KR102177481B1 - 결상 장치, 결상 시스템, 및 이동 물체 - Google Patents

결상 장치, 결상 시스템, 및 이동 물체 Download PDF

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Abstract

결상 장치가 복수의 그룹을 포함하고, 그러한 그룹의 일부의 하나가 입력 노드의 커패시턴스 값을 변화시키도록 구성된 커패시턴스 변화 유닛을 갖는다.

Description

결상 장치, 결상 시스템, 및 이동 물체{IMAGING APPARATUS, IMAGING SYSTEM, AND MOVING OBJECT}
본 발명은 결상 장치(imaging apparatus), 결상 시스템 및 이동 물체에 관한 것이다.
복수의 행 및 복수의 열에 걸쳐 배열된 복수의 단위 셀을 포함하는 결상 장치가 공지되어 있다.
복수의 행의 단위 셀 내의 전자 셔터를 통해서 노출의 시작 및 노출의 완료를 동시에 제어하기 위한 글로벌 전자 셔터 기능(global electronic shutter function)이 적용된 결상 장치가 제시되어 있다.
일본 특허 공개 제2006-246450호는 글로벌 전자 셔터 기능을 갖는 결상 장치를 개시하고, 그러한 결상 장치는 화소를 포함하고, 각각의 화소는 광전 변환 유닛, 부동 확산 커패시턴스(floating diffusion capacitance), 및 복수의 신호 유지 유닛을 갖는다.
일본 특허 공개 제2006-246450호에 따른 결상 장치에서, 복수의 신호 유지 유닛 중 하나와 광전 변환 유닛 사이의 전기 경로가 큰 임피던스를 가질 수 있는 한편, 복수의 신호 유지 유닛 중 다른 하나와 광전 변환 유닛 사이의 전기 경로는 작은 임피던스를 가질 수 있다. 그에 따라, 낮은 감도의 신호가 큰 임피던스를 갖는 신호 유지 유닛 내에서 유지되는 한편, 높은 감도를 갖는 신호가 작은 임피던스를 갖는 신호 유지 유닛 내에서 유지된다. 복수의 신호 유지 유닛 중 하나 내에서 유지되는 낮은 감도를 갖는 신호 및 복수의 신호 유지 유닛 중 다른 하나 내에서 유지되는 높은 감도를 갖는 신호의 이용은, 확대될 수 있는 동적 범위를 갖는 화상을 초래한다.
본 발명의 양태에 따라, 결상 장치는 복수의 열 및 복수의 행에 걸쳐 배열된 복수의 그룹을 갖는 셀 어레이로서, 각각의 그룹이 광전 변환 유닛, 신호 유지 유닛, 입력 노드를 갖는 증폭 유닛, 광전 변환 유닛과 신호 유지 유닛 사이의 전기 경로를 갖는 제1 전달 유닛, 및 신호 유지 유닛과 입력 노드 사이의 전기 경로를 갖는 제2 전달 유닛을 포함하는, 셀 어레이, 및 복수의 그룹을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다. 이러한 경우에, 제어 유닛은, 제1 전달 유닛에 의해서 실시되는 광전 변환 유닛으로부터 신호 유지 유닛으로의 신호의 전달을 시작 및 완료하기 위해 복수의 그룹을 동기화하도록 구성되고, 복수의 그룹 중 적어도 하나는 그 내부의 입력 노드의 커패시턴스 값을 변화시키도록 구성된 커패시턴스 변화 유닛을 더 갖는다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 결상 장치는 복수의 열 및 복수의 행에 걸쳐 배열된 복수의 그룹을 갖는 셀 어레이로서, 각각의 그룹이 광전 변환 유닛, 신호 유지 유닛, 제1 커패시턴스 값을 갖는 제1 입력 노드를 갖는 제1 증폭 유닛, 제1 커패시턴스 값보다 큰 제2 커패시턴스 값을 갖는 제2 입력 노드를 갖는 제2 증폭 유닛, 광전 변환 유닛과 신호 유지 유닛 사이의 전기 경로 상에 제공된 제1 전달 유닛, 신호 유지 유닛과 제1 입력 노드 사이의 전기 경로 상에 제공된 제2 전달 유닛, 및 신호 유지 유닛과 제2 입력 노드 사이의 전기 경로 상에 제공된 제3 전달 유닛을 포함하는, 셀 어레이, 및 제1 전달 유닛에 의해서 실시되는 광전 변환 유닛으로부터 신호 유지 유닛으로의 신호의 전달을 시작 및 완료하기 위해 복수의 그룹을 동기화하도록 구성되는 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 결상 장치는 복수의 열 및 복수의 행에 걸쳐 배열된 복수의 그룹을 갖는 셀 어레이로서, 각각의 그룹이 광전 변환 유닛, 신호 유지 유닛, 입력 노드를 갖는 증폭 유닛, 광전 변환 유닛과 신호 유지 유닛 사이의 전기 경로 상에 제공된 제1 전달 유닛, 제2 전달 유닛, 제2 신호 유지 유닛, 광전 변환 유닛과 제2 신호 유지 유닛 사이의 전기 경로 상에 제공된 제3 전달 유닛, 및 제4 전달 유닛을 포함한다. 이러한 경우에, 제1 전달 유닛은 복수의 그룹 내에서 동일한 시점에 광전 변환 유닛으로부터 신호 유지 유닛으로의 신호의 전달을 완료한다. 복수의 그룹 중 제1 그룹의 입력 노드는 제1 커패시턴스 값을 갖는다. 복수의 그룹 중 제2 그룹의 입력 노드는 제1 커패시턴스 값보다 큰 제2 커패시턴스 값을 갖는다. 제1 그룹 내의 제2 전달 유닛 및 제2 그룹 내의 제2 전달 유닛은 제1 그룹 및 제2 그룹 중 하나의 입력 노드에 연결된다. 제1 그룹 내의 제4 전달 유닛 및 제2 그룹 내의 제4 전달 유닛은 제1 그룹 및 제2 그룹 중 다른 하나의 입력 노드에 연결된다.
첨부된 도면을 참조한 실시예에 관한 이하의 설명으로부터 본 발명의 추가적인 특징이 명확해질 것이다.
도 1은 결상 장치의 구성을 도시한다.
도 2는 단위 셀의 구성을 도시한다.
도 3은 단위 셀 내에서 실시하고자 하는 동작을 도시한다.
도 4는 단위 셀 내에서 실시하고자 하는 동작을 도시한다.
도 5a는 광량, 변환 출력 신호, 및 입력 노드의 커패시턴스 값 사이의 관계를 도시한다.
도 5b는 광량, 변환 출력 신호, 및 입력 노드의 커패시턴스 값 사이의 관계를 도시한다.
도 5c는 광량, 변환 출력 신호, 및 입력 노드의 커패시턴스 값 사이의 관계를 도시한다.
도 5d는 광량, 변환 출력 신호, 및 입력 노드의 커패시턴스 값 사이의 관계를 도시한다.
도 6은 단위 셀의 구성을 도시한다.
도 7은 단위 셀의 구성을 도시한다.
도 8은 단위 셀의 구성을 도시한다.
도 9는 단위 셀의 구성을 도시한다.
도 10은 단위 셀의 구성을 도시한다.
도 11은 단위 셀 내에서 실시하고자 하는 동작을 도시한다.
도 12는 단위 셀 내에서 실시하고자 하는 동작을 도시한다.
도 13은 단위 셀의 구성을 도시한다.
도 14는 결상 시스템의 구성을 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 결상 시스템의 구성을 도시한다.
일본 특허 공개 제2006-246450호는 글로벌 전자 셔터 기능을 적용한 결상 장치 내에서 구현하고자 하는 화상의 동적 범위의 확대와, 광전 변환 유닛에 의해서 발생된 신호를 기초로 신호를 단위 셀의 외부로 출력하도록 구성된 증폭 유닛의 입력 노드의 커패시턴스 값 사이의 관계를 검사하지 않는다.
이하의 기술은 글로벌 전자 셔터 기능을 적용한 결상 장치 내에서 구현하고자 하는 화상의 동적 범위의 확대와, 광전 변환 유닛에 의해서 발생된 신호를 기초로 신호를 단위 셀의 외부로 출력하도록 구성된 증폭 유닛의 입력 노드의 커패시턴스 값 사이의 관계를 검사한다.
도면을 참조하여, 이하에서 실시예를 설명할 것이다. 이하에서 설명되는 본 발명의 각각의 실시예는 단독적으로 또는, 필요한 경우에 또는 개별적인 실시예로부터의 요소 또는 특징이 단일 실시예 내에서 조합되는 것이 유리한 경우에, 복수의 실시예의 조합 또는 그 특징부의 조합으로서 구현될 수 있다.
이하의 설명은, 신호가, 예를 들어, 노이즈 성분을 포함하는 것을 가정할 수 있다. 이하의 설명에서, 신호 내에 포함된 노이즈 성분이 N 성분으로 지칭될 수 있다. N 성분을 신호로부터 제거함으로써 얻어진 성분이 S 성분으로 지칭될 수 있다.
제1 실시예
결상 장치의 구성
도 1은 제1 실시예에 따른 결상 장치를 도시한다. 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 열 신호 라인(10) 및 단위 셀(20)을 포함한다. 단위 셀(20)은 셀 어레이(100) 내의 복수의 행 및 복수의 열에 걸쳐서 배열된다. 열 신호 라인(10)은 단위 셀(20)을 갖는 열에 상응하게 배열된다. 결상 장치는 수직 주사 회로(101)를 더 포함한다. 공통 신호가 수직 주사 회로(101)로부터 행의 단위 셀(20)로 공급될 수 있도록, 하나의 행의 단위 셀(201) 및 수직 주사 회로(101)가 제어 라인(30)을 통해서 연결된다. 수직 주사 회로(101)는 단위 셀(20) 내에서 축적 기간을 제어하도록 구성된 제어 유닛에 상응한다.
결상 장치는 열 회로 유닛(102), 수평 주사 회로(103), 및 출력 회로(104)를 더 포함한다. 열 회로 유닛(102)은 복수의 열 회로를 포함한다.
복수의 열 회로의 각각이 복수의 열 신호 라인(10) 중 상응하는 하나에 대해서 배열된다. 복수의 열 회로의 각각은, 상응하는 열 신호 라인(10)에 대한 신호 출력을 증폭함으로써 획득된 신호를 출력 회로(104)로 출력하도록 구성된다.
수평 주사 회로(103)는 열 회로 유닛(102) 내에 포함된 복수의 열 회로를 순차적으로 선택하도록 구성된다. 그에 따라, 복수의 열 회로 내에서 유지되는 신호가 출력 회로(104)로 순차적으로 출력될 수 있다. 출력 회로(104)는 결상 장치의 외부로 신호를 출력하도록 구성된다. 출력 회로(104)로부터 출력된 신호는 결상 장치로부터 출력된 신호에 상응한다.
결상 장치는 제어 회로(105)를 더 포함한다. 제어 회로(105)는 구동 신호를 공급하도록 구성된 구동 라인을 통해서 수직 주사 회로(101), 열 회로 유닛(102), 및 수평 주사 회로(103)에 연결된다.
단위 셀의 구성
도 2는 단위 셀(20)의 구성의 상세 부분을 도시한다. 단위 셀(20)의 각각이 하나의 광다이오드(1)를 갖는다. 광다이오드(1)는 입사 광에 상응하는 신호를 생성하도록 구성된 광전 변환 유닛이다. 광다이오드(1)가 접지 라인(19)에 연결된다. 단위 셀(20)의 각각이 제1 전달 스위치(2), 제2 전달 스위치(4), 제3 전달 스위치(12), 및 제4 전달 스위치(14)를 더 갖는다. 각각의 단위 셀(20)은 제1 커패시터 소자(3), 및 제2 커패시터 소자(13)를 더 갖는다. 여기에서, 제1 커패시터 소자(3)는 제2 커패시터 소자(13)의 커패시턴스 값과 동일한 커패시턴스 값을 갖는다.
광다이오드(1) 및 제1 커패시터 소자(3)는 제1 전달 스위치(2)를 통해서 전기적으로 연결된다. 광다이오드(1) 및 제2 커패시터 소자(13)는 제3 전달 스위치(12)를 통해서 전기적으로 연결된다.
단위 셀(20)의 각각이 제1 증폭 유닛(7), 제2 증폭 유닛(17), 제1 선택 스위치(8), 및 제2 선택 스위치(18)를 더 갖는다. 제1 부동 확산 커패시턴스(FD1)가, 제1 증폭 유닛(7)의 입력 노드인 제1 입력 노드(5)에 연결된다. 제2 부동 확산 커패시턴스(FD2)가, 제2 증폭 유닛(17)의 입력 노드인 제2 입력 노드(15)에 연결된다. 제2 부동 확산 커패시턴스(FD2)는 제1 부동 확산 커패시턴스(FD1)의 커패시턴스 값보다 큰 커패시턴스 값을 갖는다. 제1 부동 확산 커패시턴스(FD1) 및 제2 부동 확산 커패시턴스(FD2)의 각각은, 규소 반도체 층 내로 불순물을 확산시킴으로써 형성된 부동 확산 유닛이다. 제1 부동 확산 커패시턴스(FD1) 및 제2 부동 확산 커패시턴스(FD2)의 커패시턴스 값들 사이의 차에 의해서, 제1 입력 노드(5) 및 제2 입력 노드(15)의 커패시턴스 값이 구별될 수 있다.
제1 커패시터 소자(3) 및 제1 부동 확산 커패시턴스(FD1)가 제2 전달 스위치(4)를 통해서 전기적으로 연결된다. 제2 커패시터 소자(13) 및 제2 부동 확산 커패시턴스(FD2)가 제4 스위치(14)를 통해서 전기적으로 연결된다.
제1 증폭 유닛(7) 및 열 신호 라인(10)이 제1 선택 스위치(8)를 통해서 전기적으로 연결된다. 제2 증폭 유닛(17) 및 열 신호 라인(10)이 제2 선택 스위치(18)를 통해서 전기적으로 연결된다. 전원 전압(11)이 제1 증폭 유닛(7) 및 제2 증폭 유닛(17) 모두에 공급된다.
도시하지 않은 전류 공급원이 열 신호 라인(10)에 전기적으로 연결된다. 제1 선택 스위치(8)가 ON 상태를 가질 때, 열 신호 라인(10)에 전기적으로 연결된 제1 증폭 유닛(7), 전원 전압(11), 및 전류 공급원은 소스 폴로워 회로(source follower circuit)를 구성한다. 제2 선택 스위치(18)가 ON 상태를 가질 때, 열 신호 라인(10)에 전기적으로 연결된 제2 증폭 유닛(17), 전원 전압(11), 및 전류 공급원은 소스 폴로워 회로를 구성한다. 도 2를 참조하면, 열 신호 라인(10)으로 출력된 신호는 신호 Vout(p)에 의해서 표시되어 있다. 말단에 주어진 (p)는 열 번호를 나타낸다.
각각의 단위 셀(20)은 제1 리셋 스위치(6), 및 제2 리셋 스위치(16)를 더 갖는다. 전원 전압(11)이 제1 리셋 스위치(6) 및 제2 리셋 스위치(16) 모두에 공급된다. 제1 리셋 스위치(6)는 제1 입력 노드(5)에 연결된다. 제2 리셋 스위치(16)는 제2 입력 노드(15)에 연결된다.
단위 셀(20)의 각각은 PD 리셋 스위치(9)를 더 갖는다. 전원 전압(11)이 PD 리셋 스위치(9)에 공급된다.
이러한 실시예에 따라, 제1 전달 스위치(2)는, 광전 변환 유닛인 광다이오드(1)로부터 신호 유지 유닛 중 하나인 제1 커패시터 소자(3)로 신호를 전달하도록 구성된 제1 전달 유닛에 상응한다. 제2 전달 스위치(4)는, 신호 유지 유닛 중 하나인 제1 커패시터 소자(3)로부터 제1 입력 노드(5)로 신호를 전달하도록 구성된 제2 전달 유닛에 상응한다. 제4 전달 스위치(14)는, 신호 유지 유닛 중 다른 하나인 제2 커패시터 소자(13)로부터 제2 입력 노드(15)로 신호를 전달하도록 구성된 제3 전달 유닛에 상응한다.
이러한 실시예에 따라, 하나의 단위 셀(20)은 하나의 그룹에 상응하고, 그러한 그룹은 광전 변환 유닛, 제1 전달 유닛, 제2 전달 유닛, 제3 전달 유닛, 제4 전달 유닛, 제1 신호 유지 유닛, 제2 신호 유지 유닛, 제1 증폭 유닛, 및 제2 증폭 유닛을 갖는다.
도 1을 참조하면, 단위 셀(20) 및 수직 주사 회로(101)가 제어 라인(30)을 통해서 전기적으로 연결된다. 제1 전달 스위치(2)는 신호(pGS1(m))를 수신하도록 구성된 게이트를 갖는다.
이하에서, 단위 셀(20)로 입력하고자 하는 신호의 참조부호의 말단에 주어진 "(m)"은, 신호를 m 번째 행의 단위 셀(20)로 입력하고자 한다는 것을 나타낸다.
복수의 행의 단위 셀(20)로 입력되는 신호가, "(m)"를 가지지 않는 참조부호에 의해서 집단적으로 표시된다.
제2 전달 스위치(4)는 신호(pTX(m))를 수신하도록 구성된 게이트를 갖는다. 제3 전달 스위치(12)는 신호(pGS2(m))를 수신하도록 구성된 게이트를 갖는다. 제4 전달 스위치(14)는 신호(pTX2(m))를 수신하도록 구성된 게이트를 갖는다.
PD 리셋 스위치(9)는 신호(pOFD(m))를 수신하도록 구성된 게이트를 갖는다.
복수의 행의 단위 셀(20)로 입력되는 신호(pGS1)는 동일한 시점에 활성 레벨을 가지도록 변화되고, 동일한 시점에 비활성 레벨을 가지도록 변화된다. 복수의 행의 단위 셀(20)로 입력되는 신호(pGS2)는 동일한 시점에 활성 레벨을 가지도록 변화되고, 동일한 시점에 비활성 레벨을 가지도록 변화된다. 복수의 행의 단위 셀(20)로 입력되는 신호(pOFD)는 동일한 시점에 활성 레벨을 가지도록 변화되고, 동일한 시점에 비활성 레벨을 가지도록 변화된다. 그에 따라, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는, 신호 축적이 모든 단위 셀(20)의 광다이오드(1) 내에서 동일한 시점에 시작되고 완료되는 글로벌 전자 셔터 동작을 실시할 수 있다.
제1 리셋 스위치(6)는 신호(pRES1(m))를 수신하도록 구성된 게이트를 갖는다. 제2 리셋 스위치(16)는 신호(pRES2(m))를 수신하도록 구성된 게이트를 갖는다.
제1 선택 스위치(8)는 신호(pSEL1(m))를 수신하도록 구성된 게이트를 갖는다. 제2 선택 스위치(18)는 신호(pSEL2(m))를 수신하도록 구성된 게이트를 갖는다.
결상 장치 내에서 수행하고자 하는 동작
다음에 도 3 및 도 4를 참조하여, 도 1 및 도 2에 도시된 결상 장치에서 수행하고자 하는 동작을 설명할 것이다.
도 3 및 도 4는 n 번째 프레임 및 (n + 1) 번째 프레임에 대한 결상 장치 내의 동작을 도시한다. 도 3은 도 4에 도시된 시간에 상응하는 시간을 도시한다.
도 4를 참조하면, 도 4에 도시된 신호가 신호를 수신하는 스위치를 ON 상태로 변화시키기 위한 활성 레벨에 상응하는 하이 레벨을 가질 수 있다. 다른 한편으로, 신호는 신호를 수신하는 스위치를 OFF 상태로 변화시키기 위한 비활성 레벨에 상응하는 로우 레벨을 가질 수 있다.
시간(T0)로부터 시간(T1)까지의 기간 동안, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20)로 공급하고자 하는 신호(pOFD)를 활성 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 광다이오드(1) 내에 축적되는 신호가 전원 전압(11)으로 광다이오드(1)로부터 방출된다.
시간(T1)에서, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20)로 공급하고자 하는 신호(pOFD)를 비활성 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 모든 단위 셀(20) 내의 광다이오드(1)가 동시에 신호 축적을 시작하는 전자 셔터 동작이 실시된다.
시간(T2)에서, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20)로 공급하고자 하는 신호(pGS1)를 활성 레벨로 변화시킨다. 시간(T3)에서, 수직 주사 회로(101)는 신호(pGS1)를 비활성 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 모든 단위 셀(20) 내의 제1 커패시터 요소(3)가 동시에 시간(T1)으로부터 시간(T3)까지의 기간 동안 광다이오드(1) 내에 축적되는 신호를 유지하는, 글로벌 전달 동작이 실시된다. 시간(T1)으로부터 시간(T3)까지의 기간은, 광다이오드(1)가 신호를 축적하는 제1 축적 기간에 상응한다.
그 이후에, 수직 주사 회로(101)는 신호(pSEL1(m))를 활성 레벨로 변화시키고 m 번째 행의 제1 선택 스위치(8)를 ON 상태로 변화시킨다. 수직 주사 회로(101)는 신호(pRES1(m))를 활성 레벨로 변화시키고, 이어서 제1 입력 노드(5)의 전위를 비활성 레벨로 리셋한다. 수직 주사 회로(101)는 신호(pTX1(m))를 활성 레벨로 변화시키고, 이어서 그 신호를 비활성 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 제1 커패시터 요소(3) 내에서 유지되는 신호가 제1 부동 확산 커패시턴스(FD1)로 전달된다. 제1 증폭 유닛(7)은, 제1 축적 기간 동안 광다이오드(1) 내에 축적된 신호를 기초하는 신호를 제1 선택 스위치(8)를 통해서 열 신호 라인(10)으로 출력한다.
그 이후에, 수직 주사 회로(101)은, (m + 1) 번째 행의 단위 셀(20) 상에서, 단위 셀(20)의 m 번째 행 상에서 수행되는 동작과 같은 동작을 실시한다. 그에 따라, 수직 주사 회로(101)는 각각의 행의 단위 셀(20) 내의 제1 축적 기간에 상응하는 제1 광학적 신호를 열 신호 라인(10)으로 순차적으로 판독 출력한다.
시간(T4)에서, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20)로 공급하고자 하는 신호(pGS2)를 활성 레벨로 변화시킨다. 시간(T5)에서, 수직 주사 회로(101)는 신호(pGS2)를 비활성 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 모든 단위 셀(20) 내의 제2 커패시터 요소(13)가 동시에 시간(T3)으로부터 시간(T5)까지의 기간 동안 광다이오드(1) 내에 축적되는 신호를 유지하는, 글로벌 전달 동작이 실시된다. 시간(T3)로부터 시간(T5)까지의 기간은, 광다이오드(1)가 신호를 축적하는 제2 축적 기간에 상응한다. 제2 축적 기간은 제1 축적 기간보다 길다. 제1 축적 기간 및 제2 축적 기간은 전혀 중첩되지 않는다.
그 이후에, 수직 주사 회로(101)는 신호(pSEL2(m))를 활성 레벨로 변화시키고 m 번째 행의 제2 선택 스위치(18)를 ON 상태로 변화시킨다. 수직 주사 회로(101)는 신호(pRES2(m))를 활성 레벨로 이어서 비활성 레벨로 변화시켜 제2 입력 노드(15)의 전위를 리셋한다. 수직 주사 회로(101)는 신호(pTX2(m))를 활성 레벨로 이어서 비활성 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 제2 커패시터 요소(13) 내에서 유지되는 신호가 제2 부동 확산 커패시턴스(FD2)로 전달된다. 그에 따라, 제2 증폭 유닛(17)은, 제2 축적 기간 동안 광다이오드(1) 내에 축적된 신호를 기초로하는 신호를 제2 선택 스위치(18)를 통해서 열 신호 라인(10)으로 출력한다.
그 이후에, 수직 주사 회로(101)은, (m + 1) 번째 행의 단위 셀(20) 상에서, m 번째 행의 단위 셀(20) 상에서 수행되는 동작과 같은 동작을 실시한다. 그에 따라, 수직 주사 회로(101)는 행의 단위 셀(20)의 제2 축적 기간에 상응하는 신호인 제2 광학적 신호를 열 신호 라인(10)으로 순차적으로 판독 출력한다.
시간(T5)로부터 시간(T6)까지의 기간 동안, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20)로 공급하고자 하는 신호(pOFD)를 활성 레벨로 다시 변화시킨다. 그에 따라, 시간(T0)으로부터 시간(T1)까지의 이전의 기간 내의 동작과 같이, 모든 단위 셀(20)의 광다이오드(1) 내의 신호가 리셋된다.
이러한 실시예에 따른 결상 장치는 n 번째 프레임 상에서 실시된 것과 동일한 동작을 (n + 1) 번째 프레임에서 반복한다.
커패시턴스 값과 변환 출력 신호 사이의 관계
이러한 실시예의 효과를 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명할 것이다.
도 5a는, 광다이오드(1) 상에 입력되는 광량을 나타내는 수평 축, 및 증폭 유닛으로부터 출력되고 그리고 획득된 부동 확산 커패시턴스로 입력하기 위한 신호로부터 변환된 변환 출력 신호를 나타내는 수직 축을 갖는 그래프이다.
N(C1), N(C2), 및 N(C3)의 각각은, 증폭 유닛의 입력 노드의 리셋이 해제될 때 증폭 유닛으로부터 출력되는 노이즈 신호로부터의 변환 출력 신호이다. 이러한 노이즈 신호는 다크 랜덤 노이즈(dark random noise)를 주성분으로 갖는다. S(C1), S(C2), 및 S(C3)의 각각은, 광다이오드(1)에 의해서 발생된 신호가 증폭 유닛의 입력 노드에 전달될 때 증폭 유닛으로부터 출력되는 광학적 신호로의 변환 출력 신호이다. C1, C2, 및 C3의 각각은 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값을 나타낸다. 다시 말해서, S(C1) 및 N(C1)는, 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값이 C1일 때의 광학적 신호 및 노이즈 신호를 나타낸다. 다른 S(C2), N(C2), S(C3), 및 N(C3)에서도 마찬가지다. 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값은 이하의 관계를 만족시킨다:
C1 > C2 > C3
부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값이 C1일 때, 노이즈 신호는 N(C1)의 레벨을 갖는다. 그에 따라, 광량이 광량(C) 이하일 때, 광학적 신호가 노이즈 신호 내에 매몰되기 때문에, 광학적 신호가 판독 출력되지 못할 수 있다. 다른 한편으로, 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값이 C3일 때, 노이즈 신호는 N(C3)의 레벨을 갖는다. 그에 따라, 광량이 광량(A) 보다 많을 때, 광학적 신호가 판독 출력될 수 있다.
다른 한편으로, 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값이 C3일 때, 광학적 신호는 S(C3)에서 포화된다. 그에 따라, 광량이 광량(D) 이상일 때, 광학적 신호의 정확한 레벨이 판독 출력되지 않을 수 있다. 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값이 C3 보다 큰 C1일 때, 광학적 신호는 S(C1)에서 포화된다. 그에 따라, 광학적 신호의 정확한 레벨이 광량(F)까지 판독 출력될 수 있다.
그에 따라, 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값이 C1일 때, 광학적 신호로서 판독될 수 있는 광량이 광량(C)으로부터 광량(F)까지의 범위를 갖는다. 다른 한편으로, 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값이 C3일 때, 광학적 신호로서 판독될 수 있는 광량이 광량(A)으로부터 광량(D)까지의 범위를 갖는다. 그에 따라, 저휘도를 갖는 물체로부터의 신호를 판독 출력하기 위해서, 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값으로서 C3가 C1 보다 더 바람직하다. 고휘도를 갖는 물체로부터의 신호를 판독 출력하기 위해서, 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값으로서 C1이 C3 보다 더 바람직하다.
도 5b 내지 도 5d를 참조하여, 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값과 변환 출력 신호 사이의 관계를 광다이오드(1) 내의 축적 기간의 길이에 대해서 설명할 것이다.
동적 범위(DR)는 이하의 표현식에 의해서 규정된다:
동적 범위 = 20*Log(S/N)
"*" 기호는 본원에서 곱하기를 지칭한다. 달리 특정된 바가 없는 한, "Log"는 10의 기초를 지칭한다.
도 5b는, 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값이 C2일 때, 광다이오드(1)의 제1 축적 기간(단시간 축적 기간) 동안의 경우 및 제2 축적 기간(장시간 축적 기간)의 경우의 비교예를 도시한다. 제2 축적 기간은 제1 축적 기간의 10배의 길이를 갖는다.
제2 축적 기간에 상응하는 신호가 광량(G)의 휘도 이하인 저휘도를 갖는 물체에 대해서 적용된다. 다른 한편으로, 제1 축적 기간에 상응하는 신호가 광량(G)의 휘도 이상인 고휘도를 갖는 물체에 대해서 적용된다. 결상 장치에 대해서 외부적으로 제공되는 신호 프로세싱 유닛은 제1 축적 기간에 상응하는 신호 및 제2 축적 기간에 상응하는 신호에 대해서 동일한 신호 범위를 설정하기 위한 프로세싱을 실시한다. 제2 축적 기간이 제1 축적 기간의 10 배의 길이이기 때문에, 제2 축적 기간에 상응하는 신호의 범위와 같아지게 하기 위해서, 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱하는 것으로 동일한 신호 범위를 설정할 수 있다. 다시 말해서, 광량(G)에서, 제1 축적 기간에 상응하는 변환 출력 신호의 양 및 제2 축적 기간에 상응하는 변환 출력 신호의 양이 모두 S (C2)가 된다.
도 5b를 참조하면, 제1 축적 기간 및 제2 축적 기간 중에 이용하고자 하는 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값이 C2이다. 그에 따라, 제1 축적 기간에 상응하는 신호를 배가함으로써 획득되는 신호는, N(C2)에 10을 곱한 신호와 같다. 따라서, 제1 축적 기간에 상응하는 신호를 배가하는 것에 얻어진 신호 내에 포함된 N성분이 10*N(C2)인 반면, 10을 곱한 제2 축적 기간에 상응하는 신호 내에 포함된 N 성분은 N(C2)이다. 따라서, 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱하는 것에 의해 획득된 신호 및 제2 축적 기간에 상응하는 신호를 이용하는 것에 의해 생성된 화상은 비교적 큰 휘도를 갖는 부분과 비교적 작은 휘도를 갖는 부분을 갖는다. 이는, 신호에 포함된 N 성분들 사이의 크기차에 의해 유발된다. 따라서 하나의 화상 내의 휘도의 변동을 억제하기 위해서, 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱하는 것에 의해 획득된 신호 내에 포함된 N 성분량과 제2 축적 기간에 상응하는 신호에 포함된 N 성분량 사이의 차를 작게 할 수 있다.
따라서, 이러한 실시예에서, 전술한 바와 같이, 제1 축적 기간에 상응하는 신호는 제1 부동 확산 커패시턴스(FD1)의 커패시턴스 값(C3)을 이용하여 생성된다. 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호는, 제 1 부동 확산 커패시턴스(FD1)의 커패시턴스 값보다 큰 제2 부동 확산 커패시턴스(FD2)의 커패시턴스 값(C1)을 이용하는 것에 의해 발생된다. 따라서, 제1 축적 기간에 상응하는 신호는, N 성분이 더 작은 커패시턴스 값(C3)을 이용하는 것에 의해 생성될 수 있다. 다른 한편으로, 제2 축적 기간에 상응하는 신호는, N 성분이 더 큰 커패시턴스 값(C1)을 이용하는 것에 의해 생성될 수 있다. 이는, 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱함으로써 획득된 신호의 N 성분과 제2 축적 기간에 상응하는 신호의 N 성분 사이의 차를, 도 5b에 도시된 예에 비해서, 줄일 수 있다. 따라서, 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱함으로써 획득되는 신호와 제2 축적 기간에 대응하는 신호를 이용하는 것에 의해 생성된 하나의 화상은 휘도의 변동을 가지기가 쉽지 않다.
또한, 이러한 실시예의 결상 장치의 추가적인 효과를 설명할 것이다. 도 5b를 참조하면, 제2 축적 기간에 상응하는 신호(저휘도)가, 광량(G)에 응답하여, 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱함으로써 획득된 신호(고휘도)로 변화된다. 다른 한편으로, 도 5c에 도시된 이러한 실시예에 따른 결상 장치에서, 제2 축적 기간에 상응하는 신호는, 커패시턴스 값(C2) 보다 큰 부동 확산 커패시턴스의 커패시턴스 값(C3)을 이용함으로써 생성된다. 그에 따라, 광량(G) 보다 큰 광량(I)에 응답하여, 제2 축적 기간에 상응하는 신호(저휘도)가 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱함으로써 획득된 신호(고휘도)로 변화된다. 광량(I)이 광량(G) 보다 크기 때문에, 광량(I)을 갖는 영역은, 광량(G)을 갖는 영역에 비해, 다크 랜덤 노이즈의 증가 보다 광 샷 노이즈(light shot noise)의 증가가 더 지배적인 경향을 갖는다. 따라서, 제2 축적 기간에 상응하는 신호와 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱함으로써 획득된 신호 사이의 접합부가 다크 랜덤 노이즈의 실질적인 증가가 없는 영역 내에 배치될 수 있다. 따라서, 이러한 실시예의 결상 장치는, 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱함으로써 획득된 신호와 제2 축적 기간에 상응하는 신호를 이용하는 것에 의해, 도 5b에 도시된 경우에 비해서, 휘도 변동이 더 적은 하나의 화상을 유리하게 생성할 수 있다.
이러한 실시예의 결상 장치는, 전술한 바와 같이, 제1 커패시턴스 값을 갖는 부동 확산 커패시턴스의 이용에 의해서 제1 축적 기간에 상응하는 신호를 생성할 수 있다. 이어서, 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호는, 제1 커패시턴스 값보다 큰 제2 커패시턴스 값을 갖는 부동 확산 커패시턴스를 이용하는 것에 의해 생성된다. 그에 따라, 유리하게, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는, 제1 축적 기간에 상응하는 신호를 증폭함으로써 획득된 신호 및 제2 축적 기간에 상응하는 신호를 이용하는 것에 의해, 화상 내에서 휘도 변화를 쉽게 유발하지 않을 수 있다.
이러한 실시예에 따라, 제1 커패시터 요소(3)가 제2 커패시터 요소(13)와 동일한 커패시턴스 값을 갖는 것으로 설명하였지만, 그러한 커패시터 요소들이 다른 커패시턴스 값들을 가질 수 있다.
이러한 실시예에 따른 결상 장치에서, 제1 선택 스위치(8) 및 제2 선택 스위치(18)가 동일한 열 신호 라인(10)에 연결된다. 다른 예로서, 복수의 열 신호 라인(10)이 하나의 열의 단위 셀(20)에 제공될 수 있고, 복수의 열 신호 라인(10) 중 하나가 제1 선택 스위치(8)에 연결될 수 있고, 복수의 열 신호 라인(10) 중 다른 하나가 제2 선택 스위치(18)에 연결될 수 있다.
이러한 실시예에 따라, 전자 셔터 동작 및 글로벌 전달 동작이 실질적인 사용을 위한 충분한 범위까지 동기화될 수 있다. 모든 단위 셀(20)을 완전한 동기화로 구동하는 것은 구동을 담당하는 구동부에 큰 부하를 가한다. 그러한 부하를 줄이기 위해서, 전자 셔터 동작 및 글로벌 전달 동작이, 단위 셀들(20) 사이에서 짧은 시간차를 갖는 시간에 복수의 단위 셀(20) 상에서 실시될 수 있다. 이러한 경우에도, 전자 셔터 동작 및 글로벌 전달 동작이 "동기화된 동작"으로 실질적으로 분류될 수 있다.
제2 실시예
제1 실시예와의 차이점에 주로 초점을 맞춰, 제2 실시예에 따른 결상 장치를 설명할 것이다.
제1 실시예에 따른 결상 장치는 제1 커패시턴스 값을 갖는 부동 확산 커패시턴스의 이용에 의해서 제1 축적 기간에 상응하는 신호를 생성할 수 있다. 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호는, 제1 커패시턴스 값보다 큰 제2 커패시턴스 값을 갖는 부동 확산 커패시턴스를 이용하는 것에 의해 생성된다. 다른 한편으로, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 제1 커패시턴스 값보다 큰 제2 커패시턴스 값을 갖는 부동 확산 커패시턴스의 이용에 의해서 제1 축적 기간에 상응하는 신호를 생성한다. 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호는, 제1 커패시턴스 값을 갖는 부동 확산 커패시턴스를 이용하는 것에 의해 생성된다.
이러한 실시예에 따른 결상 장치는 제1 실시예와 동일한 구성을 가질 수 있다. 이러한 실시예는, 제1 축적 기간 중에 발생된 신호가 제2 커패시턴스 값을 갖는 부동 확산 커패시턴스(FD2)로 전달된다는 점에서, 제1 실시예와 상이하다. 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간 중에 발생된 신호가 제1 커패시턴스 값을 갖는 부동 확산 커패시턴스(FD1)에 전달된다.
이러한 실시예의 효과를 설명할 것이다.
도 5d는 이러한 실시예의 효과를 도시한다.
도 5b의 비교예에서, 제1 축적 기간 및 제2 축적 기간 중에 이용하고자 하는 부동 확산 커패시턴스는 C2의 커패시턴스 값을 갖는다. 그에 따라, 제2 축적 기간에 상응하는 신호의 S 성분의 가능한 범위의 하한선은 N(C2)에 의해서 압박된다. 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱함으로써 획득된 신호의 가능한 범위의 상한선은, 커패시턴스 값(C2)을 갖는 부동 확산 커패시턴스가 포화되는 레벨을 갖는다.
다른 한편으로, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 제1 커패시턴스 값(C3)을 갖는 부동 확산 커패시턴스의 이용에 의해서 제2 축적 기간에 상응하는 신호를 생성한다. 그에 따라, 제2 축적 기간에 상응하는 신호는 N(C2) 보다 작은 N(C3)의 N 성분을 갖는다. 그에 따라, 제2 축적 기간에 상응하는 신호의 S 성분의 가능한 범위의 하한선은, 제2 축적 기간에 상응하는 신호가 커패시턴스 값(C2)을 갖는 부동 확산 커패시턴스의 이용에 의해서 발생되는 경우에 비해서, 더 확대될 수 있다. 제2 축적 기간에 상응하는 신호의 S 성분의 가능한 범위의 하한선은, 제2 축적 기간에 상응하는 신호가 커패시턴스 값(C2)을 갖는 부동 확산 커패시턴스의 이용에 의해서 발생되는 경우에 비해서, 더 확대될 수 있다. 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 10을 곱함으로써 획득되는 신호의 가능한 범위는 S(C2) 보다 큰 S(C1)이다. 그에 따라, 제1 축적 기간에 상응하는 신호의 가능한 범위의 상한선은, 제1 축적 기간에 상응하는 신호가 커패시턴스 값(C2)을 갖는 부동 확산 커패시턴스의 이용에 의해서 발생되는 경우에 비해서, 더 확대될 수 있다.
이러한 실시예에 따른 결상 장치는 제2 커패시턴스 값보다 큰 제1 커패시턴스 값을 갖는 부동 확산 커패시턴스의 이용에 의해서 제1 축적 기간에 상응하는 신호를 생성한다. 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호는, 제1 커패시턴스 값을 갖는 부동 확산 커패시턴스를 이용하는 것에 의해 생성된다. 그에 따라, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는, 제1 축적 기간 및 제2 축적 기간에 상응하는 신호를 생성하기 위해서 동일한 커패시턴스 값이 이용되는 경우에 비해서, 제1 축적 기간에 상응하는 신호의 가능한 범위의 상한선 및 제2 축적 기간에 상응하는 신호의 가능한 범위의 하한선을 확대할 수 있다. 다시 말해서, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는, 통상적인 결상 장치에 비해서, 제1 축적 기간에 상응하는 신호 및 제2 축적 기간에 상응하는 신호의 동적 범위를 확대할 수 있다.
제3 실시예
제1 실시예와의 차이점을 참조하여, 제3 실시예에 따른 결상 장치를 설명할 것이다.
제1 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20)의 각각에서, 부동 확산 커패시턴스(FD1) 및 부동 확산 커패시턴스(FD2)는 서로 상이한 커패시턴스 값을 갖는다. 이러한 실시예에 따른 결상 장치에서, 부동 확산 커패시턴스(FD1) 및 부동 확산 커패시턴스(FD2)는 동일한 커패시턴스 값을 갖는다. 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20)의 각각에서, 하나의 부동 확산 커패시턴스에 연결된 커패시턴스 부가 스위치가 제공된다. 커패시턴스 부가 스위치는 커패시턴스의 부가를 위해서 이용될 수 있다.
도 6은 이러한 실시예에 따른 결상 장치의 구성을 도시한다.
그에 따라, 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20)의 각각에서, 제1 실시예와 달리, 트랜지스터(21) 및 제어 라인(pADD(m))이 입력 노드(5)와 제1 리셋 스위치(6) 사이에 제공된다. 제어 신호(pADD(m))가 하이 레벨로 변화되었을 때, 트랜지스터(21)가 턴 온된다. 그에 따라, 입력 노드(5)에 연결된 커패시턴스는 부동 확산 커패시턴스(FD1)와 트랜지스터(21) 내의 커패시턴스를 합성함으로써 획득된다. 다시 말해서, 트랜지스터(21)는, 부동 확산 커패시턴스(FD1)의 커패시턴스 값을 변화시키도록 구성된 커패시턴스 변화 유닛에 상응한다. 이러한 실시예에 따라, 커패시턴스 부가 트랜지스터인 트랜지스터(21)가 커패시턴스 변화 유닛의 전형적인 예로서 이용된다.
제1 실시예에 따른 결상 장치에서, 부동 확산 커패시턴스(FD2)는 부동 확산 커패시턴스(FD1)의 커패시턴스 값보다 큰 커패시턴스 값을 갖는다. 그에 따라, 입력 노드(15)에 연결된 커패시턴스의 커패시턴스 값은 입력 노드(5)에 연결된 커패시턴스 보다 크다.
다른 한편으로, 이러한 실시예에 따라, 입력 노드(5)에 연결된 커패시턴스가 입력 노드(15)에 연결된 커패시턴스의 커패시턴스 값보다 큰 커패시턴스 값을 가질 수 있도록, ON 상태의 트랜지스터(21)가 부동 확산 커패시턴스(FD1)에 연결된다. 그에 따라, 제1 실시예에 따라 제2 커패시터 요소(13)를 통해서 광다이오드(1)로부터 부동 확산 커패시턴스(FD2)로 전달되는 신호는, 이러한 실시예에 따라 제1 커패시터 요소(3)를 통해서 부동 확산 커패시턴스(FD1) 및 트랜지스터(21)의 합성된 커패시턴스에 전달될 수 있다. 제2 실시예에 따라 제1 커패시터 요소(3)를 통해서 광다이오드(1)로부터 부동 확산 커패시턴스(FD1)로 전달되는 신호는, 이러한 실시예에 따라 제2 커패시터 요소(13)를 통해서 부동 확산 커패시턴스(FD2)에 전달될 수 있다. 그에 따라, 제1 실시예의 효과와 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
이러한 실시예에 따른 결상 장치에서, 주어진 결상 장면에 따라 트랜지스터(21)를 OFF 상태에서 유지함으로써, 신호가 단위 셀(20)로부터 판독 출력될 수 있다.
이러한 실시예에 따라, 커패시턴스 변화 유닛이 입력 노드(5)를 위해서 제공된다. 그러나, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 그러한 예로 제한되지 않고, 커패시턴스 변화 유닛이 입력 노드(15)를 위해서 제공되지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 입력 노드(5)에 연결된 커패시턴스 부가 트랜지스터 및 입력 노드(15)에 연결된 커패시턴스 부가 트랜지스터 중 하나가 ON 상태가 되도록 변화될 수 있다.
그러한 커패시턴스 변화 유닛으로서, 이러한 실시예에 따라, 커패시턴스 부가 트랜지스터가 제1 리셋 스위치(6)와 입력 노드(5) 사이의 전기 경로 상에 제공된다. 다른 예로서, 복수의 노드 중 하나를 스위치를 통해서 입력 노드(5)에 연결하는 것 그리고 기준 전위(예를 들어, 접지 전위)를 다른 노드에 인가하는 것을 허용하는 커패시턴스 변화 유닛이 제공될 수 있도록, 복수의 노드 및 스위치를 포함하는 커패시터 요소가 제공된다. 이러한 경우에, 스위치가 턴 온될 때, 커패시터 요소의 커패시턴스 값이 부동 확산 커패시턴스(FD1)의 커패시턴스 값에 부가된다.
이러한 실시예에 따라, 입력 노드(5)는, 트랜지스터(21)가 ON 상태 및 OFF 상태일 때 생성되는 2가지 유형의 커패시턴스 값을 갖는다. 그러나, 입력 노드(5)는 다양한 종류의 커패시턴스 값을 가질 수 있다.
제4 실시예
제3 실시예와의 차이점에 주로 초점을 맞춰, 실시예에 따른 결상 장치를 설명할 것이다.
도 7은 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20)의 구성을 도시한다. 제1 실시예에 따른 단위 셀(20)의 각각은 제1 커패시터 요소(3)에 상응하는 증폭 유닛(제1 증폭 유닛(7)) 및 제2 커패시터 요소(13)에 상응하는 증폭 유닛(제2 증폭 유닛(17))을 갖는다. 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20)의 각각에서, 하나의 증폭 유닛(27)이 제1 커패시터 요소(3) 및 제2 커패시터 요소(13)를 위해서 제공되고, 이는 제1 실시예와 다른 점이다. 증폭 유닛(27)은 선택 스위치(28)를 통해서 열 신호 라인(10)에 연결된다.
제3 실시예에서와 같이, 커패시턴스 부가 트랜지스터로서의 트랜지스터(21)가 입력 노드(25)에 연결된다.
이러한 실시예에 따라, 하나의 단위 셀(20)은 하나의 그룹에 상응하고, 그러한 그룹은 광전 변환 유닛, 제1 전달 유닛, 제2 전달 유닛, 제3 전달 유닛, 제4 전달 유닛, 제1 신호 유지 유닛, 제2 신호 유지 유닛, 및 증폭 유닛을 갖는다.
이러한 실시예에 따른 단위 셀(20)의 각각에서, 제1 커패시터 요소(3) 내에서 유지되는 신호가 ON 상태를 갖는 트랜지스터(21) 및 부동 확산 커패시턴스(FD)의 합성된 커패시턴스에 전달된다. 다른 한편으로, 제2 커패시터 요소(13) 내에서 유지되는 신호는 트랜지스터(21)가 OFF 상태를 가지도록 변화시키고, 부동 확산 커패시턴스(FD)로 전달된다. 여기에서, 제1 커패시터 요소(3) 내에서 유지되는 신호가 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호에 상응한다는 것 그리고 제2 커패시터 요소(13) 내에서 유지되는 신호가 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 상응한다는 것이 가정된다. 이러한 동작은 제1 실시예의 효과와 동일한 효과를 제공할 수 있다.
다른 한편으로, 제1 커패시터 요소(3) 내에서 유지되는 신호가 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 상응한다는 것 그리고 제2 커패시터 요소(13) 내에서 유지되는 신호가 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호에 상응한다는 것이 가정된다. 이러한 동작을 실시하는 것에 의해, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 제2 실시예와 동일한 효과를 제공할 수 있다.
이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20)의 각각이, 제1 실시예 및 제2 실시예에서 제공된, 복수의 부동 확산 커패시턴스 중 하나, 복수의 증폭 유닛 중 하나, 및 복수의 선택 스위치 중 하나를 가질 수 있다. 그에 따라, 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20)의 각각은, 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 단위 셀의 각각에 비해서, 감소된 회로 면적을 가질 수 있다. 회로 면적의 감소는, 광다이오드(1), 제1 커패시터 요소(3), 및 제2 커패시터 요소(13)의 면적 증가를 위해서 이용될 수 있다. 광다이오드(1)의 증가된 면적은 광다이오드(1)의 감도 및 신호 포화량을 증가시킬 수 있다. 제1 커패시터 요소(3) 및 제2 커패시터 요소(13)를 위한 증가된 면적은 그들의 신호 포화량을 증가시킬 수 있다.
제5 실시예
제4 실시예와의 차이점에 주로 초점을 맞춰, 실시예에 따른 결상 장치를 설명할 것이다.
도 8은 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀의 구성을 도시한다. 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 단위 셀(20A 및 20B)을 갖는다. 단위 셀(20A)의 각각이 부동 확산 커패시턴스(FD11), 증폭 유닛(37), 및 선택 스위치(38)를 갖는다. 단위 셀(20B)의 각각이 부동 확산 커패시턴스(FD21), 증폭 유닛(47), 및 선택 스위치(48)를 갖는다. 부동 확산 커패시턴스(FD11)는 부동 확산 커패시턴스(FD21)의 커패시턴스 값보다 큰 커패시턴스 값을 갖는다. 각각의 단위 셀(20A 및 20B)의 제2 전달 스위치(4)가 입력 노드(35)에 연결된다. 각각의 단위 셀(20A 및 20B)의 제4 전달 스위치(14)가 입력 노드(45)에 연결된다.
이러한 실시예에 따라, 하나의 단위 셀(20)은 하나의 그룹에 상응하고, 그러한 그룹은 광전 변환 유닛, 제1 전달 유닛, 제2 전달 유닛, 제3 전달 유닛, 제4 전달 유닛, 제1 신호 유지 유닛, 제2 신호 유지 유닛, 및 증폭 유닛을 갖는다.
이러한 실시예에 따른 결상 장치에서, 각각의 단위 셀(20A 및 20B)의 제1 커패시터 요소(3) 내에서 유지되는 신호가 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호에 상응하는 것을 가정한다. 각각의 단위 셀(20A 및 20B) 내의 제2 커패시터 요소(13) 내에서 유지되는 신호가 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 상응하는 것을 가정한다. 단위 셀(20A)의 각각 내의 제1 커패시터 요소(3) 내에서 유지되는 신호가 부동 확산 커패시턴스(FD11)에 먼저 전달된다. 이어서, 증폭 유닛(37)은 각각의 단위 셀(20A) 내의 제1 커패시터 요소(3) 내에서 유지되는 신호에 상응하는 신호를 열 신호 라인(10)으로 출력한다. 그 이후에, 각각의 단위 셀(20A) 내의 제1 리셋 스위치(6)가 턴 온될 때, 부동 확산 커패시턴스(FD11) 내의 신호가 리셋된다. 단위 셀(20B)의 각각 내의 제1 커패시터 요소(3) 내에서 유지되는 신호가 부동 확산 커패시턴스(FD11)에 전달된다. 이어서, 증폭 유닛(37)은 단위 셀(20B) 내의 제1 커패시터 요소(3) 내에서 유지되는 신호에 상응하는 신호를 열 신호 라인(10)으로 출력한다.
단위 셀(20A) 내의 제2 커패시터 요소(13) 내에서 유지되는 신호가 부동 확산 커패시턴스(FD21)에 전달된다. 이어서, 증폭 유닛(47)은 단위 셀(20A) 내의 제2 커패시터 요소(13) 내에서 유지되는 신호에 상응하는 신호를 열 신호 라인(10)으로 출력한다. 그 이후에, 단위 셀(20B) 내의 제1 리셋 스위치(6)가 턴 온되어 부동 확산 커패시턴스(FD21) 내의 신호를 리셋한다. 단위 셀(20B) 내의 제2 커패시터 요소(13) 내에서 유지되는 신호가 부동 확산 커패시턴스(FD21)에 전달된다. 이어서, 증폭 유닛(47)은 단위 셀(20B) 내의 제2 커패시터 요소(13) 내에서 유지되는 신호에 상응하는 신호를 열 신호 라인(10)으로 출력한다.
그에 따라, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 제1 실시예와 동일한 효과를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 실시예에 따른 결상 장치에서, 제1 커패시터 요소(3) 내에서 유지되는 신호가 제1 축적 기간에 상응하는 신호에 상응할 수 있고, 제2 커패시터 요소(13) 내에서 유지되는 신호가 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호에 상응할 수 있다. 이러한 동작을 실시하는 것에 의해, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 제2 실시예와 동일한 효과를 제공할 수 있다.
제3 실시예에 따른 결상 장치에서, 단위 셀(20)의 각각이 커패시턴스 부가 트랜지스터를 갖는다. 이러한 실시예에 따른 결상 장치에서 커패시턴스 부가 트랜지스터를 가지지 않는 단위 셀(20A 및 20B)이 제1 및 제2 실시예와 동일한 효과를 제공할 수 있다. 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20A 및 20B)은, 제3 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20)의 회로 면적에 비해서, 감소된 회로 면적을 유리하게 가질 수 있다. 회로 면적의 감소에 의해서 얻어지는 면적은, 광다이오드(1), 제1 커패시터 요소(3), 및 제2 커패시터 요소(13)의 면적 증가를 위해서 이용될 수 있다. 광다이오드(1)의 증가된 면적은 광다이오드(1)의 감도 및 신호 포화량을 증가시킬 수 있다. 제1 커패시터 요소(3) 및 제2 커패시터 요소(13)의 증가된 면적은 그들의 신호 포화량을 증가시킬 수 있다.
제6 실시예
제5 실시예와의 차이점에 주로 초점을 맞춰, 이러한 실시예에 따른 결상 장치를 설명할 것이다.
도 9는 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20C, 20D, 및 20E)의 구성을 도시한다.
제5 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20A 및 20B)에서, 각각의 단위 셀(20B) 내의 제2 전달 스위치(4)는 라인(제1 라인)을 통해서 상응하는 단위 셀(20A) 내의 입력 노드(35)에 연결된다. 각각의 단위 셀(20A) 내의 제4 전달 스위치(14)는 라인(제2 라인)을 통해서 상응하는 단위 셀(20B) 내의 입력 노드(45)에 연결된다. 이러한 연결 관계에서, 제1 라인 및 제2 라인은 단위 셀(20A) 및 단위 셀(20B)의 일부 내에서 평행하게 연장된다. 이러한 레이아웃에서, 평행한 제1 라인 및 제2 라인에 의해서 유발되는 기생 커패시턴스가 입력 노드로 전달되는 신호의 신호 정확도를 감소시킬 수 있다. 기생 커패시턴스의 커패시턴스 값을 줄이기 위해서 제1 라인 및 제2 라인이 증가된 거리 만큼 이격될 때, 단위 셀을 위한 회로 면적이 증가될 수 있다.
이러한 실시예에 따른 결상 장치는 단위 셀(20C, 20D, 및 20E)을 갖는다. 단위 셀(20C)의 각각이 부동 확산 커패시턴스(FD31), 입력 노드(55), 증폭 유닛(57), 및 선택 스위치(58)를 갖는다.
단위 셀(20D)의 각각이 부동 확산 커패시턴스(FD41), 입력 노드(65), 증폭 유닛(67), 및 선택 스위치(68)를 갖는다.
단위 셀(20E)의 각각이 부동 확산 커패시턴스(FD51), 입력 노드(75), 증폭 유닛(77), 및 선택 스위치(78)를 갖는다.
부동 확산 커패시턴스(FD31 및 FD51)가 동일한 커패시턴스 값을 갖는다. 부동 확산 커패시턴스(FD41)는 부동 확산 커패시턴스(FD31 및 FD51)의 커패시턴스 값보다 큰 커패시턴스 값을 갖는다.
각각의 단위 셀(20C) 내의 제2 전달 스위치(4)는 상응하는 단위 셀(20D) 내의 입력 노드(65)에 연결된다. 각각의 단위 셀(20D) 내의 제4 전달 스위치(14)는 상응하는 단위 셀(20E) 내의 입력 노드(75)에 연결된다.
다시 말해서, 단위 셀(20D)은, 복수의 단위 셀(20)의 부분 내의 하나의 단위 셀인 제1 단위 셀로서 제공된다. 단위 셀(20C)은, 복수의 단위 셀(20)의 다른 부분 내의 하나의 단위 셀인 제2 단위 셀로서 제공된다. 단위 셀(20E)은, 복수의 단위 셀(20)의 다른 부분 내의 하나의 단위 셀인 제3 단위 셀로서 제공된다. 제1 단위 셀 내의 제2 전달 유닛인 제2 전달 스위치(4) 및 제2 단위 셀 내의 제2 전달 유닛인 제2 전달 스위치(4)는 제1 단위 셀의 입력 노드인 입력 노드(65)에 연결된다. 제1 단위 셀 내의 제4 전달 유닛인 제4 전달 스위치(14) 및 제3 단위 셀 내의 제4 전달 유닛인 제4 전달 스위치(14)는 제3 단위 셀의 입력 노드인 입력 노드(75)에 연결된다. 제2 단위 셀, 제1 단위 셀, 및 제3 단위 셀은, 어떠한 다른 단위 셀도 그 사이에 가지지 않고, 순서대로 배열된다.
이러한 구성에서, 복수의 단위 셀 중 하나의 단위 셀 내의 전달 스위치와 그 중 다른 단위 셀 내의 입력 노드를 연결하는 라인들이 평행하게 연장하지 않도록 배치될 수 있다. 이는 제5 실시예에 따른 결상 장치 내의 평행한 제1 라인 및 제2 라인에 의해서 유발되는 기생 커패시턴스를 감소시킬 수 있다. 그에 따라, 이러한 실시예에 따른 결상 장치에서, 입력 노드로 전달하고자 하는 신호의 신호 정확도가 쉽게 감소되지 않을 수 있다.
제7 실시예
제4 실시예와의 차이점에 주로 초점을 맞춰, 제7 실시예에 따른 결상 장치를 설명할 것이다.
도 10은 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20F)의 구성을 도시한다. 제4 실시예에 따른 결상 장치 내의 각각의 단위 셀(20)은 제2 커패시터 요소(13), 제3 전달 스위치(12), 및 제4 전달 스위치(14)를 갖는다. 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 각각의 단위 셀(20F)은 제2 커패시터 요소(13), 제3 전달 스위치(12), 및 제4 전달 스위치(14)를 가지지 않는다.
각각의 단위 셀(20F)은 트랜지스터(81), 제1 전달 스위치(82), 커패시터 요소(83), 제2 전달 스위치(84), 입력 노드(85), 선택 스위치(88), 및 부동 확산 커패시턴스(FD61)를 갖는다. 트랜지스터(81)는 커패시턴스 부가 트랜지스터이다.
이러한 실시예에 따라, 제2 실시예와 같이, 제1 축적 기간에 상응하는 신호는 제2 커패시턴스 값보다 큰 제1 커패시턴스 값을 갖는 입력 노드에 전달되고, 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호는 제1 커패시턴스 값을 갖는 입력 노드에 전달된다.
도 11은 도 10에 도시된 결상 장치 내에서 실시하고자 하는 동작을 도시한다. 도시된 동작은 n 번째 및 n 번째 프레임에 후속되는 (n + 1) 번째 프레임 상에서 실시하고자 하는 동작을 포함한다.
시간(T1)으로부터 시간(T3)까지의 기간에, 광다이오드(1)는 신호를 축적한다. 이하에서, 신호는 신호(PD1(n))로 지칭된다. 시간(T3)으로부터 시간(T5)까지의 기간에, 광다이오드(1)는 신호를 축적한다. 이하에서, 신호는 신호(PD2(n))로 지칭될 것이다.
시간(T3)에서, 신호(PD1(n))가 커패시터 요소(83)에 전달된다. 그 이후에, 커패시터 요소(83) 내에서 유지되는 신호(PD1(n))가 트랜지스터(81)를 턴 온하고, 합성된 트랜지스터(81)의 커패시턴스 및 부동 확산 커패시턴스(FD61)에 전달된다. 행의 증폭 유닛(87)이 신호(PD1(n))에 상응하는 신호를 출력하도록, 수직 주사 회로(101)는 행의 선택 스위치들(88)을 순차적으로 턴 온시킨다.
시간(T5)에서, 신호(PD2(n))가 커패시터 요소(83)에 전달된다. 그 이후에, 커패시터 요소(83) 내에서 유지되는 신호(PD2(n))가 트랜지스터(81)를 턴 오프하고, 부동 확산 커패시턴스(FD61)에 전달된다. 행의 증폭 유닛(87)이 신호(PD2(n))에 상응하는 신호를 출력하도록, 수직 주사 회로(101)는 행의 선택 스위치들(88)을 순차적으로 턴 온시킨다.
시간(T6)에서 그리고 그 이후에, 시간(T1)에서의 그리고 그 이후에 동작이 반복된다.
도 12를 참조하면, 도 11에 도시된 동작에 관한 상세 내용을 설명할 것이다. 도 12에 도시된 시간은 도 11에 도시된 시간에 상응한다.
시간(T0)로부터 시간(T1)까지의 기간 내에, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20F) 내에서 신호(pOFD)를 하이 레벨로 변화시킨다.
시간(T1)에서, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20F) 내에서 신호(pOFD)를 로우 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 모든 행의 광다이오드(1)는 신호 축적을 시작한다.
시간(T2)에서, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20F) 내에서 신호(pGS1)를 하이 레벨로 변화시킨다. 그 이후에, 시간(T3)에서, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20F) 내에서 신호(pGS1)를 로우 레벨로 변화시킨다. 이어서, 모든 단위 셀(20F) 내의 커패시터 요소(83)는 신호(PD1(n))를 유지한다. 시간(T1)으로부터 시간(T3)까지의 기간은, 광다이오드(1) 내의 신호 축적을 위한 제1 축적 기간에 상응한다.
시간(T3)에서, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20F) 내에서 신호(pADD)를 하이 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 모든 단위 셀(20F) 내의 트랜지스터(81)가 입력 노드(85)에 연결된다.
시간(T3) 후에, 수직 주사 회로(101)는 m 번째 행의 단위 셀(20F)로 출력하고자 하는 신호(pSEL1(m))를 하이 레벨로 변화시킨다. 신호(pSEL(m))가 하이 레벨로 변화되는 기간 동안, 수직 주사 회로(101)는 신호(pRES(m))를 하이 레벨로 변화시키고 이어서 로우 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 부동 확산 커패시턴스(FD85) 내의 신호가 리셋된다.
신호(pRES(m))가 로우 레벨로 변화된 후에, 수직 주사 회로(101)는 신호(pTX1(m))를 하이 레벨로 그리고 이어서 로우 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 신호(PD1(n))가 합성된 트랜지스터(81)의 커패시턴스 및 부동 확산 커패시턴스(FD85)로 전달된다. 그에 따라, 증폭 유닛(87)은 신호(PD1(n))에 상응하는 신호를 열 신호 라인(10)으로 출력한다.
그 이후에, 수직 주사 회로(101)는 신호(pSEL(m))를 로우 레벨로 변화시킨다. 후속하여, 신호(pSEL(m + 1))가 하이 레벨로 변화된다. 그 이후에, 수직 주사 회로(101)는 각각의 행의 단위 셀(20F)로부터 신호(PD1(n))에 상응하는 신호를 순차적으로 판독 출력하기 위한 동작을 실시한다.
시간(T4)에서, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20F) 내에서 신호(pADD)를 로우 레벨로 변화시킨다.
시간(T4)에서, 수직 주사 회로(101)는 또한 모든 행의 단위 셀(20F) 내에서 신호(pGS1)를 하이 레벨로 변화시킨다. 그 이후에, 시간(T5)에서, 수직 주사 회로(101)는 모든 행의 단위 셀(20F) 내에서 신호(pGS1)를 로우 레벨로 변화시킨다. 이어서, 모든 단위 셀(20F) 내의 커패시터 요소(83)는 신호(PD2(n))를 유지한다. 시간(T3)로부터 시간(T5)까지의 기간은, 광다이오드(1) 내의 신호 축적을 위한 제2 축적 기간에 상응한다. 제2 축적 기간은 제1 축적 기간보다 길다.
시간(T5) 후에, 수직 주사 회로(101)는 m 번째 행의 단위 셀(20F)로 출력하고자 하는 신호(pSEL1(m))를 하이 레벨로 변화시킨다. 신호(pSEL(m))가 하이 레벨로 변화되는 기간 동안, 수직 주사 회로(101)는 신호(pRES(m)) 및 신호(pADD(m))를 하이 레벨로 그리고 이어서 로우 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 부동 확산 커패시턴스(FD85) 내의 신호가 리셋된다.
신호(pRES(m)) 및 신호(pADD(m))가 로우 레벨로 변화된 후에, 수직 주사 회로(101)는 신호(pTX1(m))를 하이 레벨로 그리고 이어서 로우 레벨로 변화시킨다. 그에 따라, 신호(PD2(n))가 부동 확산 커패시턴스(FD85)에 전달된다. 증폭 유닛(87)은 신호(PD2(n))에 상응하는 신호를 열 신호 라인(10)으로 출력한다.
그 이후에, 수직 주사 회로(101)는 신호(pSEL(m))를 로우 레벨로 변화시킨다. 후속하여, 신호(pSEL(m + 1))가 하이 레벨로 변화된다. 그 이후에, 수직 주사 회로(101)는 행의 단위 셀(20F)로부터 신호(PD2(n))에 상응하는 신호를 순차적으로 판독 출력하기 위한 동작을 실시한다.
그에 따라, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 제2 실시예의 결상 장치와 동일한 효과를 제공할 수 있다. 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 각각의 단위 셀(20F)은, 제4 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20)과 대비할 때, 제3 전달 스위치(12), 제2 커패시터 요소(13), 및 제4 전달 스위치(14)를 가지지 않는다. 그에 따라, 이러한 실시예의 단위 셀(20F)은, 제4 실시예 내의 단위 셀(20)의 회로 면적에 대비하여, 감소된 회로 면적을 가질 수 있다. 회로 면적의 감소에 의해서 얻어지는 면적은, 광다이오드(1) 및 커패시터 요소(83)의 면적 증가를 위해서 이용될 수 있다. 광다이오드(1)의 증가된 면적은 광다이오드(1)의 감도 및 신호 포화량을 증가시킬 수 있다. 커패시터 요소(83)의 증가된 면적은 그 신호 포화량을 증가시킬 수 있다.
이러한 실시예에 따라, 제1 축적 기간에 상응하는 신호는 제1 커패시턴스 값보다 큰 제2 커패시턴스 값을 갖는 입력 노드에 전달되고, 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호는 제1 커패시턴스 값을 갖는 입력 노드에 전달된다. 대안적으로, 이러한 실시예에서, 제1 실시예와 같이, 제1 축적 기간에 상응하는 신호는 제1 커패시턴스 값을 갖는 입력 노드에 전달되고, 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간에 상응하는 신호는 제1 커패시턴스 값보다 큰 제2 커패시턴스 값을 갖는 입력 노드에 전달된다. 이러한 경우에, 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 제1 실시예와 동일한 효과를 제공할 수 있다.
제8 실시예
제6 실시예와의 차이점에 주로 초점을 맞춰, 이러한 실시예에 따른 결상 장치를 설명할 것이다.
도 13은 이러한 실시예에 따른 결상 장치 내의 단위 셀(20)의 구성을 도시한다. 이러한 실시예에 따른 결상 장치는 단위 셀(20L, 20M, 및 20N)을 갖는다. 각각의 단위 셀(20L, 20M, 및 20N)은 복수의 광다이오드(1a 및 1b)를 갖는다. 각각의 단위 셀(20L, 20M, 및 20N)은 제1 전달 스위치(2a 및 2b)를 갖는다. 각각의 단위 셀(20L, 20M, 및 20N)은 제2 전달 스위치(4a 및 4b)를 갖는다. 각각의 단위 셀(20L, 20M, 및 20N)은 제3 전달 스위치(12a 및 12b)를 갖는다. 각각의 단위 셀(20L, 20M, 및 20N)은 제4 전달 스위치(14a 및 14b)를 갖는다. 각각의 단위 셀(20L, 20M, 및 20N)은 제1 커패시터 요소(3a 및 3b)를 더 갖는다. 각각의 단위 셀(20L, 20M, 및 20N)은 제2 커패시터 요소(13a 및 13b)를 더 갖는다. 각각의 단위 셀(20L, 20M, 및 20N)은 입력 노드(85)를 갖는 증폭 유닛(87) 및 입력 노드(95)를 갖는 증폭 유닛(97)을 더 갖는다. 각각의 단위 셀(20L, 20M, 및 20N)은 선택 스위치(88 및 98)를 더 갖는다.
이러한 실시예는, 2개의 그룹이 제공되고, 각각의 그룹은 광전 변환 유닛, 제1 전달 유닛, 제2 전달 유닛, 제3 전달 유닛, 제4 전달 유닛, 제1 신호 유지 유닛, 제2 신호 유지 유닛, 및 증폭 유닛을 갖는 하나의 단위 셀(20)에 각각 상응한다는 점에서, 제6 실시예에 따른 결상 장치와 다르다. 도시되지 않은 하나의 마이크로렌즈가 하나의 단위 셀에 대해서 제공된다. 그에 따라, 하나의 마이크로렌즈를 통과한 광이 광다이오드(1a 및 1b)로 진입한다.
신호(pGS1(m))가 수직 주사 회로(101)로부터 제1 전달 스위치(2a 및 2b)에 입력된다. 신호(pTX(m))는 수직 주사 회로(101)로부터 제2 전달 스위치(4a 및 4b)에 입력된다. 신호(pGS2(m))가 수직 주사 회로(101)로부터 제3 전달 스위치(12a 및 12b)에 입력된다. 신호(pTX2(m))가 수직 주사 회로(101)로부터 제4 전달 스위치(14a 및 14b)에 입력된다. 신호(pSEL1(m))는 수직 주사 회로(101)로부터 선택 스위치(88)에 입력된다. 신호(pSEL2(m))는 수직 주사 회로(101)로부터 선택 스위치(98)에 입력된다.
또한, 이러한 예에서, 입력 노드(85)는 입력 노드(95)의 커패시턴스 값과 상이한 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 그에 따라, 제6 실시예의 결상 장치의 효과와 동일한 효과가 제공될 수 있다.
제9 실시예
제9 실시예는 전술한 실시예에 따른 결상 장치를 갖는 결상 시스템과 관련된다.
결상 시스템은 디지털 스틸 카메라, 디지털 캠코더, 또는 감시 카메라일 수 있다. 도 14는 결상 시스템의 예로서 결상 장치가 적용된 디지털 스틸 카메라의 개략도이다.
도 14에 도시된 결상 시스템은 렌즈를 보호하도록 구성된 장벽(1501), 물체의 광학적 화상을 결상 장치(1504)에 포커스하도록 구성된 렌즈(1502), 및 렌즈(1502)를 통과한 광의 양을 조정하도록 구성된 조리개(1503)를 갖는다. 렌즈(1502) 및 조리개(1503)는, 결상 장치(1504)로 광을 모으도록 구성된 광학 시스템 내에 포함된다. 도 14에 도시된 결상 시스템은 결상 장치(1504)로부터의 출력 신호를 프로세스하도록 구성된 출력 신호 프로세싱 유닛(1505)을 갖는다. 출력 신호 프로세싱 유닛(1505)은 필요에 따라 교정 및 압축 프로세스를 실시하고 결과적인 신호를 출력하기 위한 동작을 실시한다.
도 14에 도시된 결상 시스템은 화상 데이터를 일시적으로 저장하기 위한 버퍼 메모리 유닛(1506) 및 예를 들어 외부 컴퓨터와의 통신을 위한 외부 인터페이스 유닛(1507)을 더 갖는다. 결상 시스템은 결상 데이터를 기록하거나 판독 출력하도록 구성된, 반도체 메모리와 같은, 탈착식으로 장착 가능한 기록 매체(1509) 및 기록 매체(1509) 상에서 기록 또는 판독 출력 동작을 실시하도록 구성된 기록-매체 제어 인터페이스 유닛(1508)을 더 갖는다. 결상 시스템은 컴퓨팅 및 디지털 스틸 카메라를 전반적으로 제어하도록 구성되는 전반적 제어/컴퓨팅 유닛(1510), 및 결상 장치(1504) 및 출력 신호 프로세싱 유닛(1505)으로 타이밍 신호를 출력하도록 구성된 타이밍 발생 유닛(1511)을 더 갖는다. 여기에서, 타이밍 신호는 외부적으로 입력될 수 있고, 결상 시스템은 적어도 결상 장치(1504) 및 그러한 결상 장치(1504)로부터의 출력 신호를 프로세스하도록 구성된 출력 신호 프로세싱 유닛(1505)을 포함할 수 있다.
결상 장치(1504)가 제8 실시예에 따른 결상 장치인 경우에, 출력 신호 프로세싱 유닛(1505)은 광다이오드(1a) 내에 축적된 신호에 상응하는 신호 및 광다이오드(1b) 내에 축적된 신호에 상응하는 신호를 이용하여, 위상차 검출 방법에 따라 디-포커싱량(de-focusing amount)을 검출한다. 전반적 제어/컴퓨팅 유닛(1510)은 검출된 디-포커싱량을 이용하여, 물체를 포커스하기 위해서 광학적 시스템을 구동하기 위한 동작을 실시할 수 있다.
출력 신호 프로세싱 유닛(1505)은, 결상 장치(1504)를 갖는 제1 반도체 기재과 상이한 제2 반도체 기재 상에 제공된다. 제1 반도체 기재 및 제2 반도체 기재는 별개의 칩들일 수 있거나 하나의 칩 내로 적층될 수 있다.
이러한 실시예에 따른 결상 시스템에서, 결상 동작을 실시하기 위해서 결상 장치(1504)가 적용될 수 있다.
제10 실시예
도 15a 및 도 15b는 제10 실시예에 따른 결상 시스템(1000)의 구성 및 이동 물체를 도시한다. 도 15a는 차량-장착형 카메라와 관련된 결상 시스템(1000)의 예를 도시한다. 결상 시스템(1000)이 결상 장치(1010)를 갖는다. 결상 장치(1010)는 전술한 실시예에 따른 결상 장치 중 하나일 수 있다. 결상 시스템(1000)은 결상 장치(1010)에 의해서 획득된 복수의 화상 데이터 세트에 대해서 화상 프로세싱을 실시하도록 구성된 화상 프로세싱 유닛(1030) 및 결상 시스템(1000)에 의해서 획득된 복수의 화상 데이터 세트로부터 시차(視差; parallax)(시차 화상들의 위상차)를 계산하도록 구성된 시차 획득 유닛(1040)을 갖는다. 결상 시스템(1000)은 계산된 시차를 기초로 표적 물체까지의 거리를 계산하도록 구성된 거리 획득 유닛(1050) 및 계산된 거리를 기초로 충돌 발행 가능성이 있는지의 여부를 판단하도록 구성된 충돌 판단 유닛(1060)을 더 갖는다. 여기에서, 시차 획득 유닛(1040) 및 거리 획득 유닛(1050)은 표적 물체에 대한 거리 정보를 획득하도록 구성된 거리 정보 획득 유닛의 예이다. 다시 말해서, 거리 정보는 시차, 디-포커싱량, 표적 물체까지의 거리, 또는 기타와 관련된 정보이다. 충돌 판단 유닛(1060)은 그러한 종류의 거리 정보 중 하나를 이용함으로써 충돌 가능성을 판단할 수 있다. 거리 정보 획득 유닛은 특별하게 설계된 하드웨어 또는 소프트웨어 모듈에 의해서 구현될 수 있다. 거리 정보 획득 유닛은, 예를 들어, FPGA(필드 프로그래머블 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적 회로)에 의해서 구현될 수 있거나, 그 조합에 의해서 구현될 수 있다.
차량 속력, 요 속도(yaw velocity), 및 헬름 위치(helm position)와 같은 차량 정보가 획득될 수 있도록, 결상 시스템(1000)이 차량 정보 획득 디바이스(1310)에 연결된다. 제어 ECU(1410)가 결상 시스템(1000)에 연결된다. 제어 ECU(1410)는, 충돌 판단 유닛(1060)에 의해서 생성된 판단 결과를 기초로, 제동력을 발생시키기 위한 제어 신호를 차량에 출력하도록 구성된 제어 디바이스이다. 다시 말해서, 제어 ECU(1410)는 거리 정보를 기초로 이동 물체를 제어하도록 구성된 이동 물체 제어 유닛의 예이다. 결상 시스템(1000)은 또한, 충돌 판단 유닛(1060)에 의해서 생성된 판단 결과를 기초로, 운전자에게 경고하도록 구성된 경보 디바이스(1420)에 연결된다. 예를 들어, 판단의 결과로서, 충돌 가능성이 높다고 충돌 판단 유닛(1060)이 판단하는 경우에, 제어 ECU(1410)는, 예를 들어, 제동, 가속 페달 해제, 또는 엔진 출력 방지에 의해서, 충돌을 방지하고 손상을 감소시키기 위한 차량 제어를 실시한다. 경보 디바이스(1420)는, 예를 들어, 음향 경보를 출력하는 것, 경고 정보를 차량 네비게이션 시스템의 화면 상에서 디스플레이하는 것, 또는 좌석 벨트 또는 조향 바퀴를 진동시키는 것에 의해, 사용자에게 경고할 수 있다.
이러한 실시예에 따라, 차량의 전방 측면 또는 후방 측면과 같은 주위 지역이 결상 시스템(1000)에 의해서 결상된다. 도 15b는 차량의 전방 측면(결상 범위(1600))을 결상하고자 하는 경우의 결상 시스템(1000)을 도시한다. 차량 정보 획득 디바이스(1310)는, 결상 시스템(1000)이 동작되게 하고 결상을 실행하게 하는 명령을 전송한다. 이러한 실시예에 따른 결상 시스템(1000)이 개선된 포커싱 정밀도를 가질 수 있도록, 전술한 실시예 중 어느 하나에 따른 결상 장치가 결상 장치(1010)로서 이용될 수 있다.
다른 차량에 대한 충돌을 방지하기 위한 제어를 설명하였지만, 이러한 실시예는 또한 다른 차량을 따르는 것에 의한 자동 주행을 구현하기 위한 제어 및 차선 내에서 차량을 유지함으로써 자동 주행을 구현하기 위한 제어에도 적용될 수 있다. 또한, 결상 시스템은 또한, 결상 시스템이 장착된 차량으로 제한되지 않고, 선박, 항공기, 또는 산업용 로봇과 같은 이동 물체(또는 이동 디바이스)에도 적용될 수 있다. 또한, 결상 시스템은, 이동 물체에 제한되지 않고, 지능형 운송 시스템(ITS)과 같은, 물체 인지 기능을 이용하는 장치에 널리 적용될 수 있다.
전술한 실시예는 본 발명을 구현하기 위한 구체적인 예에 대한 설명을 단지 제공하는 것이고, 본 발명의 기술적 범위가 제한적으로 해석되는 것으로 이해되지 않아야 할 것이다. 다시 말해서, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 또는 주요 특징으로부터 벗어나지 않고도 다양한 형태로 구현될 수 있다. 전술한 실시예가 다양한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따라, 글로벌 전자 셔터 기능을 지원하는 결상 장치 내의 화상의 동적 범위가 확대될 수 있다.
실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 개시된 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이하의 청구항의 범위는, 모든 수정 및 균등한 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석을 따를 것이다.

Claims (19)

  1. 결상 장치이며:
    복수의 행 및 복수의 열에 걸쳐 배열된 복수의 그룹을 갖는 셀 어레이로서, 각각의 그룹은 광전 변환 유닛, 신호 유지 유닛, 입력 노드를 갖는 증폭 유닛, 상기 광전 변환 유닛과 상기 신호 유지 유닛 사이의 전기 경로를 갖는 제1 전달 유닛, 및 상기 신호 유지 유닛과 상기 입력 노드 사이의 전기 경로를 갖는 제2 전달 유닛을 포함하는, 셀 어레이; 및
    상기 복수의 그룹을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 제1 전달 유닛에 의해 실시되는 상기 광전 변환 유닛으로부터 상기 신호 유지 유닛으로의 신호의 전달을 시작 및 완료하기 위해 상기 복수의 그룹을 동기화하도록 구성되고;
    상기 복수의 그룹 중 하나 이상은, 내부의 입력 노드의 커패시턴스 값을 변화시키도록 구성된 커패시턴스 변화 유닛을 더 갖고,
    상기 광전 변환 유닛은 제1 축적 기간 동안 및 상기 제1 축적 기간과 상이하고 상기 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간 동안 신호를 축적하도록 구성되며;
    상기 입력 노드가 제1 커패시턴스 값을 가지도록 하는 상기 커패시턴스 변화 유닛에 의해서 실시된 변화에 응답하여, 상기 제1 축적 기간에 상응하는 신호가 상기 제2 전달 유닛으로부터 상기 입력 노드에 전달되고;
    상기 입력 노드가 상기 제1 커패시턴스 값보다 작은 제2 커패시턴스 값을 가지도록 하는 상기 커패시턴스 변화 유닛에 의해 실시된 변화에 응답하여, 상기 제2 축적 기간에 상응하는 신호가 상기 제2 전달 유닛으로부터 상기 입력 노드에 전달되고,
    상기 복수의 그룹의 각각은,
    제2 신호 유지 유닛; 및
    상기 광전 변환 유닛과 상기 제2 신호 유지 유닛 사이의 전기 경로 상에 제공된 제3 전달 유닛 및 상기 제2 신호 유지 유닛과 상기 입력 노드 사이의 전기 경로 상에 제공된 제4 전달 유닛을 더 포함하며,
    상기 광전 변환 유닛에 의해서 상기 제1 축적 기간 내에 축적된 신호가 상기 제1 전달 유닛을 통해서 상기 신호 유지 유닛에 전달되고,
    상기 광전 변환 유닛에 의해서 상기 제2 축적 기간 내에 축적된 신호가 상기 제3 전달 유닛을 통해서 상기 제2 신호 유지 유닛에 전달되는, 결상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 그룹 중 제1 그룹이 상기 커패시턴스 변화 유닛을 갖고;
    상기 복수의 그룹 중 제2 그룹 내의 제2 전달 유닛 및 상기 제1 그룹 내의 상기 입력 노드와 상기 커패시턴스 변화 유닛이 연결되는, 결상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입력 노드가 상기 제1 커패시턴스 값보다 큰 제2 커패시턴스 값을 가지도록 하는 상기 커패시턴스 변화 유닛에 의해서 실시된 변화에 응답하여, 상기 제2 축적 기간에 상응하는 신호가 상기 제2 전달 유닛으로부터 상기 입력 노드에 전달되는, 결상 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 결상 장치이며:
    복수의 행 및 복수의 열에 걸쳐 배열된 복수의 그룹을 갖는 셀 어레이로서, 각각의 그룹이 광전 변환 유닛, 신호 유지 유닛, 제1 커패시턴스 값을 갖는 제1 입력 노드를 갖는 제1 증폭 유닛, 제1 커패시턴스 값보다 큰 제2 커패시턴스 값을 갖는 제2 입력 노드를 갖는 제2 증폭 유닛, 상기 광전 변환 유닛과 상기 신호 유지 유닛 사이의 전기 경로 상에 제공된 제1 전달 유닛, 상기 신호 유지 유닛과 상기 제1 입력 노드 사이의 전기 경로 상에 제공된 제2 전달 유닛, 및 상기 신호 유지 유닛과 상기 제2 입력 노드 사이의 전기 경로 상에 제공된 제3 전달 유닛을 포함하는, 셀 어레이; 및
    상기 제1 전달 유닛에 의해 실시되는 상기 광전 변환 유닛으로부터 상기 신호 유지 유닛으로의 신호의 전달을 시작 및 완료하기 위해 상기 복수의 그룹을 동기화하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는, 결상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광전 변환 유닛은 제1 축적 기간 내에 및 상기 제1 축적 기간과 상이하고 상기 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간 내에 신호들을 축적하며;
    상기 제1 축적 기간에 상응하는 신호가 상기 제1 입력 노드에 전달되고;
    상기 제2 축적 기간에 상응하는 신호가 상기 제2 입력 노드에 전달되는, 결상 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광전 변환 유닛은 제1 축적 기간 내에 및 상기 제1 축적 기간과 상이하고 상기 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간 내에 신호들을 축적하며;
    상기 제2 축적 기간에 상응하는 신호가 상기 제1 입력 노드에 전달되고;
    상기 제1 축적 기간에 상응하는 신호가 상기 제2 입력 노드에 전달되는, 결상 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 그룹의 각각이 상기 제2 입력 노드에 연결된 커패시턴스 변화 유닛을 더 포함하고;
    상기 커패시턴스 변화 유닛은, 상기 제2 입력 노드가 상기 제2 커패시턴스 값을 가질 수 있도록, 상기 제2 커패시턴스 값을 포함하는 복수의 커패시턴스 값으로부터 상기 제2 커패시턴스 값을 선택하는, 결상 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 그룹의 각각이 상기 제2 입력 노드에 연결된 커패시턴스 변화 유닛을 더 포함하고;
    상기 제1 입력 노드와 상기 제2 입력 노드의 각각은, 불순물을 규소 반도체 층 내로 확산시키는 것에 의해 형성된 부동 확산 유닛을 가지며;
    상기 제1 입력 노드 내의 부동 확산 유닛 및 상기 제2 입력 노드 내의 부동 확산 유닛이 동일한 커패시턴스 값을 갖고;
    상기 커패시턴스 변화 유닛은, 상기 제2 입력 노드가 상기 제2 커패시턴스 값을 가질 수 있도록, 상기 제2 입력 노드 내의 부동 확산 유닛을 다른 커패시턴스에 연결하는, 결상 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 입력 노드와 상기 제2 입력 노드의 각각은, 불순물을 규소 반도체 층 내로 확산시키는 것에 의해 형성된 부동 확산 유닛을 가지며;
    상기 제1 커패시턴스 값과 상기 제2 커패시턴스 값 사이의 차가, 상기 제1 입력 노드 내의 부동 확산 유닛의 커패시턴스 값과 상기 제2 입력 노드 내의 부동 확산 유닛의 커패시턴스 값 사이의 차와 같은, 결상 장치.
  12. 복수의 행 및 복수의 열에 걸쳐 배열된 복수의 그룹을 갖는 셀 어레이를 포함하는 결상 장치로서,
    상기 복수의 그룹의 각각은,
    광전 변환 유닛;
    신호 유지 유닛;
    입력 노드를 갖는 증폭 유닛;
    상기 광전 변환 유닛과 상기 신호 유지 유닛 사이의 전기 경로 상에 제공된 제1 전달 유닛;
    제2 전달 유닛;
    제2 신호 유지 유닛;
    상기 광전 변환 유닛과 상기 제2 신호 유지 유닛 사이의 전기 경로 상에 제공된 제3 전달 유닛, 및 제4 전달 유닛을 포함하며,
    상기 제1 전달 유닛은 상기 복수의 그룹 내에서 동일한 시점에 상기 광전 변환 유닛으로부터 상기 신호 유지 유닛으로의 신호의 전달을 완료하고;
    상기 복수의 그룹 중 제1 그룹의 입력 노드가 제1 커패시턴스 값을 가지며;
    상기 복수의 그룹 중 제2 그룹의 입력 노드는 상기 제1 커패시턴스 값보다 큰 제2 커패시턴스 값을 갖고,
    상기 제1 그룹 내의 제2 전달 유닛 및 상기 제2 그룹 내의 제2 전달 유닛이 상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹 중 하나의 입력 노드에 연결되며; 그리고
    상기 제1 그룹 내의 제4 전달 유닛 및 상기 제2 그룹 내의 제4 전달 유닛이 상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹 중 다른 하나의 입력 노드에 연결되는, 결상 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광전 변환 유닛은 제1 축적 기간 내에 및 상기 제1 축적 기간과 상이하고 상기 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간 내에 신호를 축적하며;
    상기 제1 축적 기간에 상응하는 신호들이 상기 제1 그룹 내의 제2 전달 유닛 및 상기 제2 그룹 내의 제2 전달 유닛으로부터 상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹 중 하나의 입력 노드에 순차적으로 입력되고;
    상기 제2 축적 기간에 상응하는 신호들이 상기 제1 그룹 내의 제2 전달 유닛 및 상기 제2 그룹 내의 제2 전달 유닛으로부터 상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹 중 다른 하나의 입력 노드에 순차적으로 입력되는, 결상 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 광전 변환 유닛은 제1 축적 기간 내에 및 상기 제1 축적 기간과 상이하고 상기 제1 축적 기간보다 긴 제2 축적 기간 내에 신호를 축적하며;
    상기 제2 축적 기간에 상응하는 신호들이 상기 제1 그룹 내의 제2 전달 유닛 및 상기 제2 그룹 내의 제2 전달 유닛으로부터 상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹 중 하나의 입력 노드에 순차적으로 입력되고; 그리고
    상기 제1 축적 기간에 상응하는 신호들이 상기 제1 그룹 내의 제2 전달 유닛 및 상기 제2 그룹 내의 제2 전달 유닛으로부터 상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹 중 다른 하나의 입력 노드에 순차적으로 입력되는, 결상 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 그룹이 제3 그룹을 포함하고, 상기 제3 그룹의 입력 노드가 상기 제2 커패시턴스 값을 가지며;
    상기 제1 그룹 내의 제2 전달 유닛 및 상기 제2 그룹 내의 제2 전달 유닛이 상기 제1 그룹 내의 입력 노드에 연결되고;
    상기 제1 그룹 내의 제4 전달 유닛 및 상기 제3 그룹 내의 제4 전달 유닛이 상기 제3 그룹 내의 입력 노드에 연결되고; 그리고
    상기 제2 그룹, 상기 제1 그룹, 및 상기 제3 그룹은, 어떠한 다른 그룹도 사이에 가지지 않고, 순서대로 배열되는, 결상 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어레이는 복수의 행 및 복수의 열에 걸쳐 배열된 복수의 단위 셀을 가지며, 상기 단위 셀의 각각이 상기 복수의 그룹을 가지며;
    하나의 마이크로렌즈가 상기 복수의 단위 셀의 각각에 대해 상응하게 제공되는, 결상 장치.
  17. 결상 시스템이며:
    제1항 내지 제3항 및 제6항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 결상 장치; 및
    상기 결상 장치로부터 출력된 신호를 프로세싱하는 것에 의해 화상을 생성하도록 구성된 신호 프로세싱 유닛을 포함하는, 결상 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    물체 인지 기능을 이용하도록 상기 결상 장치가 구성되는, 결상 시스템.
  19. 이동 물체이며:
    제1항 내지 제3항 및 제6항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 결상 장치;
    상기 결상 장치로부터의 신호를 기초로 하여 시차 화상으로부터 표적 물체에 관한 거리 정보를 획득하도록 구성된 거리 정보 획득 유닛; 및
    상기 거리 정보를 기초로 상기 이동 물체를 제어하도록 구성된 이동 물체 제어 유닛을 포함하는, 이동 물체.
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