픽셀이란 무엇입니까? 어떤 구조입니까? 그런 의문을 가지고 있는 분은 이 사이트에 써 있으므로 읽어 보세요. 이미지 센서 전체를 알고 싶은 경우는, 이하의 기사에 기재하고 있으므로 그쪽도 꼭 확인해 보세요.
그렇다면 픽셀이란 무엇입니까? 픽셀이란 간단히 말하면, 빛을 전하로 변환시키는 부분이 됩니다. 이 동작을 광전 변환이라고 합니다. 아래 이미지의 빨간색으로 둘러싸인 부분이 1화소가 됩니다. 1화소라면 어느 1점의 밝기를 측정할 뿐입니다. 그 화소가 어레이상에 집합하는 것으로, 1장의 화상을 만들어낼 수 있게 됩니다.
화소 구조는 3트랜지스터형 화소와 4트랜지스터형 화소로 불리는 화소 구조를 갖는다. 여기에서는, 그 2개의 화소 구조에 대해 해설해 갑니다.
3트랜지스터형의 화소 구조
우선, 3트랜지스터형의 화소 구조에 대해서입니다. 그 이름대로 3개의 트랜지스터를 이용한 화소 구조가 됩니다.
구성하는 3개의 트랜지스터는 리셋 트랜지스터, 행 선택 트랜지스터 및 증폭 트랜지스터이다. 이 화소 구조의 기본적인 동작으로서는 PD에 광이 입사하여 광전 변환에 의해 전하가 발생한다. 그 전하를 PD로 축적해, PD의 전위가 변화합니다. 여기서 PD의 전위를 소스 팔로워 회로로부터 판독 Vsig로서 취득한다. 그 후 리셋 트랜지스터를 켜서 PD를 리셋하고 직후 전압을 읽어 Vrst를 얻는다. 이 두 신호의 차이를 취하여 고정 패턴 노이즈를 제거할 수 있습니다. 반면에이 픽셀 구조에서는 먼저 Vsig를 얻은 다음 Vrst를 얻습니다. 이 경우 두 신호 사이에 상관성이 없으므로 리셋 노이즈를 제거할 수 없다는 문제가 있습니다.
4트랜지스터형의 화소 구조
3트랜지스터형의 화소 구조에서는 리셋 노이즈를 제거할 수 없다는 문제점이 있었다. 거기서 새롭게 개발된 것이 4트랜지스터형의 화소 구조가 됩니다. 이 픽셀 구조는 이름대로 4개의 트랜지스터를 이용한 픽셀 구조입니다. 앞서 설명한 3트랜지스터형의 화소 구조에 전송 게이트 TX와 부유 확산층 FD를 추가한 구조가 됩니다.
이 화소 구조의 동작은 입사광에 의해 PD에 신호 전하가 축적된다. 그 때, FD에 축적되어 있는 노이즈 성분을 리셋 트랜지스터를 온으로 함으로써 노이즈 성분을 제거합니다. 리셋 직후의 FD의 전위를 판독 Vrst로 합니다. 그런 다음 PD에 저장된 신호를 전송 게이트 TX를 켜서 FD로 전송합니다. 신호 전하에 의해 FD의 전위가 변화하기 때문에 Vsig로 읽습니다. 이 때 Vsig와 Vrst의 차분을 취하여 신호를 출력합니다. 앞서 설명한 3트랜지스터형의 화소 구조에서는, Vrst를 다음 프레임으로부터 취득하고 있기 때문에 상관성이 없었다. 한편, 4트랜지스터형의 화소 구조에서는 먼저 Vrst를 취득하기 때문에, Vrst와 Vsig가 같은 리셋 노이즈를 가지게 됩니다. 그 때문에 두 개의 차분을 취하는 것으로 리셋 노이즈를 제거하는 것이 가능하게 되었습니다.
이 4트랜지스터형의 화소 구조에서는, 매립 포토 다이오드를 채용할 수 있습니다. 이 구조는 원래 CCD에서 사용되었던 기술이지만 CMOS 이미지 센서에도 사용되었습니다. (대 발명) 이 구조를 채용함으로써 PD의 표면에서 발생하고 있던 암전류의 발생을 억제할 수 있게 되어, CMOS 이미지 센서의 저노이즈화가 가속되었습니다.
정리
그럼, 이번 기사의 정리입니다.
Q. 화소란 무엇입니까?
A. 이미지 센서 내의 광전 변환을 수행하는 부분
Q.3 트랜지스터형 화소와 4 트랜지스터형 화소의 차이는?
A.4 트랜지스터형 화소는 3트랜지스터형에 전송 게이트를 추가한 구조가 됩니다.
PD로 전압을 취득하는지, FD에 전송하고 나서 전압을 취득하는지의 차이가 있습니다.
여기까지 읽어 주셔서 감사합니다. 좋으면 북마크 등록, 부탁드립니다.
コメント