特開 2024-29758 ハイブリッドシャッター駆動方式のイメージセンサー及びこれを含むイメージ処理装置

(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】P2024029758

(43)【公開日】2024-03-06

(54)【発明の名称】ハイブリッドシャッター駆動方式のイメージセンサー及びこれを含むイメージ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/70 20230101AFI20240228BHJP

【ＦＩ】

H04N25/70

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023132348

(22)【出願日】2023-08-15

(31)【優先権主張番号】10-2022-0105059

(32)【優先日】2022-08-22

(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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】陳 暎究

【テーマコード（参考）】

5C024

【Ｆターム（参考）】

5C024GX03

5C024GX14

5C024GX16

5C024GX18

5C024GY31

5C024GY39

5C024HX17

5C024HX35

5C024HX55

5C024JX41

(57)【要約】

【課題】小型化又は低電力化要求を満足させながらも、動作モードに最適化された機能を提供することができるハイブリッドシャッター駆動方式のイメージセンサー及びこれを含むイメージ処理装置を提供する。
【解決手段】イメージセンサーは、各々の入射される光に反応して電荷を生成し、互いに隣接して位置するｎ個のフォトダイオードと、前記ｎ個のフォトダイオードに共有され、第１モード信号に応答して前記ｎ個のフォトダイオードの各々の電荷量を順次的に第１ピクセル信号に変換して出力する第１ピクセル信号出力回路と、前記ｎ個のフォトダイオードに共有される格納領域を含み、第２モード信号に応答して前記格納領域に共に格納される前記ｎ個のフォトダイオードの電荷量又は前記ｎ個のフォトダイオードの電荷量の和に対応する電圧を第２ピクセル信号に変換して出力する第２ピクセル信号出力回路と、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

各々、入射される光に反応して電荷を生成し、隣接して位置するｎ個（ｎは２以上の整数）のフォトダイオードと、
前記ｎ個のフォトダイオードに共有され、第１モード信号に応答して前記ｎ個のフォトダイオードの各々の電荷量を順次的に第１ピクセル信号に変換して出力する第１ピクセル信号出力回路と、
前記ｎ個のフォトダイオードに共有される格納領域を含み、第２モード信号に応答して前記格納領域に共に格納される前記ｎ個のフォトダイオードの電荷量又は前記ｎ個のフォトダイオードの電荷量の和に対応する電圧を第２ピクセル信号に変換して出力する第２ピクセル信号出力回路と、を含むイメージセンサー。

【請求項2】

各々、第１端が前記ｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードに連結され、第２端が前記第１ピクセル信号出力回路に連結され、前記第１モード信号によって順次的にゲーティングされるｎ個の第１モードトランジスタをさらに含む請求項１に記載のイメージセンサー。

【請求項3】

前記第１ピクセル信号出力回路は、
前記ｎ個の第１モードトランジスタの中でオン（Ｏｎ）状態の第１モードトランジスタと連結されるフォトダイオードから伝達される電荷を格納する第１フローティング拡散領域と、
前記第１フローティング拡散領域に格納される電荷量に対応する電圧を増幅する第１ソースフォロワーと、
カラム選択信号に応答して、前記第１ソースフォロワーから出力される電圧に対応する前記第１ピクセル信号をカラムラインに出力する第１選択トランジスタと、を含む請求項２に記載のイメージセンサー。

【請求項4】

前記第１モード信号及び前記第２モード信号は、各々の時間を異なりにして活性化され、
前記第１ピクセル信号出力回路は、前記第２ピクセル信号出力回路に位置する請求項２に記載のイメージセンサー。

【請求項5】

各々、第１端が前記ｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードに連結され、第２端が前記第２ピクセル信号出力回路に連結され、前記第２モード信号によって共にゲーティングされるｎ個の第２モードトランジスタをさらに含む請求項１に記載のイメージセンサー。

【請求項6】

前記第２ピクセル信号出力回路は、
第１端が前記格納領域に連結され、伝送信号によってゲーティングされる伝送トランジスタと、
第１端が前記伝送トランジスタの第２端に連結され、前記格納領域から伝達される電荷を格納する第２フローティング拡散領域と、
前記第２フローティング拡散領域に格納される電荷量の和に対応する電圧を増幅する第２ソースフォロワーと、
カラム選択信号に応答して、前記第２ソースフォロワーから出力される電圧に対応する前記第２ピクセル信号をカラムラインに出力する第２選択トランジスタと、をさらに含む請求項１に記載のイメージセンサー。

【請求項7】

各々、第１端が前記ｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードに連結され、第２端が前記第２フローティング拡散領域に連結され、前記第１モード信号によって順次的にゲーティングされるｎ個の第１モードトランジスタをさらに含み、
前記ｎ個の第１モードトランジスタが順次的にオン状態になる時に、
前記第２フローティング拡散領域、前記第２ソースフォロワー及び、前記第２選択トランジスタは、前記第１ピクセル信号出力回路として動作し、前記第２フローティング拡散領域は、前記ｎ個の第１モードトランジスタの中でオン状態の第１モードトランジスタと連結されるフォトダイオードから伝達される電荷を順次的に格納し、前記第２選択トランジスタは、前記カラム選択信号に応答して、前記第２ソースフォロワーから出力される電圧に対応する前記第１ピクセル信号をカラムラインに順次的に出力する請求項６に記載のイメージセンサー。

【請求項8】

前記第２ピクセル信号出力回路は、
前記ｎ個のフォトダイオードから伝達される電荷を格納する第２フローティング拡散領域と、
前記第２フローティング拡散領域に格納される電荷量の和に対応する電圧を第１ノードに伝達する第２１ソースフォロワーと、
第１端が前記第１ノードで前記第２１ソースフォロワーと連結され、プリチャージ信号に応答して前記第１ノードをプリチャージするプリチャージトランジスタと、
第１端が前記第１ノードに連結され、第２端が第２ノードで前記格納領域に連結され、サンプリング信号によってゲーティングされるサンプリングトランジスタと、
前記第２ノードにゲートが連結され、前記格納領域に対応する電圧を増幅する第２２ソースフォロワーと、
カラム選択信号に応答して、前記第２２ソースフォロワーから出力される電圧に対応する前記第２ピクセル信号をカラムラインに出力する第２選択トランジスタと、をさらに含む請求項１に記載のイメージセンサー。

【請求項9】

前記第１ピクセル信号出力回路及び前記第２ピクセル信号出力回路の中で少なくとも１つは、
フローティング拡散領域と、
前記フローティング拡散領域の容量を拡張するためダイナミックレンジキャパシタと、
高照度モード動作の時、前記ダイナミックレンジキャパシタと前記フローティング拡散領域を連結し、低照度モード動作の時には前記ダイナミックレンジキャパシタと前記フローティング拡散領域を分離する二重変換利得トランジスタと、を含む請求項１に記載のイメージセンサー。

【請求項10】

前記ｎ個のフォトダイオードは、カラム方向に隣接して位置し、
前記第１ピクセル信号出力回路及び前記第２ピクセル信号出力回路の中で少なくとも１つは、
前記ｎ個のフォトダイオード、及び前記ｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードとロー方向に隣接して位置するｎ個のフォトダイオードに共有される請求項１に記載のイメージセンサー。

【請求項11】

前記第１ピクセル信号出力回路は、
前記第１モード信号に応答して前記ｎ個のフォトダイオードの中で一部のフォトダイオードの電荷量を順次的に又は同時に前記第１ピクセル信号に変換して出力し、
前記第２ピクセル信号出力回路は、
前記第２モード信号に応答して前記ｎ個のフォトダイオードの中で残りのフォトダイオードの電荷量の和に対応する前記第２ピクセル信号を出力する請求項１に記載のイメージセンサー。

【請求項12】

前記第１ピクセル信号出力回路は、
前記第１モード信号に応答して前記ｎ個のフォトダイオードの中で一部のフォトダイオードの電荷量を順次的に又は同時に前記第１ピクセル信号に変換して出力する請求項１に記載のイメージセンサー。

【請求項13】

前記第２ピクセル信号出力回路は、
前記第２モード信号に応答して前記ｎ個のフォトダイオードの中で一部のフォトダイオードの電荷量の和に対応する前記第２ピクセル信号を出力する請求項１に記載のイメージセンサー。

【請求項14】

前記第１ピクセル信号出力回路は、
前記第１モード信号に応答してローリングシャッター方式で動作し、
前記第２ピクセル信号出力回路は、
前記第２モード信号に応答してグローバルシャッター方式で動作する請求項１に記載のイメージセンサー。

【請求項15】

各々、入射される光に反応して電荷を生成し、隣接して位置するｎ個（ｎは２以上の整数）のフォトダイオードと、
前記ｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードの第１領域と第１方向離隔して重畳されて形成されるｎ個の第１モードトランジスタと、
前記ｎ個のフォトダイオードに共通する格納領域と、
各々、前記ｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードの前記格納領域に隣接する第２領域と前記第１方向離隔して重畳されて形成されるｎ個の第２モードトランジスタと、を含むイメージセンサー。

【請求項16】

前記格納領域は、
前記ｎ個のフォトダイオードの各々の離隔距離の和が最小となる位置に形成される請求項１５に記載のイメージセンサー。

【請求項17】

前記第１領域及び前記第２領域は、互いに、
対応するフォトダイオード内で最大離隔距離に離隔して位置する請求項１５に記載のイメージセンサー。

【請求項18】

各々、前記ｎ個の第１モードトランジスタの中で隣接して位置する第１モードトランジスタに共通する第１フローティング拡散領域と、をさらに含む請求項１５に記載のイメージセンサー。

【請求項19】

前記ｎ個の第１モードトランジスタは、順次的にターンオンされ、
前記ｎ個の第２モードトランジスタは、共にターンオンされる請求項１５に記載のイメージセンサー。

【請求項20】

請求項１のイメージセンサーと、
前記イメージセンサーから前記第１ピクセル信号又は第２ピクセル信号に対応するデジタルピクセル信号を受信してイメージデータを生成するイメージプロセッサと、を含むイメージ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はイメージセンサー及びこれを含むイメージ処理装置に関し、ハイブリッドシャッター駆動方式のイメージセンサー及びこれを含むイメージ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

イメージセンサー（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）は光学映像を電気信号に変換させる素子である。デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラ、ロボット等様々な分野で性能が向上されたイメージセンサーの需要が増大されている。

【0003】

例えば、イメージセンサーに対して写真撮影モードで高解像度撮影が可能であることが要求される。又は、イメージセンサーに対して動画撮影モードで歪曲が発生しない等撮影モードに最適化された機能の提供が要求されることができる。しかし、このようなモードに適合な現在の高性能イメージセンサーは多い電力を使用し、サイズが大きい。したがって、低電力及び小型化等の様々な事項がイメージセンサーに対して要求されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第１０，８０４，３０１ Ｂ２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は上述した課題を解決するためのものであって、小型化又は低電力化要求を満足させながらも、動作モードに最適化された機能を提供することができるハイブリッドシャッター駆動方式のイメージセンサー及びこれを含むイメージ処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

技術的課題を解決するための本発明の実施形態によるイメージセンサーは、ｎ個のフォトダイオードに共有され、第１モード信号に応答してｎ個のフォトダイオードの各々の電荷量を順次的に第１ピクセル信号に変換して出力する第１ピクセル信号出力回路と、ｎ個のフォトダイオードに共有される格納領域を含み、第２モード信号に応答して格納領域に共に格納されるｎ個のフォトダイオードの電荷量又はｎ個のフォトダイオードの電荷量の和に対応する電圧を第２ピクセル信号に変換して出力する第２ピクセル信号出力回路と、を含む。各々、第１端がｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードに連結され、第２端が第１ピクセル信号出力回路に連結され、第１モード信号によって順次的にゲーティングされるｎ個の第１モードトランジスタとをさらに含むことができる。

【0007】

第１ピクセル信号出力回路は、ｎ個の第１モードトランジスタの中でオン（Ｏｎ）状態の第１モードトランジスタと連結されるフォトダイオードから伝達される電荷を格納する第１フローティング拡散領域と、第１フローティング拡散領域に格納される電荷量に対応する電圧を増幅する第１ソースフォロワーと、カラム選択信号に応答して、第１ソースフォロワーから出力される電圧に対応する第１ピクセル信号をカラムラインに出力する第１選択トランジスタと、を含むことができる。

【0008】

第１モード信号及び第２モード信号は時間を異なりにして活性化され、第１ピクセル信号出力回路は第２ピクセル信号出力回路に位置することができる。

【0009】

各々、第１端がｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードに連結され、第２端が第２ピクセル信号出力回路に連結され、第２モード信号によって共にゲーティングされるｎ個の第２モードトランジスタがさらに含まれることができる。

【0010】

第２ピクセル信号出力回路は、第１端が格納領域の第２端に連結され伝送信号によってゲーティングされる伝送トランジスタと、第１端が伝送トランジスタの第２端に連結され、格納領域から伝達される電荷を格納する第２フローティング拡散領域と、第２フローティング拡散領域に格納される電荷量に対応する電圧を増幅する第２ソースフォロワーと、カラム選択信号に応答して、第２ソースフォロワーから出力される電圧に対応する第２ピクセル信号をカラムラインに出力する第２選択トランジスタと、をさらに含むことができる。

【0011】

各々、第１端がｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードに連結され、第２端が第２フローティング拡散領域に連結され、第１モード信号によって順次的にゲーティングされるｎ個の第１モードトランジスタをさらに含み、ｎ個の第１モードトランジスタが順次的にオン状態になる時に、第２フローティング拡散領域、第２ソースフォロワー及び第２選択トランジスタは第１ピクセル信号出力回路に動作し、第２フローティング拡散領域はｎ個の第１モードトランジスタの中でオン状態の第１モードトランジスタと連結されるフォトダイオードから伝達される電荷を順次的に格納し、第２選択トランジスタはカラム選択信号に応答して、第２ソースフォロワーから出力される電圧に対応する第１ピクセル信号をカラムラインに順次的に出力することができる。

【0012】

第２ピクセル信号出力回路は、ｎ個のフォトダイオードから伝達される電荷を格納する第２フローティング拡散領域と、第２フローティング拡散領域に格納される電荷量に対応する電圧を第１ノードに伝達する第２１ソースフォロワーと、第１端が第１ノードで第２１ソースフォロワーと連結され、プリチャージ信号に応答して第１ノードをプリチャージするプリチャージトランジスタと、第１端が第１ノードに連結され、第２端が第２ノードで格納領域に連結され、第１ノードサンプリング信号によってゲーティングされるサンプリングトランジスタと、第２ノードにゲートが連結され、格納領域に対応する電圧を増幅する第２２ソースフォロワーと、及びカラム選択信号に応答して、第２２ソースフォロワーから出力される電圧に対応する第２ピクセル信号をカラムラインに出力する第２選択トランジスタと、をさらに含むことができる。

【0013】

第１ピクセル信号出力回路及び第２ピクセル信号出力回路の中で少なくとも１つは、フローティング拡散領域と、フローティング拡散領域の容量を拡張するためダイナミックレンジキャパシタと、高照度モード動作の時、ダイナミックレンジキャパシタとフローティング拡散領域を連結し、低照度モード動作の時にはダイナミックレンジキャパシタとフローティング拡散領域を分離する二重変換利得トランジスタと、を含むことができる。

【0014】

ｎ個のフォトダイオードはカラム方向に隣接して位置し、第１ピクセル信号出力回路及び第２ピクセル信号出力回路の中で少なくとも１つは、ｎ個のフォトダイオード、及びｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードとロー方向に隣接して位置するｎ個のフォトダイオードに共有されることができる。

【0015】

第１ピクセル信号出力回路は、第１モード信号に応答してｎ個のフォトダイオードの中で一部のフォトダイオードの電荷量を順次的に又は同時に第１ピクセル信号に変換して出力し、第２ピクセル信号出力回路は、第２モード信号に応答してｎ個のフォトダイオードの中で残りのフォトダイオードの電荷量に対応する第２ピクセル信号を出力することができる。

【0016】

第１ピクセル信号出力回路は、第１モード信号に応答してｎ個のフォトダイオードの中で一部のフォトダイオードの電荷量を順次的に又は同時に第１ピクセル信号に変換して出力することができる。

【0017】

第２ピクセル信号出力回路は、第２モード信号に応答してｎ個のフォトダイオードの中で一部のフォトダイオードの電荷量の和に対応する第２ピクセル信号を出力することができる。

【0018】

第１ピクセル信号出力回路は、第１モード信号に応答してローリングシャッター方式で動作し、第２ピクセル信号出力回路は、第２モード信号に応答してグローバルシャッター方式で動作することができる。

【0019】

技術的課題を解決するための本発明の実施形態によるイメージセンサーは、各々、入射される光に反応して電荷を生成し、隣接して位置するｎ（ｎは２以上の整数）個のフォトダイオードと、ｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードの第１領域と第１方向離隔して重畳されて形成されるｎ個の第１モードトランジスタと、ｎ個のフォトダイオードに共通する格納領域と、各々、ｎ個のフォトダイオードの中で対応するフォトダイオードの格納領域に隣接する第２領域と第１方向離隔して重畳されて形成されるｎ個の第２モードトランジスタと、を含む。

【0020】

格納領域は、ｎ個のフォトダイオードの各々の離隔距離の和が最小となる位置に形成されることができる。

【0021】

第１領域及び第２領域は、互いに対応するフォトダイオード内で最大離隔距離に離隔して位置することができる。

【0022】

各々、ｎ個の第１モードトランジスタの中で隣接して位置する第１モードトランジスタに共通する第１フローティング拡散領域がさらに含まれることができる。

【0023】

ｎ個の第１モードトランジスタは順次的にターンオンされ、ｎ個の第２モードトランジスタは共にターンオンされることができる。

【0024】

技術的課題を解決するための本発明の実施形態によるイメージ処理装置は、イメージセンサーと、イメージセンサーから第１ピクセル信号又は第２ピクセル信号に対応するデジタルピクセル信号を受信してイメージデータを生成するイメージプロセッサと、を含む。

【発明の効果】

【0025】

本発明の前記技術的課題を解決するための本発明の実施形態によるハイブリッドシャッター駆動方式のイメージセンサー及びこれを含むイメージ処理装置によれば、要求される撮影モードに最適化されたシャッター駆動方式で動作しながらも、小型化又は低電力化の要求を満足させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施形態によるイメージセンサーを示すブロック図である。

【図2】本発明の実施形態による単位ピクセルを示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態による単位ピクセルを示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態による単位ピクセルを示す回路図である。

【図5】図４の単位ピクセルの動作を示すタイミング図である。

【図6】図４の単位ピクセルの動作を示すタイミング図である。

【図7】本発明の実施形態による単位ピクセルを示す回路図である。

【図8】本発明の実施形態による単位ピクセルを示すブロック図である。

【図9】図８の単位ピクセルを示す回路図である。

【図10】図８の単位ピクセルを示す回路図である。

【図11】本発明の実施形態による二重変換利得機能を含む単位ピクセルを示す図面である。

【図12】本発明の実施形態による二重変換利得機能を含む単位ピクセルを示す図面である。

【図13】本発明の実施形態によるロー方向に隣接するフォトダイオードによって第１及び／又は第２ピクセル信号出力回路が共有される単位ピクセルを示すブロック図及び回路図である。

【図14】本発明の実施形態によるロー方向に隣接するフォトダイオードによって第１及び／又は第２ピクセル信号出力回路が共有される単位ピクセルを示すブロック図及び回路図である。

【図15】本発明の実施形態による単位ピクセルのレイアウトを示す図面である。

【図16】図１５の単位ピクセルに対応する回路図である。

【図17】本発明の実施形態による第１フローティング拡散領域が共有される単位ピクセルのレイアウトを示す図面である。

【図18】図１７の単位ピクセルに対応する回路図である。

【図19】オートフォーカシング（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ）機能を含む本発明の実施形態による単位ピクセルを示す図面である。

【図20】本発明の実施形態によるイメージ処理装置を示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下では、本発明の技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる程度に、本発明の実施形態態が明確であり、詳細に記載される。

【0028】

図１は本発明の実施形態によるイメージセンサーを示すブロック図である。

【0029】

図１を参照すれば、本発明の実施形態によるイメージセンサー１００はピクセルアレイ１１０、ローデコーダー１２０（例えば、デコーダー回路）、アナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１３０、出力バッファ１４０、及びタイミングコントローラ１５０（例えば、制御回路）を含む。

【0030】

ピクセルアレイ１１０は多数の単位ピクセル（Ｕｎｉｔ Ｐｉｘｅｌ）１１２を含む。多数の単位ピクセル１１２は、例えばマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）形状に配列されることができる。ピクセルアレイ１１０はローデコーダー１２０からロー選択信号ＸＲ、リセット信号ＲＧ、伝送信号ＴＧ、及びフローティング制御信号ＦＧのようなピクセル駆動信号を受信することができる。ピクセルアレイ１１０は受信されたピクセル駆動信号の制御に応じて動作し、各々の単位ピクセル１１２は光信号を電気的信号に変換することができる。また、各々の単位ピクセル１１２によって生成された電気的信号は多数のカラムラインＣＬｍを通じてアナログ－デジタルコンバータ１３０に提供されることができる。

【0031】

本発明の技術的思想にしたがう実施形態において、ピクセルアレイ１１０に含まれた多数の単位ピクセル１１２の各々はハイブリッドシャッター方式で動作することができる。単位ピクセル１１２はイメージセンサー１００に要求される動作モード（ｍｏｄｅ）にしたがって、性能及び消費電力の側面で最適化されたシャッター方式で動作することができる。例えば、イメージセンサー１００を利用して高解像度の写真撮影が要求される時に単位ピクセル１１２はローリングシャッター方式で動作し、動画撮影又はキャプチャーが遂行される時にグローバルシャッター方式で動作することができる。

【0032】

単位ピクセル１１２の各々の構造及び動作は後述する図面を通じて詳細に説明する。

【0033】

ローデコーダー１２０はタイミングコントローラ１５０の制御に応じてピクセルアレイ１１０のいずれか１つのロー（ｒｏｗ）を選択することができる。ローデコーダー１２０は多数のローの中でいずれか１つのローを選択するためにロー選択信号ＸＲを生成することができる。そして、ローデコーダー１２０は選択されたローに対応する単位ピクセルに対してリセット信号ＲＧ、伝送信号ＴＧ、及びフローティング制御信号ＦＧを定まれた順番に従って活性化させることができる。その後、選択されたローの単位ピクセル１１２の各々から生成されるリセットレベル信号及びセンシング信号等がアナログ－デジタルコンバータ１３０に伝達されることができる。

【0034】

アナログ－デジタルコンバータ１３０はリセットレベル信号及びセンシング信号をデジタル信号に変換して出力することができる。例えば、アナログ－デジタルコンバータ１３０は相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）方式でリセットレベル信号及びセンシング信号をサンプリングした後に、これをデジタル信号に変換することができる。このために、アナログ－デジタルコンバータ１３０の前段には相関二重サンプラー（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｅｒ：ＣＤＳ、未図示）がさらに具備されることができる。

【0035】

出力バッファ１４０はアナログ－デジタルコンバータ１３０によって提供される各々のカラム単位のデジタル信号Ｘｄｉｇをラッチして出力することができる。出力バッファ１４０はタイミングコントローラ１５０の制御に応じてアナログ－デジタルコンバータ１３０で出力されるデジタル信号Ｘｄｉｇを一時格納し、その後カラムデコーダーによって順次的にラッチされたデジタル信号Ｘｄｉｇを出力することができる。

【0036】

タイミングコントローラ１５０はピクセルアレイ１１０、ローデコーダー１２０、アナログ－デジタルコンバータ１３０、出力バッファ１４０等を制御することができる。タイミングコントローラ１５０はピクセルアレイ１１０、ローデコーダー１２０、アナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１３０、出力バッファ１４０等の動作にクロック信号（ｃｌｏｃｋ ｓｉｇｎａｌ）、タイミングコントロール信号（ｔｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｇｎａｌ）等のような制御信号を供給することができる。タイミングコントローラ１５０はロジック制御回路（ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ）、位相固定ループ（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋ ｌｏｏｐ）回路、タイミングコントロール回路（ｔｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ）及び通信インターフェイス回路（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）等を含むことができる。

【0037】

以上で、本発明の実施形態によるイメージセンサー１００の構成を簡略に説明した。本発明の実施形態によれば、ピクセルアレイ１１０を構成する単位ピクセル１１２の各々は要求される動作モードに最適化された性能で動作しながらも、小型化又は低電力化を具現することができる構造に具備される。これに対してさらに詳細に説明する。

【0038】

以下の説明において、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２はピクセルアレイ１１０で同一な構造が繰り返される場合、その繰り返される構造の最小単位又は繰り返される構造の機能を説明するために要求される最小単位を意味することができる。

【0039】

図２及び図３は各々本発明の実施形態による単位ピクセルを示すブロック図である。

【0040】

先ず、図１及び図２を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２はｎ（ｎは２以上の整数）個のフォトダイオードＰＤ、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１、及び第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２を含む。

【0041】

フォトダイオードＰＤは入射光の光量や光の強さに応じて電荷を生成及び蓄積する光感知素子である。フォトダイオードＰＤはフォトトランジスタ（Ｐｈｏｔｏ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、フォトゲート（Ｐｈｏｔｏ Ｇａｔｅ）、ピンドフォトダイオード（Ｐｉｎｎｅｄ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ：ＰＰＤ）、有機フォトダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ：ＯＰＤ）、クォンタムドット（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ：ＱＤ）等でも具現されることができる。フォトダイオードＰＤはイオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）工程を遂行することによって基板のウェル領域（図示せず）内にＮタイプ又はＰタイプ領域に形成されることができる。又は、フォトダイオードＰＤは多数のドーピング領域が積層された形態で形成されることができる。

【0042】

フォトダイオードＰＤは単位ピクセル１１２に対して２つ、４つ、又は８つ等の数で具備されることができる。単位ピクセル１１２に含まれるフォトダイオードＰＤの数はイメージセンサー１００に要求される性能、面積、又は電力に応じて変わることができる。

【0043】

単位ピクセル１１２に含まれるｎ個のフォトダイオードＰＤは互いに隣接して位置する。例えば、単位ピクセル１１２に含まれるｎ個のフォトダイオードＰＤはピクセルアレイ１１０上でカラム方向に隣接するか、カラム及びロー方向に隣接して位置することができる。例えば、ｎ個のフォトダイオードＰＤは単一のロー、単一のカラム、又はローとカラムの行列で配列されることができる。

【0044】

第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１モード信号ＭＳ１に応答してｎ個のフォトダイオードＰＤの電荷量を順次的に第１ピクセル信号ＸＰ１に変換して出力する。第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１番目のフォトダイオードに対する電荷量を第１番目の第１ピクセル信号に変換して出力した後、第２番目のフォトダイオードに対する電荷量を第２番目の第１ピクセル信号に変換して出力することができる。

【0045】

第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２はｎ個のフォトダイオードＰＤに共有される１つの格納領域ＭＥＭを含む。格納領域ＭＥＭはダイオード（ｄｉｏｄｅ）又はキャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）等で具備されることができる。格納領域ＭＥＭがダイオードで具備される場合、イオン注入工程を遂行することによって基板のウェル領域（図示せず）内にＮタイプ又はＰタイプ領域に形成されることができる。又は、格納領域ＭＥＭは多数のドーピング領域が積層された形態で形成されてもよい。

【0046】

ｎ個のフォトダイオードＰＤから伝達される電荷は格納領域ＭＥＭに共に格納される。第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は第２モード信号ＭＳ２に応答して格納領域ＭＥＭに共に格納されるｎ個のフォトダイオードＰＤの電荷量又はｎ個のフォトダイオードＰＤの電荷量に対応する電圧を第２ピクセル信号ＸＰ２に変換して出力することができる。

【0047】

以下では、説明の簡易化のために特別に言及しない限り、格納領域ＭＥＭにｎ個のフォトダイオードＰＤの電荷が共に格納される実施形態を基準として記述される。また、図２はフォトダイオードＰＤの電荷が直ちに格納領域ＭＥＭに伝達されることと図示されたが、これによって格納領域ＭＥＭにｎ個のフォトダイオードＰＤの電荷の和に対応する電圧が印加される実施形態が否定されることではない。他の実施形態に対しても同様に理解されるべきである。

【0048】

以上で説明されたように、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１はｎ個のフォトダイオードＰＤの電荷を順次的に処理し、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２はｎ個のフォトダイオードＰＤの電荷を同時に処理することができる。したがって、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は相対的に高解像度のイメージを出力することができ、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は相対的に低電力でイメージを出力することができる。例えば、各々のフォトダイオードＰＤに対して別に第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２を具備する場合と対比して１／ｎレベルに、その面積及び電力を低下させることができる。

【0049】

このように、本発明の実施形態によるイメージセンサー１００は単位ピクセル１１２で互いに異なるシャッター（ｓｈｕｔｔｅｒ）方式でフォトダイオードＰＤの電荷を処理することによって、動作モードに最適化されたイメージを提供しながらも、小型化及び低電力化をなすことができる。

【0050】

図２はｎ個のフォトダイオードＰＤの中で１つのフォトダイオードと第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１及び第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２に対する連結関係のみを図示しているが、これは図示の簡易化のめのことであって、ｎ個のフォトダイオードＰＤの各々は第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１及び第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２と電気的に連結されている。以下、同様である。

【0051】

次に、図３を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２はフォトダイオードＰＤの数に対応する第１モードトランジスタＭＸ１及び第２モードトランジスタＭＸ２をさらに含むことができる。

【0052】

第１モードトランジスタＭＸ１は各々、第１端がｎ個のフォトダイオードＰＤの中で対応するフォトダイオードに連結され、第２端が第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１に連結され、第１モード信号ＭＳ１によって順次的にゲーティングされることができる。例えば、第１モード信号ＭＳ１は各々の第１モードトランジスタＭＸ１のゲートに順次的に印加されることができる。第２モードトランジスタＭＸ２は各々、第１端がｎ個のフォトダイオードＰＤの中で対応するフォトダイオードに連結され、第２端が格納領域ＭＥＭの第１端に連結され、第２モード信号ＭＳ２によって共にゲーティングされることができる。例えば、第２モード信号ＭＳ２は各々の第２モードトランジスタＭＸ２のゲートに同時に印加されることができる。

【0053】

図３は第１モードトランジスタＭＸ１及び第２モードトランジスタＭＸ２がフォトダイオードＰＤの数と同一な例を図示しているが、これに限定されることではない。例えば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２が含まれるイメージセンサーに対して要求される動作条件に応じて、第１モードトランジスタＭＸ１はｎ／２つで具備される等、第１モードトランジスタＭＸ１及び第２モードトランジスタＭＸ２はｎ個のフォトダイオードＰＤに対して様々な数で具備されることができる。

【0054】

図４は本発明の実施形態による単位ピクセルを示す回路図である。

【0055】

図３及び図４を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は４つのフォトダイオードＰＤ、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２、４つの第１モードトランジスタＭＸ１、及び４つの第２モードトランジスタＭＸ２を含むことができる。

【0056】

４つのフォトダイオードＰＤは互いにロー及びカラム方向（２ｘ２）、又はカラム方向（１ｘ４）に隣接して位置することができる。図４は後者の例を図示する。各々のフォトダイオードＰＤの第１端には第１モードトランジスタＭＸ１及び第２モードトランジスタＭＸ２が連結されることができる。

【0057】

第１モードトランジスタＭＸ１は第１モード信号ＭＳ１によってゲーティングされてフォトダイオードＰＤの電荷を第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１に伝達することができる。例えば、第１モードトランジスタＭＸ１は第１１モード信号ＭＳ１１によってターンオンされて第１フォトダイオードＦＤ１の電荷を第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１に伝達し、第１２モード信号ＭＳ１２によってターンオンされて第２フォトダイオードＦＤ２の電荷を第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１に伝達することができる。同様に、第１モードトランジスタＭＸ１は第１３モード信号ＭＳ１３によってターンオンされて第３フォトダイオードＦＤ３の電荷を第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１に伝達し、第１４モード信号ＭＳ１４によってターンオンされて第４フォトダイオードＦＤ４の電荷を第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１に伝達することができる。

【0058】

第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１フローティング拡散領域ＦＤ１、第１ソースフォロワーＳＦ１、及び第１選択トランジスタＳＸ１を含むことができる。

【0059】

第１フローティング拡散領域ＦＤ１には４つの第１モードトランジスタＭＸ１の中でオン（Ｏｎ）状態の第１モードトランジスタと連結されるフォトダイオードから電荷が伝達されて格納されることができる。図４は第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１が１つの第１フローティング拡散領域ＦＤ１を具備することと図示しているが、これに限定されることではない。第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は要求される第１ピクセル信号ＸＰ１のサイズ等に応じて第１フローティング拡散領域ＦＤ１を追加に含むことができる。

【0060】

第１ソースフォロワーＳＦ１は第１フローティング拡散領域ＦＤ１に格納される電荷量に対応する電圧を増幅することができる。第１ソースフォロワーＳＦ１はゲートが第１フローティング拡散領域ＦＤ１に連結され、第１端が電源電圧Ｖｐｉｘに連結されることができる。第１ソースフォロワーＳＦ１は第１フローティング拡散領域ＦＤ１にカップリングされることができる。第１ソースフォロワーＳＦ１はトランジスタで具現されることができる。

【0061】

第１選択トランジスタＳＸ１はカラム選択信号ＳＥＬに応答して、第１ソースフォロワーＳＦ１から出力される電圧に対応する第１ピクセル信号ＸＰ１を第１カラムラインＣＬ１に出力することができる。カラム選択信号ＳＥＬは図１のローデコーダー１２０から印加されることができる。第１ピクセル信号ＸＰ１は図１のアナログ－デジタルコンバータ１３０を通じてデジタル信号に変換され、図１の出力バッファ１４０を通じて一定単位のイメージデータとして出力されることができる。

【0062】

第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１リセットトランジスタＲＸ１をさらに含むことができる。第１リセットトランジスタＲＸ１は第１リセット信号ＲＳＴ１に応答して第１フローティング拡散領域ＦＤ１をリセットさせることができる。第１リセットトランジスタＲＸ１がターンオンされれば、電源電圧Ｖｐｉｘが印加される端子と第１フローティング拡散領域ＦＤ１が電気的に連結されることができる。この場合、第１フローティング拡散領域ＦＤ１に集積された電荷は電源電圧Ｖｐｉｘ端子にドレーンされて、第１フローティング拡散領域ＦＤ１は電源電圧Ｖｐｉｘレベルにリセットされることができる。

【0063】

第２モードトランジスタＭＸ２は第２モード信号ＭＳ２によってゲーティングされてフォトダイオードＰＤの電荷を第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２に伝達することができる。例えば、フォトダイオードＰＤの電荷は第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２の格納領域ＭＥＭに伝達されることができる。例えば、第２モードトランジスタＭＸ２は第２１モード信号ＭＳ２１によってターンオンされて第１フォトダイオードＦＤ１の電荷を第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２に伝達し、第２２モード信号ＭＳ２２によってターンオンされて第２フォトダイオードＦＤ２の電荷を第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２に伝達することができる。同様に、第２モードトランジスタＭＸ２は第２３モード信号ＭＳ２３によってターンオンされて第３フォトダイオードＦＤ３の電荷を第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２に伝達し、第２４モード信号ＭＳ２４によってターンオンされて第４フォトダイオードＦＤ４の電荷を第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２に伝達することができる。

【0064】

第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は格納領域ＭＥＭ、伝送トランジスタＴＸ、第２フローティング拡散領域ＦＤ２、第２ソースフォロワーＳＦ２、及び第２選択トランジスタＳＸ２を含むことができる。

【0065】

格納領域ＭＥＭは第１端が第２モードトランジスタＭＸ２と連結されることができる。前述したように、格納領域ＭＥＭには第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４から伝達される電荷が同時に格納されることができる。

【0066】

伝送トランジスタＴＸは格納領域ＭＥＭの第２端に連結され、伝送信号ＴＧによってゲーティングされることができる。伝送信号ＴＧによって伝送トランジスタＴＸがターンオンされれば、格納領域ＭＥＭと第２フローティング拡散領域ＦＤ２は電気的に連結されることができる。したがって、格納領域ＭＥＭに蓄積された電荷が第２フローティング拡散領域ＦＤ２に移動することができる。伝送信号は図１のローデコーダー１２０から印加されることができる。

【0067】

第２フローティング拡散領域ＦＤ２に移動されて格納される電荷に対応する電圧は第２ソースフォロワーＳＦ２によって増幅され、カラム選択信号ＳＥＬによってターンオンされる第２選択トランジスタＳＸ２を通じて第２ピクセル信号ＸＰ２に出力されることができる。第２ソースフォロワーＳＦ２はトランジスタで具現されることができる。第２ピクセル信号ＸＰ２は第２カラムラインＣＬ２に出力することができる。

【0068】

第２フローティング拡散領域ＦＤ２が多数に具備されることができるか、或いは第２ピクセル信号ＸＰ２が最終的にイメージデータに出力される動作は第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１に対して説明されたことと同一であり得る。

【0069】

第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は、第１端が第２フローティング拡散領域ＦＤ２に連結され、第２端が、電源電圧Ｖｐｉｘが印加されるノードに連結され、第２リセット信号ＲＳＴ２に応答してゲーティングされる第２リセットトランジスタＲＸ２をさらに含むことができる。第２リセットトランジスタＲＸ２は第２リセット信号ＲＳＴ２の活性化によって第２フローティング拡散領域ＦＤ２をリセットさせることができる。第２リセットトランジスタＲＸ２がターンオンされれば、電源電圧Ｖｐｉｘが印加される端子と第２フローティング拡散領域ＦＤ２が電気的に連結されることができる。この場合、第２フローティング拡散領域ＦＤ２に集積された電荷は電源電圧Ｖｐｉｘ端子にドレーンされて、第２フローティング拡散領域ＦＤ２の電圧は電源電圧Ｖｐｉｘレベルにリセットされることができる。

【0070】

図５及び図６は各々図４の単位ピクセルの動作を示すタイミング図である。

【0071】

先ず、図４及び図５を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は第１モードのシャッター方式で動作することができる。第１１モード信号ＭＳ１１乃至第１４モード信号ＭＳ１４が時点Ｔ１から時点Ｔ４の間、そして時点Ｔ６から時点Ｔ９の間で順次的に活性化されることによって、第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４の電荷が第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１に伝達される。これによって、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は前述された動作を遂行して第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４の電荷量に対応する第１ピクセル信号ＸＰ１を順次的に第１カラムラインＣＬ１に出力する。反面、第２１モード信号ＭＳ２１乃至第２４モード信号ＭＳ２４は時点Ｔ１から時点Ｔ１２の間に非活性化された状態である。

【0072】

第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４は第１１モード信号ＭＳ１１乃至第１４モード信号ＭＳ１４が再び活性化される時点Ｔ６から時点Ｔ９まで、即ち第１蓄積時間ＴＩＮＴ１くらい再び電荷を蓄積するようになる。第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４に第１蓄積時間ＴＩＮＴ１くらい蓄積される電荷は時点Ｔ６から時点Ｔ９で順次的に第１フローティング拡散領域ＦＤ１に伝達される。したがって、第１リセット信号ＲＳＴ１は時点Ｔ６から時点Ｔ９で第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４の中で電気的に連結されるフォトダイオードから電荷が第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１に伝達される前に、第１フローティング拡散領域ＦＤ１がリセットされるように活性化される。

【0073】

単位ピクセル１１２でローを異なりにするフォトダイオードに対する第１蓄積時間ＴＩＮＴ１の開始時点と終了時点が互いに異なる側面で、第１モードのシャッター方式をローリングシャッター（ｒｏｌｌｉｎｇ ｓｈｕｔｔｅｒ）方式であると称することができる。

【0074】

次に、図４及び図６を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は第２モードのシャッター方式で動作することができる。第２１モード信号ＭＳ２１乃至第２４モード信号ＭＳ２４は時点Ｔ７で同時に活性化される。第２１モード信号ＭＳ２１乃至第２４モード信号ＭＳ２４が活性化される時点Ｔ７までの第２蓄積時間ＴＩＮＴ２の間に、第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４は電荷を蓄積するようになる。図６は第２蓄積時間ＴＩＮＴ２が時点Ｔ２から時点Ｔ７までである例を図示する。

【0075】

第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４に第２蓄積時間ＴＩＮＴ２くらい蓄積される電荷は時点Ｔ７で同時に第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２の格納領域ＭＥＭに伝達されて格納される。

【0076】

時点Ｔ８で伝送信号ＴＧが活性化されることによって格納領域ＭＥＭの電荷は第２フローティング拡散領域ＦＤ２に伝達される。したがって、第２リセット信号ＲＳＴ２は時点Ｔ８以前に第２フローティング拡散領域ＦＤ２がリセットされるように活性化される。

【0077】

第２フローティング拡散領域ＦＤ２に格納される第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４の電荷は前述した第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２の動作に応じて対応する１つの第２ピクセル信号ＸＰ２で生成されて第２カラムラインＣＬ２に出力される。

【0078】

この時、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は時点Ｔ１から時点Ｔ２間に、第１１モード信号ＭＳ１１乃至第１４モード信号ＭＳ１４、第１リセット信号ＲＳＴ１、及び第２リセット信号ＲＳＴ２、そして伝送信号ＴＧを全てターンオンさせて、第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４に蓄積されている電荷を全てドレーンさせることができる。したがって、時点Ｔ７で第２１モード信号ＭＳ２１乃至第２４モード信号ＭＳ２４が活性化された後の第２ピクセル信号ＸＰ２がさらに正確に生成されることができる。図６に図示されたことと異なりに、必要によって、時点Ｔ１で一部信号はターンオンされなくともよい。

【0079】

単位ピクセル１１２でローを異なりにするフォトダイオードに対する第２蓄積時間ＴＩＮＴ２の開始時点と終了時点が互いに同一側面で、第２モードのシャッター方式をグローバルシャッター（ｇｌｏｂａｌ ｓｈｕｔｔｅｒ）方式であるとすることができる。

【0080】

ローリングシャッター方式は高解像度の写真撮影に適合な方式であり得る。連結されるローを異なりにするフォトダイオードの電荷を順次的に処理するローリングシャッター方式によれば、フォトダイオード別の蓄積時点の差によって高速に動いている物体に対する撮影の時、ウォブル（Ｗｏｂｂｌｅ）又はスキューイング（Ｓｋｅｗｉｎｇ）のような歪曲が発生することができる。反面、その順次的動作によって相対的に小さい面積及び少ない電力を要求するので、面積と電力に対する同一条件下で相対的に高解像度具現が容易することができる。

【0081】

連結されるローを異なりにするフォトダイオードの電荷を同時に処理するグローバルシャッター方式によれば、フォトダイオード別の蓄積時点の差によるイメージの歪曲を除去することができるので、動いている物体に対する動画撮影に適合することができる。反面、グローバルシャッター方式は格納領域ＭＥＭによって相対的に大きいピクセル面積が必要することができる。グローバルシャッター方式は多数のフォトダイオードに対する同時処理が遂行されるので、相対的に大きい電力が要求されることができる。例えば、グローバルシャッター方式の単位ピクセルはローリングシャッター方式の単位ピクセルより４倍程度大きい面積で具備されることができる。

【0082】

本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２を具備することによって、ｎ個のフォトダイオードＰＤの単位に相対的に大きい面積が消耗されるグローバルシャッター動作を遂行して、高速物体の撮影に対する歪み発生を防止しながらも、その面積及び電力の負担を１／ｎに減少させることができる。また、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１を共に具備して、停止又は低速物体に対して低電力で高解像度撮影が可能である。

【0083】

図７は本発明の実施形態による単位ピクセルを示す回路図である。

【0084】

図７を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は図４の場合と同様に、４つのフォトダイオードＰＤ、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２、４つの第１モードトランジスタＭＸ１、及び４つの第２モードトランジスタＭＸ２を含むことができる。但し、図４の第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２がチャージドメイン（ｃｈａｒｇｅ ｄｏｍａｉｎ）方式のグローバルシャッター方式で第２ピクセル信号ＸＰ２を生成することと異なりに、図７の第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は電圧ドメイン（ｖｏｌｔａｇｅ ｄｏｍａｉｎ）方式のグローバルシャッター方式で第２ピクセル信号ＸＰ２を生成することができる。

【0085】

このために、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は第２フローティング拡散領域ＦＤ２、第２１ソースフォロワーＳＦ２１、プリチャージトランジスタＰＸ、サンプリングトランジスタＳＨＸ、格納領域ＭＥＭ、第２２ソースフォロワーＳＦ２２、及び第２選択トランジスタＳＸ２を含むことができる。

【0086】

第２フローティング拡散領域ＦＤ２は第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＰＤ４から伝達される電荷を共に格納することができる。第２フローティング拡散領域ＦＤ２は第２モードトランジスタＭＸ２と電気的に連結されることができる。第２１ソースフォロワーＳＦ２１は第２フローティング拡散領域ＦＤ２とカップリングされて第２フローティング拡散領域ＦＤ２の電荷に対応する電圧を第１ノードＮＤ１に伝達することができる。プリチャージトランジスタＰＸは第１端が第１ノードＮＤ１で第２１ソースフォロワーＳＦ２１と連結されプリチャージ信号ＰＣに応答して第１ノードＮＤ１をプリチャージすることができる。例えば、プリチャージ信号ＰＣはプリチャージトランジスタＰＸのゲートに印加されることができる。これを通じて、第１ノードＮＤ１がリセットされることができる。サンプリングトランジスタＳＨＸは第１端が第１ノードＮＤ１に連結され、第２端が第２ノードＮＤ２で格納領域ＭＥＭに連結され、サンプリング信号ＳＨによってゲーティングされることができる。したがって、サンプリングトランジスタＳＨＸがターンオンされる時に限って第１ノードＮＤ１の電圧が第２ノードＮＤ２に伝達されることができる。第２ノードＮＤ２に連結される格納領域ＭＥＭには第２ノードＮＤ２に伝達された、第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＰＤ４の電荷の和に対応する電圧が格納されることができる。第２２ソースフォロワーＳＦ２２は第２ノードＮＤ２にゲートが連結され、格納領域ＭＥＭにカップリングされることができる。第２選択トランジスタＳＸ２はカラム選択信号ＳＥＬに応答して、第２２ソースフォロワーＳＦ２２から出力される電圧に対応する第２ピクセル信号ＸＰ２を第２カラムラインＣＬ２に出力することができる。

【0087】

図４のように第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＰＤ４の電荷を格納領域ＭＥＭに格納し、これを第２ピクセル信号ＸＰ２で処理するチャージドメイン方式のグローバルシャッター構造は、図７の電圧ドメイン方式のグローバルシャッター構造と対比して相対的にピクセル構造の複雑度を低下させることができる。図７のように第１フォトダイオードＰＤ１乃至第４フォトダイオードＰＤ４の電荷に対応する電圧が格納領域ＭＥＭに印加されこれを第２ピクセル信号ＸＰ２で処理する電圧ドメイン方式のグローバルシャッター構造は、図４のチャージドメイン方式のグローバルシャッター構造と対比して相対的に光漏洩を減少させることができる。

【0088】

本発明の実施形態による第１ピクセル信号出力回路ＰＯ２は要求される性能及び条件に応じて、チャージドメイン方式及び電圧ドメイン方式のグローバルシャッター機能を遂行することができる。図４及び図７は各々チャージドメイン方式及び電圧ドメイン方式のグローバルシャッター構造の一例を図示しているが、これに限定されることではなく、チャージドメイン方式及び電圧ドメイン方式に対する様々な構造が適用されることができる。本発明の実施形態による第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１も同様にローリングシャッター機能の様々な構造で具備されることができる。

【0089】

図８は本発明の実施形態による単位ピクセルを示すブロック図である。

【0090】

図８を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は図３と同様に、ｎ個のフォトダイオードＰＤ、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２、第１モードトランジスタＭＸ１、及び第２モードトランジスタＭＸ２を含むことができる。但し、図３で第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１及び第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２が別に具備されることと異なりに、図８の単位ピクセル１１２で第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２に含まれて具備されることができる。

【0091】

この時、第１モード信号ＭＳ１及び第２モード信号ＭＳ２が時間を異なりにして活性化されることによって、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２が一時点ではｎ個のフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を順次的に第１ピクセル信号ＸＰ１で処理する図３の第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１として機能し、他の時点ではｎ個のフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を共に第２ピクセル信号ＸＰ２で処理する図３の第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２として機能することができる。例えば、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は第１モード信号ＭＳ１が活性化され、第２モード信号ＭＳ２が非活性化される第１時間の間にｎ個のフォトダイオードＰＤの各々の出力をターンオンさせた後、第１モード信号ＭＳ１が非活性化され、第２モード信号ＭＳ２が活性化される、第１時間と異なる第２時間との間に格納領域ＭＥＭの出力を動作させる。

【0092】

図９及び図１０は各々図８の単位ピクセルを示す回路図である。

【0093】

先ず図８及び図９を参照すれば、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は図４と同様にチャージドメイン方式のグローバルシャッターとして動作することができる。反面、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は図４と異なりに別に具備されなく、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２に含まれて具備されることができる。

【0094】

例えば、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１１モード信号ＭＳ１１乃至第１４モード信号ＭＳ１４が活性化される時に、第２フローティング拡散領域ＦＤ２、第２ソースフォロワーＳＦ２及び第２選択トランジスタＳＸ２を通じて、第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４に蓄積された電荷量を順次的に第１ピクセル信号ＸＰ１で変換することができる。第１ピクセル信号ＸＰ１は第２カラムラインＣＬ２に順次的に出力されることができる。

【0095】

この時、第２フローティング拡散領域ＦＤ２は第１モードトランジスタＭＸ１を通じて第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４と電気的に連結されることができる。第２フローティング拡散領域ＦＤ２に順次的に格納される第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４の電荷に対する第２ソースフォロワーＳＦ２及び第２選択トランジスタＳＸ２に動作は図４及び図５で前述された第１ソースフォロワーＳＦ１及び第１選択トランジスタＳＸ１の動作と同一であり得る、

【0096】

次に、図８及び図１０を参照すれば、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は図７と同様に電圧ドメイン方式のグローバルシャッターとして動作することができる。反面、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は図７と異なりに別に具備されなく、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２に含まれることができる。

【0097】

例えば、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１１モード信号ＭＳ１１乃至第１４モード信号ＭＳ１４が活性化される時に、格納領域ＭＥＭ、第２ソースフォロワーＳＦ２、及び第２選択トランジスタＳＸ２を通じて、第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４に蓄積された電荷量を順次的に第１ピクセル信号ＸＰ１に変換することができる。第１ピクセル信号ＸＰ１は第２カラムラインＣＬ２ＰＣに順次的に出力されることができる。

【0098】

この時、格納領域ＭＥＭは第１モードトランジスタＭＸ１を通じて第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４と電気的に連結されることができる。格納領域ＭＥＭに順次的に格納される第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４の電荷に対する第２２ソースフォロワーＳＦ２２及び第２選択トランジスタＳＸ２に動作は図４及び図５で前述した第１ソースフォロワーＳＦ１及び第１選択トランジスタＳＸ１の動作と同一であり得る。

【0099】

図９及び図１０の単位ピクセル１１２の場合、図４及び図７と対比して相対的に小型化に有利であることができる。

【0100】

図１１及び図１２は各々本発明の実施形態による二重変換利得機能を含む単位ピクセルを示す図面である。

【0101】

図１１及び図１２を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は高い変換利得（Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｇａｉｎ：ＨＣＧ）と低い変換利得（Ｌｏｗ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｇａｉｎ：ＬＣＧ）を提供する二重変換利得（Ｄｕａｌ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｇａｉｎ）モードを支援することができる。このために、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１及び第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２の中で少なくとも１つは、ダイナミックレンジキャパシタ（ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ、Ｃｄ）及び二重変換利得トランジスタＧＸをさらに含むことができる。

【0102】

ダイナミックレンジキャパシタＣｄはフローティング拡散領域（例えば、第１フローティング拡散領域ＦＤ１又は第２フローティング拡散領域ＦＤ２）の容量を拡張するのに使用されることができる。

【0103】

高照度モード動作の時、二重変換利得トランジスタＧＸがダイナミックレンジキャパシタＣｄとフローティング拡散領域ＦＤ１又はＦＤ２を連結することによって、低い変換利得でフローティング拡散領域ＦＤ１又はＦＤ２の電圧レベルに対するサンプリングが遂行されることができる。反面、低照度モード動作の時、二重変換利得トランジスタＧＸがダイナミックレンジキャパシタＣｄとフローティング拡散領域ＦＤ１又はＦＤ２を分離することによって、高い変換利得でフローティング拡散領域ＦＤ１又はＦＤ２の電圧レベルに対するサンプリングが遂行されることができる。高照度モードと低照度モードは利得信号Ｘｇに応答して設定されることができる。例えば、利得信号Ｘｇは二重変換利得トランジスタＧＸに印加されることができる。

【0104】

図１１は第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１がダイナミックレンジキャパシタＣｄ及び二重変換利得トランジスタＧＸを含む例を、図１２は第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２がダイナミックレンジキャパシタＣｄ及び二重変換利得トランジスタＧＸを含む例を図示する。一実施形態で、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１及び第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２の全てにダイナミックレンジキャパシタＣｄ及び二重変換利得トランジスタＧＸが具備されてもよい。例えば、図１２に図示された第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は図１１に図示された第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１で代替されることができる。

【0105】

したがって、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は照度に適応する動作を遂行してイメージセンシング性能を向上させることができる。

【0106】

図１３及び図１４は各々本発明の実施形態によるロー方向に隣接するフォトダイオードによって第１及び／又は第２ピクセル信号出力回路が共有される単位ピクセルを示すブロック図及び回路図である。

【0107】

図１３及び図１４を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２はｎ個のフォトダイオードＰＤがカラム方向に隣接して位置し、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１及び第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２の中で少なくとも１つは、ｎ個のフォトダイオードＰＤ、及びｎ個のフォトダイオードＰＤとロー方向に隣接して位置する他のｎ個のフォトダイオードＰＤに共有されることができる。

【0108】

例えば、図１４の単位ピクセル１１２でカラム方向に隣接する２つのフォトダイオード対が他のフォトダイオード対とロー方向に隣接して具備される。例えば、カラム方向に隣接して位置する第１フォトダイオードＦＤ１及び第２フォトダイオードＦＤ２の第１フォトダイオード対ＰＰ１が、カラム方向に隣接して位置する第３フォトダイオードＦＤ３及び第４フォトダイオードＦＤ４の第２フォトダイオード対ＰＰ２と、互いにロー方向に隣接して位置する。図１４は各々のフォトダイオード対が２つのフォトダイオードを含むことと図示しているが、これに限定されることではない。各々のフォトダイオード対は図４のように４つのフォトダイオードを含んでもよい。

【0109】

この時、第１フォトダイオード対ＰＰ１及び第２フォトダイオード対ＰＰ２は第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１を共有することができる。第１フォトダイオード対ＰＰ１及び第２フォトダイオード対ＰＰ２は、また隣接する単位ピクセルの他のフォトダイオード対（例えば、ＰＰ０及びＰＰ３）と第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２を共有することができる。

【0110】

第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１及び第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２の動作は前述したことと同一であり得る。したがって、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２によれば、面積効率がさらに向上されることができる。さらに、本発明の実施形態による単位ピクセルはｎ個のフォトダイオードに対して様々な構造で第１ピクセル信号出力回路又は第２ピクセル信号出力回路を具備することによって、最適の小型化が実現されることができる。これに対してさらに詳細に説明する。

【0111】

図１５は本発明の実施形態による単位ピクセルのレイアウトを示す図面である。

【0112】

図１５を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は多数のフォトダイオードＰＤ、格納領域ＭＥＭ、第１モードトランジスタＭＸ１、及び第２モードトランジスタＭＸ２を含む。

【0113】

多数のフォトダイオードＰＤは各々入射される光に反応して電荷を生成し、隣接して位置する。図１５は図１４のように４つのフォトダイオードが２ｘ２構造で具備される単位ピクセル１１２の例を図示している。

【0114】

１つの格納領域ＭＥＭは第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４によって共有する。フォトダイオードＰＤ及び格納領域ＭＥＭは基板（図示せず）上に形成されることができる。

【0115】

格納領域ＭＥＭはフォトダイオードの各々の離隔距離の和が最小となる位置に形成されることができる。第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４が図１５のように２ｘ２構造を形成する場合、格納領域ＭＥＭは単位ピクセル１１２の中心領域に位置することができる。第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４が図４のように１ｘ４の構造で具備される場合、第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４の両側の中で１つの中心領域に位置することができる。

【0116】

第１モードトランジスタＭＸ１及び第２モードトランジスタＭＸ２は各々のフォトダイオードの数と同一な数で具備されることができる。

【0117】

一実施形態で、第１モードトランジスタＭＸ１は第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４の中で含まれるフォトダイオードの第１領域と第１方向離隔して重畳されて形成される。第１方向は図１５のレイアウト平面に対して垂直する方向であり得る。即ち、第１モードトランジスタＭＸ１が基板上に積層されることにおいて、基板に垂直する方向にフォトダイオードと離隔して形成され、基板に投影される仮想の平面上で一部領域がフォトダイオードに重畳されることができる。一実施形態で、第２モードトランジスタＭＸ２は第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４の中で含まれるフォトダイオードの第２領域と第１方向離隔して重畳されて形成される。

【0118】

この時、第２領域はフォトダイオード内で格納領域ＭＥＭに隣接する領域を意味し、第１領域は第２領域と含まれるフォトダイオード内で最大離隔距離に離隔して位置する領域を意味することができる。したがって、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は小型化の要求にもトランジスタのゲートサイズを確保することができるので、ゲート接触にしたがう誤動作が防止されることができる。図１５は第１モードトランジスタＭＸ１に対応する第１領域及び第２モードトランジスタＭＸ２に対応する第２領域が含まれるフォトダイオード内で対角線方向に形成される例を図示している。

【0119】

参考として、各々のトランジスタのソース又はドレーン領域はフォトダイオード又は格納領域と共に基板上に形成され、ゲートは基板に対して第１方向（垂直方向）ＰＣ形成される配線層に形成されることができる。光が入射しマイクロレンズ又はフィルター等が形成される入射層は基板を基準に配線層と対向して形成されることができる。

【0120】

図４で説明されたように、第１モードトランジスタＭＸ１は第１フローティング拡散領域ＦＤ１と電気的に連結されることができる。また、第２モードトランジスタＭＸ２は格納領域ＭＥＭと電気的に連結され、格納領域ＭＥＭは伝送トランジスタＴＸを通じて第２フローティング拡散領域ＦＤ２と電気的に連結されることができる。

【0121】

多数の第１モードトランジスタＭＸ１は順次的にターンオンされ、多数の第２モードトランジスタＭＸ２は共にターンオンされることができる。

【0122】

図１６は一実施形態による図１５の単位ピクセルに対応する回路図である。

【0123】

図１５及び図１６を参照すれば、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は単位ピクセル１１２の外側に沿って延長される配線を通じて４つの第１モードトランジスタＭＸ１と連結され、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は単位ピクセル１１２の中心領域で４つの第２モードトランジスタＭＸ２と連結されることができる。このような構造を通じて、単位ピクセル１１２の面積を減少させることができる。

【0124】

図１７は本発明の実施形態による第１フローティング拡散領域が共有される単位ピクセルのレイアウトを示す図面であり、図１８は図１７の単位ピクセルに対応する回路図である。

【0125】

図１７及び図１８を参照すれば、図１７の単位ピクセル１１２は図１５と同様に、４つのフォトダイオードが２ｘ２構造で具備され、格納領域ＭＥＭはフォトダイオードとの離隔距離の平均が最小となる中心領域に位置し、第１モードトランジスタＭＸ１及び第２モードトランジスタＭＸ２は含まれるフォトダイオード内で互いに最大離隔距離を有する領域に対応して形成されることができる。

【0126】

さらに、図１７の第１フローティング拡散領域ＦＤ１は隣接して位置する第１モードトランジスタＭＸ１によって共有されることができる。例えば、単位ピクセル１１２の第４フォトダイオードＰＤ４はロー方向に隣接する単位ピクセルの第３フォトダイオードＰＤ３、カラム方向に隣接する単位ピクセルの第２フォトダイオードＰＤ２及び対角線方向に隣接する単位ピクセルの第１フォトダイオードＰＤ１の第１モードトランジスタＭＸ１によって第１フローティング拡散領域ＦＤ１が共有されることができる。

【0127】

したがって、図１８のように、第１フローティング拡散領域ＦＤ１を含む第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は隣接して位置する４つ又は２つの単位ピクセル１１２の中心領域に位置することができる。この場合、単位ピクセル１１２の平均面積を低下させることができる。又は、同一面積基準で単位ピクセル１１２は充分な容量の第１フローティング拡散領域ＦＤ１を具備してより解像度が高くイメージセンシング動作を遂行することができる。

【0128】

図１５乃至図１８では本発明の実施形態による単位ピクセルのレイアウトとそれに対応する回路の関係を例示したが、これに限定されることではない。例えば、図１５の単位ピクセルのレイアウトに対応する他の構造の回路が具現されてもよい。

【0129】

図１９はオートフォーカシング（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ）機能を含む本発明の実施形態による単位ピクセルを示す図面である。

【0130】

図４及び図１９を参照すれば、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２は１つのマイクロレンズＭＬＳ及びマイクロレンズＭＬＳを共有する第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４を含むことができる。この時、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１及び第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２の動作を一部調整することによって、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２はオートフォーカシング機能を遂行することができる。

【0131】

例えば、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１モード信号ＭＳ１に応答して多数のフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４の中で一部のフォトダイオードの電荷量を順次的に第１ピクセル信号ＸＰ１に変換して出力することができる。この時、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２で第２モード信号ＭＳ２に応答して多数のフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４の中で残りのフォトダイオードの電荷が格納領域ＭＥＭに共に格納され、これは１つの第２ピクセル信号ＸＰ２に変換されて出力されることができる。

【0132】

図１９の例の場合、第１フォトダイオードＦＤ１乃至第４フォトダイオードＦＤ４に共有される第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１番目のフェーズ（ｐｈａｓｅ）で第１フォトダイオードＦＤ１及び第３フォトダイオードＦＤ３に蓄積される電荷を順次的に処理することができる。次のフェーズで第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２が残りのフォトダイオード、即ち第２フォトダイオードＦＤ２及び第４フォトダイオードＦＤ４に蓄積される電荷を共に処理することができる。

【0133】

同様に、第５フォトダイオードＦＤ５乃至第８フォトダイオードＦＤ８に共有される第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１番目のフェーズに対して第５フォトダイオードＦＤ５及び第７フォトダイオードＦＤ７に蓄積される電荷を順次的に処理し、次のフェーズに対して第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２が残りのフォトダイオード、即ち第６フォトダイオードＦＤ６及び第８フォトダイオードＦＤ８に蓄積される電荷を共に処理することができる。

【0134】

他の例で、第１番目のフェーズに対して対応する第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１によって処理されるフォトダイオードは第１フォトダイオードＦＤ１及び第４フォトダイオードＦＤ４、及び第５フォトダイオードＦＤ５及び第８フォトダイオードＦＤ８であり、次のフェーズに対して対応する第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２によって処理される残りのフォトダイオードは第２フォトダイオードＦＤ２及び第３フォトダイオードＦＤ３、及び第６フォトダイオードＦＤ６及び第７フォトダイオードＦＤ７であり得る。各フェーズで処理された第１ピクセル信号ＸＰ１及び第２ピクセル信号ＸＰ２を比較してオートフォーカシング動作が遂行されることができる。したがって、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２によれば、より正確なイメージセンシングが遂行されることができる。

【0135】

第１ピクセル信号ＸＰ１及び第２ピクセル信号ＸＰ２ではない、一対の第１ピクセル信号ＸＰ１又は一対の第２ピクセル信号ＸＰ２の比較を通じてオートフォーカシングが遂行されてもよい。比較に遂行されるピクセル信号の対の数が制限されない。

【0136】

この時、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は共有される多数のフォトダイオードの中で一部のフォトダイオードの電荷量を第１ピクセル信号ＸＰ１に変換して出力し、残りは処理しないことがあり得る。例えば、第１番目のフェーズに対して対応する第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１フォトダイオードＦＤ１及び第３フォトダイオードＦＤ３に蓄積される電荷を処理し、第２番目のフェーズに対して対応する第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第５フォトダイオードＦＤ５及び第７フォトダイオードＦＤ７に蓄積される電荷を処理することができる。したがって、残りのフォトダイオード、即ち第２フォトダイオードＦＤ２及び第４フォトダイオードＦＤ４、及び第６フォトダイオードＦＤ６及び第８フォトダイオードＦＤ８に対する処理は遂行されなくともよい。

【0137】

第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２も同様である。例えば、第１番目のフェーズに対して対応する第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２が第１フォトダイオードＦＤ１及び第３フォトダイオードＦＤ３に蓄積される電荷を処理し、第２番目のフェーズに対して対応する第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２が第５フォトダイオードＦＤ５及び第７フォトダイオードＦＤ７に蓄積される電荷を処理することができる。したがって、残りのフォトダイオード、即ち第２フォトダイオードＦＤ２及び第４フォトダイオードＦＤ４、及び第６フォトダイオードＦＤ６及び第８フォトダイオードＦＤ８に対する処理は遂行されなくともよい。

【0138】

このように一部のピクセルに対する処理のみを遂行する場合、高速動作が可能である。この時、上記の動作を遂行するピクセル出力回路の選択は撮影条件等に基づくことができる。例えば、暗い撮影環境や被写体の動きが無いか、或いは少ない場合、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１が選択され、動画撮影の場合、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２が選択されることができる。

【0139】

このように、本発明の実施形態による単位ピクセル１１２に対してそのピクセル信号の処理速度を向上させながらも、撮影条件に対して最適化された制御が遂行されることができる。

【0140】

図１９の実施形態を含んで、以上では第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１が各々のフォトダイオードに対して順次的に処理する場合のみが記述されたが、これに限定されることではない。例えば、図１９のオートフォーカシング動作の時、第１ピクセル信号出力回路ＰＯ１は第１番目のフェーズで第１フォトダイオードＦＤ１及び第３フォトダイオードＦＤ３を同時に処理してもよい。このように、各フェーズに対して対応するフォトダイオードが同時に処理されることによって、オートフォーカシングの性能がさらに向上されることができる。

【0141】

図１９の実施形態を除く、以上では第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２が共有されるすべてのフォトダイオードに対して同時に処理する場合のみが記述されたが、これに限定されることではない。第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２はオートフォーカシング以外の動作でも、必要によって共有されるフォトダイオードＰＤの中で一部のみを処理することができる。例えば、動画撮影に対して要求される解像度が第１基準以下である場合、第２ピクセル信号出力回路ＰＯ２は共有されるフォトダイオードの電荷の中で一部のみを処理して信号処理に対するロードを減らすことができる。

【0142】

図２０は本発明の実施形態によるイメージ処理装置を示す図面である。

【0143】

図２０を参照すれば、本発明の実施形態によるイメージ処理装置１０００はイメージセンサー１００及びイメージプロセッサ２００を含むことができる。イメージセンサー１００は図１乃至図１９の中で１つの構造で具備されるか、或いは１つの方式で動作することができる。イメージプロセッサ２００はイメージセンサー１００から第１ピクセル信号ＸＰ１又は第２ピクセル信号ＸＰ２に対応するデジタルピクセル信号Ｘｄｉｇを受信し、これを信号処理してイメージデータＩＤＴＡに出力することができる。したがって、本発明の実施形態によるイメージ処理装置１０００は要求される高性能動作を満足させながらも、小型化又は低電力化を実現することができる。

【0144】

以上で本発明の代表的な実施形態を詳細に説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は上述した実施形態に対して本発明の範疇で逸脱しない限度内で様々な変形が可能であることは理解されるべきである。

【0145】

したがって、本発明の権利範囲は説明された実施形態に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲のみならずこの特許請求の範囲と均等なことによって定められなければならない。

【符号の説明】

【0146】

１００ イメージセンサー
１１２ 単位ピクセル
ＰＤ フォトダイオード
ＦＤ１ 第１フローティング拡散領域
ＦＤ２ 第２フローティング拡散領域
ＭＸ１ 第１モードトランジスタ
ＭＸ２ 第２モードトランジスタ
ＰＯ１ 第１ピクセル信号出力回路
ＰＯ２ 第２ピクセル信号出力回路
ＭＥＭ 格納領域
ＸＰ１ 第１ピクセル信号
ＸＰ２ 第２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】

【図18】

【図19】

【図20】