으로 동작할 수 있는 바, 이것은 본 발명에 있어서, 공통신호출력선(LO)의 전위변화가 아날로그스위치(SR)에 의해 공통신호출력선(LO)이 리세트된 후에 일어나서 화소신호가 발생되기 때문이다. 즉, 아날로그스위치(SR)가 차단된 직후의 출력선(LO)전위와 아날로그스위치(SR)가 도통되기 직전의 출력선(LO)전위의 차가 검출되어 하나의 신호전압성분형태로 출력되기 때문이다. 이러한 신호전압성분(Vout)을 제공하기 위해 동작하는 전압증폭회로(16)는 온도와 전원전압의 변동에 기인하는 동작점의 표류를 벗어나게 되어 안정된 화상신호(Vout)를 출력할 수 있게 된다. 따라서 전압증폭회로(16)는 고화질의 화상재생에 도움이 된다.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉형 이미지센서의 회로구성도로서, 제1실시예(제1도)와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 더욱이 도면의 단순화를 위해 제2실시예의 기판(10)은 제4도에 도시하지 않았다. 본 실시예는 화상신호 독출회로(50)가 리세트용 아날로그스위치(SR)에 의해 발생되는 스위칭잡음을 제거할 수 있도록 되어 S/N비를 더욱 개선시킨 점에 특징이 있다.

제4도에 도시한 바와 같이, 용량결합증폭기(16; 전압증폭회로)의 출력단자(18)가 화상신호 독출회로(50)에 연결되어 있고, 화상신호 독출회로(50)는 차동증폭기(A1)를 포함하는 바, 이 증폭기(A1)이 비반전 입력단자(+)에는 증폭기(16)의 출력단자(18)가 접속되어 있고, 반전입력단자(-)에는 제1샘플/홀드회로(52)를 통해 출력단자(18)가 접속되어 있으며, 제1샘플/홀드회로(52)는 아날로그스위치(SC)와 캐패시터(CC)로 구성되어 있다. 여기서, MOSFET인 상기 아날로그스위치(SC)는 출력단자(18)와 차동증폭기(A1)의 반전입력단자사이에 직렬로 연결되어 있고, 캐패시터(CC)가 증폭기(A1)의 반전입력단자와 기준전위(예컨대, 접지전위)사이에 제공되어 있다.

또한, 상기 차동증폭기(A1)의 출력단자는 제2샘플/홀드회로(54)를 통해 버퍼증폭기로서 작용하는 제2차동증폭기(A2)의 비반전입력단자에 연결되어 있고, 상기 제2샘플/홀드회로(54)는 아날로그스위치(SS)와 캐패시터(CH)로 구성되어 있다. 상기 아날로그스위치(SS)는 제1차동증폭기(A1)의 출력단과 제2차동증폭기(A2)의 비반전입력단사이에 직렬로 접속되어 있고, 캐패시터(CH)가 제2차동증폭기(A2)의 비반전입력단과의 접지전위사이에 제공되어 있다. 상기 제2차동증폭기(A2)의 출력은 제2차동증폭기(A2)의 반전 입력단으로 궤한되면서 증폭기(A2)의 출력단은 화상신호 독출회로(50)의 출력단자(56)에 접속되어 있다.

또, 스위치제어회로(58)는 아날로그스위치(SR,SC,SS)의 게이트에 접속되면서 아날로그스위치(SR)에 제어펄스신호(ør), 아날로그스위치(SC)에 제어펄스신호(øc), 아날로그스위치(SS)에 제어펄스신호(øs)를 각각 공급함으로써 상기 아날로그스위치(SR,SC,SS)의 스위칭동작을 제어하게 된다.

제4도에 도시한 접촉형 선형 이미지센서는 용량결합증폭기(16)가 화상신호를 출력할때까지 제1도에 도시한 이미지센서와 동일한 모드로 동작한다. 따라서 전압증폭회로(16)에 의해 출력되는 연속적인 화소신호는 제2도 h에 도시한 바와 같이 톱니파형으로 되고, 이러한 화소신호는 연속적으로 화상신호 독출회로(50)에 공급된다.

리세트용 아날로그스위치(SR)로 공급되는 제어펄스신호(ør)가 하이전위레벨(활성화레벨)로 상승할 때마다 소정 광도전셀(Di)은 화소신호(제5a도의 P1,P2 참조)를 출력하게 된다. 이 제어펄스신호(ør)에 응답하여 아날로그스위치(SR)는 스위칭동작을 반복하게 되고, 아날로그스위치(SR)가 도통될 때마다 공통신호출력선(LO)은 리세트되며, 캐패시터(CL)가 초기화되어 각 화소신호에 혼합되는 잡음을 방지하게 된다.

본 실시예에 있어서, 리세트용 아날로그스위치(SR)는 필연적으로 스위칭잡음을 발생하게 되는 바, 아날로그스위치(SR)에 의해 발생된 잡음성분은 제5b도에 ＂Vnoise＂로 나타나 있다. 이 잡음성분(이하, ＂리세트잡음＂이라 한다)이 톱니파형인 각 화소신호에 겹쳐지게 되어 화소전압신호의 S/N비가 감소하게 된다.

이러한 리세트잡음을 포함한 전압증폭회로(16)의 출력화상신호(Vout)가 화상신호 독출회로(50)로 입력될 때 스위치제어회로(58)는 리세트제어펄스신호(ør)의 펄스(P1)에 하강엣지에서 상승하는 리세트제어펄스신호(øc)의 펄스(PS1)를 출력하게 된다. 즉, 제5도 c에 도시한 바와 같이 광도전셀(D1)로부터 화소신호의 독출이 시작될때 펄스(PS1)가 발생된다. 이 펄스(PS1)가 샘플링을 아날로그스위치(SC)의 게이트에 공급되어 샘플링용 아날로그스위치(SC)가 도통됨으로써 광전도셀(D1)로부터 화소신호가 독출되기 시작하여 전압 증폭회로(16)를 통해 캐패시터(CC)로 공급된다. 이때 공통신호출력선(LO)에 연결된 캐패시터(CL)에 축적되는 실제의 화소전하는 없기 때문에 만일 전압증폭회로(16)의 출력전압이 소정전위를 가지면, 이 전위는 리세트잡음성분밖에 없는 것으로 되고, 이 리세트잡음성분(Vnoise; 제5b도)이 캐패시터(CC)에 축적된다. 즉, 리세트용 아날로그스위치(SR)에 의해 발생된 잡음성분(Vnoise; 잡음성분)은 제1샘플/홀드회로(52)에 의해 샘플링되어 홀딩된다.

상기 제1샘플/홀드회로(52)로부터 리세트잡음(전압)성분(Vnoise)이 제1차동증폭기(A1)의 반전입력단으로 인가되고, 그 비반전입력단으로 전압증폭회로(16)의 출력전압으로 인가된다. 제5b도로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 화소신호가 차례로 독출됨으로써 전압증폭회로(16)의 출력전압이 상승하고, 실제의 화소전하가 점점 더 화소전하축적용 캐패시터(CL)에 축적되며, 화소독출주기가 끝나게 될때 전압(Vout)은 그 최대레벨에 도달하게 된다. 상기 제1차동증폭기(A1)는 그 반전 및 비반전입력단으로 공급된 두전압의 차의 전압을 출력하게 되므로 차동증폭기(A1)의 출력전압은 정확하게 광도전셀(Di)로부터 독출되는 유효화소신호를 나타내게 된다.

상기한 바와 같이 제어펄스신호(øs)가 제1차동증폭기(A1)의 출력단과 직렬로 연결된 제2샘플링을 아날로그스위치(SS)에 공급되고, 제5도 d에 도시한 바와 같이 상기 제어펄스신호(øs)의 펄스(PS1)는 화소독출주기가 끝나기 바로 직전에 하이전위레벨이므로 샘플링용 아날로그스위치(SS)는 화소독출주기가 끝나기 바로 직전에 도통되어 차동증폭기(A1)의 출력전압신호가 제2차동증폭기(A2)의 비반전입력단으로 전송되게 된다. 그에 따라 차동증폭기(A1)의 출력전압신호 즉, 실질적으로 리세트잡음이 없는 순수한 화소신호가 제2샘플/홀드회로(54)의 캐패시터(CH)에 홀딩된다. 따라서 제5도 e에 도시한 바와 같이 S/N비가 최대로 된 화상신호(Vout)를 제2차동증폭기(A2)의 출력단으로부터 얻을 수 있게 된다.

상기한 동작이 연속적으로 반복되어 선형배열의 광도전셀(D1~Dm)이 연속적으로 선택된다.

실제적으로 제1, 제2샘프링용 아날로그스위치(SC,SS)도 자체의 스위칭잡음을 발생하고 있으나, 이들 스위칭잡음은 어느 정도 스위치(SC,SS)에 대한 반대성분으로 쉽게 감소시킬 수 있다. 이것은 이와 같은 종류의 회로설계자가 전압증폭회로(16)의 출력임피던스를 감소시켜 2개의 홀딩용 캐패시터(CC,CH)의 용량을 원하는 값으로 증가시킬 수 있기 때문이다.

제6도는 본 발명의 제3실시예에 따른 접촉형 선형이미지센서의 회로구성도로서, 제1, 제2실시예(제1도, 제4도)와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 제4도와 마찬가지로 제6도에서도 제3실시예의 기판(10)은 회로의 단순화를 위해 도시하지 않았다. 본 실시예는 리세트용 아날로그스위치(SR)에 의해 발생된 리세트잡음을 제거할 수 있는 변형된 화상신호 독출회로(50')를 갖추고 있음에 그 특징이 있다.

제6도에 도시한 바와 같이 변형된 화상신호 독출회로(50')에는 샘플링용 아날로그스위치(SC)와 홀딩용 캐패시터(CC)로 구성된 제1샘플/홀드회로(52')가 증폭기(16)의 출력단자에 연결되어 있고, 이 샘플/홀드회로(52')는 출력단자(18)에 캐패시터(CC)가 직접 연결되어 있는 것이 샘플/홀드회로(52; 제4도)와 다름에 유의해야 한다. 더욱이 상기 화상신호 독출회로(50')에는 제4도에 도시한 제2실시예에 사용된 차동증폭기(A1)가 없다. 즉, 제3실시예에서는 차동증폭기(A1) 대신 아날로그스위치(SC)와 캐패시터(CC)가 설치되어 있다.

한편, 제2샘플/홀드회로(54')는 샘플링용 아날로그스위치(SS)와 홀딩용 캐패시터(CH)로 구성되어 있는 바, 아날로그스위치(SS)는 캐패시터(CC)와 차동증폭기(A2)의 비반전입력단자사이에 직렬로 연결되어 있고, 캐패시터(CH)는 일단이 차동증폭기(A2)의 비반전입력단자에 입력되면서 타단은 접지되어 있다. 또, 증폭기(A2)의 출력은 증폭기(A2)의 반전입력단으로 궤한하고 있다.

증폭기(A; 제4도)가 없는 화상신호 독출회로(50')에서는 전압증폭회로(16)의 출력전압(Vout)과 샘플/홀드회로(52')로부터 발생되는 잡음전압성분(Vnoise)의 차를 검출할 필요가 있는 바, 이 차는 제1샘플/홀드회로(52')의 출력전압(캐패시터(CC)의 홀딩전압)이 제2샘플/홀드회로(54')로 공급됨과 동시에 검출될 수 있으므로 화상신호 독출회로(50')는 제2실시예(제4도)에 사용된 회로(50)보다 복잡하지 않게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 발명의 요지가 벗어나지 않고 범위내에서 다양하게 변형실시할 수 있다. 예컨대, 상기 실시예에서는 구동신호 발생회로(14)가 행선(LC1~LCn)에 연결되고, 화상신호 독출회로(50,50')가 셀전극배선(LA1~LAm)에 공통으로 연결되어 있지만, 반대로 구동신호 발생회로(14)에 배선(LA1~LAm)을, 화상신호 독출회로(50,50')에 행선(LC1~LCn)을 연결하여 사용할 수도 있다.

[발명의 효과]

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 높은 S/N비를 유지하면서 고속으로 화상신호를 발생시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims

기판(10)상에 형성되면서 각각 소정의 셀군(U1,U2,…,Um)으로 분할된 비결정반도체 광도전셀(D1,D2,…,Dnm)과, 이 광도전셀(D1,D2,…,Dnm)에 접속되면서 상기 셀군(U1,U2,…,Um)을 연속적으로 선택함과 더불어 선택된 셀군의 셀들을 연속적으로 활성화하기 위해 구동전압신호를 발생시키는 구동수단(12,14) 및, 선택된 셀군의 셀로부터 연속적으로 공급되는 화소전류로부터 화소전압신호를 연속적으로 발생시키기 위해 상기 셀군(U1,U2,…,Um)에 접속된 신호독출수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 비결정반도체 공전검출소자의 선형배열로 이루어진 접촉형 이미지센서에 있어서, 상기 신호독출수단이, 아날로그스위치(S1,S2,…,Sm; 스위칭트랜지스터)를 통해 상기 셀군(U1,U2,…,Um)에 연결된 공통신호출력선(LO)과, 상기 화소전류를 연속적으로 축적하기 위해 상기 공통신호출력선(LO)에 연결된 정전캐패시터(CL),인접한 다른 셀로부터 독출된 화소전류가 상기 정전캐패시터(CL)에 축적된 다음 각 셀군(U1,U2,…,Um)중 하나의 셀이 선택될 때마다 상기 공통신호출력선(LO)을 리세트시키기 위해 상기 공통신호출력선(LO)에 연결된 아날로그스위치수단, 상기 각 셀군(U1,U2,…,Um)으로부터 독출되는 화상신호를 인가받아 출력단자(18)를 통해 톱니파의 화상출력신호를 독출하도록 상기 공통신호출력선(LO)에 연결된 전압 증폭회로(16) 및, 상기 아날로그스위치수단의 스위칭동작을 제어하기 위한 펄스신호를 발생시키기 위해 상기 아날로그스위치(SR)에 연결된 스위치제어회로(20)로 구성된 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.
제1항에 있어서, 상기 아날로그스위치수단이 상기 공통신호출력선(LO)과 기준전압사이에 접속된 스위칭트랜지스터(SR)로 이루어지면서, 인접한 다른 셀로부터 독출된 화소전류가 상기 정전캐패시터(CL)에 축적된 다음, 각 셀군(U1,U2,…,Um)중 하나의 셀이 선택될 때마다 구동 및 도통됨으로써 상기 공통신호 출력선(LO)을 리세트시킴과 더불어 상기 정전캐패시터(CL)를 초기화시키도록 된 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.
제1항에 있어서, 선택된 셀의 신호독출기 처음부분에서 각 화소전압신호가 포함된 상기 아날로그스위치수단에 의해 발생된 리세트접음에 대응하는 스위칭잡음전압을 샘플링 및 홀딩하고, 신호독출주기 마지막부분에서 상기 공통신호출력선(LO)에 나타나는 전압과 스위칭잡음 전압사이의 차를 검출하여 그 차를 유효화 화상신호로서 출력하도록 하기 위해 상기 공통신호출력선(LO)에 연결되어 각 화소전압신호로부터 리세트잡음을 제거하도록 된 화상신호 독출회로(50,50')를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.
제3항에 있어서, 상기 화상신호 독출회로(50)가, 상기 전압증폭회로(16)를 통해 상기 공통신호출력선(LO)에 연결된 제1샘플/홀드회로(52)와, 반전입력단자가 상기 제1샘플/홀드회로(52)에 연결되면서 비반전입력단자가 상기 전압증폭회로(16)를 통해 상기 공통신호출력선(LO)에 연결된 제1차동증폭기(A1), 이 제1차동증폭기(A1)의 출력단자에 접속된 제2샘플/홀드회로(54) 및, 이 제2샘플/홀드회로(54)에 비반전입력단자가 연결되면서 출력단으로부터의 출력이 반전입력단자로 궤환되는 차동증폭기(A2)로 구성된 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.
제4항에 있어서, 상기 제1샘플/홀드회로(52)는 상기 공통신호출력선(LO)과 차동증폭기(A1)의 반전입력단자사이에 연결되어 샘플링동작을 수행하는 아날로그스위치(SC)와, 상기 차동증폭기(A1)의 반전입력단자에 일단이 연결된 용량소자(CC; 캐패시터)로 구성된 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.
제5항에 있어서, 상기 차동증폭기(A1)의 출력단자에는 제2샘플/홀드회로(54)가 접속되고, 이 제2샘플/홀드회로(54)에는 차동증폭기(A2)의 비반전단자가 연결되며, 상기 차동증폭기(A2)의 출력단으로부터의 출력이 그 반전입력단자로 궤한되도록 된 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.
제6항에 있어서, 상기 제2샘플/홀드회로(54)는 상기 차동증폭기(A1)의 출력단자와 상기 차동증폭기(A2)의 비반전입력단자사이에 연결되어 샘플링동작을 수행하는 아날로그스위치(SS)와, 상기 차동증폭기(A2)의 비반전입력단자에 일단이 연결된 용량소자(CH; 캐패시터)로 구성된 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.
제3항에 있어서, 상기 화상신호 독출회로(50')는 전압증폭회로(16)를 매개로 공통신호출력선(LO)측에 연결된 제1, 제2샘플/홀드회로(52',54')와, 비반전입력단자가 상기 제2샘플/홀드회로(54')에 연결되면서 반전입력단자가 그 출력단에 궤한되도록 연결되어 버퍼증폭기로서 작용하는 차등증폭기(A2)로 구성된 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.
제8항에 있어서, 상기 제1샘플/홀드회로(52')는 전압증폭회로(16)를 매개로 공통신호출력선(LO)에 직렬로 연결된 홀딩용 용량소자(CC)와, 일단이 상기 홀딩용 용량소자(CC)에 연결되면서 타단이 기준전압에 연결되어 입력신호를 샘플링하는 아날로그스위치(SC)로 구성된 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.
제8항에 있어서, 상기 제2샘플/홀드회로(54')가, 상기 제1샘플/홀드회로(52')의 신호홀딩용 용량소자(CC)를 통해 공통신호출력선(LO)에 연결된 샘플링용 아날로그스위치(SS)와, 차동증폭기(A2)의 비반전입력단에 연결된 용량소자(CH)로 구성된 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.
제3항에 있어서, 상기 공통신호출력선(LO)과 화상신호 독출회로(50,50')사이에 광도전셀로부터 공급되는 화상신호를 증폭하는 전압증폭회로(16)가 설치되어 있고, 상기 광도전셀군(D1,D2,…,Dnm)과 공통신호출력선(LO)사이에는 다수의 아날로그스위치(S1,S2,…,Sm)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 접촉형 이미지센서.