特開 2024-139760 フローティング拡散領域を共有するピクセルのデュアルコンバージョンゲイン動作を最適化するためのピクセルアレイとそれを含むイメージセンサ

(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】P2024139760

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】フローティング拡散領域を共有するピクセルのデュアルコンバージョンゲイン動作を最適化するためのピクセルアレイとそれを含むイメージセンサ

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/76 20230101AFI20241002BHJP

   H04N 25/771 20230101ALI20241002BHJP

   H04N 25/778 20230101ALI20241002BHJP

   H04N 25/59 20230101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

H04N25/76

H04N25/771

H04N25/778

H04N25/59

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024049596

(22)【出願日】2024-03-26

(31)【優先権主張番号】10-2023-0039925

(32)【優先日】2023-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】18/540209

(32)【優先日】2023-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100229448

【弁理士】

【氏名又は名称】中槇 利明

(72)【発明者】

【氏名】韓 辰和

(72)【発明者】

【氏名】權 熙相

(72)【発明者】

【氏名】崔 元▲ちょる▼

【テーマコード（参考）】

5C024

【Ｆターム（参考）】

5C024CX43

5C024CY27

5C024GX03

5C024GX16

5C024GX18

5C024GY39

5C024GY41

5C024GZ24

(57)【要約】      （修正有）

【課題】フローティング拡散領域を共有するピクセルのデュアルコンバージョンゲイン動作を最適化する。
【解決手段】ピクセルアレイは、複数のユニットピクセルグループＵＰＧ１～９、２つのカラムラインＣＬ１、ＣＬ２を含む。各ユニットピクセルグループは、２つの行で構成され、それぞれが複数のピクセルを含む第１ピクセルグループおよび第２ピクセルグループを含み、前記第１ピクセルグループおよび前記第２ピクセルグループは行方向に配列される。第１カラムラインＣＬ１に連結される２つのユニットピクセルグループＵＰＧ２、ＵＰＧ３、並びに第２カラムラインＣＬ２に連結される２つのユニットピクセルグループＵＰＧ６、ＵＰＧ７を同時にリードアウトしてピクセル信号を出力する。フローティング拡散領域は、各ユニットピクセルグループが含んでいるデュアルコンバージョントランジスタとリセットトランジスタとの間に連結される。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のユニットピクセルグループを含み、カラムごとに２つのカラムラインを含むピクセルアレイであって、
前記ユニットピクセルグループのそれぞれは、２つの行で構成され、それぞれが複数のピクセルを含む第１ピクセルグループおよび第２ピクセルグループを有し、前記第１ピクセルグループおよび前記第２ピクセルグループは行方向に配列され、
第１カラムラインに連結され、互いに第１フローティング拡散領域を共有していない２つのユニットピクセルグループの第１セットと、前記第１カラムラインと異なる第２カラムラインとに連結され、互いに第２フローティング拡散領域を共有しない２つのユニットピクセルグループの第２セットと、を同時にリードアウトしてピクセル信号を出力し、
前記第１フローティング拡散領域および前記第２フローティング拡散領域のうち少なくとも１つは、前記ユニットピクセルグループのそれぞれが含むデュアルコンバージョントランジスタとリセットトランジスタとの間に位置する、
ピクセルアレイ。

【請求項2】

前記複数のユニットピクセルグループのうち、１行および２行に位置するユニットピクセルグループは、隣接するダミーユニットピクセルグループと前記第１フローティング拡散領域を共有する、
請求項１に記載のピクセルアレイ。

【請求項3】

（４Ｎ－１）行および４Ｎ行に位置するユニットピクセルグループは、（４Ｎ＋１）行および（４Ｎ＋２）行に位置するユニットピクセルグループと前記第１フローティング拡散領域を共有し、
（１６Ｎ－１５）行～（１６Ｎ－８）行に位置する８個の連続したピクセルグループは、前記第１カラムラインに連結され、（１６Ｎ－７）行～１６Ｎ行に位置する８個の連続したピクセルグループは、前記第２カラムラインに連結され、
前記Ｎは自然数である、
請求項１に記載のピクセルアレイ。

【請求項4】

第１区間で４＊（２Ｎ－１）－３行、４＊（２Ｎ－１）－１行、４＊（２Ｎ－１）＋５行、４＊（２Ｎ－１）＋７行に位置する前記第１ピクセルグループをリードアウトし、
第２区間で４＊（２Ｎ－１）－２行、４＊（２Ｎ－１）行、４＊（２Ｎ－１）＋６行、４＊（２Ｎ－１）＋８行に位置する前記第２ピクセルグループをリードアウトし、
第３区間で４＊（２Ｎ－１）＋１行、４＊（２Ｎ－１）＋３行、４＊（２Ｎ－１）＋９行、４＊（２Ｎ－１）＋１１行に位置する前記第１ピクセルグループをリードアウトし、
第４区間で４＊（２Ｎ－１）＋２行、４＊（２Ｎ－１）＋４行、４＊（２Ｎ－１）＋１０行、４＊（２Ｎ－１）＋１２行に位置する前記第２ピクセルグループをリードアウトする、
請求項３に記載のピクセルアレイ。

【請求項5】

前記第１区間～前記第４区間でリードアウトされる前記第１ピクセルグループまたは前記第２ピクセルグループが含む転送トランジスタは、ハイレベルのリードアウト転送パルスに応答してターンオンされる、
請求項４に記載のピクセルアレイ。

【請求項6】

異なるカラムでリードアウトされるピクセル信号に対してアナログビニングを遂行する、
請求項１に記載のピクセルアレイ。

【請求項7】

第１コンバージョンゲインに対応する第１ピクセル信号、および前記第１コンバージョンゲインよりも低い第２コンバージョンゲインに対応する第２ピクセル信号を出力する、
請求項１に記載のピクセルアレイ。

【請求項8】

前記第２ピクセル信号は、第２キャパシタンス値を有する前記第１フローティング拡散領域に記憶された電荷に対応する、
請求項７に記載のピクセルアレイ。

【請求項9】

前記第２キャパシタンス値を取得するために前記第１フローティング拡散領域に連結されるキャパシタを含む、
請求項８に記載のピクセルアレイ。

【請求項10】

複数のユニットピクセルグループを含み、カラムごとに第１カラムラインおよび第２カラムラインを含むピクセルアレイであって、
前記複数のユニットピクセルグループのそれぞれは、第１行に位置し、複数の第１カラーピクセルを含む第１ピクセルグループと、第２行に位置し、複数の第２カラーピクセルを含む第２ピクセルグループと、前記第１ピクセルグループおよび前記第２ピクセルグループの転送トランジスタに連結された第１フローティング拡散領域と、デュアルコンバージョントランジスタと、リセットトランジスタと、前記第１カラムラインまたは前記第２カラムラインのうちいずれか１つに連結された選択トランジスタと、前記デュアルコンバージョントランジスタおよび前記リセットトランジスタに連結された第２フローティング拡散領域と、を備え、
前記複数のユニットピクセルグループのうち互いに隣接する２つのユニットピクセルグループは、互いに前記第２フローティング拡散領域を共有し、
前記第１カラムラインに連結され、互いに前記第２フローティング拡散領域を共有しない２つのユニットピクセルグループと、前記第２カラムラインに連結され、互いに前記第２フローティング拡散領域を共有しない２つのユニットピクセルグループと、を同時にリードアウトしてピクセル信号を出力する、
ピクセルアレイ。

【請求項11】

前記複数のユニットピクセルグループのうち、１行および２行に位置するユニットピクセルグループは、隣接するダミーユニットピクセルグループと前記第２フローティング拡散領域を共有する、
請求項１０に記載のピクセルアレイ。

【請求項12】

（４Ｎ－１）行および４Ｎ行に位置するユニットピクセルグループは、（４Ｎ＋１）行および（４Ｎ＋２）行に位置するユニットピクセルグループと前記第２フローティング拡散領域を共有し、
（１６Ｎ－１５）行～（１６Ｎ－８）行に位置する８個の連続したピクセルグループは、前記第１カラムラインに連結され、（１６Ｎ－７）行～１６Ｎ行に位置する８個の連続したピクセルグループは、前記第２カラムラインに連結され、
前記Ｎは自然数である、
請求項１０に記載のピクセルアレイ。

【請求項13】

第１区間で４＊（２Ｎ－１）－３行、４＊（２Ｎ－１）－１行、４＊（２Ｎ－１）＋５行、４＊（２Ｎ－１）＋７行に位置する前記第１ピクセルグループをリードアウトし、
第２区間で４＊（２Ｎ－１）－２行、４＊（２Ｎ－１）行、４＊（２Ｎ－１）＋６行、４＊（２Ｎ－１）＋８行に位置する前記第２ピクセルグループをリードアウトし、
第３区間で４＊（２Ｎ－１）＋１行、４＊（２Ｎ－１）＋３行、４＊（２Ｎ－１）＋９行、４＊（２Ｎ－１）＋１１行に位置する前記第１ピクセルグループをリードアウトし、
第４区間で４＊（２Ｎ－１）＋２行、４＊（２Ｎ－１）＋４行、４＊（２Ｎ－１）＋１０行、４＊（２Ｎ－１）＋１２行に位置する前記第２ピクセルグループをリードアウトする、
請求項１０に記載のピクセルアレイ。

【請求項14】

前記第１区間～前記第４区間でリードアウトされる前記第１ピクセルグループまたは前記第２ピクセルグループが含む転送トランジスタは、ハイレベルのリードアウト転送パルスに応答してターンオンされる、
請求項１３に記載のピクセルアレイ。

【請求項15】

異なるカラムでリードアウトされたピクセル信号に対してアナログビニングを遂行する、
請求項１０に記載のピクセルアレイ。

【請求項16】

複数のユニットピクセルグループからピクセル信号を出力し、カラムごとに２つのカラムラインを含むピクセルアレイと、
前記ピクセルアレイの各行を制御するロードライバと、
前記ピクセル信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換ＡＤＣ回路と、を備え、
前記ユニットピクセルグループのそれぞれは２つの行で構成され、それぞれが複数のピクセルを含む第１ピクセルグループおよび第２ピクセルグループを含み、前記第１ピクセルグループおよび前記第２ピクセルグループは行方向に配列され、
第１カラムラインに連結され、互いに第１フローティング拡散領域を共有していない２つのユニットピクセルグループの第１セットと、第１カラムラインと異なる第２カラムラインに連結され、互いに第２フローティング拡散領域を共有していない２つのユニットピクセルグループの第２セットと、を同時にリードアウトして前記ピクセル信号を出力し、
前記第１フローティング拡散領域および前記第２フローティング拡散領域のうち少なくとも１つは、前記ユニットピクセルグループのそれぞれが含んでいるデュアルコンバージョントランジスタとリセットトランジスタとの間に連結される、
イメージセンサ。

【請求項17】

前記複数のユニットピクセルグループのうち、１行および２行に位置するユニットピクセルグループは、隣接するダミーユニットピクセルグループと前記第１フローティング拡散領域を共有する、
請求項１６に記載のイメージセンサ。

【請求項18】

（４Ｎ－１）行および４Ｎ行に位置するユニットピクセルグループは、（４Ｎ＋１）行および（４Ｎ＋２）行に位置するユニットピクセルグループと前記第１フローティング拡散領域を共有し、
（１６Ｎ－１５）行～（１６Ｎ－８）行に位置する８個の連続したピクセルグループは、前記第１カラムラインに連結され、（１６Ｎ－７）行～１６Ｎ行に位置する８個の連続したピクセルグループは、前記第２カラムラインに連結され、
前記Ｎは自然数である、
請求項１６に記載のイメージセンサ。

【請求項19】

前記ピクセルアレイは、
第１区間で４＊（２Ｎ－１）－３行、４＊（２Ｎ－１）－１行、４＊（２Ｎ－１）＋５行、４＊（２Ｎ－１）＋７行に位置する前記第１ピクセルグループをリードアウトし、
第２区間で４＊（２Ｎ－１）－２行、４＊（２Ｎ－１）行、４＊（２Ｎ－１）＋６行、４＊（２Ｎ－１）＋８行に位置する前記第２ピクセルグループをリードアウトし、
第３区間で４＊（２Ｎ－１）＋１行、４＊（２Ｎ－１）＋３行、４＊（２Ｎ－１）＋９行、４＊（２Ｎ－１）＋１１行に位置する前記第１ピクセルグループをリードアウトし、
第４区間で４＊（２Ｎ－１）＋２行、４＊（２Ｎ－１）＋４行、４＊（２Ｎ－１）＋１０行、４＊（２Ｎ－１）＋１２行に位置する前記第２ピクセルグループをリードアウトする、
請求項１６に記載のイメージセンサ。

【請求項20】

前記ロードライバは、前記第１区間～前記第４区間でリードアウトされる前記第１ピクセルグループまたは前記第２ピクセルグループにハイレベルのリードアウト転送パルスを送る、
請求項１９に記載のイメージセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は電子装置に関し、より詳しくは、フローティング拡散領域を共有するピクセルのデュアルコンバージョンゲイン動作を最適化するためのピクセルアレイとそれを含むイメージセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

イメージセンサの種類として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ（ＣＩＳ）などがある。ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＭＯＳトランジスタで構成されるピクセルを含み、各ピクセルに含まれる光電変換素子を用いて光エネルギーを電気信号に変換する。ＣＭＯＳイメージセンサは、各ピクセルで生成された電気信号を用いて撮影イメージに関する情報を取得する。

【0003】

最近、リードアウトのユニットである１Ｈ区間を最小化するために、１Ｈ区間のうちに２行を同時にリードアウトする２ＲＳＲ(2 Row Simultaneously Read)技法が使用され、マルチピクセルの場合、２ＲＳＲ技法とともにピクセルの和をアナログビニングにより合算することもある。一方、高品質のＨＤＲイメージを生成するためのデュアルコンバージョンゲイン動作も導入されうるが、２ＲＳＲ技術を使用する場合、フローティング拡散領域を共有するピクセルを同時にリードアウトするときに、ローコンバージョンゲイン動作が正常に行われないことが問題である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０２１/０２７３００６号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２０２２/０１３９９８１号明細書

【特許文献3】米国特許出願公開第２０２２/０２４６６５３号明細書

【特許文献4】米国特許出願公開第２０２２/０３０２１９８号明細書

【特許文献5】米国特許第８,３４４,３０６号明細書

【特許文献6】米国特許第１１,３４３,４４９号明細書

【特許文献7】米国特許第１１,３４８,９５５号明細書

【特許文献8】米国特許第１１,４５１,７３０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本開示の目的は、フローティング拡散領域を共有するピクセルのデュアルコンバージョンゲイン動作を最適化するためのピクセルアレイおよびそれを含む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】

本開示の実施形態によるピクセルアレイは、複数のユニット(unit、単位)ピクセルグループを含み、カラムごとに２つのカラムラインを含み、各ユニットピクセルグループは２つの行(row、ロー)で構成され、それぞれが複数のピクセルを含む第１ピクセルグループおよび第２ピクセルグループを含み、前記第１ピクセルグループおよび前記第２ピクセルグループは行方向に配列され、第１カラムラインに連結され、互いにフローティング拡散領域を共有しない２つのユニットピクセルグループ、並びに前記第１カラムラインと異なる第２カラムラインに連結され、互いにフローティング拡散領域を共有しない２つのユニットピクセルグループを同時にリードアウトしてピクセル信号を出力し、そして前記フローティング拡散領域は、各ユニットピクセルグループが含んでいるデュアルコンバージョントランジスタとリセットトランジスタとの間に連結される。

【0007】

本開示の実施形態によるピクセルアレイは、複数のユニットピクセルグループを含み、カラムごとに第１カラムラインおよび第２カラムラインを含み、前記複数のユニットピクセルグループのそれぞれは第１行に位置して複数の第１カラーピクセルを含む第１ピクセルグループと、第２行に位置して複数の第２カラーピクセルを含む第２ピクセルグループと、前記第１ピクセルグループおよび前記第２ピクセルグループの転送トランジスタに連結される第１フローティング拡散領域と、デュアルコンバージョントランジスタと、リセットトランジスタと、前記第１カラムラインまたは前記第２カラムラインのうちいずれか一つに連結される選択トランジスタと、前記デュアルコンバージョントランジスタおよび前記リセットトランジスタに連結される第２フローティング拡散領域と、を備え、前記ユニットピクセルグループのうち互いに隣接する２つのユニットピクセルグループは、互いに前記第２フローティング拡散領域を共有し、前記第１カラムラインに連結され、互いに前記第２フローティング拡散領域を共有しない２つのユニットピクセルグループ、並びに前記第２カラムラインに連結され、互いに前記第２フローティング拡散領域を共有しない２つのユニットピクセルグループを同時にリードアウトしてピクセル信号を出力する。

【0008】

本開示の実施形態によるイメージセンサは、複数のユニットピクセルグループからピクセル信号を出力し、カラムごとに２つのカラムラインを含むピクセルアレイと、前記ピクセルアレイの各行を制御する行（ロー）ドライバと、前記ピクセル信号をデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換（ＡＤＣ）回路と、を備える。各ユニットピクセルグループは２つの行で構成され、それぞれが複数のピクセルを含む第１ピクセルグループおよび第２ピクセルグループを含み、前記第１ピクセルグループおよび前記第２ピクセルグループは行方向に配列され、第１カラムラインに連結されて互いにフローティング拡散領域を共有しない２つのユニットピクセルグループ、並びに前記第１カラムラインと異なる第２カラムラインに連結され、互いにフローティング拡散領域を共有しない２つのユニットピクセルグループを同時にリードアウトしてピクセル信号を出力する。そして前記フローティング拡散領域は、各ユニットピクセルグループが含んでいるデュアルコンバージョントランジスタとリセットトランジスタとの間に連結される。

【発明の効果】

【0009】

本開示の実施形態によれば、デュアルコンバージョントランジスタに連結されるフローティング拡散領域を共有するピクセルを含むイメージセンサのデュアルコンバージョンゲイン動作が最適化される。

【0010】

特に、本開示の実施形態によれば、デュアルコンバージョントランジスタに連結されたフローティング拡散領域を共有するピクセルが、同時にリードアウトされないようにピクセルアレイを構成することにより、ローコンバージョンゲインモードでフローティング拡散領域に電荷が二倍蓄積されるのを防止することができ、ローコンバージョンゲイン動作が正常に行われる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施形態によるイメージ処理システムの構成の一例を示す。

【図2】図１のイメージセンサの構成の一例を示す。

【図3】図２のピクセルアレイの構成の一例を示す。

【図4】図２のピクセルアレイのユニットピクセルグループを示す回路図である。

【図5】図２のピクセルアレイのピクセルリードアウト動作の一例を示す。

【図6】図２のピクセルアレイにおいて第２フローティング拡散領域を共有する２つの隣接するユニットピクセルグループを示す回路図である。

【図7】本開示の実施形態により、第２フローティング拡散領域を共有しないユニットピクセルグループを同時にリードアウトするための図２のピクセルアレイの構成を示す。

【図8】図７のピクセルアレイのピクセルリードアウト動作を示すタイミング図である。

【図9】本開示の実施形態によるイメージセンサを含む電子装置の構成の一例を示す。

【図10】図９のカメラモジュールの構成の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下では、本開示の技術分野における通常の知識を有する者が本開示を容易に実施することができるように、本開示の実施形態が明確かつ詳細に記載される。

【0013】

詳細な説明で使用される部またはユニット(unit)、モジュール(module)、ブロック(block)、～器(～or、～er)などの用語を参照して説明される構成要素および図面に示される機能ブロックは、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせの形で実現され得る。例として、ソフトウェアは、機械コード、ファームウェア、エンベデッドコードおよびアプリケーションソフトウェアであり得る。例えば、ハードウェアは、電気回路、電子回路、プロセッサ、コンピュータ、集積回路、集積回路コア、圧力センサ、慣性センサ、メムス（microelectromechanical system：ＭＥＭＳ）、受動素子、またはそれらの組み合わせを含み得る。

【0014】

図１は、本開示の実施形態によるイメージ処理システム１０の構成の一例を示す。イメージ処理システム１０は、スマートフォン、デジタルカメラ、ラップトップ、デスクトップのような多様な電子装置の一部として実施される。イメージ処理システム１０は、レンズ１２、イメージセンサ１４、ＩＳＰフロントエンドブロック（Image Signal Processor front end block）１６およびイメージ信号プロセッサ１８を含み得る。

【0015】

光は撮影の対象となるオブジェクト、風景などによって反射され、レンズ１２は反射された光を受け取ることができる。イメージセンサ１４は、レンズ１２を介して受信された光に基づいて電気信号を生成することができる。例えば、イメージセンサ１４は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどで実現されうる。例えば、イメージセンサ１４は、デュアルピクセル(dual pixel)構造またはテトラセル(tetra cell)構造を有するマルチピクセル(multi pixel)イメージセンサであり得る。

【0016】

イメージセンサ１４は、ピクセルアレイを含み得る。ピクセルアレイのピクセルは、光を電気信号に変換してピクセル値を生成することができる。光が電気信号（例えば電圧）に変換される比率をコンバージョン(変換)ゲインであると定義することができる。特に、ピクセルアレイは、コンバージョンゲイン(conversion gain)を変化させるデュアルコンバージョンゲイン(dual conversion gain)を使用して、ローコンバージョンゲイン(low conversion gain)条件およびハイコンバージョンゲイン(high conversion gain)条件の下でピクセル信号を生成することができる。

【0017】

さらに、イメージセンサ１４は、ピクセル値に対して相関二重サンプリング（Correlation Double Sampling：ＣＤＳ）を遂行するためのアナログ-デジタル変換回路（Analog-to-Digital Converting(ＡＤＣ) Circuit）を含み得る。イメージセンサ１４の構成は、図２を参照してより詳細に説明される。

【0018】

ＩＳＰフロントエンドブロック１６は、イメージセンサ１４から出力された電気信号に対して前処理を遂行して、イメージ信号プロセッサ１８が処理するのに適した形に加工することができる。

【0019】

イメージ信号プロセッサ１８は、ＩＳＰフロントエンドブロック１６によって加工された電気信号を適切に処理して、撮影されたオブジェクト、風景などに関連されるイメージデータを生成することができる。このためには、イメージ信号プロセッサ１８は、色(カラー)補正(color correction)、オートホワイトバランス(auto white balance)、ガンマ補正(gamma correction)、色(カラー)飽和補正(color saturation correction)、不良ピクセル補正（bad pixel correction）、色度補正(hue correction)のような多様な処理を行うことができる。

【0020】

図１は、１つのレンズ１２および１つのイメージセンサ１４を示す。しかしながら、別の実施形態では、イメージ処理システム１０は、複数のレンズ、複数のイメージセンサ、および複数のＩＳＰフロントエンドブロックを含み得る。この場合、複数のレンズはそれぞれ異なる画角を有し得る。なお、複数のイメージセンサは、異なる機能、異なる性能、および/または異なる特性を有することができ、異なる構成のピクセルアレイを含み得る。

【0021】

図２は、図１のイメージセンサ１４の構成の一例を示す。イメージセンサ１００は、ピクセルアレイ１１０、ロー(行)ドライバ１２０、ランプ信号生成(発生)器１３０、ＡＤＣ回路１４０、タイミングコントローラ１５０およびバッファ１６０を含み得る。

【0022】

ピクセルアレイ１１０は、行(ロー)と列(カラム)に沿ってマトリックス状に配置された複数のピクセルを含み得る。複数のピクセルのそれぞれは、光電変換素子を含み得る。例えば、光電変換素子は、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ピンフォトダイオード(pinned photodiode)などを含み得る。

【0023】

ピクセルアレイ１１０は、複数のピクセルグループＰＧを含み得る。各ピクセルグループＰＧは、２つ以上の複数のピクセルを含み得る。ピクセルグループを構成する複数のピクセルは、１つのフローティングディフュージョン(拡散)領域(floating diffusion region)または複数のフローティングディフュージョン領域を共有し得る。図２のピクセルアレイ１１０は、４つの行と４つの列（すなわち、４×４）のピクセルグループＰＧを含むように示されているが、本開示はこれに限定されない。

【0024】

ピクセルグループＰＧは、同じカラー（色）のピクセルを含み得る。例えば、ピクセルグループＰＧは、赤色スペクトル領域の光を電気信号に変換させるレッドピクセル、緑色スペクトル領域の光を電気信号に変換させるグリーンピクセル、または青色スペクトル領域の光を電気信号に変換させるブルーピクセルを含み得る。例えば、ピクセルアレイ１１０を構成するピクセルは、テトラベイヤーパターン（Tetra－Bayer Pattern）の形態で配置されうる。なお、ピクセルのそれぞれの上部にはマイクロレンズおよびカラーフィルターが積層されてもよい。カラーフィルターは、マイクロレンズを介して入射される光のうち特定の色相の光、すなわち特定の色相領域の波長を透過させることができ、ピクセルに設けられるカラーフィルターによってピクセルが感知することのできる色を決定する。

【0025】

ピクセルアレイ１１０の複数のピクセルのそれぞれは、外部から受光された光の強度または光量に応じて、各カラムＣＯＬ１～ＣＯＬ４のカラムラインに沿ってＡＤＣ回路１４０にピクセル信号を出力することができる。例えば、ピクセル信号は、外部から受光された光の強度または光量に対応するアナログ信号であり得る。さらに、本開示のピクセルアレイ１１０の各カラムＣＯＬ１～ＣＯＬ４は、２つのカラムラインを含み得る。例えば、ピクセルアレイ１１０で１つのカラムに配置された複数のピクセルのうち、半分は１つのカラムラインに連結され、残りの半分は他の一つのカラムラインに連結されてもよい。さらに、ピクセルアレイ１１０は、リードアウト動作を遂行するときに、ピクセル信号に対してアナログビニングを遂行してＡＤＣ回路１４０に出力することもでき、イメージセンサ１００はアナログビニングを遂行するためのマルチプレクサ（図示せず）を含み得る。

【0026】

そして、ピクセルアレイ１１０は、アクティブピクセルとダミーピクセルに区分されてもよい。図２に示すピクセルグループＰＧはアクティブピクセルであり、ダミーピクセルはピクセルアレイ１１０のエッジ、すなわちアクティブピクセルの境界付近に配置することができる。アクティブピクセルはオブジェクトから反射された光を受信して電気信号に変換することができ、ダミーピクセルは外部の光から遮蔽されて、光に関係なく所定の要因（例えば、温度）によって暗電流を生成することができる。

【0027】

行（ロー）ドライバ１２０は、ピクセルアレイ１１０の行を選択して駆動することができる。行ドライバ１２０は、タイミングコントローラ１５０によって生成されたアドレスおよび/または制御信号をデコーディングして、ピクセルアレイ１１０の行を選択および駆動するための制御信号を生成することができる。例えば、制御信号は、ピクセルを選択するための信号、またはフローティング拡散領域をリセットするための信号などを含み得る。特に、本開示の実施形態によるピクセルアレイ１１０は、２つの行に位置するピクセルを同時にリードアウトすることができ、行ドライバ１２０は同時にリードアウトされる２つの行を選択して駆動することができる。

【0028】

ランプ信号生成器１３０は、タイミングコントローラ１５０の制御下でランプ信号ＲＡＭＰを生成することができる。例えば、ランプ信号生成器１３０は、ランプイネーブル信号のような制御信号の下で動作することができる。ランプイネーブル信号が活性化されると、ランプ信号生成器１３０は、所定の値（例えば、スタートレベル、終了レベル、勾配など）に従ってランプ信号ＲＡＭＰを生成することができる。言い換えれば、ランプ信号ＲＡＭＰは、特定の時間の間、所定の傾きに応じて増加または減少する信号であり得る。ランプ信号ＲＡＭＰは、ＡＤＣ回路１４０に提供され得る。

【0029】

ＡＤＣ回路１４０は、ピクセルアレイ１１０の複数のピクセルからカラムラインＣＬ１～ＣＬ４を介してピクセル信号を受信することができ、ランプ信号生成器１３０からランプ信号ＲＡＭＰを受信することができる。ＡＤＣ回路１４０は、受信されたピクセル信号に対してリセット信号およびイメージ信号を獲得し、その差を有効な信号成分として抽出する相関二重サンプリングＣＤＳ技法に基づいて動作することができる。ＡＤＣ回路１４０は、複数の比較器ＣＯＭＰおよびカウンターＣＮＴを含み得る。

【0030】

具体的には、比較器ＣＯＭＰは、ピクセル信号のリセット信号とランプ信号ＲＡＭＰとを比較し、ピクセル信号のイメージ信号とランプ信号ＲＡＭＰとを比較して相関二重サンプリングＣＤＳを行うことができる。カウンターＣＮＴは、相関二重サンプリングが行われた信号のパルスをカウントし、デジタル信号として出力することができる。図２のＡＤＣ回路１４０は、４つの比較器ＣＯＭＰおよび４つのカウンターＣＮＴを含むように示されているが、本開示はこれに限定されない。

【0031】

タイミングコントローラ１５０は、ロードライバ１２０、ランプ信号発生(生成)器１３０、およびＡＤＣ回路１４０のそれぞれの動作および/またはタイミングを制御するための制御信号および/またはクロックを生成することができる。

【0032】

バッファ１６０は、メモリＭＥＭおよびセンスアンプＳＡを含み得る。メモリＭＥＭは、ＡＤＣ回路１４０の対応するカウンターＣＮＴから出力されたデジタル信号を記憶することができる。センスアンプＳＡは記憶されたデジタル信号をセンシングおよび増幅することができる。センスアンプＳＡは増幅されたデジタル信号をイメージデータＩＤＡＴとして出力することができ、イメージデータＩＤＡＴは図１のＩＳＰフロントエンドブロック１６に送信され得る。

【0033】

図３は、図２のピクセルアレイ１１０の構成の一例を示す。図３を参照すると、ピクセルアレイ１１０の複数のピクセルグループＰＧは、複数のグリーンピクセル（Ｇｒ、Ｇｂ）、複数のブルーピクセルＢおよび複数のレッドピクセルＲを含み得る。例えば、２つのグリーンピクセル（Ｇｒ、Ｇｂ）、ブルーピクセルＢおよびレッドピクセルＲを２×２に配置することができ、２つのグリーンピクセル（Ｇｒ、Ｇｂ）を対角線方向に配置することができる。このようなピクセルパターン（テトラベイヤーパターン）は、ピクセルアレイ１１０内で繰り返し配置され得る。

【0034】

ピクセルアレイ１１０の複数のピクセルグループＰＧのそれぞれは、同じ色の第１～第４ピクセルＰＸ１～ＰＸ４を含み得る。第１ピクセルＰＸ１はピクセルグループＰＧ内で左上端に配置され、第２ピクセルＰＸ２はピクセルグループＰＧ内で右上端に配置され、第３ピクセルＰＸ３はピクセルグループＰＧ内で左下端に配置され、第４ピクセルＰＸ４をピクセルグループＰＧ内で右下端に配置されうる。すなわち、第１ピクセルＰＸ１および第２ピクセルＰＸ２、並びに第３ピクセルＰＸ３および第４ピクセルＰＸ４は、Ｘ方向に並んで配置され、第１ピクセルＰＸ１および第３ピクセルＰＸ３、並びに第２ピクセルＰＸ２および第４ピクセルＰＸ４は、Ｙ方向に並んで配置され得る。

【0035】

さらに、ピクセルアレイ１１０は、複数のユニットピクセルグループＵＰＧに区分されうる。ユニットピクセルグループＵＰＧは、Ｙ方向に隣接するように配置された２つのピクセルグループＰＧを含み得る。すなわち、ユニットピクセルグループＵＰＧは、グリーンカラーピクセルＧｒおよびブルーカラーピクセルＢを含むピクセルグループＰＧを有するか、またはレッドカラーピクセルＲおよびグリーンカラーピクセルＧｂを含むピクセルグループＰＧを備え得る。ユニットピクセルグループＵＰＧを構成するピクセルグループＰＧは、第１フローティング拡散領域（例えば、図４の第１フローティング拡散領域ＦＤ１）を共有することができ、Ｙ方向に互いに隣接するユニットピクセルグループＵＰＧは、第２フローティング拡散領域（例えば、図４の第２フローティング拡散領域ＦＤ２）を共有することができる。ユニットピクセルグループＵＰＧは、本開示の実施形態によるリードアウト動作を遂行するためのピクセルユニット（単位）であり、具体的なリードアウト動作の例は、図５を参照して詳細に説明される。

【0036】

図４は、図２のピクセルアレイ１１０のユニットピクセルグループＵＰＧを示す回路図である。図４を参照すると、ユニットピクセルグループＵＰＧは、それぞれがピクセルＰＸ１～ＰＸ４、ＰＸ５～ＰＸ８を含むピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）、リセットトランジスタＲＳＴ、デュアルコンバージョントランジスタＤＣ、駆動トランジスタＤｘ、および選択トランジスタＳＥＬを含み得る。例えば、第１ピクセルグループＰＧ１は複数のグリーンカラーピクセルＧｒを含み、第２ピクセルグループＰＧ２は複数のブルーカラーピクセルＢを含み得る。あるいは、第１ピクセルグループＰＧ１は複数のレッドカラーピクセルＲを含むことができ、第２ピクセルグループＰＧ２は複数のグリーンカラーピクセルＧｂを含み得る。

【0037】

ピクセルグループＰＧ１、ＰＧ２の第１ピクセルＰＸ１は、第１光電変換素子ＰＤ１および第１転送トランジスタＴｘ１を含むことができ、他のピクセルＰＸ２～ＰＸ８も類似した構成要素をそれぞれ含み得る。ピクセルグループＰＧ１、ＰＧ２のそれぞれは、リセットトランジスタＲＳＴ、デュアルコンバージョントランジスタＤＣ、駆動トランジスタＤｘ、および選択トランジスタＳＥＬを共有し得る。また、ピクセルグループＰＧ１、ＰＧ２のそれぞれは、第１フローティング拡散領域ＦＤ１を共有し得る。

【0038】

第１フローティング拡散領域ＦＤ１または第２フローティング拡散領域ＦＤ２は、入射した光量に対応する電荷を蓄積することができる。転送信号ＶＴ１～ＶＴ８によって転送トランジスタＴｘ１～Ｔｘ８がそれぞれターンオンされている間、第１フローティング拡散領域ＦＤ１または第２フローティング拡散領域ＦＤ２は光電変換素子ＰＤ１～ＰＤ８から電荷の提供を受けて蓄積することができる。第１フローティング拡散領域ＦＤ１は、ソースフォロワアンプとして駆動される駆動トランジスタＤｘのゲート端に連結されうるため、第１フローティング拡散領域ＦＤ１に蓄積された電荷に対応する電圧が形成される。例えば、第１フローティング拡散領域ＦＤ１の静電容量は、第１キャパシタンスＣＦＤ１で表すことができる。

【0039】

デュアルコンバージョントランジスタＤＣは、デュアルコンバージョン信号ＶＤＣによって駆動される。デュアルコンバージョントランジスタＤＣがターンオフされる場合、第１フローティング拡散領域ＦＤ１の静電容量は第１キャパシタンスＣＦＤ１に対応し得る。一般的な環境では、第１フローティング拡散領域ＦＤ１は容易に飽和しないため、第１フローティング拡散領域ＦＤ１の静電容量（すなわち、ＣＦＤ１）を増やす必要性は不要の可能性があり、デュアルコンバージョントランジスタＤＣはターンオフされ得る。このように、デュアルコンバージョントランジスタ（ＤＣ）がターンオフされた場合のコンバージョンゲインをハイコンバージョンゲインと称する。

【0040】

しかしながら、高照度環境では、第１フローティング拡散領域ＦＤ１は容易に飽和される。このような飽和を防ぐために、デュアルコンバージョントランジスタＤＣはターンオンされ、第１フローティング拡散領域ＦＤ１は第２フローティング拡散領域ＦＤ２と電気的に連結され、フローティング拡散領域ＦＤ１、ＦＤ２の静電容量は、第１キャパシタンスＣＦＤ１と第２キャパシタンスＣＦＤ２の和に拡張される。このように、デュアルコンバージョントランジスタＤＣがターンオンされた場合のコンバージョンゲインをローコンバージョンゲインと称する。

【0041】

転送トランジスタＴｘ１～Ｔｘ８は、それぞれ転送信号ＶＴ１～ＶＴ８によって駆動され、光電変換素子ＰＤ１～ＰＤ８によって生成された電荷を第１フローティング拡散領域ＦＤ１または第２フローティング拡散領域ＦＤ２に転送することができる。例えば、転送トランジスタＴｘ１～Ｔｘ８の一端は光電変換素子ＰＤ１～ＰＤ８にそれぞれ連結され、他の一端は第１フローティング拡散領域ＦＤ１に連結される。

【0042】

リセットトランジスタＲＳＴはリセット制御信号ＶＲＳＴによって駆動され、第１フローティング拡散領域ＦＤ１または第２フローティング拡散領域ＦＤ２に電源電圧ＶＤＤを提供することができる。これにより、第１フローティング拡散領域ＦＤ１または第２拡張フローティング拡散領域ＦＤ２に蓄積された電荷は電源電圧ＶＤＤ端に移動することができ、第１フローティング拡散領域ＦＤ１または第２フローティング拡散領域ＦＤ２の電圧はリセットされ得る。

【0043】

駆動トランジスタＤｘは、第１フローティング拡散領域ＦＤ１または第２フローティング拡散領域ＦＤ２の電圧を増幅してピクセル信号ＰＩＸを生成することができる。選択トランジスタＳＥＬは選択信号ＶＳＥＬによって駆動され、行単位でリードアウトするピクセルを選択することができる。選択トランジスタＳＥＬは、各カラムラインが含んでいる２つのカラムラインＣＬ１、ＣＬ２のうち１つに連結され得る。図４に示されるユニットピクセルグループＵＰＧの選択トランジスタＳＥＬは、第１カラムラインＣＬ１に連結されていると仮定し、図４のユニットピクセルグループＵＰＧと同じカラムに存在する他のユニットピクセルグループは、第２カラムラインＣＬ２と連結されることもある。選択トランジスタＳＥＬがターンオンされる場合、ピクセル信号ＰＩＸは第１カラムラインＣＬ１を介して図２のＡＤＣ回路１４０に出力される。

【0044】

図５は、図２のピクセルアレイ１１０のピクセルリードアウト動作の一例を示す。図５を参照すると、第１～第４ユニットピクセルグループＵＰＧ１～ＵＰＧ４が示されており、一例として、各ユニットピクセルグループＵＰＧ１～ＵＰＧ４のグリーンカラーピクセルＧｒのリードアウト動作が説明される。まず、第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１のグリーンピクセルＧｒの値（すなわち、光電変換素子から生成された電荷の値）が合算される。そして、これと同時に、第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１と同じカラムラインに連結された第３ユニットピクセルグループＵＰＧ３のグリーンピクセルＧｒの値が合算される。第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１と第３ユニットピクセルグループＵＰＧ３とのグリーンピクセルＧｒの値の和が第１ピクセル信号ＰＩＸ１として出力される。また、これと同時に第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１および第３ユニットピクセルグループＵＰＧ３とそれぞれ同じ行に位置し、互いに同じカラムラインに連結された第２ユニットピクセルグループＵＰＧ２と第４ユニットピクセルグループＵＰＧ４とのグリーンピクセルＧｒの値の和が第２ピクセル信号ＰＩＸ２として出力される。ピクセルアレイ１１０は、マルチプレクサＭＵＸを介して第１ピクセル信号ＰＩＸ１および第２ピクセル信号ＰＩＸ２に対してアナログビニングを行った結果を図２のＡＤＣ回路１４０に出力することができる。さらに、上述したように、ピクセルアレイ１１０の各カラムは２つのカラムラインを含み得るため、ピクセルアレイ１１０は、図５に示されるカラムラインとは異なる行に位置し、異なるカラムラインに連結されたグリーンピクセルＧｒに対しても同様のリードアウト動作を行うことができる。

【0045】

すなわち、本開示の実施形態によるピクセルアレイ１１０は、複数の行に配置した同じ色（カラー）のピクセルに対してアナログビニングを使用して同時にリードアウトすることができる。図５を参照して、第１～第４ユニットピクセルグループＵＰＧ１～ＵＰＧ４のグリーンピクセルＧｒのリードアウト動作が説明されたが、第１～第４ユニットピクセルグループＵＰＧ１～ＵＰＧ４のブルーピクセルＢのリードアウト動作、並びにレッドピクセルＲおよびグリーンピクセルＧｂのリードアウト動作も同様である。なお、図５には、第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１および第３ユニットピクセルグループＵＰＧ３、並びに第２ユニットピクセルグループＵＰＧ２および第４ユニットピクセルグループＵＰＧ４が互いに隣接していることが示されているが、本開示はこれに限定されない。ピクセルアレイ１１０は、同じカラムラインに連結され、隣接していないユニットピクセルグループを同時にリードアウトすることもできる。

【0046】

図６は、図２のピクセルアレイ１１０において第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有する２つの隣接したユニットピクセルグループＵＰＧ１、ＵＰＧ２を示す回路図である。図６を参照すると、ピクセルグループＰＧ１１、ＰＧ１２およびピクセルグループＰＧ２１、ＰＧ２２は、それぞれ第１フローティング拡散領域ＦＤ１１、ＦＤ２１を共有し、第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１および第２ユニットピクセルグループＵＰＧ２は、第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有する。図４を参照して説明したように、デュアルコンバージョントランジスタＤＣ１、ＤＣ２がターンオンされたローコンバージョンゲイン条件でピクセルが含む光電変換素子から生成された電荷は、第２フローティング拡散領域ＦＤ２に転送され得る。なお、図６を参照すると、第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１および第２ユニットピクセルグループＵＰＧ２は、共に第１カラムラインＣＬ１に連結されるように示されており、図６に示されていない他のユニットピクセルグループは、第２カラムラインＣＬ２と連結されることもある。リセットトランジスタＲＳＴ１、ＲＳＴ２、デュアルコンバージョントランジスタＤＣ１、ＤＣ２、駆動トランジスタＤｘ１、Ｄｘ２および選択トランジスタＳＥＬ１、ＳＥＬ２の動作およびトランジスタを制御するための信号（図示せず）は、図４を参照して説明したものと同じであるため、更なる説明は省略する。

【0047】

例えば、ローコンバージョンゲイン条件で図５を参照して説明したリードアウト動作を行うと、第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１および第２ユニットピクセルグループＵＰＧ２が互いに共有する第２フローティング拡散領域ＦＤ２に保存された電荷を同時にリードアウトすることができる。この場合、もともとローコンバージョンゲイン条件に合わせて設定された電荷容量に対比して２倍の電荷量が流入されることにより、実際に使用可能な電荷容量が半分となり、コンバージョンゲインが２倍に増加し、低照度環境でローコンバージョンゲイン条件に応じたピクセルリードアウト動作が正しく遂行されない可能性がある。このような問題が発生するのを防ぐために、本開示のピクセルアレイ１１０は、第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有するユニットピクセルグループを同時にリードアウトするのではなく、第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有していないユニットピクセルグループを同時にリードアウトするように実施される。

【0048】

図７は、本開示の実施形態により、第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有しないユニットピクセルグループを同時にリードアウトするための図２のピクセルアレイ１１０の構成を示す。図７を参照すると、ピクセルアレイ２００は、ダミーピクセルからなるダミーユニットピクセルグループＤＵＰＧ１、およびアクティブピクセルからなる複数のユニットピクセルグループＵＰＧ１～ＵＰＧ１２を含み得る。ここで、ダミーユニットピクセルグループＤＵＰＧ１は、ダミーピクセルのうちアクティブピクセルに隣接したダミーピクセルで構成されたユニットピクセルグループであり、第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１は、アクティブピクセルのうち第１行に位置するアクティブピクセルを含むユニットピクセルグループである。

【0049】

一方、図７において、太い実線は、第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有することを示す。すなわち、ダミーユニットピクセルグループＤＵＰＧ１および第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１は、互いに第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有し、残りの各ユニットピクセルグループＵＰＧ２～ＵＰＧ１２も対応するユニットピクセルグループと第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有し得る。また、ユニットピクセルグループＵＰＧ１～ＵＰＧ４、ＵＰＧ９～ＵＰＧ１２は第１カラムラインＣＬ１に連結され、ユニットピクセルグループＵＰＧ５～ＵＰＧ８は第２カラムラインＣＬ２に連結される。

【0050】

例えば、一番目の１Ｈ時間の間に、ピクセルアレイ２００は、第１カラムラインＣＬ１に連結された第１ユニットピクセルグループＵＰＧ１と第２ユニットピクセルグループＵＰＧ２の第１ピクセルグループＰＧ１１、ＰＧ２１をリードアウトすることができる。そして、これと同時に、ピクセルアレイ２００は、第２ユニットピクセルグループＵＰＧ２から２つのユニットピクセルグループだけ離れており、第２カラムラインＣＬ２に連結された第５ユニットピクセルグループＵＰＧ５と第６ユニットピクセルグループＵＰＧ６の第１ピクセルグループＰＧ５１、ＰＧ６１をリードアウトすることができる（灰色の陰影で図示）。二番目の１Ｈ時間の間に、ピクセルアレイ２００は、上述した一番目の１Ｈ時間と同様に、第１ピクセルグループＰＧ１２、ＰＧ２２、ＰＧ５２、ＰＧ６２をリードアウトすることができる（斜線で図示）。三番目の１Ｈ時間の間に、ピクセルアレイ２００は第１ピクセルグループＰＧ３１、ＰＧ４１、ＰＧ７１、ＰＧ８１をリードアウトし（濃い灰色の陰影で図示）、四番目の１Ｈ時間の間に、ピクセルアレイ２００は、第２ピクセルグループＰＧ３２、ＰＧ４２、ＰＧ７２、ＰＧ８２をリードアウトすることができる（灰色の格子で図示）。

【0051】

すなわち、本開示の実施形態によるピクセルアレイ２００は、最後の行のダミーピクセルを含むユニットピクセルグループ（例えば、ＤＵＰＧ１）、および一番目の行のアクティブピクセルを含むユニットピクセルグループ（例えば、ＵＰＧ１）が互いに第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有するようにし、第１カラムラインＣＬ１と４つのユニットピクセルグループ（例えば、ＵＰＧ１～ＵＰＧ４）が順次連結され、第２カラムラインＣＬ２と４つのユニットピクセルグループ（例えば、ＵＰＧ５～ＵＰＧ８）が順次連結されるように構成される。このように構成されるとき、ピクセルアレイ２００は、１Ｈ時間の間に、２つのユニットピクセルグループ間隔で、第１カラムラインＣＬ１に連結された２つのユニットピクセルグループと、第２カラムラインＣＬ２に連結された２つのユニットピクセルグループと、を同時にリードアウトすることができる。これにより、第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有するユニットピクセルグループは、同時にリードアウトされないとし得る。

【0052】

言い換えれば、ピクセルアレイ２００のような構成で１つのユニットピクセルグループをリードアウトするときに、第２フローティング拡散領域ＦＤ２を共有する他のユニットピクセルグループはリードアウトされないため、第２フローティング拡散領域ＦＤ２に２倍の電荷が蓄積されず、ローコンバージョンゲインモードでも正確にリードアウトが行われる。さらに、図７は１つのカラムのみを示しているが、図５を参照して説明したように、図７に示されたカラムのピクセルグループと同じ色（カラー）を有する他のカラムのピクセルグループもまた上述したように同様にリードアウトされることができ、異なるカラムに存在する同じカラーを有するピクセルグループが同時にリードアウトされた結果は、アナログビニングにより合算されることができる。

【0053】

図８は、図７のピクセルアレイ２００のピクセルリードアウト動作を示すタイミング図である。図８を参照すると、一番目の１Ｈ時間にピクセルグループＰＧ１１、ＰＧ２１、ＰＧ５１、ＰＧ６１がリードアウトされ、二番目の１Ｈ時間にピクセルグループＰＧ１２、ＰＧ２２、ＰＧ５２、ＰＧ６２がリードアウトされ、三番目の１Ｈ時間にピクセルグループＰＧ３１、ＰＧ４１、ＰＧ７１、ＰＧ８１がリードアウトされ、四番目の１Ｈ時間にピクセルグループＰＧ３２、ＰＧ４２、ＰＧ７２、ＰＧ８２がリードアウトされる。リードアウトされるピクセルグループの転送トランジスタ（例えば、４つの転送トランジスタ）は、ハイレベルのリードアウト転送パルスＲＴＸ１１～ＲＴＸ８２に応答してターンオンされ、フローティング拡散領域に電荷を転送することができる。例えば、リードアウト転送パルスＲＴＸ１１～ＲＴＸ８２は、ピクセルグループのそれぞれが含む各転送トランジスタに対応する転送信号（例えば、図４のＶＴ１～ＶＴ８）を含み得る。

【0054】

図９は、本開示の実施形態によるイメージセンサを含む電子装置１０００の構成の一例を示す。図１０は、図９のカメラモジュール１１００ｂの構成の一例を示す。図９を参照すると、電子装置１０００は、カメラモジュールグループ１１００、アプリケーションプロセッサ１２００、ＰＭＩＣ１３００および外部メモリ１４００を含み得る。

【0055】

カメラモジュールグループ１１００は、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃを含み得る。図面には、３つのカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃが配置された実施形態が示されているが、実施形態がこれに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、カメラモジュールグループ１１００は、２つのカメラモジュールのみを含むように変形して実施される。なお、いくつかの実施形態では、カメラモジュールグループ１１００は、ｎ個（ｎは４以上の自然数）のカメラモジュールを含むように変形して実施されることもある。

【0056】

以下、図１０を参照して、カメラモジュール１１００ｂの詳細構成に対し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１１００ａ、１１００ｃに対しても同様に適用され得る。

【0057】

図１０を参照すると、カメラモジュール１１００ｂは、プリズム１１０５、光路折り畳み素子（Optical Path Folding Element、以下、「ＯＰＦＥ」）１１１０、アクチュエータ１１３０、イメージセンシング装置１１４０およびストレージ部１１５０を含み得る。

【0058】

プリズム１１０５は、光反射物質の反射面１１０７を含んで外部から入射する光Ｌの経路を変形させ得る。

【0059】

いくつかの実施形態では、プリズム１１０５は、第１方向Ｘに入射する光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１１０５は、光反射物質の反射面１１０７を中心軸１１０６を中心にＡ方向に回転させるか、または中心軸１１０６をＢ方向に回転させて第１方向Ｘに入射する光Ｌの経路を垂直な第２方向Ｙに変更させる。このとき、ＯＰＦＥ１１１０も第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに垂直な第３方向Ｚに移動することができる。

【0060】

いくつかの実施形態では、示されたように、プリズム１１０５のＡ方向最大回転角度はプラス（＋）Ａ方向には１５度(degree)以下、マイナス（－）Ａ方向には１５度より大きい可能性がある。しかし、実施形態がこれに限定されるものではない。

【0061】

いくつかの実施形態では、プリズム１１０５は、プラス（＋）またはマイナス（－）Ｂ方向に２０度内外、１０度～２０度、または１５度～２０度の間に動くことができ、ここで、動く角度はプラス（＋）またはマイナス（－）Ｂ方向に同じ角度で動くか、または１度内外の範囲でほぼ類似の角度まで動くことができる。

【0062】

いくつかの実施形態では、プリズム１１０５は、光反射物質の反射面１１０７を中心軸１１０６の延長方向と平行な第３方向（例えば、Ｚ方向）に移動することができる。

【0063】

ＯＰＦＥ１１１０は、例えば、ｍ（ここで、ｍは自然数）のグループからなる光学レンズを含み得る。ｍ個のレンズは第２方向Ｙに移動してカメラモジュール１１００ｂの光学ズーム倍率(optical zoom ratio)を変更することができる。例えば、カメラモジュール１１００ｂの基本光学ズーム倍率をＺとするとき、ＯＰＦＥ１１１０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１１００ｂの光学ズーム倍率は、３Ｚもしくは５Ｚまたは５Ｚ以上の光学ズーム倍率に変更され得る。ＯＰＦＥ１１１０は、上述したｍ個のレンズの前面にｎ（ここで、ｎは自然数）個のグループからなる光学レンズをさらに含み得る。

【0064】

アクチュエータ１１３０は、ＯＰＦＥ１１１０または光学レンズ（以下、光学レンズと称する）を特定の位置に移動させ得る。例えば、アクチュエータ１１３０は、正確なセンシングのためにイメージセンサ１１４２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ことができる。

【0065】

イメージセンシング装置１１４０は、イメージセンサ１１４２、制御ロジック１１４４およびメモリ１１４６を含み得る。イメージセンサ１１４２は、光学レンズを介して提供される光Ｌを用いてセンシング対象のイメージをセンシングすることができる。特に、本開示の実施形態によるイメージセンサ１１４２のピクセルアレイは、デュアルコンバージョントランジスタに連結されたフローティング拡散領域（例えば、図４の第２フローティング拡散領域ＦＤ２）を共有するピクセル同士で同時にリードアウトされないように構成され得る。これにより、ローコンバージョンゲインモードでは、フローティング拡散領域に電荷が２倍に蓄積されることが防止でき、本来設定されたローコンバージョンゲイン条件に応じたリードアウト動作を正常に行うことができる。言い換えれば、イメージセンサ１１４２のデュアルコンバージョンゲイン動作を最適化することができる。制御ロジック１１４４は、カメラモジュール１１００ｂの全体的な動作を制御することができる。例えば、制御ロジック１１４４は、制御信号ラインＣＳＬｂを介して提供される制御信号に従ってカメラモジュール１１００ｂの動作を制御することができる。

【0066】

メモリ１１４６は、キャリブレーションデータ１１４７のようなカメラモジュール１１００ｂの動作に必要な情報を記憶することができる。キャリブレーションデータ１１４７は、カメラモジュール１１００ｂが外部から提供された光Ｌを用いてイメージデータを生成するのに必要な情報を含み得る。キャリブレーションデータ１１４７は、例えば、上述した回転角度(degree of rotation)に関する情報、焦点距離(focal length)に関する情報、光軸(optical axis)に関する情報などを含み得る。カメラモジュール１１００ｂが、光学レンズの位置によって焦点距離が変るマルチステート(multi state)カメラの形に実施される場合、キャリブレーションデータ１１４７は、光学レンズの各位置別（またはステート別）焦点距離値およびオートフォーカスに関連される情報を含み得る。

【0067】

ストレージ部１１５０は、イメージセンサ１１４２を介してセンシングされたイメージデータを格納することができる。ストレージ部１１５０は、イメージセンシング装置１１４０の外部に配置され、イメージセンシング装置１１４０を構成するセンサチップとスタックされた(stacked)形で実現される。いくつかの実施形態では、ストレージ部１１５０は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）で実施されうるが、実施形態はこれに限定されるものではない。

【0068】

図９および図１０を共に参照すると、いくつかの実施形態では、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのそれぞれはアクチュエータ１１３０を含み得る。したがって、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのそれぞれは、その内部に含まれたアクチュエータ１１３０の動作に応じた互いに同一であるか、または異なるキャリブレーションデータ１１４７を含み得る。

【0069】

いくつかの実施形態では、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのうち１つのカメラモジュール（例えば、１１００ｂ）は、前述したプリズム１１０５およびＯＰＦＥ１１１０を含む折りたたみレンズ(folded lens)形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、１１００ａ、１１００ｂ）は、プリズム１１０５およびＯＰＦＥ１１１０を含んでいないバーチカル(vertical)形のカメラモジュールであり得るが、実施形態がこれに限定されるものではない。

【0070】

いくつかの実施形態では、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのうち１つのカメラモジュール（例えば、１１００ｃ）は、例えば、ＩＲ（Infrared Ray）を利用して深さ(depth)情報を抽出するバーチカル形の深さカメラ(depth camera)であり得る。この場合、アプリケーションプロセッサ１２００は、このような深さ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、１１００ａまたは１１００ｂ）から提供されたイメージデータと、をマージ(merge)して３次元深さイメージ(3D depth image)を生成することができる。

【0071】

いくつかの実施形態では、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのうち、少なくとも２つのカメラモジュール（例えば、１１００ａ、１１００ｂ）は、異なる観察視野（Field of View、視野角）を有し得る。この場合、例えば、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのうち、少なくとも２つのカメラモジュール（例えば、１１００ａ、１１００ｂ）の光学レンズが互いに異なってもよいが、これに限定されるものではない。

【0072】

なお、いくつかの実施形態では、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのそれぞれの視野角は互いに異なり得る。この場合、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのそれぞれに含まれた光学レンズもまた互いに異なり得るが、これに限定されるものではない。

【0073】

いくつかの実施形態では、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのそれぞれは、互いに物理的に分離して配置されてもよい。すなわち、１つのイメージセンサ１１４２のセンシング領域を複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃが分割して使用するのではなく、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのそれぞれの内部に独立したイメージセンサ１１４２が配置され得る。

【0074】

再び、図９を参照すると、アプリケーションプロセッサ１２００は、イメージ処理装置１２１０、メモリコントローラ１２２０、内部メモリ１２３０を含み得る。アプリケーションプロセッサ１２００は、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃと分離して実施される。例えば、アプリケーションプロセッサ１２００と複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃは別々の半導体チップに互いに分離して実施されうる。

【0075】

イメージ処理装置１２１０は、複数のサブイメージプロセッサ１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃ、イメージ生成(発生)器１２１４、およびカメラモジュールコントローラ１２１６を含み得る。

【0076】

イメージ処理装置１２１０は、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃの個数に対応する数の複数のサブイメージプロセッサ１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃを含み得る。

【0077】

それぞれのカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃから生成されたイメージデータは、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イメージプロセッサ１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃに提供され得る。例えば、カメラモジュール１１００ａから生成されたイメージデータは、イメージ信号ラインＩＳＬａを介してサブイメージプロセッサ１２１２ａに提供され、カメラモジュール１１００ｂから生成されたイメージデータは、イメージ信号ラインＩＳＬｂを介してサブイメージプロセッサ１２１２ｂに提供され、カメラモジュール１１００ｃから生成されたイメージデータは、イメージ信号ラインＩＳＬｃを介してサブイメージプロセッサ１２１２ｃに提供される。このようなイメージデータ転送は、例えば、ＭＩＰＩ（Mobile Industry Processor Interface）に基づくカメラシリアルインターフェース（CSI：Camera Serial Interface）を用いて行われ得るが、実施形態がこれに限定されるものではない。

【0078】

一方、いくつかの実施形態では、１つのサブイメージ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ある。例えば、サブイメージプロセッサ１２１２ａとサブイメージプロセッサ１２１２ｃが、図示されているように互いに分離して実装されるのではなく、１つのサブイメージプロセッサに統合して実装され、カメラモジュール１１００ａとカメラモジュール１１００ｃから提供されたイメージデータは、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、統合されたサブイメージプロセッサに提供される。

【0079】

それぞれのサブイメージプロセッサ１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃに提供されたイメージデータは、イメージ生成器１２１４に提供され得る。イメージ生成器１２１４は、イメージ生成情報（Generating Information）またはモード信号（Mode Signal）に従ってそれぞれのサブイメージプロセッサ１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃから提供されたイメージデータを用いて出力イメージを生成することができる。

【0080】

具体的には、イメージ生成器１２１４は、イメージ生成情報またはモード信号に応じて、異なる視野角を有するカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃから生成されたイメージデータのうち、少なくとも一部をマージ(merge)して出力イメージを生成することができる。なお、イメージ生成器１２１４は、イメージ生成情報またはモード信号に応じて、異なる視野角を有するカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃから生成されたイメージデータのうち、いずれか１つを選択して出力イメージを生成することができる。

【0081】

いくつかの実施形態では、イメージ生成情報はズーム信号(zoom signal or zoom factor)得る。なお、いくつかの実施形態では、モード信号は、例えばユーザー(user)から選択されたモードに基づく信号であり得る。

【0082】

イメージ生成情報がズーム信号（ズームファクタ）であり、それぞれのカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃが異なる観察視野（視野角）を有する場合、イメージ生成器１２１４はズーム信号の種類に応じて異なる動作を行うことができる。例えば、ズーム信号が第１信号である場合、カメラモジュール１１００ａから出力されたイメージデータとカメラモジュール１１００ｃから出力されたイメージデータをマージした後、マージされたイメージ信号とマージに使用されなかったカメラモジュール１１００ｂから出力されたイメージデータを用いて出力イメージを生成することができる。もしズーム信号が第１信号とは異なる第２信号である場合、イメージ生成器１２１４はこのようなイメージデータのマージを遂行せず、それぞれのカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃから出力されたイメージデータのうち、いずれか１つを選択して出力イメージを生成することができる。しかしながら、実施形態がこれに限定されず、必要によってイメージデータを処理する方法は、いくらでも変形して実施され得る。

【0083】

いくつかの実施形態では、イメージ生成器１２１４は、複数のサブイメージプロセッサ１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃのうち、少なくとも１つから露出時間が異なる複数のイメージデータを受信し、複数のイメージデータに対してＨＤＲ(high dynamic range)処理を行うことにより、ダイナミックレンジが増加された、マージされたイメージデータを生成することができる。

【0084】

カメラモジュールコントローラ１２１６は、それぞれのカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃに制御信号を提供することができる。カメラモジュールコントローラ１２１６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１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃに提供され得る。

【0085】

複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのうち、いずれか１つは、ズーム信号を含むイメージ生成情報またはモード信号に応じてマスター(master)カメラ（例えば、１１００ｂ）として指定され、残りのカメラモジュール（例えば、１１００ａ、１１００ｃ）はスレーブカメラとして指定される。このような情報は制御信号に含まれており、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１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃに提供される。

【0086】

ズームファクタまたは動作モード信号に応じて、マスターおよびスレーブとして動作するカメラモジュールを変更することができる。例えば、カメラモジュール１１００ａの視野角がカメラモジュール１１００ｂの視野角より広く、ズームファクタが低いズーム倍率を示す場合、カメラモジュール１１００ｂがマスターとして動作し、カメラモジュール１１００ａがスレーブとして動作することができる。逆に、ズームファクタが高いズーム倍率を示す場合、カメラモジュール１１００ａがマスターとして動作し、カメラモジュール１１００ｂがスレーブとして動作することができる。

【0087】

いくつかの実施形態では、カメラモジュールコントローラ１２１６からそれぞれのカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃに提供される制御信号は、シンクイネーブル(sync enable)信号を含み得る。例えば、カメラモジュール１１００ｂがマスターカメラであり、カメラモジュール１１００ａ、１１００ｃがスレーブカメラである場合、カメラモジュールコントローラ１２１６はカメラモジュール１１００ｂにシンクイネーブル信号を送ることができる。このようなシンクイネーブル信号を提供されたカメラモジュール１１００ｂは、提供されたシンクイネーブル信号に基づいてシンク信号(sync signal)を生成し、生成されたシンク信号をシンク信号ラインＳＳＬを介してカメラモジュール１１００ａ、１１００ｃに提供することができる。カメラモジュール１１００ｂとカメラモジュール１１００ａ、１１００ｃは、このようなシンク信号に同期されてイメージデータをアプリケーションプロセッサ１２００に転送することができる。

【0088】

いくつかの実施形態では、カメラモジュールコントローラ１２１６から複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃに提供される制御信号は、モード信号に応じたモード情報を含み得る。このようなモード情報に基づいて複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃは、センシング速度と関連して第１動作モードおよび第２動作モードで動作することができる。

【0089】

複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃは、第１動作モードにおいて、第１速度でイメージ信号を生成（例えば、第１フレームレートのイメージ信号を生成）し、これを第１速度よりも高い第２速度でエンコーディング（例えば、第１フレームレートよりも高い第２フレームレートのイメージ信号をエンコーディング）し、エンコーディングされたイメージ信号をアプリケーションプロセッサ１２００に転送することができる。このとき、第２速度は第１速度の３０倍以下であり得る。

【0090】

アプリケーションプロセッサ１２００は、受信されたイメージ信号、言い換えればエンコーディングされたイメージ信号を、内部に設けられる内部メモリ１２３０またはアプリケーションプロセッサ１２００外部の外部メモリ１４００に格納し、その後、内部メモリ１２３０または外部メモリ１４００からエンコーディングされたイメージ信号をリードアウトしてデコーディングし、デコーディングされたイメージ信号に基づいて生成されるイメージデータをディスプレイすることができる。例えば、イメージ処理装置１２１０の複数のサブプロセッサ１２１２ａ、１２１２ｂ、１２１２ｃのうち、対応するサブプロセッサがデコーディングを遂行することができ、またデコーディングされたイメージ信号に対してイメージ処理を遂行することができる。

【0091】

複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃは、第２動作モードにおいて、第１速度より低い第３速度でイメージ信号を生成（例えば、第１フレームレートより低い第３フレームレートのイメージ信号を生成）し、イメージ信号をアプリケーションプロセッサ１２００に転送することができる。アプリケーションプロセッサ１２００に提供されるイメージ信号は、エンコーディングされていない信号であり得る。アプリケーションプロセッサ１２００は、受信されるイメージ信号に対してイメージ処理を遂行するか、またはイメージ信号を内部メモリ１２３０または外部メモリ１４００に格納することができる。

【0092】

ＰＭＩＣ１３００は、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのそれぞれに電力、例えば電源電圧を供給することができる。例えば、ＰＭＩＣ１３００は、アプリケーションプロセッサ１２００の制御下で、パワー信号ラインＰＳＬａを介してカメラモジュール１１００ａに第１電力を供給し、パワー信号ラインＰＳＬｂを介してカメラモジュール１１００ｂに第２電力を供給し、パワー信号ラインＰＳＬｃを介してカメラモジュール１１００ｃに第３電力を供給することができる。

【0093】

ＰＭＩＣ１３００は、アプリケーションプロセッサ１２００からの電力制御信号ＰＣＯＮに応答して、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのそれぞれに対応する電力を生成し、さらに電力のレベルを調整することができる。電力制御信号ＰＣＯＮは、複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃの動作モード別電力調整信号を含み得る。例えば、動作モードは低電力モード(low power mode)を含むことができ、このとき電力制御信号ＰＣＯＮは低電力モードで動作するカメラモジュールおよび設定される電力レベルに対する情報を含み得る。複数のカメラモジュール１１００ａ、１１００ｂ、１１００ｃのそれぞれに提供される電力のレベルは、互いに同じか異なるかである。なお、電力のレベルは動的に変更されうる。

【0094】

上述した内容は、本開示を実施するための具体的な実施形態である。本開示は、上述した実施形態だけでなく、単に設計変更または容易に変更することができる実施形態もまた含む。なお、本開示は、実施形態を用いて容易に変形して実施することができる技術も含む。したがって、本開示の範囲は、上述した実施形態に定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、本開示の特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。

【符号の説明】

【0095】

１１０：ピクセルアレイ
１２０；行（ロー）ドライバ
１３０；ランプ信号発生器（ランプ信号生成器）
１４０；ＡＤＣ回路
１５０：タイミングコントローラ
１６０：バッファ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】