KR850000366B1 - 고체촬상소자 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고체촬상소자

제1도는 종래의 MOS형 고체촬상소자의 구성을 나타낸 개략 회로도.

제2도는 제1도에서 인터레이스회로의 일예를 나타낸 개략 회로도.

제3도는 본 발명의 고체촤상소자의 실시예를 나타낸 회로 블럭도.

제4도는 제3도에서의 인터페이스 회로 및 수직 버퍼 회로의 일예를 나타낸 개략 회로도.

제5도는 제4도에서의 각 노오드 및 수직버퍼회로 제어펄스 ψB1, ψB2를 나타낸 펄스타이밍 차아트이다.

본 발명은 고체촬상소자에 관한 것이며, 특히 고체촬상소자의 다이니믹 레인지(dynamic range)향상에 관한 것이다.

제1도는 종래의 고체촬상소자(이하 포토센서)의 대표적 예를 나타내며, 절연게이트형 트랜지스터(이하 MOST)를 수직 스위치소자로하여 이 MOST 소오스 접합을 포토다이오드로 사용하는 회소를 메트릭 상으로 배열한 MOS형 포토센서의 기본적인 회로구성을 나타낸 것이다. 도면중 1은 수평주사회로가 되는 시프트 레지스터, 2는 수직주사회로가 되는 시프트레지스터, 3은 인터레이스회로, 4는 Y방향의 어드레스를 지정하는 수직주사선(수직게이트선), 5는 수직 스위치 소자의 포토다이오드, 6은 포토다이오드, 7은 수직신호선, 8은 수평시프트 레지스터 (1)로부터의 출력에 의하여 순차적으로 X방향의 어드레스를 하는 수평스위치소자, 10은 수평신호선, 11은출력단자, 12는 포토다이오드 배열의 영역을 나타낸다.

제2도는 제1도에 3으로 표시한 인터레이스회로의 구체적인 예를 나타낸 것으로서, 도면중 21은 수직 시프트 레지스터, 22는 인터레이스회로, 23의 영역은 포토다이오드 배열을 나타낸다.

제2도의 동작을 설명하면, 예를들면 단자(24)에 필드선택 펄스(F1)가 인가되어 있을때, 수직시프트 레지스터에서 출력선(26)에 출력펄스가 송출되면, 이에 따라 28, 29의 수직 게이트선이 동시에 선택된다. 다음에 출력선(27)에 출력펄스가 송출되면, 30, 31의 수직 게이트선이 동시에 선택된다. 한편, 필드선택펄스(F2)가 단자(25)에 들어올때는, 수직시프트 레지스터로부터의 출력선(26),(27)에의 출력 펄스에 따라 선택되는 수직게이트의 쌍은, 29, 30의 조(組)와, 31, 32의 조이다. 즉, 필드선택 펄스의 절환으로 수직게이트선이 서택되는 조가 일단(一段)이 이동(shift)되어 이로인하여 인터레이스동작이 가능해진다.

그리고 제1도, 제2도에 나타낸 바와 같은 회로 구성의 포토센서는, 양산(量産)체제가 되도록, 비교적 소형이면서도 실용적인 레벨의 해상도를 얻을 수 있는 화소수(畵素數)를 갖는 고밀도 포도센서를 실현하고져 하면, 다이나믹 레인지가 감소한다는 난점에 당면하게 된다. 즉 상기한 바와 같은 포토센서의 밀도는, 현재 VLSI(Very Large Scael Intergration)로 개발이 진행되고 있는 소자를 초과하는 규모의 것으로서, 미세가공 기술을 필요로 하게 되며, 소자의 내압이나 신뢰도상 필연적으로 전원전압을 낮취야만 된다. 이점에 관해서는, 예를 들면 H.Masuda et al, "Characteristics and Limitation of Scaled Down MOSFET's Due to Two-Dimensional Field Effect" IEEE, Trans, Electron Devices, ED-26,6, P980, June 1979등에 상세하게 나타나 있다.

그리고 제1도, 제2도에 나타낸 회로구성의 포토센서에서는, 인터레이스 회로부에서 MOST 201로된 절환스위치를 사용하고 있으므로 반드시 역치 전압(Threshold Voltage) (V_T)에 의한 전압강하를 발생한다. 가령, 수직 시프트 레지스터부터 전원전압(V_DD)이 그대로 공급되드라도 수직게이트선에는, V_DD-V_T의 전압밖에 인가되지 않는다. 이 경우, V_T는 기판효과에 의하여 큰값이 되어있는 일이 많으며, V_DD-V_T가 V_DD보다 20∼30%나 감소하는 일도 적지않다. 또한 포토센서의 다이나믹 레인지는, 포토게이트(5)의 역치 전압을 V_T' 라하면 V_DD-V_T-V_T'로 주어지므로 역치전압에 의한 다이나믹레인지의 감소는 V_DD의 5할정도가 되어 전술한 바와같이 가장 낮은 V_DD보다 더 낮아지게 된다는 중요한 문제가 된다. 예컨대 최근의 고집적 MOSLSI에 사용되는 전원전압 5V를 V_DD로 한경우 V_T∼ 2.0V, V_T'∼1.5V(기판효과가 있으므로 V_T,V_T' 는 커진다)로 하면 다이나믹 레인지는 1.5V정도 이하가 되어, 콜트라스트가 높은 피사체를 촬영할때, 백(白)레벨이 찌브러져(limited)버려, 실제로 화면이 보기 어렵게 되어 실용적이 아니다.

본 발명은 상기한 종래의 포토센서의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 다이나믹 레인지가 넓은 포토센서를 제공하는데 목적이 있다.

즉, 본 발명의 목적은, 수직 게이트선에 소정의 구동전압을 공급할 수 있는 포토센서를 제공하는데 있다. 이와 같은 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 포토센서는, 인터레이스 회로와 포토다이오드 배열의 사이에 버퍼 회로를 설치하고, 이 버퍼회로에 의하여 인터레이스 회로에서 전압강하된 수직 구동 펄스의 고레벨 전압을 보상하도록한 것이다.

이하 본 발명을 실시예에 따라 상세히 설명한다. 제 3도는 본 발명의 고체촬상소자의 실시예를 나타낸 회로 블럭도이다.

제3도중, 41은 수평시프트 레지스터와 수평스위치 소자를 함께 나타낸 블럭, 42는 수직시프트레지스터, 43은 인터레이스회로, 44는 포토다이오드배열, 45는 출력단자(단수이거나 복수라도 좋다), 46은 수직버퍼회로, 47은 포토게이트, 48은 수직신호선, 49는 포토다이오드이다. 제3도에서, 수직 버퍼회로(46)는, 인터레이스회로를 통과함으로써 전압강하된 수직레지스터로부터의 출력펄스를 다시 수직게이트선의 구동펄스의 소정 고레벨까지 끌어올려 최고전압(V_DD)이 포토게이트(47)에 인가될 수 있도록 보상하는 것이다. 이로 인하여 넓은 다이나믹 레인지의 포토센서를 얻게 되는 것이다.

제4도는 제3도에서의 수직 버퍼회로의 구체적인 일예를 나타낸 것으로, 도면중 51은 수직 시프트 레지스터(50)의 1단을 구성하는 단위회로, 52는 인터레이스 회로, 53은 수직 버퍼 회로, 54는 포토 다이오드 배열을 각각 나타낸다.

인터레이스 주사기구는 인터레이스회로(52)와 수직버퍼회로(53)로 구성되어 있다.

또 제5도는, 제4도 회로의 동작 타이밍 차아트의 일예를 나타낸 것이다.

이하 제5도를 참조하여 제4도에 나타낸 본 발명의 구체적인 일실시예의 동작 원리를 설명한다.

제 4도에서, 수직 시프트 레지스터로부터의 출력펄스(V_DD전압)가 지금 출력선(55)에 나타낸 노오드(A)에 제 5도의 81과 같이 가해졌다고 하자, 그러면 필드 절환펄스 ψ_F1, ψ_F2는 단자(58), (59)에 인가되어 ψ_F2가 고레벨(V_DD), ψ_F1이 저레벨이라하면(반대의 경우도 이하 마찬가),

그때 63, 63'로 나타낸 출력선 노오드(B), (B')에는 t₁에서 t₂간에 제 5도의 84의 86과 같이 V_DD-V_T인 전압이 나타난다(V_T는 MOST (56), (57)의 역치전압). 이 노오드(B), (B')에 나타난 V_DD-V_T인 전압에 의해 MOST (66), (67)의 게이트-소오소간 용량(C_CS), 부가용량(C_B; 70, 71) 및 기생용량(C_P)은, V_DD-V_T로 충전된다. 노도드(B), (B')는 V_DD-V_T로 충전되어 있으므로 MOST (56), (57)는, 거의 차단상태가 되며, 노도드(B), (B')의 임피던스는 높아지고 있다. 충전종료 후에 단자(60)에 펄스(ψ_B1)를 제5도 82의 타이밍(t₂)에서 인가한다. 그러면, 노오드(B), (B')의 전압은, C_GS및 C_B를 통해 제5도 84의 87에 나타난 바와 같이 ΔV만큼 올라간다. 이 상승된 전압량(ΔV)은 다음의 식과 같이 된다.

Vc : 노오드 C의 전압

따라서, C_B의 값을 적당하게 선택함으로써, 노오드(B), (B')의 전압 (V_B)을

V_B= V_DD- V_T+ΔV > V_DD+V_T

로 할수 있다. 이와 같이 게이트-소오스 간의 부가용량(C_B; 70, 71)을 통한 부우트스트랩 효과에 의해 노오드(B), (B')의 전압(V_B')을 V_DD보다 충분히 높게 할 수 있다. 이 때문에 포토게이드(72), (73)에 연결되는 수직 주사선(수직게이트선)(64), (65)의 노오드(C), (C')에는, 펄스(ψ_B1)의 고레벨(V_DD)이 제 5도(85)에 나타내는 바와 같이 그대로 인가된다. 이 때문에 포토게이트(72), (73)에는 역치 전압강하가 없는 매우 높은 전압(V_DD)이 인가되어, 포토센서의 다이나믹 레인지가 보증된다.

제4도, 제5도에 나타낸 실시예에서는, 펄스(ψ_B2)를 단자(61)에 인가하고, 제5도(83)과 같은 타이밍으로 인가함으로써 포토게이드(72), (73)에 연결되는 수직 게이트선(64), (65)의 전압을 다시 하강시키고 있다. 이것은 펄스(ψ_B1)의 저레벨의 전압이 약간 상승되어 있더라도, 이 방법에 의하여 포토 게이트에 연결되는 수직 게이트선의 전압을 단자(62)의 전압(V_S)(예를들면 O[V])으로 정확하게 떨어뜨릴 수 있다. 또, ψ_B2를 1수평 주사기간동안 고레벨로 해두면 포토게이트를 저임피던스로 유지할 수 있어 유도잡음에 대하여 영향을 받지 않는 상태로 할 수 있다. 특히 전자는 포토다이오드가 오버플로우 되어 포토게이트 밑을 테일링 전류로 흐르는 캐리어를 방지하는데 효과가 크다.

상기한 바와 같은 사이클을 반복함으로써 순차적으로 화소의 신호가 독출된다.

이상 설명한 [실시예]로서 알수 있듯이, 본 발명은 X-Y어드레스형으로 MOST등에 의한 인터레이스회로 및 수직주사회로를 내장하고 있는 포토센서이며 모두 적용할 수 있다. 예를 들면 제 3도 41은 수평주사회로로서 MOST에 의한 디지틀적인 시프트 레지스터 뿐만 아니라, 아날로그 신호를 취급하는 전하 이송소자(이하 CTD라함)이라도 좋다. 이 경우 41은 CTD와 CTD에 수직신호선(48)으로 부터의 신호를 전송하는 스위치등을 포함한 회로가 된다.

또, 제3도에서는 P-N접합의 다이오드 배열(44)을 갖는 MOS형 포토센서의 예를 나타냈으나, 이것은 이에 한정되지 않고, CID(Charge Injection Device : 역시 X-Y 어드레스형)이라도 좋다.

또, 제3도에서의 수평, 수직 레지스터등의 위치는 위쪽 및 좌측에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 수직관계의 회로를 우측으로 이동시켜도 되며, 수평레지스터는 아래쪽 또는 상하로 설치하여 교대로 사용하는 방식을 사용해도 좋다.

이상 설명한 본 발명의 실시예에서는, 전자를 신호 캐리어로 하는 경우(n 채널)가 도시되어 있으나, 이것은 이에 한정되지 않고, 정공을 신호 캐리어로 하는 경우(P 채널)에도, 펄스의 극성, MOST나 다이오드의 도전형을 반대로 하는 등에 거의 동일하게 적용할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는, 포토센서의 인터레이스 회로와 수직 게이트선 간에 버퍼회로를 설치하여, 이것에 의하여 역치 전압강하가 없고 매우 높은 펄스를 포토 게이트에 인가할 수 있게 되어 다이나믹 레인지가 넓고, 콘트라스트가 높은 피사체라도 양호한 품질의 영상의 포토센서를 실현할 수 있다.

Claims (1)

1. 동일반도체 기판에 2차원상으로 배열된 복수개의 포토 다이오드(5)와, 이 포토다이오드(6)를 선택하는 수평스위치 소자(8), 수직 스위치소자(5)와, 이 수평 및 수직 스위치 소자에 각각 주사 펄스를 인가하기 위한 수평주사 회로(1)와 수직 주사회로(2)등을 가지며 복수개의 수직 주사선(4)을 스위치소자에 의하여 선택하여 복수행의 주사선의 수평주사를 가능하게하는 인터레이스 주사 기구를 가진 고체 촬상 소자에 있어서, 상기 인터레이스 주사 기구는 스위치 소자에 의하여 전압강하된 주사 펄스의 전압 레벨을 보상하는 수단을 가진 것을 특징으로 하는 고체촬상 소자.

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