KR100723207B1 - 암전류 보상 기능을 갖는 ｃｍｏｓ 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

다크 픽셀을 통해 수광 포토 다이오드의 암전류를 보상할 수 있는 CMOS 이미지 센서가 개시된다. 본 발명은, 전원전압과 드레인이 연결된 제1 리셋 트랜지스터와 상기 제1 리셋 트랜지스터의 소스와 접지 사이에 연결된 수광 포토 다이오드를 갖는 적어도 하나의 수광 픽셀; 및 상기 전원전압과 드레인이 연결되고 게이트와 소스가 상기 제1 리셋 트랜지스터의 게이트와 연결된 미러 트랜지스터 및 상기 미러 트랜지스터의 소스와 접지 사이에 연결되며, 외부로부터 빛이 차단된 다크 포토 다이오드를 갖는 적어도 하나의 다크 픽셀을 포함하여, 상기 다크 포토 다이오드에 흐르는 암전류와 동일한 크기의 전류가 상기 수광 포토 다이오드에 제공되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서를 제공한다. 본 발명에 따르면, CMOS 이미지 센서의 포화를 지연시키고 구동 범위를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
CMOS, 이미지 센서, 암전류(dark current), 포화(saturation), 보상

Description

암전류 보상 기능을 갖는 ＣＭＯＳ 이미지 센서{CMOS IMAGE SENSOR HAVING FUNCTION OF COMPENSATING DARK CURRENT}
도 1은 종래의 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀을 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로도.
도 4는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 CMOS 이미지 센서의 픽셀 배치도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 수광 픽셀 20: 다크 픽셀
M1: 제1 리셋 트랜지스터 M2: 드라이브 트랜지스터
M3: 셀렉트 트랜지스터 M4: 미러 트랜지스터
M5: 제2 리셋 트랜지스터 PD1: 수광 포토 다이오드
PD2: 다크 포토 다이오드
본 발명은 암전류(dark current) 보상 기능을 갖는 CMOS 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 적어도 하나의 CMOS 이미지 센서 픽셀들에 연결되며 외부로부터 빛이 차단된 다크 포토 다이오드를 갖는 다크 픽셀을 구비함으로써, 상기 다크 픽셀의 다크 포토 다이오드에 발생하는 암전류와 동일한 크기의 전류를 복수의 CMOS 이미지 센서 픽셀에 구비된 포토 다이오드에 제공함으로써 암전류에 의해 CMOS 이미지 센서 픽셀이 포화되는 속도를 감소시키고 구동범위(dynamic range)를 확대시킬 수 있는 암전류(dark current) 보상 기능을 갖는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로 자연계에 존재하는 각 피사체들은 부분별로 빛의 밝기 및 파장이 서로 다르게 나타난다. 이미지 센서는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 피사체의 서로 다른 밝기 및 파장을 신호 처리 가능한 레벨의 전기적인 값으로 출력하는 소자이다.
보통 상기 이미지 센서는 단위 픽셀로 이루어지며, 다수의 단위 픽셀을 소정 규격의 행렬로 배치하여 픽셀 어레이를 구현하고, 이러한 픽셀 어레이를 통해 일정 규격의 이미지를 촬상한다.
상술한 이미지 센서는 빛에 반응하는 반도체 소자와, 상기 반도체 소자의 전기적 변화를 소정 레벨의 전기적인 신호로 출력하기 위한 다수의 트랜지스터로 이루어진다.
도 1은 종래의 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀을 도시한 회로도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀은, 빛에 반응하여 용량 값이 변화되는 포토 다이오드(PD)와, 다음 신호의 검출을 위해 상기 포토 다이오드(PD)를 리셋시키는 리셋 트랜지스터(M1)와, 상기 포토 다이오드(PD)에 저장된 전기신호에 의하여 소스 팔로워(source follower) 역할을 수행하는 드라이브 트랜지스터(M2)와, 감지 값의 출력을 선택하는 셀렉트 트랜지스터(M3)로 이루어진다.
즉, 리셋 신호(Rx)에 의하여 상기 리셋 트랜지스터(M1)가 일정 시간 동안 온되면 상기 포토 다이오드(PD)에 잔류하던 전하가 방출되면서 초기화된 후, 빛에 반응한 용량 값에 비례한 량의 전류가 포토 다이오드(PD)에 저장되고, 드라이브 트랜지스터(M2)는 상기 포토 다이오드(PD)의 전압을 설정된 범위의 전기신호(출력 전압)로 증폭하여 출력하며, 상기 드라이브 트랜지스터(M2)로부터 출력되는 출력 전압은 셀렉트 트랜지스터(M3)가 턴온됨에 의해 픽셀 어레이의 어드레싱 순서에 맞춰 출력된다.
이러한 종래의 CMOS 이미지 센서에서, 상기 포토 다이오드(PD)는 빛에 전혀 노출되지 않은 경우에도 일종의 누설 전류인 암전류(dark current)를 발생시킨다. 즉, 상기 암전류로 인해 빛이 전혀 수광되지 않는 경우에도 상기 드라이브 트랜지스터(M2)는 출력 전압을 발생시키게 된다.
이러한 암전류가 항시 발생하기 때문에 CMOS 이미지 센서의 픽셀이 포화 (saturation)되는 시간이 짧아진다. 다시 설명하면, 빛이 포토 다이오드(PD)에 수광되는 경우 생성되는 전류에 상기 암전류가 더해져서, 포화되는 시간이 짧아진다. 따라서, 포토 다이오드(PD)에서 발생하는 암전류로 인해 CMOS 이미지 센서의 구동범위가 작아지는 문제가 발생한다.
특히, 상기 암전류는 온도의 영향을 크게 받아, 주변온도가 10℃ 상승할 때 상기 암전류는 2배 이상 증가하게 되므로, 상기 암전류에 의한 CMOS 이미지 센서의 구동범위는 더욱 작아지는 문제가 발생하게 된다.
종래에 상기 암전류로 인한 문제를 해결하기 위해, 암픽셀(dark pixel)에서 발생하는 암전류의 평균치를 취하여 일반 픽셀의 출력에 보상해주는 방식이 제안되었다. 그러나, 이러한 종래의 암전류 보상 기술은 각 픽셀에서 생성된 암전류를 실질적으로 감소시키거나 보상해 주기 보다는 외부에서 수식적으로 뺄셈이 이루어지는 방식이므로, 이미지 센서의 단위 픽셀가 포화된 상태에서는 픽셀가 열화되는 것을 방지할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 적어도 하나의 수광 픽셀들에 연결되며 외부로부터 빛이 차단된 다크 포토 다이오드를 갖는 다크 픽셀을 구비함으로써, 상기 다크 픽셀의 다크 포토 다이오드에 발생하는 암전류와 동일한 크기의 전류를 연결된 수광 픽셀 내의 수광 포토 다이오 드에 제공하여 상기 수광 포토 다이오드에서 발생하는 암전류를 보상할 수 있는 암전류 보상 기능을 갖는 CMOS 이미지 센서를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은,
전원전압과 드레인이 연결된 제1 리셋 트랜지스터와 상기 제1 리셋 트랜지스터의 소스와 접지 사이에 연결된 수광 포토 다이오드를 갖는 적어도 하나의 수광 픽셀; 및
상기 전원전압과 드레인이 연결되고 게이트와 소스가 상기 제1 리셋 트랜지스터의 게이트와 연결된 미러 트랜지스터 및 상기 미러 트랜지스터의 소스와 접지 사이에 연결되며, 외부로부터 빛이 차단된 다크 포토 다이오드를 갖는 적어도 하나의 다크 픽셀을 포함하여,
상기 다크 포토 다이오드에 흐르는 암전류와 동일한 크기의 전류가 상기 수광 포토 다이오드에 제공되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서를 제공한다.
바람직하게, 상기 다크 픽셀은, 상기 미러 트랜지스터의 소스에 드레인이 연결되고, 접지에 소스가 연결되며, 게이트로부터 리셋 신호를 입력받는 제2 리셋 트렌지스터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 리셋 트랜지스터 및 상기 미러 트랜지스터는, p채널 MOSFET이다.
본 발명의 일실시형태에 따른 CMOS 이미지 센서에서, 상기 다크 픽셀과 상기 수광 픽셀은, 하나의 상기 다크 픽셀과 그 주변에 배치되며 상기 다크 픽셀과 연결된 복수개의 상기 수광 픽셀로 이루어진 픽셀 그룹을 형성하는 것이 바람직하다. 이 실시형태에서, 상기 픽셀 그룹은, 적색광 수광 픽셀, 청색광 수광 픽셀 및 녹색광 수광 픽셀을 1:1:2의 비율로 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다. 본 명세서에서, 실제 빛을 수광하여 검출하는 픽셀 및 다이오드를 수광 픽셀 및 수광 다이오드라 명명하며, 빛을 수광하지 않고 암전류만을 생성하는 픽셀 및 다이오드를 다크 픽셀 및 다크 다이오드라 명명한다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 CMOS 이미지 센서는 크게 실제 빛을 수광하여 검출하는 수광 픽셀(10)과 상기 수광 픽셀(10) 내의 수광 포토 다이오드(PD1)의 암전류를 보상하기 위해 상기 수광 픽셀(10)에 연결되는 다크 픽셀(20)로 이루어진다.
본 실시형태에서, 상기 수광 픽셀(10)은 전술한 도 1에 도시된 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀과 동일한 구성을 가질 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 수광 픽셀(10)은, 전원전압(VDD)과 드레인이 연결된 제1 리셋 트랜지스터(M1)와, 상기 제1 리셋 트랜지스터(M1)의 소스와 접지 사이에 연결된 수광 포토 다이오드(PD1)와, 상기 수광 포토 다이오드(PD1)에 저장된 전기신호에 의하여 소스 팔로워(source follower) 역할을 수행하는 드라이브 트랜지스터(M2)와, 검출값의 출력을 선택하는 셀렉트 트랜지스터(M3)를 포함하여 구성된다.
본 실시형태에서, 상기 다크 픽셀(20)은, 전원전압(VDD)과 드레인이 연결되고 게이트와 소스가 상기 제1 리셋 트랜지스터(M1)의 게이트와 연결된 미러 트랜지스터(M4) 및 상기 미러 트랜지스터(M4)의 소스와 접지 사이에 연결되며, 외부로부터 빛이 차단된 다크 포토 다이오드(PD2)를 포함한다. 더하여, 상기 다크 픽셀(20)은, 상기 미러 트랜지스터(M4)의 소스에 드레인이 연결되고, 접지에 소스가 연결되며, 게이트로부터 리셋 신호(Rx)를 입력받는 제2 리셋 트렌지스터(M5)를 더 포함한다.
상기 미러 트랜지스터(M4)는 전원전압(VDD)과 드레인이 연결되고, 게이트와 소스가 수광 픽셀(10)의 제1 리셋 트랜지스터(M1)의 게이트와 연결된다. 이와 같은 연결 구조에서 상기 미러 트랜지스터(M4)와 제1 리셋 트랜지스터(M1)가 p채널 MOSFET인 경우, 두 트랜지스터(M4, M1)에 의해 전류 미러 회로가 구성된다. 즉, 미러 트랜지스터(M4)의 소스에서 흐르는 전류와 동일한 크기의 전류가 제1 리셋 트랜지스터(M1)의 소스에 흐르게 된다.
이와 같은 미러 구조에 의해, 상기 미러 트랜지스터(M4)의 소스로 암전류와 동일한 크기의 전류가 흐르게 되면, 상기 제1 리셋 트랜지스터(M1)의 소스에도 암전류와 동일한 크기의 전류가 흐르게 되어 상기 수광 포토 다이오드(PD1)로 암전류를 보상하는 전류를 제공할 수 있게된다.
상기 미러 트랜지스터(M4)의 소스로 암전류와 동일한 크기의 전류가 흐르도록 하기 위해, 상기 미러 트랜지스터(M4)의 소스와 접지사이에 다크 포토 다이오드(PD2)를 상기 수광 포토 다이오드(PD1)와 동일한 극성을 갖도록 연결한다. 상기 다크 포토 다이오드(PD2)는, 상기 수광 포토 다이오드(PD1)와 동일한 특성을 갖는 다이오드이어야 하며, 외부의 빛으로부터 차단된 상태이기 때문에 항상 암전류(iD)가 흐르게 된다.
따라서, 상기 미러 트랜지스터(M4)의 소스에서는, 상기 다크 포토 다이오드(PD2)에 의해 항상 암전류(iD)가 흐르게 되고, 전술한 전류 미러 구조에 의해 이 암전류(iD)와 동일한 크기의 전류(iD')가 수광 픽셀(10)의 리셋 트랜지스터(M1)의 소스에 흐르게 되어 수광 포토 다이오드(PD1)의 암전류의 크기 만큼 보상 전류가 수 광 포토 다이오드(PD1)로 제공된다. 이와 같은 보상 전류가 수광 포토 다이오드(PD1)에 제공됨으로써, 수광 픽셀(10)의 포화 속도를 지연 시킬 수 있으며, 수광 픽셀(10)의 구동 범위를 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하여 본 실시형태에 따른 CMOS 이미지 센서의 동작을 설명한다.
먼저, 상기 제2 리셋 트랜지스터(M5)의 게이트로 일정 시간 동안 하이 레벨의 신호가 입력되는 경우에, 상기 제2 리셋 트랜지스터(M5)가 턴 온되어 상기 미러 트랜지스터(M4)와 제1 리셋 트랜지스터(M1)의 게이트가 로우 레벨이 되면서 상기 미러 트랜지스터(M4)와 제1 리셋 트랜지스터(M1)는 턴 온된다. 이로써 수광 픽셀(10) 내의 수광 포토 다이오드(PD1)와 다크 픽셀 내의 다크 포토 다이오드(PD2)가 기준 전위로 리셋된다.
이어, 수광 포토 다이오드(PD1)에 의해 빛의 검출이 시작되면, 상기 다크 픽셀(20) 내의 다크 포토 다이오드(PD2)는 항상 빛이 차단된 상태이므로, 계속 암전류(iD)를 발생시킨다. 전술한 미러 트랜지스터(M4)와 제1 리셋 트랜지스터(M1)이 형성하는 전류 미러 구조에 의해, 상기 암전류(iD)와 동일한 크기의 전류(iD')가 수광 픽셀(10)의 리셋 트랜지스터(M1)의 소스에 흐르게 되어 수광 포토 다이오드(PD1)의 암전류의 크기 만큼 보상 전류가 수광 포토 다이오드(PD1)로 제공된다.
수광되는 빛에 반응하여 용량 값에 비례한 량의 전류가 수광 포토 다이오드(PD1)에 저장되고, 드라이브 트랜지스터(M2)는 상기 수광 포토 다이오드(PD1)의 전 압을 설정된 범위의 전기신호(출력 전압0)로 증폭하여 출력하며, 상기 드라이브 트랜지스터(M2)로부터 출력되는 출력 전압은 셀렉트 트랜지스터(M3)가 턴온됨에 의해 픽셀 어레이의 어드레싱 순서에 맞춰 출력된다.
이와 같이, 본 발명은, 다크 픽셀(20)에 의해 구현되는 전류 미러 회로에 의해, 암전류에 해당하는 보상 전류가 항시 수광 포토 다이오드(PD1)로 제공됨으로써, 암전류에 의해 픽셀이 빨리 포화되는 문제를 해결할 수 있으며, 이를 통해 픽셀의 구동범위를 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 다크 포토 다이오드(PD2)는 온도의 변화에 따라 수광 포토 다이오드(PD1)와 동일한 비율로 암전류의 크기를 변화하여 발생시키므로, 수광 포토 다이오드(PD1)에서 온도에 따라 크기가 변화하는 암전류를 완벽하게 보상해 줄 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 CMOS 이미지 센서를 도시한 회로도.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 CMOS 이미지 센서는, 하나의 다크 픽셀(20)에 다수의 수광 픽셀(10R, 10G, 10B)이 연결된 구조의 픽셀 그룹으로 형성될 수 있다. 즉, 이와 같은 픽셀 그룹을 복수개 구비함으로써 전체의 CMOS 이미지 센서가 구현될 수 있다.
도 3에 도시된 CMOS 이미지 센서에서, 각 수광 픽셀(10R, 10G, 10B)은, 빛의 삼원색 성분을 수광하기 위해 각 수광 픽셀(10R, 10G, 10B)의 포토 다이오드는, 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터를 구비한 포토 다이오드(PD-R, PD-G, PD-B)를 포함한 다. 각 색상의 수광 효율 등을 고려하여, 상기 수광 픽셀은, 적색광 수광 포토 다이오드, 청색광 수광 포토 다이오드 및 녹색광 수광 포토 다이오드가 1:1:2의 비율로 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 것이 바람직하다.
하나의 다크 픽셀에 연결되는 수광 픽셀의 개수 및 타크 픽셀의 위치는 한정되지 않으나, CMOS 이미지 센서의 각 위치별 수광 조건의 편차가 발생할 수 있음을 감안하여, 하나의 다크 픽셀을 중심으로 그 주위에 배치 가능한 적절한 개수의 수광 픽셀을 배치하는 것이 바람직하다. 도 4는 이와 같은 각 픽셀의 배치 구조의 예들을 도시한다.
먼저, 도 4의 (a)와 같이, 중심에 배치된 사각형의 다크 픽셀 주위에, ㄱ자 형태(또는 ㄴ자 형태)를 갖는 하나의 적색광 수광 픽셀과 하나의 청색광 수광 픽셀 및 두 개의 녹색광 수광 픽셀을 배치할 수 있다. 다음으로, 도 4의 (b)와 같이, 모든 픽셀이 정육각형의 형태를 가지며, 중심에 배치된 다크 픽셀 주위에, 각 색상의 수광 픽셀을 두 개씩 대향하도록 배치할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 수광 픽셀에 연결되며, 외부로부터 빛이 차단된 다크 포토 다이오드를 갖는 다크 픽셀을 구비함으로써, 상기 다크 픽셀의 다크 포토 다이오드에 발생하는 암전류와 동일한 크기의 전류를 연결된 수광 픽셀 내의 수광 포토 다이오드에 제공하여 상기 수광 포토 다 이오드의 암전류를 보상할 수 있는 효과가 있다.
특히, 온도의 변화에 따라 보상 전류의 크기를 증감시킬 수 있으므로, 온도의 변화에 따라 크기가 증감하는 수광 포토 다이오드의 암전류를 완벽하게 보상할 수 있는 효과가 있다.
이와 같은, 암전류의 보상을 통해 CMOS 이미지 센서가 포화되는 시간을 지연시키며, 이를 통해 CMOS 이미지 센서의 구동범위를 증가시키는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 전원전압과 드레인이 연결된 제1 리셋 트랜지스터와 상기 제1 리셋 트랜지스터의 소스와 접지 사이에 연결된 수광 포토 다이오드를 갖는 적어도 하나의 수광 픽셀; 및
    상기 전원전압과 드레인이 연결되고 게이트와 소스가 상기 제1 리셋 트랜지스터의 게이트와 연결된 미러 트랜지스터 및 상기 미러 트랜지스터의 소스와 접지 사이에 연결되며, 외부로부터 빛이 차단된 다크 포토 다이오드를 갖는 적어도 하나의 다크 픽셀을 포함하여,
    상기 다크 포토 다이오드에 흐르는 암전류와 동일한 크기의 전류가 상기 수광 포토 다이오드에 제공되는 것을 특징으로 하는 암전류 보상 기능을 갖는 CMOS 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다크 픽셀은,
    상기 미러 트랜지스터의 소스에 드레인이 연결되고, 접지에 소스가 연결되며, 게이트로부터 리셋 신호를 입력받는 제2 리셋 트렌지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암전류 보상 기능을 갖는 CMOS 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리셋 트랜지스터 및 상기 미러 트랜지스터는, p채널 MOSFET인 것을 특징으로 하는 암전류 보상 기능을 갖는 CMOS 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다크 픽셀과 상기 수광 픽셀은, 하나의 상기 다크 픽셀과 그 주변에 배치되며 상기 다크 픽셀과 연결된 복수개의 상기 수광 픽셀로 이루어진 픽셀 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 암전류 보상 기능을 갖는 CMOS 이미지 센서.
  5. 제3항에 있어서, 상기 픽셀 그룹은,
    적색광 수광 픽셀, 청색광 수광 픽셀 및 녹색광 수광 픽셀을 1:1:2의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 암전류 보상 기능을 갖는 CMOS 이미지 센서.
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100958028B1 (ko) * 2008-02-13 2010-05-17 삼성모바일디스플레이주식회사 광센서 및 그를 이용한 평판표시장치
KR101015884B1 (ko) * 2008-07-16 2011-02-23 삼성모바일디스플레이주식회사 손가락 열에 의한 전류를 제거하는 터치 패널 구동회로 및 이를 포함하는 터치 패널
US8130289B2 (en) * 2008-09-25 2012-03-06 Aptima Imaging Corporation System, method, and apparatus for correction of dark current error in semiconductor imaging devices
JP4760915B2 (ja) * 2009-01-08 2011-08-31 ソニー株式会社 固体撮像素子
KR101137387B1 (ko) * 2009-11-05 2012-04-20 삼성모바일디스플레이주식회사 기준 전압 설정 장치를 포함한 조도 측정 장치와 디스플레이 장치
KR101703746B1 (ko) * 2010-06-04 2017-02-08 삼성전자주식회사 빛 샘 보상을 하는 단위이미지센서, 상기 단위이미지센서로 구현된 이미지센서어레이 및 상기 이미지센서어레이의 빛 샘 보상방법
US8384443B2 (en) 2011-01-27 2013-02-26 Maxim Integrated Products, Inc. Current mirror and current cancellation circuit
EP2648404B1 (en) * 2012-04-02 2016-12-07 Harvest Imaging bvba Floating diffusion pre-charge
KR102036346B1 (ko) 2012-11-30 2019-10-24 삼성전자 주식회사 열적 리셋을 수행할 수 있는 이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 장치들
US20140346361A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Yibing M. WANG Time-of-flight pixels also sensing proximity and/or detecting motion in imaging devices & methods
KR102160805B1 (ko) * 2014-01-21 2020-09-28 삼성전자주식회사 이미지 센서의 출력 데이터 보정 방법
JP6688116B2 (ja) * 2015-03-24 2020-04-28 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置および電子機器
US20180146149A1 (en) * 2016-11-21 2018-05-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Event-based sensor, user device including the same, and operation method of the same
CN106781424A (zh) * 2017-01-09 2017-05-31 上海胤祺集成电路有限公司 红外接收电路
JP6696695B2 (ja) * 2017-03-16 2020-05-20 株式会社東芝 光検出装置およびこれを用いた被写体検知システム
KR20200115881A (ko) * 2019-03-28 2020-10-08 삼성전자주식회사 옵티컬 블랙 영역을 이용하여 이벤트 신호들을 보정하도록 구성되는 다이나믹 비전 센서 및 그 동작 방법
US11664471B2 (en) 2019-10-24 2023-05-30 Trieye Ltd. Systems, methods, and computer program products for image generation
US11606515B2 (en) 2019-10-24 2023-03-14 Trieye Ltd Methods and systems for active SWIR imaging using germanium receivers
US11665447B2 (en) 2019-10-24 2023-05-30 Trieye Ltd. Systems and methods for compensating for dark current in a photodetecting device
US11811194B2 (en) 2019-10-24 2023-11-07 Trieye Ltd. Passive Q-switched lasers and methods for operation and manufacture thereof
EP4243404A3 (en) * 2019-10-24 2023-11-29 Trieye Ltd. Photonics systems and methods
KR20230162132A (ko) * 2020-12-26 2023-11-28 트라이아이 엘티디. 단파 적외선 검출 정보에 기초하여 깊이 이미지를 생성하기 위한 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품
US11985438B2 (en) * 2021-03-18 2024-05-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Pixel array including dark pixel sensors
CN114245047B (zh) * 2021-12-21 2024-03-05 上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司 像素单元及图像传感器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09298690A (ja) * 1996-04-30 1997-11-18 Hamamatsu Photonics Kk 固体撮像素子
KR20030041043A (ko) * 2001-11-19 2003-05-23 주식회사 하이닉스반도체 암전류를 측정하기 위한 이미지센서
KR20030078304A (ko) * 2002-03-29 2003-10-08 주식회사 하이닉스반도체 이미지센서의 화소배열부 및 그를 포함하는 이미지센서 및이미지센서의 자동 블랙 레벨 보상 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5057682A (en) * 1989-12-26 1991-10-15 General Electric Company Quiescent signal compensated photodetector system for large dynamic range and high linearity
EP0928101A3 (en) * 1997-12-31 2001-05-02 Texas Instruments Incorporated CMOS area array sensors
KR100279295B1 (ko) * 1998-06-02 2001-02-01 윤종용 액티브 픽셀 센서
US6525769B1 (en) * 1998-12-30 2003-02-25 Intel Corporation Method and apparatus to compensate for dark current in an imaging device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09298690A (ja) * 1996-04-30 1997-11-18 Hamamatsu Photonics Kk 固体撮像素子
KR20030041043A (ko) * 2001-11-19 2003-05-23 주식회사 하이닉스반도체 암전류를 측정하기 위한 이미지센서
KR20030078304A (ko) * 2002-03-29 2003-10-08 주식회사 하이닉스반도체 이미지센서의 화소배열부 및 그를 포함하는 이미지센서 및이미지센서의 자동 블랙 레벨 보상 방법

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