액티브 픽셀 센서

Active-pixel sensor

액티브 픽셀 센서(APS)는 각 픽셀 센서 유닛 셀에 광검출기(일반적으로 핀형 포토다이오드)와 하나 이상의 액티브 트랜지스터가 [1][2]있는 이미지 센서입니다.MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 액티브픽셀 센서에서 증폭기로서 MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET)를 사용한다.초기 NMOS APS와 CMOS 센서라고도 불리는 훨씬 일반적인 보완 MOS(CMOS) APS 등 다양한 타입의 APS가 있습니다.CMOS 센서는 휴대폰 카메라, 웹 카메라, 최신 디지털 포켓 카메라, 대부분의 디지털일안렌즈 리플렉스 카메라(DSRCH) 및 미러리스 미러리스 등의 디지털카메라 테크놀로지에 널리 사용되고 있습니다.Angeable-Lens 카메라(MILC)CMOS 센서는 CCD(Charge-Coupled Device) 이미지 센서의 대안으로 등장했고, 결국 2000년대 중반까지 판매량을 앞질렀다.

CMOS 이미지 센서

액티브 픽셀 센서라는 용어는 이미지 [3]센서와 달리 개별 픽셀 센서 자체를 가리키는 데에도 사용됩니다.이 경우 이미지 센서를 활성 픽셀 센서 [4]이미저 또는 활성 픽셀 이미지 [5]센서라고 부르기도 합니다.

역사

배경

상세 정보:이미지 센서 » 이력

금속 산화물 반도체(MOS) 기술을 연구하는 동안 Willard Boyle과 George E. 스미스는 1969년 [6][7]그들이 발명한 전하 커플 소자의 기본 구성 요소가 된 작은 MOS 콘덴서에 전하가 저장될 수 있다는 것을 깨달았다.CCD 테크놀로지의 문제는 거의 완벽한 전하 전송이 필요하다는 것이었습니다.Eric Fossum에 따르면, 특히 미래의 우주 임무에 대한 CCD 센서의 적합성에 대해 쓴 글에서, "방사선 [내성?] '소프트'를 만들고, 낮은 조도 조건에서는 사용하기 어렵고, 대규모 어레이로 제조하기 어렵습니다.온칩 전자제품과의 통합, 저온에서의 사용, 높은 프레임 레이트에서의 사용, 파장 응답을 확장하는 비금속 재료에서의 제조가 어려운 컬트입니다."[1]

RCA 연구소의 Paul K를 포함한 연구팀입니다. Weimer, W.S. Pike 및 G. Sadasiv는 1969년에 광검출기에 [8][9]사용되는 광전도성 필름과 박막 트랜지스터(TFT)를 이용한 스캔 회로를 갖춘 고체 이미지 센서를 제안했다.Richard F는 광학 마우스 애플리케이션용 픽셀 내 증폭 기능이 있는 저해상도 "대부분 디지털" NMOS(Non-channel MOSFET) 이미저를 시연했습니다. 1981년 [10]리옹.APS와 관련된 다른 유형의 이미지 센서 기술은 적외선 스펙트럼의 극저온에서 작동하도록 설계된 하이브리드 적외선 초점 평면 어레이(IRFPA)[1]입니다.이 장치는 샌드위치처럼 조립된 두 개의 칩으로, 한 칩에는 InGaAs 또는 HgCdTe로 만들어진 검출기 요소가 들어 있고 다른 칩은 일반적으로 실리콘으로 만들어져 광검출기를 읽어내는 데 사용됩니다.이 장치들의 정확한 원산지는 분류되어 있지만 1980년대 [citation needed]중반까지 사용되었다.

최신 CMOS 센서의 핵심 요소는 핀형 포토다이오드(PPD)[2]입니다.1980년 [2][11]NEC에서 테라니시 노부카즈, 시라키 히로미츠, 이시하라 야스오에 의해 발명되어 데라니시, 이시하라가 A와 함께 공표.코호노, E. 오다, K.1982년 아라이에 방화 구조물이 [2][12]추가되었다.핀형 포토 다이오드는 낮은 지연, 낮은 노이즈, 높은 양자 효율 및 낮은 [2]암전류를 가진 광검출기 구조입니다.NEC에서 발명된 새로운 광검출기 구조는 B.C.에 의해 "핀형 포토다이오드(PPD)"라는 이름을 얻었다.1984년 코닥에서 버키.1987년, PPD는 대부분의 CCD 센서에 통합되기 시작했고, 소비자 전자 비디오 카메라와 디지털 스틸 카메라의 고정 장치가 되었습니다.그 후 PPD는 거의 모든 CCD 센서와 CMOS [2]센서에서 사용되고 있습니다.

패시브 픽셀 센서

APS의 전조는 포토다이오드 어레이(PDA)[2]의 일종인 Passive-Pixel Sensor(PPS; 패시브 픽셀 센서)였습니다.패시브 픽셀 센서는 증폭 없이 판독되는 패시브 픽셀로 구성되며 각 픽셀은 포토다이오드와 MOSFET [13]스위치로 구성됩니다.포토다이오드 어레이에서 화소는 선택 트랜지스터로서 p-n 접합, 집적 콘덴서 및 MOSFET를 포함한다.G는 포토다이오드 어레이를 제안했다.1968년 [1]웨클러가 CCD보다 앞서서이는 1968년 [14][2][8]피터 J.W. 노블과 사바스 G가 제안한 인픽셀 선택 트랜지스터를 가진 이미지 센서 소자를 가진 PPS의 [2]기초가 되었다.1969년 [15]체임벌린.

패시브 픽셀 센서는 진공관 이미징 [citation needed]소자의 고체 대안으로 조사되고 있었다.MOS 패시브 픽셀 센서는 포토다이오드 일체 [16]전하를 읽기 위해 픽셀 내의 단순한 스위치를 사용했습니다.픽셀은 2차원 구조로 배열되어 액세스 가능 와이어는 같은 행의 픽셀로 공유되고 출력 와이어는 열로 공유됩니다.각 기둥의 끝에는 트랜지스터가 있었다.패시브 픽셀 센서는 높은 노이즈, 느린 읽기, 확장성 [citation needed]부족 등 많은 제약에 시달렸다.온칩 멀티플렉서 회로와 함께 각 픽셀 내에 선택 트랜지스터가 있는 초기(1960~1970년대) 포토다이오드 배열은 비현실적으로 컸다.포토 다이오드 어레이의 노이즈도 퍼포먼스의 제한이었습니다.포토 다이오드 판독 버스 캐패시턴스로 인해 읽기 노이즈 레벨이 증가했기 때문입니다.또한 외장 메모리가 없는 포토다이오드 어레이에서는 상관 이중 샘플링(CDS)을 사용할 수 없습니다.1970년대에는 [1]마이크로 리소그래피 기술이 제한적이었기 때문에 실질적인 픽셀 크기로 액티브 픽셀 센서를 제작할 수 없었다.MOS 프로세스는 매우 가변적이고 MOS 트랜지스터는 시간이 지남에 따라 변화하는 특성(Vth 불안정성)을 가지고 있었기 때문에 CCD의 전하 영역 동작은 MOS 패시브 픽셀 [citation needed]센서보다 제조성이 높고 퍼포먼스가 뛰어났습니다.

액티브 픽셀 센서

액티브 픽셀 센서는 액티브픽셀로 구성되어 있으며, 각 픽셀에는 광전하를 전압으로 변환하고 신호 전압을 증폭하며 노이즈를 줄이는 [13]MOSFET 앰프가 1개 이상 포함되어 있습니다.액티브 픽셀 디바이스의 개념은 1968년 피터 노블에 의해 제안되었습니다.그는 기본적으로 매립형 포토다이오드 구조, 선택형 트랜지스터 및 MOS [17][14]앰프라는 현대 3 트랜지스터 구성으로 픽셀당 활성 MOS 판독 증폭기를 사용하여 센서 어레이를 만들었습니다.

MOS 액티브픽셀 컨셉은 1980년대 중반 일본의 올림푸스에 의해 전하변조장치(CMD)로 구현되었다.이는 1980년대부터 [1][18]1990년대 초까지 MOSFET 스케일링이 더 작은 마이크론에 도달한 후 서브 마이크론 수준에 도달하면서 MOSFET 반도체 소자 제조의 진보에 의해 가능해졌다.최초의 MOS APS는 1985년 올림푸스에서 나카무라 츠토무(中村 츠토무)의 팀에 의해 제조되었다.액티브 픽셀 센서(APS)라는 용어는 Nakamura가 Olympus에서 [19]CMD 액티브 픽셀 센서에 대해 작업하는 동안 만들어졌습니다.CMD 이미저는 출력 NMOS 트랜지스터 아래에 신호 전하를 저장하여 채우기 계수를 증가(또는 픽셀 크기를 감소)하는 수직 APS 구조를 가지고 있었습니다.다른 일본 반도체 회사들은 곧 1980년대 후반부터 1990년대 초반까지 자체 액티브 픽셀 센서를 도입했다.도시바는 1988~1991년 가로형 APS 구조를 가진 더블게이트 부유면 트랜지스터 센서를 개발했으며 각 픽셀에는 매립형 채널 MOS 포토게이트와 PMOS 출력 증폭기가 내장돼 있다.1989년부터 1992년까지 캐논은 올림푸스 센서와 유사한 수직 APS 구조를 사용했지만 MOSFET가 [1]아닌 양극성 트랜지스터를 사용한 베이스 스토리지 이미지 센서(BASIS)를 개발했다.

1990년대 초, 미국 기업들은 실용적인 MOS 액티브 픽셀 센서를 개발하기 시작했습니다.1991년 미국 텍사스인스트루먼트는 일본 지사에서 제작한 벌크CMD(BCMD) 센서를 개발했는데, 이는 올림푸스 CMD 센서와 유사한 수직 APS 구조를 가졌지만 NMOS 트랜지스터가 [2]아닌 PMOS를 사용했다.

CMOS 센서

1980년대 후반에서 1990년대 초반까지 CMOS 프로세스는 잘 제어된 안정적인 반도체 제조 공정으로 확립되었으며 거의 모든 로직 및 마이크로프로세서의 기본 공정이었습니다.로우엔드 이미징 애플리케이션을 [20]위한 패시브 픽셀 센서의 사용이 부활한 반면, 액티브 픽셀 센서는 레티나 시뮬레이션[21] 및 고에너지 입자 검출기와 같은 저해상도 고기능 애플리케이션에 사용되기 시작했습니다.그러나 CCD는 여전히 훨씬 낮은 시간 노이즈와 고정 패턴 노이즈를 가지고 있으며 비디오 카메라 튜브를 대체하는 방송 카메라뿐만 아니라 캠코더와 같은 소비자 애플리케이션에 있어 지배적인 기술이었다.

1993년, 미국 항공우주국(NASA)의 제트추진연구소(JPL)에서 최초로 해외에서의 실용적 APS가 개발되어, Eric Fossum이 개발을 주도해 CMOS 대응 APS를 제작했습니다.도시바 센서와 유사한 가로형 APS 구조를 가지고 있었지만 PMOS 트랜지스터가 [1]아닌 CMOS로 제작되었습니다.픽셀 내 전하 전송 [2]기능을 갖춘 최초의 CMOS 센서입니다.

JPL에서 근무한 포섬은 인픽셀 앰프와 함께 화소 내 전하전달을 이용한 이미지센서 개발을 주도해 진정한 상관형 이중샘플링(CDS)과 저시간 노이즈 연산을 실현하고 고정 패턴 노이즈 감소를 위한 온칩 회로를 개발했다.그는 또한 CCD의 [1]상업적 후계자로서의 APS 이미지어의 출현을 예측하는 광범위한 1993년 기사를 발표했다.액티브픽셀센서(APS)는 이 문서에서 Fossum에 의해 광범위하게 정의되었습니다.그는 측면 APS와 수직 APS의 두 가지 유형의 APS 구조를 분류했다.또, 일본 최초의 APS 센서로부터 JPL의 [1]CMOS 센서의 개발까지, APS 테크놀로지의 역사를 개관했다.

1994년 Fossum은 CMOS 센서의 개선점, 즉 핀형 포토다이오드(PPD)의 통합을 제안했습니다.PPD 기술을 탑재한 CMOS 센서는 1995년 포섬과 P. P. K. 리, R. C. 지, R. M. Guidash, T. H. [2]리를 포함한 JPL과 코닥의 공동 팀에 의해 처음 제작되었다.1993년과 1995년 사이에 Jet Propulsion Laboratory는 이 기술의 주요 특징을 검증한 많은 프로토타입 장치를 개발했습니다.이 장치들은 원시적이지만 높은 읽기 속도와 낮은 소비 전력으로 우수한 이미지 성능을 보였습니다.

1995년 포섬과 그의 전 부인 사브리나 케메니 박사는 이 기술을 [17]상용화하기 위해 Photobit Corporation을 공동 설립했다.웹캠, 고속 및 모션 캡처 카메라, 디지털 방사선 촬영, 내시경(필) 카메라, 디지털 일안 리플렉스 카메라(DSLR) 및 카메라 폰 등 다양한 애플리케이션을 위한 APS 기술을 지속적으로 개발하고 상용화했습니다.그 후 CMOS 프로세스의 접근성 덕분에 많은 소규모 이미지 센서 회사들도 곧 부활했고, 모두 액티브 픽셀 센서 방식을 채택했습니다.

Photobit의 CMOS 센서는 2001년 Micron Technology에 의해 Photobit이 인수되기 전에 Logitech와 Intel이 제조한 웹캠에 도입되었습니다.초기 CMOS 센서 시장은 마이크론, 옴니비전 등 미국 제조업체가 주도했으며, CMOS 센서 시장이 일본, 한국,[22] 중국에 의해 장악되기 전에 미국은 일본으로부터 이미지 센서 시장 전체의 일부를 잠시 탈환할 수 있었다.PPD 기술이 적용된 CMOS 센서는 1997년 R. M. Guidash, K. Yonemoto 및 H에 의해 더욱 발전되고 개량되었습니다.2000년 수미, 그리고 저.2003년 이노우에.그 결과 CMOS 센서는 CCD 센서와 동등한 이미징 퍼포먼스를 실현하고 나중에는 CCD [2]센서를 웃돌았습니다.

2000년까지 CMOS 센서는 저비용 카메라, PC 카메라, 팩스, 멀티미디어, 보안, 감시 및 비디오 [23]폰을 포함한 다양한 애플리케이션에 사용되었습니다.

비디오 업계는 고화질 비디오(HD 비디오)의 등장으로 CMOS 카메라로 전환했습니다.픽셀의 수가 많아지면, CCD 센서로 소비 전력이 큰폭으로 증가해,[22] 배터리가 과열해 방전되기 때문입니다.소니는 2007년 기존의 이미지 센서보다 감도가 2배 이상 높고 인간의 [24]눈을 초월한 CMOS 백라이트 센서(BI센서)에 이어 2009년 오리지널 칼럼 A/D 변환 회로를 탑재한 CMOS 센서를 상용화했다.

CMOS 센서는 문화적으로 큰 영향을 미쳐, 디지털 카메라와 카메라 폰의 대량 확산으로 이어졌고, 이는 소셜 미디어와 셀카 문화의 성장을 촉진했고,[22] 전 세계의 사회 및 정치 운동에 영향을 미쳤다.2007년까지 CMOS 액티브픽셀 센서의 판매량은 CCD 센서를 넘어섰으며, 당시 CMOS 센서는 전 세계 이미지 센서 시장의 54%를 차지했습니다.2012년까지 CMOS 센서는 시장 점유율을 74%까지 끌어올렸습니다.2017년 기준 CMOS 센서는 전 세계 이미지 센서 [25]매출의 89%를 차지하고 있다.최근에는 [when?]CMOS 센서 테크놀로지가 중형 사진술로 확산되어 Phase 1이 Sony제 CMOS 센서를 탑재한 최초의 중형 디지털 백을 출시했습니다.

2012년 소니는 적층형 CMOS [24]BI 센서를 선보였다.Fossum은 현재 Quanta Image Sensor([26]QIS) 기술에 대한 연구를 수행하고 있다.QIS는 다트마우스에서 발명된 카메라의 이미지를 수집하는 방식에 있어서 혁명적인 변화입니다.QIS에서는 이미지 센서를 타격하는 모든 광자를 카운트하여 센서당 10억 이상의 특수 광원소(jots라고 함)의 분해능을 제공하고 초당 수백 또는 수천 번 jot 비트플레인 읽기를 통해 테라비트/초의 [27]데이터를 생성하는 것이 목표입니다.

OmniVision의 Boyd Fowler는 CMOS 이미지 센서 개발로 잘 알려져 있습니다.1994년 최초의 디지털 화소 CMOS 이미지 센서, 2003년 최초의 단일 전자 RMS 읽기 노이즈를 탑재한 과학적 선형 CMOS 이미지 센서, 동시에 높은 다이내믹 레인지(86dB), 고속 읽기(100프레임/초), 초저 읽기 노이즈(12e-RMS)를 탑재한 최초의 수백만 화소 과학 영역 CMOS 이미지 센서 등입니다.2010년.그는 또한 환자의 [28][29]편안함을 위해 모서리가 잘린 구강간 X선용 최초의 CMOS 이미지 센서 특허를 취득했습니다.

2010년대 후반까지 CMOS 센서는 CCD 센서를 완전히 대체하지는 못했지만 대부분 대체되었습니다. CMOS 센서는 기존 반도체 생산 라인에서 제조할 수 있을 뿐만 아니라 비용도 절감할 수 있을 뿐만 아니라 몇 가지 이점을 예로 들자면 전력 소비도 적기 때문입니다.(아래 참조)

HV-CMOS

HV-CMOS 장치는 CERN 대형 강입자 충돌기와 같이 최대 30~120V의 높은 차단 전압이 [30]필요한 고전압 애플리케이션(고에너지 입자 감지용)에 사용되는 일반 CMOS 센서의 특수 케이스입니다.그러나 이러한 장치는 고전압 전환에는 사용되지 않습니다.[30]HV-CMOS는 일반적으로 p형 웨이퍼 [30]기판상의 트랜지스터의 최대 10µm 깊이의 n도프 고갈 영역(n웰)에 의해 구현된다.

CCD와의 비교

APS 픽셀은 패시브 픽셀 센서의 속도와 확장성 문제를 해결합니다.일반적으로 CCD보다 소비전력이 적고 이미지 지연이 적어 제조설비의 전문성이 떨어집니다.CCD와 달리 APS 센서는 동일한 집적회로 내에서 이미지 센서 기능과 이미지 처리 기능을 결합할 수 있습니다.APS 센서는 많은 소비자 애플리케이션, 특히 카메라 폰에서 시장을 찾아냈습니다.디지털 방사선 촬영, 군용 초고속 영상 획득, 보안 카메라, 광학 마우스 등 다른 분야에서도 사용되고 있다.제조사에는 Aptina Imaging(2001년 포토비트를 인수한 마이크론 테크놀로지로부터의 독립 스핀아웃), 캐논, 삼성, STMicroelectronics, 도시바, 옴니비전 테크놀로지, 소니, Foveon 등이 있다.CMOS 타입의 APS 센서는, 통상은 패키징, 전원 관리, 및 온칩 처리가 중요한 애플리케이션에 적합합니다.CMOS 타입의 센서는, 하이엔드 디지털 사진으로부터 휴대 전화 카메라까지 폭넓게 사용되고 있습니다.

CCD와 비교한 CMOS의 장점

CCD 이미지로 블루밍

CMOS 센서의 주된 장점은 이미지 캡처와 이미지 센싱 요소를 동일한 IC에 조합할 수 있기 때문에 일반적으로 CCD 센서보다 제작 비용이 저렴하다는 것입니다.또한 간단한 구조가 [31]요구됩니다.

CMOS 센서는 일반적으로 블루밍(초과노출된 픽셀에서 인근 다른 픽셀로의 광전하 블리딩)을 더 잘 제어합니다.

반면에 대부분splitter 프리즘 하나가 CCD센서의 다른 두 거울 속 모습 be[의심스러운 –을 논의하]에 i. 이미지를 읽어 보라고 했다 필요에 이미지의 빔 스플리터 프리즘과 함께에 적색, 녹색 및 파랑 구성 요소를 해결하기 위해 별도의 센서를 사용한다three-sensor 카메라 시스템에서 3개 CMOS 센서, 동일할 수 있호환되는 주문 nCCD 센서와 달리 CMOS 센서는 센서 요소의 어드레싱을 반전시킬 수 있습니다.ISO 400만 필름 속도의 CMOS 센서가 존재합니다.[32]

CCD와 비교한 CMOS의 단점

롤링 셔터에 의한 왜곡.2개의 블레이드는 동일한 직선을 형성해야 합니다.이것은 근접 블레이드의 경우와 다릅니다.과장된 효과는 프레임 판독과 동시에 프레임 내에서 근접 블레이드의 광학 위치가 낮아지기 때문입니다.
또한 수직 호 세그먼트를 청소하는 테일 로터의 블레이드는 동일한 사진 측면을 공유함에도 불구하고 수평 호 세그먼트를 청소하는 테일 로터의 블레이드보다 이 효과에 의해 더 왜곡됩니다. (일관된 판독 진행을 가정할 때, 이 이미지의 현명한 레버 분석은 회전 속도 비율을 확인할 수 있습니다.2축 시스템).

CMOS 센서는 일반적으로 약 1/60초 또는 1/50초 이내의 행을 캡처하므로(새로고침 레이트에 따라 다름) 이미지가 좌우로 기울어지는 '롤링 셔터' 효과가 발생할 수 있습니다(카메라 또는 피사체의 이동 방향에 따라 좌우로 기울어짐).예를 들어, 고속으로 주행하는 차량을 추적하면 차량이 뒤틀리는 일은 없지만 배경이 기울어진 것처럼 보입니다.프레임 전송 CCD 센서 또는 "글로벌셔터" CMOS 센서에서는 이 문제가 발생하지 않습니다.대신 이미지 전체를 한 번에 프레임스토어에 캡처합니다.

CCD 센서의 오랜 장점은 노이즈가 [33]적은 이미지를 캡처할 수 있다는 것입니다.CMOS 기술이 향상됨에 따라 이러한 이점은 2020년 현재 종료되었으며, 최신 CMOS 센서는 CCD [34]센서를 능가할 수 있습니다.

CMOS 픽셀의 활성 회로는 표면의 일부 영역을 차지하여 빛에 민감하지 않기 때문에 장치의 광자 검출 효율이 저하됩니다(마이크로렌즈 및 백라이밍 센서는 이 문제를 완화할 수 있습니다).단, 프레임 전송 CCD에는 프레임스토어 노드의 약 절반의 비감응 영역도 있기 때문에 비교되는 센서의 종류에 따라 상대적인 이점이 달라집니다.

아키텍처

화소

3 트랜지스터 액티브픽셀 센서

표준 CMOS APS 픽셀은 광검출기(핀형 포토다이오드),[2] 플로팅 확산 및 전송 게이트, 리셋 게이트, 선택 게이트 및 소스 폴로어 읽기 트랜지스터를 [35]포함한 4개의 CMOS(상보 금속 산화물 반도체) 트랜지스터로 구성된 이른바 4T 셀로 구성됩니다.핀형 포토 다이오드는 원래 어두운 전류와 청색 응답성이 좋기 때문에 인터라인 전송 CCD에 사용되었으며, 전송 게이트와 결합하면 핀형 포토 다이오드에서 플로팅 확산(읽기 트랜지스터의 게이트에 더욱 연결됨)으로 완전한 전하 전송이 가능하여 지연을 제거합니다.픽셀 내 전하 전송을 사용하면 상관된 이중 샘플링(CDS)을 사용할 수 있으므로 노이즈를 줄일 수 있습니다.제작 요건이 덜 복잡하기 때문에 Noble 3T 픽셀이 여전히 사용될 수 있습니다.3T 픽셀은 전송 게이트 및 포토 다이오드를 제외하고 4T 픽셀과 동일한 요소로 구성됩니다.리셋 트랜지스터 M은rst 플로팅 확산을 V로RST 리셋하는 스위치 역할을 하며, 이 경우 M 트랜지스터의sf 게이트로 표시됩니다.리셋 트랜지스터가 켜지면 포토다이오드가 전원 공급 장치RST V에 효과적으로 연결되어 모든 통합 전하를 지웁니다.리셋 트랜지스터는 n타입이므로 픽셀은 소프트리셋으로 동작합니다.판독 트랜지스터 M은sf 누적된 전하를 제거하지 않고 픽셀 전압을 관측할 수 있는 증폭기인 버퍼(특히 소스 팔로어) 역할을 합니다.일반적으로 리셋 트랜지스터DD V의 전원 공급 장치인 V는 리셋 트랜지스터 V는 리셋 트랜지스터RST V의 전원 공급 장치에 연결됩니다.선택 트랜지스터 M을sel 사용하면 판독 전자 장치로 픽셀 어레이의 단일 행을 읽을 수 있습니다.5T와 6T 픽셀과 같은 픽셀의 다른 혁신도 존재합니다.트랜지스터를 추가함으로써 일반적인 롤링 셔터와 달리 글로벌 셔터 등의 기능을 이용할 수 있다.픽셀 밀도를 높이기 위해 공유행, 4방향 및 8방향 공유 읽기 및 기타 아키텍처를 사용할 수 있습니다.3T 액티브 픽셀의 변형은 Dick Merrill이 발명한 Foveon X3 센서입니다.3개의 포토다이오드를 평면 제작 기술을 이용해 겹쳐 쌓고, 각 포토다이오드는 각각 독자적인 3T회로를 가진다.각각의 연속된 층은 연속된 층에서 흡수된 빛의 스펙트럼을 이동시키는 그 아래 층의 필터 역할을 합니다.각 층 검출기의 응답을 디콘볼루션함으로써 적색, 녹색 및 청색 신호를 재구성할 수 있습니다.

어레이

전형적인 2차원 픽셀 배열은 행과 열로 구성됩니다.지정된 행의 픽셀은 리셋 라인을 공유하기 때문에 한 번에 전체 행이 리셋됩니다.행에 있는 각 픽셀의 행 선택 라인도 함께 연결됩니다.주어진 열에 있는 각 픽셀의 출력은 서로 연결됩니다.한 번에 하나의 행만 선택되므로 출력 라인에 대한 경합은 발생하지 않습니다.추가 앰프 회로는 일반적으로 컬럼을 기반으로 합니다.

크기

픽셀 센서의 크기는 종종 높이와 너비로 표시되지만 광학 형식으로도 표시됩니다.

측면 및 수직 구조

Active-Pixel Sensor(APS; 액티브픽셀 센서) 구조에는 가로형 APS와 세로형 APS의 [1]2종류가 있습니다.Eric Fossum은 다음과 같이 측면 APS를 정의합니다.

가로형 APS 구조는 광검출 및 신호기억에 사용되는 화소영역의 일부를 가진 것으로 정의되며, 다른 부분은 액티브 트랜지스터에 사용된다.이 어프로치의 장점은 수직 통합형 APS에 비해 제조 프로세스가 간단하고 최신 CMOS 및 CCD 디바이스 [1]프로세스와의 호환성이 높다는 것입니다.

Fossum은 다음과 같이 수직 APS를 정의합니다.

수직 APS 구조는 출력 트랜지스터 [1]아래에 신호 전하를 저장함으로써 충전율을 증가시킨다(또는 픽셀 크기를 감소시킨다).

박막 트랜지스터

2 트랜지스터 액티브/패시브 픽셀 센서

광역 디지털 X선 이미징 등의 어플리케이션에서는 박막 트랜지스터(TFT)를 APS 아키텍처에서도 사용할 수 있습니다.다만, CMOS 트랜지스터에 비해 TFT의 사이즈가 크고, 트랜지던스 게인이 낮기 때문에, 화상 해상도와 화질을 적정 레벨로 유지하기 위해서는 온픽셀 TFT의 수가 적어야 합니다.2개의 트랜지스터 APS/PPS 아키텍처는 비정질 실리콘 TFT를 사용하는 APS에 적합한 것으로 나타났습니다.우측의 2 트랜지스터 APS 아키텍처에서는 T가AMP 3 트랜지스터 APS에서의 M과sel M의 기능을 통합한sf 스위치 앰프로 사용된다.이로 인해 픽셀당 트랜지스터 수가 감소하고 픽셀 트랜지턴스 이득이 [36]증가합니다.여기서 C는pix 화소 기억용량이며, ON-OFF 전환을 위해 "Read"의 어드레싱 펄스를 T의 게이트에AMP 캐패시티브하게 결합하는 데도 사용된다.이러한 픽셀 판독 회로는 비정질 셀레늄과 같은 저용량 광도체 검출기에서 가장 잘 작동합니다.

설계 변종

다양한 픽셀 디자인이 제안되고 제작되었습니다.표준 픽셀은 활성 픽셀에 가능한 한 와이어 수가 적고 가장 촘촘하게 채워진 트랜지스터를 사용합니다.광검출기를 위한 공간을 확보하기 위해 픽셀 내의 활성 회로는 가능한 한 공간을 적게 차지하는 것이 중요합니다.트랜지스터 카운트가 높으면 필 팩터, 즉 빛에 민감한 픽셀 영역의 백분율이 저하됩니다.픽셀 사이즈는 노이즈 저감이나 이미지 지연 감소와 같은 바람직한 품질과 교환할 수 있습니다.노이즈는 입사광을 측정할 수 있는 정확도의 척도입니다.지연은 이전 프레임의 트레이스가 미래 프레임에 남아 있는 경우, 즉 픽셀이 완전히 재설정되지 않은 경우에 발생합니다.소프트 컨버전스(게이트 전압 조절) 픽셀의 전압 노이즈 분산은 n / { {{n} =이지만 이미지 지연 및 고정 패턴 노이즈에 문제가 있을 수 있습니다.rms 전자에서 노이즈는 e C / q { } ={ { k }입니다.

하드 리셋

하드 재설정을 통해 픽셀을 작동하면 V / } = N T q {} = {의 포토다이오드에서 Johnson-Nyquist 노이즈가 발생합니다. 단, 이미지 지연을 방지하며 바람직한 트레이드오프일 수 있습니다.하드 리셋을 사용하는 한 가지 방법은 M을 p형 트랜지스터로 교체하고rst RST 신호의 극성을 반전시키는 것입니다.p-타입 디바이스와 n-디바이스 사이에 여분의 공간이 필요하기 때문에 p-타입 디바이스의 존재는 충전율을 감소시킵니다.또, n타입 리셋 FET의 일반적인 장점인 오버플로우 방지 드레인으로서 리셋트 트랜지스터를 사용할 가능성도 배제합니다.n형 FET를 사용하여 하드 재설정을 달성하는 또 다른 방법은 RST의 온전압에 비해 V의 전압을RST 낮추는 것입니다.이렇게 감소하면 헤드룸 또는 풀웰 충전 용량이 줄어들 수 있지만 V가 원래 전압으로 별도의 와이어를 통해 라우팅되지 않는DD 한 충전율에는 영향을 주지 않습니다.

하드 리셋과 소프트 리셋의 조합

플래시 리셋, 의사 플래시 리셋, 소프트에서 소프트로 리셋하는 등의 기술은 소프트 리셋과 하드리셋을 조합하고 있습니다.이러한 방법의 세부 사항은 다르지만 기본 개념은 동일합니다.우선 하드 리셋을 실시하여 이미지 지연을 없앱니다.다음으로 소프트 리셋을 실시하여 [37]지연을 추가하지 않고 노이즈가 낮은 리셋합니다.유사 플래시 재설정은 V와DD V를 분리해야RST 하며, 다른 두 가지 기술은 더 복잡한 열 회로를 추가합니다.특히 의사 플래시 리셋과 소프트 리셋은 모두 픽셀 전원과 실제DD V 사이에 트랜지스터를 추가합니다.그 결과 충진율에 영향을 주지 않고 여유 공간이 줄어듭니다.

액티브 리셋

보다 급진적인 픽셀 설계는 액티브 리셋 픽셀입니다.액티브 리셋을 실시하면, 노이즈 레벨이 큰폭으로 낮아집니다.이 트레이드오프는 복잡한 리셋 방식일 뿐만 아니라 훨씬 더 큰 픽셀 또는 여분의 컬럼 레벨 회로입니다.

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크

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