KR20120118285A - 이미지 센서 및 그 동작 방법 - Google Patents

Abstract

이미지 센서 및 그 동작 방법이 개시된다. 이미지 센서는, 복수의 단위 픽셀을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이 영역; 및 디지털 블록을 포함하되, 각 단위 픽셀은 상기 디지털 블록으로부터 입력되는 구동 신호에 따라 데이터 전위 및 레퍼런스 전위의 순서로 픽셀 신호를 상기 디지털 블록으로 출력한다. 본 발명에 의해, 흑태양 현상의 방지를 위해 이용되던 클램프 회로를 제거함으로써 칩 면적을 감소시킬 수 있고, 칩 면적의 감소로 인해 생산성을 증가시킬 수 있다.

Description

이미지 센서 및 그 동작 방법{CMOS image sensor and operating method thereof}

본 발명은 이미지 센서 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 CCD(charge coupled device) 이미지 센서와 CMOS(Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서로 구분된다. CCD 이미지 센서는 구동 방식이 복잡하고 전력 소비가 상대적으로 커서 CMOS 이미지 센서가 널리 이용된다.

CMOS 이미지 센서는 제어 회로 및 신호 처리 회로 등을 주변 회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 단위 픽셀의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터(MOS Transistor)들을 반도체 기판에 형성함으로써, 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 픽셀의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.

CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토 공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등의 장점을 가진다. 또한, CMOS 이미지 센서는 각종 회로를 단일칩에 집적시킬 수가 있어 제품의 소형화가 용이한 장점도 가진다.

이미지 센서는 제조 공정 상의 오프셋 전압에 의한 고정 패턴 잡음(Fixed pattern noise)이 발생한다. 이 고정 패턴 잡음을 보정하기 위해 이미지 센서는 픽셀 어레이(pixel array)의 각 단위 픽셀에서의 리셋 전압 신호(reset voltage signal)를 읽고 데이터 전압 신호(data voltage signal)를 읽은 후 그 차를 출력하는 상관 이중 샘플링(CDS, Correlated Double Sampling) 방법을 사용한다.

이미지 센서의 단위 픽셀로부터 픽셀 출력을 획득하는 CDS 방법의 동작 원리는 다음과 같다.

전송 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴온(turn on)시켜 단위 픽셀을 리셋시킨다. 이때, 포토 다이오드(PD)는 공핍되기 시작하여 전하 축적(carrier charging)이 이루어지고, 플로팅 확산 영역(FD)은 공급 전압(VDDP)에 비례하여 전하가 축적된다.

전송 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 턴오프(turn off)시키고 광전하를 포토 다이오드(PD)에 모은다. 전송 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴오프시키고 셀렉트 트랜지스터(Sx)를 턴온시켜 단위 픽셀을 온(on) 시킨다. 드라이브 트랜지스터(Dx)의 제1 출력 전압(V1)을 측정하는 바, 이 값은 플로팅 노드(FN)의 직류 전위 변화(DC level shift)를 의미한다.

그리고 전송 트랜지스터(Tx)를 턴온시켜 포토 다이오드(PD)의 모든 광전하가 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송되도록 한다. 드라이브 트랜지스터(Dx)의 제2 출력 전압(V2)을 측정하면, 제1 및 제2 출력 신호의 차(V1-V2)가 광전하 전송의 결과이며, 이는 잡음(noise)이 제거된 순수한 픽셀 출력(전압) 신호가 된다.

잡음으로 인한 전압인 리셋 전압(즉, 제1 출력 전압) 및 잡음 성분과 이미지 정보(데이터)가 합해진 전압인 데이터 전압(즉, 제2 출력 전압)을 측정하여, 제1 출력 전압과 제2 출력 전압의 차를 연산함으로서 정확한 이미지 정보가 얻어질 수 있다.

전술한 바와 같이, CDS 방법을 사용하여 포토 다이오드에 축적된 광전하를 읽어내는 동작을 수행하기 전에 전송 트랜지스터(Tx)와 리셋 트랜지스터(Rx)를 이용하여 포토 다이오드(PD)를 리셋시킨다.

그러나, 단위 픽셀에서 출력되는 잡음으로 인한 전압인 제1 출력 전압은 태양광 등의 외부 환경의 강한 빛에 의해 그 전압 레벨이 적정 범위를 벗어나서 이미지 센서의 출력 화상의 왜곡이 발생되는 원인이 되기도 한다. 즉, 이러한 출력 화상의 왜곡으로 인해 출력 이미지가 검게 나오는 현상인 흑태양(black sun) 현상이 야기된다.

흑태양 현상을 방지하기 위해, 잡음으로 인한 전압인 제1 출력 전압이 소정의 기준 전압 레벨 이하로 된 때에 CDS 회로에 공급하는 제1 출력 전압의 레벨을 일정 범위 내에서 유지시키기 위해 외부에서 직접 리셋 전압을 제공하는 클램프 회로(Clamp circuit)가 개발되었다.

그러나, 클램프 회로를 채택한 종래의 CMOS 이미지 센서의 경우 클램프 회로가 소정의 공간을 차지하기 때문에 칩 면적이 증가되고, 칩 면적의 증가로 인해 생산성이 감소되는 문제점이 있었다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 픽셀 타이밍(Pixel timing)의 개선만으로 흑태양 현상을 방지할 수 있는 이미지 센서 및 그 동작 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 흑태양 현상의 방지를 위해 이용되던 클램프 회로를 제거함으로써 칩 면적을 감소시킬 수 있고, 칩 면적의 감소로 인해 생산성을 증가시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 동작 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이미지 센서에 있어서, 복수의 단위 픽셀을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이 영역; 및 디지털 블록을 포함하되, 각 단위 픽셀은 상기 디지털 블록으로부터 입력되는 구동 신호에 따라 데이터 전위(Vsig) 및 레퍼런스 전위(Vref)의 순서로 픽셀 신호를 상기 디지털 블록으로 출력하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서가 제공된다.

상기 디지털 블록은 상기 데이터 전위의 값과 상기 레퍼런스 전위의 값의 차이값을 순수 픽셀 신호의 출력으로 산출할 수 있다.

상기 순수 픽셀 신호의 산출은 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler)에 의해 수행될 수 있다.

상기 디지털 블록은 전송 트랜지스터를 온(on)시켜 포토 다이오드(PD)에 생성된 전하가 부유 확산(FD) 영역으로 전달되도록 하여 상기 데이터 전위가 출력되도록 한 후, 상기 포토 다이오드 및 상기 부유 확산 영역이 리셋되도록 하여 상기 레퍼런스 전위가 출력되도록 하는 구동 신호를 각 단위 픽셀로 입력할 수 있다.

상기 이미지 센서는 CMOS(Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 단위 픽셀을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이 영역 및 디지털 블록을 포함하는 이미지 센서의 구동 방법에 있어서, 상기 디지털 블록이 각 단위 픽셀로 구동 신호를 출력하는 단계; 및 상기 디지털 블록이 각 단위 픽셀로부터 입력되는 픽셀 신호를 데이터 전위 및 레퍼런스 전위의 순서로 독출하고, 상기 데이터 전위와 상기 레퍼런스 전위의 차이값을 순수 픽셀 신호로 산출하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 구동 방법이 제공된다.

상기 순수 픽셀 신호의 산출은 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler)에 의해 수행될 수 있다.

상기 구동 신호는 상기 단위 픽셀의 전송 트랜지스터를 온(on)시켜 포토 다이오드에 생성된 전하가 부유 확산 영역으로 전달되도록 하여 상기 데이터 전위가 출력되도록 한 후, 상기 포토 다이오드 및 상기 부유 확산 영역이 리셋되도록 하여 상기 레퍼런스 전위가 출력되도록 하는 신호일 수 있다.

상기 이미지 센서는 CMOS(Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서일 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 픽셀 타이밍(Pixel timing)의 개선만으로 흑태양 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 흑태양 현상의 방지를 위해 이용되던 클램프 회로를 제거함으로써 칩 면적을 감소시킬 수 있고, 칩 면적의 감소로 인해 생산성을 증가시킬 수 있는 효과도 있다.

도 1은 일반적인 이미지 센서의 블록 구성도.
도 2는 일반적인 이미지 센서의 평면 레이아웃을 나타낸 도면.
도 3은 흑태양 현상을 방지하기 위한 일반적인 이미지 센서의 단위 픽셀의 회로도.
도 4는 일반적인 이미지 센서의 타이밍도(timing diagram).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 흑태양 현상을 방지하기 위한 이미지 센서의 단위 픽셀의 회로도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 타이밍도(timing diagram).

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 일반적인 이미지 센서의 블록 구성도이고, 도 2는 일반적인 이미지 센서의 평면 레이아웃을 나타낸 도면이며, 도 3은 흑태양 현상을 방지하기 위한 일반적인 이미지 센서의 단위 픽셀의 회로도이고, 도 4는 일반적인 이미지 센서의 타이밍도(timing diagram)이다.

도 1을 참조하면, 이미지 센서는 수광 소자를 포함하는 픽셀들이 이차원적으로 배열되어 이루어진 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이 영역(10), APS 어레이 영역(10)을 제어하는 디지털 블록(20)을 포함한다.

APS 어레이 영역(10)은 2차원 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함하며, 광 신호를 전기적 신호로 변환한다.

도 2 및 도 3에는 이미지 센서의 평면 레이아웃 및 단위 픽셀의 회로도가 도시되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서의 단위 픽셀(100)는 1개의 포토 다이오드(Photo Diode, PD)(111), 전송 트랜지스터(Transfer transistor, PTG)(112), 부유 확산(Floating Diffusion, FD) 영역(113), 리셋 트랜지스터(Reset transistor, RST)(114), 구동 트랜지스터(Drive transistor, DX)(115) 및 선택 트랜지스터(Select transistor, RSEL)(116)를 포함한다.

포토 다이오드(111)는 활성 영역(active region) 중 폭이 넓은 부분에 형성되며, 빛을 받아 광전하를 생성한다. 전송 트랜지스터(112)는 포토 다이오드(111)에서 모아진 광전하를 부유 확산 영역(113)으로 전달한다.

리셋 트랜지스터(114)는 부유 확산 영역(113)의 전위를 세팅 또는 리셋시킨다. 게이트를 가지는 구동 트랜지스터(115)는 게이트를 가지는 선택 트랜지스터(116)에 연결된다. 도펀트(dopant)가 도핑된 소스/드레인 영역들이 게이트들 주변에 제공된다.

단위 픽셀(100) 내에 태양광이나 강한 빛이 입사되면, 빛을 입사받은 포토 다이오드(111)가 받아들일 수 있는 용량의 한계를 넘어 인접 픽셀 또는 부유 확산 영역(113)으로 넘어가 레퍼런스(Reference) 전위를 낮추어 도리어 출력 이미지가 검게 출력되는 흑태양(black sun) 현상이 발생된다.

도 4에는 일반적인 이미지 센서의 타이밍도(timing diagram)가 도시되어 있다. 도 4의 (a)는 정상적인 상태에서의 타이밍도이고, (b)는 태양광이나 강한 빛이 입사된 경우의 타이밍도이다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 정상적인 동작이 가능한 세기의 빛이 입사되면, 레퍼런스 전위(Vref)와 데이터 전위(Vsig)의 픽셀 출력(pixel out)이 발생되어 디지털 블록(20)의 상관 이중 샘플러(CDS, Correlated Double Sampler)(60)로 입력되며, 상관 이중 샘플러(60)는 레퍼런스 전위와 데이터 전위의 차이 값(즉, Vref-Vsig)을 이용하여 최종 출력을 얻는다. 레퍼런스 전위는 고정된 값이 아니므로, 각 단위 픽셀별로 상이한 값으로 출력될 수 있다.

여기서, 레퍼런스 전위(Vref)는 부유 확산 영역(113)이 리셋(reset)된 후의 전압값을 의미하고, 데이터 전위(Vsig)는 포토 다이오드(111)가 빛을 받아 생성된 전자가 전송 트랜지스터(112)가 온(on)되어 부유 확산 영역(113)으로 전달된 후의 부유 확산 영역(113)의 전압값을 의미한다.

그러나, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 강한 빛이 특정 단위 픽셀에 입사되면, 레퍼런스 전위값이 낮아져 데이터 전위값과의 차이가 작아지거나 동일한 값으로 되어 검은색으로 표현되는 것이다.

즉, 강한 빛이 들어오면, 전송 트랜지스터(112)의 오프(off) 후 부유 확산 영역(113)의 전위가 공급전압(VDDP)에 가까운 값을 나타내야 하지만, 포토 다이오드(111)에 너무 많은 전자가 생성되어 오버플로우(over flow)되어 부유 확산 영역(113)으로 넘어오게 되고, 그로 인해 부유 확산 영역(113)의 레퍼런스 전위가 낮아지게 되고, 데이터 전위도 레퍼런스 전위와 같거나 작은 차이를 가지는 값으로 유지된다. 따라서, 레퍼런스 전위와 데이터 전위의 차이가 0(zero) 또는 0에 가까운 값이 되어 실제로는 태양과 같이 강한 빛을 발산하는 사물이지만 검정색으로 출력되는 현상이 발생되는 것이다.

따라서 종래의 이미지 센서는 도 3에 도시된 바와 같이 레퍼런스 전위(Vref)가 특정 전위레벨 이하로 낮아지면 동작시켜 밝은 영역이 어두워지는 현상을 방지하기 위해 컬럼(column)별로 클램프 회로(clamp circuit)를 추가한 구성을 채택하고 있다.

다시 도 1을 참조하면, APS 어레이 영역(10)은 디지털 블록(20)의 로우 드라이버(50)로부터 픽셀 선택 신호, 리셋 신호, 전하 전송 신호 등의 구동 신호를 수신하여 구동될 수 있다. 변환된 전기적 신호는 수직 신호 라인을 통해 디지털 블록(20)의 상관 이중 샘플러(60)에 제공된다.

디지털 블록(20)은 타이밍 발생기(timing generator)(30), 로우 디코더(row decoder)(40), 로우 드라이버(row driver)(50), 상관 이중 샘플러(CDS)(60), 아날로그 디지털 컨버터(ADC, Analog to Digital Converter)(70), 래치부(latch)(80), 컬럼 디코더(column decoder)(90)를 포함할 수 있다.

타이밍 발생기(30)는 로우 디코더(40) 및 컬럼 디코더(90)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.

로우 드라이버(50)는 로우 디코더(40)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호를 APS 어레이 영역(10)으로 제공한다. 일반적으로 행렬 형태로 단위 픽셀이 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호를 제공한다.

상관 이중 샘플러(60)는 APS 어레이 영역(10)에 형성된 전기 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 잡음 레벨(noise level)과 형성된 전기적 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.

아날로그 디지털 컨버터(70)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.

래치부(80)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코더(90)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 후속하는 영상 신호 처리부(도시되지 않음)로 출력된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 흑태양 현상을 방지하기 위한 이미지 센서의 단위 픽셀의 회로도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 나타낸 순서도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 타이밍도(timing diagram)이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀은 포토 다이오드(Photo Diode, PD), 전송 트랜지스터(Transfer transistor, PTG), 부유 확산(Floating Diffusion, FD) 영역, 리셋 트랜지스터(Reset transistor, RST), 구동 트랜지스터(Drive transistor, DX) 및 선택 트랜지스터(Select transistor, RSEL)를 포함한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이 영역(10), APS 어레이 영역(10)을 제어하는 디지털 블록(20)을 포함하여 구성되고, 흑태양 현상을 방지하는 기능을 구비하지만, 도 5에 도시된 바와 같이 흑태양 현상을 방지하기 위해 레퍼런스 전위를 관리하는 클램프 회로가 구비되지 않는 구조적 특징을 가진다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 클램프 회로를 구비하지 않는 본 실시예에 따른 이미지 센서가 흑태양 현상을 방지하도록 구동되는 방법을 설명한다.

도 6을 참조하면, 단계 610에서 디지털 블록(20)은 각 단위 픽셀로 구동 신호를 출력한다. 구동 신호는 예를 들어 로우 드라이버(50)로부터 출력될 수 있고, 픽셀 선택 신호, 리셋 신호, 전하 전송 신호 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 구동 신호는 도 7에 도시된 바와 같이 데이터 전위(Vsig) 및 레퍼런스 전위(Vref)의 순서로 픽셀 출력이 발생되도록 하는 제어 신호를 포함할 수 있다.

디지털 블록(20)은 단계 620에서 각 단위 픽셀로부터 픽셀 출력을 입력받고, 단계 630으로 진행하여 데이터 전위값(Vsig) 및 레퍼런스 전위값(Vref)의 순서로 전위값을 독출한 후 각 전위값의 차이(즉, Vsig-Vref)인 순수 픽셀 출력을 산출한다. 픽셀 출력의 입력 및 순수 픽셀 출력의 산출은 예를 들어 디지털 블록(20)의 상관 이중 샘플러(CDS)(60)에 의해 수행될 수 있다.

도 7에는 디지털 블록(20)으로 입력되는 픽셀 출력의 타이밍도가 도시되어 있다. 도 7의 (a)는 적당한 광원으로부터 빛이 입사되는 정상적인 상태에서의 타이밍도이고, (b)는 태양광이나 강한 빛이 입사된 경우의 타이밍도이다.

도시된 바와 같이, 선택 트랜지스터가 하이(High) 상태로 전환되고, 리셋 트랜지스터(RST)가 하이(High)에서 로우(Low) 상태로 전환되며, 전송 트랜지스터(PTG)가 온(on)되면 데이터 전위값(Vsig)가 출력되어 디지털 블록(20)은 데이터 전위값(Vsig)을 독출한다.

만일 강한 빛이 단위 픽셀에 입사된 경우에도, 리셋 트랜지스터의 오프(off)후 전송 트랜지스터의 온(On) 이전에 포토 다이오드로부터 전자가 부유 확산 영역으로 오버플로우하여 데이터 전위값은 이미 낮은 전압으로 떨어지게 되고, 전송 트랜지스터가 온되면 포토 다이오드로부터 부유 확산 영역으로 전자가 전송되어 데이터 전위값은 더 낮아지거나 유사한 전위값을 유지하게 되고, 디지털 블록은 이때의 전위값을 데이터 전위값으로 독출하는 것이다.

이후, 전송 트랜지스터와 리셋 트랜지스터가 다시 온(on)되어 포토 다이오드(PD)와 부유 확산(FD) 영역이 리셋되면 레퍼런스 전위값(Vref)이 출력되어 디지털 블록(20)은 레퍼런스 전위값(Vref)을 독출한다. 이와 같이, 포토 다이오드(PD)와 부유 확산(FD) 영역을 리셋시킨 후 레퍼런스 전위값을 독출함으로써 강한 빛이 입사되어 포토 다이오드로부터 부유 확산 영역으로 전자가 오버플로우되어 레퍼런스 전위값이 비정상적으로 낮아지는 현상이 제거된다.

이후, 디지털 블록(20)은 독출한 데이터 전위값과 레퍼런스 전위값의 차이값인 순수 픽셀 출력을 산출한다.

전술한 바와 같이, 디지털 블록(20)이 데이터 전위값과 레퍼런스 전위값의 순서로 픽셀 출력을 독출하고, 레퍼런스 전위값의 독출 이전에 포토 다이오드와 부유 확산 영역을 리셋시키므로, 클램프 회로를 구비하지 않더라도 적당한 빛이 유입되는 경우뿐 아니라 태양광 등과 같이 강한 빛이 유입되는 경우에도 정확한 순수 픽셀 출력을 산출할 수 있다.

상술한 이미지 센서의 동작 방법은 이미지 센서에 내장된 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 디지털 처리 장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 디지털 처리 장치에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 액티브 픽셀 센서 어레이 영역 20 : 디지털 블록
30 : 타이밍 발생기 40 : 로우 디코더
50 : 로우 드라이버 60 : 상관 이중 샘플러
70 : 아날로그 디지털 컨버터 80 : 래치부
90 : 컬럼 디코더 100 : 단위 픽셀
111 : 포토 다이오드 112 : 전송 트랜지스터
113 : 부유 확산 영역 114 : 리셋 트랜지스터
115 : 구동 트랜지스터 116 : 선택 트랜지스터

Claims (10)

1. 이미지 센서에 있어서,
   복수의 단위 픽셀을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이 영역; 및
   디지털 블록을 포함하되,
   각 단위 픽셀은 상기 디지털 블록으로부터 입력되는 구동 신호에 따라 데이터 전위(Vsig) 및 레퍼런스 전위(Vref)의 순서로 픽셀 신호를 상기 디지털 블록으로 출력하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 디지털 블록은 상기 데이터 전위의 값과 상기 레퍼런스 전위의 값의 차이값을 순수 픽셀 신호의 출력으로 산출하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 순수 픽셀 신호의 산출은 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 디지털 블록은 전송 트랜지스터를 온(on)시켜 포토 다이오드(PD)에 생성된 전하가 부유 확산(FD) 영역으로 전달되도록 하여 상기 데이터 전위가 출력되도록 한 후, 상기 포토 다이오드 및 상기 부유 확산 영역이 리셋되도록 하여 상기 레퍼런스 전위가 출력되도록 하는 구동 신호를 각 단위 픽셀로 입력하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 이미지 센서는 CMOS(Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
   
6. 복수의 단위 픽셀을 포함하는 액티브 픽셀 센서 어레이 영역 및 디지털 블록을 포함하는 이미지 센서의 구동 방법에 있어서,
   상기 디지털 블록이 각 단위 픽셀로 구동 신호를 출력하는 단계; 및
   상기 디지털 블록이 각 단위 픽셀로부터 입력되는 픽셀 신호를 데이터 전위 및 레퍼런스 전위의 순서로 독출하고, 상기 데이터 전위와 상기 레퍼런스 전위의 차이값을 순수 픽셀 신호로 산출하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 구동 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 순수 픽셀 신호의 산출은 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동 방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 구동 신호는 상기 단위 픽셀의 전송 트랜지스터를 온(on)시켜 포토 다이오드에 생성된 전하가 부유 확산 영역으로 전달되도록 하여 상기 데이터 전위가 출력되도록 한 후, 상기 포토 다이오드 및 상기 부유 확산 영역이 리셋되도록 하여 상기 레퍼런스 전위가 출력되도록 하는 신호인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동 방법.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 이미지 센서는 CMOS(Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동 방법.
   
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 하나에 기재된 이미지 센서의 구동 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체.

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