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(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】P2023070127
(43)【公開日】2023-05-18
(54)【発明の名称】イメージセンサ
(51)【国際特許分類】
H04N 25/585 20230101AFI20230511BHJP
H04N 25/70 20230101ALI20230511BHJP
【ＦＩ】
H04N5/355 630
H04N5/369
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022175575
(22)【出願日】2022-11-01
(31)【優先権主張番号】10-2021-0150857
(32)【優先日】2021-11-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】林 政 ウク
【テーマコード（参考）】
5C024
【Ｆターム（参考）】
5C024CX03
5C024CX43
5C024GX02
5C024GX03
5C024GY18
5C024HX35
5C024HX40
5C024HX50
(57)【要約】 （修正有）
【課題】イメージセンサのダイナミックレンジ及び信号対雑音比が向上する。
【解決手段】イメージセンサにおいて、複数のピクセルＰＸの夫々は、第１フォトダイオードＳＰＤ、第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードＬＰＤ、第１フォトダイオードが生成する電荷を蓄積する第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１、第２フォトダイオードが生成する電荷を蓄積する第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２、第２フォトダイオードからオーバーフローした電荷を蓄積する第１キャパシタＣ１、第２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出力信号を生成する第１駆動トランジスタＳＦ１及びオーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、第１フローティングディフュージョンノードに対するリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタＣ２を含む。
【選択図】図２
【解決手段】イメージセンサにおいて、複数のピクセルＰＸの夫々は、第１フォトダイオードＳＰＤ、第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードＬＰＤ、第１フォトダイオードが生成する電荷を蓄積する第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１、第２フォトダイオードが生成する電荷を蓄積する第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２、第２フォトダイオードからオーバーフローした電荷を蓄積する第１キャパシタＣ１、第２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出力信号を生成する第１駆動トランジスタＳＦ１及びオーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、第１フローティングディフュージョンノードに対するリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタＣ２を含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のピクセルが配列されたピクセルアレイを含むイメージセンサにおいて、
前記複数のピクセルのそれぞれは、
第１フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第１フローティングディフュージョンノードと、
前記第２フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第２フローティングディフュージョンノードと、
前記第１フォトダイオードからオーバーフローされた電荷を蓄積する第１キャパシタと、
前記第２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出力信号を生成する第１駆動トランジスタと、
前記オーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットするリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタと、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
前記複数のピクセルのそれぞれは、
第１フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第１フローティングディフュージョンノードと、
前記第２フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第２フローティングディフュージョンノードと、
前記第１フォトダイオードからオーバーフローされた電荷を蓄積する第１キャパシタと、
前記第２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出力信号を生成する第１駆動トランジスタと、
前記オーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットするリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタと、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項2】
前記複数のピクセルのそれぞれは、
前記第１フローティングディフュージョンノードから伝達された電荷が蓄積される第３フローティングディフュージョンノードと、
一端が前記第３フローティングディフュージョンノードに連結され、他端にリセット電圧が印加される第１リセットトランジスタと、
一端が前記第２キャパシタに連結され、他端にリセット電圧が印加される第２リセットトランジスタと、
前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量が前記第２キャパシタに保存されるように制御するサンプルトランジスタと、
前記出力信号をピクセル信号として、カラムラインに出力する第１選択トランジスタと、を含み、
前記イメージセンサは、
露出区間において、前記第１リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第１キャパシタ及び前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットし、前記第２リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタをリセットし、前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記リセット電荷量を前記第２キャパシタに保存することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
前記第１フローティングディフュージョンノードから伝達された電荷が蓄積される第３フローティングディフュージョンノードと、
一端が前記第３フローティングディフュージョンノードに連結され、他端にリセット電圧が印加される第１リセットトランジスタと、
一端が前記第２キャパシタに連結され、他端にリセット電圧が印加される第２リセットトランジスタと、
前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量が前記第２キャパシタに保存されるように制御するサンプルトランジスタと、
前記出力信号をピクセル信号として、カラムラインに出力する第１選択トランジスタと、を含み、
前記イメージセンサは、
露出区間において、前記第１リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第１キャパシタ及び前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットし、前記第２リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタをリセットし、前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記リセット電荷量を前記第２キャパシタに保存することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項3】
前記複数のピクセルのそれぞれは、
前記第２キャパシタに保存された前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量をピクセル信号として、前記カラムラインに出力する第２選択トランジスタをさらに含み、
前記サンプルトランジスタの一端は、前記第１駆動トランジスタ及び前記第１選択トランジスタに連結され、前記サンプルトランジスタの他端は、前記第２リセットトランジスタ、前記第２選択トランジスタ、及び前記第２キャパシタに連結されることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
前記第２キャパシタに保存された前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量をピクセル信号として、前記カラムラインに出力する第２選択トランジスタをさらに含み、
前記サンプルトランジスタの一端は、前記第１駆動トランジスタ及び前記第１選択トランジスタに連結され、前記サンプルトランジスタの他端は、前記第２リセットトランジスタ、前記第２選択トランジスタ、及び前記第２キャパシタに連結されることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項4】
前記複数のピクセルのそれぞれは、
一端が、前記第２選択トランジスタに連結され、他端に駆動電圧が印加される第２駆動トランジスタをさらに含み、
前記サンプルトランジスタの一端は、前記第１駆動トランジスタ及び前記第１選択トランジスタに連結され、前記サンプルトランジスタの他端は、前記第２リセットトランジスタ、前記第２駆動トランジスタ、及び前記第２キャパシタに連結されるか、または、
前記サンプルトランジスタの一端は、前記第３フローティングディフュージョンノードに連結され、前記サンプルトランジスタの他端は、前記第２リセットトランジスタ、前記第２駆動トランジスタ、及び前記第２キャパシタに連結されることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
一端が、前記第２選択トランジスタに連結され、他端に駆動電圧が印加される第２駆動トランジスタをさらに含み、
前記サンプルトランジスタの一端は、前記第１駆動トランジスタ及び前記第１選択トランジスタに連結され、前記サンプルトランジスタの他端は、前記第２リセットトランジスタ、前記第２駆動トランジスタ、及び前記第２キャパシタに連結されるか、または、
前記サンプルトランジスタの一端は、前記第３フローティングディフュージョンノードに連結され、前記サンプルトランジスタの他端は、前記第２リセットトランジスタ、前記第２駆動トランジスタ、及び前記第２キャパシタに連結されることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項5】
前記イメージセンサは、
前記第１フォトダイオードのリードアウト区間のうち、ローコンバージョンゲイン（ＬＣＧ）モードで動作する区間において、前記第２選択トランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに保存された前記リセット電荷量をリセット信号として出力し、
前記リセット信号を出力した後、前記第２リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタをリセットし、
前記第２キャパシタをリセットした後、前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに前記オーバーフロー電荷量を保存し、
前記第２キャパシタに前記オーバーフロー電荷量を保存した後、前記第２選択トランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに保存された前記オーバーフロー電荷量をイメージ信号として出力することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
前記第１フォトダイオードのリードアウト区間のうち、ローコンバージョンゲイン（ＬＣＧ）モードで動作する区間において、前記第２選択トランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに保存された前記リセット電荷量をリセット信号として出力し、
前記リセット信号を出力した後、前記第２リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタをリセットし、
前記第２キャパシタをリセットした後、前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに前記オーバーフロー電荷量を保存し、
前記第２キャパシタに前記オーバーフロー電荷量を保存した後、前記第２選択トランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに保存された前記オーバーフロー電荷量をイメージ信号として出力することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項6】
前記イメージセンサは、
前記第１フォトダイオードのリードアウト区間のうち、ローコンバージョンゲイン（ＬＣＧ）モードで動作する区間において、前記サンプルトランジスタ及び前記第１選択トランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに保存された前記リセット電荷量をリセット信号として出力し、
前記リセット信号を出力した後、前記第２リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタをリセットし、
前記第２キャパシタをリセットした後、前記第２リセットトランジスタをターンオフさせ、前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに前記オーバーフロー電荷量を保存し、
前記オーバーフロー電荷量を前記第２キャパシタに保存した後、前記サンプルトランジスタ及び前記第１選択トランジスタをターンオフさせ、前記第１リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２フローティングディフュージョンノードをリセットし、
前記第２フローティングディフュージョンノードをリセットした後、前記第１リセットトランジスタをターンオフさせ、前記第１選択トランジスタ及び前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに保存された前記オーバーフロー電荷量をイメージ信号として出力することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
前記第１フォトダイオードのリードアウト区間のうち、ローコンバージョンゲイン（ＬＣＧ）モードで動作する区間において、前記サンプルトランジスタ及び前記第１選択トランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに保存された前記リセット電荷量をリセット信号として出力し、
前記リセット信号を出力した後、前記第２リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタをリセットし、
前記第２キャパシタをリセットした後、前記第２リセットトランジスタをターンオフさせ、前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに前記オーバーフロー電荷量を保存し、
前記オーバーフロー電荷量を前記第２キャパシタに保存した後、前記サンプルトランジスタ及び前記第１選択トランジスタをターンオフさせ、前記第１リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２フローティングディフュージョンノードをリセットし、
前記第２フローティングディフュージョンノードをリセットした後、前記第１リセットトランジスタをターンオフさせ、前記第１選択トランジスタ及び前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに保存された前記オーバーフロー電荷量をイメージ信号として出力することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項7】
前記複数のピクセルのそれぞれは、
前記第２フローティングディフュージョンノードをリセットする第３リセットトランジスタと、
前記第３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ピクセル信号を生成する第３駆動トランジスタと、
前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量を前記カラムラインに出力する第２選択トランジスタと、をさらに含み、
前記イメージセンサは、
露出区間において、前記第３リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２フローティングディフュージョンノードをリセットし、前記第１リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第１キャパシタ、前記第１フローティングディフュージョンノード、及び前記第３フローティングディフュージョンノードをリセットし、前記第２リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタをリセットし、前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記リセット電荷量を前記第２キャパシタに保存することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
前記第２フローティングディフュージョンノードをリセットする第３リセットトランジスタと、
前記第３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ピクセル信号を生成する第３駆動トランジスタと、
前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量を前記カラムラインに出力する第２選択トランジスタと、をさらに含み、
前記イメージセンサは、
露出区間において、前記第３リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２フローティングディフュージョンノードをリセットし、前記第１リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第１キャパシタ、前記第１フローティングディフュージョンノード、及び前記第３フローティングディフュージョンノードをリセットし、前記第２リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタをリセットし、前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記リセット電荷量を前記第２キャパシタに保存することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項8】
前記イメージセンサは、
前記第１フォトダイオードのリードアウト区間のうち、ローコンバージョンゲイン（ＬＣＧ）モードで動作する区間において、前記第２選択トランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに保存された前記リセット電荷量をリセット信号として出力し、
前記第２選択トランジスタをターンオフさせ、前記第２リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタをリセットし、
前記第２キャパシタをリセットした後、前記第２リセットトランジスタをターンオフさせ、前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに前記オーバーフロー電荷量を保存し、
前記第２キャパシタに前記オーバーフロー電荷量を保存した後、前記サンプルトランジスタをターンオフさせ、前記第２選択トランジスタをターンオンさせ、前記オーバーフロー電荷量をイメージ信号として出力することを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサ。
前記第１フォトダイオードのリードアウト区間のうち、ローコンバージョンゲイン（ＬＣＧ）モードで動作する区間において、前記第２選択トランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに保存された前記リセット電荷量をリセット信号として出力し、
前記第２選択トランジスタをターンオフさせ、前記第２リセットトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタをリセットし、
前記第２キャパシタをリセットした後、前記第２リセットトランジスタをターンオフさせ、前記サンプルトランジスタをターンオンさせ、前記第２キャパシタに前記オーバーフロー電荷量を保存し、
前記第２キャパシタに前記オーバーフロー電荷量を保存した後、前記サンプルトランジスタをターンオフさせ、前記第２選択トランジスタをターンオンさせ、前記オーバーフロー電荷量をイメージ信号として出力することを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサ。
【請求項9】
複数のピクセルが配列されたピクセルアレイを含むイメージセンサにおいて、
前記複数のピクセルのそれぞれは、
第１フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第１フローティングディフュージョンノードと、
前記第２フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第２フローティングディフュージョンノードと、
前記第１フローティングディフュージョンノードから伝達された電荷が蓄積される第３フローティングディフュージョンノードと、
一端が前記第３フローティングディフュージョンノードに連結され、他端が前記第２フローティングディフュージョンノードに連結されたコンバージョンゲイントランジスタと、
前記第１フォトダイオードからオーバーフローされた電荷を蓄積する第１キャパシタと、
前記第２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出力信号を生成する第１駆動トランジスタと、
前記オーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットするリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタと、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
前記複数のピクセルのそれぞれは、
第１フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第１フローティングディフュージョンノードと、
前記第２フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第２フローティングディフュージョンノードと、
前記第１フローティングディフュージョンノードから伝達された電荷が蓄積される第３フローティングディフュージョンノードと、
一端が前記第３フローティングディフュージョンノードに連結され、他端が前記第２フローティングディフュージョンノードに連結されたコンバージョンゲイントランジスタと、
前記第１フォトダイオードからオーバーフローされた電荷を蓄積する第１キャパシタと、
前記第２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出力信号を生成する第１駆動トランジスタと、
前記オーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットするリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタと、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項10】
複数のピクセルが配列されたピクセルアレイを含むイメージセンサにおいて、
前記複数のピクセルのそれぞれは、
第１フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第１フローティングディフュージョンノードと、
前記第２フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第２フローティングディフュージョンノードと、
前記第１フローティングディフュージョンノードから伝達された電荷が蓄積される第３フローティングディフュージョンノードと、
前記第１フォトダイオードからオーバーフローされた電荷を蓄積する第１キャパシタと、
前記第３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ピクセル信号を生成する第３駆動トランジスタと、
前記オーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットするリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタと、
一端が前記第２キャパシタに連結され、他端にリセット電圧が印加される第２リセットトランジスタと、
前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量が前記第２キャパシタに保存されるように制御するサンプルトランジスタと、
前記第２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出力信号をピクセル信号として、カラムラインに出力する第１選択トランジスタと、
前記第２キャパシタに保存された前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量を、それぞれイメージ信号及びピクセル信号として、前記カラムラインに出力する第２選択トランジスタと、
前記第３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出力信号のうちの少なくとも一部をピクセル信号として、前記カラムラインに出力する第３選択トランジスタと、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
前記複数のピクセルのそれぞれは、
第１フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第１フローティングディフュージョンノードと、
前記第２フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第２フローティングディフュージョンノードと、
前記第１フローティングディフュージョンノードから伝達された電荷が蓄積される第３フローティングディフュージョンノードと、
前記第１フォトダイオードからオーバーフローされた電荷を蓄積する第１キャパシタと、
前記第３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ピクセル信号を生成する第３駆動トランジスタと、
前記オーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットするリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタと、
一端が前記第２キャパシタに連結され、他端にリセット電圧が印加される第２リセットトランジスタと、
前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量が前記第２キャパシタに保存されるように制御するサンプルトランジスタと、
前記第２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出力信号をピクセル信号として、カラムラインに出力する第１選択トランジスタと、
前記第２キャパシタに保存された前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量を、それぞれイメージ信号及びピクセル信号として、前記カラムラインに出力する第２選択トランジスタと、
前記第３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出力信号のうちの少なくとも一部をピクセル信号として、前記カラムラインに出力する第３選択トランジスタと、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサは、対象物の二次元的または三次元的イメージをキャプチャする装置である。イメージセンサは、対象物から反射される光の強度によって反応する光電変換素子を利用して、対象物のイメージを生成する。近年、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）技術が発展するにつれて、ＣＭＯＳを利用したＣＭＯＳイメージセンサが広く使用されている。
【0003】
イメージセンサのダイナミックレンジは、キャパシタをフローティングディフュージョンノードに連結することによって増大する。しかしながら、キャパシタのサイズを大きくすると、ノイズが増加し、イメージの画質が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－１９１００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、オーバーフローされた電荷量に対応したピクセル信号を保存するキャパシタを利用して、広いダイナミックレンジ及び向上した信号対雑音比を有するイメージデータを生成するイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するための本発明の一態様によるイメージセンサは、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイを含むイメージセンサにおいて、前記複数のピクセルのそれぞれは、第１フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第１フローティングディフュージョンノードと、前記第２フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第２フローティングディフュージョンノードと、前記第１フォトダイオードからオーバーフローされた電荷を蓄積する第１キャパシタと、前記第２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出力信号を生成する第１駆動トランジスタと、前記オーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットするリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタと、を含むことを特徴とする。
【0007】
上記課題を解決するための本発明の他の態様によるイメージセンサは、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイを含むイメージセンサにおいて、前記複数のピクセルのそれぞれは、第１フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第１フローティングディフュージョンノードと、前記第２フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第２フローティングディフュージョンノードと、前記第１フローティングディフュージョンノードから伝達された電荷が蓄積される第３フローティングディフュージョンノードと、一端が前記第３フローティングディフュージョンノードに連結され、他端が前記第２フローティングディフュージョンノードに連結されるコンバージョンゲイントランジスタと、前記第１フォトダイオードからオーバーフローされた電荷を蓄積する第１キャパシタと、前記第２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出力信号を生成する第１駆動トランジスタと、前記オーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットするリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタと、を含むことを特徴とする。
【0008】
上記課題を解決するための本発明のさらに他の態様によるイメージセンサは、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイを含むイメージセンサにおいて、前記複数のピクセルのそれぞれは、第１フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードよりも受光面積が大きい第２フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第１フローティングディフュージョンノードと、前記第２フォトダイオードで生成された電荷が蓄積される第２フローティングディフュージョンノードと、前記第１フローティングディフュージョンノードから伝達された電荷が蓄積される第３フローティングディフュージョンノードと、前記第１フォトダイオードからオーバーフローされた電荷を蓄積する第１キャパシタと、前記第３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ピクセル信号を生成する第３駆動トランジスタと、前記オーバーフローされた電荷を蓄積するオーバーフロー動作によるオーバーフロー電荷量を保存し、前記第１フローティングディフュージョンノードをリセットするリセット動作によるリセット電荷量を保存する第２キャパシタと、一端が前記第２キャパシタに連結され、他端にリセット電圧が印加される第２リセットトランジスタと、前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量が前記第２キャパシタに保存されるように制御するサンプルトランジスタと、前記第２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出力信号をピクセル信号として、カラムラインに出力する第１選択トランジスタと、前記第２キャパシタに保存された前記オーバーフロー電荷量及び前記リセット電荷量を、それぞれイメージ信号及びピクセル信号として、前記カラムラインに出力する第２選択トランジスタと、前記第３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出力信号のうちの少なくとも一部をピクセル信号として、前記カラムラインに出力する第３選択トランジスタと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によるイメージセンサは、第１キャパシタに蓄積されたオーバーフローされた電荷量に対応する電荷量を保存する第２キャパシタを利用して、相関二重サンプリング方式を具現することができる。これにより、該イメージセンサは、広いダイナミックレンジ及び向上した信号対雑音比を有するイメージデータを生成することができる
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態によるイメージセンサを示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態によるピクセルの回路図である。
【図3】本発明の一実施形態によるピクセルの回路図である。
【図4】本発明の一実施形態によるピクセルの回路図である。
【図5】本発明の一実施形態によるピクセルの動作を説明するタイミング図である。
【図6】本発明の一実施形態によるピクセルの回路図である。
【図7】本発明の一実施形態によるピクセルの動作を説明するタイミング図である。
【図8】本発明の一実施形態によるピクセルの回路図である。
【図9】本発明の一実施形態によるピクセルの動作を説明するタイミング図である。
【図10】本発明の一実施形態による電子装置を示すブロック図である。
【図11】本発明の一実施形態による電子装置の一部を示すブロック図である。
【図12】本発明の一実施形態によるカメラモジュールの具体的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図１は、本発明の一実施形態によるイメージセンサを示すブロック図である。
【0012】
イメージセンサ１００は、イメージまたは光のセンシング機能を有する電子機器に搭載可能である。例えば、イメージセンサ１００は、カメラ、スマートフォン、ウェアラブル機器、物のインターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ：ＩｏＴ）機器、家電機器、タブレットＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ＰＭＰ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｐｌａｙｅｒ）、ナビゲーション、ドローン、先進運転支援システム（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒｓ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ：ＡＤＡＳ）のような電子機器に搭載可能である。また、イメージセンサ１００は、車両、家具、製造設備、ドア、各種計測機器などに部品として備えられる電子機器に搭載可能である。
【0013】
図１を参照すると、イメージセンサ１００は、ピクセルアレイ１１０、ロウドライバ１２０（例えば、ドライバ回路）、リードアウト回路１３０、ランプ信号生成器１４０、タイミングコントローラ１５０（例えば、コントロール回路）、及び信号処理部１９０を含む。リードアウト回路１３０は、アナログ・デジタル変換回路１３１（以下、ＡＤＣ回路という）、及びデータバス１３２を含む。
【0014】
ピクセルアレイ１１０は、複数のロウラインＲＬと、複数のカラムラインＣＬと、複数のロウラインＲＬ及び複数のカラムラインＣＬに接続され、行列状に配列された複数のピクセルＰＸと、を含む。複数のピクセルＰＸは、ＡＰＳ（ａｃｔｉｖｅ ｐｉｘｅｌ ｓｅｎｓｏｒ）でもある。
【0015】
複数のピクセルＰＸのそれぞれは、少なくとも１つの光電変換素子を含み、ピクセルＰＸは、光電変換素子を利用して光を感知し、感知された光による電気的信号であるイメージ信号を出力する。例えば、光電変換素子は、無機フォトダイオード、有機フォトダイオード、ペロブスカイトフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲート、または埋め込みフォトダイオード（ｐｉｎｎｅｄ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）のように、有機物質または無機物質から構成される光感知素子である。一実施形態において、複数のピクセルＰＸのそれぞれは、複数の光電変換素子を含んでもよい。
【0016】
一方、複数のピクセルＰＸのそれぞれの上部、または隣接したピクセルＰＸで構成されるピクセルグループのそれぞれの上部に、集光のためのマイクロレンズが配置される。複数のピクセルＰＸのそれぞれは、マイクロレンズを介して受信された光から、特定スペクトル領域の光を感知する。例えば、ピクセルアレイ１１０は、レッド（ｒｅｄ）スペクトル領域の光を電気信号に変換するためのレッドピクセル、グリーン（ｇｒｅｅｎ）スペクトル領域の光を電気信号に変換するためのグリーンピクセル、及びブルー（ｂｌｕｅ）スペクトル領域の光を電気信号に変換するためのブルーピクセルを含む。複数のピクセルＰＸのそれぞれの上部には、特定スペクトル領域の光を透過させるカラーフィルタが配置される。しかしながら、それに限定されるものではなく、ピクセルアレイ１１０は、レッド、グリーン、及びブルー以外に他のスペクトル領域の光を電気信号に変換するピクセルを含むこともできる。
【0017】
一実施形態において、複数のピクセルＰＸは、マルチレイヤ構造を有し得る。マルチレイヤ構造のピクセルＰＸは、相異なるスペクトル領域の光を電気信号に変換する、積層された複数の光電変換素子を含み、複数の光電変換素子から、相異なる色相に対応した電気信号が生成される。すなわち、１つのピクセルＰＸから、複数の色に対応した電気信号が出力可能である。
【0018】
複数のピクセルＰＸの上部には、特定スペクトル領域の光を透過させるカラーフィルタアレイが配置され、複数のピクセルのそれぞれの上部に配置されたカラーフィルタによって、当該ピクセルが感知可能な色相が決定される。しかしながら、本発明は、それに限定されるものではない。一実施形態において、特定の光電変換素子は、光電変換素子に印加される電気信号のレベルによって、特定波長帯域の光を電気的信号に変換することもできる。
【0019】
一実施形態において、複数のピクセルＰＸのそれぞれは、光源に露出されるように構成された少なくとも２つ以上のフォトダイオードを含む。例えば、ピクセルＰＸは、受光面積が相対的に広いラージフォトダイオードである第２フォトダイオードＬＰＤ（図２参照）、及び受光面積が相対的に狭いスモールフォトダイオードである第１フォトダイオードＳＰＤ（図２参照）を含む。以下、スモールフォトダイオードを第１フォトダイオードといい、ラージフォトダイオードを第２フォトダイオードという。このように、１つのピクセルＰＸに第２フォトダイオードＬＰＤ及び第１フォトダイオードＳＰＤが含まれる構造は、スプリットフォトダイオード（Ｓｐｌｉｔ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）構造と称する。一方、本発明は、それに限定されず、上記構造は、他の名称で称されることも可能である。
【0020】
第２フォトダイオードＬＰＤの受光面積が広いので、同じ受光条件において、第１フォトダイオードＳＰＤよりも多い電荷を生成することができる。すなわち、第２フォトダイオードＬＰＤは、第１フォトダイオードＳＰＤよりも高い感度を有する。このような特性に起因して、第２フォトダイオードＬＰＤは、低照度に対応するピクセル信号を生成し、第１フォトダイオードＳＰＤは、高照度に対応するピクセル信号を生成する。以下、説明の便宜のために、ピクセルＰＸが第２フォトダイオードＬＰＤ及び第１フォトダイオードＳＰＤを含むことを前提として説明する。一方、本発明は、それに限定されず、ピクセルＰＸは、受光面積が同じであるか、あるいは相異なる複数のフォトダイオードを含むこともできる。
【0021】
複数のピクセルＰＸのそれぞれにおいて、フォトダイオードのような光電変換素子が生成した電荷は、フローティングディフュージョンノードに蓄積され、フローティングディフュージョンノードに蓄積された電荷は、電圧に変換される。このとき、フローティングディフュージョンノードに蓄積された電荷が電圧に変換される割合を、コンバージョンゲイン（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）と称する。コンバージョンゲインは、フローティングディフュージョンノードのキャパシタンスによって可変する。
【0022】
フローティングディフュージョンノードのキャパシタンスが増加すると、コンバージョンゲインは減少し、フローティングディフュージョンノードのキャパシタンスが減少すると、コンバージョンゲインは増加する。一実施形態において、複数のピクセルＰＸのそれぞれは、デュアルコンバージョンゲイン（ｄｕａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）で動作する。デュアルコンバージョンゲインは、ローコンバージョンゲイン（ｌｏｗ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ：ＬＣＧ）及びハイコンバージョンゲイン（ｈｉｇｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ：ＨＣＧ）を含む。ＨＣＧは、電荷が電圧に変換される割合がさらに高いので、ＬＣＧよりも低い照度に対応するピクセル信号の生成動作に適用可能である。以下、説明の便宜のために、ＨＣＧを利用してピクセル信号を生成する動作モードを、ＨＣＧモードといい、ＬＣＧを利用してピクセル信号を生成する動作モードを、ＬＣＧモードという。
【0023】
一実施形態において、第２フォトダイオードＬＰＤ及び第１フォトダイオードＳＰＤのそれぞれは、上述のデュアルコンバージョンゲインモードでピクセル信号を生成する。第２フォトダイオードＬＰＤは、ＨＣＧモードで動作して、最も低い照度区間である第１照度区間に対応する第１ピクセル信号を生成し、ＬＣＧモードで動作して、第１照度区間よりも高い照度区間である第２照度区間に対応する第２ピクセル信号を生成する。そして、第１フォトダイオードＳＰＤは、ＨＣＧモードで動作して、第２照度区間よりも高い照度区間である第３照度区間に対応する第３ピクセル信号を生成し、ＬＣＧモードで動作して、最も高い照度区間である第４照度区間に対応する第４ピクセル信号を生成する。第１ピクセル信号～第４ピクセル信号は、ピクセルアレイ１１０がスキャンされる１つのフレーム区間内で生成される。
【0024】
第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤのそれぞれのデュアルコンバージョンゲインモードを介して生成された第１ピクセル信号～第４ピクセル信号は、１つのイメージに合成され、合成されたイメージは、高いダイナミックレンジを有する。
【0025】
一実施形態において、複数のピクセルＰＸのそれぞれは、１回の露出を行う単一露出（Ｓｉｎｇｌｅ ｅｘｐｏｓｕｒｅ）方式、または複数回の露出を行う多重露出（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｘｐｏｓｕｒｅ）方式によって動作する。例えば、ピクセルＰＸは、１回の露出動作以後、第１フォトダイオードＳＰＤ及び／または第２フォトダイオードＬＰＤを介してピクセル信号を生成する単一露出方式によって動作する。他の例として、ピクセルＰＸは、第１露出動作に対応して、第２フォトダイオードＬＰＤ及び／または第１フォトダイオードＳＰＤを介してピクセル信号を生成した後、第２露出動作に対応して、第２フォトダイオードＬＰＤ及び／または第１フォトダイオードＳＰＤを介してピクセル信号をさらに生成する多重露出方式によって動作する。
【0026】
ロウドライバ１２０は、ピクセルアレイ１１０をロウ単位で駆動する。ロウドライバ１２０は、タイミングコントローラ１５０から受信されるロウ制御信号（例えば、アドレス信号）をデコーディングし、デコーディングされたロウ制御信号に応答して、ピクセルアレイ１１０を構成するロウラインのうちの少なくともいずれか１つのロウラインを選択する。例えば、ロウドライバ１２０は、複数のロウのうちの１つを選択する選択信号を生成する。そして、ピクセルアレイ１１０は、ロウドライバ１２０から提供された選択信号によって選択されるロウから、ピクセル信号を出力する。
【0027】
ロウドライバ１２０は、ピクセル信号の出力のための制御信号をピクセルアレイ１１０へ伝送し、ピクセルＰＸは、制御信号に応答して動作することにより、ピクセル信号を出力する。
【0028】
ランプ信号生成器１４０は、所定の勾配で増加または減少するランプ信号ＲＡＭＰを生成して、ランプ信号ＲＡＭＰをリードアウト回路１３０のＡＤＣ回路１３１に提供する。
【0029】
リードアウト回路１３０は、複数のピクセルＰＸのうち、ロウドライバ１２０によって選択されたロウのピクセルＰＸから、ピクセル信号をリードアウトする。このとき、ピクセル信号は、リセット信号またはイメージ信号（または、センシング信号）を含む。リードアウト回路１３０は、複数のカラムラインＣＬを介してピクセルアレイ１１０から受信されるリセット信号及びイメージ信号を、ランプ信号生成器１４０からのランプ信号ＲＡＭＰに基づいて、デジタルデータに変換することにより、複数のピクセルＰＸに対応するピクセル値をロウ単位で生成及び出力する。
【0030】
ＡＤＣ回路１３１は、複数のカラムラインＣＬに対応する複数のＡＤＣを含む。複数のＡＤＣのそれぞれは、対応するカラムラインＣＬを介して受信されるリセット信号及びイメージ信号を、それぞれランプ信号ＲＡＭＰと比較し、計算比較結果に基づいて、ピクセル値を生成する。例えば、ＡＤＣは、イメージ信号からリセット信号を取り除き、ピクセルＰＸで感知された光量を示すピクセル値を生成する。
【0031】
ＡＤＣ回路１３１で生成される複数のピクセル値は、データバス１３２を介して、イメージデータＩＤＴとして出力される。例えば、イメージデータＩＤＴは、イメージセンサ１００の内部または外部のイメージ信号処理器（Ｉｍａｇｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）に提供可能である。
【0032】
データバス１３２は、ＡＤＣ回路１３１から出力されたピクセル値を一時保存した後で出力する。データバス１３２は、複数のカラムメモリ及びカラムデコーダを含む。複数のカラムメモリに保存された複数のピクセル値は、カラムデコーダの制御下で、イメージデータＩＤＴとして出力される。
【0033】
ＡＤＣ回路１３１は、複数のＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路及び複数のカウンタ回路を含む。ＡＤＣ回路１３１は、ピクセルアレイ１１０から入力されるピクセル信号を、デジタル信号であるピクセル値に変換する。複数のカラムラインＣＬのそれぞれを介して受信される各ピクセル信号は、ＣＤＳ回路及びカウンタ回路によって、デジタル信号であるピクセル値に変換される。
【0034】
ＣＤＳ回路は、カラムラインＣＬを介して受信されるピクセル信号をランプ信号ＲＡＭＰと比較して、比較結果を出力する。ＣＤＳ回路は、ランプ信号ＲＡＭＰのレベルと、ピクセル信号のレベルとが同じであるとき、第１レベル（例えば、ロジックハイ）から第２レベル（例えば、ロジックロー）へ遷移する比較信号を出力する。比較信号のレベルが遷移される時点は、ピクセル信号のレベルによって決定される。
【0035】
ＣＤＳ回路は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式によって、ピクセルＰＸから提供されるピクセル信号をサンプリング及びホールドして、特定のノイズのレベル（例えば、リセット信号）と、イメージ信号によるレベルとを二重にサンプリングし、その差に該当するレベルに基づいて、比較信号を生成する。ＣＤＳ回路は、相関二重サンプリング方式によって、リセット信号をまずリードアウトした後に、イメージ信号をリードアウトする方式によって、提供されるピクセル信号をサンプリングする。
【0036】
一実施形態において、ＣＤＳ回路は、１つ以上の比較器を含んでもよい。比較器は、例えば、ＯＴＡ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）（または、差動増幅器）によって具現される。
【0037】
タイミングコントローラ１５０は、イメージセンサ１００の全般的な動作を制御する。例えば、ロウドライバ１２０及びランプ信号生成器１４０は、タイミングコントローラ１５０から提供されたタイミング信号に基づいて、選択信号及びランプ信号ＲＡＭＰを生成する。
【0038】
信号処理部１９０は、イメージデータに対して、ノイズ低減処理、ゲイン調整、波形定型化処理、補間処理、ホワイトバランス処理、ガンマ処理、エッジ強調処理、ビニングなどを遂行する。信号処理部１９０は、データバス１３２からピクセル信号を受信し、受信したピクセル信号を併合して、高いダイナミックレンジを有するイメージを生成する。一方、一実施形態において、信号処理部１９０は、イメージセンサ１００の外部のプロセッサに具備されることも可能である。
【0039】
【0040】
図１及び図２を参照すると、ピクセルＰＸは、複数のフォトダイオード、例えば、第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤを含む。ピクセルＰＸは、複数のトランジスタ、例えば、第１伝送トランジスタＳＴＧ、第２伝送トランジスタＬＴＧ、第１リセットトランジスタＲＧ１、第２リセットトランジスタＲＧ２、第１駆動トランジスタＳＦ１、第１選択トランジスタＳＥＬ１、第２選択トランジスタＳＥＬ２、ゲイン制御トランジスタＤＲＧ（または、コンバージョンゲイン制御トランジスタともいう）、第１スイッチトランジスタＳＷ１、第２スイッチトランジスタＳＷ２、サンプルトランジスタＳＰ、第１キャパシタＣ１、及び第２キャパシタＣ２を含む。ピクセルＰＸには、制御信号（ＳＴＳ、ＬＴＳ、ＲＳ１、ＲＳ２、ＳＳ１、ＳＳ２、ＣＧＳ、ＳＷＳ１、ＳＷＳ２、ＳＰＳ）が印加され、これらの制御信号のうちの少なくとも一部は、ロウドライバ１２０で生成される。
【0041】
第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤは、光の強度によって可変する光電荷を生成する。例えば、第２フォトダイオードＬＰＤ及び第１フォトダイオードＳＰＤは、入射した光量に比例して、電荷、すなわち、陰の電荷である電子と、陽の電荷である正孔とを生成する。第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤで生成された光電荷は、第１～第３フローティングディフュージョンノード（ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３）のうちの少なくとも１つへ伝送されて蓄積される。
【0042】
ピクセルＰＸは、第１伝送トランジスタＳＴＧを含む。第１伝送トランジスタＳＴＧは、第１フォトダイオードＳＰＤと第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１との間に連結される。第１伝送トランジスタＳＴＧの第１端子は、第１フォトダイオードＳＰＤの出力端に連結され、第１伝送トランジスタＳＴＧの第２端子は、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１に連結される。第１伝送トランジスタＳＴＧは、ロウドライバ１２０から受信した第１伝送制御信号ＳＴＳに応答して、ターンオンまたはターンオフされ、第１フォトダイオードＳＰＤで生成された光電荷を、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１へ伝送する。第１フォトダイオードＳＰＤで生成された電荷が、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１に蓄積される。
【0043】
ピクセルＰＸは、第１キャパシタＣ１を含む。第１キャパシタＣ１の第１端子は、第２スイッチトランジスタＳＷ２に連結され、第１キャパシタＣ１の第２端子には、ピクセル電圧ＶＰＩＸが印加される。一方、本発明は、それに限定されず、第２端子には、ピクセル電圧ＶＰＩＸではない他の電圧が印加され得る。本発明の一実施形態によれば、露出動作によって、第１フォトダイオードＳＰＤから電荷がオーバーフローされ、オーバーフローされた電荷が第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１を経て第１キャパシタＣ１に蓄積される。オーバーフローされた電荷は、第１伝送トランジスタＳＴＧ及び第２スイッチトランジスタＳＷ２がターンオフ状態であっても、第１キャパシタＣ１に蓄積される。
【0044】
ピクセルＰＸは、第１スイッチトランジスタＳＷ１を含む。第１スイッチトランジスタＳＷ１の第１端子は、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１に連結され、第１スイッチトランジスタＳＷ１の第２端子は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結される。第１スイッチトランジスタＳＷ１は、ロウドライバ１２０から受信した第１スイッチ信号ＳＷＳ１に応答して、ターンオンまたはターンオフされ、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３を互いに連結する。
【0045】
ピクセルＰＸは、第２スイッチトランジスタＳＷ２を含む。第２スイッチトランジスタＳＷ２の第１端子は、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１に連結され、第２スイッチトランジスタＳＷ２の第２端子は、第１キャパシタＣ１に連結される。第２スイッチトランジスタＳＷ２は、ロウドライバ１２０から受信した第２スイッチ信号ＳＷＳ２に応答して、ターンオンまたはターンオフされ、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１及び第１キャパシタＣ１を互いに連結する。
【0046】
ピクセルＰＸは、第１リセットトランジスタＲＧ１を含む。第１リセットトランジスタＲＧ１は、第１～第３フローティングディフュージョンノード（ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３）のうちの少なくとも１つに蓄積された電荷をリセットさせる。第１リセットトランジスタＲＧ１の第１端子には、リセット電圧（例えば、ピクセル電圧ＶＰＩＸ）が印加され、第１リセットトランジスタＲＧの第２端子は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結される。一方、本発明は、それに限定されず、第１端子には、ピクセル電圧ＶＰＩＸではない他の電圧が印加され得る。第１リセットトランジスタＲＧ１は、ロウドライバ１２０から受信した第１リセット制御信号ＲＳ１に応答して、ターンオンまたはターンオフされ、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に蓄積された電荷が排出されて、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３がリセットされる。
【0047】
ピクセルＰＸは、コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧを含む。コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧの第１端子は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結され、コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧの第２端子は、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に連結される。ロウドライバ１２０から受信したコンバージョンゲイン信号ＣＧＳに応答して、コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧはターンオンまたはターンオフされ、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３及び第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２を互いに連結する。
【0048】
コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧがターンオンされると、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３及び第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２が互いに連結され、キャパシタンスが増加して、コンバージョンゲインは減少する。コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧがターンオンされると、ＬＣＧモードで動作する。逆に、コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧがターンオフされると、ＨＣＧモードで動作する。
【0049】
ピクセルＰＸは、第２伝送トランジスタＬＴＧを含む。第２伝送トランジスタＬＴＧは、第２フォトダイオードＬＰＤと第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２との間に連結される。第２伝送トランジスタＬＴＧの第１端子は、第２フォトダイオードＬＰＤの出力端に連結され、第２伝送トランジスタＬＴＧの第２端子は、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に連結される。第２伝送トランジスタＬＴＧは、ロウドライバ１２０から受信した第２伝送制御信号ＬＴＳに応答して、ターンオンまたはターンオフされ、第２フォトダイオードＬＰＤで生成された光電荷を、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２へ伝送する。
【0050】
ピクセルＰＸは、第１駆動トランジスタＳＦ１を含む。第１駆動トランジスタＳＦ１の第１端子は、第１選択トランジスタＳＥＬ１に連結され、第１駆動トランジスタＳＦ１の第２端子には、駆動電圧（例えば、ピクセル電圧ＶＰＩＸ）が印加される。第１駆動トランジスタＳＦ１は、ソースフォロワとして動作し、第１～第３フローティングディフュージョンノード（ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３）のうちの少なくとも１つに蓄積された電荷に対応する電圧を出力信号として出力する。例示的には、第１駆動トランジスタＳＦ１は、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２の電圧に対応する出力信号を生成する。
【0051】
ピクセルＰＸは、第１選択トランジスタＳＥＬ１を含む。第１選択トランジスタＳＥＬ１の第１端子は、第１駆動トランジスタＳＦ１に連結され、第１選択トランジスタＳＥＬ１の第２端子は、カラムラインＣＬに連結される。第１選択トランジスタＳＥＬ１は、ロウドライバ１２０から受信した第１選択信号ＳＳ１に応答して、ターンオンまたはターンオフされる。リードアウト動作において、第１選択トランジスタＳＥＬ１がターンオンされると、カラムラインＣＬに、リセット動作に対応するリセット信号、または電荷蓄積動作に対応するイメージ信号を含むピクセル信号ＶＯＵＴが出力される。
【0052】
ピクセルＰＸは、第２キャパシタＣ２を含む。第２キャパシタＣ２の第１端子は、サンプルトランジスタＳＰに連結され、第２キャパシタＣ２の第２端子には、ピクセル電圧ＶＰＩＸが印加される。一方、本発明は、それに限定されず、第２端子には、ピクセル電圧ＶＰＩＸではない他の電圧が印加され得る。第２キャパシタＣ２には、オーバーフロー電荷量及びリセット電荷量が保存される。オーバーフロー電荷量は、オーバーフローされた電荷を第１キャパシタＣ１に蓄積するオーバーフロー動作によって、第１キャパシタＣ１に保存されたオーバーフローされた電荷量に対応する電荷量を意味する。リセット電荷量は、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１をリセットするリセット動作によって、第１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電荷量を意味する。
【0053】
ピクセルＰＸは、第２リセットトランジスタＲＧ２を含む。第２リセットトランジスタＲＧ２は、第２キャパシタＣ２に蓄積された電荷をリセットさせる。第２リセットトランジスタＲＧ２の第１端子には、リセット電圧（例えば、ピクセル電圧ＶＰＩＸ）が印加され、第２リセットトランジスタＲＧ２の第２端子は、第２キャパシタＣ２に連結される。一方、本発明は、それに限定されず、第１端子には、ピクセル電圧ＶＰＩＸではない他の電圧が印加され得る。第２リセットトランジスタＲＧ２は、ロウドライバ１２０から受信した第２リセット制御信号ＲＳ２に応答して、ターンオンまたはターンオフされ、第２キャパシタＣ２に蓄積された電荷が排出されて、第２キャパシタＣ２がリセットされる。
【0054】
ピクセルＰＸは、サンプルトランジスタＳＰを含む。サンプルトランジスタＳＰの第１端子は、第１駆動トランジスタＳＦ１及び第１選択トランジスタＳＥＬ１に連結され、サンプルトランジスタＳＰの第２端子は、第２キャパシタＣ２、第２リセットトランジスタＲＧ２、及び第２選択トランジスタＳＥＬ２に連結される。サンプルトランジスタＳＰは、ロウドライバ１２０から受信したサンプル制御信号ＳＰＳに応答して、ターンオンまたはターンオフされ、第１駆動トランジスタＳＦ１と第２キャパシタＣ２との連結を制御する。サンプルトランジスタＳＰは、オーバーフロー電荷量及びリセット電荷量が第２キャパシタＣ２に保存されるように制御する。
【0055】
第１リセットトランジスタＲＧ１及び第１スイッチトランジスタＳＷ１がターンオンされ、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１がリセットされ、コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧ及びサンプルトランジスタＳＰがターンオンされると、第１駆動トランジスタＳＦ１から、リセット電荷量が第２キャパシタＣ２に保存される。第１フォトダイオードＳＰＤからオーバーフローされた電荷が第１キャパシタＣ１に蓄積され、コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧ、第１スイッチトランジスタＳＷ１、及びサンプルトランジスタＳＰがターンオンされると、第１駆動トランジスタＳＦ１から、オーバーフロー電荷量が第２キャパシタＣ２に保存される。
【0056】
ピクセルＰＸは、第２選択トランジスタＳＥＬ２を含む。第２選択トランジスタＳＥＬ２の第１端子は、第２キャパシタＣ２に連結され、第２選択トランジスタＳＥＬ２の第２端子は、カラムラインＣＬに連結される。第２選択トランジスタＳＥＬ２は、ロウドライバ１２０から受信した第２選択信号ＳＳ２に応答して、ターンオンまたはターンオフされる。リードアウト動作において、第２選択トランジスタＳＥＬ２がターンオンされると、第２キャパシタＣ２から、カラムラインＣＬに、リセット電荷量またはオーバーフロー電荷量がピクセル信号ＶＯＵＴとして出力される。第１選択トランジスタＳＥＬ１及び第２選択トランジスタＳＥＬ２は、選択的にターンオンされる。
【0057】
本発明の一実施形態によれば、第２フォトダイオードＬＰＤは、ゲイン制御トランジスタＤＲＧを介して、デュアルコンバージョンゲインに対応するピクセル信号を生成する。特定のコンバージョンゲインモードに対応する活性レベルまたは非活性レベルに遷移されるゲイン制御信号ＣＧＳによって、ゲイン制御トランジスタＤＲＧがターンオンまたはターンオフされることにより、第２フォトダイオードＬＰＤは、デュアルコンバージョンゲインに対応するピクセル信号を生成する。
【0058】
例えば、第２フォトダイオードＬＰＤのリードアウト期間中に、ＬＣＧモードで動作するとき、ゲイン制御信号ＣＧＳは、活性レベル（例えば、第１ロジックレベル）を有する。従って、ゲイン制御トランジスタＤＲＧはターンオンされ、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２が第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結されて、キャパシタンスが増加する。第２フォトダイオードＬＰＤは、第２ピクセル信号を生成する。
【0059】
また、第２フォトダイオードＬＰＤのリードアウト期間中に、ＨＣＧモードで動作するとき、ゲイン制御信号ＣＧＳは、非活性レベル（例えば、第１ロジックレベルと逆になる第２ロジックレベル）を有する。従って、ゲイン制御トランジスタＤＲＧはターンオフされ、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２は第３フローティングディフュージョンノードＦＤ１に連結されない。第２フォトダイオードＬＰＤは、第１ピクセル信号を生成する。
【0060】
本発明の一実施形態によれば、第１フォトダイオードＳＰＤは、デュアルコンバージョンゲインに対応するピクセル信号を生成する。例示的には、第２スイッチトランジスタＳＷ２を介し、第１フォトダイオードＳＰＤは、デュアルコンバージョンゲインに対応するピクセル信号を生成する。
【0061】
例えば、第１フォトダイオードＳＰＤのリードアウト期間中に、ＬＣＧモードで動作するとき、第２スイッチ信号ＳＷＳ２は、活性レベルを有する。従って、第２スイッチトランジスタＳＷ２はターンオンされ、キャパシタンスが増加する。第１フォトダイオードＳＰＤは、第４ピクセル信号を生成する。
【0062】
また、第１フォトダイオードＳＰＤのリードアウト期間中に、ＨＣＧモードで動作するとき、第２スイッチ信号ＳＷＳ２は、非活性レベルを有する。従って、第２スイッチトランジスタＳＷ２はターンオフされる。第１フォトダイオードＳＰＤは、第３ピクセル信号を生成する。
【0063】
リセット電荷量及びオーバーフロー電荷量を第２キャパシタに別途に保存し、第２キャパシタに保存されたリセット電荷量及びオーバーフロー電荷量をそれぞれリードアウトすることにより、相関二重サンプリング方式を具現する。
【0064】
【0065】
図１及び図３を参照すると、ピクセルＰＸは、複数のフォトダイオード、例えば、第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤを含む。ピクセルＰＸは、複数のトランジスタ、例えば、第１伝送トランジスタＳＴＧ、第２伝送トランジスタＬＴＧ、第１リセットトランジスタＲＧ１、第２リセットトランジスタＲＧ２、第１駆動トランジスタＳＦ１、第２駆動トランジスタＳＦ２、第１選択トランジスタＳＥＬ１、第２選択トランジスタＳＥＬ２、ゲイン制御トランジスタＤＲＧ、第１スイッチトランジスタＳＷ１、第２スイッチトランジスタＳＷ２、サンプルトランジスタＳＰ、第１キャパシタＣ１、及び第２キャパシタＣ２を含む。
【0066】
ピクセルＰＸは、第２駆動トランジスタＳＦ２を含む。第２駆動トランジスタＳＦ２の第１端子は、第２選択トランジスタＳＥＬ２に連結され、第２駆動トランジスタＳＦ２の第２端子には、駆動電圧（例えば、ピクセル電圧ＶＰＩＸ）が印加される。第２駆動トランジスタＳＦ２は、第２キャパシタＣ２に保存された電荷量に対応する電圧をピクセル信号ＶＯＵＴとして出力する。第２駆動トランジスタＳＦ２は、カラムラインＣＬに出力されるピクセル信号ＶＯＵＴを安定させる。
【0067】
ピクセルＰＸは、サンプルトランジスタＳＰを含む。サンプルトランジスタＳＰの第１端子は、第１駆動トランジスタＳＦ１及び第１選択トランジスタＳＥＬ１に連結され、サンプルトランジスタＳＰの第２端子は、第２キャパシタＣ２、第２リセットトランジスタＲＧ２、及び第２駆動トランジスタＳＦ２に連結される。
【0068】
ピクセルＰＸは、第２選択トランジスタＳＥＬ２を含む。第２選択トランジスタＳＥＬ２の第１端子は、第２駆動トランジスタＳＦ２に連結され、第２選択トランジスタＳＥＬ２の第２端子は、カラムラインＣＬに連結される。
【0069】
図２のピクセルとは異なり、図３のピクセルは、さらに、第２キャパシタに連結されたゲート端子を有する第２駆動トランジスタＳＦ２、ピクセル電圧ＶＰＩＸを受信する第１非ゲート端子、及び第２選択トランジスタＳＥＬ２に連結された第２非ゲート端子を含む。また、図２のピクセルとは異なり、図３のピクセルにおいて、第２選択トランジスタＳＥＬ２は、第２キャパシタＣ２に連結されない。
【0070】
【0071】
図１及び図４を参照すると、ピクセルＰＸは、複数のフォトダイオード、例えば、第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤを含む。ピクセルＰＸは、複数のトランジスタ、例えば、第１伝送トランジスタＳＴＧ、第２伝送トランジスタＬＴＧ、第１リセットトランジスタＲＧ１、第２リセットトランジスタＲＧ２、第１駆動トランジスタＳＦ１、第２駆動トランジスタＳＦ２、第１選択トランジスタＳＥＬ１、第２選択トランジスタＳＥＬ２、ゲイン制御トランジスタＤＲＧ、第１スイッチトランジスタＳＷ１、第２スイッチトランジスタＳＷ２、サンプルトランジスタＳＰ、第１キャパシタＣ１、及び第２キャパシタＣ２を含む。
【0072】
ピクセルＰＸは、サンプルトランジスタＳＰを含む。サンプルトランジスタＳＰの第１端子は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結され、サンプルトランジスタＳＰの第２端子は、第２キャパシタＣ２、第２リセットトランジスタＲＧ２、及び第２駆動トランジスタＳＦ２に連結される。サンプルトランジスタＳＰは、ロウドライバ１２０から受信したサンプル制御信号ＳＰＳに応答して、ターンオンまたはターンオフされ、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３と第２キャパシタＣ２との連結を制御する。サンプルトランジスタＳＰは、オーバーフロー電荷量及びリセット電荷量が第２キャパシタＣ２に保存されるように制御する。
【0073】
第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２は、第１駆動トランジスタＳＦ１に対応し、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３は、第２駆動トランジスタＳＦ２に対応するように連結されることにより、設計時の自由度が向上する。
【0074】
図３のピクセルにおけるサンプルトランジスタＳＰの非ゲート端子が、第１駆動トランジスタＳＦ１及び第１選択トランジスタＳＥＬ１の非ゲート端子間のノードに連結されているのとは異なり、図４のピクセルにおいて、サンプルトランジスタＳＰの非ゲート端子は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結される。
【0075】
【0076】
【0077】
図５を参照すると、ピクセルＰＸは、露出（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）区間の間、第１フォトダイオードＳＰＤ、第２フォトダイオードＬＰＤ、第１～第３フローティングディフュージョンノード（ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３）をリセットし、第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤが光信号を受信し、光電荷を生成及び蓄積する。そして、第２フォトダイオードＬＰＤのリードアウト区間である第１リードアウト区間ＬＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴの間、第２フォトダイオードＬＰＤに対応するピクセル信号をリードアウトする。第１フォトダイオードＳＰＤのリードアウト区間である第２リードアウト区間ＳＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴの間、第１フォトダイオードＳＰＤに対応するピクセル信号をリードアウトする。以下、露出区間、第１リードアウト区間ＬＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴ、及び第２リードアウト区間ＳＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴで遂行される動作を説明する。
【0078】
まず、露出区間において、第１選択信号ＳＳ１及び第２選択信号ＳＳ２は、ロジックローレベルを維持し、第１リセット制御信号ＲＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第１リセットトランジスタＲＧ１がターンオンされ、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３はリセットされる。ゲイン制御信号ＣＧＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移されて、ロジックハイレベルを維持し、コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧがターンオンされる。第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結され、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２はリセットされる。
【0079】
第２伝送制御信号ＬＴＳは、第１リセット制御信号ＲＳ１及びゲイン制御信号ＣＧＳがロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移された後、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第２伝送トランジスタＬＴＧがターンオンされ、第２フォトダイオードＬＰＤはリセットされる。
【0080】
第２伝送制御信号ＬＴＳがロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移され、第１スイッチ信号ＳＷＳ１及び第２スイッチ信号ＳＷＳ２は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。第１スイッチトランジスタＳＷ１及び第２スイッチトランジスタＳＷ２がターンオンされる。第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結され、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１及び第１キャパシタＣ１はリセットされる。
【0081】
第１伝送制御信号ＳＴＳは、第１スイッチ信号ＳＷＳ１及び第２スイッチ信号ＳＷＳ２がロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移された後、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。第１伝送トランジスタＳＴＧがターンオンされ、第１フォトダイオードＳＰＤはリセットされる。
【0082】
第１伝送制御信号ＳＴＳ及び第２伝送制御信号ＬＴＳがロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移された後、第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤは、光信号を受信し、光信号による光電荷を生成して蓄積する。
【0083】
第１キャパシタＣ１がリセットされると、第２リセット制御信号ＲＳ２は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第２リセットトランジスタＲＧ２がターンオンされ、第２キャパシタＣ２はリセットされる。
【0084】
第２リセット制御信号ＲＳ２がロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移され、第１リセット制御信号ＲＳ１がロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移される。サンプル制御信号ＳＰＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、サンプルトランジスタＳＰがターンオンされ、リセットされた第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１の電圧に対応するリセット電荷量が第２キャパシタＣ２に保存される。
【0085】
開始時間Ｔ０において、リードアウト区間が開始する。第１リードアウト区間ＬＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴの間、第２フォトダイオードＬＰＤに対応するピクセル信号をリードアウトし、第２リードアウト区間ＳＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴの間、第１フォトダイオードＳＰＤに対応するピクセル信号をリードアウトする。以下、第１リードアウト区間ＬＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴ及び第２リードアウト区間ＳＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴで遂行される動作を説明する。
【0086】
まず、第１リードアウト区間ＬＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴにおいて、第１選択信号ＳＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。開始時間Ｔ０以後、第１リセット制御信号ＲＳ１及びゲイン制御信号ＣＧＳがロジックハイレベルであり、これにより、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２がリセットされる。第１リセット制御信号ＲＳ１は、ロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移される。ゲイン制御信号ＣＧＳは、ロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移される。これにより、第１リセットトランジスタＲＧ１及びゲイン制御トランジスタＤＲＧがターンオフされ、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結されていないので、ピクセルＰＸは、ＨＣＧモードで動作する。そして、リセットされた第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に対応する第１リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ１が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図５を参照すると、第１時間Ｔ１で出力される第１ピクセル信号は、第２フォトダイオードＬＰＤのＨＣＧモードの第１リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ１である。第１選択信号ＳＳ１がロジックハイレベルであるので、第１選択トランジスタＳＥＬ１はターンオンされており、第２フォトダイオードＬＰＤのＨＣＧモードの第１リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ１は、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。
【0087】
第１時間Ｔ１以後、第２伝送制御信号ＬＴＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第２伝送トランジスタＬＴＧがターンオンされ、第２フォトダイオードＬＰＤで生成された電荷が、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に移動して蓄積（蓄積動作）される。このとき、ゲイン制御信号ＣＧＳは、ローレベルを維持し、ピクセルＰＸは、ＨＣＧモードで動作する。そして、蓄積された第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に対応する第１イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ１が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図５を参照すると、第２時間Ｔ２で出力される第１ピクセル信号は、第２フォトダイオードＬＰＤのＨＣＧモードの第１イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ１である。第２フォトダイオードＬＰＤのＨＣＧモードの第１イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ１は、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。第１ピクセル信号は、第１イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ１及び第１リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ１を含む。
【0088】
第２時間Ｔ２以後、ゲイン制御信号ＣＧＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、ゲイン制御トランジスタＤＲＧがターンオンされ、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結され、ピクセルＰＸは、ＬＣＧモードで動作する。そして、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に対応する第２リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ２が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図５を参照すると、第３時間Ｔ３で出力される第２ピクセル信号は、第２フォトダイオードＬＰＤのＬＣＧモードの第２リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ２である。第２フォトダイオードＬＰＤのＬＣＧモードの第２リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ２は、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。
【0089】
第３時間Ｔ３以後、第２伝送制御信号ＬＴＳは、ローレベルからハイレベルに遷移される。これにより、第２伝送トランジスタＬＴＧがターンオンされ、第２フォトダイオードＬＰＤで生成された電荷が、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に移動して蓄積される。そして、蓄積された第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に対応する第２イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ２が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図５を参照すると、第４時間Ｔ４で出力される第２ピクセル信号は、第２フォトダイオードＬＰＤのＬＣＧモードの第２イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ２である。第２フォトダイオードＬＰＤのＬＣＧモードの第２イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ２は、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。第２ピクセル信号は、第２イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ２及び第２リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ２を含む。
【0090】
第４時間Ｔ４以後、第１リセット制御信号ＲＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。そして、ゲイン制御信号ＣＧＳは、ロジックハイレベルを維持する。これにより、第１リセットトランジスタＲＧ１及びゲイン制御トランジスタＤＲＧがターンオンされ、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３はリセットされる。例えば、図５を参照すると、第５時間Ｔ５において、第２フォトダイオードＬＰＤのピクセル信号の出力以後に残っている電荷が除去される。
【0091】
第２リードアウト区間ＳＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴにおいて、ゲイン制御信号ＣＧＳは、ハイレベルを維持する。そして、第１スイッチ信号ＳＷＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第１スイッチトランジスタＳＷ１がターンオンされ、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結され、ピクセルＰＸは、ＨＣＧモードで動作する。第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２、及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３は連結され、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に対応する第３リセット信号が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図５を参照すると、第６時間Ｔ６で出力される第３ピクセル信号は、第１フォトダイオードＳＰＤのＨＣＧモードの第３リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ３である。第１選択信号ＳＳ１がロジックハイレベルであるので、第１選択トランジスタＳＥＬ１はターンオンされており、第１フォトダイオードＳＰＤのＨＣＧモードの第３リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ３は、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。
【0092】
第６時間Ｔ６以後、第１伝送制御信号ＳＴＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第１伝送トランジスタＳＴＧがターンオンされ、第１フォトダイオードＳＰＤで生成された電荷が、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１に移動して蓄積される。そして、蓄積された第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１に対応するイメージ信号が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図５を参照すると、第７時間Ｔ７で出力される第３ピクセル信号は、第１フォトダイオードＳＰＤのＨＣＧモードの第３イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ３である。第１フォトダイオードＳＰＤのＨＣＧモードの第３イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ３は、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。第３ピクセル信号は、第３イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ３及び第３リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ３を含む。
【0093】
第７時間Ｔ７以後、第２スイッチ信号ＳＷＳ２は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。第２スイッチトランジスタＳＷ２がターンオンされ、第１キャパシタＣ１が、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結され、ピクセルＰＸは、ＬＣＧモードで動作する。第２選択信号ＳＳ２は、ローレベルからハイレベルに遷移される。これにより、第２選択トランジスタＳＥＬ２がターンオンされ、第２キャパシタＣ２に保存されたリセット電荷量に対応する第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４が、第２選択トランジスタＳＥＬ２を介して出力される。露出区間において第２キャパシタＣ２に保存されたリセット電荷量に対応する第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４が、第２選択トランジスタＳＥＬ２を介して出力される。すなわち、図５を参照すると、第８時間Ｔ８で出力される第４ピクセル信号は、第１フォトダイオードＳＰＤのＬＣＧモードの第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４である。
【0094】
第８時間Ｔ８以後、第２リセット制御信号ＲＳ２は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第２リセットトランジスタＲＧ２がターンオンされ、第２キャパシタＣ２はリセットされる。第２キャパシタＣ２がリセットされた後、サンプル制御信号ＳＰＳは、ローレベルからハイレベルに遷移される。サンプルトランジスタＳＰがターンオンされ、オーバーフロー電荷量が第２キャパシタＣ２に保存される。第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１には、第１キャパシタＣ１が連結されており、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に蓄積された電荷は、第１キャパシタＣ１に蓄積された電荷に対応する。第１キャパシタＣ１には、露出動作によって、第１フォトダイオードＳＰＤからオーバーフローされた電荷が蓄積される。そして、フローティングディフュージョンノード（ＦＤ１、ＦＤ３）の電圧に対応する電荷量が、第２キャパシタＣ２に保存される。
【0095】
サンプル制御信号ＳＰＳが、ロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移され、第２選択信号ＳＳ２は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、サンプルトランジスタＳＰがターンオフされ、第２選択トランジスタＳＥＬ２がターンオンされ、第２キャパシタＣ２に保存されたオーバーフロー電荷量が、第４イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ４として第２選択トランジスタＳＥＬ２を介して出力される。すなわち、図５を参照すると、第９時間Ｔ９で出力される第４ピクセル信号は、第１フォトダイオードＳＰＤのＬＣＧモードの第４イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ４である。第４ピクセル信号は、第４イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ４及び第４リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ４を含む。
【0096】
このように、本発明の一実施形態によれば、ピクセルＰＸは、第２キャパシタ（例えば、図２の第２キャパシタＣ２）に第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４及び第４イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ４を並べた順に保存し、第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４を第４イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ４よりも先にカラムラインにリードアウトする。これにより、相関二重サンプリング方式が適用可能であり、ピクセル信号を合成することにより、広いダイナミックレンジを有し、かつピクセルの信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ： ＳＮＲ）が向上したイメージを生成することができる。
【0097】
【0098】
図１及び図６を参照すると、ピクセルＰＸは、複数のフォトダイオード、例えば、第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤを含む。ピクセルＰＸは、複数のトランジスタ、例えば、第１伝送トランジスタＳＴＧ、第２伝送トランジスタＬＴＧ、第１リセットトランジスタＲＧ１、第２リセットトランジスタＲＧ２、第１駆動トランジスタＳＦ１、第１選択トランジスタＳＥＬ１、ゲイン制御トランジスタＤＲＧ、第１スイッチトランジスタＳＷ１、第２スイッチトランジスタＳＷ２、サンプルトランジスタＳＰ、第１キャパシタＣ１、及び第２キャパシタＣ２を含む。ピクセルＰＸには、制御信号（ＳＴＳ、ＬＴＳ、ＲＳ１、ＲＳ２、ＳＳ１、ＣＧＳ、ＳＷＳ１、ＳＷＳ２、ＳＰＳ）が印加され、制御信号のうちの少なくとも一部は、ロウドライバ１２０で生成される。図２～図４のピクセルと比較すると、図６のピクセルＰＸは、第２選択トランジスタ（例えば、図２の第２選択トランジスタＳＥＬ２）を含んでいない。
【0099】
ピクセルＰＸは、第１選択トランジスタＳＥＬ１を含む。第１選択トランジスタＳＥＬ１の第１端子は、第１駆動トランジスタＳＦ１に連結され、第１選択トランジスタＳＥＬ１の第２端子は、カラムラインＣＬに連結される。リードアウト動作において、第１選択トランジスタＳＥＬ１がターンオンされると、カラムラインＣＬに、リセット動作に対応するリセット信号、または電荷蓄積動作に対応するイメージ信号を含むピクセル信号が出力される。例えば、第１選択トランジスタＳＥＬ１がターンオンされると、オーバーフロー電荷量またはリセット電荷量がピクセル信号として出力される。
【0100】
ピクセルＰＸは、第２キャパシタＣ２を含む。第２キャパシタＣ２の第１端子は、サンプルトランジスタＳＰ及び第２リセットトランジスタＲＧ２に連結され、第２キャパシタＣ１の第２端子には、ピクセル電圧ＶＰＩＸが印加される。
【0101】
ピクセルＰＸは、第２リセットトランジスタＲＧ２を含む。第２リセットトランジスタＲＧ２の第１端子には、リセット電圧（例えば、ピクセル電圧ＶＰＩＸ）が印加され、第２リセットトランジスタＲＧ２の第２端子は、第２キャパシタＣ２及びサンプルトランジスタＳＰに連結される。
【0102】
ピクセルＰＸは、サンプルトランジスタＳＰを含む。サンプルトランジスタＳＰの第１端子は、第１駆動トランジスタＳＦ１及び第１選択トランジスタＳＥＬ１に連結され、サンプルトランジスタＳＰの第２端子は、第２キャパシタＣ２及び第２リセットトランジスタＲＧ２に連結される。
【0103】
【0104】
図７は、本発明の一実施形態によるピクセルの動作を説明するタイミング図である。詳しくは、図７は、本発明の一実施形態による図６のピクセルＰＸの動作を説明するタイミング図である。図５と重複する内容は省略する。
【0105】
図６及び図７を参照すると、図７の露出区間における動作は、図５で説明した露出区間における動作に対する説明が同様に適用可能である。第２フォトダイオードＬＰＤのリードアウト区間である第１リードアウト区間ＬＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴの間、第２フォトダイオードＬＰＤに対応するピクセル信号をリードアウトする。
【0106】
開始時間Ｔ０において、第１リードアウト区間ＬＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴが開始する。第１時間Ｔ１において、第２フォトダイオードＬＰＤのＨＣＧモードの第１リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ１が、第１ピクセル信号として出力される。第２時間Ｔ２において、第２フォトダイオードＬＰＤのＨＣＧモードの第１イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ１が、第１ピクセル信号として出力される。第３時間Ｔ３において、第２フォトダイオードＬＰＤのＬＣＧモードの第２リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ２が、第２ピクセル信号として出力される。第４時間Ｔ４において、第２フォトダイオードＬＰＤのＬＣＧモードの第２イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ２が、第２ピクセル信号として出力される。第５時間Ｔ５において、第２リードアウト区間ＳＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴが開始する。
【0107】
第２リードアウト区間ＳＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴにおいて、ゲイン制御信号ＣＧＳは、ハイレベルを維持する。第６時間Ｔ６において、第１フォトダイオードＳＰＤのＨＣＧモードの第３リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ３は、第３ピクセル信号として出力される。第７時間Ｔ７において、第１フォトダイオードＳＰＤのＨＣＧモードの第３イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ３が、第３ピクセル信号として出力される。
【0108】
第７時間Ｔ７以後、第１選択信号ＳＳ１は、ロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移され、第１リセット制御信号ＲＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。第１選択トランジスタＳＥＬ１がターンオフされ、第１リセットトランジスタＲＧ１がターンオンされ、第１～第３フローティングディフュージョンノード（ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３）がリセットされる。
【0109】
第１選択信号ＳＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに再び遷移され、第１リセット制御信号ＲＳ１は、ロジックハイレベルからロジックローレベルに再び遷移される。サンプル制御信号ＳＰＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第１選択トランジスタＳＥＬ１及びサンプルトランジスタＳＰがターンオンされ、第２キャパシタＣ２に保存されたリセット電荷量に対応する第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４が、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して第４ピクセル信号として出力される。露出区間において第２キャパシタＣ２に保存された第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４が、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。すなわち、図７を参照すると、第８時間Ｔ８で出力される第４ピクセル信号は、第１フォトダイオードＳＰＤのＬＣＧモードの第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４である。
【0110】
第８時間Ｔ８以後、第２リセット制御信号ＲＳ２は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第２リセットトランジスタＲＧ２がターンオンされ、第２キャパシタＣ２はリセットされる。第２キャパシタＣ２がリセットされた後、第２スイッチ信号ＳＷＳ２は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移され、サンプル制御信号ＳＰＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第２スイッチトランジスタＳＷ２及びサンプルトランジスタＳＰはターンオンされ、第１キャパシタＣ１に蓄積されたオーバーフロー電荷量が第２キャパシタＣ２に保存される。第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１には、第１キャパシタＣ１が連結されており、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に蓄積された電荷は、第１キャパシタＣ１に蓄積されたオーバーフロー電荷量に対応する。第１キャパシタＣ１には、露出動作によって、第１フォトダイオードＳＰＤからオーバーフローされた電荷が蓄積される。そして、蓄積された第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２の電圧に対応するオーバーフロー電荷量が、第２キャパシタＣ２に保存される。
【0111】
サンプル制御信号ＳＰＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移され、第１選択信号ＳＳ１は、ロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移され、第１リセット制御信号ＲＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。第１選択トランジスタＳＥＬ１がターンオフされ、第１リセットトランジスタＲＧ１がターンオンされ、第１～第３フローティングディフュージョンノード（ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３）がリセットされる。第１～第３フローティングディフュージョンノード（ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３）がリセットされると、第１選択信号ＳＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移され、第１リセット制御信号ＲＳ１は、ロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移される。
【0112】
サンプル制御信号ＳＰＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、サンプルトランジスタＳＰがターンオンされ、第２キャパシタＣ２に保存されたオーバーフロー電荷量が、第４イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ４として第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。すなわち、図７を参照すると、第９時間Ｔ９で出力される第４ピクセル信号は、第１フォトダイオードＳＰＤのＬＣＧモードの第４イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ４である。
【0113】
【0114】
図１及び図８を参照すると、ピクセルＰＸは、複数のフォトダイオード、例えば、第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤを含む。ピクセルＰＸは、複数のトランジスタ、例えば、第１伝送トランジスタＳＴＧ、第２伝送トランジスタＬＴＧ、第１リセットトランジスタＲＧ１、第２リセットトランジスタＲＧ２、第３リセットトランジスタＲＧ３、第１駆動トランジスタＳＦ１、第３駆動トランジスタＳＦ３、第１選択トランジスタＳＥＬ１、第２選択トランジスタＳＥＬ２、第３選択トランジスタＳＥＬ３、ゲイン制御トランジスタＤＲＧ、第１スイッチトランジスタＳＷ１、第２スイッチトランジスタＳＷ２、サンプルトランジスタＳＰ、第１キャパシタＣ１、及び第２キャパシタＣ２を含む。ピクセルＰＸには、制御信号（ＳＴＳ、ＬＴＳ、ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３、ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＣＧＳ、ＳＷＳ１、ＳＷＳ２、ＳＰＳ）が印加され、制御信号のうち少なくとも一部は、ロウドライバ１２０で生成される。
【0115】
ピクセルＰＸは、第１リセットトランジスタＲＧ１を含む。第１リセットトランジスタＲＧ１は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に蓄積された電荷をリセットさせる。第１スイッチトランジスタＳＷ１がターンオンされ、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３が連結されると、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１に蓄積された電荷が排出されて、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１がリセットされる。
【0116】
ピクセルＰＸは、第３駆動トランジスタＳＦ３を含む。第３駆動トランジスタＳＦ３の第１端子は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結され、第３駆動トランジスタＳＦ３の第２端子には、駆動電圧（例えば、ピクセル電圧ＶＰＩＸ）が印加される。第３駆動トランジスタＳＦ３は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に蓄積された電荷に対応する電圧を出力信号として出力可能である。すなわち、第３駆動トランジスタＳＦ３は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３の電圧に対応する出力信号を生成する。
【0117】
ピクセルＰＸは、サンプルトランジスタＳＰを含む。サンプルトランジスタＳＰの第１端子は、第３駆動トランジスタＳＦ３及び第３選択トランジスタＳＥＬ３に連結され、サンプルトランジスタＳＰの第２端子は、第２キャパシタＣ２、第２リセットトランジスタＲＧ２、及び第２選択トランジスタＳＥＬ２に連結される。サンプルトランジスタＳＰは、第３駆動トランジスタＳＦ３と第２キャパシタＣ２との連結を制御する。サンプルトランジスタＳＰは、オーバーフロー電荷量及びリセット電荷量が第２キャパシタＣ２に保存されるように制御する。サンプルトランジスタＳＰは、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３から、オーバーフロー電荷量及びリセット電荷量が第２キャパシタＣ２に保存されるようにターンオンされる。
【0118】
ピクセルＰＸは、第３選択トランジスタＳＥＬ３を含む。第３選択トランジスタＳＥＬ３の第１端子は、第３駆動トランジスタＳＦ３に連結され、第３選択トランジスタＳＥＬ３の第２端子は、第１選択トランジスタＳＥＬ１に連結される。第３選択トランジスタＳＥＬ３は、ロウドライバ１２０から受信した第３選択信号ＳＳ３に応答して、ターンオンまたはターンオフされる。リードアウト動作において、第３選択トランジスタＳＥＬ３がターンオンされると、第３駆動トランジスタＳＦ３から、カラムラインＣＬに、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３の電圧に対応する出力信号がピクセル信号として出力される。第１フォトダイオードＳＰＤから生成された電荷が、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１に蓄積され、第３選択トランジスタＳＥＬ３及び第１選択トランジスタＳＥＬ１がターンオンされると、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１の電圧に対応する出力信号が、ピクセル信号としてカラムラインＣＬに出力される。
【0119】
ピクセルＰＸは、第３リセットトランジスタＲＧ３を含む。第３リセットトランジスタＲＧ３は、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に蓄積された電荷をリセットさせる。第３リセットトランジスタＲＧ３の第１端子には、リセット電圧（例えば、ピクセル電圧ＶＰＩＸ）が印加され、第３リセットトランジスタＲＧ３の第２端子は、コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧに連結される。第３リセットトランジスタＲＧ３は、ロウドライバ１２０から受信した第３リセット制御信号ＲＳ３に応答して、ターンオンまたはターンオフされ、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に蓄積された電荷が排出されて、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２がリセットされる。
【0120】
ピクセルＰＸは、コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧを含む。コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧの第１端子は、第３リセットトランジスタＲＧ３に連結され、コンバージョンゲイントランジスタＤＲＧの第２端子は、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に連結される。
【0121】
ピクセルＰＸは、第１駆動トランジスタＳＦ１を含む。第１駆動トランジスタＳＦ１は、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に蓄積された電荷に対応する電圧を、出力信号として出力する。
【0122】
本発明の一実施形態によれば、第２フォトダイオードＬＰＤは、ゲイン制御トランジスタＤＲＧを介して、デュアルコンバージョンゲインに対応するピクセル信号を生成する。例えば、第２フォトダイオードＬＰＤのリードアウト期間中に、ＬＣＧモードで動作するとき、ゲイン制御信号ＣＧＳは、活性レベルを有する。第２フォトダイオードＬＰＤのリードアウト期間中に、ＨＣＧモードで動作するとき、ゲイン制御信号ＣＧＳは、非活性レベルを有する。また、本発明の一実施形態によれば、第１フォトダイオードＳＰＤは、デュアルコンバージョンゲインに対応するピクセル信号を生成する。
【0123】
図９は、本発明の一実施形態によるピクセルの動作を説明するタイミング図である。詳しくは、図９は、本発明の一実施形態による図８のピクセルＰＸの動作を説明するタイミング図である。図５と重複する内容は省略する。
【0124】
図８及び図９を参照すると、ピクセルＰＸは、露出（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）区間の間、第１フォトダイオードＳＰＤ、第２フォトダイオードＬＰＤ、第１～第３フローティングディフュージョンノード（ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３）をリセットし、第１フォトダイオードＳＰＤ及び第２フォトダイオードＬＰＤが光信号を受信して、光電荷を生成及び蓄積する。そして、第２フォトダイオードＬＰＤのリードアウト区間である第１リードアウト区間ＬＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴの間、第２フォトダイオードＬＰＤに対応するピクセル信号をリードアウトする。第１フォトダイオードＳＰＤのリードアウト区間である第２リードアウト区間ＳＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴの間、第１フォトダイオードＳＰＤに対応するピクセル信号をリードアウトする。
【0125】
まず、露出区間において、第１選択信号ＳＳ１、第２選択信号ＳＳ２、及び第３選択信号ＳＳ３は、ロジックローレベルを維持し、第１リセット制御信号ＲＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第１リセットトランジスタＲＧ１がターンオンされ、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３はリセットされる。また、第１スイッチ信号ＳＷＳ１及び第２伝送制御信号ＳＴＳがロジックハイレベルになるにつれて、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１及び第１フォトダイオードＳＰＤもリセットされ、第２伝送制御信号ＳＴＳが再びロジックローレベルになると、第１フォトダイオードＳＰＤで生成された光電荷が第１フォトダイオードＳＰＤに蓄積される。
【0126】
第３リセット制御信号ＲＳ３及びゲイン制御信号ＣＧＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移され、第３リセットトランジスタＲＧ３及びコンバージョンゲイントランジスタＤＲＧがターンオンされる。第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２はリセットされる。また、第２伝送制御信号ＬＴＳもロジックハイレベルになるにつれて、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２と共に第２フォトダイオードＬＰＤもリセットされ、第２伝送制御信号ＬＴＳが再びロジックローレベルになると、第２フォトダイオードＬＰＤで生成された光電荷が第２フォトダイオードＬＰＤに蓄積される。
【0127】
開始時間Ｔ０において、リードアウト区間が開始する。まず、第１リードアウト区間ＬＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴにおいて、第１選択信号ＳＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。第３リセット制御信号ＲＳ３は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。ゲイン制御信号ＣＧＳは、第３リセット制御信号ＲＳ３がロジックハイレベルであるとき、ロジックハイレベルである。これにより、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２がリセットされる。
【0128】
ゲイン制御信号ＣＧＳがロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移されると、ゲイン制御トランジスタＤＲＧがターンオフされ、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に連結されていないので、ピクセルＰＸは、ＨＣＧモードで動作する。そして、リセットされた第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２の電圧に対応する第１リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ１が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図９を参照すると、第１時間Ｔ１で出力される第１ピクセル信号は、第２フォトダイオードＬＰＤのＨＣＧモードの第１リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ１である。第１選択信号ＳＳ１がロジックハイレベルであるので、第１選択トランジスタＳＥＬ１はターンオンされており、第２フォトダイオードＬＰＤのＨＣＧモードの第１リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ１は、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。
【0129】
第２時間Ｔ２で出力される第１ピクセル信号は、第２フォトダイオードＬＰＤのＨＣＧモードのイメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧである。第２フォトダイオードＬＰＤのＨＣＧモードの第１イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ１は、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。
【0130】
第２時間Ｔ２以後、ゲイン制御信号ＣＧＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、ゲイン制御トランジスタＤＲＧがターンオンされ、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２は、第３リセットトランジスタＲＧ３に連結され、ピクセルＰＸは、ＬＣＧモードで動作する。そして、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に対応する第２リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ２が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図９を参照すると、第３時間Ｔ３で出力される第２ピクセル信号は、第２フォトダイオードＬＰＤのＬＣＧモードの第２リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ２である。第２フォトダイオードＬＰＤのＬＣＧモードの第２リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ２は、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。
【0131】
第３時間Ｔ３以後、第２伝送制御信号ＬＴＳは、ローレベルからハイレベルに遷移される。これにより、第２伝送トランジスタＬＴＧがターンオンされ、第２フォトダイオードＬＰＤで生成された電荷が、第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に移動して蓄積される。そして、蓄積された第２フローティングディフュージョンノードＦＤ２に対応する第２イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ２が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図９を参照すると、第４時間Ｔ４で出力される第２ピクセル信号は、第２フォトダイオードＬＰＤのＬＣＧモードの第２イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ２である。第２フォトダイオードＬＰＤのＬＣＧモードの第２イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ２は、第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。
【0132】
第４時間Ｔ４以後、第１リセット制御信号ＲＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。そして、ゲイン制御信号ＣＧＳも、ロジックハイレベルを維持する。これにより、第１リセットトランジスタＲＧ１及びゲイン制御トランジスタＤＲＧがターンオンされ、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３はリセットされる。
【0133】
第２リードアウト区間ＳＰＤ ＲＥＡＤＯＵＴにおいて、ゲイン制御信号ＣＧＳは、ハイレベルを維持する。そして、第１スイッチ信号ＳＷＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第１スイッチトランジスタＳＷ１がターンオンされ、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１は、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３と連結され、ピクセルＰＸは、ＨＣＧモードで動作する。第１リセット制御信号ＲＳ１がロジックハイレベルであるので、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３はリセットされる。
【0134】
第１スイッチ信号ＳＷＳ１は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移され、第３選択信号ＳＳ３は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。第１選択信号ＳＳ１もロジックハイレベルであるので、第１選択トランジスタＳＥＬ１及び第３選択トランジスタＳＥＬ３はターンオンされ、第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に対応する第３リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ３が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図９を参照すると、第６時間Ｔ６で出力される第３ピクセル信号は、第１フォトダイオードＳＰＤのＨＣＧモードの第３リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ３である。第１フォトダイオードＳＰＤのＨＣＧモードの第３リセット信号ＨＣＧ ＲＳＴ３は、第３選択トランジスタＳＥＬ３及び第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。
【0135】
第６時間Ｔ６以後、第１伝送制御信号ＳＴＳは、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第１伝送トランジスタＳＴＧがターンオンされ、第１フォトダイオードＳＰＤで生成された電荷が、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１に移動して蓄積される。第３選択信号ＳＳ３は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。第１選択信号ＳＳ１もロジックハイレベルであるので、第１選択トランジスタＳＥＬ１及び第３選択トランジスタＳＥＬ３はターンオンされ、蓄積された第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１に対応する第３イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ３が、カラムラインＣＬを介して出力される。すなわち、図９を参照すると、第７時間Ｔ７で出力される第３ピクセル信号は、第１フォトダイオードＳＰＤのＨＣＧモードの第３イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ３である。第１フォトダイオードＳＰＤのＨＣＧモードの第３イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ３は、第３選択トランジスタＳＥＬ３及び第１選択トランジスタＳＥＬ１を介して出力される。
【0136】
第７時間Ｔ７以後、第２スイッチ信号ＳＷＳ２は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。第２スイッチトランジスタＳＷ２がターンオンされ、第１キャパシタＣ１が、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３と連結され、ピクセルＰＸは、ＬＣＧモードで動作する。第２選択信号ＳＳ２は、ローレベルからハイレベルに遷移される。これにより、第２選択トランジスタＳＥＬ２がターンオンされ、第２キャパシタＣ２に保存されたリセット電荷量に対応する第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４が、第２選択トランジスタＳＥＬ２を介して出力可能である。露出区間において第２キャパシタＣ２に保存されたリセット電荷量に対応する第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４が、第２選択トランジスタＳＥＬ２を介して出力される。すなわち、図９を参照すると、第８時間Ｔ８で出力される第４ピクセル信号は、第１フォトダイオードＳＰＤのＬＣＧモードの第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４である。
【0137】
第８時間Ｔ８以後、第２リセット制御信号ＲＳ２は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、第２リセットトランジスタＲＧ２がターンオンされ、第２キャパシタＣ２はリセットされる。第２キャパシタＣ２がリセットされた後、サンプル制御信号ＳＰＳは、ローレベルからハイレベルに遷移される。サンプルトランジスタＳＰがターンオンされ、オーバーフロー電荷量が第２キャパシタＣ２に保存される。具体的には、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１には、第１キャパシタＣ１が連結されており、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３に蓄積された電荷は、第１キャパシタＣ１に蓄積された電荷に対応する。第１キャパシタＣ１には、露出動作によって、第１フォトダイオードＳＰＤからオーバーフローされた電荷が蓄積される。そして、第１フローティングディフュージョンノードＦＤ１及び第３フローティングディフュージョンノードＦＤ３の電圧に対応するオーバーフロー電荷量が、第２キャパシタＣ２に保存される。
【0138】
サンプル制御信号ＳＰＳが、ロジックハイレベルからロジックローレベルに遷移され、第２選択信号ＳＳ２は、ロジックローレベルからロジックハイレベルに遷移される。これにより、サンプルトランジスタＳＰがターンオフされ、第２選択トランジスタＳＥＬ２がターンオンされ、第２キャパシタＣ２に保存されたオーバーフロー電荷量が、第４イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ４として第２選択トランジスタＳＥＬ２を介して出力される。すなわち、図９を参照すると、第９時間Ｔ９で出力される第４ピクセル信号は、第１フォトダイオードＳＰＤのＬＣＧモードの第４イメージ信号ＨＣＧ ＳＩＧ４である。
【0139】
第８時間Ｔ８において、第１フォトダイオードＳＰＤのＬＣＧモードの第４リセット信号ＬＣＧ ＲＳＴ４が出力され、第９時間Ｔ９において、第１フォトダイオードＳＰＤのＬＣＧモードの第４イメージ信号ＬＣＧ ＳＩＧ４が出力されるので、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式が使用可能である。これにより、イメージセンサのダイナミックレンジが増加し、信号対雑音比が向上する。
【0140】
図１０は、本発明の一実施形態による電子装置を示すブロック図である。
【0141】
図１０を参照すれば、電子装置１０００は、イメージセンサ１１００、アプリケーションプロセッサ１２００、ディスプレイ１３００、メモリ１４００、ストレージ１５００、ユーザインターフェース１６００、及び無線送受信部１７００を含む。図１０のイメージセンサ１１００が、図１のイメージセンサ１００に対応する。図１と重複する説明は省略する。
【0142】
アプリケーションプロセッサ１２００は、電子装置１０００の全般的な動作を制御し、応用プログラム、運用体制などを実行するＳｏＣ（ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ｃｈｉｐ）として提供される。アプリケーションプロセッサ１２００は、イメージセンサ１１００からイメージデータを受信し、受信したイメージデータに対して、イメージ処理を遂行する。一実施形態において、アプリケーションプロセッサ１２００は、受信したイメージデータ、及び／または処理されたイメージデータを、メモリ１４００またはストレージ１５００に保存する。図１のイメージセンサ１００は、イメージセンサ１１００を具現するのに使用可能である。
【0143】
メモリ１４００は、アプリケーションプロセッサ１２００が処理または実行するプログラム及び／またはデータを保存する。ストレージ１５００は、ＮＡＮＤフラッシュ、抵抗性メモリなどの不揮発性メモリ装置によって具現され、例えば、ストレージ１５００は、メモリカード（ＭＭＣ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ）、ｅＭＭＣ（ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＭＭＣ）、ＳＤ（ｓｅｃｕｒｅ ｄｉｇｉｔａｌ）、ｍｉｃｒｏ ＳＤ）などとして提供される。ストレージ１５００は、アプリケーションプロセッサ１２００のイメージ処理動作を制御する実行アルゴリズムに対するデータ及び／またはプログラムを保存し、イメージ処理動作が遂行されるとき、データ及び／またはプログラムがメモリ１４００にローディングされる。
【0144】
ユーザインターフェース１６００は、キーボード、タッチパネル、指紋センサ、マイクなど、ユーザ入力を受信可能な多様な装置によって具現される。ユーザインターフェース１６００は、ユーザ入力を受信し、受信したユーザ入力に対応する信号をアプリケーションプロセッサ１２００に提供する。無線送受信部１７００は、モデム１７１０、トランシーバ１７２０、及びアンテナ１７３０を含む。
【0145】
図１１は、本発明の一実施形態による電子装置の一部を示すブロック図である。図１２は、本発明の一実施形態によるカメラモジュールの具体的な構成を示すブロック図である。具体的には、図１１は、図１０の電子装置１０００の一部として、電子装置２０００を示す図であり、図１２は、図１１のカメラモジュール２１００ｂの具体的な構成を示す図である。
【0146】
図１１を参照すると、電子装置２０００は、マルチカメラモジュール２１００、アプリケーションプロセッサ２２００、及びメモリ２３００を含む。メモリ２３００は、図１０に示されたメモリ１４００と同一の機能を行うので、重複する説明は省略する。
【0147】
電子装置２０００は、ＣＭＯＳイメージセンサを利用し、被写体に対するイメージをキャプチャ及び／または保存し、携帯電話、タブレットコンピュータ、またはポータブル電子装置によって具現される。ポータブル電子装置は、ラップトップコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、タブレットＰＣ、ウェアラブル機器などを含む。
【0148】
マルチカメラモジュール２１００は、第１カメラモジュール２１００ａ、第２カメラモジュール２１００ｂ、及び第３カメラモジュール２１００ｃを含む。マルチカメラモジュール２１００は、図１のイメージセンサ１００を含む。一方、図１１には、マルチカメラモジュール２１００が３個のカメラモジュール（２１００ａ～２１００ｃ）を含むものを示したが、本発明は、それに限定されず、多様な数のカメラモジュールがマルチカメラモジュール２１００に含まれ得る。
【0149】
以下、図１２を参照して、カメラモジュール２１００ｂの詳細構成についてより具体的に説明するが、以下の説明は、実施形態によって、他のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｃ）に対しても同様に適用可能である。
【0150】
図１２を参照すると、第２カメラモジュール２１００ｂは、プリズム２１０５、ＯＰＦＥ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｈ Ｆｏｌｄｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔ）２１１０、アクチュエータ２１３０、イメージセンシング装置２１４０、及びメモリ２１５０（例えば、ストレージ装置）を含む。
【0151】
プリズム２１０５は、光反射物質の反射面２１０７を含み、外部から入射される光Ｌの経路を変更させる。
【0152】
一実施形態によれば、プリズム２１０５は、第１方向Ｘから入射される光Ｌの経路を、第１方向Ｘに垂直な第２方向Ｙに変更させる。また、プリズム２１０５は、光反射物質の反射面２１０７を、中心軸２１０６を中心にＡ方向に回転させるか、あるいは中心軸２１０６をＢ方向に回転させて、第１方向Ｘから入射される光Ｌの経路を、垂直な第２方向Ｙに変更させる。このとき、ＯＰＦＥ２１１０も、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに垂直な第３方向Ｚに移動する。
【0153】
一実施形態において、図１２に示されたように、プリズム２１０５のＡ方向の最大回転角度は、プラス（＋）Ａ方向には１５°以下であり、マイナス（－）Ａ方向には１５°より大きいが、本実施形態はそれに限定されるものではない。
【0154】
一実施形態において、プリズム２１０５は、プラス（＋）またはマイナス（－）Ｂ方向に、２０°前後、または１０°～２０°、または１５°～２０°の範囲で回転可能であり、ここで、回転角度は、プラス（＋）またはマイナス（－）Ｂ方向に同一角度で回転するか、あるいは１°前後の範囲でほぼ類似した角度まで回転する。
【0155】
一実施形態において、プリズム２１０５は、光反射物質の反射面２１０７を、中心軸２１０６の延長方向と平行な第３方向（例えば、Ｚ方向）に移動する。
【0156】
ＯＰＦＥ２１１０は、例えば、ｍ個（ここで、ｍは自然数）のグループからなる光学レンズを含む。ｍ個のレンズは、第２方向Ｙに移動し、カメラモジュール２１００ｂの光学ズーム倍率を変更する。例えば、カメラモジュール２１００ｂの基本の光学ズーム倍率をＺとするとき、ＯＰＦＥ２１１０に含まれたｍ個の光学レンズを移動させる場合、カメラモジュール２１００ｂの光学ズーム倍率は、３Ｚ、５Ｚ、または５Ｚ以上の光学ズーム倍率に変更可能である。
【0157】
アクチュエータ２１３０は、ＯＰＦＥ２１１０または光学レンズ（以下、光学レンズという）を特定位置に移動させる。例えば、アクチュエータ２１３０は、正確なセンシングのために、イメージセンサ２１４２が光学レンズの焦点距離（ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）に位置するように、光学レンズの位置を調整する。
【0158】
イメージセンシング装置２１４０は、イメージセンサ２１４２、制御ロジック２１４４、エンコーダ２１４５、及びメモリ２１４６を含む。イメージセンサ２１４２は、光学レンズを介して提供される光Ｌを利用して、センシング対象のイメージをセンシングする。図１２のイメージセンサ２１４２は、図１のイメージセンサ１００と機能的に類似しているので、重複する説明は省略する。制御ロジック２１４４は、第２カメラモジュール２１００ｂの全般的な動作を制御する。例えば、制御ロジック２１４４は、制御信号ラインＣＳＬｂを介して提供された制御信号によって、第２カメラモジュール２１００ｂの動作を制御する。
【0159】
メモリ２１４６は、キャリブレーションデータ２１４７のような、第２カメラモジュール２１００ｂの動作に必要な情報を保存する。キャリブレーションデータ２１４７は、第２カメラモジュール２１００ｂが外部から提供された光Ｌを利用して、イメージデータを生成するのに必要な情報を含む。キャリブレーションデータ２１４７は、例えば、上述の回転度に係わる情報、焦点距離に係わる情報、光学軸に係わる情報などを含む。第２カメラモジュール２１００ｂが、光学レンズの位置によって焦点距離が変わるマルチステートカメラ形態に具現される場合、キャリブレーションデータ２１４７は、光学レンズの各位置別（または、ステート別）の焦点距離値と、オートフォーカシングに係わる情報とを含む。
【0160】
メモリ２１５０は、イメージセンサ２１４２を介してセンシングされたイメージデータを保存する。メモリ２１５０は、イメージセンシング装置２１４０の外部に配置可能であり、イメージセンシング装置２１４０を構成するセンサチップとスタックされた形態に具現される。一実施形態において、メモリ２１５０は、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）によって具現されるが、本実施形態はそれに限定されるものではない。
【0161】
図１１及び図１２を共に参照すると、一実施形態において、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のうち、１つのカメラモジュール（例えば、第１カメラモジュール２１００ａ）は、１つのカラーフィルタに４個の同一のカラー情報を共有する互いに隣接したピクセル（すなわち、ＴＥＴＲＡセル）を含み、他の１つのカメラモジュール（例えば、第２カメラモジュール２１００ｂ）は、１つのカラーフィルタに９個の同一のカラー情報を共有する互いに隣接したピクセル（すなわち、ＮＯＮＡセル）を含むが、本実施形態はそれに限定されるものではない。
【0162】
一実施形態において、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のそれぞれは、アクチュエータ２１３０を含む。これにより、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のそれぞれは、その内部に含まれたアクチュエータ２１３０の動作による、同一または異なるキャリブレーションデータ２１４７を含む。
【0163】
一実施形態において、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のうち、１つのカメラモジュール（例えば、第２カメラモジュール２１００ｂ）は、上述のプリズム２１０５とＯＰＦＥ２１１０とを含む折り畳みレンズ（ｆｏｌｄｅｄ ｌｅｎｓ）形態のカメラモジュールであり、残りのカメラモジュール（例えば、第１カメラモジュール２１００ａ及び第３カメラモジュール２１００ｃ）は、プリズム２１０５とＯＰＦＥ２１１０とが含まれていないバーティカル（ｖｅｒｔｉｃａｌ）形態のカメラモジュールであるが、本実施形態はそれに限定されるものではない。
【0164】
一実施形態において、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のうちの１つのカメラモジュール（例えば、第３カメラモジュール２１００ｃ）は、例えば、ＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｙ）を利用してデプス情報を抽出するバーティカル形態のデプスカメラである。この場合、アプリケーションプロセッサ２２００は、当該デプスカメラから提供されたイメージデータと、他のカメラモジュール（例えば、第１カメラモジュール２１００ａ、または第２カメラモジュール２１００ｂ）から提供されたイメージデータとを併合し、３次元デプスイメージを生成することができる。
【0165】
一実施形態において、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のうちの少なくとも２つのカメラモジュール（例えば、第１カメラモジュール２１００ａ、または第２カメラモジュール２１００ｂ）は、相異なる観測視野（ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ、視野角）を有する。この場合、例えば、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のうちの少なくとも２つのカメラモジュール（例えば、第１カメラモジュール２１００ａ、または第２カメラモジュール２１００ｂ）の光学レンズが異なっているが、それに限定されるものではない。例えば、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のうち、第１カメラモジュール２１００ａは、第２及び第３カメラモジュール（２１００ｂ、２１００ｃ）よりも観測視野（ＦＯＶ）が狭い。しかし、それに限定されず、マルチカメラモジュール２１００は、本来使用されていたカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）よりも観測視野（ＦＯＶ）が広いカメラモジュールをさらに含むこともできる。
【0166】
また、いくつかの実施形態において、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のそれぞれの視野角は相異なっている。この場合、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のそれぞれに含まれた光学レンズも異なっているが、それに限定されるものではない。
【0167】
いくつかの実施形態において、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のそれぞれは、互いに物理的に分離されて配置可能である。すなわち、１つのイメージセンサ２１４２のセンシング領域を、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）が分割して使用するものではなく、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）のそれぞれの内部に独立したイメージセンサ２１４２が配置可能である。
【0168】
アプリケーションプロセッサ２２００は、複数のサブプロセッサ（２２１０ａ、２２１０ｂ、２２１０ｃ）、カメラモジュールコントローラ２２３０、メモリコントローラ２４００、及び内部メモリ２２５０を含む。アプリケーションプロセッサ２２００は、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）と分離されて具現可能である。例えば、アプリケーションプロセッサ２２００と、複数のカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）とは、別途の半導体チップによって互いに分離されて具現可能である。
【0169】
それぞれのカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）から生成されたイメージデータまたは圧縮データは、互いに分離されたイメージ信号ライン（ＩＳＬａ、ＩＳＬｂ、ＩＳＬｃ）を介して、対応するサブプロセッサ（２２１０ａ、２２１０ｂ、２２１０ｃ）に提供可能である。例えば、第１カメラモジュール２１００ａから生成されたイメージデータまたは圧縮データは、第１イメージ信号ラインＩＳＬａを介して、第１サブプロセッサ２２１０ａに提供され、第２カメラモジュール２１００ｂから生成されたイメージデータまたは圧縮データは、第２イメージ信号ラインＩＳＬｂを介して、第２サブプロセッサ２２１０ｂに提供され、第３カメラモジュール２１００ｃから生成されたイメージデータまたは圧縮データは、第３イメージ信号ラインＩＳＬｃを介して、第３サブプロセッサ２２１０ｃに提供される。このようなイメージデータ伝送は、例えば、ＭＩＰＩ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に基づいたＣＳＩ（Ｃａｍｅｒａ Ｓｅｒｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を利用して遂行されるが、本実施形態はそれに限定されるものではない。
【0170】
一実施形態において、１つのサブプロセッサが複数のカメラモジュールに対応するように配置されることも可能である。例えば、第１サブプロセッサ２２１０ａ及び第３サブプロセッサ２２１０ｃが、図１１に示すように互いに分離されて具現されるものではなく、１つのサブプロセッサに統合されて具現され、カメラモジュール２１００ａとカメラモジュール２１００ｃから提供されたイメージデータまたは圧縮データは、選択素子（例えば、マルチプレクサ）などを介して選択された後、統合されたサブプロセッサに提供可能である。
【0171】
カメラモジュールコントローラ２２３０は、それぞれのカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）に制御信号を提供する。カメラモジュールコントローラ２２３０から生成された制御信号は、互いに分離された制御信号ライン（ＣＳＬａ、ＣＳＬｂ、ＣＳＬｃ）を介して、対応するカメラモジュール（２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ）に提供可能である。
【0172】
以上、図面と明細書で例示的な実施形態を開示した。本明細書において、特定用語を使用して実施形態を述べたが、それは、単に本発明の技術的思想を説明する目的で使用されたものであって、意味限定や本発明の技術範囲を限定するために使用されたものではない。従って、当該技術分野における通常の知識を有する者には、様々な変形及び均等な他の実施形態が可能であることが理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【0173】
本発明は、例えば、イメージセンサ関連の技術分野に適用可能である。
【符号の説明】
【0174】
１００、１０００、２１４２ イメージセンサ
１１０ ピクセルアレイ
１２０ ロウドライバ
１３０ リードアウト回路
１３１ ＡＤＣ回路
１３２ データバス
１４０ ランプ信号生成器
１５０ タイミングコントローラ
１９０ 信号処理部
１０００、２０００ 電子装置
１２００、２２００ アプリケーションプロセッサ
１３００ ディスプレイ
１４００、２１４６、２１５０、２３００ メモリ
１５００ ストレージ
１６００ ユーザインターフェース
１７００ 無線送受信部
１７１０ モデム
１７２０ トランシーバ
１７３０ アンテナ
２１００ マルチカメラモジュール
２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ （第１～第３）カメラモジュール
２１０５ プリズム
２１０６ 中心軸
２１０７ 反射面
２１１０ ＯＰＦＥ
２１３０ アクチュエータ
２１４０ イメージセンシング装置
２１４４ 制御ロジック
２１４５ エンコーダ
２１４７ キャリブレーションデータ
２２１０ａ、２２１０ｂ、２２１０ｃ （第１～第３）サブプロセッサ
２２３０ カメラモジュールコントローラ
２２４０ メモリコントローラ
２２５０ 内部メモリ
ＣＬ カラムライン
ＩＤＴ イメージデータ
ＰＸ ピクセル
ＲＡＭＰ ランプ信号
ＲＬ ロウライン
１１０ ピクセルアレイ
１２０ ロウドライバ
１３０ リードアウト回路
１３１ ＡＤＣ回路
１３２ データバス
１４０ ランプ信号生成器
１５０ タイミングコントローラ
１９０ 信号処理部
１０００、２０００ 電子装置
１２００、２２００ アプリケーションプロセッサ
１３００ ディスプレイ
１４００、２１４６、２１５０、２３００ メモリ
１５００ ストレージ
１６００ ユーザインターフェース
１７００ 無線送受信部
１７１０ モデム
１７２０ トランシーバ
１７３０ アンテナ
２１００ マルチカメラモジュール
２１００ａ、２１００ｂ、２１００ｃ （第１～第３）カメラモジュール
２１０５ プリズム
２１０６ 中心軸
２１０７ 反射面
２１１０ ＯＰＦＥ
２１３０ アクチュエータ
２１４０ イメージセンシング装置
２１４４ 制御ロジック
２１４５ エンコーダ
２１４７ キャリブレーションデータ
２２１０ａ、２２１０ｂ、２２１０ｃ （第１～第３）サブプロセッサ
２２３０ カメラモジュールコントローラ
２２４０ メモリコントローラ
２２５０ 内部メモリ
ＣＬ カラムライン
ＩＤＴ イメージデータ
ＰＸ ピクセル
ＲＡＭＰ ランプ信号
ＲＬ ロウライン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】