特開 2022-132022 イメージセンサ及びイメージセンサの動作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022132022

(43)【公開日】2022-09-07

(54)【発明の名称】イメージセンサ及びイメージセンサの動作方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/374 20110101AFI20220831BHJP

   H04N 5/378 20110101ALI20220831BHJP

   H04N 5/357 20110101ALI20220831BHJP

【ＦＩ】

H04N5/374

H04N5/378

H04N5/357

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021120445

(22)【出願日】2021-07-21

(31)【優先権主張番号】10-2021-0026455

(32)【優先日】2021-02-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】310024033

【氏名又は名称】エスケーハイニックス株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＫ ｈｙｎｉｘ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】２０９１， Ｇｙｅｏｎｇｃｈｕｎｇ－ｄａｅｒｏ，Ｂｕｂａｌ－ｅｕｂ，Ｉｃｈｅｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ソ ソン ウク

(72)【発明者】

【氏名】シン ミン ソク

(72)【発明者】

【氏名】クォン オ ジュン

(72)【発明者】

【氏名】キム ハン サン

(72)【発明者】

【氏名】ソ ガン ボン

(72)【発明者】

【氏名】ソン ジョン ウン

【テーマコード（参考）】

5C024

【Ｆターム（参考）】

5C024CX03

5C024GX03

5C024GX16

5C024GX18

5C024GY39

5C024GY41

5C024HX23

5C024HX28

5C024HX29

5C024HX50

(57)【要約】

【課題】ノイズを減らすことができるイメージセンサを提供する。
【解決手段】イメージセンサ１００は、ピクセル信号を出力するノーマルピクセルＰ＿００～Ｐ＿ＮＭと、各々リセット信号を出力する複数のダミーピクセルＰ＿Ｄ０～Ｐ＿ＤＭと、ノーマルピクセルＰ＿００～Ｐ＿ＮＭから出力されたピクセルデータと複数のダミーピクセルＰ＿Ｄ０～Ｐ＿ＤＭから出力されたリセット信号との平均値を用いてピクセルデータをアナログ－デジタル変換するアナログ－デジタル変換回路１５０とを備えることができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピクセル信号を出力するノーマルピクセルと、
各々リセット信号を出力する複数のダミーピクセルと、
前記ノーマルピクセルから出力されたピクセルデータと前記複数のダミーピクセルから出力されたリセット信号との平均値を用いて前記ピクセルデータをアナログ－デジタル変換するアナログ－デジタル変換回路と、
を備えるイメージセンサ。

【請求項2】

前記複数のダミーピクセルは、自分のリセット信号を同時に出力し、
前記複数のダミーピクセルからリセット信号が同時に出力される区間で前記複数のダミーピクセルの出力端は互いに連結される請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項3】

複数のローと複数のコラムとを備え、前記複数のローのうち、ダミーローの前記複数のコラムには、複数のダミーピクセルが配列され、前記複数のローのうち、ノーマルローの各々の前記複数のコラムには、複数のノーマルピクセルが配列されるピクセルアレイと、
前記複数のコラムの出力ラインの各々に備えられて、自分に対応する出力ラインから電流をシンキングするための複数の電流源と、
前記複数のダミーピクセルから前記複数の出力ラインに出力されるリセット信号と、前記ノーマルローのうち、選択されたノーマルローのノーマルピクセルから前記複数の出力ラインに出力されるピクセル信号とを用いてアナログ－デジタル変換動作を行うアナログ－デジタル変換回路と、
前記複数のダミーピクセルから前記リセット信号が出力される区間で前記複数の出力ラインを電気的に連結するための複数のスイッチと、
を備えるイメージセンサ。

【請求項4】

ダミーロー選択信号の活性化の際に前記ダミーローの前記ダミーピクセルからリセット信号が前記複数の出力ラインに出力され、
前記複数のスイッチは、前記ダミーロー選択信号の活性化の際にターンオンされる請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項5】

前記アナログ－デジタル変換回路は、
前記複数の出力ラインの各々に対応し、自分に対応する出力ラインの信号とランプ信号とを受信して動作する複数の比較器と、
前記複数の比較器の出力に応答してデジタルコードを生成する複数のカウンタ回路と、
を備える請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項6】

前記複数の出力ラインに前記リセット信号が出力される区間で前記複数の比較器はオートゼロイングされ、
前記複数の出力ラインに前記ピクセル信号が出力される区間で前記複数の比較器の出力に応答して前記デジタルコードが生成される請求項５に記載のイメージセンサ。

【請求項7】

前記複数のノーマルピクセルの各々は、
第１のノードに連結された光感知器と、
リセット信号に応答して前記第１のノードをリセットするためのリセットトランジスタと、
伝達信号に応答して前記第１のノードとフローティングディフュージョンノードとを電気的に連結するための伝達トランジスタと、
前記フローティングディフュージョンノードに連結されたキャパシタと、
前記フローティングディフュージョンノードの電圧に応答して電流を供給するための駆動トランジスタと、
ロー選択信号に応答して、前記駆動トランジスタにより供給される電流を対応する出力ラインに出力するための選択トランジスタと、
を備える請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項8】

前記複数のダミーピクセルの各々は、
第２のノードに連結された光感知器と、
ダミーリセット信号に応答して前記第２のノードをリセットするためのダミーリセットトランジスタと、
ダミー伝達信号に応答して、前記第２のノードとダミーフローティングディフュージョンノードとを電気的に連結するためのダミー伝達トランジスタと、
前記ダミーフローティングディフュージョンノードに連結されたダミーキャパシタと、
前記ダミーフローティングディフュージョンノードの電圧に応答して電流を供給するためのダミー駆動トランジスタと、
ダミーロー選択信号に応答して、前記ダミー駆動トランジスタにより供給される電流を対応する出力ラインに出力するためのダミー選択トランジスタと、
を備える請求項７に記載のイメージセンサ。

【請求項9】

前記ダミーリセット信号と前記ダミー伝達信号とは、活性化状態を維持する請求項８に記載のイメージセンサ。

【請求項10】

複数のダミーピクセルから複数の出力ラインにリセット信号が出力されるステップと、
前記複数の出力ラインが電気的に連結されるステップと、
前記複数の出力ラインの電圧とランプ信号とが複数の比較器に印加された状態で前記複数の比較器がオートゼロイングされるステップと、
を含むイメージセンサの動作方法。

【請求項11】

前記オートゼロイング以後に前記複数の出力ラインが電気的に分離されるステップと、
複数のノーマルピクセルから前記複数の出力ラインにピクセル信号が出力されるステップと、
前記複数の出力ラインの電圧と前記ランプ信号とが前記複数の比較器に印加された状態でランピング動作が行われるステップと、
前記ランピング動作の際に前記複数の比較器の出力に応答して複数のデジタルコードが生成されるステップと、
を含む請求項１０に記載のイメージセンサの動作方法。

【請求項12】

複数のローとコラムとを備え、前記ローにはダミーピクセルローが含まれるピクセルアレイと、
前記コラムの各々に連結される出力ラインと、
オートゼロイング動作の間に前記出力ラインを電気的に連結するためのスイッチ回路と、
前記出力ラインの各々に連結された比較器を備え、前記連結された出力ラインを介して前記ダミーピクセルローから提供されるリセット信号を用いて前記比較器に対する前記オートゼロイング動作を行うアナログ－デジタル変換回路と、
を備えるイメージセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本特許文献は、イメージセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、一定の範囲の距離を同時に測定して３Ｄ距離映像を提供するイメージセンサが開発されている。このような距離映像を取得することは、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）技術に基盤をおく。この技術は、イメージセンサ近くにある光源から照射された光が物体に反射されて戻ってくるまでにかかった時間を測定して距離を測定する。

【0003】

ＴＯＦ技術は、大別して２つの方式に分けられるが、直接（ｄｉｒｅｃｔ）方式と間接（ｉｎｄｉｒｅｃｔ）方式がそれである。直接方式は、パルス（ｐｕｌｓｅ）形態の光（ｌｉｇｈｔ）を照射した後、反射された光が受光されれば、その所要時間を距離に換算する方式である。直接方式は、光束に鑑みるとき、パルス幅をなるべく小さくしてはじめて精密度が向上し得る。また、直接方式は、時間計測が極めて精密でなければならない。

【0004】

一方、間接方式は、ＴＯＦを直接測定せずに、光を変調（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）して照射した後、反射された光との位相差を測定して距離を抽出する方式で実現される。具体的に、間接方式は、互いに異なる時間に活性化されるピクセルを用いて反射された光を感知し、互いに異なる時間に活性化されたピクセルが受信した光の量の差を利用して物体までの距離を測定できる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の実施形態等は、イメージセンサのノイズを減らすことができる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態に係るイメージセンサは、ピクセル信号を出力するノーマルピクセルと、各々リセット信号を出力する複数のダミーピクセルと、前記ノーマルピクセルから出力されたピクセルデータと前記複数のダミーピクセルから出力されたリセット信号との平均値を用いて前記ピクセルデータをアナログ－デジタル変換するアナログ－デジタル変換回路とを備えることができる。

【0007】

本発明の他の実施形態に係るイメージセンサは、複数のロー（ｒｏｗｓ）と複数のコラム（ｃｏｌｕｍｎｓ）とを備え、前記複数のローのうち、ダミーローの前記複数のコラムには、複数のダミーピクセルが配列され、前記複数のローのうち、ノーマルローの各々の前記複数のコラムには、複数のノーマルピクセルが配列されるピクセルアレイと、前記複数のコラムの出力ラインの各々に備えられて、自分に対応する出力ラインから電流をシンキングするための複数の電流源と、前記複数のダミーピクセルから前記複数の出力ラインに出力されるリセット信号と、前記ノーマルローのうち、選択されたノーマルローのノーマルピクセルから前記複数の出力ラインに出力されるピクセル信号とを用いてアナログ－デジタル変換動作を行うアナログ－デジタル変換回路と、前記複数のダミーピクセルから前記リセット信号が出力される区間で前記複数の出力ラインを電気的に連結するための複数のスイッチとを備えることができる。

【0008】

本発明の一実施形態に係るイメージセンサの動作方法は、複数のダミーピクセルから複数の出力ラインにリセット信号が出力されるステップと、前記複数の出力ラインが電気的に連結されるステップと、前記複数の出力ラインの電圧とランプ電圧とが複数の比較器に印加された状態で前記複数の比較器がオートゼロイングされるステップとを含むことができる。

【0009】

本発明のさらに他の実施形態に係るイメージセンサは、複数のローとコラムとを備えるピクセルアレイ（前記ローにはダミーピクセルローが含まれる）と、前記コラムの各々に連結される出力ラインと、オートゼロイング動作の間に前記出力ラインを電気的に連結するためのスイッチ回路と、前記出力ラインの各々に連結された比較器を備え、前記連結された出力ラインを介して前記ダミーピクセルローから提供されるリセット信号を用いて前記比較器に対する前記オートゼロイング動作を行うアナログ－デジタル変換回路とを備えることができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明の実施形態等によれば、イメージセンサのノイズを減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るイメージセンサ１００の構成図。

【図2】図１のノーマルピクセルＰ＿１１とダミーピクセルＰ＿Ｄ１との一実施形態の構成図。

【図3】図１のアナログ－デジタル変換回路１５０の一実施形態の構成図。

【図4】図１のイメージセンサ１００の動作を説明するためのタイミング図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できるように詳細に説明するために、本発明の最も望ましい実施形態を添付図面を参照して説明する。本発明を説明するにあたり、本発明の要旨と関係ない公知の構成は省略されることができる。各図面の構成要素に参照符号を付するにあたり、同じ構成要素に限っては、例え他の図面上に表示されても、なるべく同じ符号を有するようにしていることに留意すべきである。

【0013】

図１は、本発明の一実施形態に係るイメージセンサ１００の構成図である。

【0014】

図１に示すように、イメージセンサ１００は、ピクセルアレイ１１０、ローデコーダ１２０、ランプ生成器１３０、電流源１４０＿０～１４０＿Ｍ、スイッチ１４１＿０～１４１＿Ｍ－１、及びアナログ－デジタル変換回路１５０を備えることができる。

【0015】

ピクセルアレイ１１０は、複数のロー（ｒｏｗｓ）とコラム（ｃｏｌｕｍｎｓ）とで配列されたピクセルを含むことができる。ここでは、ピクセルアレイが１個のダミー（ｄｕｍｍｙ）ローとＮ＋１個のノーマル（ｎｏｒｍａｌ）ローを備え、Ｍ＋１個のコラムを備えることを例示した（ＮとＭは、１以上の任意の整数）。ピクセルアレイ１１０の最上端のローがダミーローに該当するが、ダミーローのコラムには、ダミーピクセルＰ＿Ｄ０～Ｐ＿ＤＭが配列され得る。ノーマルローの各々のコラムには、ノーマルピクセルＰ＿００～Ｐ＿ＮＭが配列され得る。

【0016】

ローデコーダ１２０は、ピクセルアレイ１１０のピクセルを制御するための各種信号、例えば、リセット信号ＲＸ＿０～ＲＸ＿Ｎ、伝達信号ＴＸ＿０～ＴＸ＿Ｎ、選択信号ＳＸ＿０～ＳＸ＿Ｎなどを生成できる。

【0017】

ランプ生成器１３０は、アナログ－デジタル変換回路１５０のアナログ－デジタル変換動作に使用するランプ信号ＲＡＭＰを生成できる。

【0018】

電流源１４０＿０～１４０＿Ｍは、ピクセルアレイ１１０の出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍから電流をシンキング（ｓｉｎｋｉｎｇ）することができる。出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍの電圧レベルは、ピクセルアレイのピクセルのうち、選択されたピクセルから出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍにソーシング（ｓｏｕｒｃｉｎｇ）される電流量と電流源１４０＿０～１４０＿Ｍのシンキング電流量により決定されることができる。電流源１４０＿０～１４０＿Ｍは、ピクセルアレイ１１０の増幅素子（例、２１５、２２５）のソースフォロワー（ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｗｅｒ）を構成するためのものである。

【0019】

スイッチ１４１＿０～１４１＿Ｍ－１は、ピクセルアレイ１１０のダミーピクセルＰ＿Ｄ０～Ｐ＿ＤＭから出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍにリセット信号が出力される区間で出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍを電気的に連結することができる。スイッチ１４１＿０～１４１＿Ｍ－１は、ダミーロー選択信号Ｄ＿ＳＸに応答してターンオンされることができる。スイッチ１４１＿０～１４１＿Ｍ－１を使用することによりリセット信号のノイズを減らすことができるが、これに関する詳細な内容は、後述する。

【0020】

アナログ－デジタル変換回路１５０は、ダミーピクセルＰ＿Ｄ０～Ｐ＿ＤＭから出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍに出力されるリセット信号（リセットされたフローティングディフュージョンノードの電圧に対応する信号）と、ノーマルローのうち、選択されたノーマルローのノーマルピクセルから出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍに出力されるピクセル信号（感知された光に対応するフローティングディフュージョンノードの電圧に対応する信号）とを用いてアナログ－デジタル変換動作を行うことができる。アナログ－デジタル変換回路１５０は、リセット信号を基準にオートゼロイング（ａｕｔｏ ｚｅｒｏｉｎｇ）動作を行い、ピクセル信号をアナログ－デジタル変換することができる。

【0021】

図２は、図１のノーマルピクセルＰ＿１１とダミーピクセルＰ＿Ｄ１との一実施形態の構成図である。図２では、ピクセルアレイ１１０において同じコラムに位置したノーマルピクセルＰ＿１１とダミーピクセルＰ＿Ｄ１とを図示した。ピクセルアレイ１１０の残りのノーマルピクセルとダミーピクセルも図２と同様に構成されることができる。

【0022】

図２に示すように、ノーマルピクセルＰ＿１１は、光感知器２１１、リセットトランジスタ２１２、伝達トランジスタ２１３、キャパシタ２１４、駆動トランジスタ２１５、及び選択トランジスタ２１６を備えることができる。

【0023】

光感知器２１１は、光電変換機能を行うことができる。光感知器１１１は、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、フォトトランジスタ（ｐｈｏｔｏ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、フォトゲート（ｐｈｏｔｏ ｇａｔｅ）、ピンドフォトダイオード（ｐｉｎｎｅｄ ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）、及びこれらの組み合わせのうち、少なくともいずれか１つを用いて実現されることができる。光感知器２１１は、モジュレーション信号（ＭＩＸＡ）に応答して露出が決定され得る。例えば、光感知器２１１は、モジュレーション信号（ＭＩＸＡ）がハイレバルである区間で光を感知できる。

【0024】

リセットトランジスタ２１２は、リセット信号ＲＸ＜１＞に応答して光感知器２１１が連結されたノードＡに電源電圧を供給して初期化することができる。伝達トランジスタ２１３は、伝達信号ＴＸ＜１＞に応答してノードＡとフローティングディフュージョンノードＦＤとを電気的に連結することができる。フローティングディフュージョンノードＦＤは、光感知器２１１が感知したチップに対応する電荷または初期化電圧に対応する電荷が蓄積されるノードであることができる。フローティングディフュージョンノードＦＤには、キャパシタ２１４が連結され得る。駆動トランジスタ２１５は、ゲートがフローティングディフュージョンノードＦＤに連結され、ドレインとソースとが電源電圧端と選択トランジスタ２１６との間に連結されることができる。駆動トランジスタ２１５は、フローティングディフュージョンノードＦＤの電圧レベルによって選択トランジスタ２１６に電流を供給できる。選択トランジスタ２１６は、選択信号ＳＸ＜１＞の活性化の際に駆動トランジスタ２１５から伝達される電流を出力ラインＰＯＵＴ＿１に伝達することができる。

【0025】

ダミーピクセルＰ＿Ｄ１は、ノーマルピクセルＰ＿１１と同様に、ダミー光感知器２２１、ダミーリセットトランジスタ２２２、ダミー伝達トランジスタ２２３、ダミーキャパシタ２２４、ダミー駆動トランジスタ２２５、及びダミー選択トランジスタ２２６を備えることができる。ダミーピクセルＰ＿Ｄ１は、ノーマルピクセルＰ＿１１を摸写（ｒｅｐｌｉｃａｔｅ）してリセットレベルを読み出すための構成であるが、ここでは、ダミーピクセルＰ＿Ｄ１とノーマルピクセルＰ＿１１とが同じ構成を有することを例示したが、必要に応じてノーマルピクセルＰ＿１１の構成のうち一部が省略されてダミーピクセルＰ＿Ｄ１が構成されることもできる。ダミーピクセルＰ＿Ｄ１は、リセット信号（リセットされたフローティングディフュージョンノードの電圧に対応する信号）を出力するために使用されるので、ダミーピクセルＰ＿Ｄ１を制御するダミーリセット信号Ｄ＿ＲＸとダミー伝達信号Ｄ＿ＴＸとは、電源電圧のレベルに固定されることができる。ダミー選択信号Ｄ＿ＳＸは、ダミーピクセルから出力ラインＰＯＵＴ＿１に信号が出力される区間に活性化される信号であって、ローデコーダ１２０で生成されることができる。

【0026】

図３は、図１のアナログ－デジタル変換回路１５０の一実施形態の構成図である。

【0027】

図３に示すように、アナログ－デジタル変換回路１５０は、複数の比較器３１０＿０～３１０＿Ｍ及び複数のカウンタ回路３２０＿０～３２０＿Ｍを備えることができる。比較器３１０＿０～３１０＿Ｍとカウンタ回路３２０＿０～３２０＿Ｍとは、出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍの各々に対応し、出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍから出力される信号を同時にアナログ－デジタル変換することができる。

【0028】

比較器３１０＿０～３１０＿Ｍの各々は、キャパシタ３１１＿０～３１１＿Ｍを介して出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍの信号を入力端子ＩＮＮ＿０～ＩＮＮ＿Ｍに受信し、キャパシタ３１２＿０～３１２＿Ｍを介してランプ信号ＲＡＭＰを入力端子ＩＮＰ＿０～ＩＮＰ＿Ｍに受信することができる。比較器３１０＿０～３１０＿Ｍの各々は、入力端子ＩＮＮ＿０～ＩＮＮ＿Ｍ、ＩＮＰ＿０～ＩＮＰ＿Ｍのうち、入力端子ＩＮＰ＿０～ＩＮＰ＿Ｍの電圧レベルが高い場合には、出力端子ＯＵＴＰ＿０～ＯＵＴＰ＿Ｍの信号をハイレバルに生成し、入力端子ＩＮＮ＿０～ＩＮＮ＿Ｍ、ＩＮＰ＿０～ＩＮＰ＿Ｍのうち、入力端子ＩＮＮ＿０～ＩＮＮ＿Ｍの電圧レベルが高い場合には、出力端子ＯＵＴＰ＿０～ＯＵＴＰ＿Ｍの信号をローレベルに生成することができる。スイッチ３１３＿０～３１３＿Ｍ、３１４＿０～３１４＿Ｍは、比較器３１０＿０～３１０＿Ｍのオートゼロイング動作の際にターンオンされて、比較器３１０＿０～３１０＿Ｍの入力端子ＩＮＮ＿０～ＩＮＮ＿Ｍと出力端子ＯＵＴＰ＿０～ＯＵＴＰ＿Ｍとを短絡させ、入力端子ＩＮＰ＿０～ＩＮＰ＿Ｍと出力端子ＯＵＴＮ＿０～ＯＵＴＮ＿Ｍとを短絡させることができる。

【0029】

カウンタ回路３２０＿０～３２０＿Ｍは、比較器３１０＿０～３１０＿Ｍの出力端子ＯＵＴＰ＿０～ＯＵＴＰ＿Ｎの信号に応答してカウンティングクロックＣＮＴ＿ＣＬＫをカウンティングしてデジタルコードＤＯＵＴ＿０～ＤＯＵＴ＿Ｍを生成できる。

【0030】

図４は、図１のイメージセンサ１００の動作を説明するためのタイミング図である。図４には、ノーマルピクセルＰ＿１１が含まれた１番ノーマルローのピクセル信号が読み出される過程を図示した。

【0031】

図４に示すように、先にグローバルリセット（ＧＲ、Ｇｌｏｂａｌ Ｒｅｓｅｔ）動作が行われ得る。グローバルリセット動作区間ＧＲでは、リセット信号ＲＸ＜１＞と伝達信号ＴＸ＜１＞とがハイに活性化され、ノーマルピクセルＰ＿１１のリセットトランジスタ２１２と伝達トランジスタ２１３とがターンオンされて、フローティングディフュージョンノードＦＤがリセットされ得る。ダミーピクセルＰ＿Ｄ１のリセット信号Ｄ＿ＲＸと伝達信号Ｄ＿ＴＸとは、電源電圧のレベルに固定されるので、ダミーピクセルＰ＿Ｄ１のフローティングディフュージョンノードＤ＿ＦＤは、続けてリセットされた状態であることができる。

【0032】

グローバルリセット動作区間ＧＲ以後のグローバルエクスポージャー区間（ＧＥ、Ｇｌｏｂａｌ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）では、リセット信号ＲＸ＜１＞がローに不活性化され、伝達信号ＴＸ＜１＞がハイに活性化されて、ノーマルピクセルＰ＿１１のリセットトランジスタ２１２はオフされ、伝達トランジスタ２１３がターンオンされ得る。したがって、光感知器２１１の電荷、すなわち、感知された光に対応する電荷がフローティングディフュージョンノードＦＤに伝達されて保存されることができる。

【0033】

オートゼロイング（ａｕｔｏ ｚｅｒｏｉｎｇ）動作区間ＡＺでは、リセット信号ＲＸ＜１＞がハイに活性化され、伝達信号ＴＸ＜１＞がローに不活性化され得る。ノーマルピクセルＰ＿１１の伝達トランジスタ２１３がオフされるので、フローティングディフュージョンノードＦＤには、光感知器２１１の電荷が続けて保存されていることができる。オートゼロイング動作区間ＡＺでは、ダミー選択信号Ｄ＿ＳＸがハイに活性化され、選択信号ＳＸ＜１＞は、ローに不活性化されるので、出力ラインＰＯＵＴ＿１には、ダミーピクセルＰ＿Ｄ１のフローティングディフュージョンノードＤ＿ＦＤに保存されたリセットレベルが出力され得る。オートゼロイング動作区間ＡＺ内の一部でスイッチ制御信号ＳＷがハイレバルに活性化されてスイッチ３１３＿１、３１４＿１がターンオンされ、比較器３１０＿１の入力端子ＩＮＮ＿１、ＩＮＰ＿１と出力端子ＯＵＴＰ＿１、ＯＵＴＮ＿１とが短絡されるオートゼロイング動作が行われ得る。すなわち、比較器３１０＿１の入力端子ＩＮＮ＿１には、キャパシタ３１１＿１を介してダミーピクセルＰ＿Ｄ１のリセット信号が印加され、入力端子ＩＮＰ＿１には、キャパシタ３１２＿１を介してランプ信号ＲＡＭＰが印加された状態で比較器３１０＿１がオートゼロイングされ得る。

【0034】

ダミーピクセルＰ＿Ｄ１のリセット信号は、ダミー選択トランジスタ２２６を介して出力ラインＰＯＵＴ＿１に出力されるので、リセット信号のレベルは、ダミー選択トランジスタ２２６の閾値電圧のランダムバリエーション（ｒａｎｄｏｍ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）に多くの影響を受ける。ダミー選択トランジスタ２２６の閾値電圧のランダムバリエーションを減らすためには、ダミー選択トランジスタ２２６の大きさを大きくしなければならないが、この役割をスイッチ１４１＿０～１４１＿Ｍ－１が行うことができる。オートゼロイング動作区間でダミー選択信号Ｄ＿ＳＸがハイに活性化されるので、スイッチ１４１＿０～１４１＿Ｍ－１がターンオンされるが、これにより、ダミーピクセルＰ＿Ｄ０～Ｐ＿ＤＭからリセット信号が出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍに出力される区間で出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍが全て電気的に連結され得る。すなわち、全てのダミーピクセルＰ＿Ｄ０～Ｐ＿ＤＭのダミー選択トランジスタが同時に出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍにリセット信号を出力する区間で出力ラインＰＯＵＴ＿０～ＰＯＵＴ＿Ｍが全て電気的に連結され得る。したがって、ダミーピクセルＰ＿Ｄ０～Ｐ＿ＤＭのダミー選択トランジスタの閾値電圧のランダムバリエーションが相殺され得る。すなわち、ダミーピクセルＰ＿Ｄ０～Ｐ＿ＤＭから出力されるリセット信号の平均値が比較器３１０＿０～３１０＿Ｍに印加されて、比較器３１０＿０～３１０＿Ｍがオートゼロイングされ得る。

【0035】

読み出し（ｒｅａｄｏｕｔ）区間ＲＯで、ダミー選択信号Ｄ＿ＳＸがローに不活性化され、選択信号ＳＸ＜１＞がハイに活性化され得る。したがって、読み出し区間ＲＯでは、ノーマルピクセルＰ＿１１のフローティングディフュージョンノードＦＤの電圧レベルに対応するピクセル信号が出力ラインＰＯＵＴ＿１に出力され得る。図面において出力ラインＰＯＵＴ＿１の電圧レベルが下がることを確認できるが、出力ラインＰＯＵＴ＿１の電圧レベルは、ダミーピクセルＰ＿Ｄ１から出力されるリセット信号の電圧レベルとノーマルピクセルＰ１１から出力されるピクセル信号の電圧レベルとの差の分だけ下降することができる。

【0036】

読み出し区間ＲＯでランプ信号ＲＡＭＰのレベルが上昇してから下降するランピング動作が行われ得る。ランプ信号ＲＡＭＰが上昇すれば、比較器３１０＿１の入力端子ＩＮＰ＿１の電圧レベルが入力端子ＩＮＮ＿１の電圧レベルより高くなるので、比較器３１０＿１の出力ＯＵＴＰ＿１は、ハイレバルになることができる。ランプ信号ＲＡＭＰの下降が始まる時点から入力端子ＩＮＰ＿１の電圧レベルが入力端子ＩＮＮ＿１の電圧レベルより低くなる時点まで、すなわち、比較器３１０＿１の出力ＯＵＴＰ＿１がハイからローに遷移する時点まで、カウンタ回路３２０＿１は、カウンティングクロックＣＮＴ＿ＣＬＫの活性化回数をカウンティングしてデジタルコードＤＯＵＴ＿１を生成できる。デジタルコードＤＯＵＴ＿１は、ノーマルピクセルＰ＿１１から出力されたピクセル信号とダミーピクセルＰ＿Ｄ１から出力されたリセット信号との差に該当する値をアナログ－デジタル変換したものであることができる。

【0037】

本発明の技術思想は、上記の望ましい実施形態によって具体的に記述されたが、上記した実施形態は、その説明のためのものであり、その制限のためのものでないことに注意すべきである。また、本発明の技術分野の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内で様々な実施形態が可能であることが分かるであろう。

【符号の説明】

【0038】

１００ イメージセンサ
１１０ ピクセルアレイ
１２０ ローデコーダ
１３０ ランプ生成器
１４０＿０～１４０＿Ｍ 電流源
１４１＿０～１４１＿Ｍ スイッチ
１５０ アナログ－デジタル変換回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】