KR950015214B1 - 멀티칩 고체촬상장치 - Google Patents

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KR950015214B1
KR950015214B1 KR1019910021068A KR910021068A KR950015214B1 KR 950015214 B1 KR950015214 B1 KR 950015214B1 KR 1019910021068 A KR1019910021068 A KR 1019910021068A KR 910021068 A KR910021068 A KR 910021068A KR 950015214 B1 KR950015214 B1 KR 950015214B1
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히로시게 고토
데츠야 다다
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가부시키가이샤 도시바
아오이 죠이치
도시바 마이크로 일렉트로닉스 가부시키가이샤
다케다이 마사다카
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Abstract

내용 없음.

Description

멀티칩 고체촬상장치
제1도는 제1발명에 따른 고체촬상장치의 1실시예의 구성을 나타낸 블럭도.
제2도는 제2발명에 따른 고체촬상장치의 1실시예의 구성을 나타낸 블럭도.
제3도는 제2도에 나타낸 실시예의 동작을 설명하는 타이밍 챠트.
제4도는 종래의 고체촬상장치의 구성을 나타낸 블럭도.
제5도는 종래의 고체촬상장치의 동작을 설명하는 타이밍챠트.
제6도는 제1도에 나타낸 실시예의 동작을 설명하는 타이밍챠트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 칩 21~2N: 포토다이오드
31~3N: 버퍼 41~4N: 리셋트게이트
51~5N: 선택게이트 60: 더미전송단
61~6N+1: 전송단 80~8N+1: 제어펄스
91~9N+1: 독출펄스 10 : 출력선
20 : 리셋트용 전원
[산업상의 이용분야]
본 발명은 고체촬상장치에 관한 것으로, 특히 화소마다 증폭 또는 임피던스변환작용을 갖춘 멀티칩 고체촬상장치에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
근래, 밀착형 센서 1개로서 화소마다 증폭 또는 임피던스변환작용을 갖춘 이미지센서가 주목되고 있는데, 이것은 다른 구조의 센서, 예컨대 CCD센서와 비교해서 비교적 공정이 간단함과 더불어 멀티칩화한 경우 각 칩으로부터의 출력의 통합방법이 간단하게 되기 때문이다.
이와 같은 종래의 이미지센서를 제4도에 나타내는 바, 이와 같은 이미지센서는 단일칩(1)상에 형성되어 있고, 복수(N≥2)개의 포토다이오드(21~2N)와, 예컨대 소스폴로워회로의 버퍼(31~3N), 리셋트게이트(41~4N), 선택게이트(51~5N), 각각이 거의 동일 구조의 N+1개의 전송단(61~6N+1)을 갖춘 시프트레지스터 및, 공통출력라인(10)을 구비하고 있다.
다음에, 상기 이미지센서의 동작을 제5도를 참조하여 설명한다. 시프트레지스터의 각 전송단(61; i=1~N+1)은 2상구동펄스(ø1,ø2)에 의해 구동된다(제5도 참조). 그리고, 1단째의 전송단(61)은 외부로부터 일정 주기로 전송되는 제어펄스(81)를 기초로 구동펄스(ø1)에 동기된 독출펄스(91)를 선택게이트(51)에 전송함과 더불어 구동펄스(ø2)에 동기된 제어펄스(82)를 다음단의 전송단(62)에 전송한다. 또, 전송단(61; i=2~N)은 앞단의 전송단(6i-1)으로부터 전송되는 제어펄스(81)를 기초로 구동펄스(ø1)에 동기된 독출펄스(91)를 선택게이트(5i) 및 리셋트게이트(4i-1)에 전송함과 더불어 구동펄스(ø2)에 동기된 제어펄스(8i+1)를 다음단의 전송단(6i+1)에 전송한다.
또한, 최종단의 전송단(6N+1)은 전송단(6N)으로부터 전송되는 제어펄스(8N+1)를 기초로 구동펄스(ø1)에 동기된 독출펄스(9N+1)를 리셋트게이트(4N)에 전송한다. 또한, 상기 전송단(6N+1)의 제어펄스출력단자에는 개방상태로 놓는다. 포토다이오드(2i; i=1-N)의 출력단전위는 독출펄스(9i+1)가 온되어 있는 기간에 리셋트게이트(4i)에 의해 전원(20)으로부터의 리셋트드레인전압으로 초기화된 후, 입사광량에 대응한 전압강하를 발생시킨다. 이 전압강하가 버퍼(3i)에 의해 검출됨으로써 제어펄스(8i)의 전압인가주기에 대응한 적분기간 경과 후, 독출펄스(9i)가 온되어 있는 기간에 버퍼(3i)에 의해 검출된 전압이 공통출력라인(10)에서 발생된다. 그 후, 제어펄스(8i+1)가 전송단(6i+1)으로 전송되고, 이 전송단(6i+1)으로부터 독출펄스(9i+1)가 발생하게 되면, 다시 포토다이오드(2i)의 출력단전위의 초기화가 수행된다. 이상의 동작이 반복되어 독출펄스(9i; i=1~N+1)가 발생되고 있는 기간에 포토다이오드(2i)로부터의 신호가 공통출력라인(10)에서 출력되고, 독출펄스(9i+1)가 발생되고 있는 기간에 포토다이오드(2i+1)로부터의 신호가 공통출력라인(10)에 출현하기 때문에 포토다이오드(2i~2N)로부터의 신호가 공통출력라인(9)에 시계열적으로 발생하는 것으로 된다. 또한, 포토다이오드(2i)와, 버퍼(3i), 리셋트게이트(4i) 및, 선택게이트(5i)를 구비하고 있는 것을 이하, 화소로 칭한다.
이와 같은 종래의 이미지센서에 있어서는 시프트레지스터의 제1단째의 전송단(6i)에 입력되는 제어펄스(8i)가 외부로부터 공급되고, 제2단째 이하의 전송단(6i; i=2~N+1)에 입력되는 제어펄스(8i)는 구동펄스(ø1,ø2)를 기초로 내부적으로 생성되기 때문에 제어펄스(8i)와 제어펄스(8i; i=2~N+1)는 반드시 파형이 일치하지 않는 것이 통례이다. 이로 인해, 전송단(6i)에서 발생되는 독출펄스(9i)는 제2단째 이하의 전송단(6i; i+2~N+1)에서 발생되는 독출펄스(9i; i=2~N+1)와는 약간 다르게 되는데, 이 독출펄스의 영향을 받아 본래는 동일한 출력이 나오는 경우에도 최초의 화소로부터의 출력파형(예컨대, 출력상승 및 하강시간)은 제2번째 이하의 화소로부터의 출력파형과 다르게 된다. 이 때문에, 일정한 타이밍으로 데이터를 샘플링하면 본래의 동일한 출력이 출력되지 않으면 안됨에도 불구하고 제1번째의 화소로부터의 출력이 여타 화소로부터의 출력과 다르게 되어 이미센서의 S/N비가 제한된다는 문제가 있었다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, S/N비의 열화를 발생시키지 않는 멀티칩 고체촬상장치를 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티칩 고체촬상장치는, 통합출력라인과 ; 직렬로 구성된 다수(L(≥2))의 고체촬상칩을 구비하여 구성되고 ; i번째(i=1,2,…,L) 고체촬상칩이, 광신호를 전기신호로 변환시키기 위한 N개(N≥2)의 광전변환소자와 ; 각각 대응하는 광전변환소자로부터 전기신호를 검출하기 위한 N개의 신호검출수단 ; (N+1)개의 직렬 연결된 전송단을 갖추고, 각각 제어펄스를 기초로 독출펄스를 발생시킴과 더불어 제어펄스를 연속하는 전송단에 전송하는 전송수단 ; m개(m≥1)의 전송단을 갖춤과 더불어 시프트 레지스터의 전송단과 동일한 구조를 갖추고, 이전의 (i-1)번째 고체촬상칩으로부터 수신된 제어펄스를 제어펄스에 응답하여 i번째 고체촬상칩의 제1전송단에 전송하기 위한 더미전송수단 ; 각각 상기 시프트 레지스터의 i번째 전송단으로부터 전송된 독출펄스를 기초로 i번째 신호검출수단의 검출출력을 공통출력라인에 출력하기 위한 N개의 스위칭수단 및 ; i번째(i=1,2,…,L) 고체촬상칩의 시프터 레지스터의 (N-m)번째 전송단으로부터 전송된 제어펄스가 갖는 위상의 펄스를 제어입력으로서 (i+1)번째 고체촬상칩의 전송수단의 제1단에 인가하기 위한 인가수단을 구비하여 구성되고 ; 상기 통합출력라인이 고체촬상칩의 각 공통출력라인으로부터 출력된 신호를 통합적으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
[작용]
상기와 같이 구성된 본 발명은, 시프트레지스터의 각 전송단에 전송되는 제어펄스가 거의 동일 구조의 더미전송단 또는 앞단의 전송단에 의해 내부적으로 생성됨으로써 각 전송단으로부터 출력되는 독출펄스가 거의 동일하게 되어 S/N비의 열화를 방지할 수 있게 된다.
또한, i번째의 고체촬상장치의 시프트레지스터의 N-m번째의 전송단으로부터 전송되는 제어펄스와 동위상의 펄스가 i+1번째의 고체촬상장치의 더미전송단의 제1단째에 입력제어펄스로서 인가수단에 의해 인가됨으로써 각 고체촬상장치의 각 전송단으로부터 출력되는 독출펄스가 거의 동일하게 되어 S/N비의 열화를 방지할 수 있게 된다.
[실시예]
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 1실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 제1발명에 따른 고체촬상장치의 제1실시예를 나타낸 것으로, 단일칩(1)상에 형성된 본 실시예의 이미지센서는 다수(N≥2)의 포토다이오드(2i~2N)와 버퍼회로(3i~3N; 예컨대, 소오스폴로워), 리셋트게이트(4i~4N), 선택게이트(5i~5N), 동일한 구조의 (N+1)개의 전송단(6~6N+1)으로 형성된 시프트레지스터 및, 공통출력라인(10)이 제공된다. 더욱이, 시프트레지스터에는 전송단(6i)의 앞에 각 전송단(6i; i=1~N+1)과 동일한 구조의 더미전송단(60)이 제공된다.
다음에, 제6도를 참조하여 제1도에 도시된 이미지센서의 동작을 설명한다.
시프트레지스터의 각 전송단(6i; i=1~N+1)은 2상 구동펄스(ø1,ø2)에 의해 구동된다. 여기서, 제1전송단(61)은 구동펄스(ø1)에 동기된 독출펄스(91)를 일정 주기에서 제어펄스(81)를 기호로 선택게이트(51)에 전송하고, 또한 구동펄스(ø2)에 동기된 제어펄스(82)를 제2전송단(62)에 전송한다. 더욱이, 전송단(6i; i=2~N)은 구동펄스(ø1)에 동기된 독출펄스(9i)를 이전의 전송단(6i-1)으로부터 전송된 제어펄스(8i)를 기초로 선택게이트(5i)와 리셋트게이트(4i-1)에 전송하고, 또한 구동펄스(ø2)에 동기된 제어펄스(8i+1)를 연속되는 전송단(6i+1)에 전송한다. 더욱이, 마지막 전송단(6N+1)은 구동펄스(ø1)에 동기된 독출펄스(9N+1)를 전송단(6N)에 의해 전송된 제어펄스(8N+1)를 기초로 리셋트게이트(4N)에 전송한다. 이러한 전송단(6N+1)의 제어펄스 출력단은 오픈상태를 유지한다. 더미전송단(60)은 각 전송단(6i; i=1~N+1)과 동일한 방법으로 구동펄스(ø1,ø2)에 의해 구동되고, 구동펄스(ø2)에 동기된 제어펄스(81)외부 회로로부터 전송된 제어펄스(80)를 기초로 전송단(61)에 전송한다.
한편, 독출펄스(9i+1)는 ON레벨을 유지하고, 포토다이오드(2i; i=1~N)의 출력단 전위는 전원(20)으로부터 리셋트게이트(4i)에 인가된 리셋트드레인 전압에 의해 초기화되며, 입사광량의 강도에 따라 강하된다.이러한 전압강하는 버퍼(3i)에 의해 검출된다. 제어펄스(8i)의 ON레벨 기간에 대응하는 적분 기간이 경과한 후, 버퍼(3i)에 의해 검출된 전압은 독출펄스(9i)가 ON레벨인 한 공통출력라인에서 발생되게 된다. 그후, 제어펄스(8i+1)가 전송단(6i+1)에 전송되고, 이 전송단(6i+1)으로부터 독출펄스(9i+1)가 발생하게 되면, 다시 포토다이오드(2i)의 출력단이 초기화된다. 이상의 동작이 반복되어 독출펄스(9i; i=1~N+l)가 발생되고 있는 기간에 포토다이오드(2i)로부터의 신호가 공통출력라인(10)에서 출력된다. 따라서, 포토다이오드(2i∼2N)로부터의 신호가 공통출력라인(9)에 시계열적으로 발생하게 된다
이상 설명한 바와 같이 각 전송단(6i; i=1∼N+l)에 입력되는 제어펄스(8i)의 과형이 거의 동일하게 되어 S/N비의 열화를 방지할 수 있게 된다. 한편, 상기 더미전송단(60)은 구동펄스(ø1)에 동기된 독출펄스를 반드시 발생시키지 않아도 된다.
또한, 상기 실시예에 있어서는 더미전송단을 1단으로 설명했지만, 더미전송단을 복수단 설치해도 동일한효과를 얻을 수 있게 된다
다음에, 제2발명에 따른 고체촬상장치의 1실시예를 제2도에 나타낸다. 본 실시예의 고체촬상장치는 제1도에 나타낸 고체촬상장치를 복수개 배치 ·접속관 것으로, 소위 멀티칩형의 이미지센서이다.
제2도에 있어서 참조부호 100 및 200은 단일칩을 나타내고 있다. 상기 칩(100) 상에는 화소(101i: i=1~N)와. 더미전송단(1060), 전송단(106i∼lO6N+1)으로 이루어진 시프트레지스터 및, 제어펄스전달용의 출력버퍼(115)가 형성되어 있다. 또한, 마찬가지로 상기 칩(200) 상에는 화소(201i: i=1~N)와, 더미전송단(2060), 전송단(2061∼206N+1)으로 이루어진 시프트레지스터와, 제어펄스전달용의 출력버퍼(도시되지 않았음)가 설치되어 있다.
상기 각 화소(l0li,201i)는 제 1도에 나타전 포토다이오드(2i)와, 버퍼(3i), 리셋트게이트(4i) 및, 선택게이트(5i)로 이루어져 있고, 상기 더미전송단(1060, 2060)과 각 전송단(106i; 206i; i=1-N+l)은 2상의 구동펄스(ø1,ø2)에 의해 구동된다. 그리고, 더미전송단(1060)은 외부로부터 전송되는 제어펄스(1080)를 기초로 구동펄스(ø2)에 동기된 제어펄스(1081)를 상기 전송단(1061)에 전송한다. 또한, 전송단(106i; i=1-N)은 상기 더미전송단(1060)으로부터 전송되는 제어펄스(1081)를 기초로 구동펄스(ø1)에 동기된 독출펄스(1091)를 화소(1011)의 선택게이트에 전송하고, 전송단(106i; =2-N)은 앞단의 전송단(106i-1)으로부터 전송되는 제어펄스(1081)를 기초로 구동펄스(ø1)에 동기된 독출펄스(109i)를 화소(101i-1)의 리셋트게이트 및 화소(101i)의 선택게이트에 전송함과 더불어 구동펄스(ø2)에 동기된 제어펄스(108i+1)를 다음 단의 전송단(106i+1)에 전송한다.
최종단의 전송단(106N+1)은 제어펄스(108N+1)를 기초로 구동펄스(ø1)에 동기된 독출펄스(109N-1)를 화소(101N)의 리셋프게이트에 전송한다. 그리고, 펄스전달용 출력버퍼(15)는 고입력임퍼던스이면서 저출력임피던스의 특성을 갖추고 있고, 전송단(106N-1)으로부터 전송되는 제어펄스(108N)를 상기 칩(200)상의 더미전송단(2060)에 전송한다. 상기 칩(200)상의 더미전송단(2060) 이외의 구성요소[예컨대, 전송단(106i; i=1~N+l), 화소(101i; i=1-N)]는 상기 칩(100)상의 대응되는 구성요소[예컨대, 전송단(206i; i=1-N+1), 화소(201i; i=1~N)]와 동일한 기능을 갖추고 있다.
다음에, 본 실시예와 동작을 제3도를 참조하여 설명한다. 외부로부터 전송되는 제어펄스(1080)가 더미전송단(1060)에 입력되면, 이 더미전송단(1060)으로부터 전송단(1061)에 구동펄스(ø2)에 동기된 제어펄스(1081)가 전송된다. 이와 같이 되면, 전송단(1061)으로부터 화소(1011)의 선택게이트에 구동펄스(ø2)에 동기된 독출펄스(1091)가 전송되고, 화소(1011)로부터의 광량에 대응된 신호가 칩(100)의 출력라인(110)에 나타난다. 그후, 전송단(1061)으로부터 구동펄스(ø2)에 동기된 제어펄스(1082)가 전송단(1062)에 전송되고,상기 제어펄스(1082)를 기초로 전송단(1062)으로부터 화소(1012)의 리셋트게이트 및 화소(1022)의 선택게이트에 독출펄스(1092)가 전송되어 화소(1012)로부터의 신호가 출력라인(110)에 나타난다. 이상의 동작이 순차반복되어 제1실시예와 동일 화소(101i; i=1~N)로부터의 신호가 출력라인(110)에 시계열적으로 나타난다. 한편, 상기한 동작에 있어서 전송단(106N-1)으로부터 제어펄스(108N)가 발생되면, 이 제어펄스(108N)는 전송단(106N)전송됨과 더불어 버퍼(115)에도 전송된다. 이와 같이 되면, 버퍼(115)로부터 칩(200)상의 더미전송단(2060) 제어펄스(2080)가 전송되고, 칩(200)에 있어서도 칩(100)과 동일한 동작이 수행된다(제3도 참조). 이때, 더미전송단(2060)으로부터 발생되는 제어펄스(2081)의 타이밍은 칩(100)상의 전송단(106N)으로부터 전송단(106N+1)에 발생되는 제어펄스(108N+1)와 동일 타이밍으로 된다.
이와 같이 함으로써, 화소(1011-101N)으로부터의 시계열적인 신호가 출력라인(110)을 통해 통합출력라인(999)에 발생되면, 화소(101N)의 신호 후에, 계속해서 화소(2011∼201N)로부터의 시계열적인 신호가 칩(200)의 출력라인(210)을 통해 통합출력라인(999)에 발생한다. 이에 의해, 멀티칩 구성에도 불구하고 신호처리가 간단하게 된다. 또한, 본 실시예도 제1도에 나타낸 실시예와 동일한 효과를 갖는 것은 물론이다.
또한, 제2도에 나타낸 실시예에 있어서는 칩이 2개인 경우에 대해 설명했지만. 3개 이상인 경우에도 동일하게 가능함은 물론이다.
또한, 제2도에 나타낸 실시예에 있어서는 더미전송단이 1단의 경우에 대해서 설명했지만, 펄스전달용 출력버퍼의 입력분기 위치를 조정함으로써 복수단의 더미전송단으로 하는 것도 가능하다. 즉, 소정의 칩의 더미전송단을 m단, 이 칩의 앞의 칩의 더미전송단을 제거하여 시프트레지스터의 전송단의 단수를 n단으로 하면, 이 시프트레지스터의 n-m번째의 전송단으로부터 출력되는 제어펄스를 펄스전달용 출력버퍼의 입력단자에 입력하는 제어펄스로 하면 된다.
한편, 본원 청구범위의 각 구성요소에 병기한 도면참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예로 한정할 의도로 병기한 것은 아니다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, S/N비의 열화를 방지할 수 있게 된다.

Claims (1)

  1. 통합출력라인(999)과 ; 직렬로 구성된 다수(L(≥2))의 고체촬상칩(100,200)을 구비하여 구성되고 ; i번째(i=1,2‥‥‥L) 고체촬성칩이, 광신호를 전기신호로 변환시키기 위한 N개(N≥2)의 광전변환소자(41∼4N)와 ; 각각 대응하는 광전변환소자로부터 전기신호를 검출하기 위한 N개의 신호검출수단(31∼3N) ; (N+1)개의 직렬 연결된 전송단을 갖추고, 각각 제어펄스를 기초로 독출펄스를 발생시킴과 더불어 제어펄스를 연속하는 전송단에 전송하는 전송수단(1061∼106N+1) ; m개(m≥1)의 전송단을 갖춤과 더불어 시프트레지스터의 전송단과 동일한 구조를 갖추고. 이전의 (i-1)번째 고체촬상칩으로부터 수신된 제어펄스를 제어펄스에 응답하여 i번째 고체촬상칩의 제1전송단에 전송하기 위한 더미전송수단(1060) ; 각각 상기 시프트레지스터의 i번째 전송단으로부터 전송된 독출펄스를 기초로 i번째 신호검출수단의 검출출력을 공통출력라인에 출력하기 위한 N개의 스위칭수단(51∼5N) 및 ; i번째(i=1.2‥‥‥L) 고체촬상칩의 시프터레지스터의(N-m)번쩨 전송단으보부터 전송된 제어펄스가 갖는 위상의 펄스를 제어입력으로서 (i+1)번째 고체촬상칩의 전송수단의 제1단에 인가하기 위한 인가수단(115)을 구비하여 구성되고 ; 상기 통합출력라인(999)이 고체촬상칩의 각 공통출력라인(110,210)으로부터 출력된 신호를 통합적으로 출력하는 것을 특징으로하는 멀티칩 고체촬상소자.
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