KR101475285B1 - 씨모스 이미지 센서 및 그것의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨모스 이미지 센서 및 씨모스 이미지 센서의 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 동작 방법은 제 1 시간 동안 광 감지소자에서 광전자를 생성하는 단계, 상기 제 1 시간 보다 짧은 제 2 시간 동안 상기 광 감지소자에서 광전자를 생성하는 단계, 및 상기 광 감지소자에서 생성된 광전자를 감지하는 단계를 포함하며, 상기 광 감지소자에 연결된 전달 트랜지스터의 게이트 전압은 상기 제 1 시간 및 제 2 시간 동안 다르게 설정된다. 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따르면, 씨모스 이미지 센서의 다이내믹 레인지가 증대될 수 있다.
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 좀더 자세하게는 씨모스 이미지 센서 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
이미지 센서에는 씨씨디(Charge Coupled Device, CCD) 이미지 센서와 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 이미지 센서가 있다. 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 씨씨디(CCD) 이미지 센서에 비하여 구동 방식이 간편하고, 다양한 스캐닝(scanning) 방식의 구현이 가능하다. 또한, 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 싱글 프로세싱(single processing) 회로를 하나의 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, 제조 원가가 낮은 장점이 있다.
최근, 이러한 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 화상 회의용 카메라, 디지털 스틸 카메라, PC 카메라, 영상 정보를 전달하는 기능을 갖춘 차세대 개인용 휴대 통신 장비 등에 광범위하게 사용되고 있다. 씨모스(CMOS) 이미지 센서의 특성을 향상시키기 위하여, 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 증대시켜 색상 표현력을 개선할 것이 요구된다.
본 발명은 다이내믹 레인지를 크게할 수 있는 씨모스 이미지 센서 및 씨모스 이미지 센서의 동작 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 동작 방법은 제 1 시간 동안 광 감지소자에서 광전자를 생성하는 단계; 상기 제 1 시간 보다 짧은 제 2 시간 동안 상기 광 감지소자에서 광전자를 생성하는 단계; 및 상기 광 감지소자에서 생성된 광전자를 감지하는 단계를 포함하며, 상기 광 감지소자에 연결된 전달 트랜지스터의 게이트 전압은 상기 제 1 시간 및 제 2 시간 동안 다르게 설정된다.
실시 예로, 상기 전달 트랜지스터의 게이트 전압은 상기 제 1 시간 동안 접지 전압 보다 높고 상기 전달 트랜지스터를 턴 온 시키는 전압보다 낮은 전달 조정 전압으로 설정된다.
실시 예로, 상기 전달 트랜지스터의 게이트 전압은 상기 제 2 시간 동안 상기 전달 조정 전압보다 낮은 전압으로 설정된다.
실시 예로, 상기 제 2 시간 동안 상기 전달 게이트 전압은 접지 전압인 것을 특징으로 한다.
실시 예로, 상기 제 1 시간 동안 생성된 광전자는 상기 광 감지소자에 축적된다.
실시 예로, 상기 제 2 시간 동안 생성된 광전자는 상기 제 1 시간 동안 생성된 광전자가 축적된 상기 광 감지소자에 축적된다.
실시 예로, 상기 전달 트랜지스터의 소스 및 드레인은 각각 상기 광 감지소자 및 부유 확산 노드에 연결되며, 상기 광 감지소자에서 생성된 광전자를 감지하는 단계는 상기 부유 확산 노드를 전원 전압으로 리셋하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 시간 동안 생성된 광전자를 상기 부유 확산 노드에 전달하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 동작 방법에 있어서: 상기 씨모스 이미지 센서는 광 감지소자; 및 상기 광 감지소자 및 부유 확산 노드 사이에 전하 통로를 형성하는 전달 트랜지스터를 포함하며, 상기 광 감지소자에서 광전자가 생성되는 동안에 상기 전달 트랜지스터의 게이트 전압 레벨은 변경된다.
실시 예로, 상기 전달 트랜지스터의 게이트 전압 레벨은 상기 광 감지소자에서 광전자가 생성되는 동안에 제 1 전압에서 상기 전달 조정 전압보다 낮은 제 2 전압으로 변경된다.
실시 예로, 상기 제 1 전압은 상기 전달 트랜지스터를 턴 온 시키는 전압보다 낮고 접지 전압보다 높은 것을 특징으로 한다.
실시 예로, 상기 제 2 전압은 접지 전압인 것을 특징으로 한다.
실시 예로, 상기 제 1 전압은 제 1 시간 동안 상기 전달 트랜지스터의 게이트에 인가되며, 상기 제 2 전압은 상기 제 1 시간 보다 짧은 제 2 시간 동안 상기 전달 트랜지스터의 게이트에 인가된다.
실시 예로, 상기 제 1 및 제 2 시간 동안 생성된 광전자는 상기 광 감지소자에 축적된다.
실시 예로, 상기 제 1 및 제 2 시간 동안 상기 광 감지소자에 축적된 광전자는 상기 부유 확산 노드에 전달된다.
본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서는 제 1 및 제 2 시간 동안에 광전자를 생성하는 광 감지소자; 및 전달 신호에 응답하여, 상기 광 감지소자 및 부유 확산 노드 사이에 전하 통로를 형성하는 전달 트랜지스터를 포함하며, 상기 전달 신호의 전압 레벨은 상기 제 1 및 제 2 시간 동안 각각 다르게 설정된다.
실시 예로, 상기 전달 신호의 전압 레벨은 상기 제 1 시간 동안 상기 전달 트랜지스터를 턴 온 시키는 전압보다 낮고 접지 전압보다 높은 제 1 전압이며, 상기 제 2 시간 동안 상기 제 1 전압보다 낮은 제 2 전압이다.
실시 예로, 상기 제 1 시간은 상기 제 2 시간에 비하여 긴 것을 특징으로 한다.
실시 예로, 상기 제 1 및 제 2 시간에 생성된 광전자는 상기 광 감지소자의 웰에 축적된다.
본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서는 제 1 시간 및 상기 제 1 시간보다 짧은 제 2 시간 동안에 광전자를 생성하는 광 감지소자; 및 상기 광 감지소자 및 부유 확산 노드 사이에 연결되며, 전달 신호에 응답하여 전하 통로를 형성하는 제 1 트랜지스터를 포함하며, 상기 부유 확산 노드 및 전원 전압 사이에 연결되며, 리셋 신호에 응답하여 전하 통로를 형성하는 제 2 트랜지스터를 포함하며, 상기 제 1 시간 동안 상기 전달 신호의 레벨은 상기 제 1 트랜지스터를 턴 온 시키는 전압보다 낮은 전달 조정 전압이고 상기 리셋 신호의 레벨은 상기 제 2 트랜지스터를 턴 온 시키는 리셋 활성화 전압이다.
실시 예로, 상기 제 2 시간 동안 상기 전달 신호의 레벨은 상기 전달 조정 전압보다 낮은 전압인 것을 특징으로 한다.
실시 예로, 전원 전압에 연결되며, 상기 부유 확산 노드의 전압에 응답하여 전하 통로를 형성하는 제 3 트랜지스터; 및 상기 제 3 트랜지스터에 연결되며, 선택 신호에 응답하여 전하 통로를 형성하는 제 4 트랜지스터를 포함하며, 상기 선택 신호는 상기 제 1 및 제 2 시간 동안 접지 전압인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따르면, 광 감지소자에서 광전자가 생성되는 동안에 전달 트랜지스터의 게이트 전압이 변경된다. 따라서, 씨모스 이미지 센서의 다이내믹 레이지가 증대될 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서(10)를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 픽셀 회로(110)를 보여주는 회로도이다.
도 3은 제 1 및 제 2 축적 시간 동안에 포토 다이오드에 축적된 광전자의 수를 보여준다.
도 4a는 도 3의 초기 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 4b는 도 3의 제 1 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 4c는 도 3의 제 2 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 4d는 도 3의 제 3 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 4e는 도 3의 제 4 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 4f는 도 3의 제 5 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 5는 제 1 및 제 2 축적 시간 동안에 포토 다이오드에 축적된 광전자의 수를 보여준다.
도 6a는 도 5의 초기 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 6b는 도 5의 제 1 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 6c는 도 5의 제 2 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 6d는 도 5의 제 3 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 7은 도 2의 픽셀 회로의 동작을 보여주는 타이밍도이다.
도 8은 전달 신호의 전압 레벨의 변경에 따른 다이내믹 레인지의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 9는 제 1 축적 시간과 제 2 축적 시간의 비율의 변경에 따른 다이내믹 레인지의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 픽셀 회로(110)를 보여주는 회로도이다.
도 3은 제 1 및 제 2 축적 시간 동안에 포토 다이오드에 축적된 광전자의 수를 보여준다.
도 4a는 도 3의 초기 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 4b는 도 3의 제 1 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 4c는 도 3의 제 2 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 4d는 도 3의 제 3 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 4e는 도 3의 제 4 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 4f는 도 3의 제 5 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 5는 제 1 및 제 2 축적 시간 동안에 포토 다이오드에 축적된 광전자의 수를 보여준다.
도 6a는 도 5의 초기 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 6b는 도 5의 제 1 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 6c는 도 5의 제 2 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 6d는 도 5의 제 3 시간에서의 각각의 전위 레벨을 보여준다.
도 7은 도 2의 픽셀 회로의 동작을 보여주는 타이밍도이다.
도 8은 전달 신호의 전압 레벨의 변경에 따른 다이내믹 레인지의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 9는 제 1 축적 시간과 제 2 축적 시간의 비율의 변경에 따른 다이내믹 레인지의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서(10)를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 씨모스 이미지 센서(10)는 APS(Active Pixel Sensor, APS) 어레이(100), 로우 드라이버(200), 그리고 아날로그-디지털 변환기(Analog Digital Converter, ADC)(300)를 포함한다.
APS 어레이(100)는 복수의 픽셀 회로들을 포함한다. 예를 들어, 픽셀 회로들은 복수의 행들과 열들을 따라 배열될 것이다. 픽셀 회로들은 광 감지소자를 포함한다. 예를 들어, 광 감지소자는 포토 다이오드(photodiode)일 것이다. 다른 예로, 광 감지소자는 포토 트랜지스터(phhoto-transistor)일 것이다. 이하에서는 간략한 설명을 위하여 광 감지소자는 포토 다이오드(photodiode)인 것으로 가정된다.
APS 어레이(100)는 포토 다이오드(photodiode)를 이용하여 영상 신호를 생성한다. 즉, APS 어레이(100)는 포토 다이오드(photodiode)를 이용하여 빛을 감지하고, 감지된 빛을 전기적 신호로 변환함으로써 영상 신호를 생성한다. 예를 들어, APS 어레이(100)에서 출력되는 영상 신호들은 3가지 색상들(R,G,B)에 대응하는 아날로그 영상 신호들일 것이다.
아날로그-디지털 변환기(300)는 APS 어레이(110)로부터 출력되는 아날로그 영상 신호를 디지털 신호로 변환한다. 예를 들어, 아날로그-디지털 변환기(300)는 CDS(Correlated Double Sampling) 방식을 이용하여 아날로그 영상 신호를 디지털 신호로 변환할 것이다. 예를 들어, 아날로그-디지털 변환기(300)에 의하여 변환된 디지털 신호는 신호 처리부로 제공될 것이다.
로우 드라이버(200)는 APS 어레이(100)의 행들을 선택한다. 예를 들어, 로우 드라이버(200)는 APS 어레이(100)의 행들을 순차적으로 선택할 것이다. 한편, 씨모스 이미지 센서(10)는 픽셀 회로들을 선택하거나 감지된 영상 신호들을 출력하기 위한 어드레스 신호들을 생성하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 이하의 도 2에서는 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 픽셀 회로의 구성이 좀더 자세히 설명될 것이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 픽셀 회로(110)를 보여주는 회로도이다. 예를 들어, 도 2의 픽셀 회로(110)는 도 1의 APS 어레이(100)에 포함될 것이다. 도 2를 참조하면, 픽셀 회로(110)는 제 1 내지 제 4 트랜지스터(M1-M4)와 포토 다이오드(PD)를 포함한다.
제 1 트랜지스터(M1)는 전원 전압(VDD)과 부유 확산(Floating Defusion, FD) 노드 사이에 연결된다. 제 1 트랜지스터(M1)의 드레인은 전원 전압(VDD)에 연결된다. 제 1 트랜지스터(M1)의 소스는 부유 확산(FD) 노드에 연결된다. 제 1 트랜지스터(M1)는 리셋 신호(RST)에 응답하여 전하 통로를 형성한다. 예를 들어, 제 1 트랜지스터(M1)는 리셋 신호(RST)에 응답하여 부유 확산(FD) 노드를 전원 전압(VDD)으로 리셋할 것이다. 제 1 트랜지스터(M1)는 리셋 트랜지스터(Reset Transistor)라고 칭해질 수 있다.
제 2 트랜지스터(M2)는 부유 확산(FD) 노드와 포토 다이오드(PD) 사이에 위치한다. 제 2 트랜지스터(M2)의 드레인은 부유 확산(FD) 노드에 연결된다. 제 2 트랜지스터(M2)의 소스는 포토 다이오드(PD)에 연결된다. 제 2 트랜지스터(M2)는 전달 신호(TX)에 응답하여 전하 통로를 형성한다. 제 2 트랜지스터(M2)는 전달 신호(TX)에 응답하여 포토 다이오드(PD)에서 생성된 광전자(photo-generated electro)를 부유 확산(FD) 노드에 전달할 것이다. 예를 들어, 제 2 트랜지스터(M2)는 전달 트랜지스터(Transfer Transistor)라 칭해질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예에 있어서, 포토 다이오드(PD)에서 광전자가 생성되는 동안, 전달 신호(TX)의 전압 레벨은 가변된다. 예를 들어, 포토 다이오드(PD)에서 광전자가 생성되는 동안, 전달 신호(TX)의 전압 레벨은 전달 조정 전압(Transfer Adjusting Voltage)에서 접지 전압(Ground)으로 가변될 것이다.
여기서, 전달 조정 전압(Transfer Adjusting Voltage)은 전달 활성화 전압(Transfer Enabel Voltgage)보다 낮고 접지 전압(Ground)보다 높은 전압을 의미한다. 전달 활성화 전압(Tranfer Enable Voltage)은 제 2 트랜지스터(M2)를 턴 온(turn on) 시키기 위한 전압을 의미한다.
전달 신호(TX)의 전압 레벨을 가변함으로써, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 픽셀 회로(110)는 광전자가 축적될 수 있는 포토 다이오드(PD)의 전하 축적 용량을 가변시킬 수 있다.
포토 다이오드(PD)는 제 2 트랜지스터(M2)와 접지 전압(Ground) 사이에 위치한다. 포토 다이오드(PD)는 빛을 감지하여 광전자(photo-electron)를 생성한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예에 있어서, 포토 다이오드(PD)는 광전자를 생성하고, 생성된 광전자를 축적한다. 예를 들어, 포토 다이오드(PD)는 제 1 및 제 2 축적 시간(Tint 1, Tint 2) 동안 생성된 광전자를 축적할 것이다.
여기서, 제 1 축적 시간(Tint 1)은 전달 신호(TX)의 전압 레벨이 전달 조정 전압(Transfer Adjusting Voltage)인 상태에서 광전자가 생성되는 시간을 의미한다. 제 2 축적 시간(Tint 2)은 전달 신호(TX)의 전압 레벨이 접지 전압(Ground)인 상태에서 광전자가 생성되는 시간을 의미한다.
이 경우, 제 1 축적 시간(Tint 1)과 제 2 축적 시간(Tint 2)의 비율은 적절히 조절될 수 있다. 제 1 축적 시간(Tint 1)과 제 2 축적 시간(Tint 2)의 비율을 달리함으로써, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 다이내믹 레인지(Dynamic Range)가 증대될 수 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 제 3 트랜지스터(M3)는 전원 전압(VDD)과 제 4 트랜지스터(M4) 사이에 위치한다. 제 3 트랜지스터(M3)의 드레인은 전원 전압(VDD)에 연결된다. 제 3 트랜지스터(M3)의 소스는 제 4 트랜지스터(M4)의 드레인에 연결된다. 제 3 트랜지스터(M3)는 부유 확산(FD) 노드의 전압에 응답하여 전하 통로를 형성한다. 예를 들어, 부유 확산(FD) 노드의 전압은 제 3 트랜지스터(M3)의 게이트에 전달된다. 제 3 트랜지스터(M3)는 소스 팔로워(Source Follower) 트랜지스터라고 칭해질 수 있다.
제 4 트랜지스터(M4)는 제 3 트랜지스터(M3)에 연결되며, 선택 신호(SEL)에 응답하여 전하 통로를 형성한다. 즉, 제 4 트랜지스터(M4)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 출력 신호(Vout)를 출력한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 있어서, 전달 신호(TX)의 전압 레벨은 전달 조정 전압(Transfer Adjusting Voltage)에서 접지 전압(Ground)으로 가변된다. 이 경우, 제 1 축적 시간(Tint 1)과 제 2 축적 시간(Tint 2)을 달리함으로써, 본 발명의 기술적 사상에 따른 씨모스 이미지 센서의 다이내믹 레인지(Dynamic Range)가 증대될 수 있다.
이는 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서가 긴 시간 빛이 조사된 경우에 촬상된 영상과 짧은 시간 빛이 조사된 경우에 촬상된 영상을 합성하는 것과 동일한 효과를 갖기 때문이다. 이하에서는 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 동작이 도 2의 픽셀 회로(110)를 참조하여 자세히 설명될 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 도 2의 픽셀 회로(110)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 3은 제 1 및 제 2 축적 시간(Tint 1, Tint 2) 동안에 포토 다이오드(PD, 도 2 참조)에 축적된 광전자의 수를 보여준다. 도 4는 도 3의 초기 시간(t0) 내지 제 5 시간(t5)에서의 전위 레벨(electric potential level)을 보여준다.
설명의 편의상, 도 3 및 도 4에서는 빛의 세기가 충분히 강하다고 가정된다. 즉, 제 1 축적 시간(Tint 1) 동안 발생된 광전자에 의하여 포토 다이오드(PD)가 포화(saturation) 된다고 가정된다. 한편, 제 2 축적 시간(Tint 2)은 짧기 때문에, 제 2 축적 시간(Tint 2) 동안 발생된 광전자에 의하여 포토 다이오드(PD)는 포화(saturation) 되지 않는다고 가정된다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 초기 시간(t0)에서 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자의 수 및 각각의 전위 레벨(electric potential level)이 도시되어 있다.
초기 시간(t0)에서의 포토 다이오드(PD)의 전위 레벨은 PD 리셋 전위라고 가정된다. 초기 시간(t0)에서의 부유 확산(FD) 노드의 전위 레벨은 FD 리셋 전위라고 가정된다. 초기 시간(t0)에서의 전원 전압(VDD)의 전위 레벨은 전원 전위라고 가정된다. 초기 시간(t0)에서의 접지 전압(Ground)의 전위 레벨은 접지 전위라고 가정된다. 또한, 초기 시간(t0)에서의 전달 신호(TX)의 전위 레벨은 전달 조정 전위(Transfer Adjusting electric potential)라고 가정된다. 여기서 전달 조정 전위(Transfer Adjusting electric potential)은 전달 조정 전압(Transfer Adjusting Voltage)에 대응하는 전위(electric potential)를 의미한다.
도 3 및 도 4b를 참조하면, 제 1 시간(t1)에서 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자의 수 및 각각의 전위 레벨(electric potential level)이 도시되어 있다.
포토 다이오드(PD)에 빛이 조사되면, 포토 다이오드(PD)는 광전자(photon)를 생성한다. 이 경우, 접지 전위, 포토 다이오드(PD), 그리고 전달 신호(TX)의 전위 레벨은 웰(well) 구조를 형성한다. 즉, 전달 신호(TX)의 전위 레벨이 전달 조정 전위(Transfer Adjusting Voltage)이므로 제 2 트랜지스터(M2, 도 2 참조)는 완전히 턴 온(turn on) 되지 않고, 따라서 포토 다이오드(PD)에서 생성된 광전자는 웰(well)에 축적된다. 다시 말하면, 광전자는 포토 다이오드(PD)에 축적된다.
도 3 및 도 4c를 참조하면, 제 2 시간(t2)에서 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자의 수 및 각각의 전위 레벨(electric potential level)이 도시되어 있다. 제 1 축적 시간(Tint 1)이 충분히 길기 때문에, 포토 다이오드(PD)는 제 2 시간(t2)에 포화(saturation) 된다.
도 3 및 도 4d를 참조하면, 제 3 시간(t3)에서 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자의 수 및 각각의 전위 레벨(electric potential level)이 도시되어 있다.
제 2 시간(t2)에서, 포토 다이오드(PD)는 이미 포화(saturation) 상태에 있다. 따라서, 제 3 시간(t3)에서 생성된 과잉 광전자들은 부유 확산(FD) 노드로 전달된다. 이 경우, 선택 신호(RST)의 전위 레벨이 낮으므로 제 1 트랜지스터(M1, 도 2 참조)는 턴 온(turn on) 상태에 있다. 따라서, 과잉 생성된 광전자들은 전원 전위(VDD)를 통하여 방전된다.
상술한 바와 같이, 도 3 및 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 제 1 축적 시간(Tint 1) 동안에 생성된 광전자는 포토 다이오드(PD)에 축적된다. 이 경우, 전달 신호(TX)의 전위 레벨은 전달 전위 레벨(Transfer electric potential level)이다. 또한, 과잉 생성된 광전자들은 전원 전위(VDD)로 방전된다.
계속해서, 도 3 및 도 4e를 참조하면, 제 4 시간(t4)에서 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자의 수 및 각각의 전위 레벨(electric potential level)이 도시되어 있다.
제 4 시간(t4)에서, 전달 신호(TX)의 전위 레벨은 전달 전위 레벨(Transfer electric potential level)에서 접지 전위로 상승한다. 따라서, 제 2 트랜지스터(M2)는 완전히 턴 오프(turn off) 된다. 따라서, 광전자를 축적할 수 있는 포토 다이오드(PD)의 전하 축적 용량은 증대된다.
도 3 및 도 4f를 참조하면, 제 5 시간(t5)에서 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자의 수 및 각각의 전위 레벨(electric potential level)이 도시되어 있다.
제 4 시간(t4)에서 포토 다이오드(PD)의 웰(well)의 용량이 증대되었기 때문에, 제 4 시간(t4)에서 제 5 시간(t5) 동안에 생성된 광전자는 포토 다이오드(PD)에 축적된다. 즉, 제 2 축적 시간(Tint 2) 동안 생성된 광전자들이 포토 다이오드(PD)에 축적된다.
상술한 바와 같이, 도 3, 도 4e 및 도 4f를 참조하면, 제 2 축적 시간(Tint 2) 동안에 생성된 광전자는 포토 다이오드(PD)에 축적된다. 결국, 도 4f를 참조하면, 포토 다이오드(PD)에는 제 1 축적 시간(Tint 1) 동안 생성된 광전자들과 제 2 축적 시간(Tint 2) 동안 생성된 광전자들이 모두 축적된다.
이 경우, 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예에 있어서, 제 1 축적 시간(Tint 1)과 제 2 축적 시간(Tint 2)의 비율은 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 축적 시간(Tint 1)이 제 2 축적 시간(Tint 2)보다 길게 설정될 수 있다.
이 경우, 제 1 축적 시간(Tint 1) 동안 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자들은 긴 시간 동안 빛을 조사하였을 때의 영상을 촬상하는 광전자들이다. 제 2 축적 시간(Tint 2) 동안 포토 다이오드(PD) 에 축적된 광전자들은 짧은 시간 동안 빛을 조사하였을 때의 영상을 촬상하는 광전자들이다.
즉, 포토 다이오드(PD)에는 긴 시간 빛이 조사된 경우에 생성된 광전자들과 짧은 시간 빛이 조사된 경우에 생성된 광전자들이 모두 축적된다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서는 긴 시간 빛이 조사된 경우에 촬상된 영상과 짧은 시간 빛이 조사된 경우에 촬상된 영상을 합성하는 것과 동일한 효과를 갖는다.
결국, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서의 다이내믹 레인지(Dynamic Range)가 증대될 수 있다. 다만, 일반적인 듀얼 캡쳐(dual capture) 방식이 적어도 두 번 영상을 캡쳐해야함에 반하여, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서는 한 번의 영상 캡쳐로 동작할 수 있다.
또한, 포토 다이오드(PD)에 긴 시간 빛이 조사된 경우에 생성된 광전자들과 짧은 시간 빛이 조사된 경우에 생성된 광전자들이 모두 축적되기 때문에, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서는 긴 시간 동안 빛이 조사되었을 때 촬상된 영상과 짧은 시간 동안 빛이 조사되었을 때 촬상된 영상을 합상하기 위한 외부 장치를 필요로 하지 않는다.
한편, 도 3 및 도 4에서는 제 1 축적 시간(Tint 1) 동안 포토 다이오드(PD)가 포화될 정도로 빛의 세기가 충분히 강하다고 가정되었다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이해되어야 할 것이다. 이하의 도 5 및 도 6에서는 도 3 및 도 4와는 달리 빛의 세기가 약한 경우에 도 2의 픽셀 회로(110)의 동작이 자세히 설명될 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시 예에 따른 도 2의 픽셀 회로(110)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 5는 제 1 및 제 2 축적 시간(Tint 1, Tint 2) 동안에 포토 다이오드(PD, 도 2 참조)에 축적된 광전자의 수를 보여준다. 도 6은 도 5의 초기 시간(t0) 내지 제 3 시간(t3)에서의 전위 레벨(electric potential level)을 보여준다.
도 3 및 도 4와 달리, 도 5 및 도 6에서는 빛의 세기가 약하다고 가정된다. 즉, 제 1 축적 시간(Tint 1) 동안 발생된 광전자에 의하여 포토 다이오드(PD)가 포화(saturation) 되지 않는다고 가정된다. 또한, 제 2 축적 시간(Tint 2) 동안 발생된 광전자에 의하여 포토 다이오드(PD)가 포화(saturation) 되지 않는다고 가정된다.
도 5 및 도 6a를 참조하면, 초기 시간(t0)에서의 전위 레벨(electric potential level)이 도시되어 있다.
초기 시간(t0)에서의 포토 다이오드(PD)의 전위 레벨은 PD 리셋 전위라고 가정된다. 초기 시간(t0)에서의 부유 확산(FD) 노드의 전위 레벨은 FD 리셋 전위라고 가정된다. 초기 시간(t0)에서의 전달 신호(TX)의 전위 레벨은 전달 조정 전위(Transfer Adjusting electric potential)라고 가정된다.
도 5 및 도 6b를 참조하면, 제 1 시간(t1)에서 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자의 수 및 각각의 전위 레벨(electric potential level)이 도시되어 있다.
포토 다이오드(PD)에 빛이 조사되면, 포토 다이오드(PD)는 광전자(photon)를 생성한다. 이 경우, 전달 신호(TX)의 전위 레벨은 전달 조정 전위(Transfer Adjusting electric potential)이므로, 제 2 트랜지스터(M2, 도 2 참조)는 완전히 턴 온(turn on) 되지 않는다. 따라서, 생성된 광전자는 포토 다이오드(PD)의 웰(well)에 축적된다. 다시 말하면, 광전자는 포토 다이오드(PD)에 축적된다.
도 5 및 도 6c를 참조하면, 제 2 시간(t2)에서 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자의 수 및 각각의 전위 레벨(electric potential level)이 도시되어 있다. 포토 다이오드(PD)에 조사되는 빛이 약하기 때문에, 초기 시간(t0) 내지 제 2 시간(t1) 동안 생성된 광전자에 의하여, 포토 다이오드(PD)는 포화(saturation) 되지 않는다. 즉, 제 1 축적 시간(Tint 1) 동안 생성된 광전자에 의하여, 포토 다이오드(PD)는 포화 되지 않는다.
한편, 제 2 시간(t2)에서, 전달 신호(TX)의 전위 레벨은 전달 전위 레벨(Transfer electric potential level)에서 접지 전위로 상승한다. 따라서, 제 2 트랜지스터(M2)는 완전히 턴 오프(turn off) 된다. 따라서, 광전자를 축적할 수 있는 포토 다이오드(PD)의 전하 축적 용량이 증대된다. 이 경우, 선택 신호(RST)의 전위 레벨도 접지 전위로 상승한다.
도 5 및 도 6d를 참조하면, 제 3 시간(t3)에서 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자의 수 및 각각의 전위 레벨(electric potential level)이 도시되어 있다. 제 2 시간(t2) 내지 제 3 시간(t3) 동안 생성된 광전자는 포토 다이오드(PD)에 축적된다. 즉, 제 2 축적 시간(Tint 2) 동안 생성된 광전자는 포토 다이오드(PD)에 축적된다.
이 경우, 포토 다이오드(PD)에는 제 1 축적 시간(Tint 1) 동안 생성된 광전자들과 제 2 축적 시간(Tint 2) 동안 생성된 광전자들이 모두 축적된다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서는 빛의 세기가 약한 경우에도 빛의 세기가 충분히 강한 경우와 마찬가지의 특성을 가질 수 있다.
도 7은 도 2의 픽셀 회로(110)의 동작을 보여주는 타이밍도이다. 구체적으로, 도 7에서는 선택 신호(SEL), 전달 신호(TX), 그리고 리셋 신호(RST)의 전압 레벨에 따른 도 2의 픽셀 회로(110)의 동작이 설명된다. 간략한 설명을 위하여, 제 1 축적 시간(Tint 1)이 제 2 축적 시간(Tint 2)보다 길다고 가정된다.
제 1 축적 시간(Tint 1)에서, 전달 신호(TX)의 전압 레벨은 전달 조정 전압(Transfer Adjusting Voltage)이다. 전달 조정 전압(Transfer Adjusting Voltage)은 제 2 트랜지스터(M2)를 턴 온(turn on)시키기 위한 전달 활성화 전압(Transfer Enable Voltage)보다 낮다. 또한, 전달 조정 전압(Transfer Adjusting Voltage)은 접지 전압(Ground)보다 높다.
이 경우, 제 2 트랜지스터(M2, 도 2 참조)는 완전히 턴 온(trun on)되지 않는다. 따라서, 생성된 광전자는 포토 다이오드(PD)에 축적된다. 제 1 축적 시간(Tint 1)이 제 2 축적 시간(Tint 2)보다 길기 때문에, 포토 다이오드(PD)에는 긴 시간 동안 빛이 조사되었을 때 생성된 광전자들이 축적된다.
한편, 제 1 축적 시간(Tint 1)에서 리셋 신호(RST)의 전압 레벨은 리셋 활성화 전압(Reset Enable Voltage)이다. 따라서, 제 1 축적 시간(Tint 1) 동안 제 1 트랜지스터(M1, 도 2 참조)는 턴 온(turn on) 된다. 따라서, 포토 다이오드(PD)가 포화(saturation) 상태인 경우, 과잉 생성된 광전자들은 제 1 트랜지스터(M1)를 통하여 전원 전압(VDD)으로 방전된다.
제 2 축적 시간(Tint 2)에서, 전달 신호(TX)의 전압 레벨이 전달 조정 전압(Transfer Adjusting Voltage)에서 접지 전압(Ground)으로 천이된다. 즉, 제 2 트랜지스터(M2)는 완전히 턴 온(turn on) 된다.
이 경우, 제 2 트랜지스터(M2)가 완전히 턴 온(turn on) 되었기 때문에, 광전자를 축적할 수 있는 포토 다이오드(PD)의 용량이 증대된다. 따라서, 생성된 광전자는 포토 다이오드(PD)에 축적된다.
제 2 축적 시간(Tint 2)이 제 1 축적 시간(Tint 1)보다 짧기 때문에, 포토 다이오드(PD)에는 짧은 시간 동안 빛을 조사하였을 때 생성된 광전자들이 축적된다. 결국, 포토 다이오드(PD)에는 긴 시간 빛을 조사하였을 때 생성된 광전자들과 짧은 시간 빛을 조사하였을 때 생성된 광전자들이 함께 축적된다.
한편, 제 2 축적 시간(Tint 2)에서 리셋 신호(RST)의 전압 레벨은 접지 전압(Ground)이다. 즉, 제 2 축적 시간(Tint 1) 동안, 제 1 트랜지스터(M1)는 턴 오프(turn off) 된다. 따라서, 포토 다이오드(PD)가 포화(saturation) 상태인 경우, 과잉 생성된 광전자들은 부유 확산(FD, 도 2 참조)에 축적된다.
리셋 시간(Tr)에서, 리셋 신호(RST)의 전압 레벨은 접지 전압(Ground)에서 리셋 활성화 전압(Reset Enable Voltage)으로 천이된다. 즉, 제 1 트랜지스터(M1)는 턴 온(turn on) 된다. 따라서, 부유 확산(FD) 노드의 전압은 전원 전압(VDD)으로 리셋(reset) 된다.
또한, 리셋 시간(Tr)에서, 선택 신호(SEL)의 전압 레벨은 접지 전압(Ground)에서 선택 활성화 전압(Select Enable Voltage)으로 천이된다. 즉, 제 4 트랜지스터(M4, 도 2 참조)는 턴 온(turn on) 된다. 부유 확산(FD) 노드의 전압은 제 3 트랜지스터(M3, 도 2 참조)의 게이트에 전달되기 때문에, 제 4 트랜지스터(M4)는 리셋된 부유 확산(FD) 노드의 전압에 대응하는 전압(Vout)을 출력한다.
감지 시간(Ts)에서, 리셋 신호(RST)의 전압 레벨은 리셋 활성화 전압(Reset Enable Voltage)에서 접지 전압(Ground)으로 천이된다. 즉, 제 1 트랜지스터(M1)는 턴 오프(turn off) 된다. 전달 신호(TX)의 전압 레벨은 접지 전압(Ground)에서 전달 활성화 전압(Transfer Enable Voltage)으로 천이 된다. 즉, 제 2 트랜지스터(M2)는 턴 온(trun on) 된다. 따라서, 제 1 및 제 2 축적 시간(Tint 1, Tint 2) 동안에 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자들은 부유 확산(FD) 노드로 전달된다.
이 경우, 선택 신호(SEL)의 전압 레벨은 선택 활성화 전압(Select Enable Voltage)을 유지한다. 즉, 제 4 트랜지스터(M4)는 턴 온(turn on) 상태를 유지한다. 부유 확산(FD) 노드의 전압은 제 3 트랜지스터(M3)의 게이트에 전달되기 때문에, 제 4 트랜지스터(M4)는 부유 확산(FD) 노드에 전달된 광전자의 전위 레벨에 대응하는 전압(Vout)을 출력한다.
상술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 축적 시간(Tint 1, Tint 2) 동안 생성된 광전자들은 포토 다이오드(PD)에 축적된다. 제 1 및 제 2 축적 시간(Tint 1, Tint 2) 동안 생성된 광전자들을 감지함으로써, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서는 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 증대시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서는 전달 신호(TX)의 전압 레벨을 조절함으로써, 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 조절할 수 있다. 또한, 본 발명의 기술적 사상의 실시 예에 따른 씨모스 이미지 센서는 제 1 축적 시간(Tint 1)과 제 2 축적 시간(Tint 2)의 비율(ratio)을 변경함으로써, 다이내믹 레인지(Dynamic Range)를 조절할 수 있다. 이는 이하의 도 8 및 도 9에서 좀더 자세히 설명될 것이다.
도 8은 전달 신호(TX)의 전압 레벨의 변경에 따른 다이내믹 레인지(Dynamic Range)의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 8을 참조하면, 전달 신호(TX)의 전압 레벨을 변경함으로써 그래프의 기울기(slope)가 변하는 지점을 변경할 수 있고, 따라서 다이내믹 레인지(Dynamic Range)가 변경될 수 있다. 시뮬레이션에서, 제 1 축적 시간(Tint 1)과 제 2 축적 시간(Tint 2)의 비율은 약 7:3으로 설정되었다.
한편, 도 8의 시뮬레이션 결과를 수학식 1 내지 수학식 5로 설명하면 다음과 같다. 수학식 1 및 수학식 2는 제 1 축적 시간(Tint 1)에서 축적된 광전자들(Qo)을 보여준다. 수학식 3 내지 수학식 5는 제 1 축적 시간(Tint 1) 및 제 2 축적 시간(Tint 2)에서 축적된 광전자를(Qo)을 보여준다.
(수학식 1)
Qo = go * Io * Tint 1, go*Io*Tint 1<Ao
(수학식 2)
Qo = Ao, go*Io*Tint 1>Ao
여기서, 빛의 세기(light intensity)는 Io 이며, 광전자 생성율(photogeneration ratio)은 go 라고 가정된다. Ao는 전달 신호(TX)의 전압 레벨이 V1인 상태에서 포토 다이오드(PD)에 포화된 광전자의 수를 의미한다.
(수학식 3)
Qo = go * Io * (Tint 1 + Tint 2), go*Io*Tint 1<Ao
(수학식 4)
Qo = Ao + go* Io * Tint 2, go*Io*Tint 1>Ao&go*Io*(Tint 1+Tint 2)<Bo
(수학식 5)
Qo = Bo, go*Io*(Tint 1+Tint 2)>Bo
여기서, Bo는 전달 신호(TX)가 접지 전압(Ground)일 때 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전자의 수를 의미한다.
도 9는 제 1 축적 시간(Tint 1)과 제 2 축적 시간(Tint 2)의 비율의 변경에 따른 다이내믹 레인지(Dynamic Range)의 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 실험의 편의상, 도 9에서는 A0=0.4인 상태에서 실험이 진행되었다.
도 9를 참조하면, 제 1 축적 시간(Tint 1)과 제 2 축적 시간(Tint 2)의 비율을 변경함으로써 그래프의 기울기(slope)가 변하는 지점을 변경할 수 있고, 따라서 다이내믹 레인지(Dynamic Range)가 변경될 수 있다.
한편, 상술한 설명은 예시적인 것으로 이해되어야 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음이 이해될 것이다. 예를 들어, 도 3 내지 도 9에서는 제 1 축적 시간(Tint 1)이 제 2 축적 시간(Tint 2)보다 길다고 설명되었다. 이는 예시적인 것으로, 제 2 축적 시간(Tint 2)이 제 1 축적 시간(Tint 1)보다 길게 설정될 수 있을 것이다.
다른 예로, 도 3 내지 도 9에서는 제 2 축적 시간(Tint 2)에 전달 신호(TX)의 전압 레벨은 접지 전압(Ground)인 것으로 설명되었다. 다만 이는 예시적인 것으로, 제 2 축적 시간(Tint 2)에는 전달 조정 전압(Transfer Adjusting Voltage) 보다 낮은 전압이 인가될 수 있을 것이다.
다른 예로, 도 2에서는 4개의 트랜지스터를 갖는 픽셀 회로를 이용하여 본 발명의 기술적 사상이 설명되었다. 다만 이는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 3개의 트랜지스터를 갖는 픽셀 회로에도 응용될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 기술적 사상은 부유 확산(FD) 노드에 커패시터를 갖는 3개 또는 4개의 트랜지스터의 픽셀 회로에도 응용될 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 씨모스 이미지 센서 110: 픽셀 회로
M1~M4: 제 1 내지 제 4 트랜지스터 PD: 포토 다이오드
FD 노드: 부유 확산 노드 VDD: 전원 전압
RST: 리셋 신호 TX: 전달 신호
SEL: 선택 신호 ADC: 아날로그-디지털 변환기
APS: 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor)
M1~M4: 제 1 내지 제 4 트랜지스터 PD: 포토 다이오드
FD 노드: 부유 확산 노드 VDD: 전원 전압
RST: 리셋 신호 TX: 전달 신호
SEL: 선택 신호 ADC: 아날로그-디지털 변환기
APS: 액티브 픽셀 센서(Active Pixel Sensor)
Claims (26)
- 삭제
- 제 1 시간 동안 광 감지소자에서 광전자를 생성하는 단계;
상기 제 1 시간 보다 짧은 제 2 시간 동안 상기 광 감지소자에서 광전자를 생성하는 단계; 및
상기 광 감지소자에서 생성된 광전자를 감지하는 단계를 포함하며,
상기 광 감지소자에 연결된 전달 트랜지스터의 게이트 전압은 상기 제 1 시간 및 제 2 시간 동안 다르게 설정되고,
상기 전달 트랜지스터의 게이트 전압은 상기 제 1 시간 동안 접지 전압보다 높고 상기 전달 트랜지스터를 턴 온 시키는 전압보다 낮은 전달 조정 전압으로 설정되는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 전달 트랜지스터의 게이트 전압은 상기 제 2 시간 동안 상기 전달 조정 전압보다 낮은 전압으로 설정되는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 시간 동안 상기 전달 게이트 전압은 접지 전압인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 시간 동안 생성된 광전자는 상기 광 감지소자에 축적되는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 시간 동안 생성된 광전자는 상기 제 1 시간 동안 생성된 광전자가 축적된 상기 광 감지소자에 축적되는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 전달 트랜지스터의 소스 및 드레인은 각각 상기 광 감지소자 및 부유 확산 노드에 연결되며,
상기 광 감지소자에서 생성된 광전자를 감지하는 단계는
상기 부유 확산 노드를 전원 전압으로 리셋하는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 시간 동안 생성된 광전자를 상기 부유 확산 노드에 전달하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법. - 씨모스 이미지 센서의 동작 방법에 있어서:
상기 씨모스 이미지 센서는
광 감지소자; 및
상기 광 감지소자 및 부유 확산 노드 사이에 전하 통로를 형성하는 전달 트랜지스터를 포함하며,
상기 광 감지소자에서 광전자가 생성되는 동안에 상기 전달 트랜지스터의 게이트에 접지전압보다 높고 상기 전달 트랜지스터를 턴 온 시키는 전압보다 낮은 제1 전압을 인가하고; 상기 제1 전압을 인가한 후 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 인가함을 포함하는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 전압은 접지 전압인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 전압은 제 1 시간 동안 상기 전달 트랜지스터의 게이트에 인가되며, 상기 제 2 전압은 상기 제 1 시간 보다 짧은 제 2 시간 동안 상기 전달 트랜지스터의 게이트에 인가되는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 시간 동안 생성된 광전자는 상기 광 감지소자에 축적되는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 시간 동안 상기 광 감지소자에 축적된 광전자는 상기 부유 확산 노드에 전달되는 씨모스 이미지 센서의 동작 방법 - 삭제
- 제 1 및 제 2 시간 동안에 광전자를 생성하는 광 감지소자; 및
전달 신호에 응답하여, 상기 광 감지소자 및 부유 확산 노드 사이에 전하 통로를 형성하는 전달 트랜지스터를 포함하며,
상기 전달 신호의 전압 레벨은 상기 제 1 및 제 2 시간 동안 각각 다르게 설정되고,
상기 전달 신호의 전압 레벨은
상기 제 1 시간 동안 상기 전달 트랜지스터를 턴 온 시키는 전압보다 낮고 접지 전압보다 높은 제 1 전압이며, 상기 제 2 시간 동안 상기 제 1 전압보다 낮은 제 2 전압인 씨모스 이미지 센서. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 시간은 상기 제 2 시간에 비하여 긴 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 시간에 생성된 광전자는 상기 광 감지소자의 웰(well)에 축적되는 씨모스 이미지 센서. - 삭제
- 제 1 시간 및 상기 제 1 시간보다 짧은 제 2 시간 동안에 광전자를 생성하는 광 감지소자; 및
상기 광 감지소자 및 부유 확산 노드 사이에 연결되며, 전달 신호에 응답하여 전하 통로를 형성하는 제 1 트랜지스터를 포함하며,
상기 부유 확산 노드 및 전원 전압 사이에 연결되며, 리셋 신호에 응답하여 전하 통로를 형성하는 제 2 트랜지스터를 포함하며,
상기 제 1 시간 동안 상기 전달 신호의 레벨은 상기 제 1 트랜지스터를 턴 온 시키는 전압보다 낮은 전달 조정 전압이고 상기 리셋 신호의 레벨은 상기 제 2 트랜지스터를 턴 온 시키는 리셋 활성화 전압이며,
상기 제 2 시간 동안 상기 전달 신호의 레벨은 상기 전달 조정 전압보다 낮은 전압인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서. - 제 20 항에 있어서,
전원 전압에 연결되며, 상기 부유 확산 노드의 전압에 응답하여 전하 통로를 형성하는 제 3 트랜지스터; 및
상기 제 3 트랜지스터에 연결되며, 선택 신호에 응답하여 전하 통로를 형성하는 제 4 트랜지스터를 포함하며,
상기 선택 신호는 상기 제 1 및 제 2 시간 동안 접지 전압인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서. - 광감지 소자 및 상기 광감지 소자에서 생성된 광전자를 감지하는 광검출 소자를 포함하되,
상기 광전자를 감지할 때, 상기 광검출 소자의 전달 트랜지스터의 전달 게이트에 적어도 2개의 서로 다른 레벨의 신호가 순차적으로 인가되고,
상기 적어도 2개의 서로 다른 레벨의 신호는 제1 레벨의 신호 및 제2 레벨의 신호를 포함하고, 상기 제2 레벨의 신호는 상기 제1 레벨의 신호보다 크기가 작고 더 적은 시간으로 인가되는 이미지 센서. - 제 22 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 서로 다른 레벨의 신호는 서로 다른 시간 간격으로 인가되는 이미지 센서. - 삭제
- 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
상기 제1 레벨의 신호는 접지 전압보다 높고 상기 전달 트랜지스터를 턴 온시키는 전압보다 낮은 이미지 센서. - 광감지 소자에서 생성된 신호 전하를 광검출 소자를 사용하여 검출하는 방법으로서,
상기 신호 전하를 검출할 때, 상기 광검출 소자의 전달 트랜지스터의 전달 게이트에 접지 전압보다 높고 상기 전달 트랜지스터를 턴 온 시키는 전압보다 낮은 제1 전압을 제1 시간 동안 인가하고; 상기 제1 전압을 인가한 후 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 상기 제1 시간보다 더 짧은 제2 시간 동안 인가함을 포함하는 광검출 방법.
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