KR20120140608A - 전자 기기 및 전자 기기의 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
전자 기기는: 광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부의 신호 전하를 수취하며 상기 광전 변환부에 의해 공유되는 전하 축적부와,; 상기 광전 변환부에 의해 생성된 신호 전하를 판독하며, 상기 광전 변환부에 의해 공유되는 화소 트랜지스터를 포함하는 화소가 행렬형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부와; 노광 기간에서, 노광 기간의 시작시가 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 또한 노광 기간 종료시도 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 판독 기간에서 상기 화소를 차례로 선택 주사하는 주사부를 구비하는 고체 촬상 장치; 및 정지화의 촬영에서, 노광 기간 종료시를 결정하는 메커니컬 셔터를 구비한다.
Description
본 발명은, 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 글로벌 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 또한, 그 전자 기기의 구동 방법에 관한 것이다.
종래, 일반적인 CMOS형 고체 촬상 장치에서는, 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 각 화소의 수광부에서 생성?축적된 신호 전하를, 행마다 순차적으로 판독하는 방식이 채택되어 있다. 이 경우, 각 화소의 수광부에서의 노광의 타이밍은, 신호 전하의 판독의 시작과 종료에 의해 결정되기 때문에, 화소마다 노광의 타이밍이 다르다. 이 때문에, 이와 같은 CMOS형 고체 촬상 장치를 이용하여 빠른 움직임의 피사체를 촬상하는 경우에는, 피사체가 비뚤어져서 촬상된다는 문제가 있다.
이상과 같은 문제를 해결하기 위해, 근래, 신호 전하의 축적의 동시각성(同時刻性)을 실현하는 동시 촬상 기능(글로벌 셔터 기능)이 제안되어 있고, 또한, 글로벌 셔터 기능을 갖는 CMOS형 고체 촬상 장치의 용도도 많아지고 있다.
글로벌 셔터 기능을 갖는 CMOS형 고체 촬상 장치에서는, 통상, 수광부에서 생성된 신호 전하를 판독시까지 축적하여 두기 위해, 차광성을 갖는 전하 축적부를 구비할 필요가 있다. 이 전하 축적부로서, 통상의 CMOS형 고체 촬상 장치에서, 화소에 처음부터 구비되어 있는 플로팅 디퓨전부를 이용하는 것이 많이 있다. 또한, 특허문헌1에서는, 전하 축적부로서, CCD형의 전하 유지 용량부와, 플로팅 디퓨전부의 2개를 이용함으로써, 포화 전자수를 많게 하는 구성이 기재되어 있다.
그런데, 종래의 CMOS형의 고체 촬상 장치에서는, 화소의 미세화를 위해, 화소의 회로를 복수 화소에서 공유하는 화소 공유라는 방식이 있다. 여기서, 글로벌 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치에서, 플로팅 디퓨전부를 전하 유지 용량부로서 이용하는 경우, 화소 공유 방식을 채용하면 복수 화소의 신호가 플로팅 디퓨전부에서 섞여 버린다. 이 때문에, 화소 공유 방식을 취할 수가 없고, 화소의 소형화에 문제가 있다.
또한, 특허문헌1에 기재된 고체 촬상 장치에서도, 신호 전하는, CCD형의 전하 유지 용량부와 플로팅 디퓨전부에 축적되기 때문에, 화소 공유 방식을 취할 수가 없다.
상술한 점을 감안하여, 본 발명은, 글로벌 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기에서, 화소의 회로를 복수 화소에서 공유하여, 화소의 소형화가 도모된 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전자 기기는, 광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 복수의 광전 변환부에서 공유하는 화소 트랜지스터와 전하 축적부를 포함하는 화소가 행렬형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부와, 주사부를 구비하는 고체 촬상 장치와, 메커니컬 셔터를 구비한다. 화소 트랜지스터는, 광전 변환부에서 축적된 신호 전하의 전송, 판독을 하는 트랜지스터이다. 주사부는, 신호 전하의 노광 기간에서, 노광 기간의 시작시가 전 화소 동시(同時)가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 또한 노광 기간 종료시도 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 판독 기간에서 상기 화소를 차례로 선택 주사한다. 메커니컬 셔터는, 정지화의 촬영에서, 노광 기간 종료시를 결정하는 것이다.
본 발명의 전자 기기에서는, 글로벌 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치에서, 화소 공유 방식이 실현된다. 그리고, 화소 공유 방식을 채용한 고체 촬상 장치에, 메커니컬 셔터를 조합시킴으로써, 공유에 의한 소형화를 실현하면서, 정지화의 촬영에서 글로벌 셔터 기능을 가능하게 한다.
본 발명의 전자 기기의 구동 방법은, 상술한 구성으로 된 전자 기기에서, 동화의 촬영에서는, 광전 변환부에 축적되어 있던 신호 전하를 배출함으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 시작한다. 그리고, 노광 기간에 광전 변환부에서 생성, 축적된 신호 전하를 상기 전하 축적부에 전송함으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 종료한다. 또한, 정지화의 촬영에서는, 광전 변환부에 축적되어 있던 신호 전하를 배출함으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 시작하고, 메커니컬 셔터를 닫음으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 종료한다.
본 발명의 전자 기기의 구동 방법에서는, 화소 공유 방식으로 된 글로벌 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치에 메커니컬 셔터를 채용함에 의해, 동화의 촬영과, 정지화의 촬영이 실제로 글로벌 셔터로 가능해진다.
본 발명에 의하면, 글로벌 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치에서, 화소의 회로를 복수의 화소에서 공유할 수 있기 때문에, 화소의 소형화가 이루어지고, 전자 기기의 소형화가 도모된다.
도 1은 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 전자 기기를 도시하는 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 CMOS형의 고체 촬상 장치의 전체를 도시하는 개략 구성도.
도 3은 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 화소의 회로 구성을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 화소의 단면 구성(일부 회로도로 도시).
도 5는 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 전자 기기에서, 동화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
도 6은 도 5의 타이밍 차트에 대응하는 포텐셜도로서, 단위화소의 노광부터 판독까지의 전자의 이동, 및 전위의 천이를 도시하는 단면 포텐셜도(그 1).
도 7은 도 5의 타이밍 차트에 대응하는 포텐셜도로서, 단위화소의 노광부터 판독까지의 전자의 이동, 및 전위의 천이를 도시하는 단면 포텐셜도(그 2).
도 8은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 전자 기기에서, 정지화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
도 9의 A는 본 발명의 고체 촬상 장치에 적용 가능한 화소 배열의 한 예를 도시하고, 도 9의 B는 실제의 화소 배열에 대해, 공유 화소끼리에서 신호 전하를 가산한 경우의 실효적인 화소 배열을 도시하는 도면.
도 10은 3개의 화소로 제 2 전하 축적부, 및 복수의 화소 트랜지스터를 공유하는 경우에 적용 가능한 화소 배열의 예를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 전자 기기를 구성하는 고체 촬상 장치의 회로 구성을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 전자 기기에서, 동화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 전자 기기에서, 정지화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 CMOS형의 고체 촬상 장치의 전체를 도시하는 개략 구성도.
도 3은 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 화소의 회로 구성을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 화소의 단면 구성(일부 회로도로 도시).
도 5는 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 전자 기기에서, 동화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
도 6은 도 5의 타이밍 차트에 대응하는 포텐셜도로서, 단위화소의 노광부터 판독까지의 전자의 이동, 및 전위의 천이를 도시하는 단면 포텐셜도(그 1).
도 7은 도 5의 타이밍 차트에 대응하는 포텐셜도로서, 단위화소의 노광부터 판독까지의 전자의 이동, 및 전위의 천이를 도시하는 단면 포텐셜도(그 2).
도 8은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 전자 기기에서, 정지화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
도 9의 A는 본 발명의 고체 촬상 장치에 적용 가능한 화소 배열의 한 예를 도시하고, 도 9의 B는 실제의 화소 배열에 대해, 공유 화소끼리에서 신호 전하를 가산한 경우의 실효적인 화소 배열을 도시하는 도면.
도 10은 3개의 화소로 제 2 전하 축적부, 및 복수의 화소 트랜지스터를 공유하는 경우에 적용 가능한 화소 배열의 예를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 전자 기기를 구성하는 고체 촬상 장치의 회로 구성을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 전자 기기에서, 동화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 관한 전자 기기에서, 정지화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 관한 전자 기기, 및 그 전자 기기에 이용되는 고체 촬상 장치의 한 예를, 도 1 내지 도 13을 참조하면서 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 이하의 순서로 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 예로 한정되는 것이 아니다.
1. 제 1의 실시 형태 : 전자 기기?고체 촬상 장치
1-1 전자 기기의 구성
1-2 고체 촬상 장치의 전체 구성
1-3 고체 촬상 장치의 주요부의 구성
1-4 전자 기기의 구동 방법 : 동화
1-5 전자 기기의 구동 방법 : 정지화
1-6 화소의 레이아웃
2. 제 2의 실시 형태 : 전자 기기?고체 촬상 장치
<1. 제 1의 실시 형태 : 전자 기기?고체 촬상 장치>
[1-1 전자 기기의 구성]
우선, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 전자 기기에 관해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 전자 기기를 도시하는 개략 구성도이다. 본 실시 형태예에서는, 전자 기기의 한 예로서 카메라를 구성하고 있다. 본 실시의 형태에 관한 전자 기기(50)는, 광학 렌즈군(광학계)(51), 메커니컬 셔터(61), 고체 촬상 장치(1), DSP(Digital signal processor)(53), 프레임 메모리(57), 중앙 처리 장치(CPU)(54)를 구비한다. 또한, 표시 장치(55), 기록 장치(58), 조작계(56) 및 전원계(59) 등을 구비하여 구성된다. 이 중, 메커니컬 셔터(61), DSP(53), 프레임 메모리(57), CPU(54), 표시 장치(55), 기록 장치(58), 조작계(56) 및 전원계(59)는, 공통의 버스 라인(60)에 접속되어 있다.
광학 렌즈군(51)은, 피사체로부터의 상광(像光)(입사광)을 고체 촬상 장치(1)의 촬상면(화소 어레이부 : 화소부)에 유도하는 것이다. 메커니컬 셔터(61)는, 고체 촬상 장치(1)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다. 고체 촬상 장치(1)는, 후술하지만, 광학 렌즈군(51)에 의해 촬상면에 결상된 상광을 화소 단위로 전기 신호로 변환한다. DSP(53)는, 고체 촬상 장치(1)를 제어함과 함께, 그곳부터의 신호를 받아, 화상 신호를 생성하는 것이다. 프레임 메모리(57)는, DSP(53)에서 처리된 화상 신호를 일시적으로 기억하기 위해 사용되는 메모리이다.
표시 장치(55)는, DSP(53)의 처리 결과로서 출력된 화상 신호를 표시하는 것이다. 기록 장치(58)는, 그 화상 신호를 예를 들면 자기 테이프, 자기 디스크, 광디스크, 메모리 카드 등에 기록하는 것이다. 조작계(56)는, 카메라를 조작하기 위한 것이다. 전원계(59)는, 고체 촬상 장치(1)나 메커니컬 셔터(61)를 구동하기 위한 전력을 인가하는 것이다. CPU(54)는, 이들의 동작을 제어한다.
[1-2 고체 촬상 장치의 전체 구성]
다음에, 본 실시 형태예의 전자 기기(50)에 조립되는 고체 촬상 장치(1)에 관해 설명한다. 도 2는, 본 발명의 한 실시 형태에 관한 CMOS형의 고체 촬상 장치(1)의 전체를 도시하는 개략 구성도이다.
본 실시 형태예의 고체 촬상 장치(1)는, 실리콘으로 이루어지는 기판(9)상에 형성된 화소 어레이부(2)와, 화소 어레이부(2)와 같은 기판(9)상에 집적된 주변 회로부를 갖는 구성으로 되어 있다. 주변 회로부는, 예를 들면 행주사부(3), 정전류원부(4), 열신호 처리부95), 열주사부(6), 출력 처리부(7), 및 컨트롤부(8) 등으로 구성된다.
화소 어레이부(2)는, 입사광의 광량에 응한 전하량의 광전하(광신호)를 발생하여 내부에 축적하는 광전 변환 소자를 갖는 단위화소(이하, 단지 「화소」라고 기술하는 경우도 있다)가 행방향 및 열방향으로, 즉, 행렬형상으로 2차원 배치된 구성으로 되어 있다. 여기서, 행방향이란 화소행의 화소의 배열 방향(즉, 수평 방향)을 말하고, 열방향이란 화소열의 화소의 배열 방향(즉, 수직 방향)을 말한다. 단위화소의 구체적인 회로 구성의 상세에 관해서는 후술한다.
화소 어레이부(2)에서, 행렬형상의 화소 배열에 대해, 화소행마다 화소 구동선(12)이 행방향에 따라 배선되고, 화소열마다 수직 신호선(17)이 열방향에 따라 배선되어 있다. 화소 구동선(12)은, 화소로부터 신호를 판독할 때의 구동을 행하기 위한 구동 신호를 전송한다. 도 2에서는, 화소 구동선(12)에 관해 1개의 배선으로서 나타내고 있지만, 1개로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(12)의 일단은, 행주사부(3)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
행주사부(3)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(2)의 각 화소를 전 화소 동시 또는 행 단위 등으로 구동한다. 즉, 행주사부(3)는, 당해 행주사부(3)를 제어하는 컨트롤부(8)와 함께, 화소 어레이부(2)의 각 화소를 구동하는 구동부를 구성하고 있다. 이 행주사부(3)는 그 구체적인 구성에 관해서는 도시를 생략하지만, 일반적으로, 판독 주사계와 소거(sweep) 주사계의 2개의 주사계를 갖는 구성으로 되어 있다.
판독 주사계는, 단위화소로부터 신호를 판독하기 위해, 화소 어레이부(2)의 단위화소를 행 단위로 차례로 선택 주사한다. 단위화소로부터 판독되는 신호는 아날로그 신호이다. 소거 주사계는, 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행하여지는 판독행에 대해, 그 판독 주사보다도 셔터 스피드의 시간분만큼 선행하여 소거 주사를 행한다.
이 소거 주사계에 의한 소거 주사에 의해, 해당 행의 단위화소의 광전 변환 소자로부터 불필요한 전하가 소거됨에 의해 당해 광전 변환 소자가 리셋된다. 그리고, 이 소거 주사계에 의한 불필요 전하의 소거(리셋)에 의해, 이른바 전자 셔터 동작이 행하여진다. 여기서, 전자 셔터 동작이란, 광전 변환 소자의 광전하를 버리고, 새롭게 노광을 시작하는(광전하의 축적을 시작하는) 동작인 것을 말한다.
판독 주사계, 및 소거 주사계에 의한 각 화소의 주사에 관해서는 후술한다.
행주사부(3)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위화소로부터 출력되는 신호는, 화소열마다 수직 신호선(17)의 각각을 통하여 정전류원부(4) 및 열신호 처리부(5)에 입력된다. 정전류원부(4)는, 화소열마다 정전류원(35)(도 3 참조)이 배치된 구성으로 되어 있고, 정전류원(35)으로부터 각 단위화소에 대해 수직 신호선(17)의 각각을 통하여 바이어스 전류를 공급한다.
열신호 처리부(5)는, 화소 어레이부(2)의 화소열마다, 선택행의 각 화소로부터 수직 신호선(17)을 통하여 출력되는 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행한다. 이 열신호 처리부(5)에서 행하여지는 신호 처리로서는, 예를 들면, CDS(Correlated Double Sampling ; 상관 이중 샘플링)에 의한 노이즈 제거 처리나, 신호 증폭 처리나, AD(아날로그-디지털) 변환 처리 등의 신호 처리를 들 수 있다.
단, 여기서 예시한 신호 처리는 한 예에 지나지 않고, 열신호 처리부(5)에서 행하여지는 신호 처리로서는 이들로 한정되는 것이 아니다. 열신호 처리부(5)는, 이들 각종의 신호 처리의 하나, 또는 복수를 실행한다. 이 열신호 처리부(5)에서의 신호 처리는 본 실시 형태의 특징의 하나이고, 그 상세에 관해서는 후술한다.
열주사부(6)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 열신호 처리부(5)의 화소열에 대응하는 단위 회로를 순번대로 선택한다. 이 열주사부(6)에 의한 선택 주사에 의해, 열신호 처리부(5)에서의 단위 회로마다 신호 처리된 신호가 순번대로 수평 신호선(10)을 통하여 출력 처리부(7)에 공급된다.
출력 처리부(7)는, 열주사부(6)에 의해 선택되고, 수평 신호선(10)을 통하여 입력되는 신호에 대해 소정의 처리를 행하여 기판(9)의 외부에 출력한다. 이 출력 처리부(7)에서의 처리로서는, 버퍼링만의 처리인 경우도 있고, 버퍼링 전에 흑레벨을 조정하거나, 화소 열마다의 편차를 보정하거나 하는 등 각종의 신호 처리를 들 수 있다.
컨트롤부(8)는, 기판(9)의 외부로부터 주어지는 클록 신호나, 동작 모드를 지령하는 데이터 신호 등을 받아들임과 함께, 이들의 신호를 기초로 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 생성부를 갖는다. 컨트롤부(8)에서 생성된 각종의 타이밍 신호는, 행주사부(3), 열신호 처리부(5) 및 열주사부(6) 등의 주변 회로부에 대해 주어지고, 이들 회로부의 구동 제어를 행한다.
[1-3 고체 촬상 장치의 주요부의 구성]
도 3은, 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치(1)의 화소의 회로 구성을 도시하는 도면이고, 도 4는, 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치(1)의 화소의 단면 구성(일부 회로도로 도시)이다. 도 3에서는, 열방향으로 인접하는 2개의 화소(이하, 제 1 화소(40a), 제 2 화소(40b)라고 한다)를 대표로서 나타내고 있다. 또한, 제 1 화소(40a)와 제 2 화소(40b)의 단면 구성은 같기 때문에, 도 4에서는, 제 1 화소(40a)의 단면 구성만을 나타낸다.
도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치(1)에서는, 기판(20)에 형성된 광전 변환부(이하, 포토 다이오드(PD1, PD2))와, 제 1 전하 축적부(24)와, 제 2 전하 축적부(25)를 구비한다. 또한, 전하의 전송, 판독을 행하기 위한 전송 트랜지스터(13), 제 1 리셋 트랜지스터(11), 제 2 리셋 트랜지스터(14), 앰프 트랜지스터(15), 및 선택 트랜지스터(16)를 구비한다. 그리고, 인접하는 제 1 화소(40a) 및 제 2 화소(40b)에서, 제 2 전하 축적부(25), 제 2 리셋 트랜지스터(14), 앰프 트랜지스터(15), 및 선택 트랜지스터(16)를 공유하는, 공유 화소 방식으로 되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 기판(20)은, 제 1 도전형, 예를 들면 n형 반도체 기판으로 구성되어 있고, 기판(20)의 화소가 형성되는 표면측은, 제 2 도전형, 예를 들면 p형의 불순물 영역으로 이루어지는 웰 영역(21)으로 되어 있다. 이 p형의 웰 영역(21) 내에, 화소를 구성하는 포토 다이오드(PD1, PD2)나, 제 1 및 제 2 전하 축적부(24, 25), 및 각 화소 트랜지스터를 구성하는 소스?드레인 영역이 형성된다.
포토 다이오드(PD1, PD2)는, 광전 변환 소자를 구성하는 것이고, 기판(20)의 표면에 형성된 p형 반도체 영역(22)과, 그 p형 반도체 영역(22)의 하층에 형성된 n형 반도체 영역(23)으로 구성된다. 본 실시 형태예에서는, p형 반도체 영역(22)과 n형 반도체 영역(23) 사이의 pn 접합에 의해, 주된 포토 다이오드가 구성된다.
포토 다이오드(PD1, PD2)에서는, 입사한 광의 광량에 응한 신호 전하가 생성되고, n형 반도체 영역(23)에 축적된다. 또한, 본 실시 형태예에서는, 포토 다이오드(PD1, PD2)에서, 표면측에 정공 축적층이 되는 p형 반도체 영역(22)이 형성되어 있다. 이 때문에, 신호 전하를 축적하는 n형 반도체 영역(23)이 결함이 많은 계면에 접하지 않아도 됨으로, 암전류의 억제가 도모된다.
제 1 전하 축적부(24)는, 웰 영역에서 구성되는 전송 게이트부(24a)를 끼우고 포토 다이오드(PD1, PD2)에 인접하는 영역에 형성되어 있고, 기판(20)의 표면부터 깊이 방향으로 형성된 n형 반도체 영역으로 구성되어 있다. 제 1 전하 축적부(24) 및 전송 게이트부(24a)가 형성된 영역의 기판(20) 바로 위에는, 절연막(31)을 통하여 전위 변동 전극(26)이 형성되어 있다.
그리고, 제 1 화소(40a)에서는, 전위 변동 전극(26)에 소망하는 전위 변동 펄스(CCD1)를 공급함에 의해 전송 게이트부(24a) 및 제 1 전하 축적부(24)의 전위가 변동하고, 포토 다이오드(PD1)에 축적된 신호 전하가 제 1 전하 축적부(24)에 전송된다. 마찬가지로, 제 2 화소(40b)에서는, 전위 변동 전극(26)에 소망하는 전위 변동 펄스(CCD2)를 공급함에 의해, 전송 게이트부(24a) 및 제 1 전하 축적부(24)의 전위가 변동하고, 포토 다이오드(PD2)에 축적된 신호 전하가 제 1 전하 축적부(24)에 전송된다.
이와 같이, 제 1 전하 축적부(24)는, 전위 변동 전극(26)에 의해 전위가 변동되는 CCD(Charge Coupled Device) 구조로 되어, 신호 전하를 일시적으로 유지하는 용량부(MEM)로서 기능한다. 또한, 제 1 전하 축적부(24)의 포토 다이오드(PD1, PD2)측에는, 전위 장벽(전송 게이트부(24a)에 상당)이 마련된 구성으로 되어 있다.
제 2 전하 축적부(25)는, 전송 트랜지스터(13)의 전송 게이트 전극(28)을 끼우고 제 1 전하 축적부(24)에 인접하는 영역에 형성되고, 기판(20)의 표면측에 형성된 n형 반도체 영역에서 구성되어 있다. 제 2 전하 축적부(25)는, 예를 들면 포토 다이오드(PD1, PD2)를 구성하는 n형 반도체 영역(23)보다도 높은 불순물 농도로 구성되어 있고, 이른바 플로팅 디퓨전부(FD)를 구성한다.
전송 트랜지스터(13)는, 제 1 전하 축적부(24)로 이루어지는 소스와, 제 2 전하 축적부(25)로 이루어지는 드레인과, 그 소스?드레인 사이의 기판상에 절연막(31)을 통하여 형성된 전송 게이트 전극(28)으로 구성된다.
제 1 화소(40a)에서는, 전송 트랜지스터(13)에 전송 펄스(Trf1)를 공급함에 의해, 제 1 화소(40a)의 제 1 전하 축적부(24)에 축적된 신호 전하가 제 2 전하 축적부(25)에 전송된다. 또한, 제 2 화소(40b)에서는, 전송 트랜지스터(13)에 전송 펄스(Trf2)를 공급함에 의해, 제 2 화소(40b)의 제 1 전하 축적부(24)에 축적된 신호 전하가 제 2 전하 축적부(25)에 전송된다.
제 1 리셋 트랜지스터(11)는, 포토 다이오드(PD1, PD2)로 이루어지는 소스와, 전원 전압(Vdd)에 접속된 드레인(도 4에서는, 배출부(30)로 도시)과, 그 소스?드레인 사이에 형성된 제 1 리셋 게이트 전극(29)으로 구성된다.
제 1 화소(40a)에서는, 제 1 리셋 트랜지스터(11)의 제 1 리셋 게이트 전극(29)에 제 1 리셋 펄스(Drn1)를 공급함에 의해, 포토 다이오드(PD1)에 축적된 전하가 배출되고 리셋된다.
또한, 제 2 화소(40b)에서는, 제 1 리셋 트랜지스터(11)의 제 1 리셋 게이트 전극(29)에 제 1 리셋 펄스(Drn2)를 공급함에 의해, 포토 다이오드(PD1)에 축적된 전하가 배출되어 리셋된다.
제 2 리셋 트랜지스터(14)는, 제 2 전하 축적부(25)로 이루어지는 소스와, 전원 전압(Vdd)에 접속된 드레인과, 그 소스?드레인 사이에 형성된 제 2 리셋 게이트 전극(32)으로 구성된다. 제 2 리셋 트랜지스터(14)에서는, 제 2 리셋 게이트 전극(32)에 제 2 리셋 펄스(Rst)를 공급함에 의해, 제 2 전하 축적부(25)의 전위가 전원 전압(Vdd)에 리셋된다.
앰프 트랜지스터(15)는, 전원 전압(Vdd)이 공급되는 드레인과, 선택 트랜지스터(16)의 드레인을 겸하는 소스와, 그 소스?드레인 사이에 형성된 앰프 게이트 전극(33)으로 구성되어 있다. 앰프 트랜지스터(15)에서는, 앰프 게이트 전극(33)에 제 2 전하 축적부(25)의 전위가 공급된다. 이에 의해, 그 전위에 대응하는 화소 신호를 드레인에 출력한다.
선택 트랜지스터(16)는, 앰프 트랜지스터(15)의 소스를 겸하는 드레인과, 수직 신호선(17)에 접속된 소스와, 그 소스?드레인 사이에 형성된 선택 게이트 전극(34)으로 구성되어 있다. 선택 트랜지스터(16)에서는, 선택 게이트 전극(34)에 선택 펄스(Sel)를 공급함에 의해, 화소 신호가 수직 신호선(17)에 출력된다. 그리고, 앰프 트랜지스터(15)가 수직 신호선(17)에 접속됨에 의해, 수직 신호선(17)의 일단에 접속된 정전류원(35)과 소스 폴로워 회로를 구성한다.
도 3, 도 4에서는, 제 2 리셋 트랜지스터(14), 앰프 트랜지스터(15), 선택 트랜지스터(16)는 회로도만으로 나타내고, 단면 구성을 생략하였지만, 다른 화소 트랜지스터와 마찬가지로 n채널 MOS 트랜지스터로 구성되는 것이다. 즉, 제 2 리셋 트랜지스터(14), 앰프 트랜지스터(15), 선택 트랜지스터(16)를 구성하는 소스?드레인은, 기판(20) 표면에 형성된 n형 반도체 영역에서 구성되고, 각 게이트 전극은, 절연막을 통하여 기판(20) 표면에 형성되는 것이다.
[1-4 전자 기기의 구동 방법 : 동화]
도 5에, 본 실시 형태예의 전자 기기(50)에서, 동화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시한다. 또한, 도 6 및 도 7은, 타이밍 차트에 대응하는 포텐셜도로서, 단위화소의 노광부터 판독까지의 전자의 이동, 및 전위의 천이를 도시하는 단면 포텐셜도이다. 도 5의 (1) 내지 (12)는, 도 6 및 도 7의 (1) 내지 (12)에 대응한다. 또한, 도 6 및 도 7에서는, 제 1 화소(40a)의 단면 포텐셜도만을 도시하고, 제 2 화소(40b)의 단면 포텐셜도를 생략하지만, 제 2 화소(40b)의 화소 트랜지스터가 주사되는 경우에는, 제 2 화소(40b)에서도 도 6 및 도 7과 마찬가지로 된다. 또한, 이하에 설명하는 동화의 촬영에서는, 전자 기기(50)를 구성하는 메커니컬 셔터(61)를 병용하지 않아도 좋다.
우선, 노광 시작 전의 대기 상태에서는, 제 1 리셋 펄스(Drn1, Drn2), 전위 변동 펄스(CCD1, CCD2), 전송 펄스(Trf1, Trf2), 선택 펄스(Sel), 제 2 리셋 펄스(Rst)가 공급되지 않는다(도 5의 (1)). 이 대기 상태에서는 도 6의 (1)에 도시하는 바와 같이, 포토 다이오드(PD1, PD2) 및 제 2 전하 축적부(25)에 신호 전하가 축적되어 있는 상태이다. 이 때에 포토 다이오드(PD1, PD2)에 축적되어 있는 신호 전하는, 전(前)의 프레임 판독 후에 입사한 입사광에 의한 것이다. 또한, 제 2 전하 축적부(25)에 축적된 신호 전하는, 전의 프레임으로부터의 나머지이다.
다음에, 노광을 시작하기 위해, 제 1 리셋 펄스(Drn1, Drn2)를 공급함에 의해, 제 1 리셋 트랜지스터(11)를 온 한다(도 5의 (2)). 제 1 리셋 트랜지스터(11)가 온 함에 의해, 도 6의 (2)에 도시하는 바와 같이, 포토 다이오드(PD1, PD2)에 축적된 신호 전하가 전원 전압(Vdd)에 접속된 배출부(30)측으로 배출되고, 포토 다이오드(PD1, PD2)는 리셋된다.
그 후, 제 1 리셋 펄스(Drn1, Drn2)의 공급을 정지함에 의해, 제 1 리셋 트랜지스터(11)를 오프 한다(도 5의 (3)). 그리고, 이와 같이 포토 다이오드(PD1, PD2)에 축적된 신호 전하를 리셋하는 동작이 전자 셔터 동작이 되고, 제 1 리셋 트랜지스터(11)를 오프 한 후, 포토 다이오드(PD1, PD2)에서의 노광이 시작된다.
노광 시작 후, 소망하는 노광 기간이 경과한 상태(도 5의 (4))에서는, 도 6의 (4)에 도시하는 바와 같이, 포토 다이오드(PD1, PD2)에 노광 기간에 광전 변환한 신호 전하가 축적된다. 여기서, 제 1 리셋 게이트 전극(29) 아래의 리셋 게이트부의 전위 장벽을, 전위 변동 전극(26) 아래의 전송 게이트부(24a)보다도 낮게 구성하고 있다. 이 때문에, 포토 다이오드(PD1, PD2)의 포화 전하량을 초과하여 신호 전하가 생성된 경우에는, 포토 다이오드(PD1, PD2)로부터 넘쳐진 신호 전하는, 제 1 전하 축적부(24)측이 아니라 배출부(30)측으로 배출되도록 구성되어 있다.
다음에, 제 2 리셋 펄스(Rst)와 전송 펄스(Trf1, Trf2)를 공급함으로써, 제 2 리셋 트랜지스터(14)와 전송 트랜지스터(13)를 온 한다(도 5의 (5)). 이에 의해, 도 6의 (5)에 도시하는 바와 같이, 제 2 전하 축적부(25)에 축적된 신호 전하를, 제 2 리셋 트랜지스터(14)를 통하여 전원 전압(Vdd)측으로 배출한다. 여기서, 제 1 전하 축적부(24)에도 신호 전하가 축적되어 있는 경우에는, 제 1 전하 축적부(24)의 신호 전하도 마찬가지로, 제 2 리셋 트랜지스터(14)를 통하여 전원 전압(Vdd)측으로 배출된다. 그리고, 이 동작을, 후의 롤링 판독의 상태로 접근하기 위해, 선택 펄스(Sel)를 동시에 공급함으로써, 선택 트랜지스터(16)를 온 하여 두는 것이 바람직하다.
그리고, 제 2 리셋 펄스(Rst)와 전송 펄스(Trf1, Trf2)의 공급을 정지함으로써, 제 2 리셋 트랜지스터(14)와 전송 트랜지스터(13)를 오프 한다(도 5의 (6). 여기서는, 도 6의 (6)에 도시하는 바와 같이, 제 1 전하 축적부(24)와 제 2 전하 축적부(25)의 신호 전하가 리셋된 상태가 된다.
다음에, 전위 변동 펄스(CCD1, CCD2)와 전송 펄스(Trf1, Trf2)를 공급함으로써, 전송 게이트부(24a) 및 제 1 전하 축적부(24)의 전위를 깊게 함과 함께, 전송 트랜지스터(13)를 온 한다(도 5의 (7)). 이에 의해, 도 7의 (7)에 도시하는 바와 같이, 노광 기간 중, 포토 다이오드(PD1, PD2)에 축적된 신호 전하가 제 1 전하 축적부(24) 및 제 2 전하 축적부(25)에 전송된다. 여기서, 제 1 전하 축적부(24)는 포토 다이오드(PD1, PD2)에 축적된 신호 전하를 전부 받아들이도록 크게는 형성하고 있지 않다. 이 때문에, 포토 다이오드(PD1, PD2)의 신호 전하는, 우선, 제 1 전하 축적부(24)에 전송되고, 제 1 전하 축적부(24)로부터 넘쳐진 신호 전하가 제 2 전하 축적부(25)에 전송되어, 유지된다.
그리고, 신호 전하의 전송 후, 전위 변동 펄스(CCD1, CCD2)와 전송 펄스(Trf1, Trf2)의 공급을 정지하고, 전위 변동 전극(26) 하부의 전위를 원래의 전위로 되돌림과 함께, 전송 트랜지스터(13)를 오프 한다(도 5의 (8)). 이 때, 선택 펄스(Sel)가 공급되어 있던 경우에는, 동시에 공급을 정지한다. 그리고, 이에 의해, 도 7의 (8)에 도시하는 바와 같이, 신호 전하의 제 1 전하 축적부(24) 및 제 2 전하 축적부(25)에의 전송이 종료된다.
여기까지의 일련의 동작은, 제 1 화소(40a) 및 제 2 화소(40b)를 포함하는 전 화소에서 동시에 행하여지는 것이다. 즉, 도 5의 (2), (3)의 공정에서, 글로벌 노광이 시작되고, 도 5의 (4) 내지 (8)공정에서, 글로벌 전송이 이루어짐으로써 노광 기간이 전 화소 동시에 종료한다.
다음에, 롤링 판독을 행한다. 롤링 판독에서는, 1행씩 차례로 동작하지만, 제 1 화소(40a)와 제 2 화소(40b)가 복수의 화소 트랜지스터를 공유하는 구성으로 되어 있기 때문에, 여기서는, 제 1 화소(40a)와 제 2 화소(40b)를 동시에 판독한다. 즉, 동화 촬영에서는, 제 1 화소(40a)와 제 2 화소(40b)가 형성된 행을 n행째로 하여 주사한다. 또한, 각 화소는, 해당 행의 동작이 돌아올때까지, 도 7의 (8)의 상태이다.
n행째의 순번이 돌아오면, 우선, 선택 펄스(Sel)를 공급한다. 이에 의해, 선택 트랜지스터(16)가 온 한 상태가 된다(도 5의 (8')). 이 때의 전송 트랜지스터(13)의 포텐셜은, 도 7의 (8)과 같은 상태이다. 그리고, 선택 트랜지스터(Sel)가 온 됨에 의해 도 7의 (8)의 상태에서 제 2 전하 축적부(25)에 축적된 신호 전하에 의한 전위에 대응하는 출력이 고조도 신호로서 앰프 트랜지스터(15)에서 증폭되고, 선택 트랜지스터(16)를 통하여 수직 신호선(17)에 출력된다. 수직 신호선(17)에 출력된 고조도 신호는, 도시하지 않은 칼럼 회로에 받아들여진다.
다음에, 선택 펄스(Sel)를 계속 공급한 상태에서, 제 2 리셋 펄스(Rst)를 공급한다(도 5의 (9)). 이에 의해, 제 2 리셋 트랜지스터(14)가 온 한 상태가 되고, 도 7의 (9)에 도시하는 바와 같이, 제 2 전하 축적부(25)에 축적되어 있던 신호 전하가 전원 전압(Vdd)측으로 배출되고, 리셋된다. 그 후, 제 2 리셋 펄스(Rst)의 공급을 정지하고, 도 5의 (10), 도 7의 (10)에 도시하는 바와 같이 제 2 리셋 트랜지스터(14)를 오프 한다.
그리고, 제 2 리셋 트랜지스터(14)를 오프 한 상태에서, 제 2 전하 축적부(25)의 전위에 대응하는 출력을 리셋 신호로서 칼럼 회로에 받아들인다. 칼럼 회로에서는, 앞서 받아들인 고조도 신호와 리셋 신호와의 차분을 취한다. 이에 의해, 칼럼 회로에서는, 고정 노이즈 패턴이 제거된 새로운 고조도 신호를 유지한다.
다음에, 선택 펄스(Sel)를 계속 공급한 상태에서, 전송 펄스(Trf1, Trf2)를 공급한다(도 5의 (11)). 이에 의해, 전송 트랜지스터(13)가 온 한 상태가 되고, 도 7의 (11)에 도시하는 바와 같이, 제 1 전하 축적부(24)에 축적되어 있던 신호 전하가 제 2 전하 축적부(25)에 전송된다. 전송 종료 후, 전송 펄스(Trf1, Trf2)의 공급을 정지하고(도 5의 (12)), 도 7의 (12)에 도시하는 바와 같이 전송 트랜지스터(13)를 오프 한다.
그리고 이 상태에서 제 2 전하 축적부(25)에 축적된 신호 전하에 의한 전위에 대응하는 화소의 출력이 저조도 신호로서 앰프 트랜지스터(15)에서 증폭되고, 선택 트랜지스터(16)를 통하여 수직 신호선(17)에 출력된다. 수직 신호선(17)에 출력된 저조도 신호는, 칼럼 회로에 받아들여진다. 칼럼 회로에서는, 도 7의 (10)의 상태에서 얻은 리셋 신호와 저조도 신호와의 차분을 취함에 의해, 상관 이중 샘플링을 행한다. 이에 의해, 칼럼 회로에서는, 고정 노이즈 패턴이 제거된 새로운 저조도 신호를 유지한다.
그리고, 칼럼 회로에 유지된 고정 노이즈 패턴이 제거된 고조도 신호 및 저조도 신호를, 수평 신호선(10)을 통하여 출력 처리부(7)에 출력한다. 출력 처리부(7)에서는, 고조도 신호와 저조도 신호로부터, 노광 기간중에 포토 다이오드(PD1, PD2)에서 생성, 축적된 신호 전하에 대응하는 신호를 재구성하고, 출력한다. 이에 의해, n행째의 화소의 판독이 종료된다.
n행째의 화소의 판독이 종료된 후는, n+1행째의 화소의 판독을 행한다. n+1행째의 판독을 행하는 경우도, 도 5의 (8) 내지 (12)와 같은 동작으로 각 화소 트랜지스터를 구동함으로써, 저조도 신호와 고조도 신호를 얻을 수 있다.
본 실시 형태예에서는, 동화 촬영에서, 복수의 화소 트랜지스터를 공유하는 제 1 및 제 2 화소(40a, 40b)를 동시에 구동함으로써, 2개의 화소에서 축적된 신호 전하가 가산되고, 실질적으로는 1화소분의 화소 신호로서 판독된다. 그런데, 현재의 디지털 스틸 카메라에서는, 정지화는 1000만화소 이상에 대해, 동화의 HDTV(High-Definition TeleVision)라도 200만화소밖에 없다. 이와 같이, 동화에 관해서는, 화소 가산하여 화소수를 줄여도 좋은 용도가 많기 때문에, 글로벌 셔터 기능을 갖는 고체 촬상 장치에서, 화소 공유의 구성을 취할 수 있다. 또한, 본 실시 형태예에서는, 동화의 촬영시에, 공유 화소 사이에서, 화소 가산(加算)을 행하는 예로 하였지만, 감도나 반환 노이즈가 뒤떨어져도 좋으면, 화소 가산이 아니라, 공유 화소중의 하나의 화소만을 판독하는 솎아냄 판독을 채용하여도 좋다.
또한, 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치(1)에서는, 노광 기간 중에 있어서, 광전 변환된 신호 전하의 축적은 포토 다이오드(PD1, PD2)에서만 행하고, 노광 기간 종료 후에, 제 1 전하 축적부(24) 및 제 2 전하 축적부(25)에 전송한다. 이 때문에, 노광 기간중에, 포토 다이오드(PD1, PD2)와 제 1 전하 축적부(24)에서 축적을 행하는 종래의 고체 촬상 장치와 비교하여, 제 1 전하 축적부(24)의 면적을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 단위화소의 면적을 같다고 한 경우에는, 포토 다이오드(PD1, PD2)의 점유 면적을 보다 크게 확보할 수 있고, 감도나 포화 전하량의 증가를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치에서는, 저조도 신호와 고조도 신호를 판독할 수 있기 때문에, 다이내믹 레인지의 확대를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치(1)에서는, 노광 기간 중에 있어서 포토 다이오드(PD1, PD2)에서 생성된 신호 전하가 포토 다이오드(PD1, PD2)의 포화 전하량을 초과한 경우에는, 제 1 리셋 트랜지스터(11)의 드레인측으로 오버플로한다. 이 때문에, 제 1 전하 축적부(24)나 제 2 전하 축적부(25)측으로 포토 다이오드(PD1, PD2)의 포화 전하량을 초과한 신호 전하가 오버플로할 우려가 없기 때문에, 롤링 판독이 끝나기 전에 노광을 시작할 수 있다.
그리고, 이와 같이, 롤링 판독이 끝나기 전에 노광을 시작하고, 롤링 판독이 전부 종료한 후에 글로벌 전송을 행함으로써, 전의 신호 전하와 다음의 신호 전하가 제 1 전하 축적부(24)나 제 2 전하 축적부(25)에서 섞이는 일이 없다.
본 실시 형태예에 의하면, 롤링 판독이 끝나기 전에 노광을 시작함으로써, 프레임 사이의 시간 건너뜀이 적고, 매끈한 동화를 얻을 수 있고, 또한, 감도의 향상이 도모된다. 또한, 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치(1)에서는, 전술한 바와 같이, 생성된 신호 전하는 포토 다이오드(PD1, PD2)만에 축적되기 때문에,, 포토 다이오드(PD1, PD2)의 면적을 크게 취하고, 제 1 전하 축적부(24)는 작게 형성하는 구성으로 되어 있다. 이와 같은 구성은, 롤링 판독 중에 노광 기간을 시작하는 구동 방법에 효과적이다.
또한, 본 실시 형태예에서, 전자 셔터 동작과 글로벌 전송의 동시성은, 실용상 문제가 없는 정도면 좋다. 전 화소를 완전하게 동시에 구동하면, 드라이버에 부하가 걸리기 때문에, 이 부하를 경감하기 위해, 화소 어레이부(2)의 상방과 하방에서 작은 시간차를 마련하는 구성으로 하여도 좋다.
[1-5 전자 기기의 구동 방법 : 정지화]
다음에, 본 실시 형태예의 전자 기기(50)에서, 정지화의 촬영을 행하는 경우의 구동 방법을 설명한다. 도 8에, 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치(1)에서, 정지화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시한다. 도 8의 (1) 내지 (12)는, 도 6 및 도 7의 (1) 내지 (12)에 대응한다. 본 실시 형태예에서는, 정지화를 촬영하는 경우에는 전자 기기(50)를 구성하는 메커니컬 셔터(61)를 병용한다.
우선, 메커니컬 셔터(61)를 연 상태에서, 전 화소 동시에 제 1 리셋 펄스(Drn1, Drn2)를 공급함으로써, 제 1 리셋 트랜지스터(11)만을 온 한다(도 8의 (2)). 그 후, 전 화소 동시에 제 1 리셋 펄스(Drn1, Drn2)의 공급을 정지함으로써 제 1 리셋 트랜지스터(11)를 오프 한다(도 8의 (3)). 이에 의해, 전자 셔터 동작이 전 화소 동시에 행하여지고, 노광 기간이 시작된다. 노광 기간이 시작되면, 도 6의 (4)에 도시하는 바와 같이, 포토 다이오드(PD1, PD2)에서의 신호 전하의 생성, 축적이 시작된다.
다음에, 메커니컬 셔터(61)를 닫음에 의해, 전 화소 동시에 노광 기간을 종료한다. 즉, 동화 촬영에서는, 글로벌 전송을 행함에 의해 전 화소 동시에 노광 기간을 종료하는 구성으로 되어 있지만, 정지화 촬영에서는, 메커니컬 셔터(61)를 닫음으로써 노광 기간을 종료시킨다.
메커니컬 셔터(61)를 닫은 후, 롤링 판독을 시작한다. 롤링 판독에서는, 1행씩 순번대로 판독 동작을 행하여 간다. 판독 행의 동작은, 우선, 제 1 화소(40a)의 신호를 판독한다. 제 1 화소(40a)의 판독에서는, 동화에서의 구동 방법의 도 6의 (5) 내지 도 7의 (12)와 마찬가지로 하여, 포토 다이오드(PD1)에 축적된 신호 전하를, 고조도 신호 및 저조도 신호로서 판독한다.
그리고, 제 1 화소(40a)의 신호 전하가 판독되고 있는 동안, 제 2 화소(40b)에서는, 생성, 축적된 신호 전하는 포토 다이오드(PD2)에 축적된 채로 된다.
제 1 화소(40a)의 판독이 종료되면, 다음에, 제 2 화소(40b)의 판독을 행한다. 제 2 화소(40b)의 판독에서도, 동화 촬영에서 도 6의 (5) 내지 도 7의 (12)와 마찬가지로 하여 판독한다. 정지화의 촬영에서는, 이와 같이, 복수의 화소 트랜지스터를 공유하는 화소에서 순번대로 신호 전하의 제 1 및 제 2 전하 축적부(24, 25)에의 전송, 및 판독을 행한다.
정지화의 촬영에서는, 도 6의 (4) 내지 도 7의 (8)의 동작도 행마다의 판독 동작에 받아들여지기 때문에, 판독하는 화소에서의 리셋 신호를 칼럼 회로에 받아들이는 것이 가능해진다. 이 때문에, 고조도 신호에 관해서는, 도 8의 (10)에서 얻어지는 리셋 신호가 아니라, 도 8의 (6)에서 얻어지는 리셋 신호와의 차분을 취하는 것도 가능하다.
본 실시 형태예에서는, 복수의 화소 트랜지스터를 공유하는 제 1 화소(40a), 제 2 화소(40b)에서, 신호 전하의 제 1 및 제 2 전하 축적부(24, 25)에의 전송, 및 판독을 차례로 행함에 의해, 각 화소의 신호 전하가 제 2 전하 축적부(25)에서 혼재하는 일이 없다. 또한, 본 실시 형태예에서는, 노광 기간 종료는 메커니컬 셔터(61)로 기계적으로 행하기 때문에, 메커니컬 셔터(61)가 닫혀진 후의 입사광은 기계적으로 차단된다. 이 때문에, 롤링 판독시에, 그 화소의 판독시까지 신호 전하를 포토 다이오드(PD1, PD2)에 축적하여 두는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태예에서는, 메커니컬 셔터(61)는 노광 기간 종료의 타이밍을 결정하는 용도에만 사용된다. 이 때문에, 본 실시 형태예에서 이용한 메커니컬 셔터(61)는, 노광 기간의 시작과 종료를 결정하는 고정밀한 메커니컬 셔터에 비교하여, 간소한 메커니컬 셔터를 이용할 수 있다.
[1-6 화소의 레이아웃]
그런데, 본 실시 형태예에서는, 동화의 촬영시에 있어서, 제 2 전하 축적부(25)를 공유하는 화소의 신호가 혼재하여 출력된다. 이 때문에, 제 2 전하 축적부(25)를 공유하는 화소는, 서로 같은 색의 광에 대응하는 화소일 필요가 있다.
도 9의 A에, 본 실시 형태예에 적용 가능한 화소 배열의 한 예를 도시하고, 도 9의 B에, 도 9의 A에서의 실제의 화소 배열에 대해, 공유 화소끼리에서 신호 전하를 가산한 경우의 실효적인 화소 배열을 도시하고 있다. 도 9의 A에서는, 적색 화소(R), 청색 화소(B), 녹색 화소(G)를 배열하는 예를 나타내고 있다. 도 9의 A에 도시하는 바와 같이, 홀수번째의 열의 화소는 전부 녹색 화소로 구성하고, 짝수번째의 열의 화소는, 적색 화소와 청색 화소를 각각 2행분씩 교대로 배치하여 구성한다. 그리고, 각 열의 화소에서, 인접하는 같은 색 화소로, 제 2 전하 축적부(도 4의 제 2 전하 축적부(25))를 공유하는 화소 구성으로 한다.
이상과 같은 배열로 함으로써, 화소 가산을 행하여 동화를 촬영하는 경우에는, 인접하는 같은 색의 2개 화소의 신호 전하가 한번에 판독된다. 그리고 이 경우, 공유 화소가 같은 색이기 때문에 혼색하는 일이 없다. 이와 같이, 같은 색 화소로 제 2 전하 축적부(25)를 포함하는 복수의 화소 트랜지스터를 공유함에 의해, 화소수는 감소한 것이지만, 동화의 촬영에 충분한 화소수를 얻을 수 있다. 또한, 동화의 촬영시에 있어서 노광 기간은 화소마다 설정 가능하기 때문에, 동화의 촬영시에, 공유 화소의 2화소 사이에서 각각 신호 전하의 노광 시간을 바꿈으로써, 경사 45도의 베이어 배열에서의 다이내믹 레인지의 확대가 가능하다.
도 9의 A에서는, 동화의 촬영시에 있어서의 화소 배열이 경사의 베이어 배열이 되는 배열을 도시하였지만, 도 9의 A의 배열을 45도 회전시킴으로써, 도 9의 B의 배열을 베이어 배열이 되도록 하는 것도 가능하다.
본 실시 형태예에서는, 2개의 화소로, 제 2 전하 축적부(25), 및 복수의 화소 트랜지스터를 공유하는 예로 하였지만, 2개 이상의 화소에서 공유하는 것도 가능하다. 도 10에, 3개의 화소에서 제 2 전하 축적부(25), 및 복수의 화소 트랜지스터를 공유하는 경우에 적용 가능한 화소 배열의 예를 도시한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 화소 배열은 통상의 베이어 배열로 하고, 종방향(행방향)에 인접하는 같은 색의 3개의 화소를 공유 단위로 한다. 즉, 도 10의 배선으로 연결한 화소끼리가 공유 화소가 된다.
본 실시 형태예에서도, 공유 화소가 같은 색 화소로 구성되기 때문에, 동화의 촬영시에서도 다른 색의 화소의 신호가 가산되는 일이 없다. 또한, 도 10의 배열에서, 종방향의 3개의 화소 가산과 맞추어서, 칼럼 회로등에 의해, 횡방향(열방향)의 3열분의 화소 가산을 행하면, 화소수 1/9의 베이어 배열을 재구성할 수 있다. 이 경우, 화소수가 대략 1800만화소인 경우에, 200만화소의 동화를 촬영할 수 있고, 동화 촬영에 충분한 화소수를 확보할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태예에서는, 메커니컬 셔터(61)를 병용함으로써, 복수의 화소 트랜지스터를 복수의 화소에서 공유하는 화소 공유의 구조를 갖는 고체 촬상 장치에서, 글로벌 셔터로의 동화의 촬영 및 정지화의 촬영이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태예에서는, 정밀도가 높은 고가의 메커니컬 셔터는 필요 없기 때문에, 비용을 억제할 수 있다.
본 실시 형태예에서는, 고체 촬상 장치로서 CCD 구조의 제 1 전하 축적부(24)와, 제 2 전하 축적부(25)를 갖는 고체 촬상 장치(1)를 적용하고, 고조도 신호와 저조도 신호를 얻는 구성으로 하였지만, 이것으로 한정되는 것이 아니다. CCD 구조의 제 1 전하 축적부(24)가 구성되어 있지 않고, 글로벌 셔터를 위한 신호 전하의 일시 보존을 제 2 전하 축적부(25)만으로 행하는 구성의 고체 촬상 장치에서도 같은 구동 방법을 적용할 수 있다. 이하에, CCD 구조의 전하 축적부가 구성되지 않은 고체 촬상 장치를 본 발명의 전자 기기에 적용한 경우에 관해 설명한다.
<2. 제 2의 실시 형태 : 전자 기기?고체 촬상 장치>
도 11은, 제 2의 실시 형태에 관한 전자 기기에 적용되는 고체 촬상 장치의 회로 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치는, 제 1의 실시 형태에서의 고체 촬상 장치에서, CCD 구조의 전하 축적부가 형성되지 않은 예이고, 도 11에서, 도 3에 대응한 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다. 또한, 본 실시 형태예에서의 전자 기기의 구성은 도 1과 마찬가지이고, 고체 촬상 장치의 전체의 구성은 도 2와 마찬가지이기 때문에, 도시를 생략하고, 중복 설명을 생략한다. 즉, 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치도, 도 1에 도시하는 전자 기기에 적용된다.
본 실시 형태예의 고체 촬상 장치는, 제 1의 실시 형태의 고체 촬상 장치에서, CCD 구조의 전하 축적부가 형성되지 않는 예이고, 포토 다이오드(PD1, PD2)는, 전송 트랜지스터(13)의 소스에 접속되어 있다.
도 12에, 본 실시 형태예의 전자 기기에서, 동화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시한다.
동화를 촬영하는 경우에는, 우선, 제 1 리셋 펄스(Dr1) 및 제 2 리셋 펄스(Dr2)를 동시에 공급함으로써, 제 1 리셋 트랜지스터(11)를 온 한다(도 12의 (a)). 이에 의해, 포토 다이오드(PD1, PD2)에 축적된 신호 전하가 배출되고, 리셋된다. 그리고, 제 1 리셋 펄스(Dr1) 및 제 2 리셋 펄스(Dr2)의 공급을 정지함으로써 포토 다이오드(PD1, PD2)에서의 노광이 시작된다.
다음에, 제 2 리셋 펄스(Rst)와 선택 펄스(Sel)를 공급함으로써, 제 2 리셋 트랜지스터(14)와 선택 트랜지스터(16)를 온 함(도 12의 (b))에 의해, 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋된다. 그 후, 제 2 리셋 펄스(Rst)의 공급을 정지하고, 전송 펄스(Tr1, Tr2)를 공급한다(도 12의 (c)). 이에 의해, 포토 다이오드(PD1, PD2)에 축적된 신호 전하가 플로팅 디퓨전(FD)에 전송된다.
여기까지의 일련의 동작은, 제 1 화소(70a) 및 제 2 화소(70b)를 포함하는 전 화소에서 동시에 행하여진다. 다음에, 롤링 판독을 행한다.
해당 행의 순번이 돌아오면, 우선, 선택 펄스(Sel)를 공급하고, 선택 트랜지스터(16)를 온 한다(도 12의 (d)). 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD)에 축적된 신호 전하의 전위에 대응하는 출력이 앰프 트랜지스터(15)에서 증폭되고, 선택 트랜지스터(16)를 통하여 수직 신호선(17)에 출력된다.
다음에, 제 2 리셋 펄스(Rst)를 공급함으로써, 제 2 리셋 트랜지스터(14)를 온 한다(도 12의 (e)). 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD)에 축적된 신호 전하가 배출되고, 리셋된다. 다음에, 제 2 리셋 펄스(Rst)의 공급을 정지한 상태(도 13의 (f))에서, 플로팅 디퓨전(FD)의 전위에 대응하는 출력을 리셋 신호로서 칼럼 회로에 받아들인다. 칼럼 회로에서는, 앞서 받아들여진 화소 신호와, 리셋 신호와의 차분을 취한다. 이에 의해, 칼럼 회로에서는, 고정 패턴 노이즈가 제거된 새로운 화소 신호를 유지한다.
본 실시 형태예에서의 동화의 촬영에서도, 제 1 화소(70a)와 제 2 화소(70b)를 동시에 구동함으로써, 2개의 화소에서 축적된 신호 전하가 가산되고, 실질적으로는, 1화소분의 화소 신호로서 판독된다.
다음에, 도 13에, 본 실시 형태예의 전자 기기에서, 정지화를 촬영하는 경우의 타이밍 차트를 도시한다. 본 실시 형태예에서도, 정지화를 촬영하는 경우에는, 도 1에 도시한 메커니컬 셔터(61)를 병용한다.
우선, 메커니컬 셔터(61)를 연 상태에서 제 1 리셋 펄스(Dr1) 및 제 2 리셋 펄스(Dr2)를 동시에 공급함으로써, 제 1 리셋 트랜지스터(11)를 온 한다(도 13의 (a)). 이에 의해, 포토 다이오드(PD1, PD2)에 축적된 신호 전하가 배출되고, 리셋된다. 그리고, 제 1 리셋 펄스(Dr1) 및 제 2 리셋 펄스(Dr2)의 공급을 정지함으로써 포토 다이오드(PD1, PD2)에서의 노광이 시작된다.
다음에, 메커니컬 셔터(61)를 닫음으로써, 노광 기간을 전 화소 동시에 종료한다. 다음에, 롤링 판독을 행한다. 본 실시 형태예의 고체 촬상 장치에서는, 롤링 판독에서, 해당 행의 순번이 돌아올 때까지는, 포토 다이오드(PD1, PD2)에서 신호 전하가 축적된 상태가 된다. 해당 행의 순번이 돌아오면, 우선, 제 2 리셋 펄스(Rst)와 선택 펄스(Sel)를 공급함으로써, 제 2 리셋 트랜지스터(14)와 선택 트랜지스터(16)를 온 한다(도 13의 (g)). 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD)의 전위가 리셋된다.
다음에, 제 2 리셋 펄스(Rst)의 공급을 정지한 상태(도 13의 (h))에서, 플로팅 디퓨전(FD)의 전위에 대응하는 출력을 리셋 신호로서 칼럼 회로에 받아들인다. 다음에, 전송 펄스(Trf1)를 공급함으로써, 제 1 화소(70a)의 전송 트랜지스터(13)를 온 한다(도 13의 (i)). 이에 의해, 포토 다이오드(PD1)에 축적된 신호 전하가 플로팅으로 퓨전(FD)에 전송된다.
다음에, 전송 펄스(Trf1)의 공급을 정지한 상태(도 13의 (j))에서, 플로팅 디퓨전(FD)에 축적된 신호 전하의 전위에 대응하는 출력을 앰프 트랜지스터(15)에서 증폭하고, 선택 트랜지스터(16)를 통하여 수직 신호선(17)에 출력한다. 이에 의해, 제 1 화소(70a)에서 생성, 축적된 신호 전하가 화소 신호로서 받아들여진다. 그리고, 칼럼 회로에 의해, 이 화소 신호와, 도 13의 (h)의 상태에서 들어온 리셋 신호와의 차분을 취한다. 이에 의해, 칼럼 회로에서는, 고정 패턴 노이즈 및 리셋 노이즈가 제거된 새로운 화소 신호를 유지한다.
제 1 화소(70a)에서의 신호 전하의 판독이 종료된 후는, 제 2 화소(70b)에서의 신호 전하의 판독을 행한다. 제 2 화소(70b)의 판독에 대해서도, 제 1 화소(70a)와 마찬가지로 행한 것으로 화소 신호를 얻을 수 있다.
본 실시 형태예에서도, 상술한 바와 같이, 화소 공유 방식으로 된 고체 촬상 장치에 메커니컬 셔터를 채용함에 의해, 동화의 촬영과, 정지화의 촬영이 실제로 글로벌 셔터로 가능해진다.
그 밖에, 제 1의 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에의 적용으로 한하지 않고, 적외선이나 X선, 또는 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다. 광의의 의미로서, 압력이나 정전용량 등, 다른 물리량의 분포를 전하로 변환하여 화상으로서 촬상하는 지문 검출 센서 등의 고체 촬상 장치(물리량 분포 검지 장치) 전반에 대해 적용 가능하다.
또한, 본 발명은, 화소 영역의 각 단위화소를 행 단위로 차례로 주사하여 각 단위화소로부터 화소 신호를 판독하는 고체 촬상 장치로 한정되는 것이 아니다. 화소 단위로 임의의 화소를 선택하여, 당해 선택 화소로부터 화소 단위로 신호를 판독하는 X-Y 어드레스형의 고체 촬상 장치에 대해서도 적용 가능하다.
또한, 고체 촬상 장치는 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 화소 영역과, 신호 처리부 또는 광학계가 통합하여 패키징된 촬상 기능을 갖는 모듈형상의 형태라도 좋다.
또한, 본 발명은, 전자 기기로서 카메라를 예로 설명하였지만, 전자 기기로서는, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템 외에, 휴대 전화기 등의 촬상 기능을 갖는 전자 기기를 들 수 있다. 또한, 전자 기기에 탑재되는 상기 모듈형상의 형태, 즉 카메라 모듈로 하는 경우도 있다.
또한, 상술한 예에서는, 주로 n채널 MOS 트랜지스터를 구성으로 한 경우이지만, p채널 MOS 트랜지스터를 구성으로 할 수도 있다. p채널 MOS 트랜지스터로 하는 경우는, 각 도면에서, 그 도전형을 반전한 구성으로 된다.
또한, 본 발명은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1)
광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부의 신호 전하를 수취하는 전하 축적부로서, 복수의 광전 변환부에서 공유하는 전하 축적부와, 상기 광전 변환부에서 생성된 신호 전하의 판독을 하는 복수의 화소 트랜지스터로서, 복수의 광전 변환부에서 공유하는 화소 트랜지스터를 포함하는 화소가 행렬형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부와,
노광 기간에서, 노광 기간의 시작시가 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 또한 노광 기간 종료시도 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 판독 기간에서 상기 화소를 차례로 선택 주사하는 주사부를 구비하는 고체 촬상 장치, 및
정지화의 촬영에서, 노광 기간 종료시를 결정하는 메커니컬 셔터
를 구비하는 전자 기기.
(2)
상기 화소 트랜지스터를 공유하는 복수의 광전 변환부는, 서로 같은 색의 광을 광전 변환하는 구성으로 되어 있는 (1)에 기재된 전자 기기.
(3)
상기 화소는, 녹색의 광을 광전 변환하는 화소로 구성된 열과, 적색의 광을 광전 변환하는 화소와 청색의 광을 광전 변환하는 화소가 2개씩 열방향으로 배열된 열이 교대로 배치되고,
상기 열방향으로 인접하는 2개의 같은 색의 화소 사이에서, 상기 전하 축적부가 공유되어 있는 (2)에 기재된 전자 기기.
(4)
상기 화소는, 상기 광전 변환부와 상기 전하 축적부와의 사이에, 상기 광전 변환부마다 일시 전하 유지부를 갖고 있고,
노광 기간 종료시, 상기 일시 전하 유지부에는 상기 광전 변환부에서 생성된 신호 전하가 전송되고, 상기 전하 축적부에는, 상기 일시 전하 유지부의 포화 전하량을 초과한 신호 전하가 전송되는 (1)에 기재된 전자 기기.
(5)
상기 화소는 베이어 배열로 되고,
열방향으로 인접하는 복수의 같은 색의 화소 사이에서, 상기 전하 축적부가 공유되어 있는 (2)에 기재된 전자 기기.
(6)
광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에서 축적된 신호 전하의 전송, 판독을 하는 복수의 화소 트랜지스터와, 복수의 상기 광전 변환부에서 공유하는 전하 축적부를 포함하는 화소가 행렬형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부와,
노광 기간에서, 노광 기간의 시작시가 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 또한 노광 기간 종료시도 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 판독 기간에서 상기 화소를 차례로 선택 주사하는 주사부를 구비하는 고체 촬상 장치와,
정지화의 촬영에서, 노광 기간 종료시를 결정하는 메커니컬 셔터를 구비하는 전자 기기의 구동 방법에 있어서,
동화의 촬영에서는, 상기 광전 변환부에 축적되어 있던 신호 전하를 배출함으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 시작하고, 상기 노광 기간에 상기 광전 변환부에서 생성, 축적된 신호 전하를 상기 전하 축적부에 전송함으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 종료하고,
정지화의 촬영에서는, 상기 광전 변환부에 축적되어 있던 신호 전하를 배출함으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 시작하고, 메커니컬 셔터를 닫음으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 종료하는 전자 기기의 구동 방법.
(7)
상기 전하 축적부를 공유하는 복수의 광전 변환부는, 서로 같은 색의 광을 광전 변환하는 구성으로 되고, 상기 동화의 촬영에서는, 상기 전하 축적부를 공유하는 같은 색 화소의 신호 전하를 동시에 판독하는 (6)에 기재된 전자 기기의 구동 방법.
(8)
상기 화소는, 녹색의 광을 광전 변환하는 화소로 구성된 열과, 적색의 광을 광전 변환하는 화소와 청색의 광을 광전 변환하는 화소가 2개씩 열방향으로 배열된 열이 교대로 배치되고,
상기 열방향으로 인접하는 2개의 같은 색의 화소 사이에서, 상기 전하 축적부가 공유되어 있고,
상기 동화의 촬영에서는, 상기 전하 축적부를 공유하는 같은 색 화소의 신호 전하를 동시에 판독하는 (7)에 기재된 전자 기기의 구동 방법.
(9)
상기 화소는, 상기 광전 변환부와 상기 전하 축적부와의 사이에, 화소마다 일시 전하 유지부를 갖고 있고,
노광 기간 종료 후, 상기 일시 전하 유지부에는 상기 광전 변환부에서 생성된 신호 전하가 전송되고, 상기 전하 축적부에는, 상기 일시 전하 유지부의 포화 전하량을 초과한 신호 전하가 전송되고,
화소마다의 신호 전하의 판독시에는, 상기 전하 축적부에 축적된 신호 전하를 고조도 신호로서 판독하고, 상기 일시 전하 유지부에 축적된 신호 전하를 저조도 신호로서 판독하는 (7)에 기재된 전자 기기의 구동 방법.
(10)
상기 화소는 베이어 배열로 되고,
열방향으로 인접하는 복수의 같은 색의 화소 사이에서, 상기 전하 축적부가 공유되어 있고,
상기 동화의 촬영에서는, 상기 전하 축적부를 공유하는 같은 색 화소의 신호 전하를 동시에 판독하는 (7)에 기재된 전자 기기의 구동 방법.
본 발명은 2011년 6월 21일자로 일본특허청에 특허출원된 일본특허원 제2011-137653호를 우선권으로 주장한다.
당업자라면, 하기의 특허청구범위 또는 그 등가의 범위 내에서, 설계상의 필요 또는 다른 요인에 따라, 상기 실시의 형태에 대한 여러 가지 변형예, 조합예, 부분 조합예, 및 수정예를 실시할 수 있을 것이다.
1 : 고체 촬상 장치 2 : 화소 어레이부
3 : 행주사부 4 : 정전류원부
5 : 열신호 처리부 6 : 열주사부
7 : 출력 처리부 8 : 컨트롤부
9 : 기판 10 : 수평 신호선
11 : 제 1 리셋 트랜지스터 12 : 화소 구동선
13 : 전송 트랜지스터 14 : 제 2 리셋 트랜지스터
15 : 앰프 트랜지스터 16 : 선택 트랜지스터
17 : 수직 신호선 20 : 기판
21 : 웰 영역 22 : p형 반도체 영역
23 : n형 반도체 영역 24 : 제 1 전하 축적부
25 : 제 2 전하 축적부 26 : 전위 변동 전극
28 : 전송 게이트 전극 29 : 제 1 리셋 게이트 전극
30 : 배출부 31 : 절연막
32 : 제 2 리셋 게이트 전극 33 : 앰프 게이트 전극
34 : 선택 게이트 전극 35 : 정전류원
40a : 제 1 화소 40b : 제 2 화소
50 : 전자 기기 51 : 광학 렌즈군
53 : DSP 54 : CPU
55 : 표시 장치 56 : 조작계
57 : 프레임 메모리 58 : 기록 장치
59 : 전원계 60 : 버스 라인
61 : 메커니컬 셔터
3 : 행주사부 4 : 정전류원부
5 : 열신호 처리부 6 : 열주사부
7 : 출력 처리부 8 : 컨트롤부
9 : 기판 10 : 수평 신호선
11 : 제 1 리셋 트랜지스터 12 : 화소 구동선
13 : 전송 트랜지스터 14 : 제 2 리셋 트랜지스터
15 : 앰프 트랜지스터 16 : 선택 트랜지스터
17 : 수직 신호선 20 : 기판
21 : 웰 영역 22 : p형 반도체 영역
23 : n형 반도체 영역 24 : 제 1 전하 축적부
25 : 제 2 전하 축적부 26 : 전위 변동 전극
28 : 전송 게이트 전극 29 : 제 1 리셋 게이트 전극
30 : 배출부 31 : 절연막
32 : 제 2 리셋 게이트 전극 33 : 앰프 게이트 전극
34 : 선택 게이트 전극 35 : 정전류원
40a : 제 1 화소 40b : 제 2 화소
50 : 전자 기기 51 : 광학 렌즈군
53 : DSP 54 : CPU
55 : 표시 장치 56 : 조작계
57 : 프레임 메모리 58 : 기록 장치
59 : 전원계 60 : 버스 라인
61 : 메커니컬 셔터
Claims (10)
- 광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부의 신호 전하를 수취하며 상기 광전 변환부에 의해 공유되는 전하 축적부와,; 상기 광전 변환부에 의해 생성된 신호 전하를 판독하며, 상기 광전 변환부에 의해 공유되는 화소 트랜지스터를 포함하는 화소가 행렬형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부와;
노광 기간에서, 노광 기간의 시작시가 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 또한 노광 기간 종료시도 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 판독 기간에서 상기 화소를 차례로 선택 주사하는 주사부를 구비하는 고체 촬상 장치; 및
정지화의 촬영에서, 노광 기간 종료시를 결정하는 메커니컬 셔터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기. - 제 1항에 있어서,
상기 화소 트랜지스터를 공유하는 복수의 광전 변환부는, 서로 같은 색의 광을 광전 변환하는 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기. - 제 2항에 있어서,
상기 화소는, 녹색의 광을 광전 변환하는 화소로 구성된 열과, 적색의 광을 광전 변환하는 화소와 청색의 광을 광전 변환하는 화소가 2개씩 열방향으로 배열된 열이 교대로 배치되고,
상기 열방향으로 인접하는 2개의 같은 색의 화소 사이에서, 상기 전하 축적부가 공유되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기. - 제 1항에 있어서,
상기 화소는, 상기 광전 변환부와 상기 전하 축적부와의 사이에, 상기 광전 변환부마다 일시 전하 유지부를 갖고 있고,
노광 기간 종료시, 상기 일시 전하 유지부에는 상기 광전 변환부에서 생성된 신호 전하가 전송되고, 상기 전하 축적부에는, 상기 일시 전하 유지부의 포화 전하량을 초과한 신호 전하가 전송되는 것을 특징으로 하는 전자 기기. - 제 2항에 있어서,
상기 화소는 베이어 배열로 되고,
열방향으로 인접하는 복수의 같은 색의 화소 사이에서, 상기 전하 축적부가 공유되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기. - 광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에서 축적된 신호 전하의 전송, 판독을 하는 복수의 화소 트랜지스터와, 복수의 상기 광전 변환부에서 공유하는 전하 축적부를 포함하는 화소가 행렬형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부와,
노광 기간에서, 노광 기간의 시작시가 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 또한 노광 기간 종료시도 전 화소 동시가 되도록 상기 화소를 구동 가능하고, 판독 기간에서 상기 화소를 차례로 선택 주사하는 주사부를 구비하는 고체 촬상 장치와,
정지화의 촬영에서, 노광 기간 종료시를 결정하는 메커니컬 셔터를 구비하는 전자 기기의 구동 방법에 있어서,
동화의 촬영에서는, 상기 광전 변환부에 축적되어 있던 신호 전하를 배출함으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 시작하고, 상기 노광 기간에 상기 광전 변환부에서 생성, 축적된 신호 전하를 상기 전하 축적부에 전송함으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 종료하고,
정지화의 촬영에서는, 상기 광전 변환부에 축적되어 있던 신호 전하를 배출함으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 시작하고, 메커니컬 셔터를 닫음으로써 전 화소 동시에 노광 기간을 종료하는 것을 특징으로 하는 전자 기기의 구동 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 전하 축적부를 공유하는 복수의 광전 변환부는, 서로 같은 색의 광을 광전 변환하는 구성이 되고, 상기 동화의 촬영에서는, 상기 전하 축적부를 공유하는 같은 색 화소의 신호 전하를 동시에 판독하는 것을 특징으로 하는 전자 기기의 구동 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 화소는, 녹색의 광을 광전 변환하는 화소로 구성된 열과, 적색의 광을 광전 변환하는 화소와 청색의 광을 광전 변환하는 화소가 2개씩 열방향으로 배열된 열이 교대로 배치되고,
상기 열방향으로 인접하는 2개의 같은 색의 화소 사이에서, 상기 전하 축적부가 공유되어 있고,
상기 동화의 촬영에서는, 상기 전하 축적부를 공유하는 같은 색 화소의 신호 전하를 동시에 판독하는 것을 특징으로 하는 전자 기기의 구동 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 화소는, 상기 광전 변환부와 상기 전하 축적부와의 사이에, 화소마다 일시 전하 유지부를 갖고 있고,
노광 기간 종료 후, 상기 일시 전하 유지부에는 상기 광전 변환부에서 생성된 신호 전하가 전송되고, 상기 전하 축적부에는, 상기 일시 전하 유지부의 포화 전하량을 초과한 신호 전하가 전송되고,
화소마다의 신호 전하의 판독시에는, 상기 전하 축적부에 축적된 신호 전하를 고조도 신호로서 판독하고, 상기 일시 전하 유지부에 축적된 신호 전하를 저조도 신호로서 판독하는 것을 특징으로 하는 전자 기기의 구동 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 화소는 베이어 배열로 되고,
열방향으로 인접하는 복수의 같은 색의 화소 사이에서, 상기 전하 축적부가 공유되어 있고,
상기 동화의 촬영에서는, 상기 전하 축적부를 공유하는 같은 색 화소의 신호 전하를 동시에 판독하는 것을 특징으로 하는 전자 기기의 구동 방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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