KR101467624B1 - 촬상 장치, 촬상 시스템, 및 촬상 장치의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

촬상 장치는 화소 유닛, 증폭 트랜지스터 및 제어 유닛을 포함한다. 화소 유닛은 제1 컬러의 입사광에 기초하여 제1 전하를 생성하는 제1 광전 변환 유닛, 제1 컬러의 입사광에 기초하여 제2 전하를 생성하는 제2 광전 변환 유닛, 및 제2 컬러의 입사광에 기초하여 제3 전하를 생성하는 제3 광전 변환 유닛을 포함한다. 증폭 트랜지스터는 제1 내지 제3 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되고, 제1, 제2 및 제3 광전 변환 유닛에 의해 생성된 제1, 제2 및 제3 전하에 기초하여 각각 신호를 출력한다. 제어 유닛은 증폭 트랜지스터의 제어 단자의 전위에 따라 화소 유닛을 선택 상태 또는 비선택 상태로 설정한다.

Description

촬상 장치, 촬상 시스템, 및 촬상 장치의 구동 방법 {AN IMAGING APPARATUS, AN IMAGING SYSTEM, AND A DRIVING METHOD OF AN IMAGING APPARATUS}

본 발명의 실시예들은 촬상 장치, 촬상 시스템, 및 촬상 장치를 구동하는 방법에 관한 것이다.

CMOS 촬상기와 같은 촬상 디바이스의 분야에서, 최근 높은 해상도와 높은 프레임 판독을 가능하게 하는 기술이 알려져 있다.

높은 해상도를 달성하기 위하여 복수의 광전(photoelectric) 변환 유닛 중에서 증폭 트랜지스터와 같은 회로 요소를 공유하는 기술이 알려져 있다. 이 기술에서, 일본 특허출원 공개 제2008-219423호는 고속 판독을 달성하기 위한 기술을 개시하고 있다.

일본 특허출원 공개 제2008-219423호에 개시된 기술에서, 화소 유닛은 플로팅 확산(이하, FD라 칭함) 유닛, 즉 증폭 트랜지스터의 게이트의 전위에 의해 선택 상태 또는 비선택 상태로 설정된다. 복수의 광전 변환 유닛이 단일 증폭 트랜지스터를 공유하는 화소 유닛이 비선택 상태에서 선택 상태로 설정될 때, FD 유닛의 전위가 크게 변하여, 이러한 전위의 변화가 안정되는 데 비교적 긴 시간을 필요로 한다. 따라서, 화소 유닛이 비선택 상태에서 선택 상태로 설정된 직후에 신호가 화소 유닛 내의 제1 행의 화소로부터 판독될 때, FD 유닛의 전위의 변화는 판독되는 신호에 영향을 준다. 한편, 신호가 제1 행으로부터 판독된 후에 신호가 제2 행 이후의 행으로부터 판독될 때, 화소 유닛은 선택 상태를 유지하여, FD 유닛의 전위의 변화가 제1 행에서의 전위의 변화보다 작게 된다.

높은 품질의 화상에 대한 요구가 증가하고 있다. 제1 행과 제2 행 이후의 행들 사이에서 FD 유닛의 전위의 변화의 영향이 다르다면, 취득된 화상은 밝고 어두운 밴드를 나타낸다. 또한, 컬러 필터가 제공된 화상 감지 장치에서, 동일한 컬러의 화소들 사이에서 FD 유닛의 변화의 영향이 다른 경우에, 다운스트림 회로(downstream circuitry)에 의한 보정이 복잡하게 된다. 따라서, 이러한 차이가 작게 되는 것이 바람직하다. 상술한 전위의 변화는, 화질이 더욱 진보할 때 더 크게 인식될 수 있다.

실시예 중의 일 양태에서, 촬상 장치는, 제1 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제1 광전 변환 유닛과, 상기 제1 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제2 광전 변환 유닛과, 제2 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제3 광전 변환 유닛을 포함하는 화소 유닛, 상기 제1 내지 제3 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되고, 상기 제1 내지 제3 광전 변환 유닛에 의해 생성된 전하에 기초하여 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터, 및 상기 증폭 트랜지스터의 제어 단자의 전위에 따라 상기 화소 유닛을 선택 상태 또는 비선택 상태로 설정하는 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 상기 증폭 트랜지스터로부터 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하고, 상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작이 수행된 후이며, 상기 제2 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하고, 상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작이 수행된 후이며, 상기 제3 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하지 않는다.

본 발명에 다른 양태에서, 촬상 장치는, 복수의 광전 변환 유닛과, 상기 복수의 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되고, 상기 광전 변환 유닛에 의해 생성된 전하에 기초하여 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터와, 신호를 처리하기 위한, 2개 이상의 채널을 갖는 판독 회로를 포함하는 화소 유닛, 및 상기 증폭 트랜지스터의 제어 단자의 전위에 따라 상기 화소 유닛을 선택 상태 또는 비선택 상태로 설정하는 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정한 후이며, 상기 화소 유닛에 포함되고 상기 채널 중 동일한 하나의 채널에 의해 처리된 복수의 화소에 기초한 신호에 대한 판독 동작 전에, 상기 화소 유닛을 선택 상태로 설정하고, 상기 화소 유닛에 포함되고 상기 채널 중 다른 하나의 채널에 의해 처리된 화소 중 하나 이상의 화소에 대한 판독 동작 전에, 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하지 않는다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 촬상 장치는, 3개 이상의 광전 변환 유닛과, 상기 3개 이상의 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되고, 상기 3개 이상의 광전 변환 유닛 중 어느 하나에 의해 생성된 전하에 기초하여 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터를 포함하는 화소 유닛, 및 상기 증폭 트랜지스터의 제어 단자의 전위에 따라 상기 화소 유닛을 선택 상태 또는 비선택 상태로 설정하는 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 3개 이상의 광전 변환 유닛에 기초하여 순차적으로 신호를 출력하고, 상기 광전 변환 유닛 중 하나에 기초하여 상기 화소 유닛으로부터 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하는 동작과, 상기 화소 유닛을 설정하는 동작을 개입시키지 않고 상기 광전 변환 유닛 중 다른 하나에 기초하여 신호를 출력하는 동작을 교대 방식으로 수행한다.

본 발명의 또 다른 양태인, 촬상 장치의 구동 방법에서, 상기 촬상 장치는, 제1 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제1 광전 변환 유닛과, 상기 제1 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제2 광전 변환 유닛과, 제2 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제3 광전 변환 유닛을 포함하는 화소 유닛, 및 상기 제1 내지 제3 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되고, 상기 제1 내지 제3 광전 변환 유닛에 의해 생성된 전하에 기초하여 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터를 포함하고, 상기 방법은, 상기 증폭 트랜지스터의 제어 단자의 전위에 따라 상기 화소 유닛을 선택 상태 또는 비선택 상태로 설정하는 단계, 상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 상기 증폭 트랜지스터로부터 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하는 단계, 상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작이 수행된 후이며, 상기 제2 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하는 단계, 및 상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작이 수행된 후이며, 상기 제3 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하지 않는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태인, 촬상 장치의 구동 방법에서, 상기 촬상 장치는, 3개 이상의 광전 변환 유닛과, 상기 3개 이상의 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되고, 상기 3개 이상의 광전 변환 유닛 중 어느 하나에 의해 생성된 전하에 기초하여 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터를 포함하는 화소 유닛을 포함하고, 상기 방법은, 상기 증폭 트랜지스터의 제어 단자의 전위에 따라 상기 화소 유닛을 선택 상태 또는 비선택 상태로 설정하는 단계, 상기 3개 이상의 광전 변환 유닛에 기초하여 순차적으로 신호를 출력하는 단계, 및 상기 광전 변환 유닛 중 하나에 기초하여 상기 화소 유닛으로부터 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하는 동작과, 상기 화소 유닛을 설정하는 동작을 개입시키지 않고 상기 광전 변환 유닛 중 다른 하나에 기초하여 신호를 출력하는 동작을 교대 방식으로 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가적인 특징은 (첨부 도면을 참조하여) 실시예의 후술하는 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 촬상 장치의 예시적인 구성의 블록도.
도 2는 제1 실시예의 화소 영역의 예시적인 구성의 등가 회로도.
도 3은 제1 실시예의 판독 회로의 예시적인 구성의 등가 회로도.
도 4는 제1 실시예의 예시적인 동작의 타이밍도.
도 5는 제1 실시예의 비교예의 타이밍도.
도 6은 제2 실시예의 판독 회로의 등가 도면.
도 7은 제2 실시예의 예시적인 동작의 타이밍도.
도 8은 촬상 시스템의 예시적인 구성의 블록도.

본 실시예의 하나의 개시된 특징은, 통상적으로 플로우챠트, 플로우 다이어그램, 타이밍도, 구조도 또는 블록도로서 묘사되는 프로세스로서 설명될 수 있다. 플로우챠트 또는 타이밍도가 순차적인 프로세스로서 동작 또는 이벤트를 설명할 수 있지만, 병행하여 또는 동시에 동작이 수행될 수 있거나 이벤트가 발생할 수 있다. 플로우챠트에서의 동작은 선택적인 것일 수 있다. 또한, 동작 또는 이벤트의 순서는 재배치될 수도 있다. 그 동작이 완료되었을 때 프로세스가 종료된다. 프로세스는 방법, 프로그램, 절차, 제조 또는 제작 방법, 장치에 의해 수행되는 동작의 시퀀스, 머신, 또는 논리 회로 등에 대응될 수 있다.

<제1 실시예>

도 1은 촬상 장치의 예시적인 구성을 나타내는 블록도이다. 촬상 장치(1)는 화소 영역(101), 수직 주사 회로(102), 판독 회로(103), 수평 주사 회로(104), 출력 증폭기(105) 및 타이밍 생성기(106)를 포함한다. 화소 영역(101)은, 복수의 화소가 행렬로 배치되는 영역이다. 수직 주사 회로(102)는 행별로 화소를 제어하고, 화소의 동작에 관련한 구동 신호를 출력한다. 판독 회로(103)는 화소로부터 출력된 신호를 처리하는 회로이고, 예를 들어 샘플 및 홀드(S/H) 회로, CDS 회로, 증폭기, 또는 A/D 변환기를 포함할 수 있다. 수평 주사 회로(104)는 판독 회로(103)를 제어하고, 판독 회로(103)가 신호를 출력 증폭기(105)로 출력하게 한다. 타이밍 생성기(106)는 수직 주사 회로(102)와 수평 주사 회로(104)의 동작을 제어하기 위한 타이밍 신호를 공급한다.

다음으로, 화소 영역(101)의 구성을 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 복수의 화소 중 8개의 행과 하나의 열의 화소와, 수직 주사 회로(102)를 나타낸다.

화소 유닛(201n)은 4개의 행의 화소를 포함하고, 제1 행의 화소는 포토다이오드(202-1n), 전송 트랜지스터(203-1n), 증폭 트랜지스터(204n) 및 리셋 트랜지스터(205n)를 포함한다. 제2 행의 화소는 포토다이오드(202-2n), 전송 트랜지스터(203-2n), 증폭 트랜지스터(204n) 및 리셋 트랜지스터(205n)를 포함한다. 제3 행의 화소는 포토다이오드(202-3n), 전송 트랜지스터(203-3n), 증폭 트랜지스터(204n) 및 리셋 트랜지스터(205n)를 포함한다. 제4 행의 화소는 포토다이오드(202-4n), 전송 트랜지스터(203-4n), 증폭 트랜지스터(204n) 및 리셋 트랜지스터(205n)를 포함한다. 증폭 트랜지스터(204n) 및 리셋 트랜지스터(205n)는 화소의 인접한 4개 행에 대해 공통이다. 광전 변환 유닛인 각 포토다이오드는 입사광에 기초하여 전하를 생성 및 축적한다. FD(206n)는 증폭 트랜지스터(204n)의 제어 전극에 있는 노드이고, FD 커패시턴스(207n)는 FD(206n)에 수반하는 커패시턴스이다. 각각의 전송 트랜지스터(203-1n 내지 203-4n)에 대해서, 주 전극 중 하나의 대응하는 행의 포토다이오드에 접속되고, 주 전극 중 다른 하나는 FD(206n)에 접속된다. 각각의 전송 트랜지스터(203-1n 내지 203-4n)는 그 제어 전극에 공급되는 신호 Ptx1_n 내지 Ptx4_n에 의해 제어된다. 전송 트랜지스터가 온(on)될 때, 대응하는 포토다이오드에 축적된 전하는 FD(206n)로 전송되고, FD 커패시턴스(207n)에 저장된다. 선택 상태에 있을 때, 증폭 트랜지스터(204n)는 FD(206n)의 전위에 따른 신호를 수직 신호선(208)으로 출력한다. 리셋 트랜지스터(205n)는 신호 pres_n에 의해 제어되고, 전위를 전원 vres_n에 따른 전위로 리셋한다. 화소 유닛(201n)을 선택 상태로 설정하기 위하여, 제어 전극은, 증폭 트랜지스터(204n)가 정전류원(209)과 연계하여 증폭기로서 동작하는 것을 허용하는 전위로 리셋된다. 또한, 화소 유닛(201n)을 비선택 상태로 설정하기 위하여, 제어 전극은, 증폭 트랜지스터(204n)가 정전류원(209)과 연계하여 증폭기로서 동작하는 것을 허용하지 않는 전위로 리셋된다. 화소 유닛(201(n+1))에 대해서는, 화소 유닛(201n)의 구성과 동일한 구성을 가지므로 그 설명을 생략한다.

다음으로, 도 3을 참조하여 판독 회로(103)에 대해 상세하게 설명한다. 도 3은 하나의 열에 대응하는 판독 회로(103), 수평 주사 회로(104) 및 출력 증폭기(105)에 초점을 맞춘다.

도 3은 CDS 회로, 증폭기 및 S/H 회로를 갖는 판독 회로(103)의 예시적인 구성이다. 판독 회로(103)는 클램프 커패시터(301), 차동 증폭기(302), 피드백 커패시터(303), 피드백 스위치(304), S/H 스위치(305, 306), S/H 커패시터(307, 308) 및 스위치(309, 310)를 포함한다.

클램프 커패시터(301)의 하나의 전극은 수직 신호선에 접속되고, 다른 전극은 차동 증폭기(302)의 반전 입력 단자, 피드백 커패시터(303)의 하나의 전극 및 피드백 스위치(304)의 하나의 단자에 접속된다. 차동 증폭기(302)의 출력 단자는 피드백 커패시터(303)의 다른 전극 및 피드백 스위치(304)의 다른 단자에 접속되고, 또한 S/H 스위치(305, 306)에 접속된다. 클램프 커패시터(301), 차동 증폭기(302) 및 피드백 스위치는 CDS 회로로서 클램프 회로를 구성한다. 기준 전압 vref는 차동 증폭기(302)의 비반전 입력 단자에 공급된다. 클램프 커패시터(301), 차동 증폭기(302) 및 피드백 커패시터(303)는 용량성 피드백형 증폭기를 구성하고, 용량성 피드백형 증폭기의 이득은 피드백 커패시터(303)와 클램프 커패시터(301)의 커패시턴스 비율에 의해 결정된다. S/H 커패시터(307, 308)는 대응하는 S/H 스위치(305 또는 306)를 통해 차동 증폭기(302)로부터 출력된 신호를 각각 유지한다. 스위치(309, 310)가 온되면, S/H 커패시터(307, 308)에 의해 유지된 신호는 수평 신호선(311, 312)을 통해 출력 증폭기(105)에 송신된다. 도 3은, 증폭기(Amp-N 또는 Amp-S)가 수평 신호선(311, 312)에 독립적으로 제공되는 구성을 예시하지만, 다른 구성이 가능하다. 예를 들어, 2개의 입력 단자가 수평 신호선(311, 312)에 접속되는 차동 증폭기가 증폭기(Amp-N, Amp-S) 대신 채용될 수 있다.

본 발명의 이점을 명확하게 하기 위해, 일본 특허출원 공개 제2008-219423호의 기술에서, 상술한 촬상 장치의 화소 유닛(201n)의 화소의 4개의 행으로부터 순차적으로 신호를 판독할 때 발생할 수 있는 문제점에 대해 우선 설명할 것이다. 화소 영역(101)에서, Bayer 패턴의 컬러 필터가 광전 변환 유닛에 대응하여 제공되는 것으로 상정한다. 즉, 도 2에 나타낸 8개의 행과 하나의 열의 화소에 대해, 동일한 컬러의 컬러 필터가 2개의 열마다 배치된다. 보다 일반적으로 말하면, 화소 영역은 복수의 화소 유닛을 포함하고, 화소 유닛에 포함된 화소는 열에 따라 배치되고, 제1 및 제2 컬러의 화소는 교대 방식으로 배치된다. 여기에서, 동일한 컬러를 갖는다는 것은 동일한 파장 특성을 갖는다는 것을 의미한다. 화소 유닛(201n, 201(n+1)) 양자가 시간 t1-1과 그 이전에는 비선택 상태에 있는 것으로 상정한다. 또한, 후술하는 설명은, 신호 pres_(n+1)이 신호 pres_n과 동일하다는 것을 상정하여 이루어질 것이다. 또한, 신호 vres_sh, pres_sh 및 ptx_sh는 "전자-셔터-펄스"로서 나타내어진다. 이러한 신호는, 축적 구간을 제어하기 위해 전자 셔터 동작이 수행되는 행에 대해, 리셋 트랜지스터의 드레인, 리셋 트랜지스터의 제어 전극 및 전송 트랜지스터의 제어 전극에 각각 공급된다. 본 실시예의 전자 셔터 동작은 상태 A라고 칭해지는 구간에서 수행된다.

우선, 도 4에서, 제1 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제1 광전 변환 유닛을 포함하는 제1 열의 화소에 대한 판독 동작이 수행된다. 시간 t1-1에서, 전원 vres_n은 고전위 vresh로 시프트된다. 또한, 시간 t1-1에서, 신호 pclamp가 하이 레벨이 되어, 피드백 스위치(304)를 도전 상태로 만들고, 피드백 커패시터(303)의 양쪽 전극은 단락된다. 이 상태에서, 차동 증폭기(302)의 반전 입력 단자와 출력 단자가 단락되었으므로, 차동 증폭기(302)는 전압 팔로워(voltage follower)로서 동작한다.

시간 t2-1에서, 신호 pres_n의 하이 레벨로의 시프트에 응답하여 리셋 트랜지스터(205n)가 도전 상태로 될 때, FD 커패시턴스(207)의 전위는 전원 vresh에 의해 리셋된다. 이것은, 증폭 트랜지스터(204n)가 정전류원(209)과 연계하여 소스 팔로워로서 동작하게 하며, 즉 선택 상태가 된다. 한편, 전원 vres(n+1)가 로우 레벨이므로, FD 커패시턴스(207(n+1))의 전위는 vresl에 의해 리셋된다. 따라서, 화소 유닛(201(n+1))이 그 비선택 상태를 유지한다.

시간 t2-1 전에, 화소 유닛(201n)이 비선택 상태에 있어, 리셋 트랜지스터(205n)가 시간 t2-1에서 도전 상태로 될 때, FD(206n)의 전위가 (vresh-vresl)만큼 변한다. FD(206n)는 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)인 FD 커패시턴스(207n)를 통해 기준 전위(GND)를 제공하는 선에 연결되어, 기준 전위가 FD(206n)의 변화를 따른다.

시간 t3-1에서, FD(206n)이 전위가 vresh로 안정된다. 기준 전위는 원래의 전위로 복귀하는 방향으로 변한다.

시간 t4-1에서, 신호 pres_n이 로우 레벨로 될 때, 리셋 트랜지스터(205n)는 오프된다. FD(206n)는 전기적으로 플로팅 상태로 되거나 단지 플로팅 상태로 되고, FD(206n)의 전위는 기준 전위의 변화에 따라 변하여 그 원래 전위로 복귀한다. 기준 전위의 안정 속도는 기준 전위를 제공하는 선에 수반되는 기생 커패시턴스와 저항으로부터 결정되는 시상수(time constant)에 의해 제한된다.

보다 구체적으로, 변화 후에 시간 y에서의 기준 전위의 전위는 이하의 식으로 표현된다.

여기에서, A는 FD(206n)의 변화의 진폭이고, R은 기준 전위를 제공하는 선의 저항 성분이고, C는 기준 전위를 제공하는 선의 커패시턴스 성분이다.

시간 t5-1에서, 신호 pclamp는 로우 레벨로 되고, 피드백 스위치는 오프된다. 이는 수직 신호선에 나타나는 레벨과 기준 전압 vref 사이의 전위차를 야기한다. 즉, 시간 t5-1에서의 수직 신호선 상의 레벨이 클램핑되므로, 이 시점으로부터의 레벨의 변동만이 차동 증폭기(302)의 반전 입력에 공급된다. 또한, 피드백 스위치(304)를 오프시키는 것에 기인하여, 차동 증폭기(302)는 클램프 커패시턴스(301)와 피드백 커패시터(303)와 함께 용량성 피드백형 증폭기로서 동작한다.

신호 ptn은 시간 t6-1과 t7-1 사이에서 하이 레벨로 되고, 차동 증폭기(302)의 출력은 N 신호로서 S/H 커패시터(307)에 의해 유지된다. N 신호는 차동 증폭기(302)의 오프셋과 시간 t5-1로부터의 수직 신호선의 전위 변동과 같은 성분을 포함한다.

신호 ptx1_n이 시간 t8-1과 t9-1 사이에서 하이 레벨로 될 때, 포토다이오드(202_1n)에 축적된 전하는 FD(206n)에 전송되고, 수직 신호선 상의 레벨은 전하량에 따라 변한다. 시간 t5-1에서의 수직 신호선 상의 레벨로부터의 변동은 차동 증폭기에 의해 증폭되고 S 신호로서 출력된다. S 신호는 노이즈가 감소된 신호이다. 즉, 클램프 커패시턴스는 CDS 회로로서 기능한다.

여기에서, 설명을 단순화하기 위해, 광전 변환으로 인한 전하가 포토다이오드(202_1n 내지 202_4n) 중 어느 것에서도 발생되지 않는 것으로 상정하여 설명한다. 따라서, 전송 트랜지스터(203_1n 내지 203_4n)가 온되는 경우에도 FD(206n)의 전위는 변하지 않는다.

신호 pts는 시간 t10-1과 t11-1 사이에서 하이 레벨로 되므로, S 신호는 S/H 커패시터(308)에 의해 유지된다.

그 후에, 스위치(309, 310)가 수평 주사 회로(104)에 의해 공급된 신호에 응답하여 온될 때, S/H 커패시터(307, 308)에 의해 유지된 신호가 출력 증폭기(105)로 송신된다. 2개 신호의 차이를 취함으로써, N 신호 성분이 S 신호로부터 감소될 수 있다. 도 4에서, 단순화를 위해, 스위치(309, 310)를 온시키기 위한 신호가 나타내어지는 수평 주사 구간은 생략되었다.

제1 행에서의 화소의 신호 판독 구간에 후속하여, 제2 내지 제4 행에 대한 판독 구간의 동작이 수행된다. 제1 행의 판독 구간과의 차이점은, 전송 트랜지스터(203N_n)에 공급되는 신호 PtxN_n이 특정 행에 대응하는 신호로 치환된다는 것이다.

도 4에 나타낸 동작에서, 화소 유닛(201n)은 제1 행의 판독 동작 이전에 선택 상태로 설정되고, 화소 유닛(201n)은 상태 A로 나타낸 구간에서 비선택 상태로 설정되기까지 선택 상태를 유지한다. 따라서, FD(206n)의 전위의 변동은 제1 행에서보다 제2 내지 제4 행에서 더 작다.

제1 행의 화소에 대해, FD(206n)의 전위와 기준 전위(GND)의 변동은 시간 t8-1과 t9-1 사이에서 안정된다. FD(206n)의 전위는 기준 전위의 변동에 따른다. 나타낸 바와 같이 N 신호에 대한 유지 타이밍 t7-1과 S 신호에 대한 유지 타이밍 t11-1 사이에서 FD(206n)의 전위가 다르다면, 그 차이는 의사 신호(pseudo signal)로서 S 신호에 중첩된다.

단일 화소 유닛(201n)의 모든 화소에 대해 그 차이가 동일하다면, 그 차이는 오프셋으로서 다루어질 수 있고, 보다 덜 복잡한 처리를 할 수 있게 한다. 그러나, 도 4에 나타낸 동작에 따르면, 화소 유닛은, 선택된 화소 유닛의 각각의 화소로부터 신호가 판독되는 구간 동안 선택 상태로 유지된다. 이러한 동작으로 인해, 제1 행을 판독할 때 FD(206n)의 전위는 크게 변동하지만, 제2 행 및 후속 행을 판독할 때에는 그 변동이 더 작고, 전위는 보다 짧은 시구간에 안정된다. 도 4에서, 기준 전위의 변동은 제2 행 판독 동작에서 t4-2까지 안정된다. 따라서, FD의 전위는 시간 t7-2과 t11-2 사이에서 변하지 않는다. 이는, 타이밍 t7-1과 t11-1에 대응하는 타이밍 사이에 발생하는 의사 신호가 제1 행과, 제2 행 및 그 후속 행들 사이에서 다른 크기를 갖게 한다. 이는, 의사 신호의 영향이 동일한 화소 유닛(201n) 내의 다른 행들 사이에서 상이하고, 각 행에 대해 보정 데이터를 설정할 것을 필요로 한다는 것을 의미한다. 동일한 사항이 제3 행 및 후속 행들에 대해 적용된다.

식 (1)에서 이해되는 바와 같이, 시간 y에서의 기준 전위의 변동은, FD(206)의 전위의 변동이 더 작아짐에 따라 더욱 작아진다. 따라서, FD(206)의 전위의 변동이 제2 행 및 후속 행들의 판독 동작에서보다 제1 행 판독 동작에서 4배 더 크다면, 생성된 의사 신호도 4배 커지게 된다.

다음으로, 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 동작을 설명한다. 도 4에 나타낸 동작과의 차이점에 대해 주로 논의한다.

도 4에 나타낸 동작과의 주된 차이점은, 화소 유닛(201n)에 대해 제2 행 판독 동작이 완료된 후이며 제3 행 판독 동작이 수행되기 전에, 화소 유닛(201n)이 비선택 상태(상태 B)로 된다는 것이다.

제2 행 판독 동작이 완료된 후이며 제3 행 판독 동작 전에 상태 B에서 수행되는 동작에 대해 설명한다.

시간 t15에서, 전원 vres_n은 vresl로 시프트된다.

신호 pres_n은 시간 t16 내지 t17까지의 시구간에서 하이 레벨로 되어, FD(201n)의 전위가 vresl에 따라 리셋되게 한다. 상술한 바와 같이, vresl은, 증폭 트랜지스터가 증폭기로서 동작하지 않는 전압이므로, 화소 유닛(201n)은 비선택 상태로 된다. 화소 유닛(201n)을 선택 상태에서 비선택 상태로 설정함으로써, FD(206n)의 전위가 변하고, 기준 전위(GND)는 그 변화를 따른다. FD(206n)의 전위와 기준 전위의 변동은 제3 행 판독의 시작에서 거의 안정되는 것으로 상정된다.

본 실시예에서, 전원 vres_n이 시간 t1-3에서 vresh로 시프트된 후에, 화소 유닛(201n)은 신호 pres_n을 하이 레벨로 설정함으로써 다시 선택 상태로 된다. FD(206n)의 전위가 제1 행에서와 같이 (vresh-vresl)만큼 변하므로, 유사한 크기의 의사 신호가 제1 및 제3 행에 대해 발생한다. 또한, FD(206n)의 전위의 변동의 영향은 제2 및 제4 행에 대해 유사한 레벨을 갖는다. 따라서, Bayer 패턴의 컬러 필터를 갖는 촬상 장치에서, 동일한 보정 데이터가 동일 컬러의 화소에 적용될 수 있어 촬상 시스템의 부하를 감소시킨다.

본 실시예에 따른 촬상 장치를 더욱 일반적으로 설명하기 위하여, 화소 유닛은 제1 컬러의 입사광에 기초하여 각각 전하를 생성하는 제1 및 제2 광전 변환 유닛과, 제2 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제3 광전 변환 유닛을 포함하고, 증폭 트랜지스터는 제1 내지 제3 광전 변환 유닛에 공통적으로 제공된다. 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하는 동작은 제1 및 제2 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 판독하는 동작 전에 수행되며, 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하는 동작은 제3 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 판독하는 동작 이전에 수행되지 않는다. 이것은, FD 유닛의 전위의 변동으로 인한 의사 신호의 영향이 동일한 컬러의 입사광에 기초하여 광전 변환을 수행하는 화소에 있어서의 유사한 레벨을 갖게 할 수 있다. 한편, 다른 컬러의 입사광에 기초하여 광전 변환을 수행하는 화소에 대해서는, 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하는 동작을 수행하지 않음으로써 빠른 판독이 실현된다. 또한, Bayer 패턴의 컬러 필터를 갖는 구성에 있어서, 제2 컬러의 입사광에 기초하여 각각 전하를 생성하는 제5 및 제6 광전 변환 유닛과, 제3 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제7 광전 변환 유닛을 포함하고, 제5 내지 제7 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되는 증폭 트랜지스터를 갖는 제2 화소 유닛이 존재한다. 제2 화소 유닛의 동작은 제1 화소 유닛의 동작과 같다.

<제2 실시예>

도면을 참조하여 본 발명에 따른 다른 실시예에 대해 설명한다. Bayer 패턴의 컬러 필터가 제공된 촬상 장치가 예시적으로 설명되었지만, 본 발명은 컬러 필터가 없는 촬상 장치, 또는 모든 화소에 대해 동일한 컬러의 컬러 필터를 갖는 촬상 장치에도 적용될 수 있다.

도 6 본 실시예에 따른 판독 회로(103), 수평 주사 회로(104) 및 출력 증폭기(105)의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 3에 나타낸 구성과의 차이점은, 단일 수직 신호선에 대해 판독 회로(103)로부터 출력 증폭기(105)까지의 경로에 복수의 채널이 존재한다는 것이다. 도 3에서와 동일한 요소에는 동일한 참조 부호가 부여된다.

도 6에서, 차동 증폭기(302)의 출력 단자는 S/H 스위치(305-1, 306-1, 305-2 및 306-2)를 통해 S/H 커패시터(307-1, 308-1, 307-2 및 308-2)에 각각 접속된다. S/H 커패시터(307-1, 308-1)는 대응하는 스위치(309-1 또는 310-1)를 통해 출력 증폭기(105)에 포함된 증폭기(Amp_N1, Amp_S1)에 각각 접속된다. S/H 커패시터(307-2, 308-2)는 대응하는 스위치(309-2 또는 310-2)를 통해 출력 증폭기(105)에 포함된 증폭기(Amp_N2, Amp_S2)에 각각 접속된다. 즉, 출력 증폭기(Amp_N1, Amp_S1)에 관련된 경로가 Ch1이고, 출력 증폭기(Amp_N2, Amp_S2)에 관련된 경로가 Ch2인 것으로 상정하면, 복수의 채널이 존재한다. 이러한 구성으로 인해, 대응하는 S/H 커패시터(307-1, 308-1, 307-2 및 308-2)에서 제1 및 제2 행의 화소에 기초하여 신호를 유지한 후에, 2개의 행에 대한 신호가 수평 주사 회로(104)에 의해 병렬로 주사될 수 있다. 이것은, 수평 주사 구간의 동작이 행별로(row-by-row basis) 수행되는 제1 실시예에 비해 더 빠른 판독을 가능하게 한다.

다음으로, 도 7을 참조하여 본 실시예에 따른 동작에 대해 설명한다. 본 설명은 도 5에 나타낸 동작과의 차이점에 초점을 맞춘다.

본 실시예는, 화소 유닛(201n)의 제1 및 제3 행에 기초한 신호가 채널 Ch1로부터 출력되고, 화소 유닛(201n)의 제2 및 제4 행에 기초한 신호가 채널 Ch2로부터 출력된다는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 제1 실시예에서의 신호 ptn 및 pts 대신, 본 실시예에서는, 신호 ptn1, ptn2와 pts1, pts2가 어느 S/H 커패시터가 신호를 샘플 및 홀드할 것인지를 선택하는 데 채용된다.

본 실시예에 따르면, 그 신호가 채널 Ch1을 통해 출력되는 제1 및 제3 행의 화소에 대한 판독 동작 직전에는 화소 유닛(201n)이 비선택 상태에 있으며, 그 신호가 채널 Ch2를 통해 출력되는 제2 및 제4 행의 화소에 대한 판독 동작 직전에 화소 유닛(201n)은 선택 상태에 있다. 즉, 의사 신호의 영향은 동일한 채널을 통해 신호를 출력하는 화소에 대해 유사한 레벨로 될 수 있어, 보정 데이터가 각 채널에 대해 필요하여 시스템 부하의 감소를 가능하게 한다.

또한, 본 실시예는 Bayer 패턴의 컬러 필터를 갖는 촬상 장치에도 적용할 수 있다. Bayer 패턴에서는, 동일한 컬러의 화소가 2개의 행, 2개의 열마다 배치되므로, 화소 유닛(201n)의 제1 및 제3 행의 화소는 동일한 컬러의 화소이다. 동일한 컬러의 화소에 기초한 신호가 동일한 채널로부터 출력되므로, 각 컬러에 대한 보정은 각 채널에 대한 보정 데이터를 준비함으로써 실현된다.

도 7이 2개의 채널을 갖는 구성을 나타내지만, 본 실시예는 더 많은 채널을 갖는 구성에도 적용될 수 있다. 보다 구체적으로, 2개보다 많은 채널을 갖는 구성에서도, 화소 유닛 내의 동일한 컬러의 화소에 기초한 신호가 동일한 채널을 통해 송신된다.

본 실시예에 따른 촬상 장치의 설명을 일반화하자면, 화소 유닛은 3개 이상의 광전 변환 유닛을 포함하고, 3개 이상의 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 순차적으로 출력한다. 여기에서, 화소 유닛으로부터 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작 전에 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하는 동작과, 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하지 않고 다른 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작이 교대 방식으로 수행된다. 이는 상술한 이점을 가능하게 한다.

<제3 실시예>

도 8을 참조하여 본 실시예에 따른 촬상 시스템의 개요에 대해 설명한다.

예를 들어, 촬상 시스템(800)은 광학 유닛(810), 촬상 장치(1000), 화상 신호 처리 유닛(830), 기록/통신 유닛(840), 타이밍 제어 유닛(850), 시스템 제어 유닛(860) 및 재생/표시 유닛(870)을 포함한다. 촬상 장치(1000)는 상술한 실시예의 촬상 장치 중 어느 하나이다. 도 8은, 도 1에 나타낸 타이밍 생성기(106)가 타이밍 제어 유닛(850)에 포함되고, 촬상 장치(1000)에는 포함되지 않는 경우를 나타낸다.

렌즈와 같은 광학 시스템인 광학 유닛(810)은 복수의 화소가 행렬로 배치되는, 촬상 장치(1000)의 화소 어레이 상의 객체로부터의 광의 화상을 형성한다. 촬상 장치(1000)는 타이밍 제어 유닛(850)으로부터의 신호에 기초한 타이밍에서 화소 어레이 상으로 침투하는 광에 대응하는 신호를 출력한다.

촬상 장치(1000)로부터 출력된 신호는 화상 신호 처리 유닛(830)으로 입력되고, 예를 들어, 화상 신호 처리 유닛(830)은 프로그램에 의한 소정의 방법에 따라 입력된 신호 상에 A/D 변환과 같은 처리를 수행한다. 화상 신호 처리 유닛의 처리에 의해 얻어진 신호는 화상 데이터로서 기록/통신 유닛에 송신된다. 기록/통신 유닛(840)은 화상을 형성하기 위한 신호를 재생/표시 유닛(870)으로 송신하고, 재생/표시 유닛(870)이 동화상 또는 정지 화상을 재생/표시하게 한다. 기록/통신 유닛은 화상 신호 처리 유닛(830)으로부터의 신호의 입력에 대응하여, 시스템 제어 유닛(860)과 통신할 뿐만 아니라, 화상을 형성하기 위한 신호를 기록 매체(도시 생략)에 기록하는 동작을 수행한다.

시스템 제어 유닛은 촬상 시스템(800)의 전체 동작을 제어하고, 광학 유닛(810), 타이밍 제어 유닛(850), 기록/통신 유닛(840) 및 재생/표시 유닛(870)의 동작을 제어한다. 또한, 시스템 제어 유닛(860)은 예를 들어 기록 매체인 메모리 유닛(도시 생략)을 가질 수 있고, 촬상 시스템을 제어하기 위한 프로그램이 그 내부에 저장될 수 있다. 또한, 시스템 제어 유닛(860)은 촬상 시스템 내의 신호를 공급하며, 그 신호는 사용자의 조작에 대응하여 구동 모드를 스위칭하는 데 사용된다. 예들 중 일부는 판독 또는 리셋될 행의 변경, 전자 주밍(electronic zooming)에 따른 필드 앵글(field angle)의 변경, 및 전자 진동 흡수(electronic vibration absorption)에 따른 필드 앵글의 시프팅(shifting)이다.

타이밍 제어 유닛(850)은 제어 유닛인 시스템 제어 유닛(860)의 제어에 기초하여 촬상 장치(1000)와 화상 신호 처리 유닛(830)의 동작 타이밍을 제어한다.

화상 신호 처리 유닛(830)은 상술한 실시예의 각각에서 설명한 보정 데이터를 유지하고, 촬상 장치(1000)로부터 출력된 신호에 대한 보정을 수행한다.

다른 실시예

또한, 본 발명의 양태들은 메모리 디바이스에 기록된 프로그램을 판독 및 실행하여 상술한 실시예(들)의 기능을 수행하는 컴퓨터 시스템 또는 장치(또는 CPU나 MPU와 같은 디바이스)와, 상술한 실시예(들)의 기능을 수행하기 위해 예를 들어, 메모리 디바이스 상에 기록된 프로그램을 판독 및 실행함으로써 그 동작들이 컴퓨터 시스템 또는 장치에 의해 수행되어 상술한 실시예(들)의 기능을 수행하는 방법에 의해 실현될 수도 있다. 이를 위해, 프로그램은 네트워크를 통해, 또는 메모리 디바이스로서의 역할을 하는 각종 기록 매체(예를 들어, 컴퓨터 판독가능 매체)로부터 컴퓨터에 제공된다.

실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변경과 동등한 구성 및 기능을 포함하도록 최광의의 해석에 따라야 한다.

Claims (13)

1. 촬상 장치이며,
   제1 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제1 광전 변환 유닛과, 상기 제1 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제2 광전 변환 유닛과, 제2 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제3 광전 변환 유닛을 포함하는 화소 유닛;
   상기 제1 내지 제3 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되고, 상기 제1 내지 제3 광전 변환 유닛에 의해 생성된 전하에 기초하여 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터; 및
   상기 증폭 트랜지스터의 제어 단자의 전위에 따라 상기 화소 유닛을 선택 상태 또는 비선택 상태로 설정하는 제어 유닛
   을 포함하고,
   상기 제어 유닛은,
   상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 상기 증폭 트랜지스터로부터 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하고,
   상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작이 수행된 후이며, 상기 제2 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하고,
   상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작이 수행된 후이며, 상기 제3 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하지 않는, 촬상 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 내지 제3 광전 변환 유닛은 제1, 제3 및 제2 광전 변환 유닛의 순서로 일차원적으로 배치되는, 촬상 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 화소 유닛은 상기 제2 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제4 광전 변환 유닛을 더 포함하고,
   상기 제1 내지 제4 광전 변환 유닛은 제1, 제3, 제2 및 제4 광전 변환 유닛의 순서로 일차원적으로 배치되는, 촬상 장치.
4. 제3항에 있어서,
   신호를 처리하기 위한, 2개 이상의 채널을 갖는 판독 회로를 더 포함하고,
   상기 제1 및 제2 광전 변환 유닛에 기초한 신호는 동일 채널에서 처리되고,
   상기 제3 및 제4 광전 변환 유닛에 기초한 신호는 또 다른 동일 채널에서 처리되는, 촬상 장치.
5. 제3항에 있어서,
   신호를 처리하기 위한, 채널을 갖는 판독 회로를 더 포함하고,
   상기 제1 내지 제4 광전 변환 유닛에 기초한 신호는 동일 채널에서 처리되는, 촬상 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제5 광전 변환 유닛;
   상기 제2 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제6 광전 변환 유닛;
   제3 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제7 광전 변환 유닛; 및
   상기 제5 내지 제7 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되고, 상기 제5 내지 제7 광전 변환 유닛에 의해 생성된 전하에 기초하여 신호를 출력하는 제2 증폭 트랜지스터
   를 포함하는 제2 화소 유닛을 더 포함하는, 촬상 장치.
7. 촬상 장치이며,
   복수의 광전 변환 유닛과, 상기 복수의 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되고, 상기 광전 변환 유닛에 의해 생성된 전하에 기초하여 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터와, 신호를 처리하기 위한, 2개 이상의 채널을 갖는 판독 회로를 포함하는 화소 유닛; 및
   상기 증폭 트랜지스터의 제어 단자의 전위에 따라 상기 화소 유닛을 선택 상태 또는 비선택 상태로 설정하는 제어 유닛
   을 포함하고,
   상기 제어 유닛은,
   상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정한 후이며, 상기 화소 유닛에 포함되고 상기 채널 중 동일한 하나의 채널에 의해 처리된 복수의 화소에 기초한 신호에 대한 판독 동작 전에, 상기 화소 유닛을 선택 상태로 설정하고,
   상기 화소 유닛에 포함되고 상기 채널 중 다른 하나의 채널에 의해 처리된 화소 중 하나 이상의 화소에 대한 판독 동작 전에, 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하지 않는, 촬상 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 촬상 장치의 구동 방법이며,
    상기 촬상 장치는,
    제1 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제1 광전 변환 유닛과, 상기 제1 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제2 광전 변환 유닛과, 제2 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제3 광전 변환 유닛을 포함하는 화소 유닛; 및
    상기 제1 내지 제3 광전 변환 유닛에 공통으로 제공되고, 상기 제1 내지 제3 광전 변환 유닛에 의해 생성된 전하에 기초하여 신호를 출력하는 증폭 트랜지스터
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 증폭 트랜지스터의 제어 단자의 전위에 따라 상기 화소 유닛을 선택 상태 또는 비선택 상태로 설정하는 단계;
    상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 상기 증폭 트랜지스터로부터 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하는 단계;
    상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작이 수행된 후이며, 상기 제2 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하는 단계; 및
    상기 제1 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작이 수행된 후이며, 상기 제3 광전 변환 유닛에 기초하여 신호를 출력하는 동작 전에 상기 화소 유닛을 비선택 상태로 설정하지 않는 단계
    를 포함하는, 촬상 장치의 구동 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 촬상 장치는 신호를 처리하기 위한, 2개 이상의 채널을 갖는 판독 회로를 더 포함하고,
    상기 화소 유닛은 상기 제2 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제4 광전 변환 유닛을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 광전 변환 유닛에 기초한 신호는 동일 채널에서 처리되고,
    상기 제3 및 제4 광전 변환 유닛에 기초한 신호는 또 다른 동일 채널에서 처리되는, 촬상 장치의 구동 방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 촬상 장치는 신호를 처리하기 위한, 채널을 갖는 판독 회로를 더 포함하고,
    상기 화소 유닛은 상기 제2 컬러의 입사광에 기초하여 전하를 생성하는 제4 광전 변환 유닛을 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 광전 변환 유닛에 기초한 신호는 동일 채널에서 처리되는, 촬상 장치의 구동 방법.
13. 삭제

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