(57)【要約】【課題】固体撮像装置及びその駆動方法を提供する。【解決手段】同じ種類のカラーフィルタを有する画素が一つの出力回路に連結されて構成され、同じ種類のカラーフィルタを含む色々な種類のカラーフィルタが一つの出力回路に連結されて構成される固体撮像装置。静止画像を撮影する場合には、配置された画素の順序によって順次に判読して出力し、動画を撮影する場合には、同じ種類のカラーフィルタを有する画素からの光電荷を加算して出力する。本発明による固体撮像装置及び駆動方法によれば、判読信号をあらかじめ加算して出力できて動作周波数を上昇させなくてもよく、これにより、消費電力を減らすことができる。【選択図】図２
2005244995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ第１カラーの光をそれぞれ感知する２以上の画素を備えた第１セットの画素と、
前記第１セットの画素に連結されて前記画素から出力される光電荷を対応する電気信号として出力する出力回路と、
前記第１セットの各画素に対応するフォトダイオードからの各光電荷を前記出力回路に同時に連結させるために、前記第１セットの各画素内で各スイッチ素子をターンオンさせるためのドライバと、を含む固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１セットの画素は、前記固体撮像装置の画素アレイで同じカラム内に存在することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１セットの画素は、前記カラム内に非隣接の２画素を含むことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
他のカラーを感知する他の一つの画素が、前記２画素間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記２画素のみが、一つの出力回路に連結されることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固体撮像装置は、
同じ第２カラーを感知する２以上の画素を含む第２セットの画素をさらに含み、前記第２セットの画素それぞれは、前記出力回路に連結され、前記ドライバは、前記第２セットの各画素に対応するフォトダイオードからの各光電荷を前記出力回路に同時に連結させるために、前記第２セットの各画素内の各スイッチ素子をターンオンさせることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像装置の画素アレイは、バイヤカラーパターンを有し、前記第１セットの画素と前記第２セットの画素とは、前記アレイの一つのカラムで交互に位置することを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記固体撮像装置は、
同じ第２カラーを感知する２以上の画素を含む第２セットの画素をさらに含み、前記第２セットの画素それぞれは、前記出力回路に連結され、前記ドライバは、前記第２セットの各画素に対する各フォトダイオードからの各光電荷を前記出力回路に同時に連結させるために、前記第２セットの各画素内の各スイッチ素子をターンオンさせることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記ドライバは、動画を撮影する場合に、前記第１セットの各画素に対応するフォトダイオードからの光電荷を前記出力回路に同時に連結し、
前記ドライバは、静止画像を撮影する場合に、前記第１セットの各画素に対応するフォトダイオードからの光電荷を前記出力回路に個別的に連結することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記固体撮像装置は、ＣＭＯＳイメージセンサであることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
固体撮像装置を駆動する方法において、
動画を撮影するために、２以上の画素を備えた第１画素セットの各画素に対応するフォトダイオードからの各光電荷を、前記光電荷を対応する電気信号として出力する出力回路に同時に連結する段階と、
静止画像を撮影するために、前記第１画素セットの各画素に対応するフォトダイオードからの各光電荷を前記出力回路に個別的に連結する段階と、を含み、
前記第１画素セットの各画素は、同じ第１カラーの光を感知することを特徴とする駆動方法。
【請求項１２】
前記第１セットの画素は、前記固体撮像装置の画素アレイで同じカラム内に存在することを特徴とする請求項１１に記載の駆動方法。
【請求項１３】
前記第１セットの画素は、前記カラム内に非隣接の２画素を含むことを特徴とする請求項１２に記載の駆動方法。
【請求項１４】
他のカラーを感知する他の一つの画素が、前記２画素間に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の駆動方法。
【請求項１５】
前記２画素のみが、一つの出力回路に連結されることを特徴とする請求項１４に記載の駆動方法。
【請求項１６】
前記駆動方法は、
動画を撮影するために、２以上の画素を備えた第２画素セットの各画素に対応するフォトダイオードからの各光電荷を前記出力回路に同時に連結する段階と、
静止画像を撮影するために、前記第２画素セットの各画素に対応するフォトダイオードからの各光電荷を前記出力回路に個別的に連結する段階と、を含み、
前記第２画素セットの各画素は、同じ第２カラーの光を感知することを特徴とする請求項１４に記載の駆動方法。
【請求項１７】
前記固体撮像装置の画素アレイは、バイヤカラーパターンを有し、前記第１セットの画素と前記第２セットの画素とは、前記アレイの一つのカラムで交互に位置することを特徴とする請求項１６に記載の駆動方法。
【請求項１８】
前記駆動方法は、
動画を撮影するために、２以上の画素を備えた第２画素セットの各画素に対応するフォトダイオードからの各光電荷を前記出力回路に同時に連結する段階と、
静止画像を撮影するために、前記第２画素セットの各画素に対応するフォトダイオードからの各光電荷を前記出力回路に個別的に連結する段階と、を含み、
前記第２画素セットの各画素は、同じ第２カラーの光を感知することを特徴とする請求項１１に記載の駆動方法。
【請求項１９】
動画を撮影するために、前記第１画素セットまたは前記第２画素セットの各画素に対する各光電荷を前記出力回路に同時に連結することを特徴とする請求項１８に記載の駆動方法。
【請求項２０】
前記固体撮像装置は、ＣＭＯＳイメージセンサであることを特徴とする請求項１１に記載の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサより構成された固体撮像装置に係り、具体的には、固体撮像装置を構成する画素の構造及び画素を駆動する駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、イメージセンサは、光に反応する半導体の性質を利用してイメージを撮像する装置である。自然界に存在する各被写体の部分は、光の輝度及び波長が異なって、感知する装置の各画素で異なる電気的な値を示すが、この電気的な値を信号処理の可能なレベルに作ることが、すなわちイメージセンサが行うことである。
【０００３】
このためにイメージセンサは、数十万ないし数百万画素より構成されるアレイと、数百ないし数千個ほどの画素で感知したアナログ電圧をデジタル信号に変換する装置と、数千ないし数万個の保存装置と、より構成される。
【０００４】
現在の固体撮像装置を利用する装置は、デジタルカメラ及びカムコーダが主要適用対象となる。一方、イメージセンサの駆動画素は、静止画像を撮るためのデジタルカメラの場合、数百万個の画素が必要であり、動画を撮るためのカムコーダの場合は、数十万画素であれば十分である。
【０００５】
現在生産されるデジタルカメラとカムコーダとは、動画及び静止画像をいずれも撮影できる機能を要求している。しかし、それぞれの機能に対して異なる画素を有する固体撮像装置を駆動させることは、製品の効率性や生産性の側面で適切ではない。したがって、静止画像を撮影する場合、数百万画素が必要になれば、製品に数百万画素の固体撮像装置を利用して、静止画像の場合と動画の場合とによって判読される画素の数を選択する方法を使用する。
【０００６】
一方、前述した固体撮像装置の画素は、技術の発展につれて、その数がさらに増加しうる。
一つの高解像度の固体撮像装置を利用して、動画及び静止画像の撮影ができるように機能を選択する方法としては、次の２つの方法がある。
一つは、静止画像を撮影する場合には、固体撮像装置のＣＭＯＳイメージをなす全ての画素を駆動して、これら全ての画素からの光電荷を判読し、動画を撮影する場合には、これらの画素のうち一定間隔で所定の数のみを選択して、選択された画素からの光電荷のみを判読する方法である。
【０００７】
しかし、このような方法は、画素のうち一定間隔の画素を選択して信号を判読するために撮影されたイメージの品質が非常に粗いという短所がある。
他の一つは、静止画像を撮影する場合には、固体撮像装置のＣＭＯＳイメージをなす全ての画素を駆動して、これら全ての画素からの光電荷を判読し、動画を撮影する場合には、隣接する画素の光電荷を加算して出力する方法がある。
【０００８】
この方法は、画素を一定間隔で選択して判読する方法よりは、撮影されるイメージがさらに鮮明であるという長所がある。しかし、原色のカラーフィルタを使用するＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＩＳ）では、このような方法を使用できなかった。また、ＣＭＯＳイメージセンサが共有ＦＤ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）状の画素より構成されるとしても、隣接する画素が異なるカラーのフィルタを使用するため、隣接する画素の信号を加算するとしても同色信号平均化できなかった。
【０００９】
図１は、従来のＣＭＯＳイメージセンサを利用した固体撮像装置を示す回路図である。
図１を参照すると、従来の固体撮像装置１００は、レッド（Ｒｅｄ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）、ブルー（Ｂｌｕｅ）の３種類のフィルタを有する画素より構成されている。また、従来の固体撮像装置１００は、複数の画素１０１ないし１０８と、複数の出力回路１１１ないし１１４とを含む。
【００１０】
画素１０１ないし１０８は、外部の光を吸収して光電荷を生成する機能を行う。出力回路１１１ないし１１４は、所定の制御信号に応答して画素から出力された光電荷に対応する電圧信号に転換して出力する機能を行う。
【００１１】
固体撮像装置１００は、一つの出力回路１１１が隣接する複数の画素１０１及び１０２に連結されている共有ＦＤ状の画素より構成されている。共有ＦＤ状の画素とは、固体撮像装置の面積を減らしつつ狭い面積に多くの画素を配列するために、一つの画素に一つの出力回路を連結するものではなく、複数の画素に一つの出力回路を連結する構造をいう。そして、静止画像を撮影する場合、一つの出力回路１１６に連結されたそれぞれの画素１０１及び１０２は、所定の制御信号に応答して順次に信号を出力する。
【００１２】
図１に示された固体撮像装置１００の構造を具体的に説明すれば、固体撮像装置を構成する画素と出力回路とは、各列で順次に配列される。画素１０１は、レッドフィルタＲ１を有するフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）より構成され、画素１０１の下向きに隣接して配置された画素１０２は、グリーンフィルタＧｂ１を有するフォトダイオードより構成され、画素１０２の下向きに隣接して配置された画素１０３は、再びレッドフィルタＲ２を有するフォトダイオードより構成され、画素１０３の下向きに隣接して配置された画素１０４は、再びグリーンフィルタＧｂ２を有するフォトダイオードより構成される。このような方式で画素１０４の下向きには異なる種類のカラーフィルタを有する画素がそれぞれ交代に配列される。
【００１３】
また、画素１０１ないし１０４が配列された次の画素の列には、隣接する列の画素が有するカラーフィルタと異なるカラーフィルタを有する画素が交互に配列される。すなわち、画素１０１の右側に隣接する画素１０５は、グリーンフィルタＧａ１を有するフォトダイオードより構成され、画素１０５の下向きに隣接する画素１０６は、ブルーフィルタＢ１を有するフォトダイオードより構成され、画素１０６の下向きに隣接する画素１０７は、グリーンフィルタＧａ２を有するフォトダイオードより構成され、画素１０７の下向きに隣接する画素１０８は、ブルーフィルタＢ２を有するフォトダイオードより構成される。このような方式で画素１０８の下向きには、異なる種類のカラーフィルタを有する画素がそれぞれ交代に配列される。
【００１４】
しかし、図１に示された従来の固体撮像装置１００は、一つの出力回路に異なる種類のカラーフィルタを有する画素が連結されているため、動画を撮影する場合、隣接する同じ種類のカラーフィルタを有する画素での信号を加算する方法を使用することができない。すなわち、従来の固体撮像装置１００は、動画撮影時、前述した所定の間隔で画素を選択して信号を出力するか、または全ての画素の信号を判読した後、ＩＳＰ（Ｉｍａｇｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を通じて平均化処理を行うしかない。
【００１５】
しかし、前述したように、画素を選択して信号を出力する方式は、撮影されるイメージが明確でなくてイメージ品質が劣るという問題点がある。
また、全ての画素の信号を判読した後、イメージ信号プロセシングを行って動画を撮影するためには、各画素で信号を高速で判読しなければならない。したがって、高周波動作が必要になり、その結果、全ての画素を判読してＩＳＰと平均化処理する方法は、消費電力が過度に大きくなるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、動画及び静止画像の撮影が可能であり、動画撮影時に撮影されるイメージの品質を高めるための固体撮像装置を提供することである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、低い消費電力で明確なイメージの動画を撮影できる固体撮像装置を提供することである。
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、イメージ品質が高い動画及び静止画像の撮影を提供できる固体撮像装置の駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を解決するために、本発明の特徴によれば、固体撮像装置は、同じ第１カラーの光をそれぞれ感知する２以上の画素を備えた第１セットの画素、前記第１セットの画素に連結されて前記画素から出力される光電荷を対応する電気信号として出力する出力回路、及び前記第１セットの各画素に対応するフォトダイオードからの各光電荷を前記出力回路に同時に連結させるために、前記第１セットの各画素内で各スイッチ素子をターンオンさせるためのドライバを含む。
【００１８】
望ましくは、前記第１セットの画素は、前記固体撮像装置の画素アレイで同じカラム内に存在する。また、前記第１セットの画素は、前記カラム内に非隣接の２画素を含む。また、他のカラーを感知する他の一つの画素が、前記２画素間に配置される。そして、前記２画素のみが、一つの出力回路に連結される。
【００１９】
さらに望ましくは、固体撮像装置は、同じ第２カラーを感知する２以上の画素を含む第２セットの画素をさらに含み、前記第２セットの画素それぞれは、前記出力回路に連結され、前記ドライバは、前記第２セットの各画素に対応するフォトダイオードからの各光電荷を前記出力回路に同時に連結させるために、前記第２セットの各画素内の各スイッチ素子をターンオンさせる。
【００２０】
前記固体撮像装置の画素アレイは、バイヤカラーパターンを有し、前記第１セットの画素と前記第２セットの画素とは、前記アレイの一つのカラムで交互に位置する。
前記ドライバは、動画を撮影する場合に、前記第１セットの各画素に対応するフォトダイオードからの光電荷を前記出力回路に同時に連結し、前記ドライバは、静止画像を撮影する場合に、前記第１セットの各画素に対応するフォトダイオードからの光電荷を前記出力回路に個別的に連結する。
望ましくは、前記固体撮像装置は、ＣＭＯＳイメージセンサである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による固体撮像装置及びその駆動方法によれば、動画撮影時に同じカラーフィルタを有する画素での光電荷を加算できて、画素を選択して撮影することに比べてイメージの品質がはるかに高い。また、出力信号をＣＤＳ回路に入る前にあらかじめフローティング領域で加算できて、動作周波数を大きく高める必要がない。これにより、消費電力を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明と本発明の動作性の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施例を例示する添付図面及び図面に記載された内容を参照しなければならない。
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に付された同一参照符号は、同一部材を表わす。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例による固体撮像装置の一部分を示す回路図である。
図２を参照すると、本発明の一実施例による固体撮像装置２００は、レッド、グリーン、ブルーの３つのカラーフィルタを有する画素２０１ないし２０８と、同じ種類のカラーフィルタを有する画素に連結された複数の出力回路２１１ないし２１４より構成されている。
【００２４】
レッドフィルタを有する画素２０１は、外部の光を吸収して光電荷を生成して出力するフォトダイオードＰＤ（Ｒ１）と、フォトダイオードＰＤ（Ｒ１）から出力される光電荷を所定の制御信号ＴＧ１に応答して出力するトランスファトランジスタＭ１１とを備える。
【００２５】
出力回路２１１は、同じカラーフィルタを有する画素２０１及び画素２０３から出力される光電荷が入力されて、これに対応する電気信号に転換して出力する機能を行い、外部のリセット信号Ｒｘ１に応答して、画素２０１及び２０３をリセットさせるためのリセットトランジスタＭ１２、画素２０１，２０３のフローティング領域に連結されて光電荷に対応する電圧レベルに転換させるためのドライブトランジスタＭ１３、及びドライブトランジスタＭ１３に連結され、外部の画素選択信号Ｓｘ１に応答してドライブトランジスタＭ１３から出力される電圧レベルを外部の出力ラインＶｏｕｔに出力させるセレクトトランジスタＭ１４を含む。
【００２６】
一方、固体撮像装置２００は、図１の固体撮像装置のように、各画素の同じ種類のカラーフィルタが互いに隣接しないように配置される。そして、図２のような配置を有する数百万個の画素が固体撮像装置２００を構成する。
そして、他の画素２０２ないし２０８の各構成は、画素２０１と類似している。また、他の出力回路２１２ないし２１４の各構成も出力回路２１１と類似している。
【００２７】
一方、本発明による固体撮像装置２００は、垂直方向に配列された各画素の列からの、同じ種類のフィルタを有する二つの画素の出力が一つの出力回路に連結される。同じ種類のフィルタが互いに隣接しないように画素が配置されるため、二つの画素が１画素置きに連結される構造を有する。
【００２８】
すなわち、図２を参照すると、レッドフィルタＲ１を有する画素２０１と、レッドフィルタＲ２を有する画素２０３とが、グリーンフィルタＧｂ１を有する画素２０２を介して一つの出力回路２１１に連結される。また、グリーンフィルタＧｂ１を有する画素２０２とグリーンフィルタＧｂ２を有する画素２０４とが、レッドフィルタＲ２を有する画素２０３を介して一つの出力回路２１２に連結される。そして、次の画素の列で、グリーンフィルタＧａ１を有する画素２０５とグリーンフィルタＧａ２を有する画素２０７とが、ブルーフィルタＢ１を有する画素２０６を介して一つの出力回路２１３に連結される。また、ブルーフィルタＢ１を有する画素２０６とブルーフィルタＢ２を有する画素２０８とが、グリーンフィルタＧａ２を有する画素２０７を介して一つの出力回路２１４に連結される。
【００２９】
図２のような画素及び出力回路の配置は、水平垂直方向に類似して数百万個が配置されて一つのＣＭＯＳイメージセンサを有する固体撮像装置を構成する。
【００３０】
図３は、本発明の一実施例による固体撮像装置を利用して静止画像を撮影する場合の信号タイミング図である。
すなわち、図３は、図２の固体撮像装置が静止画像を撮影する場合の制御信号Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｓｘ１，Ｓｘ２，ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３及びＴＧ４を表わす。図８は、図２の画素２０１，２０２，２０３，２０４の第１カラムと出力回路２１１及び２１２とを表わす。図８を参照すれば、固体撮像装置２００は、図３及び図４の制御信号Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｓｘ１，Ｓｘ２，ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３及びＴＧ４を生成するためのドライバ２２０を含む。
【００３１】
図３で、リセット信号Ｒｘ１は、出力回路２１１のリセットトランジスタＭ１２のゲート及び出力回路２１３のリセットトランジスタＭ５２のゲートに入力されて、それぞれ画素２０１及び２０３及び画素２０５及び２０７をリセットさせる制御信号である。リセット信号Ｒｘ２は、出力回路２１２のリセットトランジスタＭ２２のゲート及び出力回路２１４のリセットトランジスタＭ６２のゲートに入力されて、それぞれ画素２０２及び２０４及び画素２０６及び２０８をリセットさせる制御信号である。すなわち、リセット信号は、同じ行に位置する画素を同時にリセットさせる制御信号である。
【００３２】
また、選択信号Ｓｘ１は、出力回路２１１のセレクトトランジスタＭ１４のゲート及び出力回路２１３のセレクトトランジスタＭ５４のゲートに入力されて、それぞれ出力回路２１１及び出力回路２１３の信号を出力ラインＶｏｕｔに出力する制御信号である。選択信号Ｓｘ２は、出力回路２１２のセレクトトランジスタＭ２４のゲート及び出力回路２１４のセレクトトランジスタＭ６４のゲートに入力されて、それぞれ出力回路２１２及び出力回路２１４の信号を出力ラインＶｏｕｔに出力する制御信号である。すなわち、選択信号は、同じ行に位置する画素を同時に出力ラインに出力する制御信号である。
【００３３】
伝達信号ＴＧ１は、所定の行に位置する画素１０１及び画素１０５のトランスファトランジスタＭ１１及びＭ５１のゲートに入力されて、画素のフォトダイオードから生成された光電荷を出力回路と連結されたフローティング領域に伝達させる制御信号である。伝達信号ＴＧ２は、次の所定の行に位置する画素２０２及び画素２０６のトランスファトランジスタＭ２１及びＭ６１のゲートに入力されて、画素のフォトダイオードから生成された光電荷を出力回路と連結されたフローティング領域に伝達する制御信号である。同様に、伝達信号ＴＧ３及びＴＧ４も、その次の行に位置する画素のトランスファトランジスタのゲートに入力されて光電荷の伝達を制御する。
【００３４】
図２に示すように構成されたＣＭＯＳイメージセンサは、高画質のイメージ生成のために相互関連二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：ＣＤＳ）方式を支援する。ＣＤＳ方式は、単位画素で光信号を判読する場合に発生するノイズを除去するために、リセット状態のレファレンス値と光信号を出力した後の信号値とをそれぞれ判読して、二つの値の差から純粋な信号レベルを探し出す方法である。すなわち、単位画素を構成するリセットトランジスタをターンオンし、トランスファトランジスタをターンオフして、リセットレベルに該当する電圧を得た後、リセットトランジスタをターン−オフさせた状態でトランスファトランジスタをターン−オンさせて、フォトダイオードから生成された電荷を判読してデータ電圧を得た後、リセットレベルの電圧からデータレベルの電圧を減算した値をＣＭＯＳイメージセンサから出力されるイメージ信号と決定する。
【００３５】
図３を参照して、動画と静止画像とを撮影できる固体撮像装置が、静止画像を撮影する場合のタイミング図を説明する。静止画像を撮影する場合には、固体撮像装置に配列された画素の列で、所定方向に順次に各画素及び前記画素に共通回路を活性化させて、順次に活性化された画素からデータを判読する。
【００３６】
レッドフィルタを有する画素２０１のデータを判読するために、まず、第１リセット信号Ｒｘ１と第１選択信号Ｓｘ１とを論理ハイに遷移させる。それにより、選択信号Ｓｘ１に連結された行の出力回路２１１及び２１３が選択される。選択信号Ｓｘ１に連結された出力回路のうち一つの出力回路２１１の動作のみを説明する。リセット信号が論理ハイに遷移されるにつれて、出力回路２１１に連結された画素２０１及び２０３のフローティング領域は、完全空乏状態になる。次いで、第１リセット信号Ｒｘ１が論理ロー状態に遷移されれば、画素２０１のリセット状態の電圧レベルが判読されて出力ラインＶｏｕｔに出力されうる。そして、パルス信号を有する画素２０１に連結された第１伝達信号ＴＧ１が画素２０１のトランスファトランジスタＭ１１に印加されれば、フォトダイオードから生成された光電荷がフローティング領域に伝えられる。それにより、出力回路２１１のドライブトランジスタＭ１３は、光電荷に対応する電圧を出力ラインに出力して信号を判読する。出力されたリセット状態の電圧レベルとデータ状態の電圧レベルとの値を通じて純粋な画像イメージを演算できる。
【００３７】
画素２０１での信号を判読すれば、第１リセット信号Ｒｘ１は、再び論理ハイレベルに遷移され、第１選択信号Ｓｘ１が論理ローとなり、第２選択信号Ｓｘ２が論理ハイとなって、第２行の画素２０２及び２０６に連結された出力回路２１２及び２１４が活性化される。
【００３８】
次いで、第２リセット信号Ｒｘ２を論理ローに遷移させて、画素２０２のリセット状態の電圧レベルを判読する。そして、第２伝達信号ＴＧ２に論理ハイを印加して、フォトダイオードの光電荷を出力した後、画素２０２のデータ状態の電圧状態を出力する。
画素２０２での信号を判読すれば、次いで、画素２０３での信号を判読する。このとき、画素２０３に連結された出力回路２１１が再び活性化される。そして、次の画素の画素２０４での信号を判読する場合には、画素２０４に連結された出力回路２１２が再び活性化される。
【００３９】
前述したように、静止画像を撮影する場合には、所定方向に１行ずつ画素の信号を判読する。このとき、各画素には、１画素を介して同じ種類のカラーフィルタを有する２つの画素が同じ出力回路に連結されるため、各一対の出力回路が交互に２回反復して活性化される。
【００４０】
図４は、図２の固体撮像装置２００が動画を撮影する場合に、制御信号Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｓｘ１，Ｓｘ２，ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３及びＴＧ４を示すタイミング図である。図４のタイミング図は、高解像度の固体撮像装置を利用して動画を撮影する場合、隣接する同じ種類のカラーフィルタを有する画素の信号を加算して出力する加算出力方法による。
【００４１】
すなわち、図２に示された固体撮像装置の回路図で、レッドカラーフィルタを有する画素２０１及び２０３の信号が同時に出力回路２１１に出力され、それと同時に、グリーンカラーフィルタを有する画素２０５及び２０７の信号が同時に出力回路２１３に出力される。次いで、グリーンカラーフィルタを有する画素２０２及び２０４の信号が同時に出力回路２１２に出力され、それと同時に、ブルーカラーフィルタを有する画素２０６及び２０８の信号が同時に出力回路２１４に出力される。
【００４２】
このような動作のために、本発明による駆動方法では、出力回路の配置順序によって、所定方向に順次に出力回路を活性化させると同時に、出力回路に連結された同じ種類のカラーフィルタを有する二つの画素を活性化させて、二つの画素の信号を加算して出力する。
【００４３】
図４を参照すれば、まず、第１リセット信号Ｒｘ１が論理ハイである状態で、第１選択信号Ｓｘ１が論理ハイに遷移される。それにより、第１選択信号Ｓｘ１に連結された行の出力回路２１１及び２１３が選択される。第１選択信号Ｓｘ１に連結された行の出力回路のうち、出力回路２１１と関連した動作のみを説明する。第１リセット信号Ｒｘ１が論理ハイ状態であるため、出力回路２１１と連結されたレッドカラーフィルタを有する画素２０１及び２０３のフローティング領域は、完全空乏状態になる。次いで、第１リセット信号Ｒｘ１が論理ローに遷移されれば、画素２０１及び２０３のリセット状態の電圧レベルが判読されて出力ラインＶｏｕｔに出力されうる。そして、画素２０１に連結された第１伝達信号ＴＧ１及び画素２０３に連結された第３伝達信号ＴＧ３が画素２０１及び画素２０３のトランスファトランジスタＭ１１及びＭ３１に同時に印加される。それにより、前記画素２０１及び２０３のフォトダイオードから生じた光電荷がフローティング領域に伝えられる。したがって、レッドフィルタを有する画素２０１及び２０３の光電荷が加算され、出力回路２１１のドライブトランジスタＭ１３は、加算された光電荷に対応する電圧を出力ラインに出力する。次いで、出力されたリセット状態の電圧レベルとデータ状態の電圧レベルとの値を通じて純粋な画像イメージを演算する。
【００４４】
前記レッドフィルタを有する画素２０１及び２０３での信号が加算されて判読されれば、第１リセット信号Ｒｘ１は、再び論理ハイレベルに遷移され、第１選択信号Ｓｘ１が論理ローとなり、第２選択信号Ｓｘ２が論理ハイとなって、第２行の出力回路２１２及び２１４が活性化される。このときも、図４の左側の列に関連した出力回路２１２と関連された動作のみを説明する。
【００４５】
出力回路２１２が選択されれば、出力回路２１２に連結されたグリーンカラーフィルタを有する画素２０２及び２０４でのデータが加算出力される。すなわち、まず、第２リセット信号Ｒｘ２がハイ状態である時、画素２０２及び２０４のフローティング領域がリセットされる。次いで、第２リセット信号Ｒｘ２が論理ローに遷移されて、画素２０２及び２０４のリセット状態の電圧レベルが判読される。そして、画素２０２に連結された第２伝達信号ＴＧ２及び画素２０４に連結された第４伝達信号ＴＧ４が画素２０２及び画素２０４のトランスファトランジスタＭ２１及びＭ４１に同時に印加される。それにより、画素２０２及び２０４のフォトダイオードから生じた光電荷がフローティング領域に伝えられる。したがって、グリーンフィルタを有する画素２０２及び２０４の光電荷が加算され、出力回路２１２のドライブトランジスタＭ２３は、加算された光電荷に対応する電圧を出力ラインに出力する。
【００４６】
隣接する列では、レッドカラーフィルタを有する画素２０１及び２０３の信号が加算判読される時、これと同時に、グリーンカラーフィルタを有する画素２０５及び２０７の信号が加算判読されて出力ラインＶｏｕｔに出力される。また、グリーンカラーフィルタを有する画素２０２及び２０４の信号が加算判読される時、これと同時に、ブルーカラーフィルタを有する画素２０６及び２０８の信号が加算判読されて出力ラインＶｏｕｔに出力される。
【００４７】
前述したように、動画を撮影する場合には、所定方向に順次に、同じカラーフィルタを有する二つの画素の信号が加算されて出力される。このとき、他のカラーフィルタを有する画素が隣接して配置されるため、出力回路を基準に所定方向に１行ずつ出力回路が活性化され、出力回路に連結された画素の光電荷が加算されて信号を判読する。
【００４８】
図２に示された固体撮像装置と図４に示された駆動方法とを利用すれば、動画像撮影時、判読された信号がＣＤＳ回路に入る前に、信号加算が行われうるため、動作周波数を大きくする必要がない。したがって、従来の全ての画素をそれぞれ判読してＩＳＰで平均化する方法に比べて、動作周波数の上昇による消費電力の浪費を防止できる効果がある。
また、全ての画素から光電荷が出力されるため、動画の画質が高まり、共有されたＦＤ画素構造を通じて固体撮像装置２００の面積は減る。
【００４９】
図５は、本発明の他の実施例による固体撮像装置の一部を示す回路図である。
図５を参照すると、固体撮像装置５００は、レッド、グリーン、ブルーの３つのカラーフィルタを有する画素５０１ないし５０８と、同じ列で２種類のカラーフィルタを有する２対の隣接する画素に連結された出力回路５１１ないし５１２とより構成される。
【００５０】
図５は、固体撮像装置５００の基本的な画素の連結構成を示すための図であって、これと同じ構成を有する数百万個の画素が水平及び垂直方向に配列される。
レッドフィルタを有する画素５０１は、外部の光を吸収して光電荷を生成するフォトダイオードＰＤ（Ｒ１）と、フォトダイオードから出力される光電荷を所定の制御信号ＴＧ１に応答して出力するトランスファトランジスタＭ１１とを備える。
【００５１】
出力回路５１１は、隣接する４個の画素５０１ないし５０４から出力される光電荷を入力されて、静止画像撮影時と動画撮影時とにそれぞれ順次にまたは同じ種類のカラーフィルタを有する画素での光電荷を加算して、それに対応する電気信号に転換して出力する機能を行う。また、出力回路５１１は、外部のリセット信号Ｒｘ１に応答して、４個の画素５０１ないし５０４をリセットさせるためのリセットトランジスタＭ１２、画素５０１ないし５０４のフローティング領域に連結されて、画素から出力される光電荷を、それに対応する電圧に転換させるためのドライブトランジスタＭ１３、及びドライブトランジスタＭ１３に連結され、外部の画素選択信号Ｓｘ１に応答してドライブトランジスタＭ１３から出力される電圧レベルを外部の出力ラインＶｏｕｔに出力させるセレクトトランジスタＭ１４を含む。
【００５２】
一方、固体撮像装置５００は、図１及び図２の固体撮像装置と同様に、各画素は、同じ種類のカラーフィルタが互いに隣接しないように配置される。
【００５３】
図５に示された他の画素５０２ないし５０８の各構成は、画素５０１と類似している。また、他の出力回路５１２の構成も出力回路５１１と類似している。
【００５４】
一方、本発明の他の実施例による固体撮像装置５００は、垂直方向に配列された各画素の列で２種類のフィルタを有する２対の画素５０１ないし５０４または５０５ないし５０８の出力が一つの出力回路５１１または５１２に連結される。このとき、固体撮像装置５００は、同じ種類のフィルタが互いに隣接しないように画素が配置されるため、図４に示されたように、レッド、グリーン、レッド、グリーンの順序またはグリーン、ブルー、グリーン、ブルーの順序を有する４個の画素に一つの出力回路が連結される。
【００５５】
図４を参照すると、第１レッドフィルタＲ１を有する画素５０１、第１グリーンフィルタＧｂ１を有する画素５０２、第２レッドフィルタＲ２を有する画素５０３、及び第２グリーンフィルタＧｂ２を有する画素５０４が一つの出力回路５１１に連結される。また、第３グリーンフィルタＧａ１を有する画素５０５、第１ブルーフィルタＢ１を有する画素５０６、第４グリーンフィルタＧａ２を有する画素５０７、及び第２ブルーフィルタＢ２を有する画素５０８が一つの出力回路５１２に連結される。
【００５６】
図６は、本発明の他の実施例による固体撮像装置を利用して静止画像を撮影する場合の信号タイミング図である。図９は、図５の画素５０１，５０２，５０３及び５０４の第１カラムと出力回路５１１とを示す構成図である。図９を参照すると、固体撮像装置５００は、図７及び図８の制御信号Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｓｘ１，Ｓｘ２，ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３及びＴＧ４を生成するためのドライバ５２０を含む。
【００５７】
図６で、リセット信号Ｒｘ１は、出力回路５１１のリセットトランジスタＭ１２のゲート及び出力回路５１２のリセットトランジスタＭ５２のゲートに入力されて、それぞれ画素５０１ないし５０４または画素５０５ないし５０８をリセットさせる制御信号である。
選択信号Ｓｘ１は、出力回路５１１のセレクトトランジスタＭ１４のゲート及び出力回路５１２のセレクトトランジスタＭ５４のゲートに入力されて、それぞれ出力回路５１１及び出力回路５１２の信号を出力ラインＶｏｕｔに出力する制御信号である。
【００５８】
伝達信号ＴＧ１は、所定の行に位置する画素５０１及び５０５のトランスファトランジスタＭ１１及びＭ５１のゲートに入力されて、画素のフォトダイオードから生成された光電荷を出力回路と連結されたフローティング領域に伝達する制御信号である。伝達信号ＴＧ２は、次の所定の行に位置する画素５０２及び５０６のトランスファトランジスタＭ２１及びＭ６１のゲートに入力されて、画素のフォトダイオードから生成された光電荷を出力回路と連結されたフローティング領域に伝達する制御信号である。同様に、伝達信号ＴＧ３及びＴＧ４も次の所定の行に位置する画素のトランスファトランジスタのゲートに入力されて光電荷の伝達を制御する。
【００５９】
図６を参照して、動画と静止画像とを撮影できる図５の固体撮像装置５００が、静止画像を撮影する場合のタイミング図を説明する。静止画像を撮影する場合には、固体撮像装置５００に配列された画素の列で、所定方向に順次に各画素及び前記画素に連結された出力回路が活性化されて、順次に活性化された行の画素からデータが判読される。
【００６０】
レッドフィルタを有する画素５０１のデータを判読するために、リセット信号Ｒｘ１と第１選択信号Ｓｘ１とが論理ハイに遷移される。それにより、選択信号Ｓｘ１に連結された出力回路５１１及び５１２が選択される。選択信号Ｓｘ１に連結された出力回路のうち、出力回路５１１の動作のみを説明する。リセット信号Ｒｘ１が論理ハイに遷移されるにつれて、出力回路５１１に連結された画素５０１ないし５０４のフローティング領域は、完全空乏状態になる。次いで、リセット信号Ｒｘ１が論理ロー状態に遷移されれば、画素５０１のリセット状態の電圧レベルが判読されて出力ラインＶｏｕｔに出力されうる。そして、画素５０１のトランスファトランジスタＭ１１にパルス信号である第１伝達信号ＴＧ１が印加されれば、画素５０１のフォトダイオードから生じた光電荷がフローティング領域に伝えられる。それにより、出力回路５１１のドライブトランジスタＭ１３は、光電荷に対応する電圧を出力ラインに出力する。出力されたリセット状態の電圧レベルとデータ状態の電圧レベルとの値を通じて純粋な画像イメージを演算できる。
【００６１】
画素５０１での信号を判読すれば、リセット信号Ｒｘ１は、再び論理ハイレベルに遷移されて画素をリセットさせる。そして、画素５０２のトランスファトランジスタＭ２１にパルス信号である第２伝達信号ＴＧ２が印加されれば、画素５０２のフォトダイオードから生じた光電荷がフローティング領域に伝えられる。それにより、出力回路５１１のドライブトランジスタＭ１３は、光電荷に対応する電圧を出力して画素５０２のデータ状態の電圧レベルを測定する。
【００６２】
画素５０２での信号を判読すれば、リセット信号Ｒｘ１は、再び論理ハイレベルに遷移されて画素をリセットさせる。そして、第３伝達信号ＴＧ３を通じて画素５０３のデータが判読され、第４伝達信号ＴＧ４を通じて画素５０４のデータが判読されて、出力回路５１１と連結された４個の画素のデータがいずれも出力される。次いで、選択信号Ｓｘ１は、論理ロー状態になり、次の行の出力回路が活性化され、出力回路に連結された画素のデータが判読される。
【００６３】
前述したように、静止画像を撮影する場合には、所定方向に１行ずつ画素の信号が判読される。図５に示された固体撮像装置５００を通じて静止画像を撮影する場合、一つの出力回路に４個の画素が連結されており、各出力回路に連結された選択信号Ｓｘは、４個の画素をいずれも判読するまで論理ハイ状態を維持し、データレベルの判読が終われば、次の行の出力回路に連結された選択信号が論理ハイに遷移される。
【００６４】
図７は、図５の固体撮像装置５００が動画を撮影する場合に、図９のドライバ５２０によって生成される制御信号Ｒｘ１，ＳＸ１，ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３及びＴＧ４を示すタイミング図である。
【００６５】
図７に示されたタイミング図は、高解像度の固体撮像装置５００を利用して動画を撮影する場合に、隣接する同じ種類のカラーフィルタを有する画素の信号を加算して出力する加算出力方法によるタイミング図である。
【００６６】
すなわち、図５に示された固体撮像装置５００の回路図で、レッドカラーフィルタを有する画素５０１及び５０３の信号が同時に出力回路５１１に出力され、これと同時に、グリーンカラーフィルタを有する画素５０５及び５０７の信号が同時に出力回路５１２に出力される。次いで、グリーンカラーフィルタを有する画素５０２及び５０４の信号が同時に出力回路５１１に出力され、これと同時に、ブルーカラーフィルタを有する画素５０６及び５０８の信号が同時に出力回路５１２に出力される。
【００６７】
このような動作のために、本発明による駆動方法は、出力回路の配置順序によって、所定方向に順次に出力回路を活性化させ、出力回路に連結された４個の画素のうち、同じ種類のカラーフィルタを有する二つの画素をまず活性化させて、二つの画素の信号を加算して出力する。そして、本駆動方法は、出力回路に連結された４個の画素のうち、異なる二つの同じ種類のカラーフィルタを有する画素を活性化させ、二つの画素の信号を加算して出力する。
【００６８】
図７を参照すると、まず、リセット信号Ｒｘ１が論理ハイである状態で、選択信号Ｓｘ１が論理ハイに遷移される。それにより、選択信号Ｓｘ１に連結された行の出力回路５１１及び５１２が活性化される。選択信号Ｓｘ１に連結された行の出力信号のうち、出力回路５１１と関連された動作のみを説明する。リセット信号Ｒｘ１が論理ハイ状態であるため、出力回路５１１と連結された画素５０１ないし５０４のフローティング領域は、完全空乏状態になる。次いで、リセット信号が論理ローに遷移されれば、画素５０１及び５０３のリセット状態の電圧レベルが判読されて出力される。そして、レッドカラーフィルタを有する画素５０１のトランスファトランジスタＭ１１に入力される第１伝達信号ＴＧ１と、レッドカラーフィルタを有する画素５０３のトランスファトランジスタＭ３１に入力される第３伝達信号ＴＧ３とに、同時に論理ハイのパルス信号が印加される。それにより、レッドフィルタを画素５０１及び５０３のフォトダイオードから生じた光電荷がフローティング領域に伝えられる。したがって、レッドフィルタを有する画素５０１及び５０３の光電荷が加算され、出力回路５１１のドライブトランジスタＭ１３は、加算された光電荷に対応する電圧を出力ラインに出力する。次いで、出力されたリセット状態の電圧レベルと加算されたデータ状態の電圧レベルとの値を通じて、隣接する同じカラーフィルタを有する画素の加算された画像イメージを演算できる。
【００６９】
これと同時に、第１伝達信号ＴＧ１及び第３伝達信号ＴＧ３の印加を通じて、出力回路５１２は、グリーンフィルタを有する画素５０５及び５０７の光電荷を加算して出力する。
【００７０】
レッドフィルタを有する画素５０１及び５０３での信号を加算して判読すれば、リセット信号Ｒｘ１は、再び論理ハイレベルに遷移されて画素がリセットされる。そして、再びリセット信号Ｒｘ１は、論理ローレベルに遷移される。次いで、グリーンカラーフィルタを有する画素５０２のトランスファトランジスタＭ２１に入力される第２伝達信号ＴＧ２と、グリーンカラーフィルタを有する画素５０４のトランスファトランジスタＭ４１に入力される第４伝達信号ＴＧ４とに、同時に論理ハイのパルス信号が印加される。それにより、グリーンフィルタを有する画素５０２及び５０４のフォトダイオードから生じた光電荷がフローティング領域に伝えられる。したがって、グリーンフィルタを有する画素５０２及び５０４の光電荷が加算され、出力回路５１１のドライブトランジスタＭ１３は、加算された光電荷に対応する電圧を出力ラインに出力する。
【００７１】
これと同時に、第２伝達信号ＴＧ２及び第４伝達信号ＴＧ４の印加を通じて、出力回路５１２は、ブルーフィルタを有する画素５０６及び５０８の光電荷を加算して出力する。
【００７２】
前述したように、本発明の他の実施例による固体撮像装置５００で動画を撮影する場合には、所定方向に順次に、同じカラーフィルタを有する二つの画素を加算して出力する。このとき、他のカラーフィルタを有する画素が隣接して配置され、一つの出力回路に４個の画素が連結されているため、出力回路を基準に所定方向に１行ずつ出力回路を活性化し、活性化された出力回路に連結された画素のうち、同じ種類のカラーフィルタを有する画素を加算して出力し、異なる２個の同じ種類のカラーフィルタを有する画素を加算して出力することを反復する。
そして、出力回路に連結された画素でのデータ加算出力が終われば、次の行の出力回路を活性化し、データを判読し続ける。
【００７３】
図５に示された固体撮像装置と図７に示された駆動方法とを利用すれば、動画像撮影時、判読された信号がＣＤＳ回路に入る前に信号加算を行えるため、動作周波数を大きくする必要がない。したがって、従来の全ての画素をそれぞれ判読してＩＳＰで平均化する方法に比べて、動作周波数の上昇による消費電力の浪費を防止できる効果がある。
また、全ての画素から光電流を処理するため、動画の画質が良くなり、共有ＦＤ画素構造を通じて、固体撮像装置５００の面積も減る。
【００７４】
本発明は、図面に示された一実施例を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明による固体撮像装置は、ＰＣカメラ、携帯電話カメラ、ＰＤＡカメラ、デジタルカメラなどに利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】従来のＣＭＯＳイメージセンサを利用した固体撮像装置を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施例による固体撮像装置の一部分を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施例による固体撮像装置を利用して静止画像を撮影する場合の信号タイミング図である。
【図４】本発明の一実施例による固体撮像装置を利用して動画を撮影する場合の信号タイミング図である。
【図５】本発明の他の実施例による固体撮像装置の一部を示す回路図である。
【図６】本発明の他の実施例による固体撮像装置を利用して静止画像を撮影する場合の信号タイミング図である。
【図７】本発明の他の実施例による固体撮像装置を利用して動画を撮影する場合の信号タイミング図である。
【図８】図２の固体撮像装置の一つのカラムに、本発明による図３及び図４の制御信号生成のためのドライバをさらに含む一実施例を示す構成図である。
【図９】図５の固体撮像装置の一つのカラムに、本発明による図６及び図７の制御信号生成のためのドライバをさらに含む一実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７７】
２００  固体撮像装置
２０１ないし２０８  画素
２１１ないし２１４  出力回路
【図１】
2005244995.tif 000003
【図２】
2005244995.tif 000004
【図３】
2005244995.tif 000005
【図４】
2005244995.tif 000006
【図５】
2005244995.tif 000007
【図６】
2005244995.tif 000008
【図７】
2005244995.tif 000009
【図８】
2005244995.tif 000010
【図９】
2005244995.tif 000011