KR101867344B1 - Driving method of pixel and CMOS image sensor using the same - Google Patents

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KR101867344B1
KR101867344B1 KR1020170022078A KR20170022078A KR101867344B1 KR 101867344 B1 KR101867344 B1 KR 101867344B1 KR 1020170022078 A KR1020170022078 A KR 1020170022078A KR 20170022078 A KR20170022078 A KR 20170022078A KR 101867344 B1 KR101867344 B1 KR 101867344B1
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한상만
하승재
문보현
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(주)픽셀플러스
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Abstract

The present invention relates to a CMOS image sensor. The present invention includes: a pixel part formed by arranging a plurality of unit pixels as a matrix, including a photoelectric transformation element, a charge maintaining part maintaining a charge transmitted from the photoelectric transformation element, and a floating and spreading node storing the charge transmitted from the charge maintaining part; and a pixel operating part controlling light exposure to the pixel part by row at regular time intervals. The pixel operating part performs: a first transmission operation of transmitting a first signal charge, accumulated in the photoelectric transformation element, to the charge maintaining part during a first light exposure period after the elapse of the first light exposure period after the initialization of the unit pixels; a second transmission operation of transmitting the first signal charge, transmitted to the charge maintaining part, to the floating and spreading node after the elapse of a predetermined period after the first transmission operation; and a third transmission operation of transmitting a second signal charge, accumulated in the photoelectric transformation element, to the charge maintaining part and the floating and spreading node at the same time during a second light exposure period after the elapse of the second light exposure period via the completion of the second transmission operation after the first transmission operation. As such, the present invention is capable of reducing a full well capacity (FWC) by limiting the capacity of the photoelectric transformation element through pixel operation control in which a charge generated from the photoelectric transformation element is transmitted in advance to the charge maintaining part during a light exposure period for pixels.

Description

픽셀의 구동방법 및 이를 이용하는 CMOS 이미지센서{Driving method of pixel and CMOS image sensor using the same}[0001] The present invention relates to a driving method of a pixel and a CMOS image sensor using the same,

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 외부의 광학 신호를 전기적 영상신호로 변환하는 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지센서와 CMOS 이미지센서에 포함된 픽셀의 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor that converts an external optical signal into an electrical image signal and a method of driving a pixel included in the CMOS image sensor.

일반적으로 이미지센서는 외부의 광학 영상신호를 전기 영상신호로 변환하는 장치이다.Generally, an image sensor is an apparatus that converts an external optical image signal into an electric image signal.

특히, CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 제작된 이미지센서이다. CMOS 이미지센서에서 픽셀부는 피사체의 대응 부분에서 복사되는 빛 신호를 포토 다이오드를 이용하여 전자로 바꾼 후에 저장하고, 축적된 전자의 수에 비례하여 나타나는 전하량을 전압 신호로 바꾸어서 출력하는 방식을 사용한다.In particular, a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor is an image sensor manufactured using CMOS manufacturing technology. In a CMOS image sensor, a pixel unit stores a light signal that is copied at a corresponding portion of a subject by using a photodiode after the photodiode is replaced, converts the amount of charge proportional to the number of accumulated electrons into a voltage signal, and outputs the voltage signal.

일반적으로 픽셀부를 이루는 단위 픽셀로서 4개의 트랜지스터와 하나의 광전변환소자를 포함하는 4TR 픽셀 구조가 사용되고 있다.A 4TR pixel structure including four transistors and one photoelectric conversion element is generally used as a unit pixel constituting a pixel portion.

4TR 픽셀 구조는 포토다이오드 광전변환소자인 포토다이오드, 전송트랜지스터, 부유확산노드(Floating Diffusion Node), 리셋트랜지스터, 구동트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 포함하고, 신호 전하량을 감지하기 위해 부유확산노드를 사용한다.The 4TR pixel structure includes a photodiode photoelectric conversion element, a photodiode, a transfer transistor, a floating diffusion node, a reset transistor, a driving transistor, and a selection transistor, and uses a floating diffusion node to sense a signal charge amount.

그러나 종래 4TR 픽셀 구조는 다이내믹 레인지의 증대와 같은 최근의 경향에 효과적으로 대응하지 못하는 단점을 가지고 있다.However, the conventional 4TR pixel structure has a drawback that it can not effectively respond to recent trends such as an increase in dynamic range.

KR 10-0658926, 2006. 12. 15, 도면 2KR 10-0658926, Dec. 15, 2006, Drawing 2

본 발명의 목적은 다이내믹 레인지의 증대와 같은 최근의 경향에 유연하게 대응하면서 동시에 광전변환 소자의 용량제한에 의한 FWC(Full Well Capacity)의 감소 문제를 해결할 수 있는 픽셀의 구동방법 이를 이용하는 CMOS 이미지센서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of driving a pixel capable of flexibly coping with recent trends such as an increase in dynamic range and at the same time solving the problem of FWC (Full Well Capacity) reduction due to capacity limitation of a photoelectric conversion element. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 CMOS 이미지센서는, 입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전변환소자와, 상기 광전변환소자로부터 전송되는 전하를 유지하는 전하유지부와, 상기 전하유지부로부터 전송되는 전하를 저장하는 부유확산노드를 구비하는 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀부; 및 상기 픽셀부를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광제어를 수행하는 픽셀구동부를 포함하고, 상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제1 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제1 전송동작과, 상기 제1 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제1 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제2 전송동작과, 상기 제1 전송동작 후 상기 제2 전송동작의 완료시점을 지나 제2 노광기간의 경과 후 상기 제2 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제2 신호전하를 상기 전하유지부로 전송함과 동시에 상기 부유확산노드로 전송하는 제3 전송동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a CMOS image sensor including: a photoelectric conversion element for generating and accumulating charges corresponding to an incident light amount; a charge holding part for holding charges transferred from the photoelectric conversion element; A pixel unit having a plurality of unit pixels arranged in a matrix form and having a floating diffusion node for storing charge transferred from the charge holding unit; And a pixel driver for sequentially performing exposure control of the pixel unit with a predetermined time difference on a row-by-row basis, wherein the pixel driver drives the photoelectric conversion element during the first exposure period after a first exposure period after initialization of the unit pixel, A first transfer operation of transferring the first signal charge accumulated in the charge storage unit to the charge holding unit and a second transferring operation of transferring the first signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the first transferring operation to the floating diffusion node A second transfer operation for transferring the second signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the second exposure period after the completion of the second transfer operation after the first transfer operation after the second exposure period, To the charge holding unit and to the floating diffusion node.

상기 단위 픽셀은 상기 광전변환소자에 축적된 전하를 상기 전하유지부로 전송하기 위한 제1 전송스위치와, 상기 전하유지부에 유지된 전하를 상기 부유확산노드로 전송하기 위한 제2 전송스위치를 더 구비하고, 상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 상기 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제1 전송동작을 수행하고, 상기 제1 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 제2 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제2 전송동작을 수행하며, 상기 제1 전송동작 후 상기 제2 노광기간의 경과 후 상기 제2 전송동작을 위한 상기 제2 전송스위치의 턴온 상태가 유지된 상태에서 상기 제1 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제3 전송동작을 수행할 수 있다.The unit pixel further includes a first transfer switch for transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion element to the charge holding unit and a second transfer switch for transferring the charge held in the charge holding unit to the floating diffusion node Wherein the pixel driving unit performs the first transfer operation by turning on the first transfer switch after the first exposure period has elapsed after the initialization of the unit pixel, and after the elapse of a predetermined period after the first transfer operation, Wherein the second transfer operation is performed by turning on the second transfer switch and the second transfer switch is turned on after the second exposure period has elapsed after the first transfer operation, And the third transfer operation can be performed by turning on the first transfer switch.

상기 단위 픽셀은 상기 부유확산노드에 저장된 전하를 전기적 신호로 변환하여 외부로 출력하기 위한 구동트랜지스터와, 상기 부유확산노드를 리셋시키기 위한 리셋트랜지스터를 더 구비하고, 상기 픽셀구동부는 상기 구동트랜지스터의 턴온에 의해 상기 단위 픽셀의 외부로 출력되는 전기적 신호를 리셋레벨 또는 신호레벨로 구분하여 판독하며, 상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 상기 판독동작이 시작되기 전의 기간 동안 상기 리셋트랜지스터를 턴온 상태로 유지할 수 있다. 상기 제1 노광기간과 상기 제2 노광기간은 동일하게 할 수 있다.The unit pixel may further include a driving transistor for converting the charge stored in the floating diffusion node into an electrical signal and outputting the electrical signal to the outside, and a reset transistor for resetting the floating diffusion node, Wherein the pixel driver reads the electrical signal output from the unit pixel by a reset level or a signal level and outputs the electrical signal to the outside of the unit pixel, . The first exposure period and the second exposure period may be the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 CMOS 이미지센서는, 입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전변환소자와, 상기 광전변환소자로부터 전송되는 전하를 유지하는 전하유지부와, 상기 전하유지부로부터 전송되는 전하를 저장하는 부유확산노드를 구비하는 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀부; 및 상기 픽셀부를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광제어를 수행하는 픽셀구동부를 포함하고, 상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제1 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제1 전송동작과, 상기 제1 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제1 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제2 전송동작과, 상기 제1 전송동작 후 상기 제2 전송동작의 완료시점을 지나 제2 노광기간의 경과 후 상기 제2 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제2 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제3 전송동작과, 상기 제3 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제2 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제4 전송동작을 수행하는 픽셀구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a CMOS image sensor including: a photoelectric conversion element for generating and accumulating charges corresponding to an incident light amount; A pixel unit in which a plurality of unit pixels including a holding unit and a floating diffusion node for storing charge transferred from the charge holding unit are arranged in a matrix form; And a pixel driver for sequentially performing exposure control of the pixel unit with a predetermined time difference on a row-by-row basis, wherein the pixel driver drives the photoelectric conversion element during the first exposure period after a first exposure period after initialization of the unit pixel, A first transfer operation of transferring the first signal charge accumulated in the charge storage unit to the charge holding unit and a second transferring operation of transferring the first signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the first transferring operation to the floating diffusion node A second transfer operation for transferring the second signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the second exposure period after the completion of the second transfer operation after the first transfer operation after the second exposure period, A third transfer operation for transferring the second signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the third transfer operation to the floating diffusion unit Article characterized in that it comprises a pixel driving unit for performing a fourth transfer operation to be transmitted to.

상기 단위 픽셀은 상기 광전변환소자에 축적된 전하를 상기 전하유지부로 전송하기 위한 제1 전송스위치와, 상기 전하유지부에 유지된 전하를 상기 부유확산노드로 전송하기 위한 제2 전송스위치를 더 구비하고, 상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 상기 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제1 전송동작을 수행하고, 상기 제1 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 제2 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제2 전송동작을 수행하며, 상기 제1 전송동작 후 상기 제2 노광기간의 경과 후 상기 제1 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제3 전송동작을 수행하고, 상기 제3 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 제2 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제4 전송동작을 수행할 수 있다.The unit pixel further includes a first transfer switch for transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion element to the charge holding unit and a second transfer switch for transferring the charge held in the charge holding unit to the floating diffusion node Wherein the pixel driving unit performs the first transfer operation by turning on the first transfer switch after the first exposure period has elapsed after the initialization of the unit pixel, and after the elapse of a predetermined period after the first transfer operation, Performing the second transfer operation by turning on the second transfer switch and performing the third transfer operation by turning on the first transfer switch after the second exposure period after the first transfer operation, The fourth transfer operation can be performed by turning on the second transfer switch after a predetermined period of time elapses after the transfer operation.

상기 단위 픽셀은 상기 부유확산노드에 저장된 전하를 전기적 신호로 변환하여 외부로 출력하기 위한 구동트랜지스터와, 상기 부유확산노드를 리셋시키기 위한 리셋트랜지스터를 더 구비하고, 상기 픽셀구동부는 상기 구동트랜지스터의 턴온에 의해 상기 단위 픽셀의 외부로 출력되는 전기적 신호를 리셋레벨 또는 신호레벨로 구분하여 판독하며, 상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 상기 판독동작이 시작되기 전의 기간 동안 상기 리셋트랜지스터를 턴온 상태로 유지할 수 있다. 상기 제1 노광기간과 상기 제2 노광기간은 동일하게 할 수 있다.The unit pixel may further include a driving transistor for converting the charge stored in the floating diffusion node into an electrical signal and outputting the electrical signal to the outside, and a reset transistor for resetting the floating diffusion node, Wherein the pixel driver reads the electrical signal output from the unit pixel by a reset level or a signal level and outputs the electrical signal to the outside of the unit pixel, . The first exposure period and the second exposure period may be the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면은 입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전변환소자와, 상기 광전변환소자로부터 전송되는 전하를 유지하는 전하유지부와, 상기 전하유지부로부터 전송되는 전하를 저장하는 부유확산노드를 구비하는 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀부를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광을 수행하는 픽셀의 구동방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a photoelectric conversion device comprising: a photoelectric conversion element for generating and accumulating charges corresponding to an incident light amount; a charge holding unit for holding charges transferred from the photoelectric conversion element; The present invention relates to a method of driving a pixel in which a plurality of unit pixels each having a floating diffusion node storing charges transferred from a holding unit are sequentially exposed with a predetermined time lag on a pixel unit arranged in a matrix form.

본 픽셀의 구동방법은 행별 노광이 시작된 후 상기 단위 픽셀의 초기화 후 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제1 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제1 전송단계; 상기 제1 전송단계 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제1 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제2 전송단계; 및 상기 제1 전송단계 후 상기 제2 전송단계의 완료시점을 지나 제2 노광기간의 경과 후 상기 제2 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제2 신호전하를 상기 전하유지부로 전송함과 동시에 상기 부유확산노드로 전송하는 제3 전송단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The driving method of the present invention is a method of driving a pixel, the method comprising: a first step of transferring a first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the first exposure period after the initiation of the first pixel period after initialization of the unit pixel, Transmitting step; A second transfer step of transferring the first signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the first transfer step to the floating diffusion node; And a second signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the second exposure period after the completion of the second transfer step and after the completion of the second exposure period after the first transfer step to the charge holding part And a third transmission step of transmitting the data to the floating diffusion node.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면은 입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전변환소자와, 상기 광전변환소자로부터 전송되는 전하를 유지하는 전하유지부와, 상기 전하유지부로부터 전송되는 전하를 저장하는 부유확산노드를 구비하는 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀부를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광 제어를 수행하는 픽셀의 구동방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a photoelectric conversion device comprising: a photoelectric conversion element for generating and accumulating charges corresponding to an incident light amount; a charge holding unit for holding charges transferred from the photoelectric conversion element; The present invention relates to a method of driving a pixel in which pixel units in which a plurality of unit pixels including a floating diffusion node storing charges transferred from a holding unit are arranged in a matrix form are sequentially subjected to exposure control with a predetermined time lag.

본 픽셀의 구동방법은 행별 노광이 시작된 후 상기 단위 픽셀의 초기화 후 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제1 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제1 전송단계; 상기 제1 전송단계 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제1 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제2 전송단계; 상기 제1 전송단계 후 상기 제2 전송단계의 완료시점을 지나 제2 노광기간의 경과 후 상기 제2 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제2 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제3 전송단계; 및 상기 제3 전송단계 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제2 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제4 전송단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The driving method of the present invention is a method of driving a pixel, the method comprising: a first step of transferring a first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the first exposure period after the initiation of the first pixel period after initialization of the unit pixel, Transmitting step; A second transfer step of transferring the first signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the first transfer step to the floating diffusion node; A third transfer for transferring a second signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the second exposure period after the completion of the second transfer step after the completion of the second transfer step after the first transfer step to the charge holding section; step; And a fourth transferring step of transferring the second signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the third transferring step to the floating diffusion node.

이와 같이 본 발명은 부유확산노드와 별도로 전하유지부를 갖는 픽셀의 구조를 이용함으로써 하드웨어의 변경 없이 본 발명의 롤링셔터 동작 외에 글로벌셔터 동작도 용이하게 수행할 수 있어 다이내믹 레인지의 증대와 같은 최근 경향에 유연하게 대응할 수 있다.As described above, according to the present invention, global shutter operation can be performed in addition to the rolling shutter operation of the present invention without changing the hardware by using the structure of the pixel having the charge holding part separately from the floating diffusion node, and the recent trend such as increase in the dynamic range Flexible response.

또한 본 발명은 부유확산노드와 별도로 전하유지부를 갖는 픽셀의 노광기간의 중간에 광전변환소자에서 발생한 전하를 미리 전하유지부로 전송하는 픽셀의 구동 제어를 통해 광전변환 소자의 용량 제한에 의한 FWC(Full Well Capacity)의 감소를 줄일 수 있다.Further, the present invention is characterized in that, in the middle of the exposure period of the pixel having the charge holding section separately from the floating diffusion node, the FWC (full charge) by the capacity limitation of the photoelectric conversion element is controlled through the drive control of the pixel which transfers the charge generated in the photoelectric conversion element to the charge holding section in advance Well Capacity) can be reduced.


도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 픽셀의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 픽셀구동부의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 픽셀 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 타이밍도에 대응하는 포텐셜을 설명하기 위한 포텐셜도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 픽셀 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 9 내지 도 11은 도 8의 타이밍도에 대응하는 포텐셜을 설명하기 위한 포텐셜도이다.
1 is a block diagram of a CMOS image sensor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram showing a configuration of a unit pixel according to the first embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a pixel driver according to the first embodiment of the present invention.
4 is a timing chart for explaining a pixel driving method according to the first embodiment of the present invention.
5 to 7 are potential diagrams for explaining the potential corresponding to the timing chart of Fig.
8 is a timing chart for explaining a pixel driving method according to the second embodiment of the present invention.
Figs. 9 to 11 are potential diagrams for explaining potentials corresponding to the timing charts of Fig. 8.

이하 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMOS 이미지센서에 대해 설명한다.Hereinafter, a CMOS image sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 CMOS 이미지센서(1)는 도시되지 않은 반도체기판상에 형성된 픽셀부(100), 픽셀구동부(200), 신호처리부(300)를 포함한다.1, the CMOS image sensor 1 according to the present embodiment includes a pixel portion 100, a pixel driver 200, and a signal processor 300 formed on a semiconductor substrate (not shown).

픽셀부(100)는 입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전변환소자를 갖는 복수의 단위 픽셀들이 행렬형으로 2차원으로 배치되어 있다.The pixel unit 100 has a plurality of unit pixels arranged in a matrix in a two-dimensional manner, each unit pixel having a photoelectric conversion element for generating charges corresponding to an incident light quantity and storing the charges therein.

이하 도 2를 참조하여 단위 픽셀(110)에 대해서 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이 단위 픽셀(110)은 광전변환소자(111), 제1 전송스위치(112), 전하유지부(113), 제2 전송스위치(114), 부유확산노드(FD, Floating Diffusion)(115), 리셋트랜지스터(116), 구동트랜지스터(117), 선택트랜지스터(118), 배출트랜지스터(119)를 포함한다.Hereinafter, the unit pixel 110 will be described with reference to FIG. 2, the unit pixel 110 includes a photoelectric conversion element 111, a first transfer switch 112, a charge holding portion 113, a second transfer switch 114, a floating diffusion node FD, A reset transistor 116, a driving transistor 117, a selection transistor 118, and a discharge transistor 119. The reset transistor 116,

광전변환소자(111)는 일반적으로 포토다이오드(PD)로 마련될 수 있다. 포토다이오드(PD)는 입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적한다. 예를 들면 포토다이오드(PD)는 N형 기판상에 형성된 P형 웰층에 대하여, P형층을 기판 표면 측에 형성하고 N형 매립층을 매립함으로써 형성될 수 있다.The photoelectric conversion element 111 may be generally provided as a photodiode PD. The photodiode PD generates charges corresponding to the amount of incident light and accumulates the charges therein. For example, the photodiode PD may be formed by forming a P-type layer on the substrate surface side and filling the N-type buried layer with the P-type well layer formed on the N-type substrate.

제1 전송스위치(112)는 광전변환소자(111)와 전하유지부(113) 사이에 연결되고 게이트 단자를 통해 제1 전송제어신호(TX1)가 인가된다. 제1 전송스위치(112)가 제1 전송제어신호(TX1)의 고전위에 의해 턴온되면 광전변환소자(111)에 축적된 전하가 전하유지부(113)로 전송된다. 제1 전송스위치(112)의 턴온을 위해 인가되는 제1 전송제어신호(TX1)의 고전위 레벨은 전원전압 VDD로 설정될 수 있다. 일 예로서 제1 전송스위치(112)는 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.The first transfer switch 112 is connected between the photoelectric conversion element 111 and the charge holding part 113 and receives a first transfer control signal TX1 through a gate terminal thereof. When the first transfer switch 112 is turned on by the high level of the first transfer control signal TX1, the charge accumulated in the photoelectric conversion element 111 is transferred to the charge holding unit 113. The high level of the first transfer control signal TX1 applied for turning on the first transfer switch 112 may be set to the power supply voltage VDD. As an example, the first transfer switch 112 may be implemented as an NMOS transistor.

전하유지부(113)는 광전변환소자(111)와 부유확산노드(115) 사이에 배치되고, 제1 전송스위치(112)의 턴온시 광전변환소자(111)로부터 전송된 전하를 저장한다. 전하유지부(113)에 저장된 전하는 제2 전송스위치(114)의 턴온에 의해 부유확산노드(115)로 전송된다.The charge holding section 113 is disposed between the photoelectric conversion element 111 and the floating diffusion node 115 and stores the charge transferred from the photoelectric conversion element 111 when the first transfer switch 112 is turned on. The charge stored in the charge holding unit 113 is transferred to the floating diffusion node 115 by turning on the second transfer switch 114. [

제2 전송스위치(114)는 전하유지부(113)와 부유확산노드(115) 사이에 연결되고 게이트 단자를 통해 제2 전송제어신호(TX2)가 인가된다. 제2 전송스위치(114)가 제2 전송제어신호(TX2)의 고전위에 의해 턴온되면 전하유지부(113)에 축적된 전하가 부유확산노드(115)로 전송된다. 제2 전송스위치(114)의 턴온을 위해 공급되는 제2 전송제어신호(TX2)의 고전위 레벨은 전원전압 VDD로 설정될 수 있다. 일 예로서 제2 전송스위치(114)는 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.The second transfer switch 114 is connected between the charge holding part 113 and the floating diffusion node 115 and receives a second transfer control signal TX2 through a gate terminal thereof. When the second transfer switch 114 is turned on by the high level of the second transfer control signal TX2, the charge accumulated in the charge holding unit 113 is transferred to the floating diffusion node 115. The high level of the second transfer control signal TX2 supplied for turning on the second transfer switch 114 may be set to the power supply voltage VDD. As an example, the second transfer switch 114 may be implemented as an NMOS transistor.

부유확산노드(115)는 제2 전송스위치(114)의 턴온시 전하유지부(113)로부터 전송된 전하를 저장한다. 부유확산노드(115)는 단위 픽셀의 신호 전하량을 감지하기 위한 전하량 감지노드의 역할을 수행한다.The floating diffusion node 115 stores the charge transferred from the charge holding unit 113 when the second transfer switch 114 is turned on. The floating diffusion node 115 serves as a charge amount sensing node for sensing a signal charge amount of a unit pixel.

리셋트랜지스터(116)는 전원전압단의 VDD와 부유확산노드(115) 사이에 연결되고 게이트 단자를 통해 리셋제어신호(RX)가 인가된다. 리셋트랜지스터(116)가 리셋제어신호(RX)의 고전위에 의해 턴온되면 부유확산노드(115)에 저장된 전하가 전원전압단의 VDD를 통해 방출된다. 이에 이해 리셋트랜지스터(116)는 부유확산노드(115)에 저장된 전하를 리셋할 수 있다.The reset transistor 116 is connected between the VDD of the power supply voltage terminal and the floating diffusion node 115, and the reset control signal RX is applied through the gate terminal. When the reset transistor 116 is turned on by a high level of the reset control signal RX, the charge stored in the floating diffusion node 115 is discharged through the VDD of the power supply voltage terminal. The understanding reset transistor 116 may reset the charge stored in the floating diffusion node 115. [

구동트랜지스터(117)는 전원전압단 VDD와 선택트랜지스터(118) 사이에 연결되고 게이트 단자가 부유확산노드(115)에 연결된다. 이에 의해 구동트랜지스터(117)는 부유확산노드(115)에 저장된 전하에 대응하는 전류를 증폭하는 소스팔로우(source follower)의 역할을 수행한다. 구동트랜지스터(117)는 부유확산노드(115)에 저장된 전하를 전기적 신호로 변환하여 선택트랜지스터(118)를 통해 단위 픽셀(110)의 외부로 출력시키는 기능을 수행한다.The driving transistor 117 is connected between the power supply voltage terminal VDD and the selection transistor 118 and the gate terminal is connected to the floating diffusion node 115. Thereby, the driving transistor 117 serves as a source follower for amplifying the current corresponding to the charge stored in the floating diffusion node 115. [ The driving transistor 117 converts the charge stored in the floating diffusion node 115 into an electrical signal and outputs the electrical signal to the outside of the unit pixel 110 through the selection transistor 118.

선택트랜지스터(118)는 구동트랜지스터(117)와 수직 신호선의 사이에 연결되고 게이트 단자를 통해 선택제어신호(LS)가 인가된다. 선택트랜지스터(118)가 선택제어신호(LS)에 의해 턴온되면 구동트랜지스터(117)에 증폭된 신호가 수직 신호선을 통해 단위 픽셀(110)의 외부로 전송된다.The selection transistor 118 is connected between the driving transistor 117 and the vertical signal line, and the selection control signal LS is applied through the gate terminal. When the selection transistor 118 is turned on by the selection control signal LS, a signal amplified by the driving transistor 117 is transmitted to the outside of the unit pixel 110 through the vertical signal line.

배출트랜지스터(119)는 광전변환소자(111)에 인접하여 배치되고 광전변환소자(111)의 축적 전하를 배출하는 역할을 수행한다. 배출트랜지스터(119)는 노광 개시 시에 게이트 전극에 배출제어신호(TXD)의 고전위가 인가되면 광전변환소자(111)의 전하를 배출한다. 배출트랜지스터(119)는 노광 종료 후의 판독 기간 중에 광전변환소자(111)가 포화되어 전하가 오버플로우되는 것을 방지할 수 있다.The discharge transistor 119 is disposed adjacent to the photoelectric conversion element 111 and discharges the accumulated charge of the photoelectric conversion element 111. The discharge transistor 119 discharges the charge of the photoelectric conversion element 111 when a high potential of the emission control signal TXD is applied to the gate electrode at the start of exposure. The discharge transistor 119 can prevent the photoelectric conversion element 111 from being saturated during the read period after the end of exposure to overflow the charge.

본 실시예에서는 배출트랜지스터(119)가 구비된 화소 구조를 채택하였지만, 다른 실시예로서 배출트랜지스터(119)의 구성을 도입하지 않고 제1 전송제어신호(TX1), 제2 전송제어신호(TX2) 및 리셋제어신호(RX)를 모두 고전위 레벨로 인가하여 제1 전송스위치(112), 제2 전송스위치(114) 및 리셋트랜지스터(116)를 턴온함으로써 배출트랜지스터(119)와 동일한 기능을 수행할 수 있다.In this embodiment, the pixel structure in which the discharge transistor 119 is provided is adopted. However, as another embodiment, the first transfer control signal TX1, the second transfer control signal TX2, And the reset control signal RX to the high potential level to turn on the first transfer switch 112, the second transfer switch 114 and the reset transistor 116 to perform the same function as the discharge transistor 119 .

픽셀구동부(200)는 픽셀부(100)의 동작을 제어함과 더불어 픽셀부(100)로부터 출력된 전기적 신호를 처리하여 신호처리부(300)로 전달하는 다양한 기능을 수행한다.The pixel driver 200 performs various functions of controlling the operation of the pixel unit 100, processing the electrical signals output from the pixel unit 100, and transmitting the processed electrical signals to the signal processor 300.

픽셀구동부(200)에 대한 본 실시예의 주요 특징 중 하나는 픽셀부(100)의 노광제어에 관한 것으로, 픽셀구동부(200)는 픽셀부(100)를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광제어를 수행한다. 픽셀구동부(200)의 노광제어에 관한 구체적 동작에 대해서는 후술한다.One of the main features of this embodiment of the pixel driver 200 relating to the exposure control of the pixel unit 100 is that the pixel driver 200 sequentially performs exposure control at a predetermined time- . A specific operation related to the exposure control of the pixel driver 200 will be described later.

이하 도 3을 참조하여 픽셀구동부(200)에 대해 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이 픽셀구동부(200)는 수직구동모듈(210), 컬럼처리모듈(230), 수평구동모듈(250), 제어모듈(260)을 포함한다.Hereinafter, the pixel driver 200 will be described with reference to FIG. 3, the pixel driving unit 200 includes a vertical driving module 210, a column processing module 230, a horizontal driving module 250, and a control module 260.

수직구동모듈(210)은 시프트 레지스터 또는 어드레스 디코더 등에 의해 구성되며, 픽셀부(100)의 단위 픽셀(110)을 구동한다. 수직구동모듈(210)은 단위 픽셀(110)로부터 신호를 판독하기 위해, 픽셀부(100)의 단위 픽셀(110)을 행 단위로 차례로 구동시킨다. The vertical driving module 210 includes a shift register, an address decoder, and the like, and drives the unit pixel 110 of the pixel unit 100. The vertical driving module 210 sequentially drives the unit pixels 110 of the pixel unit 100 in units of rows to read a signal from the unit pixels 110.

또한 수직구동모듈(210)은 판독되는 행의 단위 픽셀(110)의 광전변환소자(111)로부터 불필요한 전하를 리셋시키는 전자셔터동작을 수행한다. 수직구동모듈(210)은 각각의 단위 픽셀(110)로부터 출력되는 신호를 컬럼처리모듈(230)로 공급한다.The vertical drive module 210 also performs an electronic shutter operation to reset unnecessary charges from the photoelectric conversion elements 111 of the unit pixel 110 of the row to be read. The vertical driving module 210 supplies signals output from the unit pixels 110 to the column processing module 230.

컬럼처리모듈(230)은 선택된 행의 각각의 단위 픽셀(110)로부터 입력되는 신호에 대하여 상관이중샘플링(CDS, Correlated Double Sampling) 처리와, 아날로그-디지털 변환, 디지털 변환된 신호의 저장 등을 수행한다. 컬럼처리모듈(230)은 변환된 디지털 신호를 신호처리부(300)로 출력한다.The column processing module 230 performs correlated double sampling (CDS), analog-to-digital conversion, and storage of digitally converted signals, etc., on the signal input from each unit pixel 110 of the selected row do. The column processing module 230 outputs the converted digital signal to the signal processing unit 300.

컬럼처리모듈(230)은 구동트랜지스터(117)의 턴온에 의해 단위 픽셀(110)의 외부로 출력되는 전기적 신호를 리셋레벨 또는 신호레벨로 구분하여 판독할 수 있다. 이러한 판독동작을 위해서는 선택제어신호(LS)에 의해 선택트랜지스터(118)가 턴온된 상태여야 한다.The column processing module 230 can read an electrical signal output to the outside of the unit pixel 110 by turning on the driving transistor 117 by dividing the electrical signal into a reset level or a signal level. For this read operation, the selection transistor 118 must be turned on by the selection control signal LS.

수평구동모듈(250)은 시프트 레지스터 또는 어드레스 디코더 등에 의해 구성되며, 컬럼처리모듈(230)의 화소열에 대응하는 단위 픽셀(110)을 차례대로 선택한다. 이 수평구동모듈(250)에 의한 선택 및 주사에 의해, 컬럼처리모듈(230)에서 신호 처리된 화소 신호가 차례대로 출력된다.The horizontal driving module 250 is constituted by a shift register or an address decoder and sequentially selects the unit pixels 110 corresponding to the pixel columns of the column processing module 230. By the selection and scanning by the horizontal driving module 250, the pixel signals processed by the column processing module 230 are sequentially outputted.

제어모듈(260)은 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 발생기 등에 의해 구성되며, 타이밍 발생기에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 수직구동모듈(210), 컬럼처리모듈(230) 및 수평구동모듈(250) 등의 제어를 수행한다. 제어모듈(260)은 수직구동모듈(210)을 통해 픽셀부(100)에 대한 노광제어를 수행한다.The control module 260 is constituted by a timing generator or the like for generating various timing signals and controls the vertical driving module 210, the column processing module 230, and the horizontal driving module (not shown) based on various timing signals generated by the timing generator 250). The control module 260 performs exposure control on the pixel portion 100 through the vertical driving module 210. [

이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 픽셀의 구동방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of driving a pixel according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7. FIG.

픽셀구동부(200)는 픽셀부를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광제어를 수행한다. 도 4에서는 편의상 다수의 행들 중 2개의 행에 대해서만 타이밍도를 예시적으로 도시하였다.The pixel driver 200 sequentially performs exposure control with a predetermined time difference for each pixel portion. In Figure 4, the timing diagram is illustratively shown for only two of the multiple rows for convenience.

도 4의 타이밍도 및 도 5의 포텐셜도 "(1)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 리셋제어신호(RX)가 고전위 레벨을 유지하여 리셋트랜지스터(116)가 턴온된 상태에서 제2 전송제어신호(TX2) 및 배출제어신호(TXD)를 고전위 레벨로 인가함으로써 제2 전송스위치(114) 및 배출트랜지스터(119)를 턴온시킨다. 이에 의해 광전변환소자(111), 전하유지부(113), 부유확산노드(115)에 남아있는 전하가 리셋됨으로써 행별 노광의 시작전 단위 픽셀(110)이 초기화될 수 있다.As shown in the timing chart of Fig. 4 and the potential diagram of Fig. 5, the pixel driver 200 maintains the reset control signal RX at the high potential level, 2 transfer control signal TX2 and the discharge control signal TXD to the high potential level to turn on the second transfer switch 114 and the discharge transistor 119. [ As a result, the charges remaining in the photoelectric conversion element 111, the charge holding unit 113, and the floating diffusion node 115 are reset, so that the unit pixel 110 before the start of the row-specific exposure can be initialized.

도 4의 타이밍도 및 도 5의 포텐셜도의 "(2)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 단위 픽셀(110)의 초기화 후 배출제어신호(TXD), 제1 전송제어신호(TX1), 제2 전송제어신호(TX2)를 저전위 레벨로 인가함으로써 배출트랜지스터(119), 제1 전송스위치(112), 제2 전송스위치(114)를 턴오프시킨다.4, the pixel driver 200 outputs the emission control signal TXD, the first transmission control signal TX1, and the second transmission control signal TX2 after the initialization of the unit pixel 110, as shown in the timing chart of Fig. 4 and the potential diagram of Fig. The first transfer switch 112 and the second transfer switch 114 are turned off by applying the second transfer control signal TX2 to the low potential level.

도 5의 포텐셜도의"2"의 상태는 제1 노광기간(T1) 동안 유지되고, 이 기간 동안 광전변환소자(111)에 전하가 축적된다. 제1 노광기간(T1)은 전체 노광기간의 대략 1/2에 해당할 수 있다. 즉 픽셀구동부(200)는 제1 노광기간(T1)과 제2 노광기간(T2)을 거의 동일하게 설정할 수 있다.The state of "2" in the potential diagram of FIG. 5 is maintained during the first exposure period T1, and charges are accumulated in the photoelectric conversion element 111 during this period. The first exposure period T1 may correspond to approximately one-half of the entire exposure period. That is, the pixel driver 200 can set the first exposure period T1 and the second exposure period T2 substantially equal to each other.

도 4의 타이밍도 및 도 5의 포텐셜도의 "(3)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 제1 노광기간(T1)의 경과 후 제1 전송제어신호(TX1)를 고전위 레벨로 인가함으로써 제1 전송스위치(112)를 턴온시킨다. 이에 의해 픽셀구동부(200)는 제1 노광기간(T1) 동안 광전변환소자(111)에 축적된 제1 신호전하를 전하유지부(113)로 전송하는 제1 전송동작을 수행할 수 있다.As shown in the timing chart of FIG. 4 and the potential diagram of (3) of FIG. 5, after the first exposure period T1 has elapsed, the pixel driver 200 sets the first transfer control signal TX1 to the high potential level Thereby turning the first transfer switch 112 on. The pixel driver 200 may perform a first transfer operation for transferring the first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element 111 to the charge storage unit 113 during the first exposure period T1.

이와 같이 본 실시예에 따른 CMOS 이미지센서(1)는 전체 노광기간의 중간에 그 때까지 광전변환소자(111)에서 발생된 전하를 부유확산노드(115)와 별도로 마련된 전하유지부(113)로 전송하여 저장함으로써 광전변환소자(111)의 용량 제한에 따른 문제를 감소시킬 수 있다.As described above, the CMOS image sensor 1 according to the present embodiment is configured such that the charge generated in the photoelectric conversion element 111 until then in the middle of the entire exposure period is transferred to the charge holding section 113 provided separately from the floating diffusion node 115 It is possible to reduce the problem due to the capacity limitation of the photoelectric conversion element 111. [

도 4의 타이밍도 및 도 5의 포텐셜도의 "(4)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 제1 전송동작의 수행 후 제1 전송제어신호(TX1)를 저전위 레벨로 인가하여 제1 전송스위치(112)를 턴오프시킨다. 이에 의해 다시 광전변환소자(111)에 전하가 축적된다.As shown in the timing chart of Fig. 4 and the potential diagram of Fig. 5, the pixel driver 200 applies the first transmission control signal TX1 to the low potential level after the first transmission operation, 1 transfer switch 112 is turned off. Thereby, charges are accumulated again in the photoelectric conversion element 111.

도 4의 타이밍도 및 도 6의 포텐셜도의 "(5)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 리셋제어신호(RX)가 고전위 레벨을 유지하여 부유확산노드(115)를 리셋하고, 선택제어신호(LS)를 고전위 레벨로 인가하여 판독모드를 시작한다.The pixel driver 200 resets the floating diffusion node 115 by maintaining the reset control signal RX at the high potential level as shown in the timing chart of Fig. 4 and the potential diagram of "(5) The selection control signal LS is applied to the high potential level to start the read mode.

도 4의 타이밍도 및 도 6의 포텐셜도의 "(6)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 선택제어신호(LS)를 고전위 레벨로 인가한 후 바로 리셋제어신호(RX)를 저전위 레벨로 전환하고, 위의 "(5)"에서 리셋된 부유확산노드(115)를 리셋레벨로 판독한다.As shown in the timing chart of FIG. 4 and the potential diagram of (6) of FIG. 6, the pixel driver 200 applies the reset control signal RX immediately after applying the selection control signal LS to the high- And reads the floating diffusion node 115 reset at the above "(5)" to the reset level.

리셋레벨의 판독은 리셋레벨 샘플링 제어신호(R_SH)가 고전위 레벨인 경우 수행된다. 구동트랜지스터(117)는 리셋된 부유확산노드(115)에 저장된 전하를 전기적 신호로 변환한다. 구동트랜지스터(117)에 의해 변환된 전기적 신호는 선택트랜지스터(118)를 거쳐 픽셀구동부(200)의 컬럼처리모듈(230)에 의해 판독된다.The reading of the reset level is performed when the reset level sampling control signal R_SH is at a high potential level. The driving transistor 117 converts the charge stored in the reset floating diffusion node 115 into an electrical signal. The electric signal converted by the driving transistor 117 is read by the column processing module 230 of the pixel driving part 200 via the selection transistor 118. [

픽셀구동부(200)는 리셋제어신호(RX)를 리셋레벨의 판독이 이루어지기 직전까지 고전위 레벨로 유지함으로써, 광전변환소자(111)에 전하가 축적되는 동안 오버플로우되어 부유확산노드(115)로 전송되는 전하나 제2 전송스위치(114) 및 부유확산노드(115)에서 발생되는 dark 신호를 제거할 수 있다.The pixel driver 200 maintains the reset control signal RX at a high potential level until just before the readout of the reset level is performed so that the charge is accumulated in the photoelectric conversion element 111 while the charge is accumulated in the floating diffusion node 115, The second transmission switch 114 and the floating diffusion node 115 can be removed.

도 4의 타이밍도 및 도 6의 포텐셜도의 "(7)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 "(6)"에 의한 리셋레벨 판독 후 제2 전송스위치(114)를 턴온하여 전하유지부(113)에 저장된 제1 신호전하를 부유확산노드(115)로 전송하는 제2 전송동작을 수행한다. 이러한 제2 전송스위치(114)의 턴온은 제2 전송제어신호(TX2)가 고전위 레벨일 때 수행된다.As shown in the timing chart of Fig. 4 and the potential diagram of Fig. 6, the pixel driver 200 turns on the second transfer switch 114 after reading the reset level by "(6)" And transmits the first signal charge stored in the storage unit 113 to the floating diffusion node 115. [ The turn-on of the second transfer switch 114 is performed when the second transfer control signal TX2 is at a high potential level.

도 4의 타이밍도 및 도 6의 포텐셜도의 "(8)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 "(7)"에 의해 제1 신호전하가 부유확산노드(115)로 전송된 직후 제2 전송스위치(114)가 턴온을 유지한 상태에서 제1 전송스위치(112)를 턴온함으로써 광전변환소자(111)에 축적된 전하를 전하유지부(113)로 전송함과 동시에 부유확산노드(115)로 전송하는 제3 전송동작을 수행할 수 있다.As shown in the timing chart of Fig. 4 and the potential diagram of Fig. 6, the pixel driver 200 outputs the first signal charge to the floating diffusion node 115 immediately after the first signal charge is transferred to the floating diffusion node 115 by "(7) The first transfer switch 112 is turned on while the transfer switch 114 is kept turned on to transfer the charge accumulated in the photoelectric conversion element 111 to the charge holding unit 113 and the floating diffusion node 115 ) To the first transmission unit.

이에 의해 픽셀구동부(200)는 제1 전송동작 후 제2 노광기간(T2) 동안 광전변환소자(111)에 축적된 제2 신호전하를 전하유지부(113)로 전송함과 동시에 부유확산노드(115)로 전송할 수 있다.Accordingly, the pixel driver 200 transmits the second signal charge stored in the photoelectric converter 111 during the second exposure period (T2) after the first transmission operation to the charge holding unit 113, 115).

도 4의 타이밍도 및 도 7의 포텐셜도의 "(9)","(10)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 제1 전송제어신호(TX1)를 저전위 레벨로 전환한 후 곧 바로 제2 전송제어신호(TX2)를 저전위 레벨로 전환한다. 이에 의해 제1 전송스위치(112) 및 제2 전송스위치(114)가 시차를 두고 턴오프된다.As shown in the timing chart of Fig. 4 and the potential diagram of Fig. 7, the pixel driver 200 switches the first transmission control signal TX1 to the low potential level And immediately switches the second transmission control signal TX2 to the low potential level. Thereby, the first transfer switch 112 and the second transfer switch 114 are turned off with a parallax.

픽셀구동부(200)는 "(10)"상태에서 부유확산노드(115)에 저장된 제1 신호전하 및 제2 신호전하를 신호레벨로 판독한다.The pixel driver 200 reads the first signal charge and the second signal charge stored in the floating diffusion node 115 at the signal level in the "(10)" state.

신호레벨의 판독은 신호레벨 샘플링 제어신호(S_SH)가 고전위 레벨인 경우 수행된다. 구동트랜지스터(117)는 리셋된 부유확산노드(115)에 저장된 제1 신호전하 및 제2 신호전하를 전기적 신호로 변환한다. 구동트랜지스터(117)에 의해 변환된 전기적 신호는 선택트랜지스터(118)를 거쳐 픽셀구동부(200)의 컬럼처리모듈(230)에 의해 판독된다.The reading of the signal level is performed when the signal level sampling control signal S_SH is at a high potential level. The driving transistor 117 converts the first signal charge stored in the reset floating diffusion node 115 and the second signal charge into an electrical signal. The electric signal converted by the driving transistor 117 is read by the column processing module 230 of the pixel driving part 200 via the selection transistor 118. [

즉 컬럼처리모듈(230)은 각각의 단위 픽셀(110)들로 부터 입력된 전기적 신호를 리셋레벨 및 신호레벨로 판독하여 상관이중샘플링 처리와 아날로그-디지털 변환 등을 수행한다.That is, the column processing module 230 reads the electrical signals input from the respective unit pixels 110 at the reset level and the signal level, performs correlated double sampling processing, analog-to-digital conversion, and the like.

이하에서는 도 8 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 CMOS 이미지센서에 대해 설명한다. 편의상 이전 실시예와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.Hereinafter, a CMOS image sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 11. FIG. For simplicity, the description of the same portions as those of the previous embodiment will be omitted.

본 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 하드웨어 구성은 전술한 제1 실시예의 하드웨어 구성과 동일하므로 하드웨어 구성에 대한 설명을 생략하고, 픽셀의 구동방법을 중심으로 설명한다.The hardware configuration of the CMOS image sensor according to the present embodiment is the same as the hardware configuration of the first embodiment described above, so the description of the hardware configuration will be omitted and the pixel driving method will be mainly described.

픽셀구동부(200)는 픽셀부(100)를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광제어를 수행한다. 도 8에서는 편의상 다수의 행들 중 2개의 행에 대해서만 타이밍도를 예시적으로 도시하였다.The pixel driver 200 sequentially performs exposure control of the pixel unit 100 with a predetermined time difference for each row. In FIG. 8, the timing diagram is illustratively shown for only two of the plurality of rows for convenience.

도 8의 타이밍도 및 도 9의 포텐셜도 "(1)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 광전변환소자(111), 전하유지부(113), 부유확산노드(115)에 남아있는 전하를 리셋한다.As shown in the timing chart of Fig. 8 and the potential diagram of Fig. 9, the pixel driver 200 has the charge remaining in the photoelectric conversion element 111, the charge holding portion 113, and the floating diffusion node 115 Lt; / RTI >

도 8의 타이밍도 및 도 9의 포텐셜도의 "(2)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 단위 픽셀(110)의 초기화 후 배출트랜지스터(119), 제1 전송스위치(112), 제2 전송스위치(114)를 턴오프시킨다.As shown in the timing diagram of Fig. 8 and the potential diagram of Fig. 9, the pixel driver 200 may be configured such that after the initialization of the unit pixel 110, the drain transistor 119, the first transfer switch 112, 2 transfer switch 114 is turned off.

도 9의 포텐셜도의"2"의 상태는 제1 노광기간(T1) 동안 유지되고, 이 기간 동안 광전변환소자(111)에 전하가 축적된다. 제1 노광기간(T1)은 전체 노광기간의 대략 1/2에 해당할 수 있다. 즉 픽셀구동부(200)는 제1 노광기간(T1)과 제2 노광기간(T2)을 거의 동일하게 설정할 수 있다.The state of "2" in the potential diagram of FIG. 9 is held for the first exposure period T1, and charges are accumulated in the photoelectric conversion element 111 during this period. The first exposure period T1 may correspond to approximately one-half of the entire exposure period. That is, the pixel driver 200 can set the first exposure period T1 and the second exposure period T2 substantially equal to each other.

도 8의 타이밍도 및 도 9의 포텐셜도의 "(3)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 제1 노광기간(T1)의 경과 후 제1 전송스위치(112)를 턴온시킨다. 이에 의해 픽셀구동부(200)는 제1 노광기간(T1) 동안 광전변환소자(111)에 축적된 제1 신호전하를 전하유지부(113)로 전송하는 제1 전송동작을 수행할 수 있다.The pixel driver 200 turns on the first transfer switch 112 after a lapse of the first exposure period T1 as shown in the timing chart of Fig. 8 and the potential diagram of Fig. 9 (3). The pixel driver 200 may perform a first transfer operation for transferring the first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element 111 to the charge storage unit 113 during the first exposure period T1.

이와 같이 본 실시예에 따른 CMOS 이미지센서(1)는 전체 노광기간의 중간에 그 때까지 광전변환소자(111)에서 발생된 전하를 부유확산노드(115)와 별도로 마련된 전하유지부(113)로 전송하여 저장함으로써 광전변환소자(111)의 용량 제한에 따른 문제를 감소시킬 수 있다.As described above, the CMOS image sensor 1 according to the present embodiment is configured such that the charge generated in the photoelectric conversion element 111 until then in the middle of the entire exposure period is transferred to the charge holding section 113 provided separately from the floating diffusion node 115 It is possible to reduce the problem due to the capacity limitation of the photoelectric conversion element 111. [

도 8의 타이밍도 및 도 9의 포텐셜도의 "(4)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 제1 전송동작의 수행 후 제1 전송스위치(112)를 턴오프시킨다. 이에 의해 다시 광전변환소자(111)에 전하가 축적된다.The pixel driver 200 turns off the first transfer switch 112 after performing the first transfer operation as shown in the timing chart of Fig. 8 and the potential diagram of Fig. 9 (4). Thereby, charges are accumulated again in the photoelectric conversion element 111.

도 8의 타이밍도 및 도 10의 포텐셜도의 "(5)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 리셋제어신호(RX)가 고전위 레벨을 유지하여 부유확산노드(115)를 리셋하고, 선택제어신호(LS)를 고전위 레벨로 인가하여 판독모드를 시작한다.As shown in the timing chart of Fig. 8 and the potential diagram of Fig. 10, the pixel driver 200 resets the floating diffusion node 115 by maintaining the reset control signal RX at a high potential level, The selection control signal LS is applied to the high potential level to start the read mode.

도 8의 타이밍도 및 도 10의 포텐셜도의 "(6)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 선택제어신호(LS)가 고전위 레벨을 인가한 후 바로 리셋제어신호(RX)를 저전위 레벨로 전환한 후, 위의 "(5)"에서 리셋된 부유확산노드(115)를 리셋레벨로 판독한다.As shown in the timing chart of FIG. 8 and the potential diagram of (6) of FIG. 10, the pixel driver 200 immediately outputs the reset control signal RX after the selection control signal LS applies the high- After switching to the potential level, the floating diffusion node 115 reset in the above (5) is read to the reset level.

픽셀구동부(200)는 리셋제어신호(RX)를 리셋레벨의 판독이 이루어지기 직전까지 고전위 레벨로 유지함으로써, 광전변환소자(111)에 전하가 축적되는 동안 오버플로우되어 부유확산노드(115)로 전송되는 전하나 제2 전송스위치(114) 및 부유확산노드(115)에서 발생되는 dark 신호를 제거할 수 있다.The pixel driver 200 maintains the reset control signal RX at a high potential level until just before the readout of the reset level is performed so that the charge is accumulated in the photoelectric conversion element 111 while the charge is accumulated in the floating diffusion node 115, The second transmission switch 114 and the floating diffusion node 115 can be removed.

이와 같이 본 실시예에 따른 픽셀구동부(200)의 동작 중 "(1)"~"(6)"에 해당하는 동작은 제1 실시예에 따른 픽셀구동부(200)의 동작과 동일하다.As described above, the operation corresponding to (1) to (6) in the operation of the pixel driver 200 according to the present embodiment is the same as the operation of the pixel driver 200 according to the first embodiment.

도 8의 타이밍도 및 도 10의 포텐셜도의 "(7)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 "(6)"에 의한 리셋레벨 판독 후 제2 전송스위치(114)를 턴온하여 전하유지부(113)에 저장된 제1 신호전하를 부유확산노드(115)로 전송하는 제2 전송동작을 수행한다. 이러한 제2 전송스위치(114)의 턴온은 제2 전송제어신호(TX2)가 고전위 레벨일 때 수행된다.As shown in the timing chart of Fig. 8 and the potential diagram of Fig. 10, the pixel driver 200 turns on the second transfer switch 114 after reading the reset level by "(6)" And transmits the first signal charge stored in the storage unit 113 to the floating diffusion node 115. [ The turn-on of the second transfer switch 114 is performed when the second transfer control signal TX2 is at a high potential level.

도 8의 타이밍도 및 도 10의 포텐셜도의 "(8)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 "(7)"에 의해 제1 신호전하를 부유확산노드(115)로 전송한 후 제2 전송스위치(114)를 턴오프한다. 전술한 제1 실시예의 경우에는 본 실시예와 달리 제2 전송스위치(114)가 턴온 상태를 유지한 상태에서 제1 전송스위치(112)가 턴온된다.As shown in the timing chart of Fig. 8 and the potential diagram of Fig. 10, the pixel driver 200 transmits the first signal charge to the floating diffusion node 115 by "(7)" 2 transfer switch 114 is turned off. In the case of the first embodiment described above, unlike the present embodiment, the first transfer switch 112 is turned on in a state in which the second transfer switch 114 is kept turned on.

도 8의 타이밍도 및 도 11의 포텐셜도의 "(9)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 "(8)"에 의해 제2 전송스위치(114)가 턴오프된 직후 제1 전송스위치(112)를 턴온함으로서 광전변환소자(111)에 축적된 전하를 전하유지부(113)로 전송하는 제3 전송동작을 수행한다.As shown in the timing chart of Fig. 8 and the potential diagram of Fig. 11, the pixel driver 200 immediately after the second transfer switch 114 is turned off by the "(8) And the third transfer operation for transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion element 111 to the charge storage unit 113 by turning on the second transistor 112.

이에 의해 픽셀구동부(200)는 제1 전송동작 후 제2 노광기간(T2) 동안 광전변환소자(111)에 축적된 제2 신호전하를 전하유지부(113)로 전송할 수 있다. Accordingly, the pixel driver 200 can transfer the second signal charge accumulated in the photoelectric conversion element 111 to the charge holding unit 113 during the second exposure period (T2) after the first transmission operation.

도 8의 타이밍도 및 도 11의 포텐셜도의 "(10)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 "(9)"에 의해 제3 전송동작의 수행 후 제1 전송스위치(112)를 턴오프한다.The pixel driver 200 turns on the first transfer switch 112 after performing the third transfer operation by "(9) ", as shown in the timing chart of FIG. 8 and the potential diagram of FIG. Off.

도 8의 타이밍도 및 도 11의 포텐셜도의 "(11)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 제2 전송스위치(114)를 턴온하여 전하유지부(113)에 저장된 제2 신호전하를 부유확산노드(115)로 전송하는 제4 전송동작을 수행한다.As shown in the timing chart of Fig. 8 and the potential diagram of Fig. 11, the pixel driver 200 turns on the second transfer switch 114 to turn on the second signal charge stored in the charge holding unit 113 To the floating diffusion node (115).

이와 같이 본 실시예에서는 전술한 제1 실시예와 같이 광전변환소자(111)에 축적된 전하를 전하유지부(113)로 전송함과 동시에 부유확산노드(115)로 전송하는 방식이 아닌 광전변환소자(111)에 축적된 전하를 전하유지부(113)로 전송하여 일단 저장한 후 부유확산노드(115)로 전송하는 방식을 채택한다.As described above, in this embodiment, the charge accumulated in the photoelectric conversion element 111 is transferred to the charge holding unit 113, and the charge is transferred to the floating diffusion node 115 as in the first embodiment, The charge stored in the device 111 is transferred to the charge holding unit 113, temporarily stored, and then transferred to the floating diffusion node 115. [

이와 같은 본 실시예의 전송방식은 제1 실시예의 전송방식에 비해 전하의 전송효율이 우수한 장점을 가진다.The transmission scheme of this embodiment has an advantage that the transmission efficiency of the charge is superior to that of the transmission scheme of the first embodiment.

도 8의 타이밍도 및 도 11의 포텐셜도의 "(12)"에 나타난 바와 같이 픽셀구동부(200)는 제2 전송제어신호(TX2)를 저전위 레벨로 전환한다. 이에 의해 제2 전송스위치(114)가 시차를 두고 턴오프된다.The pixel driver 200 switches the second transfer control signal TX2 to the low potential level as shown in the timing chart of Fig. 8 and the potential diagram of Fig. 11 (12). Thereby, the second transfer switch 114 is turned off with a parallax.

픽셀구동부(200)는 "(12)"상태에서 부유확산노드(115)에 저장된 제1 신호전하 및 제2 신호전하를 신호레벨로 판독한다.The pixel driver 200 reads the first signal charge and the second signal charge stored in the floating diffusion node 115 at the signal level in the state "(12) ".

신호레벨의 판독은 신호레벨 샘플링 제어신호(S_SH)가 고전위 레벨인 경우 수행된다. 구동트랜지스터(117)는 리셋된 부유확산노드(115)에 저장된 제1 신호전하 및 제2 신호전하를 전기적 신호로 변환한다. 구동트랜지스터(117)에 의해 변환된 전기적 신호는 선택트랜지스터(118)를 거쳐 픽셀구동부(200)의 컬럼처리모듈(230)에 의해 판독된다.The reading of the signal level is performed when the signal level sampling control signal S_SH is at a high potential level. The driving transistor 117 converts the first signal charge stored in the reset floating diffusion node 115 and the second signal charge into an electrical signal. The electric signal converted by the driving transistor 117 is read by the column processing module 230 of the pixel driving part 200 via the selection transistor 118. [

이와 같이 본 실시예들에 따른 픽셀의 구동방법 및 CMOS 이미지센서는 부유확산노드와 별도로 전하유지부를 갖는 픽셀의 구조를 이용함으로써 하드웨어의 변경 없이 본 발명의 롤링셔터 동작 외에 글로벌셔터 동작도 용이하게 수행할 수 있어 다이내믹 레인지의 증대와 같은 최근 경향에 유연하게 대응할 수 있고, 광원의 플리커에 의한 이미지 왜곡을 완화시키는 효과를 기대할 수 있다.As described above, according to the pixel driving method and the CMOS image sensor according to the present embodiments, the global shutter operation can be easily performed in addition to the rolling shutter operation of the present invention without changing the hardware by using the structure of the pixel having the charge holding portion separately from the floating diffusion node It is possible to flexibly respond to recent trends such as an increase in dynamic range, and an effect of mitigating image distortion due to flicker of the light source can be expected.

또한 본 실시예들에 따른 픽셀의 구동방법 및 CMOS 이미지센서는 부유확산노드와 별도로 전하유지부를 갖는 픽셀의 노광기간의 중간에 광전변환소자에서 발생한 전하를 미리 전하유지부로 전송하는 픽셀의 구동 제어를 통해 광전변환 소자의 용량 제한에 의한 FWC(Full Well Capacity)의 감소를 줄일 수 있다.The method of driving a pixel and the CMOS image sensor according to the embodiments of the present invention may further include driving control of a pixel for transferring charge generated in the photoelectric conversion element to the charge holding part in the middle of the exposure period of the pixel having the charge holding part separately from the floating diffusion node The reduction of the FWC (Full Well Capacity) due to the capacity limitation of the photoelectric conversion element can be reduced.

1: CMOS 이미지센서
100: 픽셀부
110: 단위 픽셀
111: 광전변환소자
112: 제1 전송스위치
113: 전하유지부
114: 제2 전송스위치
115: 부유확산노드
116: 리셋트랜지스터
117: 구동트랜지스터
118: 선택트랜지스터
119: 배출트랜지스터
200: 픽셀구동부
210: 수직구동모듈
230: 컬럼처리모듈
250: 수평구동모듈
260: 제어모듈
300: 신호처리부
1: CMOS image sensor
100:
110: unit pixel
111: Photoelectric conversion element
112: first transmission switch
113: charge holding portion
114: second transmission switch
115: floating diffusion node
116: reset transistor
117: driving transistor
118: Select transistor
119: drain transistor
200:
210: Vertical drive module
230: Column processing module
250: Horizontal drive module
260: Control module
300: Signal processor

Claims (8)

입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전변환소자와, 상기 광전변환소자로부터 전송되는 전하를 유지하는 전하유지부와, 상기 전하유지부로부터 전송되는 전하를 저장하는 부유확산노드와, 상기 부유확산노드에 저장된 전하를 전기적 신호로 변환하여 외부로 출력하기 위한 구동트랜지스터와, 상기 부유확산노드를 리셋시키기 위한 리셋트랜지스터를 구비하는 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀부; 및
상기 픽셀부를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광제어를 수행하는 픽셀구동부를 포함하고,
상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제1 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제1 전송동작과, 상기 제1 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제1 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제2 전송동작과, 상기 제1 전송동작 이후로부터 상기 제2 전송동작의 완료시점을 지나는 시점까지의 기간인 제2 노광기간의 경과 후 상기 제2 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제2 신호전하를 상기 전하유지부로 전송함과 동시에 상기 부유확산노드로 전송하는 제3 전송동작을 수행하고, 상기 구동트랜지스터를 이용하여 상기 부유확산노드로 전송된 상기 제1 신호전하 및 상기 제2 신호전하를 동시에 전기적 신호로 변환하여 외부로 출력하며,
상기 픽셀구동부는 상기 구동트랜지스터의 턴온에 의해 상기 단위 픽셀의 외부로 출력되는 전기적 신호를 리셋레벨 또는 신호레벨로 구분하여 판독하고,
상기 픽셀구동부는 상기 리셋레벨을 판독한 후 상기 신호레벨을 판독하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서A charge storage unit for storing charge transferred from the photoelectric conversion element; a floating diffusion node for storing charge transferred from the charge storage unit; and a photoelectric conversion element for generating charge corresponding to an incident light quantity and storing the charge, A pixel unit in which a plurality of unit pixels including a driving transistor for converting charge stored in the floating diffusion node into an electric signal and outputting the electric signal to the outside and a reset transistor for resetting the floating diffusion node are arranged in a matrix form; And
And a pixel driver for sequentially performing exposure control of the pixel unit with a predetermined time lag,
Wherein the pixel driving unit includes a first transfer operation for transferring a first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the first exposure period to the charge holding unit after a first exposure period after initialization of the unit pixel, A second transfer operation for transferring the first signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the transfer operation to the floating diffusion node; and a second transfer operation for transferring the first signal charge to the floating diffusion node after completion of the second transfer operation And a second signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the second exposure period after the second exposure period, which is a period from the first exposure period to the second exposure period, And the first signal charge and the second signal charge transmitted to the floating diffusion node are simultaneously converted into an electrical signal using the driving transistor And an output portion,
Wherein the pixel driver divides an electrical signal output to the outside of the unit pixel into a reset level or a signal level by turning on the driving transistor,
Wherein the pixel driver reads the reset level and then reads the signal level. 입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전변환소자와, 상기 광전변환소자로부터 전송되는 전하를 유지하는 전하유지부와, 상기 전하유지부로부터 전송되는 전하를 저장하는 부유확산노드와, 상기 부유확산노드에 저장된 전하를 전기적 신호로 변환하여 외부로 출력하기 위한 구동트랜지스터와, 상기 부유확산노드를 리셋시키기 위한 리셋트랜지스터를 구비하는 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀부; 및
상기 픽셀부를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광제어를 수행하는 픽셀구동부를 포함하고,
상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제1 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제1 전송동작과, 상기 제1 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제1 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제2 전송동작과, 상기 제1 전송동작 이후로부터 상기 제2 전송동작의 완료시점을 지나는 시점까지의 기간인 제2 노광기간의 경과 후 상기 제2 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제2 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제3 전송동작과, 상기 제3 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제2 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제4 전송동작을 수행하고, 상기 구동트랜지스터를 이용하여 상기 부유확산노드로 전송된 상기 제1 신호전하 및 상기 제2 신호전하를 동시에 전기적 신호로 변환하여 외부로 출력하며,
상기 픽셀구동부는 상기 구동트랜지스터의 턴온에 의해 상기 단위 픽셀의 외부로 출력되는 전기적 신호를 리셋레벨 또는 신호레벨로 구분하여 판독하고,
상기 픽셀구동부는 상기 리셋레벨을 판독한 후 상기 신호레벨을 판독하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.A charge storage unit for storing charge transferred from the photoelectric conversion element; a floating diffusion node for storing charge transferred from the charge storage unit; and a photoelectric conversion element for generating charge corresponding to an incident light quantity and storing the charge, A pixel unit in which a plurality of unit pixels including a driving transistor for converting charge stored in the floating diffusion node into an electric signal and outputting the electric signal to the outside and a reset transistor for resetting the floating diffusion node are arranged in a matrix form; And
And a pixel driver for sequentially performing exposure control of the pixel unit with a predetermined time lag,
Wherein the pixel driving unit includes a first transfer operation for transferring a first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the first exposure period to the charge holding unit after a first exposure period after initialization of the unit pixel, A second transfer operation for transferring the first signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the transfer operation to the floating diffusion node; and a second transfer operation for transferring the first signal charge to the floating diffusion node after completion of the second transfer operation A third transfer operation for transferring a second signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the second exposure period to the charge holding section after a lapse of a second exposure period, A fourth transfer operation for transferring the second signal charge transferred to the charge holding unit to the floating diffusion node after a predetermined period of time has elapsed, Converts the first signal charge and second signal charge transferred to the floating diffusion node at the same time into an electric signal and output to the outside,
Wherein the pixel driver divides an electrical signal output to the outside of the unit pixel into a reset level or a signal level by turning on the driving transistor,
Wherein the pixel driver reads the signal level after reading the reset level. 제1항에 있어서,
상기 단위 픽셀은 상기 광전변환소자에 축적된 전하를 상기 전하유지부로 전송하기 위한 제1 전송스위치와, 상기 전하유지부에 유지된 전하를 상기 부유확산노드로 전송하기 위한 제2 전송스위치를 더 구비하고,
상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 상기 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제1 전송동작을 수행하고, 상기 제1 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 제2 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제2 전송동작을 수행하며, 상기 제1 전송동작 후 상기 제2 노광기간의 경과 후 상기 제2 전송동작을 위한 상기 제2 전송스위치의 턴온 상태가 유지된 상태에서 상기 제1 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제3 전송동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.The method according to claim 1,
The unit pixel further includes a first transfer switch for transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion element to the charge holding unit and a second transfer switch for transferring the charge held in the charge holding unit to the floating diffusion node and,
Wherein the pixel driving unit performs the first transfer operation by turning on the first transfer switch after the first exposure period after the initialization of the unit pixel, and after the elapse of a predetermined period after the first transfer operation, Wherein the second transfer operation is performed by turning on the transfer switch, and after the second exposure period has elapsed after the first transfer operation, in a state in which the second transfer switch for the second transfer operation is kept turned on, 1 transfer switch is turned on to perform the third transfer operation. 제2항에 있어서,
상기 단위 픽셀은 상기 광전변환소자에 축적된 전하를 상기 전하유지부로 전송하기 위한 제1 전송스위치와, 상기 전하유지부에 유지된 전하를 상기 부유확산노드로 전송하기 위한 제2 전송스위치를 더 구비하고,
상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 상기 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제1 전송동작을 수행하고, 상기 제1 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 제2 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제2 전송동작을 수행하며, 상기 제1 전송동작 후 상기 제2 노광기간의 경과 후 상기 제1 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제3 전송동작을 수행하고, 상기 제3 전송동작 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 제2 전송스위치를 턴온시킴으로써 상기 제4 전송동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.3. The method of claim 2,
The unit pixel further includes a first transfer switch for transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion element to the charge holding unit and a second transfer switch for transferring the charge held in the charge holding unit to the floating diffusion node and,
Wherein the pixel driving unit performs the first transfer operation by turning on the first transfer switch after the first exposure period after the initialization of the unit pixel, and after the elapse of a predetermined period after the first transfer operation, Performs the second transfer operation by turning on the transfer switch and performs the third transfer operation by turning on the first transfer switch after the second exposure period after the first transfer operation, And the fourth transfer operation is performed by turning on the second transfer switch after a predetermined period of time elapses after the second transfer switch is turned on. 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 픽셀구동부는 상기 단위 픽셀의 초기화 후 상기 판독동작이 시작되기 전의 기간 동안 상기 리셋트랜지스터를 턴온 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.The method according to claim 3 or 4,
Wherein the pixel driver holds the reset transistor in a turned-on state for a period of time after the initialization of the unit pixel and before the read operation is started. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 노광기간과 상기 제2 노광기간은 동일 한 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the first exposure period and the second exposure period are the same. 입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전변환소자와, 상기 광전변환소자로부터 전송되는 전하를 유지하는 전하유지부와, 상기 전하유지부로부터 전송되는 전하를 저장하는 부유확산노드와, 상기 부유확산노드에 저장된 전하를 전기적 신호로 변환하여 외부로 출력하기 위한 구동트랜지스터와, 상기 부유확산노드를 리셋시키기 위한 리셋트랜지스터를 구비하는 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀부를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광을 수행하는 픽셀의 구동방법에 있어서,
행별 노광이 시작된 후 상기 단위 픽셀의 초기화 후 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제1 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제1 전송단계;
상기 제1 전송단계 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제1 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제2 전송단계;
상기 제1 전송단계 이후로부터 상기 제2 전송단계의 완료시점을 지나는 시점까지의 기간인 제2 노광기간의 경과 후 상기 제2 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제2 신호전하를 상기 전하유지부로 전송함과 동시에 상기 부유확산노드로 전송하는 제3 전송단계;
상기 구동트랜지스터를 이용하여 상기 부유확산노드로 전송된 상기 제1 신호전하 및 상기 제2 신호전하를 동시에 전기적 신호로 변환하여 외부로 출력하는 단계; 및
상기 구동트랜지스터의 턴온에 의해 상기 단위 픽셀의 외부로 출력되는 전기적 신호를 리셋레벨 또는 신호레벨로 구분하여 판독하는 단계를 포함하고,
상기 리셋레벨을 판독한 후 상기 신호레벨을 판독하는 것을 특징으로 하는 픽셀의 구동방법.A charge storage unit for storing charge transferred from the photoelectric conversion element; a floating diffusion node for storing charge transferred from the charge storage unit; and a photoelectric conversion element for generating charge corresponding to an incident light quantity and storing the charge, And a reset transistor for resetting the floating diffusion node, the pixel unit including a plurality of unit pixels arranged in a matrix form is arranged on a row-by-row basis A method of driving a pixel for sequentially performing exposure with a parallax,
A first transfer step of transferring a first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element to the charge holding part during the first exposure period after a first exposure period after initialization of the unit pixel after the start of exposure for each row;
A second transfer step of transferring the first signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the first transfer step to the floating diffusion node;
The second signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the second exposure period after the second exposure period, which is a period from the first transfer step to the time point passing the completion time of the second transfer step, To the floating diffusion node and to the floating diffusion node;
Converting the first signal charge and the second signal charge transferred to the floating diffusion node into an electrical signal using the driving transistor and outputting the electrical signal to the outside; And
And a step of dividing an electrical signal output to the outside of the unit pixel by the turning on of the driving transistor into a reset level or a signal level,
And reading the signal level after reading the reset level. 입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전변환소자와, 상기 광전변환소자로부터 전송되는 전하를 유지하는 전하유지부와, 상기 전하유지부로부터 전송되는 전하를 저장하는 부유확산노드와, 상기 부유확산노드에 저장된 전하를 전기적 신호로 변환하여 외부로 출력하기 위한 구동트랜지스터와, 상기 부유확산노드를 리셋시키기 위한 리셋트랜지스터를 구비하는 복수의 단위 픽셀이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀부를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광 제어를 수행하는 픽셀의 구동방법에 있어서,
행별 노광이 시작된 후 상기 단위 픽셀의 초기화 후 제1 노광기간의 경과 후 상기 제1 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제1 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제1 전송단계;
상기 제1 전송단계 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제1 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제2 전송단계;
상기 제1 전송단계 이후로부터 상기 제2 전송단계의 완료시점을 지나는 시점까지의 기간인 제2 노광기간의 경과 후 상기 제2 노광기간 동안 상기 광전변환소자에 축적된 제2 신호전하를 상기 전하유지부로 전송하는 제3 전송단계;
상기 제3 전송단계 후 사전에 정해진 기간 경과 후 상기 전하유지부에 전송된 상기 제2 신호전하를 상기 부유확산노드로 전송하는 제4 전송단계;
상기 구동트랜지스터를 이용하여 상기 부유확산노드로 전송된 상기 제1 신호전하 및 상기 제2 신호전하를 동시에 전기적 신호로 변환하여 외부로 출력하는 단계; 및
상기 구동트랜지스터의 턴온에 의해 상기 단위 픽셀의 외부로 출력되는 전기적 신호를 리셋레벨 또는 신호레벨로 구분하여 판독하는 단계를 포함하고,
상기 리셋레벨을 판독한 후 상기 신호레벨을 판독하는 것을 특징으로 하는 픽셀의 구동방법.
A charge storage unit for storing charge transferred from the photoelectric conversion element; a floating diffusion node for storing charge transferred from the charge storage unit; and a photoelectric conversion element for generating charge corresponding to an incident light quantity and storing the charge, And a reset transistor for resetting the floating diffusion node, the pixel unit including a plurality of unit pixels arranged in a matrix form is arranged on a row-by-row basis A method of driving a pixel for sequentially performing exposure control with a parallax,
A first transfer step of transferring a first signal charge accumulated in the photoelectric conversion element to the charge holding part during the first exposure period after a first exposure period after initialization of the unit pixel after the start of exposure for each row;
A second transfer step of transferring the first signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the first transfer step to the floating diffusion node;
The second signal charge accumulated in the photoelectric conversion element during the second exposure period after the second exposure period, which is a period from the first transfer step to the time point passing the completion time of the second transfer step, A third transfer step of transferring the data to the first transfer unit;
A fourth transfer step of transferring the second signal charge transferred to the charge holding unit after a predetermined period elapses after the third transfer step to the floating diffusion node;
Converting the first signal charge and the second signal charge transferred to the floating diffusion node into an electrical signal using the driving transistor and outputting the electrical signal to the outside; And
And a step of dividing an electrical signal output to the outside of the unit pixel by the turning on of the driving transistor into a reset level or a signal level,
And reading the signal level after reading the reset level.
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