KR100574959B1 - Auto exposure CMOS image sensor having auto exposure control function - Google Patents

Auto exposure CMOS image sensor having auto exposure control function Download PDF

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Abstract

이미지 센서가 개시된다. 이미지 센서는 빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 포토 다이오드, 투과되는 빛의 양을 전기장에 따라 조절하는 광 필터를 포함하고, 포토 다이오드로부터 출력된 전하가 플로팅 확산 노드로 이동하고, 플로팅 확산 노드로 모인 전하가 광 필터의 투과량을 제어하여 상기 포토 다이오드로 입력되는 빛의 량을 조절할 수 있다. 본 발명에 따른 이미지 센서는 이미지 센서로 입사되는 빛의 세기가 강하더라도 광 필터가 투광량을 조절하여 화상의 밝은 영역에서의 화면 번짐 현상을 억제할 수 있다.An image sensor is disclosed. The image sensor includes a photodiode that converts light energy into an electrical signal, an optical filter that adjusts the amount of transmitted light according to the electric field, and charges output from the photodiode move to the floating diffusion node and into the floating diffusion node. Charges collected may control the amount of light input to the photodiode by controlling the transmission amount of the optical filter. The image sensor according to the present invention can suppress the screen bleeding phenomenon in a bright area of the image by adjusting the amount of light emitted by the optical filter even if the intensity of light incident on the image sensor is strong.

광 필터, 이미지 센서, 시모스Optical Filters, Image Sensors, CMOS

Description

자동 노출 조절 기능을 갖는 시모스 이미지 센서{Auto exposure CMOS image sensor having auto exposure control function}MOS image sensor with automatic exposure control {Auto exposure CMOS image sensor having auto exposure control function}

도 1은 일반적인 이미지 센서의 단위 화소도 이다. 1 is a unit pixel diagram of a general image sensor.

도 2는 본 발명에 따른 이미지 센서의 단위 화소도 이다.2 is a unit pixel diagram of an image sensor according to the present invention.

본 발명은 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서에 관한 것으로, 구체적으로는, 상보 금속-산화물-반도체(complementary metal oxide-semiconductor;CMOS) 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor having a photodiode, and more particularly, to a complementary metal oxide-semiconductor (CMOS) image sensor.

공지된 바와 같이, 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode)는 시모스(CMOS) 공정으로 제작되는 이미지 센서(이하, CMOS 이미지 센서) 또는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서가 외부로부터 빛을 감지하여 광전하를 생성 및 집적시키는데 이용된다. 이러한 핀드 포토 다이오드는 기판 내부에 매립된 PNP(또는 NPN) 접합 구조를 가지고 있으므로, 베리드(buried) 포토 다이오드라고 불리운다. As is well known, a pinned photo diode is an image sensor (hereinafter referred to as a CMOS image sensor) or a charge coupled device (CCD) image sensor manufactured by a CMOS process to detect light from the outside, thereby Used to create and integrate. The pinned photodiode has a PNP (or NPN) junction structure embedded in the substrate, and thus is called a buried photodiode.

일반적으로 고체 촬상 소자(solid state device)로서 사용되는 전하 결합 소자 (charge coupled device; CCD)는 화질 및 집적도에서 우수한 특성을 나타낸다. 하지만, 최근, 신호를 처리하기 위한 칩(signal processing chip) 및 이미지 센서 칩(image sensor chip)이 단일의 집적 회로(monolithic integrated circuit)에 형성되는 추세이다. 잘 알려진 바와 같이, 신호를 처리하기 위한 회로 블록들은 CCD와 함께 단일의 집적 회로 상에 집적될 수 없다. 이를 해결하기 위해, 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor) 또는 모오스 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor transistor; MOS transistor)를 이용하여 고체 촬상 소자를 형성한다. 그러한 트랜지스터들을 이용하여 광학적 화상(즉, 빛 에너지)을 광전 변환 기능에 의한 전기적 신호 (또는, 전기적인 영상 신호)로 변환하는 소자로서 CMOS 이미지 센서(complementary metal-oxide-semiconductor image sensor)가 일반적으로 사용된다. In general, a charge coupled device (CCD), which is used as a solid state device, exhibits excellent characteristics in image quality and density. Recently, however, a signal processing chip and an image sensor chip have been formed in a single integrated circuit. As is well known, circuit blocks for processing signals cannot be integrated on a single integrated circuit with a CCD. To solve this problem, a solid-state imaging device is formed using a bipolar transistor or a metal-oxide-semiconductor transistor (MOS transistor). Complementary metal-oxide-semiconductor image sensors are commonly used as devices for converting optical images (i.e. light energy) into electrical signals (or electrical image signals) by the photoelectric conversion function. Used.

또한, CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비하여 전력 소모가 적고, CCD 이미지 센서에 비하여 단순한 공정으로 형성되며, 신호 처리 회로와 원칩이 가능하므로, 차세대 이미지 센서로 각광을 받고 있다.In addition, the CMOS image sensor consumes less power than the CCD image sensor, is formed in a simpler process than the CCD image sensor, and can be used as a signal processing circuit and a one-chip.

하지만 종래의 이미지 센서는 이미지 센서의 화소 사이즈가 작아지고 동작 전압이 낮아짐에 따라 이미지 센서의 포화 값이 절대적으로 줄어들고 있다. 포토 다이오드에서 빛을 받아서 생겨난 전자는 빛의 세기가 클 경우 이웃 화소들로 범람하게 된다. 이 경우 한 화면에서 밝은 부분에서는 화상의 번짐 현상이 나타난다. 따라서 밝은 곳과 어두운 곳을 동시에 촬영할 경우 밝은 부분에서 화상이 제대로 나타나지 않게 된다. However, in the conventional image sensor, as the pixel size of the image sensor is smaller and the operating voltage is lowered, the saturation value of the image sensor is absolutely reduced. The electrons generated by the light from the photodiode overflow with neighboring pixels when the light intensity is high. In this case, blurring of the image appears in a bright part of one screen. Therefore, when shooting bright and dark places at the same time, the image will not appear properly in the bright areas.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 각 화소 레벨에서 빛의 세기에 따라서 입사하는 입사 광량을 조절하여 입사하는 빛의 세기가 강해도 화상 번짐 현상을 막는 기능을 갖는 이미지 센서를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an image sensor having a function of preventing an image bleeding phenomenon even when the intensity of incident light is strong by adjusting the amount of incident incident light according to the intensity of light at each pixel level.

상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 특징에 의하면, 이미지 센서는 빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 포토 다이오드, 포토 다이오드에 모인 전하를 저장하여 전위의 변화를 생기게 하기 위한 플로팅 확산 노드(FDN), 포토 다이오드로부터의 전하를 플로팅 확산 노드로 전달하는 전송 트랜지스터, 외부로부터 인가되는 리셋 신호에 응답하여 플로팅 확산 노드의 전압을 초기 전압으로 리셋 시키기 위한 리셋 트랜지스터, 포토 다이오드에 의해 변환된 플로팅 확산 노드의 전기적 신호의 전압 레벨을 감지하는 감지 트랜지스터, 외부로부터 인가되는 화소 선택 신호에 응답해서 플로팅 확산 노드로부터 전압 레벨에 상응하는 전류를 외부로 제공하기 위한 선택 트랜지스터, 전기장에 따라 빛의 양을 조절하는 광 필터를 포함한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, according to a feature of the present invention, the image sensor is a photodiode for converting light energy into an electrical signal, for storing the charge collected in the photodiode to cause a change in potential A floating diffusion node (FDN), a transfer transistor for transferring charge from the photodiode to the floating diffusion node, a reset transistor for resetting the voltage of the floating diffusion node to an initial voltage in response to a reset signal applied from the outside, and a photodiode A sensing transistor for sensing the voltage level of the electrical signal of the transformed floating diffusion node, a selection transistor for externally providing a current corresponding to the voltage level from the floating diffusion node in response to a pixel selection signal applied from outside, light according to the electric field Including an optical filter to adjust the amount of .

바람직하게는, 본 발명에 따른 이미지 센서의 광 필터는 플로팅 확산 노드의 전위를 이용하여 투광도가 제어된다.Preferably, the optical filter of the image sensor according to the invention is controlled for light transmittance using the potential of the floating diffusion node.

바람직하게는, 본 발명에 따른 이미지 센서의 광 필터는 플로팅 확산 노드에 연결되며, 포토 다이오드로 들어가는 빛의 양을 조절한다.Preferably, the optical filter of the image sensor according to the present invention is connected to a floating diffusion node and controls the amount of light entering the photodiode.

바람직하게는, 본 발명에 따른 이미지 센서의 플로팅 확산 노드와 접지전압 사이에는 전하를 저장할 수 있는 커패시터가 연결될 수 있다.Preferably, a capacitor capable of storing charge may be connected between the floating diffusion node and the ground voltage of the image sensor according to the present invention.

바람직하게는, 본 발명에 따른 이미지 센서는, 전송 트랜지스터의 드레인은 포토 다이오드에 연결되고, 소오스는 플로팅 확산 커패시터에 연결되고, 게이트는 외부 전송 신호 라인에 연결되며, 리셋 트랜지스터의 드레인은 전원전압에 연결되고, 소오스는 플로팅 확산 커패시터에 연결되고, 게이트는 외부 리셋 신호 라인에 연결되며, 감지 트랜지스터의 드레인은 전원전압에 연결되고, 소오스는 선택 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 게이트는 플로팅 확산 커패시터에 연결되며, 선택 트랜지스터의 드레인은 감지 트랜지스터의 소오스에 연결되고, 소오스는 출력 단자에 연결되고, 게이트는 외부 선택 신호 라인에 연결된다.Preferably, in the image sensor according to the present invention, the drain of the transfer transistor is connected to the photodiode, the source is connected to the floating diffusion capacitor, the gate is connected to the external transmission signal line, and the drain of the reset transistor is connected to the power supply voltage. Connected, the source is connected to a floating diffusion capacitor, the gate is connected to an external reset signal line, the drain of the sense transistor is connected to the supply voltage, the source is connected to the drain of the select transistor, and the gate is connected to the floating diffusion capacitor. The drain of the select transistor is connected to the source of the sense transistor, the source is connected to the output terminal, and the gate is connected to an external select signal line.

본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the advantages of the operability of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 1은 일반적인 이미지 센서의 단위 화소도 이다. 1 is a unit pixel diagram of a general image sensor.

도 1을 참조하면, 이미지 센서의 단위 화소(Pix; 100)는 1개의 포토 다이오드(PD), 4개의 트랜지스터로 구성된다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 포토 다이오드에는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스(또는 드레인)가 연결되고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(또는 소오스)에는 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스가 연결된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인과 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스 사이에 는 플로팅 확산 커패시터(Cfd)가 형성된다. 또한, 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 감지 트랜지스터(MD)의 게이트가 연결되고, 감지 트랜지스터(MD)의 소오스에는 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스 (또는 드레인)가 연결된다. 이때, 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 셀렉트 트랜지스터(Rx)의 드레인에는 전원 전압이 공급된다. 단위 화소(Pix) 외곽에는 감지 트랜지스터(MD)의 소오스(또는 드레인)에는 부하 트랜지스터(미도시)가 연결되고, 감지 트랜지스터(MD)의 소오스가 이미지 센서의 출력이 된다.Referring to FIG. 1, the unit pixel Pix 100 of the image sensor includes one photodiode PD and four transistors. In more detail, the source (or drain) of the transfer transistor Tx is connected to the photodiode, and the source of the reset transistor Rx is connected to the drain (or source) of the transfer transistor Tx. A floating diffusion capacitor Cfd is formed between the drain of the transfer transistor Tx and the source of the reset transistor Rx. In addition, a gate of the sensing transistor MD is connected to the source of the reset transistor Rx, and a source (or drain) of the select transistor Sx is connected to the source of the sensing transistor MD. At this time, a power supply voltage is supplied to the drain of the reset transistor Rx and the drain of the select transistor Rx. A load transistor (not shown) is connected to a source (or drain) of the sensing transistor MD outside the unit pixel Pix, and a source of the sensing transistor MD becomes an output of the image sensor.

하지만. 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 위치는 선택적으로 전원 전압과 감지 트랜지스터(MD) 사이에 연결되지 않고, 감지 트랜지스터(MD)를 지나 단위 화소(Pix) 외곽에 연결될 수 있다. 이때는 단위 화소(Pix) 외곽의 셀렉트 트랜지스터의 소오스(또는 드레인)에는 부하 트랜지스터(미도시)가 연결되고, 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스가 이미지 센서의 출력이 된다.However. The position of the select transistor Sx may not be selectively connected between the power supply voltage and the sensing transistor MD, but may be connected to the outside of the unit pixel Pix through the sensing transistor MD. In this case, a load transistor (not shown) is connected to the source (or drain) of the select transistor outside the unit pixel Pix, and the source of the select transistor Sx becomes the output of the image sensor.

도 1에 도시된 이미지 센서(100)의 동작 방법을 살펴보면, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 오프된 상태에서 리셋 신호가 리셋 트랜지스터(Rx)의 게이트로 입력되면, 리셋 트랜지스터(Rx)는 턴 온되고 플로팅 확산 커패시터는 전원전압(VDD)로 프리차지 된다. 그리고, 리셋 트랜지스터(Rx)가 다시 턴 오프된다. 포토다이오드(PD)는 입력된 빛의 세기에 따라 전하를 발생시킨다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴 온되면, 포토 다이오드(PD)의 전하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 거쳐 플로팅 확산 커패시터(Cfd)가 있는 플로팅 확산 노드(FDN)로 출력된다. 플로팅 확산 노드는 입력된 전하로 인해 리셋 상태인 전원 전압(VDD) 레 벨에서 입력된 전하로 인해 이보다 낮은 레벨의 전압으로 떨어지게 된다. Referring to the operation method of the image sensor 100 illustrated in FIG. 1, when the reset signal is input to the gate of the reset transistor Rx while the transfer transistor Tx and the select transistor Sx are turned off, the reset transistor ( Rx) is turned on and the floating diffusion capacitor is precharged to the supply voltage VDD. The reset transistor Rx is turned off again. The photodiode PD generates charges according to the intensity of the input light. When the transfer transistor Tx is turned on, the charge of the photodiode PD is output to the floating diffusion node FDN having the floating diffusion capacitor Cfd via the transfer transistor Tx. The floating diffusion node drops to a lower level due to the charge input at the supply voltage (VDD) level in the reset state due to the input charge.

포토 다이오드(PD)에 입력된 빛의 세기가 약하면, 플로팅 확산 노드로 입력된 전하가 작기 때문에 전압이 작게 떨어지며, 입력되는 빛의 세기가 강하면 플로팅 확산 노드로 입력되는 전하가 많아 전압이 크게 떨어진다. When the intensity of light input to the photodiode PD is weak, the voltage decreases because the charge input to the floating diffusion node is small, and when the intensity of the input light is strong, the voltage is greatly decreased because a large amount of charge is input to the floating diffusion node.

외부에서 특정 이미지 센서의 화소를 선택하면, 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 온되고, 플로팅 확산 노드의 전압은 감지 트랜지스터(MD)를 통해 외부로 출력되어 화상 신호로 판독된다.When a pixel of a specific image sensor is externally selected, the select transistor Sx is turned on, and the voltage of the floating diffusion node is output to the outside through the sense transistor MD and read as an image signal.

하지만, 이미지 센서의 화소 사이즈가 작아지고 있고, 이미지 센서를 동작시키는 전압 또한 낮아지고 있다. 따라서, 빛의 세기가 클 경우 포토 다이오드의 전자들은 포화되어 이웃 화소들로 범람할 수 있다. 이 경우, 한 화면에서 밝은 부분을 촬영하게 되면 화상의 번짐 현상이 일어나게 된다. 결국, 밝은 곳과 어두운 곳을 동시에 촬영을 할 경우 밝은 부분에서의 화상이 정확하게 표현되지 못하는 문제가 있다.However, the pixel size of the image sensor is decreasing, and the voltage for operating the image sensor is also decreasing. Therefore, when the light intensity is large, electrons of the photodiode may saturate and flood the neighboring pixels. In this case, when a bright part is taken on one screen, blurring of the image occurs. As a result, when shooting a bright place and a dark place at the same time there is a problem that the image in the bright part is not accurately represented.

도 2는 본 발명에 따른 이미지 센서의 단위 화소도 이다.2 is a unit pixel diagram of an image sensor according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이미지 센서의 단위 화소(200)는 빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 포토 다이오드(PD), 포토 다이오드로부터 발생된 전하를 플로팅 확산 노드로 전달하는 게이트의 역할을 하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 외부로부터 인가되는 리셋 신호에 응답하여 플로팅 확산 노드의 전압을 초기 전압으로 리셋 시키기 위한 리셋 트랜지스터(Rx), 포토 다이오드에서의 전하로 인해 변환된 전기적인 신호의 전압 레벨을 감지하는 감지 트랜지스터(MD), 외부에서 인가되는 화소 선택 신호에 응답하여 플로팅 확산 노드의 전압을 외부로 출력하기 위한 선택 트랜지스터(Sx), 플로팅 확산 노드의 전하를 일시 저장하기 위한 커패시터(Cfd) 및 플로팅 확산 노드의 전기장에 따라 빛의 양을 조절하는 광 필터(202)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the unit pixel 200 of the image sensor according to the present invention serves as a photo diode (PD) for converting light energy into an electrical signal, and a gate for transferring charge generated from the photo diode to a floating diffusion node. The transfer transistor Tx, the reset transistor Rx for resetting the voltage of the floating diffusion node to the initial voltage in response to a reset signal applied from the outside, and the voltage level of the converted electrical signal due to the charge in the photodiode. A sensing transistor (MD) for sensing a voltage, a selection transistor (Sx) for outputting the voltage of the floating diffusion node to the outside in response to an externally selected pixel selection signal, and a capacitor (Cfd) for temporarily storing the charge of the floating diffusion node. And an optical filter 202 that adjusts the amount of light in accordance with the electric field of the floating diffusion node.

포토 다이오드에는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 소오스(또는 드레인)가 연결되고, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인(또는 소오스)에는 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스가 연결된다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인과 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스 사이에는 플로팅 확산 커패시터(Cfd)가 형성된다. 또한, 리셋 트랜지스터(Rx)의 소오스에는 감지 트랜지스터(MD)의 게이트가 연결되고, 감지 트랜지스터(MD)의 소오스에는 셀렉트 트랜지스터(Sx)의 소오스 (또는 드레인)가 연결된다. 이때, 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 셀렉트 트랜지스터(Rx)의 드레인에는 전원 전압이 공급된다. 단위 화소(Pix) 외곽에는 감지 트랜지스터(MD)의 소오스(또는 드레인)에는 부하 트랜지스터(미도시)가 연결되고, 감지 트랜지스터(MD)의 소오스가 이미지 센서의 출력이 된다. A source (or drain) of the transfer transistor Tx is connected to the photodiode, and a source of the reset transistor Rx is connected to the drain (or source) of the transfer transistor Tx. A floating diffusion capacitor Cfd is formed between the drain of the transfer transistor Tx and the source of the reset transistor Rx. In addition, a gate of the sensing transistor MD is connected to the source of the reset transistor Rx, and a source (or drain) of the select transistor Sx is connected to the source of the sensing transistor MD. At this time, a power supply voltage is supplied to the drain of the reset transistor Rx and the drain of the select transistor Rx. A load transistor (not shown) is connected to a source (or drain) of the sensing transistor MD outside the unit pixel Pix, and a source of the sensing transistor MD becomes an output of the image sensor.

또한, 입사량을 조절하는 광 필터는 포토 다이오드(PD) 위에 설치되어, 플로팅 확산 커패시터(Cfd)로부터 전압 신호를 입력받고, 입사량을 조절한다.In addition, an optical filter for adjusting the incident amount is installed on the photodiode PD, receives a voltage signal from the floating diffusion capacitor Cfd, and adjusts the incident amount.

도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 이미지 센서 화소의 동작을 살펴본다. 2, the operation of the image sensor pixel according to the present invention will be described.

먼저, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)와 셀렉트 트랜지스터(Sx)가 턴 오프된 상태에서 리셋 신호가 리셋 트랜지스터(Rx)의 게이트로 입력되면, 리셋 트랜지스터(Rx)는 턴 온되고 플로팅 확산 커패시터는 전원전압(VDD)로 프리차지 된다. 그리고, 리셋 트랜지스터(Rx)가 다시 턴 오프된다. 포토다이오드(PD)는 입력된 빛의 세기에 따라 전하를 발생시킨다. 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)가 턴 온되면, 포토 다이오드(PD)의 전하는 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 거쳐 플로팅 확산 커패시터(Cfd)가 있는 플로팅 확산 노드로 출력된다. 플로팅 확산 노드는 입력된 전하로 인해 리셋 상태인 전원 전압(VDD) 레벨에서 입력된 전하로 인해 이보다 낮은 레벨의 전압으로 떨어지게 된다. First, when the reset signal is input to the gate of the reset transistor Rx while the transfer transistor Tx and the select transistor Sx are turned off, the reset transistor Rx is turned on and the floating diffusion capacitor is supplied with the power supply voltage VDD. ) Is precharged. The reset transistor Rx is turned off again. The photodiode PD generates charges according to the intensity of the input light. When the transfer transistor Tx is turned on, the charge of the photodiode PD is output to the floating diffusion node having the floating diffusion capacitor Cfd via the transfer transistor Tx. The floating diffusion node drops to a lower level voltage due to the input charge at the power supply voltage VDD level in the reset state due to the input charge.

이때 각 화소에 설치된 광 필터(202)는 플로팅 확산 노드의 전위 변화에 따라 반응하여 투과되는 빛의 량을 조절하게 된다. 즉, 밝은 빛이 포토 다이오드(PD)에 들어오게 되면, 포토 다이오드의 전자가 많이 모이며, 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 통하여 플로팅 확산 노드로 이동되어 플로팅 확산 노드의 전위(potential)를 낮아지게 한다. 이 전위의 변화는 광 필터(202)에 전달된다. 플로팅 확산 노드의 전위 변화에 따라 투광도가 다른 광 필터(202)는 포토 다이오드(PD)로 들어가는 빛의 양을 조절한다. 따라서, 플로팅 확산 노드의 전위 차의 변화가 크면 포토 다이오드로 들어가는 빛의 양을 줄여 준다. 이로 인해, 촬영되는 화면에서 밝은 부분에서의 전하 포화 현상으로 인한 화면 번짐이 억제되게 된다.In this case, the optical filter 202 installed in each pixel reacts with the potential change of the floating diffusion node to adjust the amount of transmitted light. That is, when bright light enters the photodiode PD, a large number of electrons of the photodiode gather and move to the floating diffusion node through the transfer transistor Tx to lower the potential of the floating diffusion node. This change in potential is transmitted to the optical filter 202. According to the potential change of the floating diffusion node, the optical filter 202 having different transmittances adjusts the amount of light entering the photodiode PD. Therefore, a large change in the potential difference of the floating diffusion node reduces the amount of light entering the photodiode. As a result, screen bleeding due to charge saturation in a bright portion of the screen to be photographed is suppressed.

또한, 광 필터(202)에서 투과 량을 조절하는 량은 플로팅 확산 노드의 전위를 이용하기 때문에, 포토 다이오드에 투과되는 빛의 량에 따라 조절되는 량도 비례하여 달라진다.In addition, since the amount of adjusting the amount of transmission in the optical filter 202 uses the potential of the floating diffusion node, the amount adjusted in proportion to the amount of light transmitted through the photodiode also varies.

따라서, 디지털 캠코더 등의 장치에서 각 프레임이 1/30 초 단위로 촬영되는 경우를 가정하면, 빛의 세기가 강한 화면을 촬영하는 첫 프레임의 경우 포토 다이오드(PD)에서 전하가 너무 많이 모여 플로팅 확산 노드에서 과포화상태가 되더라도, 다음 프레임에서는 광 필터(202)의 투과 량 조절에 의해 과포화상태를 방지할 수 있다. Therefore, assuming that each frame is photographed by 1/30 seconds in a device such as a digital camcorder, in the first frame for photographing a screen with strong light intensity, too much charge is gathered from the photodiode (PD) to float and spread. Even in the supersaturated state at the node, the supersaturated state can be prevented by adjusting the amount of transmission of the optical filter 202 in the next frame.

광 필터는 각각의 화소에 설치되기 때문에 투과되는 빛의 양이 강한 부분에서만 투과 량을 조절하기 때문에, 밝은 곳과 어두운 곳을 동시에 촬영하는 경우에도 밝은 곳과 어두운 곳 모두에서 화면 번짐 없이 깨끗한 촬영 화면을 얻을 수 있게 된다.Since the optical filter is installed in each pixel, the amount of light transmitted is controlled only at the strongest part, so that even when shooting bright and dark at the same time, the screen is clean without blurring in both bright and dark areas. You will get

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명에 따른 이미지 센서에 따르면, 이미지 센서의 화소로 입사하는 빛의 세기가 커질수록 플로팅 확산 노드의 전위의 변화가 크게 되며, 이 전위의 변화에 따라 광 필터가 투과되는 빛의 량을 줄이게 된다. 따라서, 과포화 되는 화소들의 입사 량이 줄어들어 촬영되는 화상에서 밝은 영역에서 발생되는 화면 번짐 현상이 억제된다.According to the image sensor according to the present invention, as the intensity of light incident on the pixel of the image sensor increases, the change of the potential of the floating diffusion node increases, and according to the change of the potential, the amount of light transmitted through the optical filter is reduced. . Therefore, the incident amount of the supersaturated pixels is reduced, so that screen bleeding occurring in a bright area in the image to be captured is suppressed.

Claims (7)

빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 포토 다이오드;Photodiodes for converting light energy into electrical signals; 상기 포토 다이오드에 모인 전하를 저장하여 전위의 변화를 생기게 하기 위한 플로팅 확산 노드;A floating diffusion node for storing charges collected in the photodiode to cause a change in potential; 상기 포토 다이오드로부터의 전하를 상기 플로팅 확산 노드로 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터;A transfer transistor for transferring charge from the photodiode to the floating diffusion node; 외부로부터 인가되는 리셋 신호에 응답하여 상기 플로팅 확산 노드의 전압을 초기 전압으로 리셋 시키기 위한 리셋 트랜지스터;A reset transistor for resetting the voltage of the floating diffusion node to an initial voltage in response to a reset signal applied from the outside; 상기 포토 다이오드에 의해 변환된 상기 플로팅 확산 노드의 전기적 신호의 전압 레벨을 감지하는 감지 트랜지스터;A sensing transistor for sensing a voltage level of an electrical signal of the floating diffusion node converted by the photodiode; 외부로부터 인가되는 화소 선택 신호에 응답해서 플로팅 확산 노드로부터 상기 전압 레벨에 상응하는 전류를 외부로 제공하기 위한 셀렉트 트랜지스터;A select transistor for externally providing a current corresponding to the voltage level from a floating diffusion node in response to a pixel selection signal applied from the outside; 상기 포토 다이오드에 들어가는 빛의 양을 전기장에 따라 조절하는 광 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.And an optical filter for adjusting the amount of light entering the photodiode according to an electric field. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광 필터는 플로팅 확산 노드의 전위를 이용하여 투광도를 제어하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.And the optical filter controls the light transmittance using the potential of the floating diffusion node. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 광 필터는 상기 플로팅 확산 노드에 연결되며, 상기 포토 다이오드로 들어가는 빛의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.And the optical filter is connected to the floating diffusion node and adjusts the amount of light entering the photodiode. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 플로팅 확산 노드와 접지 전원 사이에는 전하를 저장할 수 있는 커패시터가 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.And a capacitor capable of storing charge is connected between the floating diffusion node and a ground power source. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 트랜스퍼 트랜지스터의 드레인은 상기 포토 다이오드에 연결되고, 소오스는 상기 플로팅 확산 노드에 연결되고, 게이트는 외부 전송 신호 라인에 연결되며, A drain of the transfer transistor is connected to the photodiode, a source is connected to the floating diffusion node, a gate is connected to an external transmission signal line, 상기 리셋 트랜지스터의 드레인은 전원전압에 연결되고, 소오스는 상기 플로팅 확산 노드에 연결되고, 게이트는 외부 리셋 신호 라인에 연결되며, A drain of the reset transistor is connected to a power supply voltage, a source is connected to the floating diffusion node, a gate is connected to an external reset signal line, 상기 감지 트랜지스터의 드레인은 상기 전원전압에 연결되고, 소오스는 상기 셀렉트 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 게이트는 상기 플로팅 확산 노드에 연결되며,A drain of the sense transistor is connected to the power supply voltage, a source is connected to a drain of the select transistor, a gate is connected to the floating diffusion node, 상기 셀렉트 트랜지스터의 드레인은 상기 감지 트랜지스터의 소오스에 연결되고, 소오스는 출력 단자에 연결되고, 게이트는 외부 선택 신호 라인에 연결되며,A drain of the select transistor is connected to a source of the sense transistor, a source is connected to an output terminal, a gate is connected to an external select signal line, 상기 광필터는 상기 플로팅 확산 노드와 접지전원 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.And the optical filter is connected between the floating diffusion node and a ground power source. 빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 시모스 이미지 센서에 있어서, In the CMOS image sensor that converts light energy into an electrical signal, 빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 포토 다이오드; 및Photodiodes for converting light energy into electrical signals; And 투과되는 빛의 양을 전기장에 따라 조절하는 광 필터를 포함하고, An optical filter for adjusting the amount of light transmitted according to the electric field, 포토 다이오드로부터 출력된 전하가 플로팅 확산 노드로 이동하고, 플로팅 확산 노드로 모인 전하가 광 필터의 투과 량을 제어하여 상기 포토 다이오드로 입력되는 빛의 량을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.And a charge output from the photodiode is moved to the floating diffusion node, and charges collected at the floating diffusion node control the amount of light transmitted to the photodiode to adjust the amount of light input to the photodiode. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 시모스 이미지 센서는,The CMOS image sensor, 상기 포토 다이오드로부터의 전하를 플로팅 확산 노드로 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터;A transfer transistor for transferring charge from the photodiode to a floating diffusion node; 소오스는 상기 플로팅 확산 노드에 연결되고 드레인은 전원 전압에 연결되며 게이트는 외부로부터 인가되는 리셋 신호에 연결되고, 상기 플로팅 확산 노드에 저장된 전하를 리셋 시키기 위한 리셋 트랜지스터;A reset transistor for resetting charge stored in the floating diffusion node, a source connected to the floating diffusion node, a drain connected to a power supply voltage, and a gate connected to a reset signal applied from the outside; 상기 포토 다이오드에 의해 변환된 상기 전기적인 신호의 전압 레벨을 감지하는 감지 트랜지스터;A sense transistor for sensing the voltage level of the electrical signal converted by the photodiode; 외부로부터 인가되는 선택 신호에 응답해서 상기 감지 트랜지스터를 통해서 전달되는 상기 전압 레벨에 상응하는 전류를 제공하기 위한 셀렉트 트랜지스터; 및 A select transistor for providing a current corresponding to the voltage level delivered through the sense transistor in response to a selection signal applied from the outside; And 상기 플로팅 확산 노드의 전하를 저장하는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.And a capacitor for storing the charge of the floating diffusion node.
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