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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】P2024016011
(43)【公開日】2024-02-06
(54)【発明の名称】位相検出ピクセルを含むイメージセンサ
(51)【国際特許分類】
H04N 25/705 20230101AFI20240130BHJP
H04N 25/77 20230101ALI20240130BHJP
【ＦＩ】
H04N25/705
H04N25/77
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023120717
(22)【出願日】2023-07-25
(31)【優先権主張番号】10-2022-0091717
(32)【優先日】2022-07-25
(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】崔 元 チョル
(72)【発明者】
【氏名】李 景 鎬
(72)【発明者】
【氏名】權 熙 相
(72)【発明者】
【氏名】朴 舒 ヨン
(72)【発明者】
【氏名】尹 ジョン 斌
【テーマコード（参考）】
5C024
【Ｆターム（参考）】
5C024CX06
5C024CX41
5C024CY17
5C024CY47
5C024EX12
5C024EX43
5C024EX52
5C024GX02
5C024GX16
5C024GX18
5C024GY31
5C024GY39
5C024HX17
5C024HX23
5C024JX45
(57)【要約】
【課題】客体に対する位相差を検出する位相検出ピクセルを含むイメージセンサを提供する。
【解決手段】本発明によるイメージセンサは、第１色に対応してｍ×ｎ（ここで、ｍ及びｎは３以上の自然数）形態に配列された複数の第１ピクセルを含む第１ピクセルユニット、第２色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第２ピクセルを含む第２ピクセルユニット、及び第３色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第３ピクセルを含む第３ピクセルユニットを含む第１ピクセルグループと、第１ピクセルユニットの上部に形成されて複数の第１ピクセルのうちの第１方向に隣接する少なくとも２つの第１ピクセルにより共有される第１マイクロレンズと、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】本発明によるイメージセンサは、第１色に対応してｍ×ｎ（ここで、ｍ及びｎは３以上の自然数）形態に配列された複数の第１ピクセルを含む第１ピクセルユニット、第２色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第２ピクセルを含む第２ピクセルユニット、及び第３色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第３ピクセルを含む第３ピクセルユニットを含む第１ピクセルグループと、第１ピクセルユニットの上部に形成されて複数の第１ピクセルのうちの第１方向に隣接する少なくとも２つの第１ピクセルにより共有される第１マイクロレンズと、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
イメージセンサであって、
第１色に対応してｍ×ｎ（ここで、ｍ及びｎは３以上の自然数）形態に配列された複数の第１ピクセルを含む第１ピクセルユニット、第２色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第２ピクセルを含む第２ピクセルユニット、及び第３色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第３ピクセルを含む第３ピクセルユニットを含む第１ピクセルグループと、
前記第１ピクセルユニットの上部に形成されて前記複数の第１ピクセルのうちの第１方向に隣接する少なくとも２つの第１ピクセルにより共有される第１マイクロレンズと、を備えることを特徴とするイメージセンサ。
第１色に対応してｍ×ｎ（ここで、ｍ及びｎは３以上の自然数）形態に配列された複数の第１ピクセルを含む第１ピクセルユニット、第２色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第２ピクセルを含む第２ピクセルユニット、及び第３色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第３ピクセルを含む第３ピクセルユニットを含む第１ピクセルグループと、
前記第１ピクセルユニットの上部に形成されて前記複数の第１ピクセルのうちの第１方向に隣接する少なくとも２つの第１ピクセルにより共有される第１マイクロレンズと、を備えることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項2】
前記第１色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第５ピクセルを含む第５ピクセルユニット、前記第２色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第６ピクセルを含む第６ピクセルユニット、及び前記第３色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第７ピクセルを含む第７ピクセルユニットを含む第２ピクセルグループと、
前記第５ピクセルユニットの上部に形成されて前記複数の第５ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第５ピクセルにより共有される第２マイクロレンズと、を更に含む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５ピクセルユニットの上部に形成されて前記複数の第５ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第５ピクセルにより共有される第２マイクロレンズと、を更に含む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】
前記少なくとも２つの第１ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第１ピクセル及び前記少なくとも２つの第５ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第５ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路を更に含む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】
複数のローラインを通じて複数のピクセルグループを含むピクセルアレイに連結されるロードライバーを更に含み、
前記少なくとも２つの第１ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第１ピクセル及び前記少なくとも２つの第５ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第５ピクセルは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共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。
前記少なくとも２つの第１ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第１ピクセル及び前記少なくとも２つの第５ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第５ピクセルは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共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】
前記第１ピクセルグループは、前記第１ピクセルユニットに対して前記第１方向の斜線方向に隣接し、前記第１色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第４ピクセルを含む第４ピクセルユニットを更に含み、
前記イメージセンサは、前記複数の第４ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第４ピクセルにより共有される第３マイクロレンズを更に含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
前記イメージセンサは、前記複数の第４ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第４ピクセルにより共有される第３マイクロレンズを更に含む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6】
前記第２ピクセルグループは、前記第５ピクセルユニットに対して前記第１方向の斜線方向に隣接し、前記第１色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第８ピクセルを含む第８ピクセルユニットを更に含み、
前記イメージセンサは、前記複数の第８ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第８ピクセルにより共有される第４マイクロレンズを更に含むことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサ。
前記イメージセンサは、前記複数の第８ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第８ピクセルにより共有される第４マイクロレンズを更に含むことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項7】
前記少なくとも２つの第４ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第４ピクセル及び前記少なくとも２つの第８ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第８ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路を更に含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。
【請求項8】
複数のローラインを通じて複数のピクセルグループを含むピクセルアレイに連結されるロードライバーを更に含み、
前記少なくとも２つの第４ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第４ピクセル及び前記少なくとも２つの第８ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第８ピクセルは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共に連結されることを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサ。
前記少なくとも２つの第４ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第４ピクセル及び前記少なくとも２つの第８ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第８ピクセルは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共に連結され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】
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に互いに隣接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10】
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って反復的に配列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11】
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って互いに隣接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12】
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って交互に配列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13】
イメージセンサであって、
第１色に対応してｍ×ｎ（ここで、ｍ及びｎは３以上の自然数）形態に配列された複数の第１ピクセルを含む第１ピクセルユニット、第２色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第２ピクセルを含む第２ピクセルユニット、及び第３色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第３ピクセルを含む第３ピクセルユニットを含む複数のピクセルグループを含むピクセルアレイと、
前記複数のピクセルグループのうちの第１ピクセルグループの第１位相検出ピクセル及び前記複数のピクセルグループのうちの第２ピクセルグループの第２位相検出ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路と、を備え、
前記複数のピクセルグループの各々は、第１方向に互いに隣接するように位置して一つのマイクロレンズで覆われた前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルを含むことを特徴とするイメージセンサ。
第１色に対応してｍ×ｎ（ここで、ｍ及びｎは３以上の自然数）形態に配列された複数の第１ピクセルを含む第１ピクセルユニット、第２色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第２ピクセルを含む第２ピクセルユニット、及び第３色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第３ピクセルを含む第３ピクセルユニットを含む複数のピクセルグループを含むピクセルアレイと、
前記複数のピクセルグループのうちの第１ピクセルグループの第１位相検出ピクセル及び前記複数のピクセルグループのうちの第２ピクセルグループの第２位相検出ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路と、を備え、
前記複数のピクセルグループの各々は、第１方向に互いに隣接するように位置して一つのマイクロレンズで覆われた前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルを含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項14】
前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルは、前記第１ピクセルグループの前記第１ピクセルユニット内に位置し、
前記第２ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルは、前記第２ピクセルグループの前記第１ピクセルユニット内に位置することを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサ。
前記第２ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルは、前記第２ピクセルグループの前記第１ピクセルユニット内に位置することを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項15】
前記第１ピクセルユニットの前記複数の第１ピクセルと前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルとは、フローティングディフュージョンを共有し、
前記リードアウト回路は、前記複数の第１ピクセルと前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルとによって前記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいてイメージ信号を生成することを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサ。
前記リードアウト回路は、前記複数の第１ピクセルと前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルとによって前記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいてイメージ信号を生成することを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサ。
【請求項16】
前記複数のピクセルグループの各々は、前記第１方向に互いに隣接するように位置して一つのマイクロレンズで覆われた第３位相検出ピクセル及び第４位相検出ピクセルを更に含み、
前記第１ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第４位相検出ピクセルは、前記第１ピクセルグループの前記第２ピクセルユニット内に位置し、
前記第２ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第４位相検出ピクセルは、前記第２ピクセルグループの前記第２ピクセルユニット内に位置し、
前記リードアウト回路は、前記第１ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第２ピクセルグループの前記第４位相検出ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて位相差を更に検出することを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサ。
前記第１ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第４位相検出ピクセルは、前記第１ピクセルグループの前記第２ピクセルユニット内に位置し、
前記第２ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第４位相検出ピクセルは、前記第２ピクセルグループの前記第２ピクセルユニット内に位置し、
前記リードアウト回路は、前記第１ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第２ピクセルグループの前記第４位相検出ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて位相差を更に検出することを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサ。
【請求項17】
複数のローラインを通じて前記ピクセルアレイに連結されるロードライバーを更に含み、
前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセルと前記第２ピクセルグループの前記第２位相検出ピクセルとは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共に連結されることを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサ。
前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセルと前記第２ピクセルグループの前記第２位相検出ピクセルとは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共に連結されることを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項18】
前記ピクセルアレイは、前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとの間に前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルを含まない第３ピクセルグループを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項19】
イメージセンサであって、
第１方向に互いに隣接するように位置して一つのマイクロレンズで覆われた第１位相検出ピクセル及び第２位相検出ピクセルを含む複数のピクセルグループを含み、前記複数のピクセルグループのうちの第１ピクセルグループの第１位相検出ピクセル及び前記複数のピクセルグループのうちの第２ピクセルグループの第２位相検出ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて位相信号を出力するピクセルアレイと、
単位フレーム期間の間にリセット基準信号及び第１セット基準信号を順次に生成するランプ信号生成器と、
複数のカラムラインを通じて前記ピクセルアレイから受信される複数のリセットピクセル信号と前記リセット基準信号とを比較した結果、及び前記第１位相検出ピクセルから受信される第１位相信号及び前記第２位相検出ピクセルから受信される第２位相信号と前記第１セット基準信号とを比較した結果に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路と、を備えることを特徴とするイメージセンサ。
第１方向に互いに隣接するように位置して一つのマイクロレンズで覆われた第１位相検出ピクセル及び第２位相検出ピクセルを含む複数のピクセルグループを含み、前記複数のピクセルグループのうちの第１ピクセルグループの第１位相検出ピクセル及び前記複数のピクセルグループのうちの第２ピクセルグループの第２位相検出ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて位相信号を出力するピクセルアレイと、
単位フレーム期間の間にリセット基準信号及び第１セット基準信号を順次に生成するランプ信号生成器と、
複数のカラムラインを通じて前記ピクセルアレイから受信される複数のリセットピクセル信号と前記リセット基準信号とを比較した結果、及び前記第１位相検出ピクセルから受信される第１位相信号及び前記第２位相検出ピクセルから受信される第２位相信号と前記第１セット基準信号とを比較した結果に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路と、を備えることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項20】
前記複数のピクセルグループの各々は、複数のピクセルユニットを含み、
前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルは、前記第１ピクセルグループの複数のピクセルユニットのうちの第１ピクセルユニット内に位置し、
前記第１ピクセルユニットは、複数のイメージセンシングピクセルを更に含み、
前記第１ピクセルグループの前記第１ピクセルユニット内の前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルと前記第１ピクセルユニットの複数のイメージセンシングピクセルとは、第１フローティングディフュージョンを共有し、
前記ピクセルアレイは、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいてイメージ信号を出力し、
前記ランプ信号生成器は、第２セット基準信号を更に生成し、
前記リードアウト回路は、前記第２セット基準信号と前記イメージ信号とを比較した結果に基づいて前記イメージセンサの前記客体に対するイメージ情報を導出することを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサ。
前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルは、前記第１ピクセルグループの複数のピクセルユニットのうちの第１ピクセルユニット内に位置し、
前記第１ピクセルユニットは、複数のイメージセンシングピクセルを更に含み、
前記第１ピクセルグループの前記第１ピクセルユニット内の前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルと前記第１ピクセルユニットの複数のイメージセンシングピクセルとは、第１フローティングディフュージョンを共有し、
前記ピクセルアレイは、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいてイメージ信号を出力し、
前記ランプ信号生成器は、第２セット基準信号を更に生成し、
前記リードアウト回路は、前記第２セット基準信号と前記イメージ信号とを比較した結果に基づいて前記イメージセンサの前記客体に対するイメージ情報を導出することを特徴とする請求項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】
本発明は、位相検出ピクセルを含むイメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサは、客体（ｏｂｊｅｃｔ）を撮影する際に、客体に焦点を合わせる位相検出自動焦点（ｐｈａｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｕｔｏ－ｆｏｃｕｓ：ＰＤＡＦ）機能を提供することができる。位相検出自動焦点（ＰＤＡＦ）技術は、隣接して位置する位相検出ピクセル上に位置する一つのマイクロレンズを通過しながら分けられた光の位相差、即ちピクセルアレイに入射する光の位相差を比較することによって被写体に焦点が合っているか否かを判断する技術であって、カメラにより速く焦点を合わせることができるようにする。位相検出自動焦点（ＰＤＡＦ）を行う際に必要な位相検出ピクセルはピクセルアレイ内で不連続的に又は規則的に配置される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、客体に対する位相差を検出する位相検出ピクセル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】
【0004】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるイメージセンサは、第１色に対応してｍ×ｎ（ここで、ｍ及びｎは３以上の自然数）形態に配列された複数の第１ピクセルを含む第１ピクセルユニット、第２色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第２ピクセルを含む第２ピクセルユニット、及び第３色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第３ピクセルを含む第３ピクセルユニットを含む第１ピクセルグループと、前記第１ピクセルユニットの上部に形成されて前記複数の第１ピクセルのうちの第１方向に隣接する少なくとも２つの第１ピクセルにより共有される第１マイクロレンズと、を備える。
【0005】
前記第１色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第５ピクセルを含む第５ピクセルユニット、前記第２色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第６ピクセルを含む第６ピクセルユニット、及び前記第３色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第７ピクセルを含む第７ピクセルユニットを含む第２ピクセルグループと、前記第５ピクセルユニットの上部に形成されて前記複数の第５ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第５ピクセルにより共有される第２マイクロレンズと、を更に含み得る。
前記少なくとも２つの第１ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第１ピクセル及び前記少なくとも２つの第５ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第５ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路を更に含み得る。
複数のローラインを通じて複数のピクセルグループを含むピクセルアレイに連結されるロードライバーを更に含み、前記少なくとも２つの第１ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第１ピクセル及び前記少なくとも２つの第５ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第５ピクセルは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共に連結され得る。
前記第１ピクセルグループは、前記第１ピクセルユニットに対して前記第１方向の斜線方向に隣接し、前記第１色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第４ピクセルを含む第４ピクセルユニットを更に含み、前記イメージセンサは、前記複数の第４ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第４ピクセルにより共有される第３マイクロレンズを更に含み得る。
前記第２ピクセルグループは、前記第５ピクセルユニットに対して前記第１方向の斜線方向に隣接し、前記第１色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第８ピクセルを含む第８ピクセルユニットを更に含み、前記イメージセンサは、前記複数の第８ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第８ピクセルにより共有される第４マイクロレンズを更に含み得る。
前記少なくとも２つの第４ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第４ピクセル及び前記少なくとも２つの第８ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第８ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路を更に含み得る。
複数のローラインを通じて複数のピクセルグループを含むピクセルアレイに連結されるロードライバーを更に含み、前記少なくとも２つの第４ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第４ピクセル及び前記少なくとも２つの第８ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第８ピクセルは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共に連結され得る。
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に互いに隣接し得る。
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って反復的に配列され得る。
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って互いに隣接し得る。
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って交互に配列され得る。
前記少なくとも２つの第１ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第１ピクセル及び前記少なくとも２つの第５ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第５ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路を更に含み得る。
複数のローラインを通じて複数のピクセルグループを含むピクセルアレイに連結されるロードライバーを更に含み、前記少なくとも２つの第１ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第１ピクセル及び前記少なくとも２つの第５ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第５ピクセルは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共に連結され得る。
前記第１ピクセルグループは、前記第１ピクセルユニットに対して前記第１方向の斜線方向に隣接し、前記第１色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第４ピクセルを含む第４ピクセルユニットを更に含み、前記イメージセンサは、前記複数の第４ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第４ピクセルにより共有される第３マイクロレンズを更に含み得る。
前記第２ピクセルグループは、前記第５ピクセルユニットに対して前記第１方向の斜線方向に隣接し、前記第１色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第８ピクセルを含む第８ピクセルユニットを更に含み、前記イメージセンサは、前記複数の第８ピクセルのうちの前記第１方向に隣接する少なくとも２つの第８ピクセルにより共有される第４マイクロレンズを更に含み得る。
前記少なくとも２つの第４ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第４ピクセル及び前記少なくとも２つの第８ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第８ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路を更に含み得る。
複数のローラインを通じて複数のピクセルグループを含むピクセルアレイに連結されるロードライバーを更に含み、前記少なくとも２つの第４ピクセルのうちの前記第１方向の一端に位置する第４ピクセル及び前記少なくとも２つの第８ピクセルのうちの前記第１方向の他端に位置する第８ピクセルは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共に連結され得る。
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に互いに隣接し得る。
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って反復的に配列され得る。
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って互いに隣接し得る。
前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って交互に配列され得る。
【0006】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様によるイメージセンサは、第１色に対応してｍ×ｎ（ここで、ｍ及びｎは３以上の自然数）形態に配列された複数の第１ピクセルを含む第１ピクセルユニット、第２色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第２ピクセルを含む第２ピクセルユニット、及び第３色に対応してｍ×ｎ形態に配列された複数の第３ピクセルを含む第３ピクセルユニットを含む複数のピクセルグループを含むピクセルアレイと、前記複数のピクセルグループのうちの第１ピクセルグループの第１位相検出ピクセル及び前記複数のピクセルグループのうちの第２ピクセルグループの第２位相検出ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路と、を備え、前記複数のピクセルグループの各々は、第１方向に互いに隣接するように位置して一つのマイクロレンズで覆われた前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルを含む。
【0007】
前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルは、前記第１ピクセルグループの前記第１ピクセルユニット内に位置し、前記第２ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルは、前記第２ピクセルグループの前記第１ピクセルユニット内に位置し得る。
前記第１ピクセルユニットの前記複数の第１ピクセルと前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルとは、フローティングディフュージョンを共有し、前記リードアウト回路は、前記複数の第１ピクセルと前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルとによって前記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいてイメージ信号を生成し得る。
前記複数のピクセルグループの各々は、前記第１方向に互いに隣接するように位置して一つのマイクロレンズで覆われた第３位相検出ピクセル及び第４位相検出ピクセルを更に含み、前記第１ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第４位相検出ピクセルは、前記第１ピクセルグループの前記第２ピクセルユニット内に位置し、前記第２ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第４位相検出ピクセルは、前記第２ピクセルグループの前記第２ピクセルユニット内に位置し、前記リードアウト回路は、前記第１ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第２ピクセルグループの前記第４位相検出ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて位相差を更に検出し得る。
複数のローラインを通じて前記ピクセルアレイに連結されるロードライバーを更に含み、前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセルと前記第２ピクセルグループの前記第２位相検出ピクセルとは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共に連結され得る。
前記ピクセルアレイは、前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとの間に前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルを含まない第３ピクセルグループを更に含み得る。
前記第１ピクセルユニットの前記複数の第１ピクセルと前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルとは、フローティングディフュージョンを共有し、前記リードアウト回路は、前記複数の第１ピクセルと前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルとによって前記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいてイメージ信号を生成し得る。
前記複数のピクセルグループの各々は、前記第１方向に互いに隣接するように位置して一つのマイクロレンズで覆われた第３位相検出ピクセル及び第４位相検出ピクセルを更に含み、前記第１ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第４位相検出ピクセルは、前記第１ピクセルグループの前記第２ピクセルユニット内に位置し、前記第２ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第４位相検出ピクセルは、前記第２ピクセルグループの前記第２ピクセルユニット内に位置し、前記リードアウト回路は、前記第１ピクセルグループの前記第３位相検出ピクセル及び前記第２ピクセルグループの前記第４位相検出ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて位相差を更に検出し得る。
複数のローラインを通じて前記ピクセルアレイに連結されるロードライバーを更に含み、前記第１ピクセルグループの前記第１位相検出ピクセルと前記第２ピクセルグループの前記第２位相検出ピクセルとは、前記複数のローラインのうちの第１ローラインに共に連結され得る。
前記ピクセルアレイは、前記第１ピクセルグループと前記第２ピクセルグループとの間に前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルを含まない第３ピクセルグループを更に含み得る。
【0008】
上記目的を達成するためになされた本発明の更に他の態様によるイメージセンサは、第１方向に互いに隣接するように位置して一つのマイクロレンズで覆われた第１位相検出ピクセル及び第２位相検出ピクセルを含む複数のピクセルグループを含み、前記複数のピクセルグループのうちの第１ピクセルグループの第１位相検出ピクセル及び前記複数のピクセルグループのうちの第２ピクセルグループの第２位相検出ピクセルのそれぞれの電荷に基づいて位相信号を出力するピクセルアレイと、単位フレーム期間の間にリセット基準信号及び第１セット基準信号を順次に生成するランプ信号生成器と、複数のカラムラインを通じて前記ピクセルアレイから受信される複数のリセットピクセル信号と前記リセット基準信号とを比較した結果、及び前記第１位相検出ピクセルから受信される第１位相信号及び前記第２位相検出ピクセルから受信される第２位相信号と前記第１セット基準信号とを比較した結果に基づいて前記イメージセンサの客体に対する位相差を検出するリードアウト回路と、を備える。
【0009】
前記複数のピクセルグループの各々は、複数のピクセルユニットを含み、前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルは、前記第１ピクセルグループの複数のピクセルユニットのうちの第１ピクセルユニット内に位置し、前記第１ピクセルユニットは、複数のイメージセンシングピクセルを更に含み、前記第１ピクセルグループの前記第１ピクセルユニット内の前記第１位相検出ピクセル及び前記第２位相検出ピクセルと前記第１ピクセルユニットの複数のイメージセンシングピクセルとは、第１フローティングディフュージョンを共有し、前記ピクセルアレイは、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づいてイメージ信号を出力し、前記ランプ信号生成器は、第２セット基準信号を更に生成し、前記リードアウト回路は、前記第２セット基準信号と前記イメージ信号とを比較した結果に基づいて前記イメージセンサの前記客体に対するイメージ情報を導出し得る。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、感度を向上させたイメージセンサを提供することができる。
【0011】
本発明の特徴は、図面を参照して例示的な実施形態を詳しく説明することによって通常の技術者に明白になるはずである。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】一実施形態によるイメージセンサの一例を示すブロック図である。
【図2】一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置を示す平面図である。
【図3】一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第１例を示す平面図である。
【図5】一実施形態によるピクセルユニットの一例を示す回路図である。
【図6】一実施形態によるピクセルアレイに提供される伝送制御信号を説明するための一例を示すタイミング図である。
【図7】リードアウト区間でフローティング拡散領域に蓄積される電荷を図式的に示す図である。
【図8】一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第２例を示す平面図である。
【図9】一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第３例を示す平面図である。
【図10】一実施形態によるピクセルユニットの他の例を示す回路図である。
【図11】一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第４例を示す平面図である。
【図12】一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第５例を示す平面図である。
【図13】一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第６例を示す平面図である。
【図14】一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第７例を示す平面図である。
【図15】他の実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置を示す平面図である。
【図16】他の実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置を示す平面図である。
【図17】一実施形態によるコンピュータ装置の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
しかし、これらは、様々の異なる形態に実現され、ここで説明する実施形態に限定されない。むしろ、これらの実施形態は、本発明を更に充実且つ完全にし、通常の技術者に本発明の実施形態を完全に伝達するために提供されるものである。
しかし、これらは、様々の異なる形態に実現され、ここで説明する実施形態に限定されない。むしろ、これらの実施形態は、本発明を更に充実且つ完全にし、通常の技術者に本発明の実施形態を完全に伝達するために提供されるものである。
【0014】
図面において、図面の明確性のために層及び領域の寸法が誇張されることがある。また、層又は要素が他の層又は基板“上に”あると言及する場合、これは他の層又は基板の真上にあるか又は介在層が存在することもあることを理解するはずである。また、層が他の層“の下”にあると言及する場合、それは真下にあるか又は一つ以上の介在層が存在することもあるということが理解されるはずである。また、層が２つの層“の間”にあると言及する場合、これは２つの層の間の唯一の層であるか又は一つ以上の介在層が存在することもあることを理解するはずである。同一の図面符号は全体的に同一の要素を指す。
【0015】
また、単数で記載する表現は“一つ”又は“単一”などの明示的な表現を使用しない限り、単数又は複数に解釈される。第１、第２などのように序数を含む用語は多様な構成要素を説明することに使用されるが、構成要素はこのような用語によって限定されない。これらの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的として使用される。
【0016】
図１は、一実施形態によるイメージセンサの一例を示すブロック図である。
【0017】
図１を参照すると、イメージセンサ１００は、レンズＬＳ、ピクセルアレイ１１０、ロードライバー１２０、コントローラ１３０、ランプ信号生成器１４０、及びリードアウト回路１５０を含む。図１に示していないが、イメージセンサ１００は、クロック信号生成器、信号処理器、カラムデコーダ、及び／又はメモリを更に含む。
【0018】
イメージセンサ１００は、光学装置を通じて入射した客体ＯＢＪＥＣＴの光学的信号を電気的信号に変換し、変換された電気的信号に基づいてイメージデータＩＤＡＴを生成する。光学装置は、鏡及びレンズＬＳを含む光学的集光装置である。例えば、イメージセンサ１００は、光の分散や屈折などの光学的特性を用いて客体ＯＢＪＥＣＴによって反射された光の多様な経路を集光するか又は光の移動経路を変更する光学装置を用いる。本発明では、説明の便宜のために、レンズＬＳが用いられるものとして説明するが、これに限定されず、イメージセンサ１００には多様な光学装置を使用することができる。
【0019】
イメージセンサ１００は、イメージ又は光センシング機能を有する電子装置に搭載される。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、モノのインターネット（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（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）、ドローン（ｄｒｏｎｅ）、先進運転支援システム（ａｄｖａｎｃｅｄ ｄｒｉｖｅｒｓ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ：ＡＤＡＳ）などのような電子装置に搭載される。或いは、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装置に搭載される。
【0020】
ピクセルアレイ１１０は、例えば光学信号を電気的信号に変換するＣＩＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）である。レンズＬＳを透過した光学信号は、ピクセルアレイ１１０の受光面に到達して被写体の像を結像する。ピクセルアレイ１１０は、コントローラ１３０の制御によって光学信号の感度などを調節する。
【0021】
ピクセルアレイ１１０は、複数のピクセルＰＸ、そして複数のピクセルＰＸにそれぞれ連結される複数のローラインＲＬｓ及び複数のカラムラインＣＬｓを含む。
【0022】
ローラインＲＬｓは、第１方向に伸びて、第１方向に沿って配置されたピクセルＰＸに連結される。例えば、ローラインＲＬｓは、ピクセルＰＸに備えられる素子、例えばトランジスタにロードライバー１２０から出力される制御信号を伝達する。カラムラインＣＬｓは、第１方向に交差する第２方向に伸びて、第２方向に沿って配置されたピクセルＰＸに連結される。カラムラインＣＬｓは、ピクセルＰＸから出力されるピクセル信号をリードアウト回路１５０に伝達する。
【0023】
一実施形態で、各ピクセルＰＸは、少なくとも一つの光電変換素子を含む。光電変換素子は、入射する光を感知し、入射光を光量による電気信号、即ち複数のアナログピクセル信号に変換する。例えば、ピクセルアレイ１１０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの光電変換素子で実現され、その他にも多様な種類の光電変換素子で実現される。
【0024】
ピクセルアレイ１１０は、複数のピクセルＰＸを含む。ピクセルＰＸは、複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ及び複数の位相検出ピクセルＰＰＸを含む。
【0025】
複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸは、客体ＯＢＪＥＣＴに対応するイメージ信号を生成する。複数の位相検出ピクセルＰＰＸは、客体ＯＢＪＥＣＴに対応するイメージ信号を生成するだけではなく、客体ＯＢＪＥＣＴに対する焦点を合わせるために使用される位相信号を更に生成する。位相信号は、光学装置を通じて入射した客体ＯＢＪＥＣＴに対応するイメージの位置に関する情報を含む。複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ及び複数の位相検出ピクセルＰＰＸによって生成されたイメージ信号及び位相信号は、カラムラインＣＬｓを通じてリードアウト回路１５０に伝達される。リードアウト回路１５０は、位相信号を通じてイメージ間の位相差を算出する。
【0026】
複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ及び複数の位相検出ピクセルＰＰＸのそれぞれの上部には、カラーフィルタ及びマイクロレンズが積層される。カラーフィルタは、マイクロレンズを通じて入射する光の中の特定色の光、即ち特定色領域の波長を透過させる。複数のイメージセンシングピクセルＩＰＸ及び複数の位相検出ピクセルＰＰＸに備えられるカラーフィルタによってピクセルＰＸが感知する色が決定される。しかし、これに制限されるわけではなく、ピクセルＰＸ内の光電変換素子は、印加される電気信号のレベル（例えば、電圧レベル）によって、特定色領域の波長に該当する光を電気的信号に変換する。即ち、光電変換素子に印加される電気信号のレベルによってピクセルＰＸが感知する色が決定される。
【0027】
以下、可視光領域中のレッド領域の波長に応答してレッドカラー信号に対応するイメージ信号を生成するピクセルをレッドピクセルという。また、可視光領域中のグリーン領域の波長に応答してグリーンカラー信号に対応するイメージ信号を生成するピクセルをグリーンピクセルという。更に、可視光領域中のブルー領域の波長に応答してブルーカラー信号に相応するイメージ信号を生成するピクセルをブルーピクセルという。
【0028】
ロードライバー１２０は、コントローラ１３０の制御（例えば、行制御信号ＣＴＲ＿Ｘ）に応答してピクセルアレイ１１０を駆動するための制御信号を生成し、複数のローラインＲＬｓを通じてピクセルアレイ１１０の複数のピクセルＰＸに制御信号を提供する。一実施形態で、ロードライバー１２０は、ローライン単位でピクセルＰＸが入射する光を感知するように制御する。ローライン単位は、少なくとも一つのローラインを含む。
【0029】
また、ロードライバー１２０は、複数のピクセルＰＸのうちのローライン単位でピクセルを選択し、選択されたピクセル（例えば、一つのローに配置されたピクセル）にリセット信号を提供してピクセルをリセットさせ、選択されたピクセルが生成する電圧が複数のカラムラインＣＬｓを通じて出力されるように制御する。ここで、ピクセルＰＸをリセットすることは、ピクセルＰＸ内の光電変換素子によって生成された電気信号（例えば、電圧）を除去することを意味する。
【0030】
コントローラ１３０は、イメージセンサ１００に含まれる各構成要素（１１０、１２０、１４０、１５０）を全般的に制御する。コントローラ１３０は、制御信号を用いて各構成要素（１１０、１２０、１４０、１５０）の動作タイミングを制御する。例えば、コントローラ１３０はロードライバー１２０に行制御信号ＣＴＲ＿Ｘを提供し、ロードライバー１２０は行制御信号ＣＴＲ＿Ｘに基づいてローラインＲＬｓを通じてピクセルアレイ１１０をローライン単位で感知するように制御する。例えば、コントローラ１３０はランプ信号生成器１４０にランプ信号を制御するランプ制御信号ＣＴＲ＿Ｒを提供し、ランプ信号生成器１４０はランプ制御信号ＣＴＲ＿Ｒに基づいてリードアウト回路１５０の動作のための基準信号ＲＡＭＰを生成する。例えば、コントローラ１３０はリードアウト回路１５０に列制御信号ＣＴＲ＿Ｙを提供し、リードアウト回路１５０は列制御信号ＣＴＲ＿Ｙに基づいてカラムラインＣＬｓを通じてピクセルアレイ１１０からのピクセル信号を受信して処理する。
【0031】
一実施形態で、コントローラ１３０は、モード信号に基づいてイメージセンサ１００を全般的に制御する。具体的に、コントローラ１３０は、アプリケーションプロセッサーから撮像モードを指示するモード信号を受信する。例えば、アプリケーションプロセッサーは、撮像環境の照度、使用者の解像度設定、センシングされるか又は学習された状態などの多様なシナリオによってイメージセンサ１００の撮像モードを決定し、決定された結果をモード信号としてコントローラ１３０に提供する。コントローラ１３０はピクセルアレイ１１０の複数のピクセルが撮像モードによってピクセル信号を出力するように行制御信号ＣＴＲ＿Ｘ、列制御信号ＣＴＲ＿Ｙ、及びランプ制御信号ＣＴＲ＿Ｒを制御し、ピクセルアレイ１１０は行制御信号ＣＴＲ＿Ｘ及び列制御信号ＣＴＲ＿Ｙに基づいて複数のピクセルのそれぞれに対するピクセル信号又は複数のピクセルのうちの一部に対するピクセル信号を出力し、リードアウト回路１５０は基準信号ＲＡＭＰに基づいてピクセルアレイ１１０から伝達を受けたピクセル信号をサンプリングして処理する。
【0032】
例えば、高照度環境で、アプリケーションプロセッサーは、フルモード（ｆｕｌｌ ｍｏｄｅ）を指示するモード信号ＭＤをイメージセンサ１００に提供する。フルモードを指示するモード信号ＭＤを受信した場合、イメージセンサ１００は、ピクセルアレイ１１０の全てのピクセルのそれぞれによって生成されたピクセル信号を出力するようにピクセルアレイ１１０を制御し、出力されたピクセル信号を個別的に処理する。一方、隣接して配置された２つの位相検出ピクセルＰＰＸ上には一つのマイクロレンズが位置し、位相検出ピクセルＰＰＸには光が屈折されて入力される。これにより、位相検出ピクセルＰＰＸから出力されるピクセル信号は、イメージセンシングピクセルＩＰＸから出力されるイメージ信号とは異なる。位相検出ピクセルＰＰＸから出力されるピクセル信号とイメージセンシングピクセルＩＰＸから出力されるピクセル信号との差を補償するために、イメージセンサ１００は、位相検出ピクセルＰＰＸから出力されたピクセル信号の代わりに位相検出ピクセルＰＰＸに隣接して配置されたイメージセンシングピクセルＩＰＸのピクセル信号を使用してイメージ信号を生成する。
【0033】
低照度環境で、アプリケーションプロセッサーはビニングモード（ｂｉｎｎｉｎｇ ｍｏｄｅ）を指示するモード信号ＭＤをイメージセンサ１００に提供する。ビニングモードを指示するモード信号ＭＤを受信した場合、イメージセンサ１００は、ピクセルアレイ１１０内で隣接して位置するピクセル又は所定個数の同一カラーピクセル単位で生成されたピクセル信号を出力するようにピクセルアレイ１１０を制御し、出力されたピクセル信号を処理する。
【0034】
コントローラ１３０は、ロジック回路を含むハードウェアのような処理回路で実現されるか、又は圧縮動作を行うソフトウェアを実行するプロセッサーのようにハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現される。特に、コントローラ１３０は、イメージセンサ１００に含まれる中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）、算術及び論理演算、ビットシフトなどを行うＡＬＵ（Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ Ｌｏｇｉｃ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロプロセッサー（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、コントロールロジック（ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｏｇｉｃ）などで実現されるが、これに制限されず、人工神経網などの補助、又は人工神経網それ自体を用いた加速器（ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）、ＮＰＵ（Ｎｅｕｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを更に使用することもできる。
【0035】
ランプ信号生成器１４０は、所定の傾きを有して漸進的に増加又は減少する複数のランプ信号を含む基準信号ＲＡＭＰを生成してリードアウト回路１５０に提供する。
【0036】
具体的に、ランプ信号生成器１４０は、電流源、抵抗、及びキャパシタを含む。ランプ信号生成器１４０は、可変電流源の電流の大きさや可変抵抗の抵抗値を調節してランプ抵抗にかかる電圧であるランプ電圧を調節することによって、可変電流源の電流の大きさ又は可変抵抗の抵抗値によって決定される傾きで下降又は上昇する複数のランプ信号を生成する。例えば、基準信号ＲＡＭＰは、一定の電圧を維持してから決定された傾きで低下し、再び一定の電圧に復帰する波形を有する。
【0037】
リードアウト回路１５０は、コントローラ１３０からの制御によって複数のピクセルＰＸの中から選択されたローラインＲＬｓに連結されたピクセルＰＸからのピクセル信号（又は電気信号）を、光量を示すピクセル値に変換する。リードアウト回路１５０は、対応するカラムラインＣＬｓを通じて出力されるピクセル信号を処理してイメージデータＩＤＡＴとして出力する。リードアウト回路１５０は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路１５１、アナログデジタル変換（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）回路１５３、及びバッファー１５５を含む。
【0038】
相関二重サンプリング回路１５１は複数の比較器を含み、各々の比較器は複数のカラムラインＣＬｓを通じてピクセルアレイ１１０から受信されるピクセル信号をランプ信号生成器１４０からの基準信号ＲＡＭＰと比較する。具体的に、相関二重サンプリング回路１５１は、受信されるピクセル信号を基準信号ＲＡＭＰと比較して比較結果をアナログデジタル変換回路１５３に出力する。
【0039】
複数のピクセルＰＸから出力される複数のピクセル信号は、ピクセル毎に有する固有の特性（例えば、固定パターンノイズ（Ｆｉｘｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｎｏｉｓｅ：ＦＰＮ）など）による偏差及び／又はピクセルＰＸからピクセル信号を出力するためのピクセル回路（例えば、ピクセル内で光電変換素子に貯蔵された電荷を出力するためのトランジスタ）の特性差に起因する偏差を有する。複数のカラムラインＣＬｓを通じて出力される複数のピクセル信号間の偏差を補償するために、ピクセル信号に対してリセット成分（例えば、リセット電圧）及びセンシング成分（例えば、センシング電圧）を求め、その差（例えば、リセット電圧及びセンシング電圧間の差）を有効な信号成分として抽出することを相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）という。相関二重サンプリング回路１５１は、受信したピクセル信号に対して相関二重サンプリング技法が適用された比較結果を出力する。
【0040】
アナログデジタル変換回路１５３は、相関二重サンプリング回路１５１の比較結果をデジタルデータに変換することによって、複数のピクセルに対応するピクセル値を行単位で生成して出力する。アナログデジタル変換回路１５３は、複数のカウンターを含む。カウンターは、カウンティングクロック信号に基づいてカウント値が順次に増加するアップカウンター及び演算回路、又はアップ／ダウンカウンター、又はビットワイズインバージョンカウンター（ｂｉｔ－ｗｉｓｅ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｃｏｕｎｔｅｒ）で実現される。複数のカウンターは、複数の比較器の各々の出力に連結される。複数のカウンターの各々は、対応する比較器から出力される比較結果をカウンティングして、カウンティング結果によるデジタルデータ（例えば、ピクセル値）を出力する。
【0041】
バッファー１５５は、アナログデジタル変換回路１５３から出力されるピクセル値をそれぞれ保存する。バッファー１５５は、行毎のデジタルデータを保存する。一実施形態で、バッファー１５５は、カウンターから出力される複数のデジタルデータを臨時保存した後、増幅して出力する。即ち、バッファー１５５は出力バッファーである。バッファー１５５は、コントローラ１３０の列制御信号ＣＴＲ＿Ｙに基づいて増幅されたイメージデータ（ＩＤＡＴ）を外部に出力する。
【0042】
バッファー１５５は、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ラッチ（ｌａｔｃｈ）、フリップフロップ（ｆｌｉｐｆｌｏｐ）、又はこれらの組み合わせで実現されるが、これに限定されるものではない。一実施形態において、バッファー１５５はメモリとしてアナログデジタル変換回路１５３の内部に含まれる。
【0043】
一実施形態で、イメージセンサ１００は自動焦点検出（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ：ＡＦ）機能を支援する。イメージセンサ１００は、位相差ＡＦ技術を使用して自動焦点検出を行う。位相差ＡＦは、イメージセンサ１００に結ばれた像の位相のディスパリティ（ｄｉｓｐａｒｉｔｙ）を感知して、客体ＯＢＪＥＣＴに対する焦点を合わせる方式である。具体的に、ＣＤＳ回路１５１は、ピクセルアレイ１１０から位相信号を受信して位相差演算を行う。例えば、ＣＤＳ回路１５１は、位相検出ピクセルＰＰＸから伝達を受けた位相信号に対して相関二重サンプリング演算を行って焦点の位置、焦点の方向、又は客体ＯＢＪＥＣＴとイメージセンサ１００との間の距離などを求める。その後、コントローラ１３０は、相関二重サンプリング演算結果に基づいて、レンズＬＳの位置を移動させる制御信号を出力する。
【0044】
【0045】
図２に示すように、ピクセルアレイ１１０は、Ｘ軸に沿ってイメージセンサ１００の基板上に反復的に配置された複数の第１ピクセルグループＰＧ１及び複数の第２ピクセルグループＰＧ２を含む。
【0046】
一番目の列には複数の第１ピクセルグループＰＧ１が配置され、二番目の列には複数の第２ピクセルグループＰＧ２が配置され、三番目の列には複数の第１ピクセルグループＰＧ１が配置される。即ち、列方向には同一のピクセルグループＰＧ１又はＰＧ２が配置され、行方向には異なるピクセルグループが交互に配置される。第１ピクセルグループＰＧ１と第２ピクセルグループＰＧ２とは、列方向に沿って反復的に配列されてもよい。
【0047】
図２で、一番目の列は全て第１ピクセルグループＰＧ１が配置されるものとして示しているが、これに限定されるものではなく、第２ピクセルグループＰＧ２が配置されてもよい。
【0048】
図３は、一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第１例を示す平面図であり、第１ピクセルグループＰＧ１及び第２ピクセルグループＰＧ２内のピクセル位置を示す図である。
【0049】
一つのピクセルグループ（ＰＧ１又はＰＧ２）は、複数のピクセルユニットを含む。複数のピクセルユニットは、Ａ×Ｂ形態（ここで、Ａ、Ｂは全て任意の自然数）に配置される。以下で、一つのピクセルグループは４つのピクセルユニットを含み、一つのピクセルグループ内で４つのピクセルユニットは２×２形態に配置されるものとして説明する。例えば、第１ピクセルグループＰＧ１は２×２個のピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１２、ＰＵ２１、ＰＵ２２）を含む。また、第２ピクセルグループＰＧ２は２×２個のピクセルユニット（ＰＵ１３、ＰＵ１４、ＰＵ２３、ＰＵ２４）を含む。
【0050】
一つのピクセルユニット上には同一のカラーフィルタが形成される。即ち、一つのピクセルユニットは、一つのカラーに関する情報を出力するためのピクセルを含む。例えば、ピクセルユニットＰＵ１１上には第１カラーフィルタＣＦ１、ピクセルユニットＰＵ１２上には第２カラーフィルタＣＦ２、ピクセルユニットＰＵ２１上には第３カラーフィルタＣＦ３、ピクセルユニットＰＵ２２上には第４カラーフィルタＣＦ４が形成される。第１カラーフィルタＣＦ１はグリーン（Ｇｒ）光を透過させ、第２カラーフィルタＣＦ２はレッド（Ｒ）光を透過させ、第３カラーフィルタＣＦ３はブルー（Ｂｌｕｅ）光を透過させ、第４カラーフィルタＣＦ４はグリーン（Ｇｂ）光を透過させる。第１カラーフィルタＣＦ１が形成されているピクセルユニットを第１グリーンピクセルユニットと称し、第２カラーフィルタＣＦ２が形成されているピクセルユニットをレッドピクセルユニットと称し、第３カラーフィルタＣＦ３が形成されているピクセルユニットをブルーピクセルユニットと称し、第４カラーフィルタＣＦ４が形成されているピクセルユニットを第２グリーンピクセルユニットと称する。
【0051】
複数のピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１２、ＰＵ２１、ＰＵ２２又はＰＵ１３、ＰＵ１４、ＰＵ２３、ＰＵ２４）は、一つのピクセルグループ（ＰＧ１又はＰＧ２）内でベイヤー（ｂａｙｅｒ）パターンに配列される。本発明では、説明の便宜のためにベイヤーパターンの一実現として、第１グリーンピクセルユニットの右側にレッドピクセルユニットが配置され、第１グリーンピクセルユニットの下側にブルーピクセルユニットが配置され、第１グリーンピクセルユニットの対角線側に第２グリーンピクセルユニットがそれぞれ配置されたものとして例示したが、本発明の技術的な思想はこれに制限されず、レッド、グリーン、ブルーピクセルユニットの位置がそれぞれ変わるか、又は２つのグリーンピクセルユニットのうちのいずれか一つの代わりにホワイトピクセルユニットが位置するか、或いはイエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）ピクセルユニット、シアン（Ｃｙａｎ）ピクセルユニットなどの他の色構成で組み合わせることができることが理解されるはずである。
【0052】
一つのピクセルユニットは、Ｘ軸及びＹ軸に沿って位置する３×３個のサブピクセルを含む。例えば、ピクセルユニットＰＵ１１は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って位置する３×３形態のサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９）を含む。各サブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９）は、光電変換素子を含む。
【0053】
本実施形態では、説明の便宜のために３×３形態に配列された９個のサブピクセルを例示したが、これに制限されず、ピクセルユニットは多様な個数の組み合わせ（例えば、ｍ×ｎ形態、ここでｍ及びｎは全て任意の自然数）で配列されたサブピクセルを含むことができる。
【0054】
一つのピクセルグループは、複数の位相検出ピクセルＰＰＸを含む。複数の位相検出ピクセルＰＰＸは、一つのピクセルユニット内に配置される。複数の位相検出ピクセルＰＰＸは、左右に隣接するか又は上下に隣接して配置される。図３では、左右に隣接して配列される位相検出ピクセルＰＰＸを示しているが、本発明はこれに限定されず、上下に隣接して配列された複数の位相検出ピクセル又は対角線に隣接して配列された複数の位相検出ピクセルなどの多様な幾何学的構造の複数の位相検出ピクセルを含むことができる。
【0055】
例えば、一つのピクセルユニットＰＵ１１は左右に隣接して配列された複数の位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１１６）を含み、一つのピクセルユニットＰＵ１３は左右に隣接して配列された複数の位相検出ピクセル（ＰＸ１３５、ＰＸ１３６）を含む。ピクセルアレイ１１０に位置する複数のサブピクセルの個数に対する位相検出ピクセルＰＰＸの個数の比率は１／９である。
【0056】
隣接する二つのピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）にそれぞれ含まれる位相検出ピクセルは、対（ｐａｉｒ）をなして客体ＯＢＪＥＣＴとの距離を算出することに使用される。一実施形態で、任意の一つのピクセルグループＰＧ１内の第１ピクセルユニットＰＵ１１内で左右に配置された２つの位相検出ピクセルのうちの左側に配置された位相検出ピクセルＰＸ１１５とピクセルグループＰＧ１に隣接して位置するピクセルグループＰＧ２内の第１ピクセルユニットＰＵ１３内で左右に配置された２つの位相検出ピクセルのうちの右側に配置された位相検出ピクセルＰＸ１３６とが一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１を構成する。また、同様に、サブピクセルＰＸ２２５とサブピクセルＰＸ２４６は、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ２を構成する。
【0057】
イメージセンサ１００は、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１、ＰＨＤ２）のピクセル信号差に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴとの距離を算出し、算出された距離に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴの焦点を検出する。例えば、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１、ＰＨＤ２）の中の第１位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ２２５）は客体ＯＢＪＥＣＴに対する左側方面イメージを、第２位相検出ピクセル（ＰＸ１３６、ＰＸ２４６）は客体ＯＢＪＥＣＴに対する右側方面イメージをセンシングする。一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１、ＰＨＤ２）の第１及び第２位相検出ピクセルのそれぞれは、異なるピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）に配置される。イメージセンサ１００は、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１、ＰＨＤ２）の位相信号間のディスパリティを算出することによって客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相検出を行う。
【0058】
一対の位相検出ピクセルに関連して図４と共に参照する。
【0059】
【0060】
複数のピクセルＰＸの各々は、マイクロレンズ、フォトダイオード、及びカラーフィルタを含む。カラーフィルタの上部にはマイクロレンズを備える。一実施形態において、マイクロレンズの垂直断面形状は円の曲率を有する弧であるか又は楕円の一部である。
【0061】
具体的に、サブピクセルＰＸ１１４は、フォトダイオードＰＤ１１４上に配置された一つのカラーフィルタＣＦ１及び一つのマイクロレンズＭＬ１１を含む。マイクロレンズＭＬ１１の中心に入射した光はカラーフィルタＣＦ１を通過することによって特定波長帯域の光（例えば、グリーンカラーに相応する５００～６００ｎｍ）のみを透過し、透過した特定波長帯域の光はフォトダイオードＰＤ１１４に結像（ｉｍａｇｅｒｙ）される。このように、一つのマイクロレンズＭＬ１１に入射した光が一つのフォトダイオードＰＤ１１４に結像される場合、シングルフォトダイオード（Ｓｉｎｇｌｅ－ＰＤ）と称する。サブピクセルＰＸ１１４と同様に、サブピクセルＰＸ１３４にも一つのマイクロレンズＭＬ１３に入射した光が一つのフォトダイオードＰＤ１３４に結像される。また、図４に示していないが、位相検出ピクセルＰＰＸでないサブピクセル（ＰＸ１２４、ＰＸ１２５、ＰＸ１２６）もシングルフォトダイオードである。
【0062】
サブピクセルＰＸ１１５のフォトダイオードＰＤ１１５及びサブピクセルＰＸ１１６のフォトダイオードＰＤ１１６上にはカラーフィルタＣＦ１が配置され、フォトダイオード（ＰＤ１１５、ＰＤ１１６）上には一つのマイクロレンズＭＬ１１’が配置される。即ち、一つのマイクロレンズＭＬ１１’下に二つのカラーフィルタＣＦ１及び二つのフォトダイオード（ＰＤ１１５、ＰＤ１１６）をそれぞれ備える。マイクロレンズＭＬ１１’の中心に入射した光は屈折し、入射した光の一部である第１光束ＬＦｘはカラーフィルタＣＦ１を通過してフォトダイオードＰＤ１１５に結像され、入射した光の残りの一部である第２光束ＬＦｙはカラーフィルタＣＦ１を通過してフォトダイオードＰＤ１１６に結像される。このように、一つのマイクロレンズＭＬ１１’に入射した光が二つのフォトダイオード（ＰＤ１１５、ＰＤ１１６）に結像される場合、デュアルフォトダイオード（Ｄｕａｌ－ＰＤ）と称する。他の位相検出ピクセルＰＰＸであるサブピクセル（ＰＸ１３５、ＰＸ１３６）もデュアルフォトダイオードである。
【0063】
サブピクセルＰＸ１１５は第１位相検出ピクセルであり、サブピクセルＰＸ１３６は第２位相検出ピクセルである。即ち、サブピクセルＰＸ１１５は客体に対する左側方面のイメージをセンシングし、サブピクセルＰＸ１３６は客体に対する右側方面のイメージをセンシングする。イメージセンサ１００は一対の位相検出ピクセルのフォトダイオード（ＰＤ１１５、ＰＤ１３６）の電荷に基づいて位相差によるディスパリティを算出することによって客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相検出を行うため、同一の客体ＯＢＪＥＣＴに対してそれぞれ異なる位相を有するイメージを獲得することができる。
【0064】
図５は、一実施形態によるピクセルユニットの一例を示す回路図である。
【0065】
【0066】
ピクセルユニットＰＵ１１及びピクセルユニットＰＵ１３は、位相検出ピクセルを含む第１グリーンピクセルユニットである。一方、同一のカラーフィルタを有するピクセルユニットは全てのピクセルグループ内で同様の構造を有する。
【0067】
それぞれのピクセルユニットのサブピクセルは、同一のフローティング拡散領域を共有する。例えば、ピクセルユニットＰＵ１１はサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９）を含み、ピクセルユニットＰＵ１１のサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９）は同一のフローティング拡散領域ＦＤ１を共有する。
【0068】
ピクセルユニットＰＵ１１は、光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９）、リセットトランジスタＲ１、駆動トランジスタＳＦ１、及び選択トランジスタＳＥ１を含む。
【0069】
サブピクセルＰＸ１１１は、光電変換素子ＰＤ１１１及び伝送トランジスタＴ１１１を含む。サブピクセルＰＸ１１２は光電変換素子ＰＤ１１２及び伝送トランジスタＴ１１２を含み、サブピクセルＰＸ１１３は光電変換素子ＰＤ１１３及び伝送トランジスタＴ１１３を含み、サブピクセルＰＸ１１４は光電変換素子ＰＤ１１４及び伝送トランジスタＴ１１４を含み、サブピクセルＰＸ１１５は光電変換素子ＰＤ１１５及び伝送トランジスタＴ１１５を含む。また、サブピクセルＰＸ１１６は光電変換素子ＰＤ１１６及び伝送トランジスタＴ１１６を含み、サブピクセルＰＸ１１７は光電変換素子ＰＤ１１７及び伝送トランジスタＴ１１７を含み、サブピクセルＰＸ１１８は光電変換素子ＰＤ１１８及び伝送トランジスタＴ１１８を含み、サブピクセルＰＸ１１９は光電変換素子ＰＤ１１９及び伝送トランジスタＴ１１９を含む。サブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９）は、リセットトランジスタＲ１、駆動トランジスタＳＦ１、及び選択トランジスタＳＥ１を共有する。
【0070】
リセットトランジスタＲ１は、リセット信号ＲＧ１によってターンオンされて第１フローティング拡散領域ＦＤ１にリセット電圧（例えば、電源電圧ＶＤＤ）を提供する。第１フローティング拡散領域ＦＤ１は、光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９）のうちの少なくとも一つによって変換された電荷を蓄積する。例示的に、第１フローティング拡散領域ＦＤ１の静電容量を第１キャパシタンスＣＦＤ１として図示した。第１フローティング拡散領域ＦＤ１は、ソースフォロア（Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）増幅器として動作する駆動トランジスタＳＦ１のゲート端に連結される。その結果、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ポテンシャルが形成される。
【0071】
駆動トランジスタＳＦ１は、第１フローティング拡散領域ＦＤ１の電荷の変化を増幅し、これに対応する電圧（即ち、ピクセル信号ＶＯＵＴ１）を生成する。選択トランジスタＳＥ１は、選択信号ＳＥＬ１によって駆動されて行単位で読み出されるピクセルユニットを選択する。選択トランジスタＳＥ１がターンオンされることによって、ピクセル信号ＶＯＵＴ１がカラムラインＣＬ１を通じてリードアウト回路１５０に出力される。
【0072】
伝送トランジスタ（Ｔ１１１～Ｔ１１９）は、光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９）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に伝送する。伝送トランジスタ（Ｔ１１１～Ｔ１１９）の一端は光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９）にそれぞれ連結され、他端は第１フローティング拡散領域ＦＤ１に共通に連結される。例えば、ロードライバー１２０から受信された伝送信号ＴＧ１によって伝送トランジスタＴ１１１がターンオンされる区間の間、光電変換素子ＰＤ１１１から提供された電荷が第１フローティング拡散領域ＦＤ１に蓄積される。伝送トランジスタ（Ｔ１１２～Ｔ１１９）も同様の方式で動作することによって、光電変換素子（ＰＤ１１２～ＰＤ１１９）から提供された電荷も同様に第１フローティング拡散領域ＦＤ１に蓄積される。
【0073】
一方、ピクセルユニットＰＵ１３はサブピクセル（ＰＸ１３１～ＰＸ１３９）を含み、ピクセルユニットＰＵ１３のサブピクセル（ＰＸ１３１～ＰＸ１３９）は同一のフローティング拡散領域ＦＤ３を共有する。ピクセルユニットＰＵ１３は、光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）、リセットトランジスタＲ３、駆動トランジスタＳＦ３、及び選択トランジスタＳＥ３を含む。
【0074】
サブピクセルＰＸ１３１は、光電変換素子ＰＤ１３１及び伝送トランジスタＴ１３１を含む。サブピクセルＰＸ１３２は光電変換素子ＰＤ１３２及び伝送トランジスタＴ１３２を含み、サブピクセルＰＸ１３３は光電変換素子ＰＤ１３３及び伝送トランジスタＴ１３３を含み、サブピクセルＰＸ１３４は光電変換素子ＰＤ１３４及び伝送トランジスタＴ１３４を含み、サブピクセルＰＸ１３５は光電変換素子ＰＤ１３５及び伝送トランジスタＴ１３５を含む。また、サブピクセルＰＸ１３６は光電変換素子ＰＤ１３６及び伝送トランジスタＴ１３６を含み、サブピクセルＰＸ１３７は光電変換素子ＰＤ１３７及び伝送トランジスタＴ１３７を含み、サブピクセルＰＸ１３８は光電変換素子ＰＤ１３８及び伝送トランジスタＴ１３８を含み、サブピクセルＰＸ１３９は光電変換素子ＰＤ１３９及び伝送トランジスタＴ１３９を含む。サブピクセル（ＰＸ１３１～ＰＸ１３９）は、リセットトランジスタＲ３、駆動トランジスタＳＦ３、及び選択トランジスタＳＥ３を共有する。
【0075】
リセットトランジスタＲ３は、リセット信号ＲＧ１によってターンオンされて第３フローティング拡散領域ＦＤ３にリセット電圧（例えば、電源電圧ＶＤＤ）を提供する。第３フローティング拡散領域ＦＤ３は、光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）のうちの少なくとも一つによって変換された電荷を蓄積する。例示的に、第３フローティング拡散領域ＦＤ３の静電容量を第３キャパシタンスＣＦＤ３として図示した。第３フローティング拡散領域ＦＤ３は、ソースフォロア増幅器として動作する駆動トランジスタＳＦ３のゲート端に連結される。その結果、第３フローティング拡散領域ＦＤ３に蓄積された電荷に対応する電圧ポテンシャルが形成される。
【0076】
駆動トランジスタＳＦ３は、第３フローティング拡散領域ＦＤ３の電荷の変化を増幅し、これに対応する電圧（即ち、ピクセル信号ＶＯＵＴ３）を生成する。選択トランジスタＳＥ３は、選択信号ＳＥＬ１によって駆動されて行単位で読み出されるピクセルユニットを選択する。選択トランジスタＳＥ３がターンオンされることによって、ピクセル信号ＶＯＵＴ３がカラムラインＣＬ３を通じてリードアウト回路１５０に出力される。
【0077】
伝送トランジスタ（Ｔ１３１～Ｔ１３９）は、光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）によって生成された電荷を第３フローティング拡散領域ＦＤ３に伝送する。伝送トランジスタ（Ｔ１３１～Ｔ１３９）の一端は光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）にそれぞれ連結され、他端は第３フローティング拡散領域ＦＤ３に共通に連結される。
【0078】
一実施形態で、位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１１６、ＰＸ１３５、ＰＸ１３６、ＰＸ２２５、ＰＸ２２６、ＰＸ２４５、ＰＸ２４６）を除いた他のサブピクセルは、ピクセルグループ内で対応する位置に配列されたピクセル同士が同一の伝送信号によって制御される。例えば、ピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）内でサブピクセル（ＰＸ１１１、ＰＸ１３１；ＰＸ１２３、ＰＸ１４３；ＰＸ２１３、ＰＸ２３３など）は同一の伝送信号、例えば第１伝送信号ＴＧ１によって制御される。
【0079】
一対の位相検出ピクセルＰＨＤは、同一の伝送信号によって制御される。具体的に、第１位相検出ピクセル（例えば、サブピクセルＰＸ１１５、ＰＸ２２５）及び第２位相検出ピクセル（例えば、サブピクセルＰＸ１３６、ＰＸ２４６）は一つの伝送信号、例えば第５伝送信号ＴＧ５によって制御される。
【0080】
コントローラ１３０がフルモードで動作する場合、ピクセルユニットを構成する各サブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９、ＰＸ１３１～ＰＸ１３９）から出力されるピクセル信号が個別的に使用される。即ち、コントローラ１３０は伝送トランジスタ（Ｔ１１１～Ｔ１１９、Ｔ１３１～Ｔ１３９）のそれぞれが互いに異なるタイミングにターンオンされるように伝送信号（ＴＧ１～ＴＧ９）をそれぞれ制御することによって、各光電変換素子によって変換された電荷に対応するピクセル信号（ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ３）がカラムライン（ＣＬ１、ＣＬ３）を通じてそれぞれ異なるタイミングに出力される。
【0081】
コントローラ１３０がビニングモードで動作する場合、ピクセルユニットを構成する各サブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９、ＰＸ１３１～ＰＸ１３９）によって変換された電荷が一つのピクセル信号（ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ３）を生成することに使用される。例えば、伝送トランジスタ（Ｔ１１１～Ｔ１１９）が同時に又は異時にターンオンされてサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９）によって変換された電荷が第１フローティング拡散領域ＦＤ１に蓄積され、伝送トランジスタ（Ｔ１３１～Ｔ１３９）が同時に又は異時にターンオンされてサブピクセル（ＰＸ１３１～ＰＸ１３９）によって変換された電荷が第３フローティング拡散領域ＦＤ３に蓄積される。その後、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ピクセル信号ＶＯＵＴ１及び第３フローティング拡散領域ＦＤ３に蓄積された電荷に対応するピクセル信号ＶＯＵＴ３がカラムラインＣＬ３を通じてリードアウト回路１５０に出力される。
【0082】
図６は、一実施形態によるピクセルアレイに提供される伝送制御信号を説明するための一例を示すタイミング図である。
【0083】
具体的に、図６は、コントローラ１３０がビニングモードで動作する場合にイメージセンサの動作タイミングを示すタイミング図である。
【0084】
図６は、ピクセルユニット単位で複数のピクセルを駆動させるためのスキャン区間を示している。一つのスキャン区間は、リセット区間（Ｒｅｓｅｔ）、露出区間（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）、及びリードアウト区間（Ｒｅａｄｏｕｔ）を順次に含む。
【0085】
リセット区間（Ｒｅｓｅｔ）でリセット信号ＲＧ１がハイレベルＨに遷移されることによって、リセットトランジスタ（Ｒ１、Ｒ３）がターンオンされる。これにより、第１フローティング拡散領域ＦＤ１及び第３フローティング拡散領域ＦＤ３に蓄積された電荷が電源電圧端ＶＤＤに移動し、第１フローティング拡散領域ＦＤ１及び第３フローティング拡散領域ＦＤ３の電圧は電源電圧ＶＤＤにリセットされる。
【0086】
その後、露出区間（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）の間、それぞれの光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９、ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）に電荷が蓄積される。
【0087】
最後に、リードアウト区間（Ｒｅａｄｏｕｔ）は、それぞれの光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９、ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）に蓄積された電荷がリードアウト回路１５０に出力される区間である。
【0088】
リードアウト区間（Ｒｅａｄｏｕｔ）の間、選択信号ＳＥＬ１がハイレベルＨに遷移されて一つの行に配置されたピクセルユニットが選択される。具体的に、選択信号ＳＥＬ１によって選択トランジスタ（ＳＥ１、ＳＥ３）がターンオンされる。
【0089】
ｔ１でリセット信号ＲＧ１がハイレベルＨに遷移されてリセットトランジスタ（Ｒ１、Ｒ３）がｔ１～ｔ２区間内でターンオンされる。そうすると、第１フローティング拡散領域ＦＤ１及び第３フローティング拡散領域ＦＤ３が電源電圧ＶＤＤに連結される。
【0090】
その後、ｔ３～ｔ４区間内で選択されたピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）から出力されるピクセル信号（ＶＯＵＴ１、ＶＯＵＴ３）はリセットピクセル信号ＲＳＴを含む。
【0091】
図７を共に参照する。図７は、リードアウト区間でフローティング拡散領域に蓄積される電荷を図式的に示す図である。具体的に、図７の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は第１フローティング拡散領域ＦＤ１内に蓄積される電荷を図式的に示す図であり、図７の（ｄ）、（ｅ）、及び（ｆ）は第３フローティング拡散領域ＦＤ３内に蓄積される電荷を図式的に示す図である。
【0092】
図７の（ａ）はｔ３～ｔ４区間のサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９）内の電荷及び第１フローティング拡散領域ＦＤ１を示し、図７の（ｄ）はｔ３～ｔ４区間のサブピクセル（ＰＸ１３１～ＰＸ１３９）内の電荷及び第３フローティング拡散領域ＦＤ３を示す図である。
【0093】
図７の（ａ）及び（ｄ）に示すように、第１フローティング拡散領域ＦＤ１及び第３フローティング拡散領域ＦＤ３は電源電圧ＶＤＤに連結されてリセットされるため、いかなる電荷も蓄積されない。
【0094】
再び図６を参照すると、基準信号ＲＡＭＰは、ランプ信号生成器１４０によって生成されてリードアウト期間（Ｒｅａｄｏｕｔ）の間にリードアウト回路１５０内のＣＤＳ回路１５１に提供される信号である。基準信号ＲＡＭＰの波形は、リードアウト期間（Ｒｅａｄｏｕｔ）の間に発生するピクセル信号の種類によって決定される。例えば、ピクセルアレイ１１０からリセットピクセル信号ＲＳＴが出力されると、ランプ信号生成器１４０はリセット基準信号ｓ１を出力する。又は、ピクセルアレイ１１０からイメージ信号（ＳＩＧ１、ＳＩＧ２）が出力されると、ランプ信号生成器１４０は第１及び第２セット基準信号（ｓ２、ｓ３）を出力する。
【0095】
ｔ３～ｔ４区間で、ランプ信号生成器１４０はリセット基準信号ｓ１を出力する。ＣＤＳ回路１５１は、ピクセルアレイ１１０からピクセル信号ＶＯＵＴ１及びピクセル信号ＶＯＵＴ３、ランプ信号生成器１４０からリセット基準信号ｓ１の伝達を受けてそれぞれを比較する。
【0096】
ｔ５～ｔ６区間で第５伝送信号ＴＧ５がハイレベルＨに遷移される。第５伝送信号ＴＧ５がハイレベルＨである区間の間、伝送トランジスタＴ１１５及び伝送トランジスタＴ１３６がターンオンされて、それぞれの光電変換素子ＰＤ１１５及び光電変換素子ＰＤ１３６から提供された電荷がそれぞれ第１フローティング拡散領域ＦＤ１及び第３フローティング拡散領域ＦＤ３に蓄積される。第１フローティング拡散領域ＦＤ１に蓄積されている電荷は駆動トランジスタＳＦ１を通じてピクセル信号ＶＯＵＴ１に出力され、第３フローティング拡散領域ＦＤ３に蓄積されている電荷は駆動トランジスタＳＦ３を通じてピクセル信号ＶＯＵＴ３に出力される。即ち、ピクセルアレイ１１０から一対の位相検出ピクセルＰＨＤの位相信号が出力される。
【0097】
図７の（ｂ）はｔ５～ｔ６区間のサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９）内の電荷及び第１フローティング拡散領域ＦＤ１を示し、図７の（ｅ）は、ｔ５～ｔ６区間のサブピクセル（ＰＸ１３１～ＰＸ１３９）内の電荷及び第３フローティング拡散領域ＦＤ３を示す図である。
【0098】
第１フローティング拡散領域ＦＤ１には、第１位相検出ピクセル、即ちサブピクセルＰＸ１１５の光電変換素子ＰＤ１１５からの電荷が蓄積され、第３フローティング拡散領域ＦＤ３には、第２位相検出ピクセル、即ちサブピクセルＰＸ１３６の光電変換素子ＰＤ１３６からの電荷が蓄積される。
【0099】
ｔ５～ｔ６区間で、ランプ信号生成器１４０は第１セット基準信号ｓ２を出力する。ＣＤＳ回路１５１は、ピクセルアレイ１１０からピクセル信号ＶＯＵＴ１及びピクセル信号ＶＯＵＴ３、ランプ信号生成器１４０から第１セット基準信号ｓ２の伝達を受けてそれぞれを比較する。具体的に、ＣＤＳ回路１５１はピクセル信号ＶＯＵＴ１に含まれる光電変換素子ＰＤ１１５の電荷及びピクセル信号ＶＯＵＴ３に含まれる光電変換素子ＰＤ１３６の電荷に基づいて位相差演算を行って客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相情報を導出する。具体的に、光電変換素子ＰＤ１１５の電荷は客体ＯＢＪＥＣＴの左側方面イメージに対応し、光電変換素子ＰＤ１３６の電荷は客体ＯＢＪＥＣＴの右側方面イメージに対応する。例えば、ＣＤＳ回路１５１は、位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１３６）からの位相信号に対して相関二重サンプリング演算を行って客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相情報を導出する。この時、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１から導出された位相情報は、客体ＯＢＪＥＣＴに対する左右ディスパリティを含む。コントローラ１３０は、ＣＤＳ回路１５１が導出した位相情報を使用して客体ＯＢＪＥＣＴに対して左右方向に焦点を調整する。
【0100】
再び図６を参照すると、ｔ７～ｔ８区間で、残りの伝送信号（ＴＧ１～ＴＧ４、ＴＧ６～ＴＧ９）が全てハイレベルＨに遷移される。この区間の間、ピクセルユニットＰＵ１１内の残りの伝送トランジスタ（Ｔ１１１～Ｔ１１４、Ｔ１１６～Ｔ１１９）、ピクセルユニットＰＵ１３内の残りの伝送トランジスタ（Ｔ１３１～Ｔ１３５、Ｔ１３７～Ｔ１３９）が全てターンオンされる。これにより、第１フローティング拡散領域ＦＤ１にそれぞれの光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１４、ＰＤ１１６～ＰＤ１１９）から提供された電荷が更に蓄積され、第３フローティング拡散領域ＦＤ３にそれぞれの光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３５、ＰＤ１３７～ＰＤ１３９）から提供された電荷が更に蓄積される。これにより、第１フローティング拡散領域ＦＤ１にはピクセルユニットＰＵ１１内に位置する全ての光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９）から提供された電荷が、第３フローティング拡散領域ＦＤ３にはピクセルユニットＰＵ１３内に位置する全ての光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）から提供された電荷が蓄積される。
【0101】
図７の（ｃ）はｔ７～ｔ８区間のサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９）内の電荷及びフローティング拡散領域ＦＤ１を示し、図７の（ｆ）は、ｔ７～ｔ８区間のサブピクセル（ＰＸ１３１～ＰＸ１３９）内の電荷及びフローティング拡散領域ＦＤ３を示す図である。
【0102】
第１フローティング拡散領域ＦＤ１にはサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１９）の光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９）からの電荷が蓄積され、第３フローティング拡散領域ＦＤ３にはサブピクセル（ＰＸ１３１～ＰＸ１３９）の光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）からの電荷が蓄積される。
【0103】
ｔ７～ｔ８区間で、ランプ信号生成器１４０は第２セット基準信号ｓ３を出力する。ＣＤＳ回路１５１は、ピクセルアレイ１１０からピクセル信号ＶＯＵＴ１及びピクセル信号ＶＯＵＴ３、ランプ信号生成器１４０から第２セット基準信号ｓ３の伝達を受けてそれぞれを比較する。具体的に、ＣＤＳ回路１５１は、ピクセル信号ＶＯＵＴ１に含まれる光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９）の電荷及びピクセル信号ＶＯＵＴ３に含まれる光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）の電荷に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴに対するイメージ情報を導出する。
【0104】
整理すると、一対の位相検出ピクセル内に含まれる第１位相検出ピクセル及び第２位相検出ピクセルが別個のピクセルグループ及び別個のピクセルユニット内に配置され、一対の位相検出ピクセルは同一の一つの伝送制御信号によって制御されるように配置される。また、イメージセンサ１００は、一対の位相検出ピクセルの電荷を先に読み出した後、残りのサブピクセルの電荷を読み出すことによって、正確な位相情報を生成することができる。この時、一つのピクセルユニット内のサブピクセルは、一つのフローティングディフュージョンを共有する。
【0105】
一方、隣接して配置された２つの位相検出ピクセルＰＰＸ上に一つのマイクロレンズが位置しているため、それぞれの位相検出ピクセルＰＰＸには光が屈折して入力される。２つの位相検出ピクセルが左右に隣接して位置する場合、第１位相検出ピクセルは客体ＯＢＪＥＣＴに対する左側方面イメージをセンシングして第１位相信号を生成し、第２位相検出ピクセルは客体ＯＢＪＥＣＴに対する右側方面イメージをセンシングして第２位相信号を生成する。
【0106】
例えば、２つの位相検出ピクセルＰＰＸに２０の光量が入射すると仮定する。入射した光は一つのマイクロレンズを通過しながら２つの光束（ＬＦｘ、Ｌｆｙ）に分離されて２つの位相検出ピクセルＰＰＸのフォトダイオードに結像される。例えば、第１位相検出ピクセルを通過した第１位相信号の大きさは５の光量に対応し、第２位相検出ピクセルを通過した第２位相信号の大きさは１５の光量に対応する。マイクロレンズによって２つの位相検出ピクセルＰＰＸに同一に光束が分離されないため、それぞれの位相検出ピクセルＰＰＸには正確な光量に対応するピクセル信号を出力することができない。従って、イメージセンサがビニングモードで動作する時、イメージセンシングピクセルＩＰＸによって変換された電荷及び位相検出ピクセルＰＰＸによって変換された電荷の合計で生成されたピクセル信号は、イメージセンシングピクセルＩＰＸによって変換された電荷の合計で生成されたピクセル信号とは差がある。しかし、第１位相信号の大きさ及び第２位相信号の大きさの総合計は２０の光量に対応するため、２つの位相検出ピクセルＰＰＸを共に使用する場合には正確な光量に対応するピクセル信号を出力することができる。
【0107】
一方、従来のイメージセンサは異なるフローティングディフュージョン（即ち、異なるピクセルユニット）上に隣接して位置する２つの位相検出ピクセルＰＰＸからの位相信号に基づいて位相情報を生成している。即ち、一つのピクセルユニット上には一つの位相検出ピクセルＰＰＸが存在している。上述のように、一つの位相検出ピクセルＰＰＸによって変換された電荷によって生成されたピクセル信号はイメージセンシングピクセルＩＰＸによって変換された電荷によって生成されたピクセル信号とは異なることがある。これにより、一つのピクセルユニットから一つのピクセル信号を生成するために、位相検出ピクセルＰＰＸから変換された電荷はイメージセンシングピクセルＩＰＸによって変換された電荷と共に使用することができず、実際の感度に寄与することができなかった。従って、従来のイメージセンサは位相検出ピクセル一つを除いた残りのサブピクセルを使用して客体ＯＢＪＥＣＴに対応するイメージ信号を生成していた。
【0108】
しかし、本実施形態のイメージセンサ１００によると、一つのフローティングディフュージョン（即ち、一つのピクセルユニット）上に２つの位相検出ピクセルＰＰＸが配置されている。即ち、一つのピクセルユニット上には２つの位相検出ピクセルＰＰＸの両方が存在する。従来のイメージセンサとは異なり、本実施形態のイメージセンサ１００はビニングモード時に２つの位相検出ピクセルＰＰＸによって変換された電荷の合計を使用する。即ち、イメージセンサ１００は、リードアウト動作時、位相検出ピクセルＰＰＸから位相信号を先に読み出した後、残りのイメージセンシングピクセルＩＰＸからイメージ信号を読み出すことによって、イメージをセンシングすることにピクセルアレイ１１０内の全てのピクセルを使用する。これにより、イメージセンサ１００は、従来のイメージセンサよりも増加した感度を有しながらイメージ信号を生成することができる。
【0109】
ピクセルアレイ１１０に位相検出ピクセルＰＰＸをどのように配置するのかが問題になる。ピクセルアレイ１１０に過度に多くの位相検出ピクセルＰＰＸを配置するとイメージセンシングピクセルＩＰＸの個数が減少して解像度の劣化が誘発され、過度に少ない位相検出ピクセルＰＰＸを配置すると、正確な位相差検出が不可能になる。位相検出ピクセルＰＰＸが配置される多様な場合に関して、図８～図９、図１１～１６を参照して説明する。
【0110】
図８は、一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第２例を示す平面図である。
【0111】
グリーンピクセルユニットＰＵ１１内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１１４、ＰＸ１１５）、グリーンピクセルユニットＰＵ１３内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１３４、ＰＸ１３５）、グリーンピクセルユニットＰＵ２２内のサブピクセル（ＰＸ２２４、ＰＸ２２５）、グリーンピクセルユニットＰＵ２４内のサブピクセル（ＰＸ２４４、ＰＸ２４５）は位相検出ピクセルＰＰＸである。ピクセルアレイ１１０に位置する複数のサブピクセルの個数に対する位相検出ピクセルＰＰＸの個数の比率は１／９の値を有する。
【0112】
具体的に、サブピクセルＰＸ１１４とサブピクセルＰＸ１３５とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ３を構成する。また、サブピクセルＰＸ２２４とサブピクセルＰＸ２４５とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ４を構成する。この場合、フォトダイオード（ＰＤ１１４、ＰＤ１１５）上に一つのマイクロレンズが配置され、フォトダイオード（ＰＤ１３４、ＰＤ１３５）上に一つのマイクロレンズが配置される。勿論、サブピクセルＰＸ２２４及びサブピクセルＰＸ２２５のフォトダイオード上にも一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ２４４及びサブピクセルＰＸ２４５のフォトダイオード上にも一つのマイクロレンズが配置される。
【0113】
一方、サブピクセルＰＸ１１４は第１位相検出ピクセルであり、サブピクセルＰＸ１３５は第２位相検出ピクセルである。また、サブピクセルＰＸ２２４は第１位相検出ピクセルであり、サブピクセルＰＸ２４５は第２位相検出ピクセルである。イメージセンサ１００は第１位相検出ピクセルと第２位相検出ピクセルとのそれぞれのフォトダイオード間の位相差によるディスパリティを算出することによって客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相検出を行うため、同一の客体ＯＢＪＥＣＴに対してそれぞれ異なる位相を有するイメージを獲得することができる。
【0114】
上述のように、ピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）内で同一の位置に配列されたサブピクセルは同一の伝送信号によって制御される。位相検出ピクセル（ＰＸ１１４、ＰＸ１１５、ＰＸ１３４、ＰＸ１３５、ＰＸ２２４、ＰＸ２２５、ＰＸ２４４、ＰＸ２４５）を除いた他のサブピクセルはピクセルグループ内で対応する位置に配列されたサブピクセル同士が同一の伝送信号によって制御される。また、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ３、ＰＨＤ４）は同一の伝送信号によって制御される。
【0115】
これに関して図５を共に参照して説明する。先ず、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ３、即ちサブピクセルＰＸ１１４及びサブピクセルＰＸ１３５を制御する伝送信号がハイレベルＨに遷移される。これにより、伝送トランジスタ（Ｔ１１４、Ｔ１３５）がターンオンされて、それぞれの光電変換素子（ＰＤ１１４、ＰＤ１３５）から提供された電荷がそれぞれのフローティング拡散領域に蓄積される。ピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）は第１フローティング拡散領域ＦＤ１及び第３フローティング拡散領域ＦＤ３に蓄積された電荷に基づいて位相信号を出力する。ＣＤＳ回路１５１はピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）のそれぞれからの位相信号に対して相関二重サンプリング演算を行って客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相情報を導出する。
【0116】
その後、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ３を制御する伝送信号を除いた残りの伝送信号が全てハイレベルＨに遷移される。この区間の間、ピクセルユニットＰＵ１１内の残りの伝送トランジスタ（Ｔ１１１～Ｔ１１３、Ｔ１１５～Ｔ１１９）、ピクセルユニットＰＵ１３内の残りの伝送トランジスタ（Ｔ１３１～Ｔ１３４、Ｔ１３６～Ｔ１３９）が全てターンオンされる。これにより、第１フローティング拡散領域ＦＤ１にそれぞれの光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１３、ＰＤ１１５～ＰＤ１１９）から提供された電荷が更に蓄積され、第３フローティング拡散領域ＦＤ３にそれぞれの光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３４、ＰＤ１３６～ＰＤ１３９）から提供された電荷が更に蓄積される。第１フローティング拡散領域ＦＤ１にはピクセルユニットＰＵ１１内に位置する全ての光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９）から提供された電荷が蓄積され、第３フローティング拡散領域ＦＤ３にはピクセルユニットＰＵ１３内に位置する全ての光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）から提供された電荷が蓄積される。ピクセルユニットＰＵ１１は第１フローティング拡散領域ＦＤ１に蓄積された電荷に基づいてピクセル信号ＶＯＵＴ１を出力し、ピクセルユニットＰＵ１３は第３フローティング拡散領域ＦＤ３に基づいてピクセル信号ＶＯＵＴ３を出力する。
【0117】
ＣＤＳ回路１５１は、ピクセル信号ＶＯＵＴ１に含まれる光電変換素子（ＰＤ１１１～ＰＤ１１９）の電荷及びピクセル信号ＶＯＵＴ３に含まれる光電変換素子（ＰＤ１３１～ＰＤ１３９）の電荷に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴに対するイメージ情報を導出する。
【0118】
一対の位相検出ピクセルＰＨＤ４の場合にも一対の位相検出ピクセルＰＨＤ３と同様の方式で動作する。具体的に、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ４、即ちサブピクセルＰＸ２２４及びサブピクセルＰＸ２４５を制御する伝送信号がハイレベルＨに遷移され、サブピクセルＰＸ２２４及びサブピクセルＰＸ２４５のそれぞれの光電変換素子から提供された電荷がそれぞれのピクセルユニット（ＰＵ２２、ＰＵ２４）に対応するフローティング拡散領域に蓄積される。ピクセルユニットＰＵ２２は対応するフローティング拡散領域に蓄積された電荷に基づいて位相信号を出力し、ピクセルユニットＰＵ２４は対応するフローティング拡散領域に基づいて位相信号を出力する。ＣＤＳ回路１５１は、ピクセルユニット（ＰＵ２２、ＰＵ２４）のそれぞれからの位相信号に対して相関二重サンプリング演算を行って客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相情報を導出する。
【0119】
その後、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ４を制御する伝送信号を除いた残りの伝送信号が全てハイレベルＨに遷移されて、ピクセルユニットＰＵ２２内の残りのサブピクセル（ＰＸ２２１～ＰＸ２２３、ＰＸ２２５～ＰＸ２２９）内の光電変換素子に蓄積された電荷及びピクセルユニットＰＵ２４内の残りのサブピクセル（ＰＸ２４１～ＰＸ２４４、ＰＸ２４６～ＰＸ２４９）内の光電変換素子に蓄積された電荷がそれぞれのピクセルユニット（ＰＵ２２、ＰＵ２４）に対応するフローティング拡散領域に蓄積される。その後、それぞれのピクセルユニット（ＰＵ２２、ＰＵ２４）は対応するフローティング拡散領域に蓄積された電荷に基づいてピクセル信号を出力し、ＣＤＳ回路１５１はピクセルユニット（ＰＵ２２、ＰＵ２４）のそれぞれからのピクセル信号に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴに対するイメージ情報を導出する。
【0120】
図９は、一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第３例を示す平面図である。
【0121】
レッドピクセルユニットＰＵ１２内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１２５、ＰＸ１２６）、レッドピクセルユニットＰＵ１４内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１４５、ＰＸ１４６）は位相検出ピクセルＰＰＸである。ピクセルアレイ１１０に配置される複数のサブピクセルの個数に対する位相検出ピクセルＰＰＸの個数の比率は１／１８の値を有する。
【0122】
具体的に、サブピクセルＰＸ１２５とサブピクセルＰＸ１４６とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ５を構成する。この場合、サブピクセルＰＸ１２５及びサブピクセルＰＸ１２６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ１４５及びサブピクセルＰＸ１４６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置される。
【0123】
サブピクセルＰＸ１２５は第１位相検出ピクセルであり、サブピクセルＰＸ１４６は第２位相検出ピクセルである。イメージセンサ１００は一対の位相検出ピクセルＰＨＤ５のフォトダイオード間の位相差によるディスパリティを算出することによって客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相検出を行うため、同一の客体ＯＢＪＥＣＴに対してそれぞれ異なる位相を有するイメージを獲得することができる。
【0124】
ピクセルユニットＰＵ１２及びピクセルユニットＰＵ１４の構造に関して図１０を共に参照して記述する。
【0125】
図１０は、一実施形態によるピクセルユニットの他の例を示す回路図である。
【0126】
【0127】
ピクセルユニットＰＵ１２及びピクセルユニットＰＵ１４は、位相検出ピクセルを含むレッドピクセルユニットである。一方、同一のカラーフィルタを有するピクセルユニットは全てのピクセルグループ内で同様の構造を有する。
【0128】
それぞれのピクセルユニットのサブピクセルは同一のフローティング拡散領域を共有する。例えば、ピクセルユニットＰＵ１２はサブピクセル（ＰＸ１２１～ＰＸ１２９）を含み、ピクセルユニットＰＵ１２のサブピクセル（ＰＸ１２１～ＰＸ１２９）は同一のフローティング拡散領域ＦＤ２を共有する。
【0129】
ピクセルユニットＰＵ１２は、光電変換素子（ＰＤ１２１～ＰＤ１２９）、リセットトランジスタＲ２、駆動トランジスタＳＦ２、及び選択トランジスタＳＥ２を含む。
【0130】
サブピクセルＰＸ１２１は、光電変換素子ＰＤ１２１及び伝送トランジスタＴ１２１を含む。サブピクセルＰＸ１２２は光電変換素子ＰＤ１２２及び伝送トランジスタＴ１２２を含み、サブピクセルＰＸ１２３は光電変換素子ＰＤ１２３及び伝送トランジスタＴ１２３を含み、サブピクセルＰＸ１２４は光電変換素子ＰＤ１２４及び伝送トランジスタＴ１２４を含み、サブピクセルＰＸ１２５は光電変換素子ＰＤ１２５及び伝送トランジスタＴ１２５を含む。また、サブピクセルＰＸ１２６は光電変換素子ＰＤ１２６及び伝送トランジスタＴ１２６を含み、サブピクセルＰＸ１２７は光電変換素子ＰＤ１２７及び伝送トランジスタＴ１２７を含み、サブピクセルＰＸ１２８は光電変換素子ＰＤ１２８及び伝送トランジスタＴ１２８を含み、サブピクセルＰＸ１２９は光電変換素子ＰＤ１２９及び伝送トランジスタＴ１２９を含む。サブピクセル（ＰＸ１２１～ＰＸ１２９）はリセットトランジスタＲ２、駆動トランジスタＳＦ２、及び選択トランジスタＳＥ２を共有する。
【0131】
リセットトランジスタＲ２は、リセット信号ＲＧ１によってターンオンされて第２フローティング拡散領域ＦＤ２にリセット電圧（例えば、電源電圧ＶＤＤ）を提供する。第２フローティング拡散領域ＦＤ２は、光電変換素子（ＰＤ１２１～ＰＤ１２９）のうちの少なくとも一つによって変換された電荷を蓄積する。例示的に、第２フローティング拡散領域ＦＤ２の静電容量を第２キャパシタンスＣＦＤ２として図示した。第２フローティング拡散領域ＦＤ２は、ソースフォロア（Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）増幅器として動作する駆動トランジスタＳＦ２のゲート端に連結される。その結果、第２フローティング拡散領域ＦＤ２に蓄積された電荷に対応する電圧ポテンシャルが形成される。
【0132】
駆動トランジスタＳＦ２は、第２フローティング拡散領域ＦＤ２の電荷の変化を増幅し、これに対応する電圧（即ち、ピクセル信号ＶＯＵＴ２）を生成する。選択トランジスタＳＥ２は、選択信号ＳＥＬ２によって駆動されて行単位で読み出されるピクセルユニットを選択する。選択トランジスタＳＥ２がターンオンされることによって、ピクセル信号ＶＯＵＴ２がカラムラインＣＬ２を通じてリードアウト回路１５０に出力される。
【0133】
伝送トランジスタ（Ｔ１２１～Ｔ１２９）は、光電変換素子（ＰＤ１２１～ＰＤ１２９）によって生成された電荷を第２フローティング拡散領域ＦＤ２に伝送する。伝送トランジスタ（Ｔ１２１～Ｔ１２９）の一端は光電変換素子（ＰＤ１２１～ＰＤ１２９）にそれぞれ連結され、他端は第２フローティング拡散領域ＦＤ２に共通に連結される。例えば、ロードライバー１２０から受信された伝送信号ＴＧ１によって伝送トランジスタＴ１２１がターンオンされる区間の間、光電変換素子ＰＤ１２１から提供された電荷が第２フローティング拡散領域ＦＤ２に蓄積される。伝送トランジスタ（Ｔ１２２～Ｔ１２９）も同様の方式で動作することによって、光電変換素子（ＰＤ１２２～ＰＤ１２９）から提供された電荷も同様に第２フローティング拡散領域ＦＤ２に蓄積される。
【0134】
一方、ピクセルユニットＰＵ１４はサブピクセル（ＰＸ１４１～ＰＸ１４９）を含み、ピクセルユニットＰＵ１４のサブピクセル（ＰＸ１４１～ＰＸ１４９）は同一のフローティング拡散領域ＦＤ３を共有する。ピクセルユニットＰＵ１４は、光電変換素子（ＰＤ１４１～ＰＤ１４９）、リセットトランジスタＲ４、駆動トランジスタＳＦ４、及び選択トランジスタＳＥ４を含む。
【0135】
サブピクセルＰＸ１４１は、光電変換素子ＰＤ１４１及び伝送トランジスタＴ１４１を含む。サブピクセルＰＸ１４２は光電変換素子ＰＤ１４２及び伝送トランジスタＴ１４２を含み、サブピクセルＰＸ１４３は光電変換素子ＰＤ１４３及び伝送トランジスタＴ１４３を含み、サブピクセルＰＸ１４４は光電変換素子ＰＤ１４４及び伝送トランジスタＴ１４４を含み、サブピクセルＰＸ１４５は光電変換素子ＰＤ１４５及び伝送トランジスタＴ１４５を含む。また、サブピクセルＰＸ１４６は光電変換素子ＰＤ１４６及び伝送トランジスタＴ１４６を含み、サブピクセルＰＸ１４７は光電変換素子ＰＤ１４７及び伝送トランジスタＴ１４７を含み、サブピクセルＰＸ１４８は光電変換素子ＰＤ１４８及び伝送トランジスタＴ１４８を含み、サブピクセルＰＸ１４９は光電変換素子ＰＤ１４９及び伝送トランジスタＴ１４９を含む。サブピクセル（ＰＸ１４１～ＰＸ１４９）は、リセットトランジスタＲ４、駆動トランジスタＳＦ４、及び選択トランジスタＳＥ４を共有する。
【0136】
リセットトランジスタＲ４は、リセット信号ＲＧ１によってターンオンされて第４フローティング拡散領域ＦＤ４にリセット電圧（例えば、電源電圧ＶＤＤ）を提供する。第４フローティング拡散領域ＦＤ４は、光電変換素子（ＰＤ１４１～ＰＤ１４９）のうちの少なくとも一つによって変換された電荷を蓄積する。例示的に、第４フローティング拡散領域ＦＤ４の静電容量を第４キャパシタンスＣＦＤ４として図示した。第４フローティング拡散領域ＦＤ４は、ソースフォロア増幅器として動作する駆動トランジスタＳＦ４のゲート端に連結される。その結果、第４フローティング拡散領域ＦＤ４に蓄積された電荷に対応する電圧ポテンシャルが形成される。
【0137】
駆動トランジスタＳＦ４は、第４フローティング拡散領域ＦＤ４の電荷の変化を増幅し、これに対応する電圧（即ち、ピクセル信号ＶＯＵＴ４）を生成する。選択トランジスタＳＥ４は、選択信号ＳＥＬ１によって駆動されて行単位で読み出されるピクセルユニットを選択する。選択トランジスタＳＥ４がターンオンされることによって、ピクセル信号ＶＯＵＴ４がカラムラインＣＬ４を通じてリードアウト回路１５０に出力される。
【0138】
伝送トランジスタ（Ｔ１４１～Ｔ１４９）は、光電変換素子（ＰＤ１４１～ＰＤ１４９）によって生成された電荷を第４フローティング拡散領域ＦＤ４に伝送する。伝送トランジスタ（Ｔ１４１～Ｔ１４９）の一端は光電変換素子（ＰＤ１４１～ＰＤ１４９）にそれぞれ連結され、他端は第４フローティング拡散領域ＦＤ４に共通に連結される。
【0139】
一実施形態で、位相検出ピクセル（ＰＸ１２５、ＰＸ１２６、ＰＸ１４５、ＰＸ１４６）を除いた他のサブピクセルは、ピクセルグループ内で対応する位置に配列されたピクセル同士が同一の伝送信号によって制御される。
【0140】
一対の位相検出ピクセルＰＨＤ５は、同一の伝送信号によって制御される。具体的に、第１位相検出ピクセル（例えば、サブピクセルＰＸ１２５）及び第２位相検出ピクセル（例えば、サブピクセルＰＸ１４６）は、一つの伝送信号、例えば第５伝送信号ＴＧ５によって制御される。
【0141】
先ず、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ５、即ちサブピクセルＰＸ１２５及びサブピクセルＰＸ１４６を制御する伝送信号がハイレベルＨに遷移される。これにより、伝送トランジスタＴ１２５及び伝送トランジスタＴ１４６がターンオンされて、それぞれの光電変換素子ＰＤ１２５及び光電変換素子ＰＤ１４６から提供された電荷がそれぞれのフローティング拡散領域に蓄積される。ＣＤＳ回路１５１は、第１位相検出ピクセル及び第２位相検出ピクセルからの位相信号に対して相関二重サンプリング演算を行って客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相情報を導出する。
【0142】
その後、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ５を制御する伝送信号を除いた残りの伝送信号が全てハイレベルＨに遷移される。この区間の間、ピクセルユニットＰＵ１２内の残りの伝送トランジスタ（Ｔ１２１～Ｔ１２４、Ｔ１２６～Ｔ１２９）、ピクセルユニットＰＵ１４内の残りの伝送トランジスタ（Ｔ１４１～Ｔ１４５、Ｔ１４７～Ｔ１４９）が全てターンオンされる。これにより、ピクセルユニットＰＵ１２に対応するフローティング拡散領域にそれぞれの光電変換素子（ＰＤ１２１～ＰＤ１２４、ＰＤ１２６～ＰＤ１２９）から提供された電荷が更に蓄積され、ピクセルユニットＰＵ１４に対応するフローティング拡散領域にそれぞれの光電変換素子（ＰＤ１４１～ＰＤ１４５、ＰＤ１４７～ＰＤ１４９）から提供された電荷が更に蓄積される。これにより、それぞれのフローティング拡散領域にはピクセルユニットＰＵ１２内に位置する全ての光電変換素子（ＰＤ１２１～ＰＤ１２９）から提供された電荷、及びピクセルユニットＰＵ１４内に位置する全ての光電変換素子（ＰＤ１４１～ＰＤ１４９）から提供された電荷が蓄積される。
【0143】
具体的に、ＣＤＳ回路１５１は、ピクセル信号ＶＯＵＴ２に含まれる光電変換素子（ＰＤ１２１～ＰＤ１２９）の電荷及びピクセル信号ＶＯＵＴ４に含まれる光電変換素子（ＰＤ１４１～ＰＤ１４９）の電荷に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴに対するイメージ情報を導出する。
【0144】
図１１は、一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第４例を示す平面図である。
【0145】
ブルーピクセルユニットＰＵ２１内に配置されたサブピクセル（ＰＸ２１５、ＰＸ２１６）、ブルーピクセルユニットＰＵ２３内に配置されたサブピクセル（ＰＸ２３５、ＰＸ２３６）は位相検出ピクセルＰＰＸである。ピクセルアレイ１１０に位置する複数のサブピクセルの個数に対する位相検出ピクセルＰＰＸの個数の比率は１／１８の値を有する。
【0146】
具体的に、サブピクセルＰＸ２１５とサブピクセルＰＸ２３６とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ６を構成する。この場合、サブピクセルＰＸ２１５及びサブピクセルＰＸ２１６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ２３５及びサブピクセルＰＸ２３６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置される。
【0147】
サブピクセルＰＸ２１５は第１位相検出ピクセルであり、サブピクセルＰＸ２３６は第２位相検出ピクセルである。イメージセンサ１００は一対の位相検出ピクセルＰＨＤ６のフォトダイオード間の位相差によるディスパリティを算出することによって客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相検出を行うため、同一の客体ＯＢＪＥＣＴに対してそれぞれ異なる位相を有するイメージを獲得することができる。
【0148】
ピクセルユニットＰＵ２１及びピクセルユニットＰＵ２３は、図５を参照して説明したピクセルユニットＰＵ１１及びピクセルユニットＰＵ１３の構造と同一である。
【0149】
上述のように、ピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）内で同一の位置に配列されたサブピクセルは同一の伝送信号によって制御される。位相検出ピクセル（ＰＸ２１５、ＰＸ２１６、ＰＸ２３５、ＰＸ２３６）を除いた他のサブピクセル（ＰＸ２１１～ＰＸ２１４、ＰＸ２１７～ＰＸ２１９、ＰＸ２３１～ＰＸ２３４、ＰＸ２３７～ＰＸ２３９）は、ピクセルグループ内で対応する位置に配列されたサブピクセル同士が同一の伝送信号によって制御される。また、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ６は同一の伝送信号によって制御される。
【0150】
先ず、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ６を制御する伝送信号がハイレベルＨに遷移される。これにより、第１位相検出ピクセルのサブピクセルＰＸ２１５及び第２位相検出ピクセルのサブピクセルＰＸ２３６のそれぞれの光電変換素子から提供された電荷がそれぞれのピクセルユニット（ＰＵ２１、ＰＵ２３）に対応するフローティング拡散領域に蓄積される。ピクセルユニットＰＵ２１は対応するフローティング拡散領域に蓄積された電荷に基づいて位相信号を出力し、ピクセルユニットＰＵ２３は対応するフローティング拡散領域に基づいて位相信号を出力する。ＣＤＳ回路１５１は、ピクセルユニット（ＰＵ２１、ＰＵ２３）のそれぞれからの位相信号に対して相関二重サンプリング演算を行って客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相情報を導出する。
【0151】
その後、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ６を制御する伝送信号を除いた残りの伝送信号が全てハイレベルＨに遷移される。この区間の間、ピクセルユニットＰＵ２１内の残りのサブピクセル（ＰＸ２１１～ＰＸ２１４、ＰＸ２１６～ＰＸ２１９）内の光電変換素子に蓄積された電荷及びピクセルユニットＰＵ２３内の残りのサブピクセル（ＰＸ２３１～ＰＸ２３５、ＰＸ２３７～ＰＸ２３９）内の光電変換素子に蓄積された電荷がそれぞれのピクセルユニット（ＰＵ２１、ＰＵ２３）に対応するフローティング拡散領域に蓄積される。その後、それぞれのピクセルユニット（ＰＵ２１、ＰＵ２３）は対応するフローティング拡散領域に蓄積された電荷に基づいてピクセル信号を出力し、ＣＤＳ回路１５１はピクセルユニット（ＰＵ２１、ＰＵ２３）のそれぞれからのピクセル信号に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴに対するイメージ情報を導出する。
【0152】
図１２は、一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第５例を示す平面図である。
【0153】
グリーンピクセルユニットＰＵ１１内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１１６）、レッドピクセルユニットＰＵ１２内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１２５、ＰＸ１２６）、グリーンピクセルユニットＰＵ１３内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１３４、ＰＸ１３５）、レッドピクセルユニットＰＵ１４内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１４５、ＰＸ１４６）、ブルーピクセルユニットＰＵ２１内に配置されたサブピクセル（ＰＸ２１５、ＰＸ２１６）、グリーンピクセルユニットＰＵ２２内のサブピクセル（ＰＸ２２５、ＰＸ２２６）、ブルーピクセルユニットＰＵ２３内に配置されたサブピクセル（ＰＸ２３５、ＰＸ２３６）、グリーンピクセルユニットＰＵ２４内のサブピクセル（ＰＸ２４５、ＰＸ２４６）は、位相検出ピクセルＰＰＸである。ピクセルアレイ１１０に配置される複数のサブピクセルの個数に対する位相検出ピクセルＰＰＸの個数の比率は２／９の値を有する。
【0154】
一実施形態で、任意の一つのピクセルグループ内の第１ピクセルユニット内で左右に配置された２つの位相検出ピクセルＰＰＸのうちの右側に配置された位相検出ピクセルＰＰＸとピクセルグループに隣接して位置するピクセルグループ内の第１ピクセルユニット内で左右に配置された２つの位相検出ピクセルＰＰＸのうちの左側に配置された位相検出ピクセルＰＰＸとが一対の位相検出ピクセルＰＨＤを構成する。この時、第１ピクセルユニットは、グリーンピクセルユニット、レッドピクセルユニット、又はブルーピクセルユニットである。
【0155】
具体的に、サブピクセルＰＸ１１６とサブピクセルＰＸ１３５とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ７を構成する。また、サブピクセルＰＸ１２６とサブピクセルＰＸ１４５とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ８を構成する。サブピクセルＰＸ２１６とサブピクセルＰＸ２３５とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ９を構成する。サブピクセルＰＸ２２６とサブピクセルＰＸ２４５とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１０を構成する。
【0156】
サブピクセルＰＸ１１５及びサブピクセルＰＸ１１６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが位置し、サブピクセルＰＸ１２５及びサブピクセルＰＸ１２６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが位置し、サブピクセルＰＸ１３５及びサブピクセルＰＸ１３６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが位置し、サブピクセルＰＸ２１５及びサブピクセルＰＸ２１６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが位置し、サブピクセルＰＸ２２５及びサブピクセルＰＸ２２６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが位置し、サブピクセルＰＸ２３５及びサブピクセルＰＸ２３６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが位置し、サブピクセルＰＸ２４５及びサブピクセルＰＸ２４６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが位置する。
【0157】
サブピクセルＰＸ１３５、サブピクセルＰＸ１４５、サブピクセルＰＸ２３５、及びサブピクセルＰＸ２４５は第１位相検出ピクセルである。また、サブピクセルＰＸ１１６、サブピクセルＰＸ１２６、サブピクセルＰＸ２１６、及びサブピクセルＰＸ２２６は第２位相検出ピクセルである。
【0158】
イメージセンサ１００は、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ７、ＰＨＤ８、ＰＨＤ９、ＰＨＤ１０）のフォトダイオード間の位相差によるディスパリティを算出することによって客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相検出を行うため、同一の客体ＯＢＪＥＣＴに対してそれぞれ異なる位相を有するイメージを獲得することができる。
【0159】
【0160】
上述のように、ピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）内で同一の位置に配列されたサブピクセルは同一の伝送信号によって制御される。位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１１６、ＰＸ１２５、ＰＸ１２６、ＰＸ１３４、ＰＸ１３５、ＰＸ１４５、ＰＸ１４６、ＰＸ２１５、ＰＸ２１６、ＰＸ２２５、ＰＸ２２６、ＰＸ２３５、ＰＸ２３６）を除いた他のサブピクセルは、ピクセルグループ内で対応する位置に配列されたサブピクセル同士が同一の伝送信号によって制御される。また、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ７、ＰＨＤ８、ＰＨＤ９、ＰＨＤ１０）は、同一の伝送信号によって制御される。
【0161】
先ず、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ７、ＰＨＤ８、ＰＨＤ９、ＰＨＤ１０）を制御する伝送信号がハイレベルＨに遷移される。具体的に、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ７のサブピクセルＰＸ１１６及びサブピクセルＰＸ１３５のそれぞれの光電変換素子から提供された電荷がそれぞれのピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）に対応するフローティング拡散領域に蓄積される。ピクセルユニットＰＵ１１は対応するフローティング拡散領域に蓄積された電荷に基づいて位相信号を出力し、ピクセルユニットＰＵ１３は対応するフローティング拡散領域に基づいて位相信号を出力する。ＣＤＳ回路１５１はピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）のそれぞれからの位相信号に対して相関二重サンプリング演算を行って客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相情報を導出する。同様に、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ８、ＰＨＤ９、ＰＨＤ１０）も同様に動作してそれぞれのピクセルユニットから位相信号が出力され、ＣＤＳ回路１５１はそれぞれのピクセルユニットから受信した位相信号から位相情報を導出する。
【0162】
その後、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ７、ＰＨＤ８、ＰＨＤ９、ＰＨＤ１０）を制御する伝送信号を除いた残りの伝送信号が全てハイレベルＨに遷移される。具体的に、ピクセルユニットＰＵ１１内の残りのサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１５、ＰＸ１１７～ＰＸ１１９）内の光電変換素子に蓄積された電荷及びピクセルユニットＰＵ１３内の残りのサブピクセル（ＰＸ１３１～ＰＸ１３４、ＰＸ１３６～ＰＸ１３９）内の光電変換素子に蓄積された電荷がそれぞれのピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）に対応するフローティング拡散領域に蓄積される。その後、それぞれのピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）は対応するフローティング拡散領域に蓄積された電荷に基づいてピクセル信号を出力し、ＣＤＳ回路１５１はピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）のそれぞれからのピクセル信号に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴに対するイメージ情報を導出する。同様に、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ８、ＰＨＤ９、ＰＨＤ１０）も同様に動作してそれぞれのピクセルユニットからピクセル信号が出力され、ＣＤＳ回路１５１はそれぞれのピクセルユニットから受信したピクセル信号からイメージ情報を導出する。
【0163】
図１３は、一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第６例を示す平面図である。
【0164】
一つのピクセルグループは２×２個のピクセルユニットを含む。具体的に、第１ピクセルグループＰＧ１は２×２個のピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１２、ＰＵ２１、ＰＵ２２）を含む。また、第２ピクセルグループＰＧ２は２×２個のピクセルユニット（ＰＵ１３、ＰＵ１４、ＰＵ２３、ＰＵ２４）を含む。第１’ピクセルグループＰＧ１’は２×２個のピクセルユニット（ＰＵ３１、ＰＵ３２、ＰＵ４１、ＰＵ４２）を含む。第２’ピクセルグループＰＧ２’は２×２個のピクセルユニット（ＰＵ３３、ＰＵ３４、ＰＵ４３、ＰＵ４４）を含む。
【0165】
一方、図１３に示すように、第１ピクセルグループＰＧ１の下側には第２’ピクセルグループＰＧ２’が配置され、第２ピクセルグループＰＧ２の下側には第１’ピクセルグループＰＧ１’が配置される。第１ピクセルグループＰＧ１と第１’ピクセルグループＰＧ１’とは同一のピクセル位置を有し、第２ピクセルグループＰＧ２と第２’ピクセルグループＰＧ２’とも同一のピクセル位置を有する。
【0166】
グリーンピクセルユニットＰＵ１１内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１１６）、グリーンピクセルユニットＰＵ１３内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１３５、ＰＸ１３６）、グリーンピクセルユニットＰＵ２２内のサブピクセル（ＰＸ２２５、ＰＸ２２６）、グリーンピクセルユニットＰＵ２４内のサブピクセル（ＰＸ２４５、ＰＸ２４６）は位相検出ピクセルＰＰＸである。また、グリーンピクセルユニットＰＵ３１内に配置されたサブピクセル（ＰＸ３１５、ＰＸ３１６）、グリーンピクセルユニットＰＵ３３内に配置されたサブピクセル（ＰＸ３３５、ＰＸ３３６）、グリーンピクセルユニットＰＵ４２内のサブピクセル（ＰＸ４２５、ＰＸ４２６）、グリーンピクセルユニットＰＵ４４内のサブピクセル（ＰＸ４４５、ＰＸ４４６）は位相検出ピクセルＰＰＸである。ピクセルアレイ１１０に位置する複数のサブピクセルの個数に対する位相検出ピクセルＰＰＸの個数の比率は１／９の値を有する。
【0167】
具体的に、サブピクセルＰＸ１１５とサブピクセルＰＸ１３６とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１１を構成する。サブピクセルＰＸ２２５とサブピクセルＰＸ２４６とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１２を構成する。サブピクセルＰＸ３１６とサブピクセルＰＸ３３５とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１３を構成する。サブピクセルＰＸ４２６とサブピクセルＰＸ４４５とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１４を構成する。
【0168】
サブピクセルＰＸ１１５及びサブピクセルＰＸ１１６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ１３５及びサブピクセルＰＸ１３６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ２２５及びサブピクセルＰＸ２２６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ２４５及びサブピクセルＰＸ２４６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置される。また、サブピクセルＰＸ３１５及びサブピクセルＰＸ３１６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ３３５及びサブピクセルＰＸ３３６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ４２５及びサブピクセルＰＸ４２６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ４４５及びサブピクセルＰＸ４４６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置される。
【0169】
サブピクセルＰＸ１１５、サブピクセルＰＸ２２５、サブピクセルＰＸ３３５、及びサブピクセルＰＸ４４５は第１位相検出ピクセルである。また、サブピクセルＰＸ１３６、サブピクセルＰＸ２４６、サブピクセルＰＸ３１６、及びサブピクセルＰＸ４２６は第２位相検出ピクセルである。
【0170】
イメージセンサ１００は一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１１、ＰＨＤ１２、ＰＨＤ１３、ＰＨＤ１４）のフォトダイオード間の位相差によるディスパリティを算出することによって客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相検出を行うため、同一の客体ＯＢＪＥＣＴに対してそれぞれ異なる位相を有するイメージを獲得することができる。
【0171】
一方、ピクセルアレイ１１０内に第１位相検出ピクセルと第２位相検出ピクセルとが行別に交互に位置することによって、第１位相検出ピクセルと第２位相検出ピクセルとが反復的に同一の位置に配列される場合よりも更に正確な位相検出を行うことができる。
【0172】
ピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）内で同一の位置に配列されたサブピクセルは同一の伝送信号によって制御される。位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１１６、ＰＸ１３５、ＰＸ１３６、ＰＸ２２５、ＰＸ２２６、ＰＸ２４５、ＰＸ２４６、ＰＸ３１５、ＰＸ３１６、ＰＸ３３５、ＰＸ３３６、ＰＸ４２５、ＰＸ４２６、ＰＸ４４５、ＰＸ４４６）を除いた他のサブピクセルは、ピクセルグループ内で対応する位置に配列されたサブピクセル同士が同一の伝送信号によって制御される。また、一対の位相検出ピクセルＰＨＤは同一の伝送信号によって制御される。
【0173】
先ず、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１１、ＰＨＤ１２、ＰＨＤ１３、ＰＨＤ１４）を制御する伝送信号がハイレベルＨに遷移され、それぞれの位相検出ピクセルＰＰＸ内の光電変換素子ＰＤに蓄積されている電荷がそれぞれのピクセルユニットに対応するフローティング拡散領域に蓄積される。その後、ＣＤＳ回路１５１は一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１１、ＰＨＤ１２、ＰＨＤ１３、ＰＨＤ１４）からの位相信号に対して相関二重サンプリング演算を行って客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相情報を導出する。
【0174】
その後、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１１、ＰＨＤ１２、ＰＨＤ１３、ＰＨＤ１４）を制御する伝送信号を除いた残りの伝送信号が全てハイレベルＨに遷移されて一つのピクセルユニット内に位置するサブピクセルの全ての光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷がそれぞれのピクセルユニットに対応するフローティング拡散領域に蓄積される。その後、ＣＤＳ回路１５１はそれぞれのピクセルユニットから出力されるピクセル信号ＶＯＵＴに含まれる光電変換素子ＰＤの電荷に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴに対するイメージ情報を導出する。
【0175】
図１４は、一実施形態によるピクセルアレイのピクセル位置の第７例を示す平面図である。
【0176】
一つのピクセルユニットＰＵ１１は上下に隣接して配列された複数の位相検出ピクセル（ＰＸ１１２、ＰＸ１１５）を含み、一つのピクセルユニットＰＵ１３は上下に隣接して配列された複数の位相検出ピクセル（ＰＸ１３２、ＰＸ１３５）、一つのピクセルユニットＰＵ２２は上下に隣接して配列された複数の位相検出ピクセル（ＰＸ２２２、ＰＸ２２５）、一つのピクセルユニットＰＵ２４は上下に隣接して配列された複数の位相検出ピクセル（ＰＸ２４２、ＰＸ２４５）を含む。ピクセルアレイ１１０に位置する複数のサブピクセルの個数に対する位相検出ピクセルＰＰＸの個数の比率は１／９の値を有する。
【0177】
この場合、サブピクセルＰＸ１１２及びサブピクセルＰＸ１１５のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ１３２及びサブピクセルＰＸ１３５のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ２２２及びサブピクセルＰＸ２２５のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ２４２及びサブピクセルＰＸ２４５のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置される。
【0178】
隣接する二つのピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）にそれぞれ含まれる位相検出ピクセルは対（ｐａｉｒ）をなして客体ＯＢＪＥＣＴとの距離を算出することに使用される。一実施形態で、任意の一つのピクセルグループＰＧ１内の第１ピクセルユニットＰＵ１１内で上下に配置された２つの位相検出ピクセルのうちの下側に配置された位相検出ピクセルＰＸ１１５とピクセルグループＰＧ１に隣接して位置するピクセルグループＰＧ２内の第１ピクセルユニットＰＵ１３内で上下に配置された２つの位相検出ピクセルのうちの上側に配置された位相検出ピクセルＰＸ１３２とが一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１５を構成する。また、同様に、サブピクセルＰＸ２２５とサブピクセルＰＸ２４２とは一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１６を構成する。
【0179】
一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１５、ＰＨＤ１６）は第３位相検出ピクセル及び第４位相検出ピクセルを含む。一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１５の第３及び第４位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１３２）のそれぞれは異なるピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）に配置される。一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１６の第３及び第４位相検出ピクセル（ＰＸ２２５、ＰＸ２４２）のそれぞれは異なるピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）に配置される。
【0180】
イメージセンサ１００は、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１５、ＰＨＤ１６）のピクセル信号差に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴとの距離を算出し、算出された距離に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴの焦点を検出する。例えば、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１５、ＰＨＤ１６）の中の第３位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ２２５）は客体ＯＢＪＥＣＴに対する下側方面イメージをセンシングし、第４位相検出ピクセル（ＰＸ１３２、ＰＸ２４２）は客体ＯＢＪＥＣＴに対する上側方面イメージをセンシングする。イメージセンサ１００は一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１５、ＰＨＤ１６）の位相信号間のディスパリティを算出することによって客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相検出を行う。
【0181】
上述のように、ピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）内で同一の位置に配列されたサブピクセルは同一の伝送信号によって制御される。位相検出ピクセル（ＰＸ１１２、ＰＸ１１５、ＰＸ１３２、ＰＸ１３５、ＰＸ２２２、ＰＸ２２５、ＰＸ２４２、ＰＸ２４５）を除いた他のサブピクセルは、ピクセルグループ内で対応する位置に配列されたサブピクセル同士が同一の伝送信号によって制御される。一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１５、ＰＨＤ１６）は同一の伝送信号によって制御される。
【0182】
先ず、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１５、即ちサブピクセルＰＸ１１５及びサブピクセルＰＸ１３２とサブピクセルＰＸ２２５及びサブピクセルＰＸ２４２とを制御する伝送信号がハイレベルＨに遷移される。具体的に、第３位相検出ピクセルであるサブピクセルＰＸ１１５及び第４位相検出ピクセルであるサブピクセルＰＸ１３２のそれぞれの光電変換素子から提供された電荷がそれぞれのピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）に対応するフローティング拡散領域に蓄積される。ピクセルユニットＰＵ１１は対応するフローティング拡散領域に蓄積された電荷に基づいて位相信号を出力し、ピクセルユニットＰＵ１３は対応するフローティング拡散領域に基づいて位相信号を出力する。ＣＤＳ回路１５１はピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）のそれぞれからの位相信号に対して相関二重サンプリング演算を行って客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相情報を導出する。同様に、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１６も同様に動作してそれぞれのピクセルユニットから位相信号が出力され、ＣＤＳ回路１５１はそれぞれのピクセルユニットから受信した位相信号から位相情報を導出する。この時、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１５、ＰＨＤ１６）から導出された位相情報は客体に対する上下ディスパリティを含む。コントローラ１３０は、ＣＤＳ回路１５１が導出した位相情報を使用して客体ＯＢＪＥＣＴに対して上下方向に焦点を調整する。
【0183】
その後、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１５を制御する伝送信号を除いた残りの伝送信号が全てハイレベルＨに遷移される。この区間の間、ピクセルユニットＰＵ１１内の残りのサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１４、ＰＸ１１６～ＰＸ１１９）内の光電変換素子に蓄積された電荷及びピクセルユニットＰＵ１３内の残りのサブピクセル（ＰＸ１３１、ＰＸ１３３～ＰＸ１３９）内の光電変換素子に蓄積された電荷がそれぞれのピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）に対応するフローティング拡散領域に蓄積される。その後、それぞれのピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）は対応するフローティング拡散領域に蓄積された電荷に基づいてピクセル信号を出力し、ＣＤＳ回路１５１はピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１３）のそれぞれからのピクセル信号に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴに対するイメージ情報を導出する。
【0184】
【0185】
図１５に示すように、ピクセルアレイ１１０は、Ｘ軸に沿ってイメージセンサ１００の基板上に反復的に配置された第１ピクセルグループＰＧ１、第３ピクセルグループＰＧ３、及び第２ピクセルグループＰＧ２を含む。図１５に示すように、第１ピクセルグループＰＧ１と第２ピクセルグループＰＧ２との間に第３ピクセルグループＰＧ３が配置され、第３ピクセルグループＰＧ３は位相検出ピクセルを含まないピクセルグループである。
【0186】
一番目の列には複数の第１ピクセルグループＰＧ１が配置され、二番目の列には複数の第３ピクセルグループＰＧ３が配置され、三番目の列には複数の第２ピクセルグループＰＧ２が配置される。即ち、列方向には同一のピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２、又はＰＧ３）が配置され、行方向には異なるピクセルグループが交互に配置される。
【0187】
図１５で、一番目の列は全て第１ピクセルグループＰＧ１が配置されているものとして示しているが、これに限定されるものではなく、第２ピクセルグループＰＧ２又は第３ピクセルグループＰＧ３が配置されてもよい。
【0188】
図１６は、第１ピクセルグループＰＧ１、第２ピクセルグループＰＧ２、及び第３ピクセルグループＰＧ３内のピクセル位置を示す図である。
【0189】
一つのピクセルグループは２×２個のピクセルユニットを含む。具体的に、第１ピクセルグループＰＧ１は２×２個のピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１２、ＰＵ２１、ＰＵ２２）を含む。また、第３ピクセルグループＰＧ３は２×２個のピクセルユニット（ＰＵ１３、ＰＵ１４、ＰＵ２３、ＰＵ２４）を含む。第２ピクセルグループＰＧ２は２×２個のピクセルユニット（ＰＵ１５、ＰＵ１６、ＰＵ２５、ＰＵ２６）を含む。
【0190】
一つのピクセルユニットは、それぞれ同一のフローティング拡散領域を共有するサブピクセルの集合として定義される。
【0191】
図１６に示すように、ピクセルユニットＰＵ１１内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１１６）、ピクセルユニットＰＵ２２内に配置されたサブピクセル（ＰＸ２２５、ＰＸ２２６）は位相検出ピクセルＰＰＸである。また、ピクセルユニットＰＵ１５内に配置されたサブピクセル（ＰＸ１５５、ＰＸ１５６）、ピクセルユニットＰＵ２６内に配置されたサブピクセル（ＰＸ２６５、ＰＸ２６６）は位相検出ピクセルＰＰＸである。第３ピクセルグループＰＧ３内には位相検出ピクセルが存在しない。この時、ピクセルアレイ１１０内に位置する複数のサブピクセルの個数に対する位相検出ピクセルＰＰＸの個数の比率は１／１８である。ピクセルアレイ１１０内でイメージセンシングピクセルＩＰＸが占める比率が相対的に大きいため、イメージセンサ１００は客体ＯＢＪＥＣＴに対して更に正確なイメージ情報を導出することができる。
【0192】
具体的に、サブピクセルＰＸ１１５とサブピクセルＰＸ１５６とは、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１７を構成する。サブピクセルＰＸ２２５とサブピクセルＰＸ２６６とは、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１８を構成する。
【0193】
サブピクセルＰＸ１１５及びサブピクセルＰＸ１１６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ１５５及びサブピクセルＰＸ１５６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ２２５及びサブピクセルＰＸ２２６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置され、サブピクセルＰＸ２６５及びサブピクセルＰＸ２６６のフォトダイオード上に一つのマイクロレンズが配置される。
【0194】
一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１７、ＰＨＤ１８）は、第１位相検出ピクセル及び第２位相検出ピクセルを含む。一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１７の第１及び第２位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１５６）のそれぞれは異なるピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）に配置され、ピクセルグループＰＧ１とピクセルグループＰＧ２との間には別個のピクセルグループＰＧ３が配置される。一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１８の第１及び第２位相検出ピクセル（ＰＸ２２５、ＰＸ２６６）のそれぞれは異なるピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２）に配置され、ピクセルグループＰＧ１とピクセルグループＰＧ２との間には別個のピクセルグループＰＧ３が配置される。
【0195】
イメージセンサ１００は一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１７、ＰＨＤ１８）のピクセル信号差に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴとの距離を算出し、算出された距離に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴの焦点を検出する。例えば、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１７、ＰＨＤ１８）の中の第１位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ２２５）は客体ＯＢＪＥＣＴに対する左側方面イメージを、第２位相検出ピクセル（ＰＸ１５６、ＰＸ２６６）は客体ＯＢＪＥＣＴに対する右側方面イメージをセンシングする。イメージセンサ１００は一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１７、ＰＨＤ１８）の位相信号間のディスパリティを算出することによって客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相検出を行うため、同一の客体ＯＢＪＥＣＴに対してそれぞれ異なる位相を有するイメージを獲得することができる。
【0196】
ピクセルグループ（ＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３）内で同一の位置に配列されたサブピクセルは同一の伝送信号によって制御される。位相検出ピクセル（ＰＸ１１５、ＰＸ１１６、ＰＸ１５５、ＰＸ１５６、ＰＸ２２５、ＰＸ２２６、ＰＸ２６５、ＰＸ２６６）を除いた他のサブピクセルは、ピクセルグループ内で対応する位置に配列されたサブピクセル同士が同一の伝送信号によって制御される。また、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１７、ＰＨＤ１８）は同一の伝送信号によって制御される。
【0197】
先ず、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１７、ＰＨＤ１８）を制御する伝送信号がハイレベルＨに遷移される。具体的に、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１７のサブピクセルＰＸ１１５及びサブピクセルＰＸ１５６のそれぞれの光電変換素子から提供された電荷がそれぞれのピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１５）に対応するフローティング拡散領域に蓄積される。ピクセルユニットＰＵ１１は対応するフローティング拡散領域に蓄積された電荷に基づいて位相信号を出力し、ピクセルユニットＰＵ１５は対応するフローティング拡散領域に基づいて位相信号を出力する。ＣＤＳ回路１５１はピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１５）のそれぞれからの位相信号に対して相関二重サンプリング演算を行って客体ＯＢＪＥＣＴに対する位相情報を導出する。同様に、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１８も同様に動作してそれぞれのピクセルユニットから位相信号が出力され、ＣＤＳ回路１５１はそれぞれのピクセルユニットから受信した位相信号から位相情報を導出する。その後、一対の位相検出ピクセル（ＰＨＤ１７、ＰＨＤ１８）を制御する伝送信号を除いた残りの伝送信号が全てハイレベルＨに遷移される。具体的に、ピクセルユニットＰＵ１１内の残りのサブピクセル（ＰＸ１１１～ＰＸ１１４、ＰＸ１１６～ＰＸ１１９）内の光電変換素子に蓄積された電荷及びピクセルユニットＰＵ１５内の残りのサブピクセル（ＰＸ１５１～ＰＸ１５５、ＰＸ１５７～ＰＸ１５９）内の光電変換素子に蓄積された電荷がそれぞれのピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１５）に対応するフローティング拡散領域に蓄積される。その後、それぞれのピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１５）は対応するフローティング拡散領域に蓄積された電荷に基づいてピクセル信号を出力し、ＣＤＳ回路１５１はピクセルユニット（ＰＵ１１、ＰＵ１５）のそれぞれからのピクセル信号に基づいて客体ＯＢＪＥＣＴに対するイメージ情報を導出する。同様に、一対の位相検出ピクセルＰＨＤ１８も同様に動作してそれぞれのピクセルユニットからピクセル信号が出力され、ＣＤＳ回路１５１はそれぞれのピクセルユニットから受信したピクセル信号からイメージ情報を導出する。
【0198】
図１７は、一実施形態によるコンピュータ装置の一例を示すブロック図である。
【0199】
図１７を参照すると、コンピューティング装置１７００は、カメラ１７１０、コントローラ１７２０、メモリ１７３０、及びディスプレイ１７４０を含む。
【0200】
カメラ１７１０は、イメージセンサ１７１１を含む。イメージセンサ１７１１は、図１～図１６を参照して説明したイメージセンサで実現される。カメラ１７１０は、イメージセンサ１７１１を用いてイメージ信号を生成し、イメージ信号に対してイメージ信号処理を行い、処理されたイメージ信号をコントローラ１７２０に出力する。
【0201】
コントローラ１７２０はプロセッサー１７２１を含む。プロセッサー１７２１は、コンピューティング装置１７００の各構成の全般的な動作を制御する。プロセッサー１７２１は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、ＡＰ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（ｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）などの多様なプロセシングユニットのうちの少なくとも一つで実現される。一実施形態で、コントローラ１７２０は集積回路又はシステムオンチップ（ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｃｈｉｐ、ＳｏＣ））で実現される。
【0202】
一実施形態で、図１７に示したように、コントローラ１７２０は、インターフェース１７２２、メモリコントローラ１７２３、ディスプレイコントローラ１７２４、及びバス１７２５を更に含む。一実施形態で、インターフェース１７２２、メモリコントローラ１７２３、ディスプレイコントローラ１７２４、及びバス１７２５のうちの少なくとも一部はコントローラ１７２０の外部に提供される。一実施形態で、コントローラ１７２０はイメージ信号処理装置を更に含む。
【0203】
インターフェース１７２２は、イメージセンサ１７１１から受信されたイメージ信号を、バス１７２５を通じてメモリコントローラ１７２３又はディスプレイコントローラ１７２４に伝送する。
【0204】
メモリ１７３０は各種データ及び命令を保存する。メモリコントローラ１７２３は、メモリ１７３０への、及びメモリ１７３０からのデータ又は命令の伝達を制御する。
【0205】
ディスプレイコントローラ１７２４はプロセッサー１７２１の制御によってディスプレイ１７４０で表示されるデータをディスプレイ１７４０に伝送し、ディスプレイ１７４０は受信したデータによって画面を表示する。一実施形態で、ディスプレイ１７４０はタッチスクリーンを更に含む。タッチスクリーンは、コンピューティング装置１７００の動作を制御する使用者入力をコントローラ１７２０に伝送する。使用者入力は、使用者がタッチスクリーンをタッチする時に生成される。
【0206】
バス１７２５は、コントローラ１７２０の構成要素間の通信機能を提供する。バス１７２５は、構成要素間の通信プロトコルによって少なくとも一つの類型のバスを含む。
【0207】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0208】
１００ イメージセンサ
１１０ ピクセルアレイ
１２０ ロードライバー
１３０ コントローラ
１４０ ランプ信号生成器
１５０ リードアウト回路
１５１ 相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路
１５３ アナログデジタル変換（ＡＤＣ）回路
１５５ バッファー
１７００コンピューティング装置
１７１０ カメラ
１７１１ イメージセンサ
１７２０ コントローラ
１７２１ プロセッサー
１７２２ インターフェース
１７２３ メモリコントローラ
１７２４ ディスプレイコントローラ
１７３０ メモリ
１７４０ ディスプレイ
ＣＦ１～ＣＦ４ 第１～第４カラーフィルタ
ＣＦＤ１～ＣＦＤ４ 第１～第４キャパシタンス
ＣＬ１～ＣＬ３ カラムライン
ＣＬｓ カラムライン
ＣＴＲ＿Ｒ ランプ制御信号
ＣＴＲ＿Ｘ 行制御信号
ＣＴＲ＿Ｙ 列制御信号
ＦＤ１、ＦＤ３ 第１、第３フローティング拡散領域
ＩＤＡＴ イメージデータ
ＩＰＩＸ イメージセンシングピクセル
ＬＦｘ、ＬＦｙ 第１、第２光束
ＬＳ レンズ
ＭＤ モード信号
ＭＬ１１、ＭＬ１１’、ＭＬ１３、ＭＬ１３’ マイクロレンズ
ＯＢＪＥＣＴ 客体
ＰＤ１１１～ＰＤ１１９、ＰＤ１３１～ＰＤ１３９、ＰＤ１２４～ＰＤ１３６ フォトダイオード（光電変換素子）
ＰＧ１、ＰＧ２ 第１、第２ピクセルグループ
ＰＧ１’、ＰＧ２’ 第１’、第２’ピクセルグループ
ＰＧ３ 第３ピクセルグループ
ＰＨＤ１～ＰＨＤ１８、ＰＰＸ 位相検出ピクセル
ＰＵ１１～ＰＵ１４、ＰＵ２１～ＰＵ２４ ピクセルユニット
ＰＸ ピクセル
ＰＸ１１１～ＰＸ１１９、ＰＸ１２１～ＰＸ１２９、ＰＸ１３１～ＰＸ１３９、ＰＸ１４１～ＰＸ１４９、ＰＸ１５１～ＰＸ１５９、ＰＸ１６１～ＰＸ１６９、ＰＸ２１１～ＰＸ２１９、ＰＸ２２１～ＰＸ２２９、ＰＸ２３１～ＰＸ２３９、ＰＸ２４１～ＰＸ２４９、ＰＸ２５１～ＰＸ２５９、ＰＸ２６１～ＰＸ２６９、ＰＸ３１１～ＰＸ３１９、ＰＸ３２１～ＰＸ３２９、ＰＸ３３１～ＰＸ３３９、ＰＸ３４１～ＰＸ３４９、ＰＸ４１１～ＰＸ４１９、ＰＸ４２１～ＰＸ４２９、ＰＸ４３１～ＰＸ４３９、ＰＸ４４１～ＰＸ４４９ サブピクセル
ＰＸ１１５、ＰＸ１１６、ＰＸ１２５、ＰＸ１２６、ＰＸ１３５、ＰＸ１３６、ＰＸ１４５、ＰＸ１４６、ＰＸ２２５、ＰＸ２２６、ＰＸ２４５、ＰＸ２４６ 位相検出ピクセル
Ｒ１～Ｒ４ リセットトランジスタ
ＲＡＭＰ 基準信号
ＲＧ１ リセット信号
ＲＬｓ ローライン
ｓ１ リセット基準信号
ｓ２、ｓ３ 第１、第２セット基準信号
ＳＥ１ 選択トランジスタ
ＳＥＬ１ 選択信号
ＳＦ１～ＳＦ４ 駆動トランジスタ
Ｔ１１１～Ｔ１１９、Ｔ１３１～Ｔ１３９、Ｔ１４１～Ｔ１４９ 伝送トランジスタ
ＴＧ１～ＴＧ９ 第１～第９伝送信号
ＶＤＤ 電源電圧
ＶＯＵＴ１～ＶＯＵＴ４ ピクセル信号
１１０ ピクセルアレイ
１２０ ロードライバー
１３０ コントローラ
１４０ ランプ信号生成器
１５０ リードアウト回路
１５１ 相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路
１５３ アナログデジタル変換（ＡＤＣ）回路
１５５ バッファー
１７００コンピューティング装置
１７１０ カメラ
１７１１ イメージセンサ
１７２０ コントローラ
１７２１ プロセッサー
１７２２ インターフェース
１７２３ メモリコントローラ
１７２４ ディスプレイコントローラ
１７３０ メモリ
１７４０ ディスプレイ
ＣＦ１～ＣＦ４ 第１～第４カラーフィルタ
ＣＦＤ１～ＣＦＤ４ 第１～第４キャパシタンス
ＣＬ１～ＣＬ３ カラムライン
ＣＬｓ カラムライン
ＣＴＲ＿Ｒ ランプ制御信号
ＣＴＲ＿Ｘ 行制御信号
ＣＴＲ＿Ｙ 列制御信号
ＦＤ１、ＦＤ３ 第１、第３フローティング拡散領域
ＩＤＡＴ イメージデータ
ＩＰＩＸ イメージセンシングピクセル
ＬＦｘ、ＬＦｙ 第１、第２光束
ＬＳ レンズ
ＭＤ モード信号
ＭＬ１１、ＭＬ１１’、ＭＬ１３、ＭＬ１３’ マイクロレンズ
ＯＢＪＥＣＴ 客体
ＰＤ１１１～ＰＤ１１９、ＰＤ１３１～ＰＤ１３９、ＰＤ１２４～ＰＤ１３６ フォトダイオード（光電変換素子）
ＰＧ１、ＰＧ２ 第１、第２ピクセルグループ
ＰＧ１’、ＰＧ２’ 第１’、第２’ピクセルグループ
ＰＧ３ 第３ピクセルグループ
ＰＨＤ１～ＰＨＤ１８、ＰＰＸ 位相検出ピクセル
ＰＵ１１～ＰＵ１４、ＰＵ２１～ＰＵ２４ ピクセルユニット
ＰＸ ピクセル
ＰＸ１１１～ＰＸ１１９、ＰＸ１２１～ＰＸ１２９、ＰＸ１３１～ＰＸ１３９、ＰＸ１４１～ＰＸ１４９、ＰＸ１５１～ＰＸ１５９、ＰＸ１６１～ＰＸ１６９、ＰＸ２１１～ＰＸ２１９、ＰＸ２２１～ＰＸ２２９、ＰＸ２３１～ＰＸ２３９、ＰＸ２４１～ＰＸ２４９、ＰＸ２５１～ＰＸ２５９、ＰＸ２６１～ＰＸ２６９、ＰＸ３１１～ＰＸ３１９、ＰＸ３２１～ＰＸ３２９、ＰＸ３３１～ＰＸ３３９、ＰＸ３４１～ＰＸ３４９、ＰＸ４１１～ＰＸ４１９、ＰＸ４２１～ＰＸ４２９、ＰＸ４３１～ＰＸ４３９、ＰＸ４４１～ＰＸ４４９ サブピクセル
ＰＸ１１５、ＰＸ１１６、ＰＸ１２５、ＰＸ１２６、ＰＸ１３５、ＰＸ１３６、ＰＸ１４５、ＰＸ１４６、ＰＸ２２５、ＰＸ２２６、ＰＸ２４５、ＰＸ２４６ 位相検出ピクセル
Ｒ１～Ｒ４ リセットトランジスタ
ＲＡＭＰ 基準信号
ＲＧ１ リセット信号
ＲＬｓ ローライン
ｓ１ リセット基準信号
ｓ２、ｓ３ 第１、第２セット基準信号
ＳＥ１ 選択トランジスタ
ＳＥＬ１ 選択信号
ＳＦ１～ＳＦ４ 駆動トランジスタ
Ｔ１１１～Ｔ１１９、Ｔ１３１～Ｔ１３９、Ｔ１４１～Ｔ１４９ 伝送トランジスタ
ＴＧ１～ＴＧ９ 第１～第９伝送信号
ＶＤＤ 電源電圧
ＶＯＵＴ１～ＶＯＵＴ４ ピクセル信号
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】