KR100712950B1 - 증폭형 고체 촬상 장치 - Google Patents

Abstract

스위칭 커패시터 증폭부(20)의 입력측이 광다이오드(1)와 전송 트랜지스터(2)를 각각 갖는 복수의 광전 변환 전송부(10)의 소정수로 구성되는 각각의 광전 변환 전송부 그룹의 전송 트랜지스터(2)의 출력측에 접속된다. 스위칭 커패시터 증폭부(20)의 출력측은 수직 신호선(9)에 접속된다. 스위칭 커패시터 증폭부(20)는 신호 전하 축적부(8), 입력측이 상기 신호 전하 축적부(8)에 접속되는 증폭 트랜지스터(3), 증폭 트랜지스터(3)의 입출력 사이에 접속되는 커패시터(6), 및 리셋 트랜지스터(5)를 갖는다. 수직 신호선(9)을 통하여 증폭 트랜지스터(3)의 출력측에 접속된 정전류 부하 트랜지스터(4)와 증폭 트랜지스터(3)로 구성되는 반전 증폭기의 접지 단자의 전위가 수직 주사 회로(25)에 의해 제어된다.

Description

증폭형 고체 촬상 장치{AMPLIFYING SOLID-STATE IMAGING DEVICE}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구성을 도시한 회로도.

도 2는 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 펄스의 타이밍 차트.

도 3은 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 반전 증폭기 단일 유닛의 회로도.

도 4는 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 반전 증폭기의 특성 그래프.

도 5는 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 다른 구동 펄스의 타이밍 차트.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구성을 도시한 회로도.

도 7은 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 VM 전압 발생 회로의 회로도.

도 8은 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 펄스의 타이밍 차트.

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구성을 도시한 회로도.

도 10은 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 펄스의 타이밍 차트.

도 11은 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 VL 전압 발생 회로의 회로도.

도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구성 을 도시한 회로도.

도 13은 상기 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 펄스의 타이밍 차트.

도 14는 종래의 증폭형 고체 촬상 장치의 구성을 도시한 회로도.

도 15는 상기 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 펄스의 타이밍 차트.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1: 광다이오드 2: 전송 트랜지스터

3: 증폭 트랜지스터 4: 정전류 부하 트랜지스터

5: 리셋 트랜지스터 6: 커패시터

7: 승압용 커패시터 8: 신호 전하 축적부

10: 광전 변환 전송부 11: 전원측 부하

20: 스위칭 커패시터 증폭부 21: 전송 트랜지스터 구동 신호선

22: 리셋 트랜지스터 구동 신호선 23: 접지측 신호선

24: 전위 제어선 25: 수직 주사 회로

26, 27: 차광 패턴 31: NMOS 트랜지스터

32: PMOS 트랜지스터 33: 버퍼

본 발명은 증폭형 고체 촬상 장치에 관한 것이며, 작은-크기의 화소로 잡음이 적은 증폭형 고체 촬상 장치를 달성하는 방법에 관한 것이다.

종래에는, 증폭형 고체 촬상 장치로서, 증폭 기능을 가지고 있는 화소부 및 상기 화소부의 주변에 제공된 주사 회로를 구비하며, 상기 주사 회로의 수단에 의해 화상 데이터를 판독하는 증폭형 고체 촬상 장치가 제안되었다. 특히, 화소 구성을 주변의 구동 회로 및 신호 처리 회로와 일체화하는데 유리한 CM0S(상보성 금속 산화물 반도체) 구조를 갖는 APS(활성 화소 센서)형 이미지 센서가 공지되어 있다.

상기 APS형 이미지 센서는 보통 한 화소 내에 광전 변환부, 증폭부, 화소 선택부 및 리셋부를 형성할 필요가 있다. 그러므로, APS형 이미지 센서에는, 보통 광다이오드로부터 이루어진 광전 변환부의 이외에, 3 내지 4 개의 MOS 트랜지스터가 사용된다.

그러나, 화소당 3 내지 4 개의 MOS 트랜지스터가 필요한 경우, 상기 구성은 화소 크기를 감소시 제한이 되므로, 화소당 트랜지스터 수를 감소시키는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, JP 09-46596호 참조).

도 14는 화소당 트랜지스터 수가 감소되는 증폭형 고체 촬상 장치의 주요부의 회로도를 도시한 것이다. 상기 증폭형 고체 촬상 장치는 광다이오드(101), 상기 광다이오드(101)에 축적된 신호 전하를 전송하기 위한 전송 트랜지스터(102), 리셋 트랜지스터(131), 증폭 트랜지스터(132), 및 화소 선택 트랜지스터(133)로 이루어진다. 이 경우에, 광다이오드(101)가 매립형으로 이루어지고 광다이오드(101)로부터의 신호 전하 전송이 완료된 경우, 매우 적은 잡음을 가질 수 있고, 고화질 화상을 얻을 수 있다는 것이 공지되어 있다.

도 15는 도 14에 도시된 증폭형 고체 촬상 장치의 동작의 타이밍 차트를 도 시한 것이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 기간(T1) 동안, 공통의 리셋 트랜지스터(131)의 게이트에 인가된 구동 펄스[ΦR(m)]가 고 레벨이 되어 리셋 트랜지스터(131)를 온하고, 게이트 아래의 전압 레벨이 상승된다. 결과적으로, 전하는 공통의 신호 전하 축적부(108)에 의해 공통의 리셋 트랜지스터(131)의 드레인 측으로 이동하고, 신호 전하 축적부(108)의 전압이 전원 전압(VDD)으로 리셋된다.

다음 기간(T2) 동안, 공통의 리셋 트랜지스터(131)의 게이트에 인가된 구동 펄스[ΦR(m)]가 저 레벨이 되어 리셋 트랜지스터(131)를 오프한다. 그러나, 공통의 화소 선택 트랜지스터(133)의 게이트에 인가된 구동 펄스[ΦS(m)]가 고 레벨이 되어 화소 선택 트랜지스터(133)가 온 상태가 되기 때문에, 리셋 레벨을 공통의 증폭 트랜지스터(132)를 통해서 신호선(135)에 판독한다. 이 때, 증폭 트랜지스터(132) 및 정전류 부하 트랜지스터(134)는 소스 플로워 회로(source follower circuit)를 형성한다.

다음 기간(T3) 동안, 공통의 화소 선택 트랜지스터(133)의 게이트에 인가된 구동 펄스[ΦS(m)]가 저 레벨이 되어 화소 선택 트랜지스터(133)를 off하고, m번째 행의 전송 트랜지스터(102)의 게이트에 인가된 구동 펄스[ΦT(m, 1)]이 고 레벨이 되어 온 상태가 되어서, 게이트에서 전위를 상승시킨다. 결과적으로, (m, 1)번째 행의 광다이오드(1O1)에 축적된 신호 전하가 신호 전하 축적부(108)에 전송된다.

다음 기간(T4) 동안, (m, 1)번째 행의 전송 트랜지스터(102)의 게이트에 인가된 구동 펄스[ΦT(m, 1)]가 저 레벨이 되어 전송 트랜지스터(102)를 오프한다. 그러나, 신호 전하 전송 동안 전위는 공통의 신호 전하축적부(108)에서 유지되고, 공통의 화소 선택 트랜지스터(133)의 게이트에 인가된 구동 펄스[ΦS(m)]가 고 레벨이 되어 온 상태가 되기 때문에, (m, 1)번째 행의 신호 레벨이 공통의 증폭 트랜지스터(132)를 통해서 신호선(135)에 판독된다.

그리고 나서, 한 수평 주사 기간(1H) 후에, (m, 2)번째 행의 화소에 대해서, (m+1)번째 행의 광다이오드(101)로부터의 신호 전하가 (m, 2)번째 행의 전송 트랜지스터(102)를 통하여 공통의 리셋 트랜지스터(131), 증폭 트랜지스터(132), 및 화소 선택 트랜지스터(133)에 인도되어, 기간(T1 내지 T4)에서와 유사한 동작이 수행되게 된다.

상기 구성 및 동작은 두 개의 화소당 하나의 공통부인 경우에 화소당 2.5 트랜지스터를 가지거나, 네 개의 화소당 하나의 공통부인 경우에, 화소당 1.75트랜지스터를 가지도록 구성된다. 즉, 이러한 예에서, 화소당 트랜지스터 수가 감소될 수 있다.

그러나, 상기 종래의 증폭형 고체 촬상 장치는 구성 및 동작에 있어서 다음 문제점을 초래한다. 즉, 공통의 신호 전하 축적부(108)의 커패시턴스가 CFD라고 가정하면, 광다이오드(101)로부터의 신호 전하(△Qsig)를 전압 신호(△Vsig)로 변환하는 전하 전압 변환 효율(η)은 η = Gㆍ△Vsig/△Qsig = G/CFD로 표현되며, 여기서, G는 증폭 트랜지스터(132) 및 정전류 부하 트랜지스터(134)로 이루어지는 소스 플로워 회로의 이득을 나타내며, 보통 1 보다 다소 작은 값(0.8 내지 0.9)을 갖는 다. η를 증가시키기 위하여 CFD를 감소시킬 필요가 있다. 신호 전하 축적부(108)의 커패시턴스(CFD)는 신호 전하 축적부(108)에 접속된 전송 트랜지스터(102)의 드레인측 상의 접합 커패시턴스, 증폭 트랜지스터(132)의 게이트 커패시턴스, 및 기판과의 접합 커패시턴스의 총합이다. 따라서, 공통의 신호 전하 축적부에 접속된 광다이오드 및 전송 트랜지스터의 수가 증가함에 따라, 전하 전압 변환 효율(η)이 감소된다는 문제가 존재한다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하는 것이며, 고화질 화상을 얻을 수 있고 화소 크기를 감소시킬 수 있는 증폭형 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 증폭형 고체 촬상 장치는:

개개의 화소에 각각 제공되며, 광전 변환 소자, 및 상기 광전 변환 소자의 신호 전하를 전송하는 전송 트랜지스터를 각각 가지며, 소정수의 광전 변환 전송부로 각각 구성되는 복수의 광전 변환 전송부 그룹으로 각각 나누어지는 복수의 광전 변환 전송부;

각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹에 각각 제공되며, 입력측이 각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹 내의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 각각 접속되고 출력측이 신호선에 각각 접속되는 복수의 스위칭 커패시터 증폭부;

상기 신호선을 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 출력측에 접속된 전원측 부하; 및

상기 전송 트랜지스터 및 상기 스위칭 커패시터 증폭부를 제어하는 제어부를 구비하며:

상기 스위칭 커패시터 증폭부 각각은 상기 광전 변환 전송부 그룹의 전송 트랜지스터의 출력측이 접속되는 신호 전하 축적부, 입력측이 상기 신호 전하 축적부에 접속되고 출력측이 상기 신호선에 접속되는 증폭 트랜지스터, 상기 증폭 트랜지스터의 입출력 사이에 접속되는 커패시턴스 소자, 및 상기 증폭 트랜지스터의 입출력 사이에 접속되는 리셋 트랜지스터를 구비하며;

상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 증폭 트랜지스터와 상기 전원측 부하로 이루어진 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 상기 제어부는 각각의 광전 변환 전송부 그룹 내의 광전 변환 전송부마다 스위칭 커패시터 증폭부에 의해 전송 트랜지스터를 통하여 광전 변환 소자로부터 신호를 판독하도록 전송 트랜지스터 및 스위칭 커패시터 증폭부를 제어한다. 또한, 상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하 판독 동작을 수행하지 않을때, 증폭 트랜지스터와 전원측 부하로 구성된 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 고 레벨이 되도록 함으로써, 반전 증폭기가 동작하지 않게 되어서, 스위칭 커패시터 증폭부의 출력이 선택되지 않도록 한다(스위칭 커패시터 증폭부로부터 신호선으로 신호가 출력되지 않는다).

상술된 바와 같이, 상기 광전 변환 전송부 그룹의 복수의 화소에 공통인 증폭 회로(신호 전하를 전압으로 변환하여 증폭하는 스위칭 커패시터 증폭부)를 제공함으로써, 한 화소당 트랜지스터 수가 감소될 수 있다. 또한, 스위칭 커패시터형의 증폭 회로를 제공함으로써, 신호 전하 축적부의 커패시턴스를 효율적으로 감소시킬 수 있게 되고, 전하 전압 변환 이득을 높일 수 있게 된다. 그러므로, 간단한 구성으로 저-잡음 고-화질 화상을 얻을 수 있고, 화소당 트랜지스터 수를 크게 감소시킴으로써 화소 크기가 감소될 수 있다.

또한, 일 실시형태에서, 상기 광전 변환 소자는 매립형 광다이오드인 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 매립형 광다이오드로부터의 신호 전하 전송이 완전하게 됨으로써, 잡음이 감소된 고-화질 화상을 얻을 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하 판독 동작을 수행하지 않는 기간 동안, 상기 반전 증폭기가 동작하지 않도록 상기 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하의 판독을 수행하지 않는 기간 동안, 제어부에 의해 반전 증폭기가 동작하지 않도록 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어함으로써, 스위칭 커패시터 증폭부로부터 신호선으로 신호가 출력되지 않는다. 그러므로, 판독선을 선택하기 위한 선택 트랜지스터가 필요하지 않게 되어, 화소당 트랜지스터 수가 감소될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 스위칭 커패시터 증폭부는 하나의 단자가 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 접속된 승압용 커패시턴스 소자(boosting capacitance element)를 가지며;

상기 제어부는 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 신호 전하 축적부에 전송될때, 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자의 전위가 커지도록 상기 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 전하가 광전 변환 소자로부터 전송 트랜지스터를 통하여 신호 전하 축적부에 전송될때, 제어부는 반전 증폭기의 입력 측의 신호 전하 축적부의 전위가 커지도록 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자의 전위를 제어하여, 신호 전하의 전송을 용이하게 한다. 이 동작에 의해, 특히 광전 변환 소자가 매립형 광다이오드일때, 광다이오드로부터 신호 전하 축적부로의 전하 전송을 완전하게 할 수 있고, 판독 잡음을 크게 감소시킬 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 제어부는 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 신호 전하 축적부에 전송될때, 상기 반전 증폭기가 동작하지 않도록 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 제어부는 전하가 광전 변환 소자로부터 전송 트랜지스터를 통하여 신호 전하 축적부에 전송되는 기간 동안, 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어함으로써 반전 증폭기를 동작하지 않도록 한다. 이 동작에 의해, 판독선을 선택하기 위한 선택 트랜지스터가 필요하지 않게 되어, 화소당 트랜지스 터 수가 감소될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 반전 증폭기의 일부를 구성하는 상기 전원측 부하는 정전류 부하 트랜지스터 또는 저항인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 증폭형 고체 촬상 장치는:

개개의 화소에 각각 제공되며, 광전 변환 소자, 및 상기 광전 변환 소자의 신호 전하를 전송하는 전송 트랜지스터를 각각 가지며, 소정수의 광전 변환 전송부로 각각 구성되는 복수의 광전 변환 전송부 그룹으로 각각 나누어지는 복수의 광전 변환 전송부;

각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹에 각각 제공되며, 입력측이 각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹 내의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 각각 접속되고 출력측이 신호선에 각각 접속되는 복수의 스위칭 커패시터 증폭부;

상기 신호선을 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 출력측에 접속된 전원측 부하; 및

상기 전송 트랜지스터 및 상기 스위칭 커패시터 증폭부를 제어하는 제어부를 구비하며:

상기 스위칭 커패시터 증폭부 각각은 상기 광전 변환 전송부 그룹의 전송 트랜지스터의 출력측이 접속되는 신호 전하 축적부, 입력측이 상기 신호 전하 축적부에 접속되고 출력측이 상기 신호선에 접속되는 증폭 트랜지스터, 상기 증폭 트랜지스터의 입출력 사이에 접속되는 커패시턴스 소자, 및 상기 증폭 트랜지스터의 입력부와 정전압이 인가되는 전위부 사이에 접속되는 리셋 트랜지스터를 구비하며;

상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 증폭 트랜지스터와 상기 전원측 부하로 이루어진 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 상기 제어부는 각각의 광전 변환 전송부 그룹 내의 광전 변환 전송부마다 스위칭 커패시터 증폭부에 의해 전송 트랜지스터를 통하여 광전 변환 소자로부터 신호를 판독하도록 전송 트랜지스터 및 스위칭 커패시터 증폭부를 제어한다. 또한, 상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하 판독 동작을 수행하지 않을때, 증폭 트랜지스터와 전원측 부하로 구성된 반전 증폭부의 접지 단자의 전위를 고 레벨이 되도록 함으로써, 반전 증폭기가 동작하지 않게 되어서, 스위칭 커패시터 증폭부의 출력이 선택되지 않도록 한다(스위칭 커패시터 증폭부로부터 신호선으로 신호가 출력되지 않는다). 또한, 상기 리셋 트랜지스터를 온하여서 신호 전하 축적부의 전위가 리셋될때, 예를 들어, 정전압이 인가되는 전위부에 대해 모든 화소에 공통인 차광 패턴(light shielding pattern)을 사용함으로써, 신호 전하 축적부를 리셋할때의 전위가 모든 화소에 대해 동일한 전위로 설정될 수 있고, 화소간의 기준 전압의 편차가 감소될 수 있다.

상술된 바와 같이, 상기 광전 변환 전송부 그룹의 복수의 화소에 공통인 증폭 회로(신호 전하를 전압으로 변환하여 전압을 증폭하는 스위칭 커패시터 증폭부)를 제공함으로써, 화소당 트랜지스터 수가 감소될 수 있다. 또한, 스위칭 커패시터형의 증폭 회로를 제공함으로써, 신호 전하 축적부의 커패시턴스를 효율적으로 감소시킬 수 있게 되고, 전하 전압 변환 이득을 높일 수 있게 된다. 그러므로, 간단 한 구성으로, 잡음이 적은 고화질 화상을 얻을 수 있고, 화소당 트랜지스터 수를 크게 감소시킴으로써 화소 크기를 감소시킬 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 광전 변환 소자가 매립형 광다이오드인 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 매립형 광다이오드로부터의 신호 전하 전송을 완전하게 함으로써, 잡음이 감소된 고화질 영상을 얻을 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하 판독 동작을 수행하지 않는 기간 동안, 상기 반전 증폭기가 동작하지 않도록 상기 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하의 판독을 수행하지 않는 기간 동안, 제어부에 의해 반전 증폭기가 동작하지 않도록 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어함으로써, 스위칭 커패시터 증폭부로부터 신호선으로 신호가 출력되지 않는다. 그러므로, 판독선을 선택하기 위한 선택 트랜지스터가 필요하지 않게 되어, 화소당 트랜지스터 수가 감소될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 스위칭 커패시터 증폭부는 하나의 단자가 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 접속된 승압용 커패시턴스 소자를 가지며;

상기 제어부는 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 신호 전하 축적부에 전송될때, 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자의 전위가 커지도록 상기 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 전하가 광전 변환 소자로부터 전송 트랜지스터를 통하여 신호 전하 축적부에 전송될때, 제어부는 반전 증폭기의 입력 측의 신호 전하 축적부의 전위가 커지도록 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자의 전위를 제어하여, 신호 전하의 전송을 용이하게 한다. 이 동작에 의해, 특히 광전 변환 소자가 매립형 광다이오드일때, 광다이오드로부터 신호 전하 축적부로의 전하 전송을 완전하게 할 수 있고, 판독 잡음을 크게 감소시킬 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 제어부는 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 신호 전하 축적부에 전송될때, 상기 반전 증폭기가 동작하지 않도록 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 제어부는 전하가 광전 변환 소자로부터 전송 트랜지스터를 통하여 신호 전하 축적부에 전송되는 기간 동안, 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어함으로써 반전 증폭기를 동작하지 않도록 한다. 이 동작에 의해, 판독선을 선택하기 위한 선택 트랜지스터가 필요하지 않게 되어, 화소당 트랜지스터 수가 감소될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 전위부에 인가된 정전압은 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터와 동일한 구조의 트랜지스터에 의해 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터와 동일한 반도체 기판 상에서 제작된 전압 발생 회로로부터 출력되는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터와 동일한 구조의 트랜지스터에 의해 동일한 반도체 기판 상에서 제작된 전압 발생 회로로부터 상기정전압을 출력함으로써, 프로세스 불균형, 온도 변화, 전원 전압 변동 등의 영향을 받지 않고 항상 최적값의 정전압이 발생될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 정전위가 인가되는 전위부는 모든 화소에 공통이며 도전성 재료로 이루어지는 차광 패턴인 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 모든 화소에 공통인 도전성 재료로 이루어지는 차광 패턴을 정전압이 인가되는 전위부로서 사용함으로써, 정전압이 배선을 별도로 제공하지 않고 리셋 트랜지스터를 통하여 모든 화소의 증폭 트랜지스터의 입력부에 쉽게 인가될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 반전 증폭기의 일부를 구성하는 상기 전원측 부하는 정전류 부하 트랜지스터 또는 저항인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 증폭형 고체 촬상 장치는:

개개의 화소에 각각 제공되며, 광전 변환 소자, 및 상기 광전 변환 소자의 신호 전하를 전송하는 전송 트랜지스터를 각각 가지며, 소정수의 광전 변환 전송부로 각각 구성되는 복수의 광전 변환 전송부 그룹으로 각각 나누어지는 복수의 광전 변환 전송부;

각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹에 각각 제공되며, 입력측이 각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹 내의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 각각 접속되고 출력측이 신호선에 각각 접속되는 복수의 스위칭 커패시터 증폭부;

상기 신호선을 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 출력측에 접속된 전원측 부하; 및

상기 전송 트랜지스터 및 상기 스위칭 커패시터 증폭부를 제어하는 제어부를 구비하며:

상기 스위칭 커패시터 증폭부 각각은 상기 광전 변환 전송부 그룹의 전송 트랜지스터의 출력측이 접속되는 신호 전하 축적부, 입력측이 상기 신호 전하 축적부에 접속되는 증폭 트랜지스터, 상기 증폭 트랜지스터의 입출력 사이에 접속되는 커패시턴스 소자, 및 상기 증폭 트랜지스터의 입력부와 전위 제어선 사이에 접속되는 리셋 트랜지스터를 구비하며;

상기 제어부는 상기 리셋 트랜지스터를 온하는 동안 상기 전위 제어선의 전위를 제어함으로써 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 증폭 트랜지스터와 상기 전원측 부하로 이루어진 반전 증폭기의 입력부의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 상기 제어부는 각각의 광전 변환 전송부 그룹 내의 광전 변환 전송부마다 스위칭 커패시터 증폭부에 의해 전송 트랜지스터를 통하여 광전 변환 소자로부터 신호를 판독하도록 전송 트랜지스터 및 스위칭 커패시터 증폭부를 제어한다. 또한, 상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하 판독 동작을 수행하지 않을때, 증폭 트랜지스터와 전원측 부하로 구성된 반전 증폭부의 접지 단자의 전위를 고 레벨이 되도록 함으로써, 반전 증폭기가 동작하지 않게 되어서, 스위칭 커패시터 증폭부의 출력이 선택되지 않도록 한다(스위칭 커패시터 증폭부로부터 신호선으로 신호가 출력되지 않는다). 또한, 제어부는 상기 리셋 트 랜지스터를 온하여서 신호 전하 축적부의 전위를 리셋할때, 전위 제어선의 전위를 제어함으로써, 신호 전하 축적부를 리셋할때의 전위가 소망 값으로 설정될 수 있도록 한다.

상술된 바와 같이, 상기 광전 변환 전송부 그룹의 복수의 화소에 공통인 증폭 회로(신호 전하를 전압으로 변환하여 전압을 증폭하는 스위칭 커패시터 증폭부)를 제공함으로써, 화소당 트랜지스터 수가 감소될 수 있다. 또한, 스위칭 커패시터형의 증폭 회로를 제공함으로써, 신호 전하 축적부의 커패시턴스를 효율적으로 감소시킬 수 있게 되고, 전하 전압 변환 이득을 높일 수 있게 된다. 그러므로, 간단한 구성으로, 잡음이 적은 고화질 화상을 얻을 수 있고, 화소당 트랜지스터 수를 크게 감소시킴으로써 화소 크기를 감소시킬 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 광전 변환 소자는 매립형 광다이오드인 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 매립형 광다이오드로부터의 신호 전하 전송을 완전하게 함으로써, 잡음이 감소된 고화질 영상을 얻을 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하 판독 동작을 수행하지 않는 기간 동안, 상기 반전 증폭기가 동작하지 않도록 상기 전위 제어선의 전위를 제어함으로써 상기 반전 증폭기의 입력부의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 반전 증폭기는 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하의 판독을 수행하지 않는 기간 동안, 제어부에 의해 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어함으로써 동작하지 않게 된다. 이 동작에 의해, 판독선을 선택하기 위한 선택 트랜지스터가 필요하지 않게 되어, 화소당 트랜지스터 수가 감소될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 스위칭 커패시터 증폭부는 하나의 단자가 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 접속된 승압용 커패시턴스 소자를 가지며;

상기 제어부는 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 신호 전하 축적부에 전송될때, 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자의 전위가 커지도록 상기 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 전하가 광전 변환 소자로부터 전송 트랜지스터를 통하여 신호 전하 축적부에 전송될때, 제어부는 반전 증폭기의 입력 측의 신호 전하 축적부의 전위가 커지도록 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자의 전위를 제어하여, 신호 전하의 전송을 용이하게 한다. 이 동작에 의해, 특히 광전 변환 소자가 매립형 광다이오드일때, 광다이오드로부터 신호 전하 축적부로의 전하 전송을 완전하게 할 수 있고, 판독 잡음을 크게 감소시킬 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자는 상기 전위 제어선에 접속되는 것을 특징으로 한다.

상기 승압용 커패시터의 다른 단자의 전위를 제어하는 동시에, 상기 리셋 트랜지스터를 통한 증폭 트랜지스터의 입력부의 리셋 전위를 제어하기 위하여 상기 접지 제어선을 사용함으로써, 배선이 간소화될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 전위 제어선에 인가된 전압은 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터와 동일한 구조의 트랜지스터에 의해 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터와 동일한 반도체 기판 상에서 제작된 전압 발생 회로로부터 출력되는 것을 특징으로 한다.

상기 실시형태에 따르면, 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터와 동일한 구조의 트랜지스터에 의해 동일한 반도체 기판 상에서 제작된 전압 발생 회로로부터 상기 전위 제어선으로 인가되는 전압을 출력함으로써, 프로세스 불균형, 온도 변화, 전원 전압 변동 등의 영향을 받지 않고 항상 최적값의 정전압이 발생될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 반전 증폭기의 접지 단자는 모든 화소에 공통이며 도전성 재료로 이루어지는 차광 패턴인 것을 특징으로 한다.

또한, 모든 화소에 공통인 도전성 재료로 이루어진 차광 패턴을 반전 증폭기의 접지 단자로서 사용함으로써, 모든 반전 증폭기의 접지 단자는 배선을 별도로 제공하지 않고 쉽게 제공될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 반전 증폭기의 일부를 구성하는 상기 전원측 부하는 정전류 부하 트랜지스터 또는 저항인 것을 특징으로 한다.

상기로부터 분명해지는 바와 같이, 본 발명의 증폭형 고체 촬상 장치에 따르면, 복수의 화소에 공통인 스위칭 커패시터 증폭부를 사용함으로써, 전하 전압 변환 효율을 감소시키지 않고 화소당 트랜지스터 수가 크게 감소될 수 있고, 이것은 화소 크기를 감소시키는데 매우 유용하다.

특히, 반전 증폭기를 구동측(스위칭 커패시터 증폭부의 증폭 트랜지스터)과 전원측 부하로 그룹화하고, 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하거나 반전 증폭기의 입력 단자의 전위를 제어함으로써, 트랜지스터 수를 더 감소시킬 수 있게 되고, 증폭률을 크게 증가시킬 수 있게 된다. 이 구성에 의해, 화소 크기의 감소 및 전하 전압 변환 이득의 증가가 더 가능해진다.

더구나, 매립형 광다이오드를 제공함으로써, 광다이오드로부터의 신호 전하 전송을 개선시키는 동작이 달성할 수 있게 되고, 완전 전하 전송에 의해 매우 잡음이 적은 화상을 얻을 수 있게 된다.

상기 이유로 인해, 본 발명의 증폭형 고체 촬상 장치는 소형의 고성능 화상 센서를 형성하는데 매우 유용하다.

본 발명은 이하에 제공된 상세한 설명과 첨부 도면으로부터 충분히 이해될 것이며, 상기 첨부 도면은 단지 설명을 위한 것이지, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.

본 발명의 증폭형 고체 촬상 장치는 도면에 도시된 실시예에 근거하여 이하에서 상세하게 서술될 것이다.

(제 1 실시예)

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 증폭형 고체 촬상 장치의 일례로서의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구성을 도시한 회로도이다. 2차원 증폭형 고체 촬상 장치에서, 복수의 화소가 매트릭스 형태로 2-차원으로 배열된다.

도면은 모든 화소에 존재하는 광전 변환 전송부(10), 세로 방향으로 k 개의 광전 변환 전송부(10)에 의해 공유된 스위칭 커패시터 증폭부(20), 열(i)에 존재하는 모든 스위칭 커패시터 증폭부(20)에 의해 공유된 정전류 부하 트랜지스터(4)인 전원측 부하(11), 제어부의 일례로서의 수직 주사 회로(25)를 나타낸다. 도 1에서, 복수의 행과 복수의 열의 광전 변환 전송부(10)중 i-번째 열만이 도시되어 있고, 스위치 커패스터 증폭부(20)는 각각의 열에서 광전 변환 전송부 그룹을 구성하는 k 개의 모든 광전 변환 전송부(10)에 접속된다. k 및 i는 2 이상의 정수라는 것을 주목하여야만 한다.

광전 변환 전송부, 즉 화소(10)는 광전 변환 소자의 일례로서의 광다이오드(1) 및 전송 트랜지스터(2)로 구성된다.

또한, 상기 스위칭 커패시터 증폭부(20)는 광전 변환 전송부 그룹의 k 개의 광전 변환 전송부(10)의 전송 트랜지스터(2)의 출력측에 접속된 신호 전하 축적부(8), 입력측이 상기 신호 전하 축적부(8)에 접속되고 출력측이 수직 신호선(9)에 접속된 증폭 트랜지스터(3), 상기 증폭 트랜지스터(3)의 입출력 사이에 삽입된 리셋 트랜지스터(5). 및 커패시턴스 소자의 일례로서의 커패시터(6)로 구성된다. 증폭 트랜지스터(3)는 정전류 부하 트랜지스터(4)와 함께 정전류 부하형 소스-접지 반전 증폭기를 구성한다. 반전 증폭기의 입력측의 k 개의 광전 변환 전송부(10)에 공통인 신호 전하 축적부(8)의 전압을 상승시키기 위한 승압용 커패시턴스 소자의 일례로서의 승압용 커패시터(7)의 한 단자가 신호 전하 축적부(8)에 접속된다. 이 경우에, 신호 전하 축적부(8)의 커패시턴스는 CFD로 표현되고, 커패시터(6)의 커패 시턴스는 Cin으로 표현되며, 전압을 상승시키기 위한 승압용 커패시터(7)의 커패시턴스는 Cup로 표현된다.

도 1은 또한 전송 트랜지스터 구동 신호선(21), 리셋 트랜지스터 구동 신호선(22), 스위치 커패시터 증폭기 접지측 신호선(23), 및 전위 제어선(24)을 나타낸다. 전송 트랜지스터 구동 신호선(21)은 행 방향으로 배열된 각각의 광전 변환 전송부(10)의 전송 트랜지스터(2)의 게이트에 접속된다. 리셋 트랜지스터 구동 신호선(22)은 스위칭 커패시터 증폭부(20)의 리셋 트랜지스터(5)의 게이트에 접속된다. 스위치 커패시터 증폭기 접지측 신호선(23)은 스위칭 커패시터 증폭부(20)의 증폭 트랜지스터(3)의 소스(반전 증폭기의 접지측 단자)에 접속된다. 전위 제어선(24)은 승압용 커패시터(7)의 다른 단자에 접속된다.

또한, 도 1에서, n-번째 스위칭 커패시터 증폭부(20)에 접속된 첫번째 행의 화소는 (n,1)로서 표현되고, 두번째 행의 화소는 (n,2)로서 표현되며, k-번째 행의 화소는 (n,k)로서 표현된다. 그러므로, 2차원 고체 촬상 장치가 수직 방향으로 p 개의 스위칭 커패시터 증폭부(20)로 구성되는 경우, 수직 방향으로 총 k×p 개의 화소가 존재한다. p는 자연수를 나타낸다. 구동 펄스[ΦT(n,1), ΦT(n,2),…,ΦT(n,k)]가 화소[(n,1), (n,2),…,(n,k)]의 전송 트랜지스터(2)의 게이트에 각각 인가된다.

또한, n-번째 스위칭 커패시터 증폭부(20)에서, 구동 펄스[ΦR(n)]가 리셋 트랜지스터 구동 신호선(22)을 통하여 리셋 트랜지스터(5)의 게이트에 인가되고, 커패시턴스 값(Cup)만큼 신호 전하 축적부(8)의 전압을 상승시키기 위한 제어 펄스 [ΦC(n)]가 전위 제어선(24)을 통하여 승압용 커패시터(7)에 인가되며, 증폭 트랜지스터(3)의 소스 전위를 제어하기 위한 VS(n)이 스위치 커패시터 증폭기 접지측 신호선(23)을 통하여 인가된다. 정전류 부하 트랜지스터(4)의 목적은 그것이 트랜지스터가 아닐지라도, 확산층 등으로 구성된 고저항에 의해 달성될 수 있다는 것을 주목하라. 제 1 실시예가 정전류 부하형 소스 접지 반전 증폭기를 사용하는 2차원 증폭형 고체 촬상 장치에 대해 기술되었을지라도, 트랜지스터 부하형 소스 접지 반전 증폭기 또는 캐스코드형 소스 접지 반전 증폭기에 의해서도 또한 그 목적이 달성될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.

기간(T1) 동안, n-번째 행의 스위칭 커패시터 증폭부(20)의 리셋 트랜지스터(5)의 게이트에 인가된 구동 펄스[ΦR(n)]가 고 레벨이 되고, 증폭 트랜지스터(3)의 소스에 인가된 구동 펄스[VS(n)]가 저 레벨(접지 GND)이 된다. 그리고 나서, 리셋 트랜지스터(5)가 온 상태가 되는 것으로 인해, 증폭 트랜지스터(3)와 정전류 부하 트랜지스터(4)로 구성된 반전 증폭기의 입출력 사이가 단락되며, 신호 전하 축적부(8) 및 수직 신호선(9)의 전위[Vsig(i)]가 정전위(VM)로 리셋된다.

이것은 다음 이유로 인한 것이다. 도 3은 반전 증폭기의 회로도를 도시하고, 도 4는 반전 증폭기의 특성을 도시한 것이다. 반전 증폭기의 입출력 사이가 단락된다고 가정하면, 반전 증폭기의 특성 곡선과 Vout=Vin이 되는 직선의 교점은 전압이 리셋되는 정전위(VM)가 된다.

다음으로, 도 2에 도시된 기간(T2) 동안, 구동 펄스[ΦR(n)]는 저 레벨이 되고, 리셋 트랜지스터(5)는 오프 상태가 된다. 리셋 트랜지스터의 오프 상태에서의 피드쓰루(feedthrough)로 인해, 신호 전하 축적부(8)의 전압이 다소 떨어지므로, 수직 신호선(9)의 전위[Vsig(i)]는 정전위(VM)보다 조금 더 높게 상승된다. 이 때 얻어진 신호 전압이 화소의 기준 전압의 역할을 한다.

다음 기간(T3)은 화소의 광다이오드(1)에 의한 광전 변환을 통하여 얻어진 신호 전하가 신호 전하 축적부(8)에 판독되는 기간이다. 우선, 증폭 트랜지스터(3)의 소스에 인가된 구동 펄스[VS(n)]가 고 레벨[전원 전압(VDD)]이 되고, 증폭 트랜지스터(3)가 오프 상태가 된다. 결과적으로, 수직 신호선(9)의 전위(Vsig)는 전원 전압(VDD)이 된다. 다음으로, 구동 펄스[ΦT(n,1)]가 고 레벨이 되고, (n,1)-번째 행의 광다이오드(1)에 축적된 신호 전하가 (n,1)-번째 행의 전송 트랜지스터(2)에 의해 신호 전하 축적부(8)에 판독된다. 또한, 이 때, 제어 펄스[ΦC(n)]를 고 레벨이 되도록 함으로써, 승압용 커패시터(7)의 커패시턴스(Cup)를 통해 결합된 신호 전하 축적부(8)의 전위가 상승되어, 광다이오드(1)로부터 신호 전하축적부(8)로의 전하 전송을 촉진시켜서, 완전 전하 전송이 달성되도록 한다.

다음 기간(T4) 동안, 구동 펄스[ΦT(n,1)] 및 제어 펄스[ΦC(n)]가 저 레벨이 되고, 이에 따라, 기간(T2)에서의 전압으로부터 신호 전하 전송으로 인한 변화 만큼 시프트된 전압이 신호 전하축적부(8)에 의해 유지된다. 또한, 증폭 트랜지스터(3)의 소스에 인가된 구동 펄스[VS(n)]가 저 레벨[그라운드(GND)]가 됨으로써, 상기 유지된 신호 레벨이 반전 증폭기에 의해 증폭되어 수직 신호선(9)에 출력된 다. 이 때 얻어진 수직 신호선 전압이 화소의 신호가 된다.

다음 기간(T5) 동안, 기간(Tl 및 T2)에서와 유사한 동작이 수행되어 구동 펄스[ΦR(n)]을 고 레벨로부터 저 레벨로 변화시켜서, 신호 전하 축적부(8)와 수직신호선(9)의 전위를 정전위(VM)와 거의 동일하게 하며, 신호 전하 축적부(8)의 전위를 초기 상태의 정전위(VM)로 리셋시킨다.

다음 기간(T6) 동안, 증폭 트랜지스터(3)의 소스에 인가된 구동 펄스[VS(n)]가 고 레벨[전원 전압(VDD)]로 상승된다. 이 동작에 의해, 증폭 트랜지스터(3)는 오프 상태가 되며, 수직 신호선(9)의 전위는 다시 전원 전압(VDD)이 된다.

수직 신호선(9) 상에서의 기간(T2)과 기간(T4)에서의 신호들 간의 차이 신호가 CDS(상관 이중 샘플링) 회로, 차동 증폭 회로 또는 클램프 회로(이것들은 본 명세서에서는 특별히 기재되지 않음)에 의해 포착되는 경우, (n,1)-번째 행의 화소에 입사한 광에 의해 발생된 전하로 인한 유효 신호가 판독된다.

상기 동작의 설명이 (n,1)-번째 행의 화소에 대한 것일지라도, 상당히 유사한 동작이 (n,2)-번째 내지 (n,k)번째 행의 화소에서 수행되며, 단지 ΦT(n,1)로부터 ΦT(n,2) 내지 ΦT(n,k)로 변화되는 전송 트랜지스터(2)를 온하기 위한 구동 펄스의 선택에서만 차이가 존재한다. 도 2는 또한 (n,2)-번째 행 화소의 경우의 타이밍을 도시한다.

이 경우에, 광다이오드(1)로부터 전송된 전하량이 △Qsig이고, 반전 증폭기(3,4)의 이득이 A이면, 판독될 유효 신호(△Vsig)는 식 (1): △Vsig=Aㆍ△Qsig/[CFD + Cup + (1+A)Cin ]에 의해 표현되고, 여기서, 반전 증폭기의 이득(A)은 식 (2):

에 의해 표현된다.

식 (2)에서, gm은 증폭 트랜지스터(3)의 트랜스컨덕턴스(transconductance), ron은 증폭 트랜지스터(3)의 출력 저항, rop은 정전류부하 트랜지스터(4)의 출력 저항이다.

또한, 증폭기 이득(A)이 매우 큰 경우, 식 (3): △Vsig ≒ △Qsig/Cin이 유지되고, 결국, 전하 전압 변환 효율(η)은 식 (4): η= △Vsig/△Qsig=1/Cin에 의해 표현된다.

즉, 출력 신호가 신호 전하 축적부(8)의 용량(CFD)에 의존하지 않는 것을 나타낸다. 수직 방향으로 접속된 화소의 수가 증가하고, 커패시턴스(CFD)가 증가하는 경우에도, 본 발명에 따르면 전하 전압 변환 효율(η)의 감소가 발생되지 않는다.

한편, 화소(n,1) 내지 화소(n,k)가 선택되지 않는 기간에서, n-번째 행의 증폭 트랜지스터(3)의 단자의 전위는 다음과 같이 표현된다.

소스: 전원 전압(VDD)

게이트: 정전위(VM)(또는, 광다이오드(1)로부터 오버플로된 신호 전하가 축적될때 정전위(VM) 이하)

드레인: 정전위(VM) 이상(수직 신호선)

증폭 트랜지스터(3)는 항상 오프 상태가 되어 있다.

결과적으로, 종래의 화소 구조에서는 판독선을 선택하기 위한 선택 트랜지스터가 필요했을지라도, 본 발명은 증폭 트랜지스터(3)의 소스 전압을 제어함으로써, 증폭 트랜지스터(3)가 오프 상태, 즉 반전 증폭기가 동작하지 않는 상태가 될 수 있기 때문에, 선택 트랜지스터가 필요하지 않게 된다. 이 구성에 의해, 단위 화소 면적에서 광다이오드(1)의 차지 면적을 증가시킬 수 있게 되며, 이로 인해, 고화질 화상을 얻을 수 있고, 화소 크기를 감소시킬 수 있게 된다.

도 2에서, 기간(T6) 동안, 증폭 트랜지스터(3)의 소스 전압을 전원 전압(VDD)까지 상승시킴으로써, 신호 전하 축적부(8)의 전압이 용량성 결합에 의해 정전위(VM)로부터 다음 식(5)에 의해 표현된 전압(VB)까지 상승된다.

식 (5): VB = {(VDD - VM)Cin + VDD × Cgs}/(CFD + Cup + Cin + Cgs)

이 식에서, Cgs는 증폭 트랜지스터(3)의 게이트와 소스 사이의 결합 커패시턴스를 나타낸다. 이 경우에, 상황에 따라서, 증폭 트랜지스터(3)가 상기 증폭 트랜지스터(3)의 임계값에 따라 기간(T6) 동안 완전히 오프되지 않을 수 있다.

상기 문제를 해결하기 위한 구동 방법으로서, 도 5에 도시된 바와 같은 구동 방법이 존재한다. 도 5는 도 1에 도시된 회로의 다른 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트를 나타내며, 상기 구동 방법은 기간(T5) 및 기간(T6)의 처음 일부 기간에서 제어 펄스[ΦC(n)]의 전위를 다음 식 (6): VC = {(VDD - VM)Cin + VDD × Cgs}/Cup에 의해 표현된 전위(VC)로 미리설정하고, 기간(T6) 동안 증폭 트랜지스터(3)의 소스 전압을 전원 전압(VDD)으로 상승시키고, 그 후에 제어 펄스[ΦC(n)]의 전위를 접지 레벨(GND)로 복구하는 단계를 갖는다. 상기 방법에 의해, 신호 전하 축적부(8)의 전위가 정전위(VM)로 복구되어, 상술된 문제점이 해결된다.

상기 구성의 2차원 증폭형 고체촬상 장치에 따르면, 광전 변환 전송부 그룹 의 복수의 화소에 대하여 공통의 증폭 회로[신호 전하를 전압으로 변환하여 전압을 증폭하는 스위칭 커패시터 증폭부(20)]를 제공함으로써, 화소당 트랜지스터 수가 감소될 수 있게 된다. 또한, 스위치 커패시터형 증폭 회로를 제공함으로써, 신호 전하 축적부(8)의 커패시턴스를 효율적으로 감소시킬 수 있게 되고, 전하 전압 변환 이득을 높일 수 있게 된다. 그러므로, 간단한 구성으로, 잡음이 적은 고화질 화상을 얻을 수 있고, 화소당 트랜지스터 수를 크게 감소시킴으로써, 화소 크기를 감소시킬 수 있다.

또한, 화소의 광전 변환 소자에 대해 매립형 광다이오드를 사용함으로써, 광다이오드(1)로부터의 신호 전하 전송이 완전해질 수 있고, 잡음이 감소된 고화질 화상이 얻어질 수 있다.

또한, 스위칭 커패시터 증폭부(20)가 신호 전하의 판독을 수행하지 않는 기간 및 전하가 광다이오드(1)로부터 전송 트랜지스터(2)를 통하여 신호 전하 축적부(8)에 전송되는 기간 동안, 수직 주사 회로(25)에 의해 반전 증폭기의 접지 단자의 전압을 제어하여 반전 증폭기를 동작하지 않도록 함으로써, 판독선을 선택하기 위한 트랜지스터가 필요하지 않게 되고, 화소당 트랜지스터 수가 또한 감소될 수 있다.

또한, 전하가 광다이오드(1)로부터 전송 트랜지스터(2)를 통하여 신호 전하 축적부(8)에 전하를 전송될때, 수직 주사 회로(25)에 의해 승압용 커패시터(7)의 다른 단자 전위를 제어함으로써 반전 증폭기의 입력측의 신호 전하 축적부(8)의 전위가 커져서, 신호 전하의 전송을 용이하게 하여, 매립형 광다이오드로부터 신호 전하 축적부로의 전하 전송이 완전해질 수 있고, 판독 잡음을 크게 감소시키도록 한다.

(제 2 실시예)

도 6은 본 발명의 제 2 실시예의 증폭형 고체 촬상 장치의 일례로서의 2차원증폭형 고체 촬상 장치의 구성을 도시한 회로도이다. 제 2 실시예의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치는 리셋 트랜지스터의 접속을 제외하고는, 제 1 실시예와 동일한 구성을 가지며, 동일한 구성요소에는 별도의 설명 없이 동일한 참조 번호가 표시된다. 제 1 실시예의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치에 대한 차이는 다음과 같다. 리셋 트랜지스터(5)가 증폭 트랜지스터(3)의 입출력 사이에 삽입되는 제 1 실시예와 대조적으로, 제 2 실시예의 리셋 트랜지스터(5)는 증폭 트랜지스터(3)의 입력부와, 정전위(VM)가 인가되는 전위부의 일례로서의 차광 패턴(26) 사이에 삽입된다.

정전위(VM)의 전압 발생 회로는 도 7에 도시되어 있고, 상기 전압 발생 회로는 소스가 접지되고, 게이트와 드레인이 서로 접속된 NMOS 트랜지스터(31), 드레인이 NMOS 트랜지스터(31)의 드레인에 접속되고, 소스에 전원 전압(VDD)이 인가되는 PMOS트랜지스터(32), 및 비반전 입력 단자가 상기 PMOS트랜지스터(32)의 드레인에 접속되는 버퍼(33)를 갖는다. NMOS 트랜지스터(31)는 화소의 증폭 트랜지스터와 동일한 구조를 가지는 반면, PMOS 트랜지스터(32)는 정전류 부하 트랜지스터와 동일구조를 갖는다.

상기 전압 발생 회로에서, 반전 증폭기는 도 6에 도시된 스위칭 커패시터 증폭부(20)의 증폭 트랜지스터(3)와 정전류 부하 트랜지스터(4)로 구성된 반전 증폭 기와 동일한 구조의 트랜지스터를 사용함으로써, 동일한 반도체 기판 상에 형성되고, 반전 증폭기의 입출력 사이가 단락되며, 출력은 임피던스 변환용 버퍼(33)를 통하여 정전위(VM)로서 출력된다. 상기 출력은 반전 증폭기와 동일한 구조의 트랜지스터를 사용하기 때문에, 프로세스 불균형, 온도 변화, 전원 전압 변동 등의 영향을 받지 않고 수신되며, 항상 최적값을 발생시킬 수 있고, 상기 값을 모든 화소에 공통인 차광 패턴(26)(차광 금속)에 인가할 수 있다.

도 8은 제 2 실시예의 구동 펄스의 타이밍 차트를 도시한 것이다. 단지 기간(T6) 동안의 구동 펄스[ΦR(n)]의 극성에서만 제 1 실시예와 차이가 존재하고, 기간(T6) 동안, 신호 전하 축적부(8)의 전압은 구동 펄스[ΦR(n)]가 고 레벨이기 때문에, 정전위(VM)로 고정된다. 그러므로, 화소(n,1) 내지 화소(n,k)가 선택되지 않는 기간(T6) 동안, n-번째 행의 증폭 트랜지스터(3)의 단자의 전압은 다음과 같이 표현된다.

소스: 전원 전압(VDD)

게이트: 정전위(VM)

드레인: 정전위(VM) 이상(수직 신호선)

증폭 트랜지스터(3)는 또한 항상 오프 상태가 되어 있다.

결과적으로, 종래의 화소 구조에서 필요했던 선택 트랜지스터가 또한 필요하지 않게 되고, 단위 화소 면적에서의 광다이오드(1)가 차지하는 면적을 증가시킬 수 있게 된다. 이로 인해, 고화질 화상을 얻을 수 있고, 화소 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 출력된 신호가 본 발명에 따르면 신호 전하 축적부(8)의 커패시턴스 (CFD)에 의존하지 않는다. 그러므로, 수직 방향으로 접속되는 화소가 수적으로 증가되고, 커패시턴스(CFD)가 증가되는 경우에도, 전하 전압 변환 효율(η)의 감소가 발생하지 않는다는 것이 제 2 실시예에서도 분명해진다.

상기 구성의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치는 제 1 실시예의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치와 유사한 효과를 갖는다.

또한, 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터(3)와 동일한 구조의 트랜지스터에 의해 동일한 반도체 기판 상에서 제작된 전압 발생 회로로부터 정전위를 출력함으로써, 프로세스 불균형, 온도 변화, 전원 전압 변동 등의 영향을 받지 않고 항상 최적값의 정전위가 발생될 수 있다.

또한, 모든 화소에 공통인 도전성 재료로 구성된 차광 패턴을 정전위를 가지는 전위부로서 사용함으로써, 별도의 배선을 제공하지 않고 리셋 트랜지스터를 통하여 모든 화소의 증폭 트랜지스터의 입력부에 정전위가 쉽게 제공될 수 있다.

(제 3 실시예)

도 9 는 본 발명의 제 3 실시예의 증폭형 고체 촬상 장치의 일례로서의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구성을 도시한 회로도이다. 제 3 실시예의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치는 리셋 트랜지스터의 접속을 제외하고는 제 1 실시예와 동일한 구성을 가지며, 동일한 구성요소에는 별도의 설명 없이 동일한 참조 번호가 표시된다. 상기 제 1 실시예의 증폭형 고체 촬상 장치와의 차이는 다음과 같다. 리셋 트랜지스터(5)가 증폭 트랜지스터(3)의 입출력 사이에 삽입되는 제 1 실시예와 대조적으로, 제 3 실시예에서, 리셋 트랜지스터(5)는 증폭 트랜지스터(3)의 입력측과 제어 펄스[ΦC(n)]가 인가되는 전위 제어선(24) 사이에 삽입된다. 증폭 트랜지스터(3)의 소스(반전 증폭기의 접지 단자)는 항상 접지 레벨(GND)이며, 그 배선은 모든 화소에 공통인 차광 패턴(27)(차광 금속)을 사용함으로써 제공된다.

도 10은 제 3 실시예의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 펄스의 타이밍 차트를 도시한 것이다.

기간(T1) 동안, n-번째 행의 스위칭 커패시터 증폭부(20)의 리셋 트랜지스터(5)의 게이트에 인가된 구동 펄스[ΦR(n)]가 고 레벨이 되고, 제어 펄스[ΦC(n)]의 전위는 정전위(VM)이다. 그러므로, 신호 전하 축적부(8) 및 수직 신호선(9)의 전위[Vsig(i)]가 정전위(VM)로에 리셋된다.

다음 기간(T2) 동안, 구동 펄스[ΦR(n)]가 저 레벨이 되고, 리셋 트랜지스터(5)은 오프 상태가 된다. 오프 상태에서의 리셋 트랜지스터(5)의 피드쓰로우로 인해 신호 전하 축적부(8)의 전압이 다소 떨어지므로, 수직 신호선(9)의 전위[Vsig(i)]는 정전위(VM)보다 조금 더 높게 상승된다. 이 때 얻어진 신호 전위가 화소의 기준 전위의 역할을 한다.

다음 기간(T3)은 화소(10)의 광다이오드(1)에 의한 광전 변환을 통하여 얻어진 신호 전하가 신호 전하 축적부(8)에 판독되는 기간이다. 구동 펄스[ΦT(n,1)]를 고 레벨이 되도록 함으로써 전송 트랜지스터(2)가 온 상태가 되며, (n,1)-번째 행의 화소 광다이오드(1)에 축적된 신호 전하가 (n,1)-번째 행의 전송 트랜지스터(2)을 통하여 신호 전하 축적부(8)에 판독된다. 또한, 이 때, 제어 펄스[ΦC(n)]를 고 레벨이 되도록 함으로써, 승압용 커패시터(7)의 커패시턴스(Cup)를 통해 결합된 신 호 전하 축적부(8)의 전위가 상승되어, 광다이오드(1)로부터 신호 전하 축적부(8)로의 전하 전송이 촉진해서, 완전한 전하 전송이 달성될 수 있도록 한다. 기간(T3) 동안, 신호 전하 축적부(8), 즉, 반전 증폭기의 입력부가 전원 전압(VDD) 레벨이므로, 수직 신호선(9)의 전위는 접지 레벨(GND)이 된다.

다음 기간(T4) 동안, 구동 펄스[ΦT(n,1)]는 저 레벨이 되어, 전송 트랜지스터(2)를 오프 상태가 되도록 하고, 제어 펄스[ΦC(n)]가 정전위(VM)로 되돌아 온다. 그러므로, 기간(T2)에서의 전위로부터 신호 전하 전송으로 인한 변화만큼 시프트된 전위가 신호 전하 축적부(8)에 의해 유지되며, 상기 유지된 신호 레벨이 반전 증폭기에 의해 증폭되어 수직 신호선(9)에 출력된다. 이 때에 얻어진 수직신호선전위가 이 화소의 신호가 된다.

다음 기간(T5) 동안, 구동 펄스[ΦR(n)]을 고 레벨이 되도록 하고, 제어 펄스[ΦC(n)]을 VL 레벨이 되도록 함으로써, 신호 전하 축적부(8)의 전위가 VL 레벨로 리셋된다. 이 경우에, VL 레벨은 증폭 트랜지스터(3)의 드레인과 소스 사이의 경로를 온하지 않는 최대의 게이트 전압이다. 신호 전하 축적부(8)의 전압이 접지 레벨(GND)이 되도록 하지 않는 이유는 전송 트랜지스터(2)가 광다이오드(1)에서 오버플로되고 광전 변환된 신호 전하를 내보내도록 하기 위하여 통상적으로 디플리션형 트랜지스터(depletion type transistor)로 제공되기 때문이다. 증폭 트랜지스터(3)의 게이트 전위(즉, 신호 전하 축적부(8)의 전위)가 접지 레벨(GND)인 경우, 신호 전하는 바람직하지 않게, 전송 트랜지스터(2)를 통하여 광다이오드(1) 내에 주입된다.

도 11은 증폭 트랜지스터(3)와 동일한 구조의 트랜지스터를 사용한 VL 발생 회로를 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, VL발생 회로는, 소스가 접지(GND)에 접속되고, 전원 전압(VDD)이 저항(R1)을 통하여 게이트에 인가되며, 전원 전압(VDD)이 저항(R2)(고 저항)을 통하여 드레인에 인가되는 NMOS 트랜지스터(41), 및 비-반전 입력 단자가 상기 NMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되며, 반전 단자에 전원 전압(VDD)이 인가되는 차동 증폭기(42)를 포함한다. 차동 증폭기(42)의 출력 단자와 NMOS 트랜지스터의 게이트는 서로 접속된다. 상기 NMOS 트랜지스터는 증폭 트랜지스터(3)와 동일한 구조를 갖는다.

기간(T5) 동안, 증폭 트랜지스터(3)의 드레인과 소스 사이의 경로가 오프되므로, 수직 신호선(9)의 전위는 전원 전압(VDD)이 된다.

수직 신호선(9) 상에서의 기간(T2)과 기간(T4)의 출력 신호들 간의 차이 신호가 후단의 CDS 회로, 차동 증폭 회로 또는 클램프 회로(이것들은 본 명세서에서는 특별히 기재되지 않음)에 의해 포착되는 경우, (n,1)-번째 행의 화소에 입사한 광에 의해 발생된 전하로 인한 유효 신호가 판독된다.

한편, 화소(n,1) 내지 화소(n, k)가 선택되지 않는 기간에서, n-번째 행의 증폭 트랜지스터(3)의 단자의 전위는 다음과 같이 표현된다.

소스: 접지(GND)

게이트: VL

드레인: 접지(GND)로부터 전원 전압(VDD)까지 변화(수직신호선)

증폭 트랜지스터는 항상 상태가 되어 있다.

결과적으로, 종래의 화소 구조에서 필요했던 선택 트랜지스터가 또한 필요하지 않게 되고, 단위 화소 면적에서의 광다이오드(1)가 차지하는 면적을 증가시킬 수 있게 된다. 이로 인해, 고화질 화상을 얻을 수 있고, 화소 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 출력된 신호가 신호 전하 축적부(8)의 커패시턴스(CFD)에 의존하지 않는다. 본 발명에 따르면, 수직 방향으로 접속되는 화소가 수적으로 증가되고, 커패시턴스(CFD)가 증가되는 경우에도, 전하 전압 변환 효율(η)의 감소가 발생하지 않는다는 것이 제 3 실시예에서도 분명해진다.

상기 구성의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치는 제 1 실시예의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치와 유사한 효과를 갖는다.

스위칭 커패시터 증폭부(20)가 신호 전하의 판독을 수행하지 않는 기간 동안, 수직 주사 회로(25)에 의해 반전 증폭기의 입력 단자의 전압을 제어하여 반전 증폭기를 동작하지 않도록 함으로써, 판독선을 선택하기 위한 트랜지스터가 필요하지 않게 되고, 화소당 트랜지스터 수가 또한 감소될 수 있다.

또한, 승압용 커패시터(7)의 다른 단자의 전압은 전위 제어선(24)의 전위에 의해 제어될 수 있다. 승압용 커패시터(7)의 다른 단자의 전압을 제어하는 동시에, 리셋 트랜지스터(5)를 통한 증폭 트랜지스터(3)의 입력부의 리셋 전압을 제어하기 위해 전위 제어선(24)을 사용함으로써, 배선이 간소화될 수 있다.

또한, 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터(3)와 동일한 구조의 트랜지스터에 의해 동일한 반도체 기판 상에서 제작된 전압 발생 회로로부터 전위 제어선에 인가되는 전압을 출력함으로써, 프로세스 불균형, 온도 변화, 전원 전압 변동 등의 영향을 받지 않고 항상 최적값의 정전위가 발생될 수 있다.

또한, 모든 화소에 공통인 도전성 재료로 구성된 차광 패턴을 반전 증폭기의 접지 단자로서 사용함으로써, 별도의 배선을 제공하지 않고 모든 반전 증폭기의 접지 단자가 쉽게 제공될 수 있다.

(제 4 실시예)

도 12는 본 발명의 제 4 실시예의 증폭형 고체 촬상 장치의 일례로서의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구성을 도시한 회로도이다. 신호 전하 축적부(8)가 수직적인 k 개의 광전 변환 전송부(10)에 공통인 제 1 실시예와 대조적으로, 제 4 실시예에서, 신호 전하 축적부(8)는 2 개(수평) × k 개(수직)의 광전 변환 전송부(10)에 공통이다. 상술된 바와 같이, 광전 변환 전송부는 수평방향과 수직방향의 조합에 의해 제공될 수 있다.

도 12에서, 전송 트랜지스터(2)의 게이트에 인가된 구동 펄스는 홀수 열의 광전 변환 전송부(10) 및 짝수 열의 광전 변환 전송부(10)로 나누어져서, 상기 구동 펄스가 구동 펄스[ΦT(n,O1)], [Φ(n,O2)],...,[ΦT(n,Ok)] 및 구동 펄스[ΦT(n,El)], [ΦT(n,E 2)],...,[ΦT(n,Ek)]로 그룹화된다. 이 구성에 의해, 공통의 스위칭 커패시터 증폭부(20)에 접속된 동일한 행의 광전 변환 전송부(10)를 구별함으로써 판독을 수행할 수 있다. 도 13은 제 4 실시예의 2차원 증폭형 고체 촬상 장치의 구동 펄스의 타이밍 차트를 도시한 것이다.

제 1 내지 제 4 실시예가 증폭형 고체 촬상 장치의 일례로서 화소가 2차원 배열되는 2차원 증폭형 고체 촬상 장치를 기초로 하여 서술되었을지라도, 본 발명 은 화소가 선형으로 배열되는 증폭형 고체 촬상 장치에 적용될 수 있다.

이와 같이 서술된 본 발명은 다양한 방식으로 변화될 수 있다. 이와같은 변화는 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 것으로 간주되어서는 안되고, 당업자들이 명확하게 인지하는 바와 같이, 모든 그러한 변경은 이하의 청구항의 범위 내에 포함된다.

본 발명에 의하면, 고화질 화상을 얻을 수 있고 화소 크기를 감소시킬 수 있는 증폭형 고체 촬상 장치가 제공된다.

Claims (22)

1. 개개의 화소에 각각 제공되며, 광전 변환 소자, 및 상기 광전 변환 소자의 신호 전하를 전송하는 전송 트랜지스터를 각각 가지며, 소정수의 광전 변환 전송부로 각각 구성되는 복수의 광전 변환 전송부 그룹으로 각각 나누어지는 복수의 광전 변환 전송부;

   각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹에 각각 제공되며, 입력측이 각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹 내의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 각각 접속되고 출력측이 신호선에 각각 접속되는 복수의 스위칭 커패시터 증폭부;

   상기 신호선을 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 출력측에 접속된 전원측 부하; 및

   상기 전송 트랜지스터 및 상기 스위칭 커패시터 증폭부를 제어하는 제어부를 구비하며:

   상기 스위칭 커패시터 증폭부 각각은 상기 광전 변환 전송부 그룹의 전송 트랜지스터의 출력측이 접속되는 신호 전하 축적부, 입력측이 상기 신호 전하 축적부에 접속되고 출력측이 상기 신호선에 접속되는 증폭 트랜지스터, 상기 증폭 트랜지스터의 입출력 사이에 접속되는 커패시턴스 소자, 및 상기 증폭 트랜지스터의 입출력 사이에 접속되는 리셋 트랜지스터를 구비하며;

   상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 증폭 트랜지스터와 상기 전원측 부하로 이루어진 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하고;

   상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하 판독 동작을 수행하지 않는 기간 동안, 상기 반전 증폭기가 동작하지 않도록 상기 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광전 변화 소자는 매립형 광다이오드인 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 커패시터 증폭부는 하나의 단자가 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 접속된 승압용 커패시턴스 소자를 가지며;

   상기 제어부는 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 신호 전하 축적부에 전송될때, 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자의 전위가 커지도록 상기 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 신호 전하 축적부에 전송될때, 상기 반전 증폭기가 동작하지 않도록 상기 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 반전 증폭기의 일부를 구성하는 상기 전원측 부하는 정전류 부하 트랜지스터 또는 저항인 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
7. 개개의 화소에 각각 제공되며, 광전 변환 소자, 및 상기 광전 변환 소자의 신호 전하를 전송하는 전송 트랜지스터를 각각 가지며, 소정수의 광전 변환 전송부로 각각 구성되는 복수의 광전 변환 전송부 그룹으로 각각 나누어지는 복수의 광전 변환 전송부;

   각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹에 각각 제공되며, 입력측이 각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹 내의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 각각 접속되고 출력측이 신호선에 각각 접속되는 복수의 스위칭 커패시터 증폭부;

   상기 신호선을 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 출력측에 접속된 전원측 부하; 및

   상기 전송 트랜지스터 및 상기 스위칭 커패시터 증폭부를 제어하는 제어부를 구비하며:

   상기 스위칭 커패시터 증폭부 각각은 상기 광전 변환 전송부 그룹의 전송 트랜지스터의 출력측이 접속되는 신호 전하 축적부, 입력측이 상기 신호 전하 축적부에 접속되고 출력측이 상기 신호선에 접속되는 증폭 트랜지스터, 상기 증폭 트랜지스터의 입출력 사이에 접속되는 커패시턴스 소자, 및 상기 증폭 트랜지스터의 입력부와 정전압이 인가되는 전위부 사이에 접속되는 리셋 트랜지스터를 구비하며;

   상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 증폭 트랜지스터와 상기 전원측 부하로 이루어진 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하고;

   상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하 판독 동작을 수행하지 않는 기간 동안, 상기 반전 증폭기가 동작하지 않도록 상기 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 광전 변환 소자는 매립형 광다이오드인 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
9. 삭제
10. 제 7 항에 있어서, 상기 스위칭 커패시터 증폭부는 하나의 단자가 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 접속된 승압용 커패시턴스 소자를 가지며;

    상기 제어부는 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 신호 전하 축적부에 전송될때, 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자의 전위가 커지도록 상기 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 신호 전하 축적부에 전송될때, 상기 반전 증폭기가 동작하지 않도록 반전 증폭기의 접지 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
12. 제 7 항에 있어서, 상기 전위부에 인가된 정전압은 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터와 동일한 구조의 트랜지스터에 의해 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터와 동일한 반도체 기판 상에서 제작된 전압 발생 회로로부터 출력되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
13. 제 7 항에 있어서, 상기 정전위가 인가되는 전위부는 모든 화소에 공통이며 도전성 재료로 이루어지는 차광 패턴인 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
14. 제 7 항에 있어서, 상기 반전 증폭기의 일부를 구성하는 상기 전원측 부하는 정전류 부하 트랜지스터 또는 저항인 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
15. 개개의 화소에 각각 제공되며, 광전 변환 소자, 및 상기 광전 변환 소자의 신호 전하를 전송하는 전송 트랜지스터를 각각 가지며, 소정수의 광전 변환 전송부로 각각 구성되는 복수의 광전 변환 전송부 그룹으로 각각 나누어지는 복수의 광전 변환 전송부;

    각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹에 각각 제공되며, 입력측이 각각의 상기 광전 변환 전송부 그룹 내의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 각각 접속되고 출력측이 신호선에 각각 접속되는 복수의 스위칭 커패시터 증폭부;

    상기 신호선을 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 출력측에 접속된 전원측 부하; 및

    상기 전송 트랜지스터 및 상기 스위칭 커패시터 증폭부를 제어하는 제어부를 구비하며:

    상기 스위칭 커패시터 증폭부 각각은 상기 광전 변환 전송부 그룹의 전송 트랜지스터의 출력측이 접속되는 신호 전하 축적부, 입력측이 상기 신호 전하 축적부에 접속되는 증폭 트랜지스터, 상기 증폭 트랜지스터의 입출력 사이에 접속되는 커패시턴스 소자, 및 상기 증폭 트랜지스터의 입력부와 전위 제어선 사이에 접속되는 리셋 트랜지스터를 구비하며;

    상기 제어부는 상기 리셋 트랜지스터를 온하는 동안 상기 전위 제어선의 전위를 제어함으로써 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 증폭 트랜지스터와 상기 전원측 부하로 이루어진 반전 증폭기의 입력부의 전위를 제어하고;

    상기 제어부는 상기 스위칭 커패시터 증폭부가 신호 전하 판독 동작을 수행하지 않는 기간 동안, 상기 반전 증폭기가 동작하지 않도록 상기 전위 제어선의 전위를 제어함으로써 상기 반전 증폭기의 입력부의 전위를 제어하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 광전 변환 소자는 매립형 광다이오드인 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
17. 삭제
18. 제 15 항에 있어서, 상기 스위칭 커패시터 증폭부는 하나의 단자가 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자에 접속된 승압용 커패시턴스 소자를 가지며;

    상기 제어부는 신호 전하가 상기 광전 변환 소자로부터 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 스위칭 커패시터 증폭부의 신호 전하 축적부에 전송될때, 상기 광전 변환 전송부 그룹의 각각의 전송 트랜지스터의 출력 단자의 전위가 커지도록 상기 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자의 전위를 제어하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 승압용 커패시턴스 소자의 다른 단자는 상기 전위 제어선에 접속되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
20. 제 15 항에 있어서, 상기 전위 제어선에 인가된 전압은 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터와 동일한 구조의 트랜지스터에 의해 상기 반전 증폭기의 증폭 트랜지스터와 동일한 반도체 기판 상에서 제작된 전압 발생 회로로부터 출력되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
21. 제 15 항에 있어서, 상기 반전 증폭기의 접지 단자는 모든 화소에 공통이며 도전성 재료로 이루어지는 차광 패턴인 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.
22. 제 15 항에 있어서, 상기 반전 증폭기의 일부를 구성하는 상기 전원측 부하는 정전류 부하 트랜지스터 또는 저항인 것을 특징으로 하는 증폭형 고체 촬상 장치.

Images