[发明专利]互补金属氧化物半导体图像传感器及其图像信号检测方法

说明书

相关申请的交叉参考

要求2006年11月13日提交的No.10-2006-0111800的韩国专利申请的优先权，其主题通过引用被合并。

技术领域

此处披露的本发明涉及图像传感器，尤其涉及一种将感测信号与参考信号进行比较的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

背景技术

广泛地应用在数字照相机中的CMOS图像传感器将光信号转换为电信号。这种转换出现在CMOS图像传感器的像素中，每个像素包括光电二极管和读出电路。光电二极管产生通过其吸收的光感应的电荷。所产生的电荷被转换为模拟电压并且被传送到读出电路。所述读出电路将模拟电压转换为数字电压。

使用比较器通过比较像素的模拟电压和斜坡(ramp)电压来执行模拟与数字转换。当斜坡电压达到模拟电压时的计数值被采用作为从模拟电压转换得到的数字数据。

通常，像素被构造成包括四个晶体管。第一NMOS晶体管初始化该像素。第二NMOS晶体管传送像素的图像信息。第三NMOS晶体管运行以选择像素。第四NMOS晶体管形成源极输出放大器作为缓冲器来传送像素的图像信息。

然而，当像素通过源极输出放大器将感测信号(漂移扩散)传送到读出电路时，响应信号被限制在动态范围中，并且增加了噪声。

发明内容

本发明的一方面提供包括光电二极管、开关以及比较器的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。开关将感测信号从光电二极管传送给感测节点。直接连接到感测节点的比较器将感测节点的感测信号与参考信号进行比较。

比较器可以包括配置成直接电连接到感测节点的第一输入晶体管以及配置成接收参考信号的第二输入晶体管。在感测信号与参考信号比较的基础上，比较器可以输出与感测信号和参考信号之间的电压差对应的输出信号。参考信号的电压电平可以随着时间消逝而减小。此外，光电二极管可以接收外部图像信息并且将相应于外部图像信息的感测信号输出到比较器。CMOS图像传感器可以被包括在数字照相机中。

本发明的另一方面提供用于检测CMOS图像传感器中的图像信号的方法。该方法包括：将光信号转换为电信号；将电信号传送给感测节点；以及直接从感测节点接收电信号并且比较电信号和参考信号。该方法可以进一步包括从电信号与参考信号的比较开始的第一时间到参考信号降低到电信号的第二时间计数。

附图说明

参考下面的附图来描述本发明的非限制性和非穷举的实施例，附图中：

图1是示出包括CMOS图像传感器的数字照相机系统的方框图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的CMOS图像传感器的方框图；

图3是说明根据本发明的示例性实施例的图2中所示的像素的电路图；

图4是说明根据本发明的示例性实施例的比较器的电路图；

图5是用于根据本发明的示例性实施例、说明图2中所示的比较器的操作的模拟信号与斜坡信号比较的图表；

图6是示出根据本发明的示例性实施例的CMOS图像传感器的操作的时序图；以及

图7是示出根据本发明的示例性实施例的CMOS图像传感器的数字双取样序列的流程图。

具体实施方式

现在参考显示了本发明的示例性实施例的附图详细的说明本发明。然而，本发明可以包括多种不同的形式，并且不能仅仅将本发明解释成仅仅限定为所说明的实施例。相反的，这些实施例被提供作为例子以向本领域技术人员传达本发明的概念。因此，已知的工艺、元件以及技术并不相对于本发明的一些实施例进行说明。除非有特殊的指定，所有的附图和所写的说明中，类似的附图标记被用于指向类似的或者相似的元件。

本发明的多个实施例提供CMOS图像传感器，其通过直接将感测信号输入到比较器来扩展感测信号的动态范围。同样，CMOS图像传感器通过将感测信号直接输入到比较器中来减小噪声。

图1是示出包括CMOS图像传感器的示例性数字照相机系统的方框图。根据图1，数字照相机系统包括CMOS图像传感器100、处理器200、存储器300、显示器400以及总线500。CMOS图像传感器100响应处理器200的控制而捕获外部图像信息。

处理器200通过总线500将捕获的图像信息存储在存储器300中。处理器200还将图像信息从存储器300输出到显示器400。本发明致力于CMOS图像传感器100的结构特征。