JP5697236B2 - イメージセンサー及びその動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、イメージセンサーに係り、さらに詳細には、入射光の波長または光量によって電圧−電流特性が変化する光感知部を備えるイメージセンサー及び前記イメージセンサーの動作方法に関する。

イメージセンサーは、被写体情報を検知して電気的な映像信号に変換する装置または電子部品であって、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサーと、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーとがある。ＣＣＤイメージセンサーは、電荷の移送及び出力のために複数のＭＯＳキャパシタを使用するが、ＭＯＳキャパシタのゲートに好適な電圧を経時的に印加することによって、各ピクセルの信号電荷が隣接したＭＯＳキャパシタに順次に移送される。ＣＭＯＳイメージセンサーは、ピクセル毎に複数のトランジスタを使用するが、フォトダイオードで発生した信号電荷が各ピクセル内で電圧に変換された後、出力される。

本発明が解決しようとする課題は、入射光によって電圧−電流特性が変化する光感知部を備えるイメージセンサーから前記光感知部の出力を容易に検出でき、前記出力でノイズを低減させ、かつ解像度を向上させることができるイメージセンサー及び前記イメージセンサーの動作方法を提供するところにある。

前記課題を解決するための本発明の実施形態によるイメージセンサーは、ピクセルを備え、前記ピクセルは、光感知部であって、前記光感知部の電圧−電流特性は入射光のエネルギーに基づいて変化し、前記電圧−電流特性に基づいて感知電流を生成する光感知部と、リセット信号に基づいて基準電流を生成するリセット部と、前記感知電流を感知電圧に変換し、前記基準電流を基準電圧に変換する変換部と、を備える。

前記ピクセルは、セット信号に基づいて、前記感知電流を前記変換部に伝達する伝達部をさらに備える。前記ピクセルは、前記感知電圧を増幅して感知信号を生成し、前記基準電圧を増幅して基準信号を生成する増幅部と、選択信号に基づいて、前記感知信号及び前記基準信号を出力する選択部と、をさらに備える。

前記イメージセンサーは、前記セット信号、前記リセット信号及び前記選択信号を前記ピクセルに提供するロードライバ（ｒｏｗ ｄｒｉｖｅｒ）と、前記感知信号及び前記基準信号に基づいて光検出信号を生成する光検出信号生成部と、前記光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部と、をさらに備える。

前記光検出信号生成部は、前記感知信号を感知電圧信号に変換し、前記基準信号を基準電圧信号に変換する第２変換部と、リセットサンプリング信号に基づいて前記基準電圧信号をサンプリングして基準出力信号を生成し、セットサンプリング信号に基づいて前記感知電圧信号をサンプリングして感知出力信号を生成するサンプリング回路と、前記基準出力信号と前記感知出力信号との差を増幅して前記光検出信号を生成する増幅器と、を備える。前記光検出信号生成部は、前記光検出信号をラッチするラッチをさらに備える。

前記ピクセルは複数のピクセルであり、前記複数のピクセルのうち少なくとも２つは、前記リセット部、前記変換部、前記増幅部及び前記選択部のうち少なくとも１つを共有する。

前記ピクセルは、選択信号に基づいて、前記感知電圧を感知信号に出力し、前記基準電圧を基準信号に出力する選択部をさらに備える。

前記イメージセンサーは、前記セット信号、前記リセット信号及び前記選択信号を前記ピクセルに提供するロードライバと、前記感知信号及び前記基準信号に基づいて光検出信号を生成する光検出信号生成部と、前記光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部と、をさらに備える。

前記光検出信号生成部は、リセットサンプリング信号に基づいて、前記基準信号をサンプリングして基準出力信号を生成し、セットサンプリング信号に基づいて、前記感知信号をサンプリングして感知出力信号を生成するサンプリング回路と、前記基準出力信号と前記感知出力信号との差を増幅して、前記光検出信号を生成する増幅器と、を備える。

前記ピクセルは複数のピクセルであり、前記複数のピクセルのうち少なくとも２つは、前記リセット部、前記変換部及び前記選択部のうち少なくとも１つを共有する。

前記変換部は、前記伝達部及び前記リセット部のうち少なくとも一つの出力に基づいてスイッチングされるスイッチ素子を含む。

前記変換部は、バイアス電圧に基づいてスイッチングされるスイッチ素子を含む。
前記光感知部は、酸化物トランジスタ及び酸化物ダイオードのうち少なくとも１つを含む。前記酸化物トランジスタ及び前記酸化物ダイオードのうち少なくとも１つは、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２のうち少なくとも１つを含む。

また、前記課題を解決するための本発明の実施形態によるイメージセンサーは、ピクセルを備え、また、前記ピクセルは、光感知部であって、前記光感知部の電圧−電流特性は、入射光のエネルギーに基づいて変化し、前記電圧−電流特性に基づいて感知電流を生成する光感知部と、選択信号に基づいて、前記感知電流を感知信号に出力する選択部と、を備える。

前記ピクセルは、リセット信号に基づいて基準電流を生成するリセット部をさらに備え、前記選択部は、前記感知電流を前記感知信号に出力し、前記基準電流を基準信号に出力する。前記ピクセルは、セット信号に基づいて、前記感知電流を前記選択部に提供する伝達部をさらに備える。

前記イメージセンサーは、前記セット信号、前記リセット信号及び前記選択信号のうち少なくとも１つを前記ピクセルに提供するロードライバと、前記感知信号及び前記基準信号に基づいて光検出信号を生成する光検出信号生成部と、前記光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部と、をさらに備える。

前記光検出信号生成部は、前記感知信号を感知電圧信号に変換し、前記基準信号を基準電圧信号に変換する変換部と、リセットサンプリング信号に基づいて、前記基準電圧信号をサンプリングして基準出力信号を生成し、セットサンプリング信号に基づいて、前記感知電圧信号をサンプリングして感知出力信号を生成するサンプリング回路と、前記基準出力信号と前記感知出力信号との差を増幅して、前記光検出信号を生成する増幅器と、を備える。

前記ピクセルは複数のピクセルであり、前記複数のピクセルのうち少なくとも２つは、前記リセット部及び前記選択部のうち少なくとも１つを共有する。

前記光感知部は、酸化物トランジスタ及び酸化物ダイオードのうち少なくとも１つを含む。

また、前記課題を解決するための本発明の実施形態によるイメージセンサーの動作方法は、光感知部上に入射される光のエネルギーに基づいて、ピクセルの光感知部で感知電流を生成する段階であって、前記光感知部の電圧−電流特性は、前記入射される光のエネルギーに基づいて変化される段階と、リセット信号に基づいて前記ピクセルで基準電流を生成する段階と、を含む。

前記方法は、選択信号に基づいて、前記ピクセルから前記感知電流及び前記基準電流を出力する段階をさらに含む。

前記方法は、前記感知電流及び前記基準電流に基づいて光検出信号を生成する段階と、前記生成された光検出信号をデジタル信号に変換する段階と、をさらに含む。

前記方法は、前記感知電流を感知電圧に変換し、前記基準電流を基準電圧に変換する段階と、選択信号に基づいて、前記ピクセルから前記感知電圧及び前記基準電圧を出力する段階をさらに含む。

前記方法は、前記感知電圧と前記基準電圧との差に基づいて光検出信号を生成する段階と、前記生成された光検出信号をデジタル信号に変換する段階と、をさらに含む。

前記方法は、前記感知電流を感知電圧に変換し、前記基準電流を基準電圧に変換する段階と、前記感知電圧を増幅して感知信号を生成し、前記基準電圧を増幅して基準信号を生成する段階と、選択信号に基づいて、前記ピクセルから前記感知信号及び前記基準信号に出力する段階と、をさらに含む。

前記方法は、前記感知信号と前記基準信号との差に基づいて光検出信号を生成する段階と、前記生成された光検出信号をデジタル信号に変換する段階と、をさらに含む。

本発明によれば、イメージセンサーに含まれたピクセルアレイの各ピクセルは、入射光の光量または波長によって電圧−電流特性が変化する光感知部を備えることによって、別途のカラーフィルタを備えなくてもよい。

また、各ピクセルは、基準電流を出力するリセット部をさらに備えることによって、ＰＶＴ（ｐｒｏｃｅｓｓ、ｖｏｌｔａｇｅ、ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）変化による光感知部の感知電流の変化量を補正して、ピクセルの出力信号の信号対ノイズ比を向上させることができる。また、各ピクセルは、感知電流及び基準電流を電圧に変換する変換部、及び前記変換部の出力を増幅する増幅部をさらに備えることによって、感知電流及び基準電流に対する増幅信号を出力でき、これによりピクセルの出力信号の解像度が向上でき、光感知部、リセット部または変換部で発生するノイズが出力信号に伝達されることを最小化できる。

また、各ピクセルに含まれた変換部に別途のバイアス電圧を印加することによって、変換部の出力電圧を調節してオフセットノイズを低減させることができる。また、ピクセルアレイに含まれた少なくとも２つのピクセルは、リセット部、変換部、増幅部及び選択部のうち少なくとも１つを共有することによって、ピクセルアレイの面積を低減させることができる。

本発明の一実施形態によるイメージセンサーを概略的に示すブロック図である。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルに備えられた光感知部の一例を概略的に示す断面図である。 入射光の光量による図２の光感知部の電圧−電流特性を示すグラフである。 入射光の波長による図２の光感知部の電圧−電流特性を示すグラフである。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造の一実施形態を示す回路図である。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造の一実施形態を示す回路図である。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造の一実施形態を示す回路図である。 図５Ａのピクセルを含むピクセルアレイを備えるイメージセンサーを示す回路図である。 図６のイメージセンサーでピクセル、光検出信号生成部及びアナログ・デジタル変換部の連結を示す詳細回路図である。 図７のピクセル、光検出信号生成部及びアナログ・デジタル変換部の動作を説明するためのタイミング図である。 図６のイメージセンサーの変形された実施形態を示す回路図である。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造の他の実施形態を示す回路図である。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造の他の実施形態を示す回路図である。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造の他の実施形態を示す回路図である。 図１０Ａのピクセル、光検出信号生成部及びアナログ・デジタル変換部の連結を示す詳細回路図である。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造のさらに他の実施形態を示す回路図である。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造のさらに他の実施形態を示す回路図である。 図１２Ａのピクセル、光検出信号生成部及びアナログ・デジタル変換部の連結を示す詳細回路図である。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造のさらに他の実施形態を示す回路図である。 図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造のさらに他の実施形態を示す回路図である。 図１４Ａのピクセル、光検出信号生成部及びアナログ・デジタル変換部の連結を示す詳細回路図である。 図１のイメージセンサーを備えるプロセッサー基盤システムを概略的に示すブロック図である。

以下、添付した図面を参照して本発明による望ましい実施形態を説明することによって本発明を詳細に説明する。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現され、単に、本実施形態は本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供されるものである。図面で構成要素は、説明の便宜のためにそのサイズが誇張されうる。

図１は、本発明の一実施形態によるイメージセンサーを概略的に示すブロック図である。
図１を参照すれば、イメージセンサー１は、ピクセルアレイ１０、ロードライバ２０、光検出信号生成部３０、及びアナログ−デジタル変換部４０を備えることができる。図１では、便宜上、イメージセンサー１が４つのブロックを含むと図示されているが、イメージセンサー１は、ローデコーダ、カラムデコーダ、カラムドライバ及び／またはイメージ処理部などのさらに多くのブロックを備えることができる。

ピクセルアレイ１０は、複数のピクセル（図示せず）を備え、複数のピクセルのそれぞれは光を受信し、受信された光に基づいて生成された信号を出力する。この時、複数のピクセルのそれぞれは、入射光を感知するために光感知部（図示せず）を備える。本実施形態で、光感知部は、入射光のエネルギーによって電圧−電流特性が変化できるが、光感知部についての詳細な説明は後述する。

ロードライバ２０は、複数のピクセルそれぞれを駆動するための信号をピクセルアレイ１０に提供する。光検出信号生成部３０は、複数のピクセルのそれぞれから出力された信号に基づいて光検出信号を生成する。アナログ−デジタル変換部４０は、光検出信号生成部３０で生成された光検出信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する。アナログ−デジタル変換部４０から出力されるデジタル信号は、イメージ処理部（図示せず）に提供され、イメージ処理部は、デジタル信号を処理してデジタルイメージを生成できる。

図２は、図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルに備えられた光感知部の一例を概略的に示す断面図である。

図２を参照すれば、光感知部ＰＳは、入射光によって電流を生成することによって入射光を感知できるが、本実施形態で、光感知部ＰＳは薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＴＦＴ）で具現できる。以下では、光感知部ＰＳが薄膜トランジスタで具現される場合について詳述する。しかし、他の実施形態で、光感知部ＰＳはダイオードで具現されることもある。

光感知部ＰＳは、基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）Ｓ、ゲート電極（ｇａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）Ｇ、ゲート絶縁層（ｇａｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）ＧＩ、活性層（ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）ＡＬ、ソース電極（ｓｏｕｒｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）Ｓ及びドレイン電極（ｄｒａｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）Ｄを備える。ここで、基板Ｓは、ガラス基板であり、ゲート電極Ｇは、基板上に形成されて伝導性物質を含み、ゲート絶縁層は、基板Ｓ及びゲート電極Ｇの少なくとも一部上に形成されて絶縁性物質を含む。活性層ＡＬは、ゲート絶縁層ＧＩ上に形成され、ソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｇは、活性層ＡＬ上に互いに離隔して形成される。ゲート電極Ｇにしきい電圧以上の電圧が印加されれば、活性層ＡＬでソース電極Ｓとドレイン電極Ｄとの間にチャンネルが形成されて、ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄとの間に電流が流れる。

本実施形態で光感知部ＰＳは、入射光のエネルギーによって電圧−電流特性が変化できる。例えば、光感知部ＰＳでチャンネルが形成される活性層ＡＬは、入射光のエネルギーによって電圧−電流特性が変化する物質を含むことができる。かかる物質は、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２などの金属酸化物であり、これにより、光感知部ＰＳは酸化物トランジスタでありうる。以下では、活性層ＡＬがＺｎＯを含む光感知部ＰＳを例として、入射光のエネルギーによる光感知部ＰＳの電圧−電流特性変化について詳述する。ここで、ＺｎＯは、光のエネルギーによって電圧−電流特性が変化する物質の一例に過ぎず、他の実施形態では、ＺｎＯ以外の他の物質で具現された光感知部ＰＳを用いてもよい。

図３は、入射光の光量による図２の光感知部の電圧−電流特性を示すグラフである。
図３を参照すれば、Ｘ軸は、ゲート電極Ｇとソース電極Ｓとの間の電圧Ｖ_ＧＳをＶ単位で表し、Ｙ軸は、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとの間に流れる電流Ｉ_ＤＳをＡ単位で表す。ドレイン電極Ｄに印加されるドレイン電圧Ｖ_Ｄが１０Ｖである時、入射光の光量が相異なる３つの場合、すなわち、入射光の光量が少ない場合（Ｌ０）、光量が中間である場合（Ｌ１）及び光量が多い場合（Ｌ２）に、光感知部ＰＳの電圧−電流特性曲線は相異なる。具体的に、同じ電圧Ｖ_ＧＳで光量が多いほど、光感知部ＰＳのドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとの間にはさらに多くの電流Ｉ_ＤＳが流れる。

図４は、入射光の波長による図２の光感知部の電圧−電流特性を示すグラフである。
図４を参照すれば、Ｘ軸は、ゲート電極Ｇとソース電極Ｓとの間の電圧Ｖ_ＧＳをＶ単位で表し、Ｙ軸は、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとの間に流れる電流Ｉ_ＤＳをＡ単位で表す。ドレイン電極Ｄの電圧Ｖ_Ｄが５Ｖである時、入射光の波長が相異なる３つの場合、すなわち、赤色光、緑色光及び青色光の場合に、光感知部ＰＳの電圧−電流特性曲線は相異なる。具体的に、同じ電圧Ｖ_ＧＳで波長が短いほど（すなわち、エネルギーが大きいほど）、光感知部ＰＳのドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとの間にはさらに多くの電流Ｉ_ＤＳが流れる。このように、波長によって光感知部ＰＳの電圧−電流特性が変化する場合には、イメージセンサーが別途のカラーフィルタを備えなくても、イメージセンサーは光感知部ＰＳの電圧−電流特性を分析して入射光の波長を検出でき、赤色光、緑色光及び青色光（ＲＧＢ）を一つのピクセルで感知することもできる。

従来に利用されたＣＭＯＳイメージセンサーは、入射光を感知するためにＭＯＳトランジスタを用いたが、この時、ＭＯＳトランジスタは、シリコン基板上に順次に積層されたゲート絶縁層及びゲート電極と、シリコン基板でゲート電極の両側に生成されたソース領域とドレイン領域とを備える。ゲート電極にしきい電圧以上の電圧が入射されれば、非晶質シリコンやポリシリコンからなるシリコン基板上で、ソース領域とドレイン領域との間のチャンネルが形成されるが、シリコン基板は入射光によって電圧−電流特性が変化しない。したがって、従来のＣＭＯＳイメージセンサーは入射光を受信した後、ＭＯＳトランジスタから出力される電流による電子をキャパシタに保存し、キャパシタの電圧によって入射光の強度を測定した。

本実施形態によれば、入射光のエネルギー、すなわち、入射光の光量または波長によって、光感知部ＰＳの電圧−電流特性が図３及び４に図示されたように変わりうるので、従来のようにキャパシタに保存された電子による電圧を測定することによって、入射光の強度を測定する方法を利用し難い。したがって、光感知部ＰＳで生成される電流を容易に検出できるピクセル構造が求められる。以下では、本実施形態による光感知部ＰＳを備えるイメージセンサーから、入射光によって決定される電流を検出するための各ピクセルの構成について詳述する。

図５Ａないし図５Ｃは、図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造の一実施形態を示す回路図である。
図５Ａを参照すれば、ピクセル１００は、光感知部ＰＳ、伝達部１０１、リセット部１０２、変換部１０３、増幅部１０４及び選択部１０５を備えることができる。例えば、伝達部１０１、リセット部１０２、変換部１０３、増幅部１０４及び選択部１０５はいずれも単一層に配され、その上層に光感知部ＰＳが配されうる。したがって、イメージセンサー１で単一ピクセル１００が占める面積を低減させることができる。

光感知部ＰＳは、入射光のエネルギーによって電圧−電流特性が変化し、入射光のエネルギーによって決定される感知電流を生成できる。例えば、光感知部ＰＳは光感知トランジスタを備えることができるが、以下では、光感知部ＰＳが光感知トランジスタで具現される場合を例として説明する。具体的に、光感知トランジスタＰＳのドレインは所定の電源電圧に連結され、光感知トランジスタＰＳのゲートにしきい電圧以上の電圧が入力されれば、ドレインとソースとの間にチャンネルが形成されて感知電流が流れうる。この時、ドレインとソースとの間のチャンネルに流れる感知電流は、入射光の波長または光量によって決定されうる。

伝達部１０１は、ロードライバ２０から受信されるセット信号ＳＥＴによって活性化して、光感知部ＰＳで生成された感知電流を出力できる。ここで、セット信号ＳＥＴは、ピクセルアレイ１０に含まれた複数のピクセルのうち、少なくとも一つのピクセルに備えられた光感知部ＰＳの出力を選択するための信号である。光感知部ＰＳに備えられた光感知トランジスタＰＳのしきい電圧が約０Ｖより小さな場合に、伝達部１０１に入力されるセット信号ＳＥＴを調節することによって、光感知部ＰＳで生成された伝達電流を選択的に出力できる。本実施形態は、接地電圧（すなわち、ＯＶ）について詳述したが、当業者ならば、しきい電圧と供給電圧（例えば、接地電圧）との関係が、例えば、感知電流の選択的な出力のための必要条件及び漏れ電流を決定できるということを理解できるであろう。

例えば、伝達部１０１は、光感知トランジスタＰＳと直列に連結される伝達トランジスタを備えることができるが、以下では、伝達部１０１が伝達トランジスタで具現される場合を例として説明する。具体的に、セット信号ＳＥＴが伝達トランジスタ１０１のゲートに入力されうるが、セット信号ＳＥＴがオン（ＯＮ）状態である場合に伝達トランジスタ１０１はターンオンされて、光感知部ＰＳで生成された感知電流を出力する。

リセット部１０２は、ロードライバ２０から受信されるリセット信号ＲＳＴによって活性化して、基準電流を出力できる。ここで、リセット信号ＲＳＴは、ピクセルアレイ１０に含まれた複数のピクセルのうち、少なくとも一つのピクセルをリセットするための信号である。ＰＶＴ（ｐｒｏｃｅｓｓ、ｖｏｌｔａｇｅ、ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）変化による光感知部ＰＳで生成される感知電流のサイズが変わりうるが、かかるＰＶＴ変化によって、リセット部１０２から出力される基準電流のサイズも変わりうる。本実施形態でピクセル１００はリセット部１０２を備えることによって、かかるＰＶＴ変化による感知電流の変化量を補正でき、これにより、ピクセル１００の出力でノイズを低減させることができる。

例えば、リセット部１０２はリセットトランジスタを備えることができるが、以下では、リセット部１０２がリセットトランジスタで具現される場合を例として説明する。具体的に、リセットトランジスタ１０２のドレインは所定の電源電圧に連結され、リセット信号ＲＳＴがリセットトランジスタ１０２のゲートに入力されうる。この時、リセット信号ＲＳＴがオン状態である場合にリセットトランジスタ１０２はターンオンされて、基準電流を出力する。

変換部１０３は、伝達部１０１から出力される感知電流及び／またはリセット部１０２から出力される基準電流を電圧に変換して、感知電圧及び基準電圧を生成できる。例えば、変換部１０３は変換トランジスタを備えることができるが、以下では、変換部１０３が変換トランジスタで具現される場合を例として説明する。具体的に、変換トランジスタ１０３のソースは接地電圧に連結され、変換トランジスタ１０３のドレイン及びゲートは、伝達トランジスタ１０１のソース及びリセットトランジスタ１０２のソースに連結されうる。このように、変換トランジスタ１０３は、ドレインとゲートとが連結されたダイオード連結（ｄｉｏｄｅ−ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）構造を持つことによって、変換トランジスタ１０３をターンオンさせるための別途の制御信号が提供されなくてもよい。

増幅部１０４は、変換部１０３で生成された感知電圧及び基準電圧に基づいて感知信号及び基準信号を生成できる。例えば、増幅部１０４は増幅トランジスタを備えることができるが、以下では、増幅部１０４が増幅トランジスタで具現される場合を例として説明する。具体的に、増幅トランジスタ１０４のドレインは所定の電源電圧に連結され、変換部１０３で生成された感知電圧及び基準電圧は増幅トランジスタ１０４のゲートに入力されうる。この時、変換部１０３で生成された感知電圧及び基準電圧が増幅トランジスタ１０４のゲートのしきい電圧以上である場合に、増幅トランジスタ１０４はターンオンされてドレインとソースとの間に電流が流れる。この時、増幅トランジスタ１０４のドレインとソースとの間に流れる電流は、感知信号及び基準信号に出力される。

選択部１０５は、ロードライバ２０から受信される選択信号ＳＥＬによって活性化して、増幅部１０４で生成された感知信号及び基準信号を光検出信号生成部３０に提供できる。ここで、選択信号ＳＥＬは、ピクセルアレイ１０に含まれた複数のピクセルのうち少なくとも１つを選択するための信号である。例えば、選択部１０５は選択トランジスタを備えることができるが、以下では、選択部１０５が選択トランジスタで具現される場合を例として説明する。具体的に、選択トランジスタ１０５は、増幅トランジスタ１０４と直列連結され、選択信号ＳＥＬが選択トランジスタ１０５のゲートに入力されうる。この時、選択信号ＳＥＬがオン状態である場合に選択トランジスタ１０５はターンオンされて、感知信号または基準信号を光検出信号生成部３０に提供する。

本実施形態によれば、各ピクセル１００は、光感知部ＰＳ、伝達部１０１、リセット部１０２、変換部１０３、増幅部１０４及び選択部１０５を備えて、入射光を２段階で感知して出力信号を生成するので、第１感知部Ｓ１と第２感知部Ｓ２とを備えると見ることができる。具体的に、第１感知部Ｓ１は、光感知部ＰＳ、伝達部１０１、リセット部１０２及び変換部１０３を備え、第２感知部Ｓ２は、増幅部１０４及び選択部１０５を備えることができる。第１感知部Ｓ１は、入射光を感知して１次出力信号を生成し、第２感知部Ｓ２は、１次出力信号を増幅して２次出力信号を生成できる。これで、第１感知部Ｓ１で発生するノイズが第２感知部Ｓ２に伝達されることを予防して、信号対ノイズ比（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏｎ、ＳＮＲ）を向上させることができる。また、１次出力信号を増幅して２次出力信号を生成することによって、さらに大きい動作範囲を確保することができる。

図５Ｂを参照すれば、ピクセル１００’は、光感知部ＰＳ、伝達部１０１、リセット部１０２、変換部１０３’、増幅部１０４及び選択部１０５を備えることができる。本実施形態によるピクセル１００’は、図５Ａのピクセル１００の一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

本実施形態による変換部１０３’は、伝達部１０１から出力される感知電流及びリセット部１０２から出力される基準電流を電圧に変換して、感知電圧及び基準電圧を生成できる。例えば、変換部１０３’は変換トランジスタを備えることができるが、以下では、変換部１０３’が変換トランジスタで具現される場合を例として説明する。変換トランジスタ１０３’のソースは接地電圧に連結され、変換トランジスタ１０３のドレインは、伝達部１０１及びリセット部１０２の出力端子に連結されうる。また、変換トランジスタ１０３’のゲートには、外部から提供されるバイアス電圧Ｖ_ｂｉａｓが入力されうる。このように、変換部１０３’は、外部から提供されるバイアス電圧Ｖ_ｂｉａｓによって活性化するが、バイアス電圧Ｖ_ｂｉａｓを調節することによって感知電圧及び基準電圧のオフセットを調節できる。具体的に、バイアス電圧を調節することによって、増幅部１０４に提供される電圧のサイズを調節できる。

図５Ｃを参照すれば、ピクセル１００’’は、光感知部ＰＳ、リセット部１０２、変換部１０３’、増幅部１０４及び選択部１０５を備えることができる。本実施形態によるピクセル１００’’は、図５Ａのピクセル１００または図５Ｂのピクセル１０１’の一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

本実施形態によるピクセル１００’’は、図５Ｂのピクセル１００’と比較する時、伝達部を備えない。光感知部ＰＳに備えられた光感知トランジスタＰＳのしきい電圧が、例えば、約０Ｖより大きい場合には、ピクセル１００’’は伝達部を備えない。この時、変換部１０３’は、光感知部ＰＳで生成される感知電流及び／またはリセット部１０２から出力される基準電流を電圧に変換して、感知電圧及び基準電圧を生成できる。本実施形態によれば、伝達部１０１を備えなくてもよいので、ピクセル１００’’の面積を縮めることができる。他の実施形態で、ピクセル１００’’は、変換部１０３’の代りに図５Ａに図示された変換部１０３を備えてもよい。

図６は、図５Ａのピクセルを含むピクセルアレイを備えるイメージセンサーを示す回路図である。
図６を参照すれば、イメージセンサー１は、複数のピクセル１００を含むピクセルアレイ１０、ロードライバ２０、光検出信号生成部３０及びアナログ−デジタル変換部４０を備える。ここで、ピクセルアレイ１０は、複数のピクセルを含むことができる。

ピクセルアレイ１０は、ロードライバ２０に連結される複数の駆動信号ライン及び光検出信号生成部３０に連結される複数の出力信号ラインを備え、駆動信号ラインと出力信号ラインとが交差する地点に各ピクセル１００が配される。具体的に、複数の駆動信号ラインは、複数の行のそれぞれに対するセット信号ライン、リセット信号ライン及び選択信号ラインを備えることができ、複数の出力信号ラインは、複数の熱等のそれぞれに対する出力信号ラインを備えることができる。

ロードライバ２０は、セット信号ライン、リセット信号ライン及び選択信号ラインを通じてセット信号ＳＥＴ、リセット信号ＲＳＴ及び選択信号ＳＥＬをそれぞれ複数のピクセル１００に提供できる。これにより、各ピクセル１００の伝達部１０１、リセット部１０２及び選択部１０５は、ロードライバ２０から提供されたセット信号ＳＥＴ、リセット信号ＲＳＴ及び選択信号ＳＥＬによってそれぞれ活性化し、同じ行に配されるピクセル１００は同時に活性化できる。また、各ピクセル１００の選択部１０５から出力される出力信号は、出力信号ラインを通じて光検出信号生成部３０に提供されうる。

図６のイメージセンサー１は複数のピクセル１００（例えば、図５Ａに図示されたピクセル１００）を備えるが、他の実施形態でイメージセンサー１のピクセルアレイ１０は、ピクセル１００’（例えば、図５Ｂに図示されたピクセル１００’）及び／またはピクセル１００’’（例えば、図５Ｃに図示されたピクセル１００’’）を含めてもよく、変形されたピクセルを含めてもよい。

図７は、図６のイメージセンサーの一部を示す詳細回路図である。
図７を参照すれば、ピクセル１００、光検出信号生成部３０及びアナログ−デジタル変換部４０が図示されているが、光検出信号生成部３０は、変換トランジスタ３１、サンプリング回路３２、増幅器３３及びラッチ３４を備えることができる。一実施形態で、光検出信号生成部３０はＣＤＳ（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路で具現されうるが、ＣＤＳ回路を利用する場合、低周波数ノイズを除去できる。以下では、まず、光検出信号生成部３０に含まれた構成要素について詳述する。

変換トランジスタ３１は、ピクセル１００の選択部１０５から出力される感知信号及び／または基準信号を電圧に変換して感知電圧信号及び基準電圧信号を生成できる。この時、変換トランジスタ３１のゲートには、外部から提供されるバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ’}が入力され、バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ’}を制御して感知電圧信号及び／または基準電圧信号のオフセットを調節できる。

サンプリング回路３２は、第１及び第２スイッチＭ１、Ｍ２と第１及び第２キャパシタＣ１、Ｃ２とを備えることができる。第１スイッチＭ１はリセットサンプリング信号ＲＳによって活性化して、基準電圧信号によって第１キャパシタＣ１を充電する。第２スイッチＭ２は、セットサンプリング信号ＳＳによって活性化して、感知電圧信号によって第２キャパシタＣ２を充電する。

増幅器３３は、イネーブル信号ＥＮによってイネーブルされて、第１及び第２キャパシタＣ１、Ｃ２の電圧差を増幅して光検出信号を出力できる。ラッチ３４は、増幅器３３から出力された光検出信号をラッチする。

図８は、図７のピクセル、光検出信号生成部及びアナログ・デジタル変換部の動作を説明するためのタイミング図である。
図７及び図８を参照すれば、リセット信号ＲＳＴがオンになれば（すなわち、論理ハイレベルを持つようになれば）、リセット部１０２は、活性化して基準電流を出力でき、変換部１０３は、リセット部１０２から出力された基準電流を電圧に変換して、基準電圧レベルを持つ電圧Ｖ_Ｔを出力できる。増幅部１０４は、変換部１０３から出力された電圧Ｖ_Ｔに基づいて基準信号を生成できる。選択信号ＳＥＬがオンになれば、選択部１０５は、増幅部１０４で生成された基準信号を変換トランジスタ３１に出力でき、変換トランジスタ３１は、基準信号を基準電圧信号に変換できる。リセットサンプリング信号ＲＳがオンになれば、基準電圧信号は第１キャパシタＣ１に提供できる。

セット信号ＳＥＴがオンになれば、伝達部１０１は活性化して感知電流を出力でき、変換部１０３は伝達部１０１から出力された感知電流を電圧に変換して、感知電圧レベルを持つ電圧Ｖ_Ｔを出力できる。増幅部１０４は、変換部１０３から出力された電圧Ｖ_Ｔに基づいて感知信号を生成できる。選択信号ＳＥＬがオンになれば、選択部１０５は、増幅部１０４で生成された感知信号を変換トランジスタ３１に出力でき、変換トランジスタ３１は感知信号を感知電圧信号に変換できる。セットサンプリング信号ＳＳがオンになれば、感知電圧信号は第２キャパシタＣ２に提供できる。

イネーブル信号ＥＮがオンになれば、増幅器３３は活性化して、第１キャパシタＣ１の電圧と第２キャパシタＣ２の電圧との差を増幅して光検出信号を生成できる。

図９は、図６のイメージセンサーの変形された実施形態を示す回路図である。
図９を参照すれば、イメージセンサー１’は、ピクセルアレイ１０’、ロードライバ２０、光検出信号生成部３０及びアナログ−デジタル変換部４０を備えることができる。本実施形態によるイメージセンサー１’は、図６のイメージセンサー１の一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

ピクセルアレイ１０’に含まれた複数のピクセルのうち少なくとも２つのピクセルは、リセット部１０２、変換部１０３、増幅部１０４及び選択部１０５のうち少なくとも１つを共有できる。この時、リセット部１０２、変換部１０３、増幅部１０４及び選択部１０５のうち少なくとも１つを共有する複数のピクセルはそれぞれ入射光を感知するので、個別的な光感知部ＰＳ及び伝達部１０１を備える。このように、複数のピクセルに含まれたリセット部１０２、変換部１０３、増幅部１０４及び選択部１０５のうち少なくとも１つを共有することによって、イメージセンサー１’の面積を大きく縮めることができる。

図１０Ａないし図１０Ｃは、図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造の他の実施形態を示す回路図である。
図１０Ａを参照すれば、ピクセル２００は、光感知部ＰＳ、伝達部２０１、リセット部２０２、変換部２０３及び選択部２０４を備えることができる。本実施形態によるピクセル２００は、図５Ａのピクセル１００の一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

光感知部ＰＳは、入射光のエネルギーによって電圧−電流特性が変化し、入射光のエネルギーによって決定される感知電流を生成できる。伝達部２０１は、セット信号ＳＥＴによって活性化して、光感知部ＰＳで生成された感知電流を出力できる。リセット部２０２は、リセット信号ＲＳＴによって活性化して、基準電流を出力できる。変換部２０３は、伝達部２０１から出力される感知電流及びリセット部２０２から出力される基準電流を電圧に変換して、感知電圧及び基準電圧を生成できる。選択部２０４は選択信号ＳＥＬによって活性化して、変換部２０３で生成された感知電圧及び基準電圧を光検出信号生成部３０に提供できる。

本実施形態によるピクセル２００は、図５Ａに図示されたピクセル１００と異なって増幅部を備えていない。したがって、選択部２０４は増幅した信号または電流信号を出力せず、変換部２０３で生成された感知電圧及び基準電圧自体を出力できる。

図１０Ｂを参照すれば、ピクセル２００’は、光感知部ＰＳ、伝達部２０１、リセット部２０２、変換部２０３’及び選択部２０４を備えることができる。本実施形態によるピクセル２００’は、図１０Ａのピクセル２００の一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

本実施形態による変換部２０３’は、伝達部２０１から出力される感知電流及びリセット部１０２から出力される基準電流を電圧に変換して、感知電圧及び基準電圧を生成できる。例えば、変換部２０３’は変換トランジスタを備えることができるが、以下では、変換部２０３’が変換トランジスタで具現される場合を例として説明する。変換トランジスタ２０３’のソースは接地電圧に連結され、変換トランジスタ２０３’のドレインは、伝達部２０１及びリセット部２０２の出力端子に連結されうることができる。また、変換トランジスタ２０３’のゲートには外部で（から）提供されるバイアス電圧Ｖ_ｂｉａｓが入力されることができる。このように、変換部２０３’は、外部から提供されるバイアス電圧Ｖ_ｂｉａｓによって活性化するが、バイアス電圧Ｖ_ｂｉａｓを調節することによって感知電圧及び／または基準電圧のオフセットを調節できる。具体的に、バイアス電圧を調節することによって、選択部２０４に提供される電圧のサイズを調節できる。

図１０Ｃを参照すれば、ピクセル２００’’は光感知部ＰＳ、リセット部２０２、変換部２０３及び選択部２０４を備えることができる。本実施形態によるピクセル２００’’は、図１０Ａのピクセル２００の一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

本実施形態によるピクセル２００’’は、図１０Ａのピクセル２００と比較する時、伝達部を備えない。光感知部ＰＳに備えられた光感知トランジスタＰＳのしきい電圧が０Ｖより大きい場合には、ピクセル２００’’は伝達部２０１を備えないこともある。この時、変換部２０３は、光感知部ＰＳから出力される感知電流及び／またはリセット部２０２から出力される基準電流を電圧に変換して、感知電圧及び基準電圧を生成できる。本実施形態によれば、伝達部を備えなくてもよいので、ピクセル２００’’の面積を縮めることができる。

図１１は、図１０Ａのピクセルを含むイメージセンサーの一部構成を示す詳細回路図である。
図１１を参照すれば、ピクセル２００、光検出信号生成部３０’及びアナログ−デジタル変換部４０が図示されているが、光検出信号生成部３０’は、サンプリング回路３２、増幅器３３及びラッチ３４を備えることができる。本実施形態によるイメージセンサーは、図７のイメージセンサーの一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

ピクセル２００の選択部２０４は感知電圧及び基準電圧を出力するので、光検出信号生成部３０’は、ピクセル２００の出力信号を電圧に変換するための別途の変換トランジスタを備えなくてもよい。サンプリング回路３２は、第１及び第２スイッチＭ１、Ｍ２と第１及び第２キャパシタＣ１、Ｃ２とを備えることができる。第１スイッチＭ１は、リセットサンプリング信号ＲＳによって活性化して、ピクセル２００の選択部２０４から出力される基準電圧によって第１キャパシタＣ１を充電する。第２スイッチＭ２はセットサンプリング信号ＳＳによって活性化して、ピクセル２００の選択部２０４から出力される感知電圧によって第２キャパシタＣ１を充電する。増幅器３３はイネーブル信号ＥＮによってイネーブルされて、第１及び第２キャパシタＣ１、Ｃ２の電圧差を増幅して光検出信号を出力できる。ラッチ３４は、増幅器３３から出力された光検出信号をラッチする。

以下では、イメージセンサーの動作を詳述する。
リセット信号ＲＳＴがオンになれば、リセット部２０２は活性化して基準電流を出力でき、変換部２０３はリセット部２０２から出力された基準電流を電圧に変換して、基準電圧レベルを持つ電圧Ｖ_Ｔを出力できる。選択信号ＳＥＬがオンになれば、選択部２０４は、変換部２０３から出力された基準電圧レベルを持つ電圧を出力でき、リセットサンプリング信号ＲＳがオンになれば、基準電圧レベルを持つ電圧は第１キャパシタＣ１に提供されうる。

セット信号ＳＥＴがオンになれば、伝達部２０１は活性化して感知電流を出力でき、変換部２０３は伝達部２０１から出力された感知電流を電圧に変換して、感知電圧レベルを持つ電圧Ｖ_Ｔを出力できる。選択信号ＳＥＬがオンになれば、選択部２０４は、変換部２０３から出力された感知電圧レベルを持つ電圧を出力でき、セットサンプリング信号ＳＳがオンになれば、感知電圧レベルを持つ電圧は第２キャパシタＣ２に提供されうる。

イネーブル信号ＥＮがオンになれば、増幅器３３は活性化して、第１キャパシタＣ１の電圧と第２キャパシタＣ２の電圧との差を増幅して光検出信号を生成できる。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造のさらに他の実施形態を示す回路図である。

図１２Ａを参照すれば、ピクセル３００は、光感知部ＰＳ、伝達部３０１、リセット部３０２及び選択部３０３を備えることができる。本実施形態によるピクセル３００は、図５Ａのピクセル１００の一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

光感知部ＰＳは、入射光のエネルギーによって電圧−電流特性が変化し、入射光のエネルギーによって決定される感知電流を生成できる。伝達部３０１はセット信号ＳＥＴによって活性化して、光感知部ＰＳで生成された感知電流を出力できる。リセット部３０２はリセット信号ＲＳＴによって活性化して、基準電流を出力できる。選択部３０３は選択信号ＳＥＬによって活性化して、伝達部３０１から出力される感知電流及びリセット部３０２から出力される基準電流を光検出信号生成部３０に提供できる。

本実施形態によるピクセル３００は、図５Ａに図示されたピクセル１００と異なって、変換部及び増幅部を備えていない。したがって、選択部３０３は増幅した信号または電圧信号を出力せず、感知電流及び基準電流自体を出力できる。

図１２Ｂを参照すれば、ピクセル３００’は、光感知部ＰＳ、伝達部３０１、リセット部３０２及び選択部３０３を備えることができる。本実施形態によるピクセル３００’は、図１２Ａのピクセル３００の一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

本実施形態によるピクセル３００’は、図１２Ａのピクセル３００と比較する時、伝達部を備えていない。光感知部ＰＳに備えられた光感知トランジスタＰＳのしきい電圧が０Ｖより大きい場合には、ピクセル３００’は伝達部を備えていない。本実施形態によれば、伝達部を備えなくてもよいので、ピクセル３００’の面積を縮めることができる。

図１３は、図１２Ａのピクセルを含むイメージセンサーの一部構成を示す詳細回路図である。
図１３を参照すれば、ピクセル３００、光検出信号生成部３０及びアナログ−デジタル変換部４０が図示されているが、光検出信号生成部３０は、変換トランジスタ３１、サンプリング回路３２、増幅器３３及びラッチ３４を備えることができる。本実施形態によるイメージセンサーは、図７のイメージセンサーの一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

変換トランジスタ３１は、ピクセル３００の選択部３０３から提供される感知電流及び基準電流を電圧に変換して、感知電圧信号及び基準電圧信号を生成できる。サンプリング回路３２は、第１及び第２スイッチＭ１、Ｍ２と第１及び第２キャパシタＣ１、Ｃ２を備えることができる。第１スイッチＭ１は、リセットサンプリング信号ＲＳによって活性化して、基準電圧信号によって第１キャパシタＣ１を充電する。第２スイッチＭ２は、セットサンプリング信号ＳＳによって活性化して、感知電圧信号によって第２キャパシタＣ２を充電する。増幅器３３は、イネーブル信号ＥＮによってイネーブルされて、第１及び第２キャパシタＣ１、Ｃ２の電圧差を増幅して光検出信号を出力できる。ラッチ３４は、増幅器３３から出力された光検出信号をラッチする。

以下では、イメージセンサーの動作を詳述する。
リセット信号ＲＳＴがオンなれば、リセット部３０２は活性化して基準電流を出力でき、選択信号ＳＥＬがオンになれば、選択部３０３はリセット部３０２から出力された基準電流を出力でき、変換トランジスタ３１は、基準電流を電圧に変換して基準電圧信号を生成できる。リセットサンプリング信号ＲＳがオンになれば、基準電圧信号は第１キャパシタＣ１に提供できる。

セット信号ＳＥＴがオンになれば、伝達部３０１は活性化して感知電流を出力でき、選択信号ＳＥＬがオンになれば、選択部３０３は伝達部３０１から出力された感知電流を出力でき、変換トランジスタ３１は、感知電流を電圧に変換して感知電圧信号を生成できる。セットサンプリング信号ＳＳがオンになれば、感知電圧信号は第２キャパシタＣ２に提供されうる。

イネーブル信号ＥＮがオンになれば、増幅器３３は活性化して、第１キャパシタＣ１の電圧と第２キャパシタＣ２の電圧との差を増幅して光検出信号を生成できる。

図１４Ａ及び図１４Ｂは、図１のピクセルアレイに含まれた各ピクセルの構造のさらに他の実施形態を示す回路図である。
図１４Ａを参照すれば、ピクセル４００は光感知部ＰＳを備えることができるが、光感知部ＰＳは入射光のエネルギーによって電圧−電流特性が変化し、入射光のエネルギーによって決定される感知電流を生成できる。光感知部ＰＳは、図５Ａのピクセル１００に備えられた光感知部ＰＳと実質的に同一であるので、これについての重なる説明は省略する。

光感知部ＰＳのゲートに第１電圧Ｖ１が入力される場合、光感知部ＰＳは第１感知電流を生成し、光感知部ＰＳのゲートに第２電圧Ｖ２が入力される場合に、光感知部ＰＳは第２感知電流を生成できる。本実施形態によるピクセル４００は別途のリセット部を備えていないので、光感知部ＰＳのゲートに第１及び第２電圧Ｖ１、Ｖ２をそれぞれ印加し、第１及び第２感知電流の差を利用して入射光を検出できる。このように、本実施形態によるピクセル４００は光感知部ＰＳのみを備えるため、各ピクセル４００の面積を大きく縮めることができるので、携帯電話などの小型機器に有効に利用されうる。

図１４Ｂを参照すれば、ピクセル４００’は、光感知部ＰＳ及び選択部４０１を備えることができる。本実施形態によるピクセル４００’は、図１４Ａのピクセル４００の一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。本実施形態によるピクセル４００’は、図１４Ａのピクセル４００と比較する時、選択部４０１をさらに備える。

図１５は、図１４Ａのピクセルを含むイメージセンサーの一部構成を示す詳細回路図である。
図１５を参照すれば、ピクセル４００、光検出信号生成部３０及びアナログ−デジタル変換部４０が図示されているので、光検出信号生成部３０は変換トランジスタ３１、サンプリング回路３２、増幅器３３及びラッチ３４を備えることができる。本実施形態によるイメージセンサーは、図７のイメージセンサーの一部構成を変形したものであるので、重なる説明は省略する。

変換トランジスタ３１は、ピクセル４００の光感知部ＰＳから出力される第１及び／または第２感知電流を第１及び／または第２感知電圧に変換できる。サンプリング回路３２は、第１及び第２スイッチＭ１、Ｍ２と第１及び第２キャパシタＣ１、Ｃ２を備えることができる。第１スイッチＭ１は、リセットサンプリング信号ＲＳによって活性化して、第１感知電圧によって第１キャパシタＣ１を充電する。第２スイッチＭ２は、セットサンプリング信号ＳＳによって活性化して、第２感知電圧によって第２キャパシタＣ２を充電する。増幅器３３は、イネーブル信号ＥＮによってイネーブルされて、第１及び第２キャパシタＣ１、Ｃ２の電圧差を増幅して光検出信号を出力できる。ラッチ３４は、増幅器３３から出力された光検出信号をラッチする。

以下では、イメージセンサーの動作を詳述する。
光感知部ＰＳのゲートに第１電圧Ｖ１を印加して第１感知電流を出力し、変換トランジスタ３１は、第１感知電流を第１感知電圧に変換する。リセットサンプリング信号ＲＳがオンになれば、第１感知電圧は第１キャパシタＣ１に提供される。

光感知部ＰＳのゲートに第２電圧Ｖ２を印加して第２感知電流を出力し、変換トランジスタ３１は第２感知電流を第２感知電圧に変換する。セットサンプリング信号ＳＳがオンになれば、第２感知電圧は第２キャパシタＣ２に提供される。

イネーブル信号ＥＮがオンになれば、増幅器３３は活性化して、第１キャパシタＣ１の電圧と第２キャパシタＣ２の電圧との差を増幅して光検出信号を生成する。

図１６は、本発明の実施形態によるイメージセンサーを備えるプロセッサー基盤システムを概略的に示すブロック図である。
図１６を参照すれば、プロセッサー基盤システム１６００は、プロセッサー１６１０、ＲＡＭ １６２０、ハードドライブ１６３０、イメージセンサー１６４０及び入出力装置１６５０を備えることができ、これらは、バス１６６０を通じて通信できる。ここで、イメージセンサー１６４０は、図１ないし１５のイメージセンサーを備えることができる。イメージセンサー１６４０は、プロセッサー１６１０またはシステム１６００の他の装置から制御信号またはデータを受け取ることができる。イメージセンサー１６４０は、受け取った制御信号またはデータに基づいてイメージを定義する信号をプロセッサー１６１０に提供でき、プロセッサー１６１０は、イメージセンサー１６４０から受け取った信号を処理できる。

かかるプロセッサー基盤システムは、例えば、イメージセンサーを備えるデジタル回路、コンピュータシステム、カメラシステム、スキャナー、ビデオ電話機、電子監視システム（ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ）、車両航法システム、自動焦点システム、星追跡システム、運動感知システム、イメージ安定システム、データ圧縮システム、そして本発明を使用できるあらゆるシステムを含むことができる。

以上で説明した本発明は、前述した実施形態及び添付した図面に限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で色々な置換、変形及び変更が可能であるというのは、当業者に明らかである。

本発明は、イメージセンサー関連の技術分野に好適に用いられる。

１００ ピクセル
１０１ 伝達部
１０２ リセット部
１０３ 変換部
１０４ 増幅部
１０５ 選択部
ＰＳ 光感知部

Claims (29)

1. ピクセルを備え、
   前記ピクセルは、
   光感知部であって、前記光感知部の電圧−電流特性は入射光のエネルギーに基づいて変化し、前記電圧−電流特性に基づいて感知電流を生成する光感知部と、
   リセット信号に基づいて基準電流を生成するリセット部と、
   前記感知電流を感知電圧に変換し、前記基準電流を基準電圧に変換する変換部と、
   を備え、
   前記光感知部は、アクティブレイヤが酸化物で構成される、少なくとも一つの酸化物トランジスタを備え、
   前記変換部は、キャパシタを備えず、前記リセット部と接地電圧との間に接続されたトランジスタであり、
   前記変換部のトランジスタは、ゲートに印加されるバイアス電圧によって前記リセット部と連結されるノードの電圧を制御するイメージセンサー。
2. 前記ピクセルは、セット信号に基づいて、前記感知電流を前記変換部に伝達する伝達部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
3. 前記ピクセルは、
   前記感知電圧を増幅して感知信号を生成し、前記基準電圧を増幅して基準信号を生成する増幅部と、
   選択信号に基づいて、前記感知信号及び前記基準信号を出力する選択部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
4. 前記セット信号、前記リセット信号及び前記選択信号を前記ピクセルに提供するロードライバと、
   前記感知信号及び前記基準信号に基づいて光検出信号を生成する光検出信号生成部と、
   前記光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサー。
5. 前記光検出信号生成部は、
   前記感知信号を感知電圧信号に変換し、前記基準信号を基準電圧信号に変換する第２変換部と、
   リセットサンプリング信号に基づいて前記基準電圧信号をサンプリングして基準出力信号を生成し、セットサンプリング信号に基づいて前記感知電圧信号をサンプリングして感知出力信号を生成するサンプリング回路と、
   前記基準出力信号と前記感知出力信号との差を増幅して前記光検出信号を生成する増幅器と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサー。
6. 前記光検出信号生成部は、前記光検出信号をラッチするラッチをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサー。
7. 前記ピクセルは複数のピクセルであり、
   前記複数のピクセルのうち少なくとも２つは、前記リセット部、前記変換部、前記増幅部及び前記選択部のうち少なくとも１つを共有することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサー。
8. 前記ピクセルは、選択信号に基づいて、前記感知電圧を感知信号に出力し、前記基準電圧を基準信号に出力する選択部をさらに備える請求項２に記載のイメージセンサー。
9. 前記セット信号、前記リセット信号及び前記選択信号を前記ピクセルに提供するロードライバと、
   前記感知信号及び前記基準信号に基づいて光検出信号を生成する光検出信号生成部と、
   前記光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサー。
10. 前記光検出信号生成部は、
    リセットサンプリング信号に基づいて、前記基準信号をサンプリングして基準出力信号を生成し、セットサンプリング信号に基づいて、前記感知信号をサンプリングして感知出力信号を生成するサンプリング回路と、
    前記基準出力信号と前記感知出力信号との差を増幅して、前記光検出信号を生成する増幅器と、
    を備えることを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサー。
11. 前記ピクセルは複数のピクセルであり、
    前記複数のピクセルのうち少なくとも２つは、前記リセット部、前記変換部及び前記選択部のうち少なくとも１つを共有することを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサー。
12. 前記変換部は、前記伝達部及び前記リセット部のうち少なくとも一つの出力に基づいてスイッチングされるスイッチ素子を含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
13. 前記変換部は、バイアス電圧に基づいてスイッチングされるスイッチ素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
14. 前記光感知部は、酸化物トランジスタ及び酸化物ダイオードのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
15. 前記酸化物トランジスタ及び前記酸化物ダイオードのうち少なくとも１つは、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサー。
16. ピクセルを備え、
    前記ピクセルは、
    光感知部であって、前記光感知部の電圧−電流特性は、入射光のエネルギーに基づいて変化し、前記電圧−電流特性に基づいて感知電流を生成する光感知部と、
    リセット信号に基づいて基準電流を生成するリセット部と、
    選択信号に基づいて、前記感知電流を感知信号に出力する選択部と、
    前記感知電流を感知電圧に変換し、前記基準電流を基準電圧に変換する変換部と、
    を備え、
    前記光感知部は、アクティブレイヤが酸化物で構成される、少なくとも一つの酸化物トランジスタを備え、
    前記変換部は、キャパシタを備えず、前記リセット部と接地電圧との間に接続されたトランジスタであり、
    前記変換部のトランジスタは、ゲートに印加されるバイアス電圧によって前記リセット部と連結されるノードの電圧を制御するイメージセンサー。
17. 前記選択部は、前記感知電流を前記感知信号に出力し、前記基準電流を基準信号に出力することを特徴とする請求項１６に記載のイメージセンサー。
18. 前記ピクセルは、セット信号に基づいて、前記感知電流を前記選択部に提供する伝達部をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載のイメージセンサー。
19. 前記セット信号、前記リセット信号及び前記選択信号のうち少なくとも１つを前記ピクセルに提供するロードライバと、
    前記感知信号及び前記基準信号に基づいて光検出信号を生成する光検出信号生成部と、
    前記光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサー。
20. 前記光検出信号生成部は、
    前記感知信号を感知電圧信号に変換し、前記基準信号を基準電圧信号に変換する変換部と、
    リセットサンプリング信号に基づいて、前記基準電圧信号をサンプリングして基準出力信号を生成し、セットサンプリング信号に基づいて、前記感知電圧信号をサンプリングして感知出力信号を生成するサンプリング回路と、
    前記基準出力信号と前記感知出力信号との差を増幅して、前記光検出信号を生成する増幅器と、
    を備えることを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサー。
21. 前記ピクセルは複数のピクセルであり、
    前記複数のピクセルのうち少なくとも２つは、前記リセット部及び前記選択部のうち少なくとも１つを共有することを特徴とする請求項１７に記載のイメージセンサー。
22. 前記光感知部は、酸化物トランジスタ及び酸化物ダイオードのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１６に記載のイメージセンサー。
23. 請求項１のイメージセンサーの動作方法であって、
    光感知部上に入射される光のエネルギーに基づいて、ピクセルの光感知部で感知電流を生成する段階であって、前記光感知部の電圧−電流特性は、前記入射される光のエネルギーに基づいて変化される段階と、
    リセット信号に基づいて前記ピクセルで基準電流を生成する段階と、
    を含み、
    前記光感知部は、アクティブレイヤが酸化物で構成される、少なくとも一つの酸化物トランジスタを備えるイメージセンサーの動作方法。
24. 選択信号に基づいて、前記ピクセルから前記感知電流及び前記基準電流を出力する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のイメージセンサーの動作方法。
25. 前記感知電流及び前記基準電流に基づいて光検出信号を生成する段階と、
    前記生成された光検出信号をデジタル信号に変換する段階
    をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載のイメージセンサーの動作方法。
26. 前記感知電流を感知電圧に変換し、前記基準電流を基準電圧に変換する段階と、
    選択信号に基づいて、前記ピクセルから前記感知電圧及び前記基準電圧を出力する段階
    をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のイメージセンサーの動作方法。
27. 前記感知電圧と前記基準電圧との差に基づいて光検出信号を生成する段階と、
    前記生成された光検出信号をデジタル信号に変換する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載のイメージセンサーの動作方法。
28. 前記感知電流を感知電圧に変換し、前記基準電流を基準電圧に変換する段階と、
    前記感知電圧を増幅して感知信号を生成し、前記基準電圧を増幅して基準信号を生成する段階と、
    選択信号に基づいて、前記ピクセルから前記感知信号及び前記基準信号に出力する段階
    をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のイメージセンサーの動作方法。
29. 前記感知信号と前記基準信号との差に基づいて光検出信号を生成する段階と、
    前記生成された光検出信号をデジタル信号に変換する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載のイメージセンサーの動作方法。

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