KR100674925B1 - 허니콤 구조의 능동 픽셀 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 허니콤 구조의 능동 픽셀 센서에 대하여 개시된다. 본 발명의 능동 픽셀 센서는 3개의 픽셀들로 구성된 단위 픽셀을 복수개 포함한다. 단위 픽셀 각각은 3개의 육각형 구조의 포토 다이오드들과 3개의 픽셀들에 공유되는 플로팅 디퓨젼과 포토 다이오드들 각각과 플로팅 디퓨젼 사이에 배치되는 제1 내지 제3 전송 트랜지스터들과 플로팅 디퓨젼과 연결되는 리셋 트랜지스터와, 그리고 플로팅 디퓨젼과 직렬 연결되는 선택 트랜지스터와 증폭 트랜지스터를 포함한다. 본 발명의 능동 픽셀 센서에 의하면, 육각형 포토 다이오드를 채용하여 필 펙터를 증가시키고 픽셀 피치를 줄임에 따라 영상 신호를 선명하게 디스플레이 한다.
능동 픽셀 센서, 허니콤, 육각형 포토 다이오드, 색 필터 어레이, 픽셀 독출 순서

Description

허니콤 구조의 능동 픽셀 센서{Active pixel sensor of honeycomb structure}
도 1은 전형적인 능동 픽셀 센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 플로팅 디퓨젼을 공유하는 능동 픽셀 센서의 단위 픽셀을 나타내는 회로 다이어그램이다.
도 3은 도 2의 단위 픽셀의 새로운 아키텍쳐를 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2의 단위 픽셀의 유형들을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 육각형 포토 다이오드 상부에 놓여지는 마이크로 렌즈를 설명하는 도면이다.
도 6은 일반적인 사각형 포토 다이오드 상부에 놓여지는 마이크로 렌즈를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 단위 픽셀 어레이에서 픽셀 피치(pitch)를 설명하는 도면이다.
도 8은 일반적인 사각형 포토 다이오드르 갖는 픽셀 어레이에서 픽셀 피치를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 색 필터 어레이 배치를 설명하는 도면이다.
도 10은 일반적인 베이어(Bayer) 색 어레이 배치를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 4a 및 도 4b에서 설명된 단위 픽셀들이 배열된 픽셀 어레이를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11의 픽셀 어레이의 독출 동작을 위한 타이밍 다이어그램이다.
본 발명은 광학 이미지 센서에 관한 것으로, 특히, 허니콤(honeycomb) 구조의 능동 픽셀 센서에 관한 것이다.
CMOS로 제조된 비쥬얼 이미징 시스템(visual imaging system)은 전통적인 CCD 이미저들과 비교하여 비용(cost)이나 전력(power)을 상당히 감소시키는 것으로 인정받고 있다. 비디오 또는 정지 화상을 생성하기 위하여 CCD 센서들에 대체되는 다양한 기술들이 개발되고 있다. 다양한 기술 스킴(scheme)들은 각 픽셀에서 또는 지원 회로(support circuit)에서 신호 증폭을 수행하는 가 여부에 따라 크게 수동 픽셀(passive pixel)과 능동 픽셀(active pixel)로 구분된다. 수동 픽셀 센서들은 픽셀이 단순하고 광학 필 펙터(optical fill factor)가 큰 이점이 있다. 능동 픽셀 센서들은 신호 전달과 감도를 증대시키기 위해 각 픽셀에 증폭부(amplifier)를 포함하는 데, 그 결과로 광학 필 펙터가 낮아지는 결과를 초래한다.
도 1은 전형적인 능동 픽셀 센서를 나타내는 도면이다. 이를 참조하면, 각 픽셀(100)은 포토 다이오드(101), 전송 트랜지스터(102), 플로팅 디퓨젼(floating diffusion, FD), 리셋 트랜지스터(103), 증폭 트랜지스터(104), 그리고 로우 선택 트랜지스터(105)로 구성된다. 이러한 구성 요소들을 하나의 픽셀(100)에 포함시킴에 따라 필 펙터가 떨어진다.
그러므로, 능동 픽셀 센서의 필 펙터를 증가시킬 수 있는 픽셀 아키텍쳐의 존재가 요구된다.
본 발명은 허니콤 구조의 포토 다이오드를 갖고 3개의 플로팅 디퓨젼을 공유하는 능동 픽셀 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 능동 픽셀 센서의 색 필터 어레이를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 능동 픽셀 센서의 독출 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일예에 따른 능동 픽셀 센서는 3개의 픽셀들로 구성된 단위 픽셀을 복수개 구비하고, 단위 픽셀 각각은 3개의 육각형 구조의 포토 다이오드들; 3개의 픽셀들에 공유되는 플로팅 디퓨젼; 포토 다이오드들 각각과 플로팅 디퓨젼 사이에 배치되는 제1 내지 제3 전송 트랜지스터들; 플로팅 디퓨젼과 연결되는 리셋 트랜지스터; 및 플로팅 디퓨젼과 직렬 연결되는 선택 트랜지스터와 증폭 트랜지스터를 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 예에 따른 허니콤 구조의 포토 다이오드를 갖는 능동 픽셀 센서는 육각형 구조의 포토 다이오드 위에 색 필터를 놓되, 제2행의 하나의 포토 다이오드 위에 제1 색 필터를 놓고, 제2행의 제1 색 필터와 인접한 제1행의 포토 다이오드들 위에 제2 색 필터와 제3 색 필터를 놓고, 제2행의 제1 색 필터 좌우의 포토 다이오드들 위에 제3 색 필터와 제2 색 필터를 놓고, 제2행의 제1 색 필터와 인접한 제3행의 포토 다이오드들 위에 제2 색 필터와 제3 색 필터를 놓는다. 제1 색 필터는 청색 필터이고, 상기 제2 색 필터는 적색 필터이고, 상기 제3 색 필터는 녹색 필터인 것이 바람직하다.
상기 또다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 능동 픽셀 센서의 독출 방법에 있어서, 3개의 픽셀들로 구성된 단위 픽셀들이 행들과 영들로 배치되고, 단위 픽셀 각각은 3개의 상기 육각형 구조의 포토 다이오드들과, 3개의 픽셀들에 공유되는 플로팅 디퓨젼; 포토 다이오드들 각각과 플로팅 디퓨젼 사이에 배치되는 제1 내지 제3 전송 트랜지스터들; 및 플로팅 디퓨젼과 연결되는 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터 및 증폭 트랜지스터를 구비하고, 제1 단위 픽셀은 제1 플로팅 디퓨젼의 상단 좌우에 제1 픽셀의 포토 다이오드와 제2 픽셀의 포토 다이오드가 인접하게 배열되고 플로팅 디퓨젼의 하단에 제3 픽셀의 상기 포토 다이오드가 배열되고, 제2 단위 픽셀은 제2 플로팅 디퓨젼의 상단에 제4 픽셀의 포토 다이오드가 배열되고 플로팅 디퓨젼의 하단 좌우에 제5 픽셀의 포토 다이오드와 제6 픽셀의 포토 다이오드가 인접하게 배열되고 제1 단위 픽셀과 제2 단위 픽셀이 인접하게 배치되어 허니콤 구조를 이룬다. 능동 픽셀 센서의 독출 방법은 제1 픽셀 - 제2 픽셀- 제3 픽셀 - 제4 픽셀 - 제5 픽셀 - 제6 픽셀 순으로 독출된다.
따라서, 본 발명의 능동 픽셀 센서에 의하면, 육각형 포토 다이오드를 채용 하여 필 펙터를 증가시키고 픽셀 피치를 줄임에 따라 영상 신호를 선명하게 디스플레이 한다. 또한 각 행마다 균일하게 청색 필터, 녹색 필터 및 적색 필터가 배열된 색 어레이 필터를 사용하여 영상 패턴 신호의 노이즈를 줄인다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 플로팅 디퓨젼을 공유하는 능동 픽셀 센서의 단위 픽셀을 나타내는 회로 다이어그램이다. 이를 참조하면, 단위 픽셀(200)은 3개의 픽셀들(210, 220, 230)로 구성되고, 제1 내지 제3 포토 다이오드들(201, 202, 203), 제1 내지 제3 전송 트랜지스터들(204, 205, 206), 리셋 트랜지스터(207), 선택 트랜지스터(208), 그리고 증폭 트랜지스터(209)를 포함한다.
도 3은 도 2와 연계된 단위 픽셀(200)의 새로운 아키텍쳐를 보여주는 도면이다. 이를 참조하면, 제1 내지 제3 포토 다이오드들(201, 202, 203)은 육각형의 형상을 갖는다. 플로팅 디퓨젼(FD)은 인접한 제1 픽셀(210), 제2 픽셀(220), 그리고 제3 픽셀(230)에 공유된다. 리셋 트랜지스터(207), 선택 트랜지스터(208), 그리고 증폭 트랜지스터(209)들도 제1 픽셀(210), 제2 픽셀(220), 그리고 제3 픽셀(230)에 공유된다. 인접한 제1 내지 제3 픽셀들(210, 220, 230)의 이미지 신호 분리는 제1 내지 제3 전송 트랜지스터들(204, 205, 206)에 의해 수행된다.
도 4a 및 도 4b는 단위 픽셀의 어레이 유형들을 설명하는 도면이다. 도 4a의 제1 유형의 단위 픽셀 어레이는 플로팅 디퓨젼(FD)의 상단 좌우에 제1 픽셀(1)과 제2 픽셀(2)이 인접하게 배열되고 플로팅 디퓨젼(FD) 하단에 제3 픽셀(3)이 배열된다. 도 4b의 제2 유형의 단위 픽셀 어레이는 플로팅 디퓨젼(FD)의 상단에 제4 픽셀(4)이 배열되고 플로팅 디퓨젼(FD)의 하단 좌우에 제5 픽셀(5)과 제6 픽셀(6)이 인접하게 배열된다.
도 5는 육각형의 포토 다이오드 상부에 놓여지는 마이크로 렌즈를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 육각형 포토 다이오드(501) 면적에 마이크로 렌즈(502)가 거의 꽉차게 얹혀져 데드 스페이스(dead space, 503)가 작은 것을 볼 수 있다. 이에 대한 비교예로서, 도 6의 사각형 포토 다이오드(601) 상부에 놓여지는 마이크로 렌즈(602)를 살펴보면, 데드 스페이스(603)가 큰 것을 볼 수 있다. 육각형 포토 다이오드(501)의 면적과 사각형 포토 다이오드(601)의 면적이 동일하다고 가정하면, 육각형 포토 다이오드(501)의 데드 스페이스는 13.5%를 나타내고 사각형 포토 다이오드(601)의 데드 스페이스는 21.5%를 나타낸다. 즉, 육각형 포토 다이오드(501)의 데드 스페이스가 사각형 포토 다이오드(601)의 데드 스페이스 보다 8% 감소하는 것을 알 수 있다.
따라서, 물체로부터의 빛은 촬상 렌즈(lens) 광학계에 따라서 집광된 뒤에 마이크로 렌즈에 의해 집광되어 포토 다이오드에 결상되는 데, 육각형 포토 다이오드가 필 펙터가 커짐을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 단위 픽셀 어레이에서 픽셀 피치(pitch)를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 한변의 길이가 R이라고 했을 때 정육각형 포토 다이오드의 면적은
Figure 112004057577098-pat00001
로 계산된다. 그리고, 정육각형 포토 다이오드를 갖는 픽셀의 피치는
Figure 112004057577098-pat00002
로 계산된다. 한편, 정사각형 포토 다이오드를 갖는 픽셀의 피치를 계산해 보면, 도 8에 도시된 바와 같이, 한변의 길이를 X라고 했을 때 픽셀 피치는 X로 계산된다.
동일한 면적의 정육각형 포토 다이오드와 정사각형 포토 다이오드 각각의 픽셀 피치를 비교해 보면, 표 1과 같다.
포토 다이오드 면적 (um^2) 정사각형 포토 다이오드 픽셀 피치 정육각형 포토 다이오드 픽셀 피치 정육각형 한변의 길이
31.4 5.6 3.0 3.5
16 4 2.1 2.5
14.4 3.8 2.0 2.4
7.8 2.8 1.5 1.7
표 1에서 볼 수 있듯이, 동일한 포토 다이오드 면적에 대하여 정육각형 포토 다이오드의 픽셀 피치가 정사각형 포토 다이오드의 픽셀 피치 보다 작은 것을 볼 수 있다. 이는 영상 신호, 특히 줄무늬 패턴의 영상 신호를 디스플레이하는 데 있어서 정육각형 포토 다이오드를 갖는 픽셀이 보다 선명하게 디스플레이 할 수 있다는 것을 의미한다.
도 9는 본 발명의 색 필터 어레이 배치를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 색 필터 어레이(900)는 제2행의 청색 필터(906)를 기준으로, 제1행에 적색 필 터(901)와 녹색 필터(902)가 인접하여 배치되고 제2행에 녹색 필터(905)와 적색 필터(907)가 좌우에 배치되고 제3행에 적색 필터(910)와 녹색 필터(911)가 인접하여 배치된다. 즉, 청색 필터(906)에 인접하여 3개의 적색 필터들(901, 907, 910)과 3개의 녹색 필터들(902, 905, 911)이 배치된다.
제2행의 적색 필터(907)를 기준으로, 제1행에 녹색 필터(902)와 청색 필터(903)가 인접하여 배치되고 제2행에 청색 필터(906)와 녹색 필터(908)가 좌우에 배치되고 제3행에 녹색 필터(911)와 청색 필터(912)가 인접하여 배치된다. 즉, 적색 필터(907)에 인접하여 3개의 녹색 필터들(902, 908, 911)과 3개의 청색 필터들(903, 906, 912)이 배치된다.
제2행의 녹색 필터(908)를 기준으로, 제1행에 청색 필터(903)와 적색 필터(904)가 인접하여 배치되고 제2행에 적색 필터(907)와 청색 필터(909)가 좌우에 배치되고 제3행에 청색 필터(912)와 적색 필터(913)가 인접하여 배치된다. 즉, 녹색 필터(908)에 인접하여 3개의 청색 필터들(903, 909, 912)과 3개의 적색 필터들(904, 907, 913)이 배치된다.
색 필터 어레이(900)는 각 행마다 청색 필터(B), 적색 필터(R), 그리고 녹색 필터(G)가 균일하게 배치되어 있는 것을 볼 수 있다. 이에 대한 비교예로서, 일반적인 베이어(Bayer) 색 어레이 배치가 도 10에 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 베이어 색 어레이는 일 사선 방향으로 녹색 필터들(G)이 배열되고, 녹색 필터들(G) 사이에 적색 필터(R) 또는 청색 필터(B)가 하나씩 끼워져 배치된다. 이러한 베이어 색 어레이(1000)는 홀수 행들에 녹색 필터(G)와 청색 필터(B) 만이, 짝수 행들에 적색 필터(R)와 녹색 필터(G) 만이 배치된다. 즉, 각 행들에 청색 필터(B), 적색 필터(R), 그리고 녹색 필터(G)가 균일하게 배치되어 있지 않음을 볼 수 있다. 이것은 영상 패턴 신호의 노이즈를 유발하는 요인이 되기도 한다.
도 11은 도 4a 및 도 4b에서 설명된 단위 픽셀들이 배열된 픽셀 어레이를 나타내는 도면이고, 도 12는 도 11의 픽셀 어레이의 독출 동작을 위한 타이밍 다이어그램이다. 도 11의 픽셀 어레이의 독출 순서는 1-2-3-4-5-6 픽셀 순으로 이루어진다. 이와 연계하여, 도 12의 타이밍 다이어그램을 참조하면, 제1 선택 신호(SEL1)가 인에이블되고, 제1 리셋 신호(RESET1)가 토글링되는 사이에 제1 전송 신호(PD1_TG), 제2 전송 신호(PD2_TG), 그리고 제3 전송 신호(PD3_TG)가 순차적으로 인에이블된다. 제1 리셋 신호(RESET1)의 첫번째 펄스에 의해 1,2,3 픽셀들이 리셋된 후, 제1 전송 신호(PD1_TG) 펄스에 의해 제1 픽셀(1)의 육각형 포토 다이오드에 저장된 광 전하들이 신호로 독출된다. 제1 리셋 신호(RESET1)의 두번째 펄스에 의해 1,2,3 픽셀들이 리셋된 후, 제2 전송 신호(PD2_TG) 펄스에 의해 제2 픽셀(2)의 육각형 포토 다이오드에 저장된 광 전하들이 신호로 독출된다. 그리고 제1 리셋 신호(RESET1)의 세번째 펄스에 의해 1,2,3 픽셀들이 리셋된 후, 제3 전송 신호(PD3_TG) 펄스에 의해 제3 픽셀(3)의 육각형 포토 다이오드에 저장된 광 전하들이 신호로 독출된다.
이 후, 제2 선택 신호(SEL2)가 인에이블되고, 제2 리셋 신호(RESET2)가 토글링되는 사이에 제4 전송 신호(PD4_TG), 제5 전송 신호(PD5_TG), 그리고 제6 전송 신호(PD6_TG)가 순차적으로 인에이블된다. 제2 리셋 신호(RESET2)의 첫번째 펄스에 의해 4,5,6 픽셀들이 리셋된 후, 제4 전송 신호(PD4_TG) 펄스에 의해 제4 픽셀(4)의 육각형 포토 다이오드에 저장된 광 전하들이 신호로 독출된다. 제2 리셋 신호(RESET2)의 두번째 펄스에 의해 4,5,6 픽셀들이 리셋된 후, 제5 전송 신호(PD5_TG) 펄스에 의해 제5 픽셀(5)의 육각형 포토 다이오드에 저장된 광 전하들이 신호로 독출된다. 그리고 제2 리셋 신호(RESET2)의 세번째 펄스에 의해 4,5,6 픽셀들이 리셋된 후, 제6 전송 신호(PD6_TG) 펄스에 의해 제6 픽셀(6)의 육각형 포토 다이오드에 저장된 광 전하들이 신호로 독출된다.
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.
상술한 본 발명의 능동 픽셀 센서에 의하면, 육각형 포토 다이오드를 채용하여 필 펙터를 증가시키고 픽셀 피치를 줄임에 따라 영상 신호를 선명하게 디스플레이 한다. 또한 각 행마다 균일하게 청색 필터, 녹색 필터 및 적색 필터가 배열된 색 어레이 필터를 사용하여 영상 패턴 신호의 노이즈를 줄인다.

Claims (16)

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  7. 허니콤 구조의 포토 다이오드를 갖는 능동 픽셀 센서에 있어서,
    육각형 구조의 상기 포토 다이오드 위에 색 필터를 놓되,
    제2행의 하나의 포토 다이오드 위에 제1 색 필터를 놓고,
    상기 제2행의 제1 색 필터와 인접한 제1행의 포토 다이오드들 위에 제2 색 필터와 제3 색 필터를 놓고,
    상기 제2행의 제1 색 필터 좌우의 포토 다이오드들 위에 제3 색 필터와 제2 색 필터를 놓고,
    상기 제2행의 제1 색 필터와 인접한 제3행의 포토 다이오드들 위에 제2 색 필터와 제3 색 필터를 놓는 것을 특징으로 하는 능동 픽셀 센서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 능동 픽셀 센서는
    상기 색 필터들 위에 상기 육각형의 포토 다이오드를 덮는 마이크로 렌즈들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 능동 픽셀 센서.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 색 필터는 청색 필터이고, 상기 제2 색 필터는 적색 필터이고, 상기 제3 색 필터는 녹색 필터인 것을 특징으로 하는 능동 픽셀 센서.
  10. 제7항에 있어서, 상기 능동 픽셀 센서는
    각 행들 마다 제1 색 필터, 제2 색 필터, 그리고 제3 색 필터가 균일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 능동 픽셀 센서.
  11. 제7항에 있어서, 상기 능동 픽셀 센서는
    3개의 픽셀들로 구성된 단위 픽셀들이 행들과 영들로 배치되고,
    상기 단위 픽셀 각각은
    3개의 상기 육각형 구조의 포토 다이오드들;
    상기 3개의 픽셀들에 공유되는 플로팅 디퓨젼;
    상기 포토 다이오드들 각각과 상기 플로팅 디퓨젼 사이에 배치되는 제1 내지 제3 전송 트랜지스터들; 및
    상기 플로팅 디퓨젼과 연결되는 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터 및 증폭 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 능동 픽셀 센서.
  12. 능동 픽셀 센서에 있어서,
    3개의 픽셀들로 구성된 단위 픽셀들이 행들과 영들로 배치되고,
    상기 단위 픽셀 각각은
    3개의 육각형 구조의 포토 다이오드들;
    상기 3개의 픽셀들에 공유되는 플로팅 디퓨젼;
    상기 포토 다이오드들 각각과 상기 플로팅 디퓨젼 사이에 배치되는 제1 내지 제3 전송 트랜지스터들; 및
    상기 플로팅 디퓨젼과 연결되는 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터 및 증폭 트랜지스터를 구비하고,
    상기 제1 단위 픽셀은
    제1 플로팅 디퓨젼의 상단 좌우에 제1 픽셀의 상기 포토 다이오드와 제2 픽셀의 상기 포토 다이오드가 인접하게 배열되고, 상기 제1 플로팅 디퓨젼의 하단에 제3 픽셀의 상기 포토 다이오드가 배열되고,
    상기 제2 단위 픽셀은
    제2 플로팅 디퓨젼의 상단에 제4 픽셀의 상기 포토 다이오드가 배열되고, 상기 제2 플로팅 디퓨젼의 하단 좌우에 제5 픽셀의 포토 다이오드와 제6 픽셀의 포토 다이오드가 인접하게 배열되고, 상기 제1 단위 픽셀과 상기 제2 단위 픽셀이 인접하게 배치되어 허니콤 구조를 이루며
    상기 제1 픽셀 - 상기 제2 픽셀- 상기 제3 픽셀 - 상기 제4 픽셀 - 상기 제5 픽셀 - 상기 제6 픽셀 순으로 독출되는 것을 특징으로 하는 능동 픽셀 센서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 능동 픽셀 센서는
    제2행의 하나의 상기 포토 다이오드 위에 제1 색 필터를 놓고,
    상기 제2행의 제1 색 필터와 인접한 제1행의 상기 포토 다이오드들 위에 제2 색 필터와 제3 색 필터를 놓고,
    상기 제2행의 제1 색 필터 좌우의 상기 포토 다이오드들 위에 제3 색 필터와 제2 색 필터를 놓고,
    상기 제2행의 제1 색 필터와 인접한 제3행의 상기 포토 다이오드들 위에 제2 색 필터와 제3 색 필터를 놓는 것을 특징으로 하는 능동 픽셀 센서.
  14. 제13항에 있어서, 상기 능동 픽셀 센서는
    상기 색 필터들 위에 상기 육각형의 포토 다이오드를 덮는 마이크로 렌즈들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 능동 픽셀 센서.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 색 필터는 청색 필터이고, 상기 제2 색 필터는 적색 필터이고, 상기 제3 색 필터는 녹색 필터인 것을 특징으로 하는 능동 픽셀 센서.
  16. 제13항에 있어서, 상기 능동 픽셀 센서는
    각 행들 마다 상기 제1 색 필터, 상기 제2 색 필터, 그리고 상기 제3 색 필터가 균일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 능동 픽셀 센서.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011016897A1 (en) * 2009-08-03 2011-02-10 International Business Machines Corporation Image sensor pixel structure employing a shared floating diffusion

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4660228B2 (ja) * 2005-03-09 2011-03-30 株式会社東芝 固体撮像装置
KR100718781B1 (ko) * 2005-06-15 2007-05-16 매그나칩 반도체 유한회사 콤팩트 픽셀 레이아웃을 갖는 cmos 이미지 센서
US7511323B2 (en) * 2005-08-11 2009-03-31 Aptina Imaging Corporation Pixel cells in a honeycomb arrangement
KR100690169B1 (ko) * 2005-10-25 2007-03-08 매그나칩 반도체 유한회사 시모스 이미지센서
JP4695979B2 (ja) * 2005-12-26 2011-06-08 パナソニック株式会社 固体撮像装置
KR100818724B1 (ko) 2006-07-19 2008-04-01 삼성전자주식회사 Cmos 이미지 센서와 이를 이용한 이미지 센싱 방법
KR100828942B1 (ko) 2006-12-19 2008-05-13 (주)실리콘화일 4t-4s 스텝 & 리피트 단위 셀 및 상기 단위 셀을 구비한 이미지센서, 데이터 저장장치, 반도체 공정 마스크, 반도체 웨이퍼
US20080296639A1 (en) 2007-06-01 2008-12-04 Dalsa Corporation Semiconductor image sensor array device, apparatus comprising such a device and method for operating such a device
KR100835894B1 (ko) * 2007-06-18 2008-06-09 (주)실리콘화일 다이내믹 레인지가 넓고, 색재현성과 해상능력이 우수한픽셀어레이 및 이미지센서
US7924333B2 (en) 2007-08-17 2011-04-12 Aptina Imaging Corporation Method and apparatus providing shared pixel straight gate architecture
JP4793493B2 (ja) * 2007-09-12 2011-10-12 日本ユニサンティスエレクトロニクス株式会社 固体撮像素子及びその駆動方法並びに固体撮像素子行列
US7989749B2 (en) * 2007-10-05 2011-08-02 Aptina Imaging Corporation Method and apparatus providing shared pixel architecture
JP4952601B2 (ja) * 2008-02-04 2012-06-13 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 固体撮像装置
US7781716B2 (en) * 2008-03-17 2010-08-24 Eastman Kodak Company Stacked image sensor with shared diffusion regions in respective dropped pixel positions of a pixel array
US7745773B1 (en) * 2008-04-11 2010-06-29 Foveon, Inc. Multi-color CMOS pixel sensor with shared row wiring and dual output lines
JP5245572B2 (ja) * 2008-06-26 2013-07-24 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置及び携帯型電子機器
JP4760915B2 (ja) * 2009-01-08 2011-08-31 ソニー株式会社 固体撮像素子
JP5029624B2 (ja) * 2009-01-15 2012-09-19 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器
JP5547150B2 (ja) * 2011-09-16 2014-07-09 株式会社東芝 固体撮像素子
JP2013125861A (ja) * 2011-12-14 2013-06-24 Sony Corp 固体撮像素子および電子機器
JP6035744B2 (ja) * 2012-01-10 2016-11-30 凸版印刷株式会社 固体撮像素子
KR101930757B1 (ko) 2012-05-08 2018-12-19 삼성전자 주식회사 픽셀, 픽셀 어레이 및 이미지 센서
US9305949B2 (en) 2013-11-01 2016-04-05 Omnivision Technologies, Inc. Big-small pixel scheme for image sensors
US9324759B2 (en) 2013-12-19 2016-04-26 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor pixel for high dynamic range image sensor
US9887228B2 (en) * 2014-01-20 2018-02-06 Himax Imaging, Inc. Image sensor with oblique pick up plug and semiconductor structure comprising the same
TWI625580B (zh) 2014-06-04 2018-06-01 元太科技工業股份有限公司 電泳顯示器
CN104410847B (zh) * 2014-12-05 2016-08-31 林立果 一种彩色滤光器和彩色图像传感器
KR102242563B1 (ko) 2015-03-11 2021-04-20 삼성전자주식회사 픽셀 패턴 및 이를 포함하는 이미지 센서
TWI696278B (zh) * 2015-03-31 2020-06-11 日商新力股份有限公司 影像感測器、攝像裝置及電子機器
WO2016163241A1 (ja) * 2015-04-07 2016-10-13 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、および電子装置
US9953574B2 (en) 2015-04-28 2018-04-24 Microsoft Technology Licensing, Llc Sub-pixel compensation
CN106298830A (zh) * 2015-05-19 2017-01-04 卢琳庆 用于人工智能图像处理器rgb排列法
JP2018152696A (ja) * 2017-03-13 2018-09-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、その駆動方法および電子機器
US10593712B2 (en) 2017-08-23 2020-03-17 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with high dynamic range and infrared imaging toroidal pixels
US11450970B2 (en) 2017-12-04 2022-09-20 California Institute Of Technology Metasurface-assisted 3D beam shaping for desired phase, amplitude, and polarization
US10931902B2 (en) 2018-05-08 2021-02-23 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with non-rectilinear image pixel arrays

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05326913A (ja) * 1992-05-20 1993-12-10 Sharp Corp 固体撮像素子
JPH11287708A (ja) * 1998-02-17 1999-10-19 Hewlett Packard Co <Hp> 電気回路
KR19990084630A (ko) * 1998-05-08 1999-12-06 김영환 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법
JP2001077344A (ja) * 1999-09-03 2001-03-23 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02162766A (ja) * 1988-12-15 1990-06-22 Fujitsu Ltd Ccd撮像素子
KR950002410A (ko) * 1993-06-30 1995-01-04 김광호 고체 촬상 장치
JP3830590B2 (ja) * 1996-10-30 2006-10-04 株式会社東芝 固体撮像装置
US6107655A (en) * 1997-08-15 2000-08-22 Eastman Kodak Company Active pixel image sensor with shared amplifier read-out
JP3854720B2 (ja) * 1998-05-20 2006-12-06 キヤノン株式会社 撮像装置及びそれを用いた撮像システム
JP4132003B2 (ja) * 1999-09-27 2008-08-13 富士フイルム株式会社 固体撮像装置
US6750912B1 (en) 1999-09-30 2004-06-15 Ess Technology, Inc. Active-passive imager pixel array with small groups of pixels having short common bus lines
JP4777496B2 (ja) * 2000-02-10 2011-09-21 富士フイルム株式会社 固体撮像素子

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05326913A (ja) * 1992-05-20 1993-12-10 Sharp Corp 固体撮像素子
JPH11287708A (ja) * 1998-02-17 1999-10-19 Hewlett Packard Co <Hp> 電気回路
KR19990084630A (ko) * 1998-05-08 1999-12-06 김영환 씨모스 이미지 센서 및 그 구동 방법
JP2001077344A (ja) * 1999-09-03 2001-03-23 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011016897A1 (en) * 2009-08-03 2011-02-10 International Business Machines Corporation Image sensor pixel structure employing a shared floating diffusion
GB2484448A (en) * 2009-08-03 2012-04-11 Ibm Image sensor pixel structure employing a shared floating diffusion
GB2484448B (en) * 2009-08-03 2013-11-27 Ibm Image sensor pixel structure employing a shared floating diffusion

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