KR101867344B1 - 픽셀의 구동방법 및 이를 이용하는 cmos 이미지센서 - Google Patents

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한상만
하승재
문보현
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(주)픽셀플러스
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Abstract

본 발명은 CMOS 이미지센서에 관한 것으로, 상기 발명은 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. 이와 같이 본 발명은 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

Description

픽셀의 구동방법 및 이를 이용하는 CMOS 이미지센서{Driving method of pixel and 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.
일반적으로 이미지센서는 외부의 광학 영상신호를 전기 영상신호로 변환하는 장치이다.
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.
일반적으로 픽셀부를 이루는 단위 픽셀로서 4개의 트랜지스터와 하나의 광전변환소자를 포함하는 4TR 픽셀 구조가 사용되고 있다.
4TR 픽셀 구조는 포토다이오드 광전변환소자인 포토다이오드, 전송트랜지스터, 부유확산노드(Floating Diffusion Node), 리셋트랜지스터, 구동트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 포함하고, 신호 전하량을 감지하기 위해 부유확산노드를 사용한다.
그러나 종래 4TR 픽셀 구조는 다이내믹 레인지의 증대와 같은 최근의 경향에 효과적으로 대응하지 못하는 단점을 가지고 있다.
KR 10-0658926, 2006. 12. 15, 도면 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

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.
이하 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMOS 이미지센서에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 CMOS 이미지센서(1)는 도시되지 않은 반도체기판상에 형성된 픽셀부(100), 픽셀구동부(200), 신호처리부(300)를 포함한다.
픽셀부(100)는 입사광량에 대응하여 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전변환소자를 갖는 복수의 단위 픽셀들이 행렬형으로 2차원으로 배치되어 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
픽셀구동부(200)는 픽셀부(100)의 동작을 제어함과 더불어 픽셀부(100)로부터 출력된 전기적 신호를 처리하여 신호처리부(300)로 전달하는 다양한 기능을 수행한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 픽셀의 구동방법에 대해 설명한다.
픽셀구동부(200)는 픽셀부를 행별로 일정 시차를 두고 순차적으로 노광제어를 수행한다. 도 4에서는 편의상 다수의 행들 중 2개의 행에 대해서만 타이밍도를 예시적으로 도시하였다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
픽셀구동부(200)는 "(10)"상태에서 부유확산노드(115)에 저장된 제1 신호전하 및 제2 신호전하를 신호레벨로 판독한다.
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.
즉 컬럼처리모듈(230)은 각각의 단위 픽셀(110)들로 부터 입력된 전기적 신호를 리셋레벨 및 신호레벨로 판독하여 상관이중샘플링 처리와 아날로그-디지털 변환 등을 수행한다.
이하에서는 도 8 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 CMOS 이미지센서에 대해 설명한다. 편의상 이전 실시예와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 하드웨어 구성은 전술한 제1 실시예의 하드웨어 구성과 동일하므로 하드웨어 구성에 대한 설명을 생략하고, 픽셀의 구동방법을 중심으로 설명한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이와 같이 본 실시예에 따른 픽셀구동부(200)의 동작 중 "(1)"~"(6)"에 해당하는 동작은 제1 실시예에 따른 픽셀구동부(200)의 동작과 동일하다.
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.
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.
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.
이에 의해 픽셀구동부(200)는 제1 전송동작 후 제2 노광기간(T2) 동안 광전변환소자(111)에 축적된 제2 신호전하를 전하유지부(113)로 전송할 수 있다.
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.
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.
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.
이와 같은 본 실시예의 전송방식은 제1 실시예의 전송방식에 비해 전하의 전송효율이 우수한 장점을 가진다.
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.
픽셀구동부(200)는 "(12)"상태에서 부유확산노드(115)에 저장된 제1 신호전하 및 제2 신호전하를 신호레벨로 판독한다.
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.
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.
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.
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

Claims (8)

  1. 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 이미지센서
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 노광기간과 상기 제2 노광기간은 동일 한 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서.
  7. 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.
  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 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.
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