KR101294386B1 - 픽셀, 픽셀 어레이 및 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서 - Google Patents

픽셀, 픽셀 어레이 및 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서 Download PDF

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Abstract

실시예는 픽셀, 픽셀 어레이 및 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서에 관한 것이다.
실시예에 따른 픽셀은 광전변환부; 상기 광전변환부에서 변환된 전하를 축적하기 위한 커패시터; 상기 커패시터에 연결되어 상기 커패시터의 전위에 따라 커패시턴스가 변화하는 가변 커패시터; 및 상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 스위칭 소자를 포함한다.

Description

픽셀, 픽셀 어레이 및 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서{PIXEL, PIXEL ARRARY, IMAGE SENSOR INCLUDING THE PIXEL ARRARY}
실시예는 픽셀, 픽셀 어레이 및 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서에 관한 것이다.
종래기술에 의한 이미지센서는 포토다이오드와 트랜지스터를 구비하는 픽셀구조를 포함하며, 이러한 구조로 이루어진 픽셀은 입사되는 빛이 포토다이오드의 전자를 여기시켜 전류를 흐르게 하는데, 빛의 세기에 따라 흐르는 전류의 양이 다르므로 일정한 시간이 지난 후 셔트(shutter) 스위치가 켜지고, 센스 노드로 신호가 전달되어 영상의 신호를 얻게 된다.
하지만, 센스 노드의 콘덴서 용량에 따라 신호의 레벨이 결정되게 되는데, 종래 센스 노드의 콘덴서 용량은 고정되어 있기 때문에 이미지 센서의 동작 범위가 좁아지고, 자동 노출을 이미지 센서 자체에서 수행하지 못하기 때문에 이미지 신호 처리 블록에서 판단하여 센서의 노출시간을 조절하거나 영상 신호의 이득을 가하여 수행하는 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 모스커패시터(MOS capacitor)를 이용한 버랙터(Varactor)를 채용하여 버렉터의 콘덴서 용량을 조절함으로써 이미지 센서의 동작 범위를 넓히는 기술이 제시되고 있다.
그러나, 종래기술에 의하면 버랙터(Varactor)의 게이트에 외부 바이어싱을 가해야 커패시턴스가 형성되는 한계가 있어 셀프 바이어싱 컨트롤이 어려운 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의하면 버랙터의 게이트(gate)를 컨트롤(Control)할 로우 게이트 드리이버(Row Gate Driver)가 필요하고 이를 연결한 배선(metal Line)이 추가로 필요하여 유효 필팩터(Effective Fill Factor)를 감소시키는 문제가 있다.
한편, 종래기술에 의하면 저조도와 고조도에서 읽는 듀얼 캡춰(Dual-capture)방식이 제시되고 있으나, 종래기술에 의한 듀얼 캡춰구조의 이미지센서는 2번 이상씩 이미지(Image)를 읽어야하므로 프레임 속도(Frame Rate)가 빠르지 못하다는 단점이 있다.
본 발명의 일 목적은 셀프 바이어싱되는 버랙터 커패시터를 포함하는 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지센서를 제공하는 데 있다.
실시예에 따른 픽셀은 광전변환부; 상기 광전변환부에서 변환된 전하를 축적하기 위한 커패시터; 상기 커패시터에 연결되어 상기 커패시터의 전위에 따라 커패시턴스가 변화하는 가변 커패시터; 및 상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 스위칭 소자를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 픽셀 어레이는 상기 픽셀을 어레이로 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 이미지센서는 상기 픽셀 어레이를 포함한다.
실시예에 의하면 셀프 바이어싱되는 버랙터 커패시터를 포함하는 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지센서를 제공할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 버랙터를 이용하여 FD의 포텐셜(Potential)의 변화에 대해서 외부 바이어싱 컨트롤(Biasing Control) 없이 자동으로 FD에 추가적인 커패시티(Capacity)를 만듦으로써 저조도에서는 센서티버티(Sensitivity)를 유지하고 고조도에서는 FD의 커패시티를 증가시켜서 WDR(Wide Dynamic Range)의 이상적인 Lin-Log의 센서티버티(Sensitivity)를 나타낼 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 추가로 FD 노드(Node)를 일종의 메모리로 사용함으로써 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 멀티 클락킹(Multi clocking)을 적용하여 작은 PD에서도 플레임 레이트(Flame Rate)의 속도를 유지하면서 멀티 캡춰(Multi-Capture) 방식의 이미지를 구현할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 픽셀 어레이의 회로(circuit) 예시도.
도 2는 제2 실시예에 따른 픽셀 어레이의 회로 예시도.
도 3은 실시예에 따른 픽셀 어레이에서 버랙터 커패시터의 특성으로 실제 측정치의 예시.
도 4는 빛의 인텐서티에 따른 아웃 풋(Output Signal)의 비를 나타내는 센서티버티 그래프(Sensitivity Graph).
도 5는 종래기술에서 FD 포텐셜(Potential)을 나타낸 그림.
도 6은 실시예에 따른 픽셀 어레이에서 버랙터(Varactor) 커패시터의 셀프 바이어싱 예시도.
도 7 및 도 8은 실시예에 따른 픽셀 어레이에서 리드아웃 타이밍도(Read-Out Timing Diagram).
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 픽셀 및 픽셀 어레이의 회로(circuit) 예시도이며, 도 2는 제2 실시예에 따른 픽셀 및 픽셀 어레이의 회로 예시도이다.
실시예에 따른 픽셀, 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지센서는 광전변환부와, 상기 광전변환부에서 변환된 전하를 축적하기 위한 커패시터와, 상기 커패시터에 연결되어 상기 커패시터의 전위에 따라 커패시턴스가 변화하는 가변 커패시터 및 상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
실시예는 WDR(Wide Dynamic Range) 픽셀, 픽셀 어레이, 및 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광전변환부는 포토다이오드(Photodiode:PD), 포토게이트 등을 포함할 수 있고, 상기 커패시터는 플로팅 디퓨젼 영역(FD)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 스위칭 소자는 상기 광전변환부와 상기 커패시터 사이에 구비되며, 상기 광전변환부에서 변환된 전하를 상기 커패시터로 전달하기 위한 전달 스위칭 소자 및 전원전압 라인과 상기 커패시터 사이에 구비되며 상기 커패시터의 전위를 리셋시키기 위한 리셋 스위칭 소자 및 상기 전원전압 라인에 연결되어 상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 출력 스위칭 소자를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 전달 스위칭 소자는 트랜스터 트랜지스터(Tx)를 포함할 수 있고, 상기 리셋 스위칭 소자는 리셋 트랜지서트(Rx)를 포함할 수 있고, 상기 출력 스위칭 소자는 소스팔로워 구동트랜지스터(Dx)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 가변 커패시터는 상기 커패시터와 전기적으로 연결되며, 상기 가변 커패시터는 버랙터(Varactor) 커패시터(Vcap) 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 실시예에 따른 픽셀, 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지센서는 기판에 형성된 광전변환부와, 상기 광전변환부 일측의 상기 기판상에 배치되는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터 일측의 상기 기판에 형성된 커패시터; 및 상기 커패시터 상에 형성된 버랙터(Varactor) 커패시터(Vcap)를 포함할 수 있으며, 상기 버랙터 커패시터(Vcap)는 셀프 바이어싱 될 수 있다.
도 1에서 4Tr CIS를 예로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 트랜지스터는 상기 광전변환부 일측에 구비된 트랜스퍼 트랜지스터(TX)와, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(TX)의 일측에 구비된 리셋 트랜지스터(RX), 소스팔로워 구동트랜지스터(DX), 실렉트 트랜지스터(SX) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 버랙터 커패시터는 FD의 전위가 증가함에 따라 버랙터 커패시터의 커패시턴스가 증가할 수 있도록 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 버랙터 커패시터(Vcap)의 한쪽 노드(node)를 상기 커패시터, 예를 들어 플로팅 디퓨젼 영역(FD)이나 소스팔로워(SF) 구동트랜지스터(DX)의 게이트(gate)에 연결하고 다른 쪽은 P-Sub 기판에 연결하면 픽셀(Pixel) 내의 버랙터(Varactor) 커패시터를 구현할 수 있다.
또한, 도 2는 커패시터가 공유(Shared)된 구조의 예시이다.
실시예에서 상기 광전변환부는 제1 광전변환부와 제2 광전변환부를 포함하고, 상기 스위칭 소자는 상기 제1 광전변환부에서 변환된 전하를 상기 커패시터로 전달하기 위한 제1 전달 스위칭 소자 및 상기 제2 광전변환부에서 변환된 전하를 상기 커패시터로 전달하기 위한 제2 전달 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1 전달 스위칭 소자 및 상기 제1 전달 스위칭 소자는 상기 커패시터 및 상기 가변 트랜지스터와 전기적으로 공유되어 연결될 수 있다.
예를 들어, 실시예는 제1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)와 제2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)를 포함하고, 제1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)와 제2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)는 FD를 공유하며, 버랙터 커패시터(varactor capacitor)(Vcap)를 FD 노드(Node)와 P-Sub로 양단으로 구성하여 정상 동작하는 버랙터 커패시터를 구성할 수 있다. 이와 같은 방식으로 4-Shared, 6-Shared, 8-Shared 등 어느 공유(Shared) 구조에서도 적용이 가능하다.
예를 들어, 실시예에 의하면 버랙터 커패시터를 이용하여 FD의 포텐셜(Potential)의 변화에 대해서 외부 바이어싱 컨트롤(Biasing Control) 없이 자동으로 FD에 추가적인 커패시티(Capacity)를 만듦으로써 저조도에서는 센서티버티(Sensitivity)를 유지하고 고조도에서는 FD의 커패시티를 증가시켜서 WDR(Wide Dynamic Range)의 이상적인 Lin-Log의 센서티버티(Sensitivity)를 나타낼 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 픽셀 어레이에서 버랙터 커패시터의 특성으로 실제 측정치의 예시이다.
실시예에서 버랙터 커패시터는 PMOS의 버랙터(Varactor) 커패시터일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3과 같이 바이어스(Bias)가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 감에 따라 커패시스턴스의 값은 수배 이상 증가하고 있다. 이러한 원리는 PMOS의 경우 약 3V~ 약 1V(거의 Flat band Voltage) 근방에서는 P-sub의 전자들이 채널(Channel) 근방에 모여야되나 소수캐리어 이기에 채널(Channel) 부근에 파일업(file-up)이 잘 안되어 모스커패시턴스(MOSCAP)가 작다. 그러나 플랫 밴드(Flat-band)를 넘어서게 되면 다수 캐리어인 홀(hole)이 모여지게 되는데 이때는 채널(Channel) 캐리어의 프로파일(profile)이 매우 날카롭게(Sharp) 되어서 MOSCAP이 증가할 수 있다.
Figure 112011027251676-pat00001
수학식 1에서 보는 바와 같이 전체 커패시턴스의 크기는 tanh(VGB)에 의해서 결정이 되는데 이 경우는 실시예는 Normal MOSCAP에서의 소스/드레인 졍션 커패시턴스(Source/Drain Junction CAP)이 없기에 오히려 게이트 바이어싱(Gate Bias)에 지배적인(dominant) 특성을 보여서 제어성능(Controllability)이 높아진다.
실시예에서 버랙터 커패시터는 PMOS 버랙터(Varactor)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 버랙터 커패시터는 PMOS 버랙터인 경우 P-sub 기판에 P형(P-Type)으로 도핑(Doping)을 하기에 졍선 도핑(Junction Doping)이나 폴리 게이트 도핑(Poly Gate Doping)도 공정진행상에 무리가 없이 진행 가능하다.
도 4는 빛의 인텐서티(Light intensity)에 따른 아웃 풋(Output Signal)의 비를 나타내는 센서티버티 그래프(Sensitivity Graph)이다.
기존의 WDR들 중 상당수는 FD에 커패시터(Capacitpr)를 추가함으로써 다이나믹 레인지(dynamic Range)가 증가하여 인식(Detection) 가능한 광 인텐서티(Light intensity)가 증가 하지만 감도(Sensitivity)가 작아 지는 단점이 있다.
한편, 실시예에서 버랙터(Varactor)의 방식은 저조도에서는 높은 감도(high Sensitivity)를 유지하고 고조도 에서만 FD CAP이 증가함으로 로그 스케일(Log Scale)로 커패시턴스가 증가함으로써 로그 스케일 출력(Log Scale Output)을 나타 낸다. 이로써 가장 이상적인 Lin-Log Scale Sensitivity를 구현할 수 있다.
도 5는 종래기술에서 FD 포텐셜(Potential)을 나타낸 그림이며, 도 6은 실시예에 따른 픽셀 및 픽셀 어레이에서 버랙터(Varactor) 커패시터의 셀프 바이어싱 예시도이다.
실시예에서 차지 쉐어링(Charge Sharing)을 하지 않고, 차지 덤핑(charge dumping)을 위한 완전한 전송(Fully Transfer)을 위해서 FD 포텐셜(Potential)의 상측(Top)은 PD 포텐셜(Potential)의 하측(Bottom)보다 커야 한다.
도 5는 종래기술에서 보통(Normal)의 경우의 FD 포텐셜(Potential)을 나타낸 것이다. 이에 반해 도 6은 실시예에 따른 픽셀 어레이에서 버랙터(Varactor) 커패시터의 셀프 바이어싱 예시도로서, 버랙터 커패시터의 FD Node에 전자가 쌓이면서 포텐셜(Potential)이 작아 지면서 커패시터의 용량이 자동으로 변하는 그림을 나타낸다. 도 5 및 도 6에서 고조도는 약 1V이며, 저조도는 약 2.5V일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7 및 도 8은 실시예에 따른 픽셀 어레이에서 리드아웃 타이밍도(Read-Out Timing Diagram)이다.
종래기술에 의한 듀얼 캡춰구조의 이미지센서는 2번 이상씩 이미지(Image)를 읽어야 함으로 프레임 속도(Frame Rate)가 빠르지 못하다는 단점이 있다.
실시예에서 상기 스위칭 소자는 상기 광전변환부에서 변환된 전하를 상기 커패시터로 전달하기 위한 전달 스위칭 소자를 포함하고, 상기 가변 커패시터를 이용하여 상기 전달 스위칭 소자의 멀티 클락킹(Multi-clocking)으로 상기 커패시터가 스토리지(Storage) 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 실시예와 같이 셀프 바이어싱 되는 버랙터(varactor)를 이용한 경우 TX 멀티 클락킹(Multi-clocking)만으로도 FD가 스토리지(Storage) 역할을 하기에 PD의 전자를 여러 번 읽을수 있으므로 Multi-Capture 방식의 이미지(Image)를 구 현 할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 추가로 FD 노드(Node)를 일종의 메모리로 사용함으로써 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 멀티 클락킹(Multi clocking)을 적용하여 작은 PD에서도 플레임 레이트(Flame Rate)의 속도를 유지하면서 멀티 캡춰(Multi-Capture) 방식의 이미지를 구현할 수 있다.
실시예에 의하면 PD 리프레쉬(refresh) 후 리셋(reset)과 시그널(signal) 리드아웃 사이(Multi-Capture cycle)에 포토다이오드(PD)를 비우면서 계속 플로팅 디퓨젼 영역(FD)에 전자 정보를 쌓으므로 실제 PD의 용량이 증가하는 것처럼 보이며, 이에 따라 고조도의 DR이 증가하는 효과가 있다.
이에 따라 실시예에 의하면 버랙터 커패시터를 이용하여 트랜스퍼 트랜지스터(TX)의 멀티 클락팅(Multi-clocking)으로도 플로팅디퓨젼 영역(FD)이 스토리지(Storage) 역할을 할 수 있다.
실시예에 의하면 셀프 바이어싱되는 버랙터 커패시터를 포함하는 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지센서를 제공할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 버랙터를 이용하여 FD의 포텐셜(Potential)의 변화에 대해서 외부 바이어싱 컨트롤(Biasing Control) 없이 자동으로 FD에 추가적인 커패시티(Capacity)를 만듦으로써 저조도에서는 센서티버티(Sensitivity)를 유지하고 고조도에서는 FD의 커패시티를 증가시켜서 WDR(Wide Dynamic Range)의 이상적인 Lin-Log의 센서티버티(Sensitivity)를 나타낼 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 추가로 FD 노드(Node)를 일종의 메모리로 사용함으로써 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 멀티 클락킹(Multi clocking)을 적용하여 작은 PD에서도 플레임 레이트(Flame Rate)의 속도를 유지하면서 멀티 캡춰(Multi-Capture) 방식의 이미지를 구현할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 광전변환부;
    상기 광전변환부에서 변환된 전하를 축적하기 위한 커패시터;
    상기 커패시터에 연결되어 상기 커패시터의 전위에 따라 커패시턴스가 변화하는 가변 커패시터; 및
    상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 가변 커패시터는 셀프 바이어싱 되는 픽셀.
  3. 광전변환부;
    상기 광전변환부에서 변환된 전하를 축적하기 위한 커패시터;
    상기 커패시터에 연결되어 상기 커패시터의 전위에 따라 커패시턴스가 변화하는 가변 커패시터; 및
    상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 가변 커패시터는 p형(p-type) 가변 커패시터인 픽셀.
  4. 광전변환부;
    상기 광전변환부에서 변환된 전하를 축적하기 위한 커패시터;
    상기 커패시터에 연결되어 상기 커패시터의 전위에 따라 커패시턴스가 변화하는 가변 커패시터; 및
    상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 스위칭 소자는 상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 출력 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 가변 커패시터의 한쪽 노드(node)는 상기 커패시터나 상기 출력 스위칭 소자의 게이트(gate)에 연결하고 다른 쪽은 기판에 연결되는 픽셀.
  5. 광전변환부;
    상기 광전변환부에서 변환된 전하를 축적하기 위한 커패시터;
    상기 커패시터에 연결되어 상기 커패시터의 전위에 따라 커패시턴스가 변화하는 가변 커패시터; 및
    상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 스위칭 소자는 상기 광전변환부에서 변환된 전하를 상기 커패시터로 전달하기 위한 전달 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 가변 커패시터를 이용하여 상기 전달 스위칭 소자의 멀티 클락킹(Multi-clocking)으로 상기 커패시터가 스토리지(Storage) 역할을 하는 픽셀.
  6. 광전변환부;
    상기 광전변환부에서 변환된 전하를 축적하기 위한 커패시터;
    상기 커패시터에 연결되어 상기 커패시터의 전위에 따라 커패시턴스가 변화하는 가변 커패시터; 및
    상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 커패시터가 공유(shared)되는 것을 특징으로 하는 픽셀.
  7. 광전변환부;
    상기 광전변환부에서 변환된 전하를 축적하기 위한 커패시터;
    상기 커패시터에 연결되어 상기 커패시터의 전위에 따라 커패시턴스가 변화하는 가변 커패시터; 및
    상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 커패시터가 공유(shared)되고,
    상기 광전변환부는 제1 광전변환부와 제2 광전변환부를 포함하고,
    상기 스위칭 소자는 상기 제1 광전변환부에서 변환된 전하를 상기 커패시터로 전달하기 위한 제1 전달 스위칭 소자 및 상기 제2 광전변환부에서 변환된 전하를 상기 커패시터로 전달하기 위한 제2 전달 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 제1 전달 스위칭 소자 및 상기 제1 전달 스위칭 소자는 상기 커패시터 및 상기 가변 트랜지스터와 전기적으로 공유되어 연결된 픽셀.
  8. 제 2항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는, 상기 광전변환부와 상기 커패시터 사이에 구비되며, 상기 광전변환부에서 변환된 전하를 상기 커패시터로 전달하기 위한 전달 스위칭 소자; 전원전압 라인과 상기 커패시터 사이에 구비되며 상기 커패시터의 전위를 리셋시키기 위한 리셋 스위칭 소자; 및 상기 전원전압 라인에 연결되어 상기 커패시터의 전위를 출력하기 위한 출력 스위칭 소자;를 더 포함하고,
    상기 가변 커패시터는 상기 커패시터와 전기적으로 연결된 픽셀.
  9. 제 2항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변 커패시터는 상기 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 커패시터의 전위가 증가함에 따라 커패시턴스가 증가하는 픽셀.
  10. 제 2항 내지 제 7항 중 어느 하나의 픽셀을 어레이로 포함하는 픽셀 어레이.
  11. 제 10항의 픽셀 어레이를 포함하는 이미지센서.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9276031B2 (en) 2013-03-04 2016-03-01 Apple Inc. Photodiode with different electric potential regions for image sensors
US9741754B2 (en) 2013-03-06 2017-08-22 Apple Inc. Charge transfer circuit with storage nodes in image sensors
CN103474443B (zh) * 2013-09-13 2018-02-23 上海集成电路研发中心有限公司 用于测量cmos图像传感器转换增益的像素单元及方法
KR102093343B1 (ko) 2013-10-23 2020-03-25 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센서를 구동하는 방법
US9473706B2 (en) * 2013-12-09 2016-10-18 Apple Inc. Image sensor flicker detection
US10285626B1 (en) 2014-02-14 2019-05-14 Apple Inc. Activity identification using an optical heart rate monitor
CN103873787B (zh) * 2014-04-02 2017-02-15 长春长光辰芯光电技术有限公司 高动态范围图像传感器像素
US9686485B2 (en) 2014-05-30 2017-06-20 Apple Inc. Pixel binning in an image sensor
WO2016175650A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 Teledyne Dalsa B.V. Radiation-hard mos pixel sensor
WO2018057975A1 (en) 2016-09-23 2018-03-29 Apple Inc. Stacked backside illuminated spad array
TWI622300B (zh) * 2016-10-27 2018-04-21 財團法人國家實驗研究院 影像感測器讀取裝置
US10389957B2 (en) 2016-12-20 2019-08-20 Microsoft Technology Licensing, Llc Readout voltage uncertainty compensation in time-of-flight imaging pixels
US10616519B2 (en) 2016-12-20 2020-04-07 Microsoft Technology Licensing, Llc Global shutter pixel structures with shared transfer gates
US10801886B2 (en) 2017-01-25 2020-10-13 Apple Inc. SPAD detector having modulated sensitivity
US10656251B1 (en) 2017-01-25 2020-05-19 Apple Inc. Signal acquisition in a SPAD detector
US10962628B1 (en) 2017-01-26 2021-03-30 Apple Inc. Spatial temporal weighting in a SPAD detector
US10622538B2 (en) 2017-07-18 2020-04-14 Apple Inc. Techniques for providing a haptic output and sensing a haptic input using a piezoelectric body
US10440301B2 (en) 2017-09-08 2019-10-08 Apple Inc. Image capture device, pixel, and method providing improved phase detection auto-focus performance
US10848693B2 (en) 2018-07-18 2020-11-24 Apple Inc. Image flare detection using asymmetric pixels
US11019294B2 (en) 2018-07-18 2021-05-25 Apple Inc. Seamless readout mode transitions in image sensors
US11233966B1 (en) 2018-11-29 2022-01-25 Apple Inc. Breakdown voltage monitoring for avalanche diodes
US11563910B2 (en) 2020-08-04 2023-01-24 Apple Inc. Image capture devices having phase detection auto-focus pixels
US11546532B1 (en) 2021-03-16 2023-01-03 Apple Inc. Dynamic correlated double sampling for noise rejection in image sensors

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070035906A (ko) * 2005-09-28 2007-04-02 매그나칩 반도체 유한회사 시모스 이미지센서
JP2008305983A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Nikon Corp 固体撮像素子

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5900623A (en) * 1997-08-11 1999-05-04 Chrontel, Inc. Active pixel sensor using CMOS technology with reverse biased photodiodes
US6512544B1 (en) * 1998-06-17 2003-01-28 Foveon, Inc. Storage pixel sensor and array with compression
JP3592106B2 (ja) 1998-11-27 2004-11-24 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびカメラ
US7075049B2 (en) * 2003-06-11 2006-07-11 Micron Technology, Inc. Dual conversion gain imagers
US7102117B2 (en) * 2004-06-08 2006-09-05 Eastman Kodak Company Active pixel sensor cell with integrating varactor and method for using such cell
JP2006196742A (ja) 2005-01-14 2006-07-27 Canon Inc 撮像装置および撮像装置の駆動方法
KR20060088697A (ko) * 2005-02-02 2006-08-07 엘지전자 주식회사 이미지 센서의 픽셀 구조 및 이미지 센싱 방법
US7851798B2 (en) * 2005-05-04 2010-12-14 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for dark current and blooming suppression in 4T CMOS imager pixel
KR20080041912A (ko) 2006-11-08 2008-05-14 삼성전자주식회사 감도 제어가 가능한 씨모스 이미지 센서의 픽셀 회로
US7635833B2 (en) * 2007-01-10 2009-12-22 Forza Silicon Electronic neutral density filter
US7991239B2 (en) * 2007-08-29 2011-08-02 Aptina Imaging Corporation Methods, systems and apparatuses for imager row-wise noise correction
US8233070B2 (en) 2009-03-27 2012-07-31 International Business Machines Corporation Variable dynamic range pixel sensor cell, design structure and method
JP2011055345A (ja) 2009-09-03 2011-03-17 Nikon Corp 撮像装置
JP5440056B2 (ja) 2009-09-15 2014-03-12 株式会社ニコン 固体撮像素子
JP2011066338A (ja) 2009-09-18 2011-03-31 Nikon Corp 固体撮像素子及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070035906A (ko) * 2005-09-28 2007-04-02 매그나칩 반도체 유한회사 시모스 이미지센서
JP2008305983A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Nikon Corp 固体撮像素子

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