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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】P2024085403
(43)【公開日】2024-06-26
(54)【発明の名称】ハイダイナミックレンジを有するイメージセンサー
(51)【国際特許分類】
H04N 25/70 20230101AFI20240619BHJP
H04N 25/57 20230101ALI20240619BHJP
H04N 25/59 20230101ALI20240619BHJP
H04N 25/771 20230101ALI20240619BHJP
【ＦＩ】
H04N25/70
H04N25/57
H04N25/59
H04N25/771
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023209957
(22)【出願日】2023-12-13
(31)【優先権主張番号】10-2022-0175225
(32)【優先日】2022-12-14
(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】沈 喜成
(72)【発明者】
【氏名】李 宰圭
(72)【発明者】
【氏名】金 昇埴
(72)【発明者】
【氏名】白 寅圭
【テーマコード（参考）】
5C024
【Ｆターム（参考）】
5C024CX06
5C024CX43
5C024EX52
5C024GX03
5C024GX16
5C024GX18
5C024GY31
5C024GY39
5C024HX17
5C024HX23
5C024HX35
5C024HX50
(57)【要約】
【課題】ハイダイナミックレンジを有するイメージセンサーを提供する。
【解決手段】本発明はイメージセンサーに関するものである。本発明の実施形態によるイメージセンサーはグローバルシャッターモードで動作することができ、各ピクセル回路はＨＤＲを有するようにＨＣＧモード及びＬＣＧモードをサポートすることができる。したがって、本発明によるイメージセンサーはハイダイナミックレンジＨＤＲを有することができ、高画質のイメージを生成することができる。
【選択図】図３
【解決手段】本発明はイメージセンサーに関するものである。本発明の実施形態によるイメージセンサーはグローバルシャッターモードで動作することができ、各ピクセル回路はＨＤＲを有するようにＨＣＧモード及びＬＣＧモードをサポートすることができる。したがって、本発明によるイメージセンサーはハイダイナミックレンジＨＤＲを有することができ、高画質のイメージを生成することができる。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のローと複数のカラムに配置された複数のピクセルを含むイメージセンサーにおいて、
前記複数のピクセルの各々は、
入射される光に反応して電荷を生成するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで生成された電荷を格納する第１フローティング拡散ノードと、
前記第１フローティング拡散ノードに選択的に連結され、前記フォトダイオードで生成された電荷を格納する第２フローティング拡散ノードと、
出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に遮断された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第１リセット電圧レベルに対応する電荷を格納する第１キャパシタと、
前記出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に遮断された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第１信号電圧レベルに対応する電荷を格納する第２キャパシタと、
前記出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第２リセット電圧レベルに対応する電荷を格納する第３キャパシタと、
前記出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第２信号電圧レベルに対応する電荷を格納する第４キャパシタと、
前記第２フローティング拡散ノードに連結され、前記第１フローティング拡散ノード及び前記出力ノードをリセットさせるリセットトランジスタと、を含む、イメージセンサー。
前記複数のピクセルの各々は、
入射される光に反応して電荷を生成するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで生成された電荷を格納する第１フローティング拡散ノードと、
前記第１フローティング拡散ノードに選択的に連結され、前記フォトダイオードで生成された電荷を格納する第２フローティング拡散ノードと、
出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に遮断された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第１リセット電圧レベルに対応する電荷を格納する第１キャパシタと、
前記出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に遮断された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第１信号電圧レベルに対応する電荷を格納する第２キャパシタと、
前記出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第２リセット電圧レベルに対応する電荷を格納する第３キャパシタと、
前記出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第２信号電圧レベルに対応する電荷を格納する第４キャパシタと、
前記第２フローティング拡散ノードに連結され、前記第１フローティング拡散ノード及び前記出力ノードをリセットさせるリセットトランジスタと、を含む、イメージセンサー。
【請求項2】
前記第１フローティング拡散ノードの電圧レベルを増幅して出力するソースフォロワーと、
前記ソースフォロワー及び前記出力ノードの間に連結されたプリチャージ選択トランジスタと、をさらに含み、
前記出力ノードのリセットの時に、前記リセットトランジスタ及び前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされる、請求項１に記載のイメージセンサー。
前記ソースフォロワー及び前記出力ノードの間に連結されたプリチャージ選択トランジスタと、をさらに含み、
前記出力ノードのリセットの時に、前記リセットトランジスタ及び前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされる、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項3】
前記第２フローティング拡散ノード及び前記第１フローティング拡散ノードの間に連結されたデュアルコンバージョンゲイントランジスタをさらに含み、
前記出力ノードのリセットの時に、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタは、ターンオンされる、請求項２に記載のイメージセンサー。
前記出力ノードのリセットの時に、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタは、ターンオンされる、請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項4】
前記ソースフォロワーとプリチャージ電圧端子との間に配置され、前記ソースフォロワーに直列連結されたプリチャージトランジスタ及び追加的なプリチャージ選択トランジスタをさらに含み、
前記出力ノードのリセットの時に、前記プリチャージトランジスタ及び前記追加的なプリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされる、請求項２に記載のイメージセンサー。
前記出力ノードのリセットの時に、前記プリチャージトランジスタ及び前記追加的なプリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされる、請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項5】
前記第１フローティング拡散ノードの電圧レベルを増幅して出力するソースフォロワーと、
前記ソースフォロワー及び前記出力ノードの間に連結されたプリチャージ選択トランジスタと、をさらに含み、
前記出力ノードのプリチャージの間に、前記リセットトランジスタは、ターンオフされ、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされる、請求項１に記載のイメージセンサー。
前記ソースフォロワー及び前記出力ノードの間に連結されたプリチャージ選択トランジスタと、をさらに含み、
前記出力ノードのプリチャージの間に、前記リセットトランジスタは、ターンオフされ、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされる、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項6】
前記ソースフォロワーとプリチャージ電圧端子との間に配置され、前記ソースフォロワーに直列連結されたプリチャージトランジスタ及び追加的なプリチャージ選択トランジスタをさらに含み、
前記出力ノードのプリチャージの間に、前記プリチャージトランジスタ及び前記追加的なプリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされる、請求項５に記載のイメージセンサー。
前記出力ノードのプリチャージの間に、前記プリチャージトランジスタ及び前記追加的なプリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされる、請求項５に記載のイメージセンサー。
【請求項7】
前記第１キャパシタの容量は、前記第３キャパシタの容量より大きく、前記第２キャパシタの容量は、前記第４キャパシタの容量より大きい、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項8】
前記第２フローティング拡散ノードに選択的に連結され、前記フォトダイオードで生成された電荷を格納するＵＬＣＧキャパシタと、
前記第２フローティング拡散ノードと前記ＵＬＣＧキャパシタとの間に配置され、前記ＵＬＣＧキャパシタを前記第２フローティング拡散ノードに選択的に連結するトリプルコンバージョンゲイントランジスタと、
前記出力ノードに選択的に連結され、前記ＵＬＣＧキャパシタが前記第１フローティング拡散ノード及び前記第２フローティング拡散ノードに電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第３リセット電圧レベルに対応する電荷を格納する第５キャパシタと、
前記出力ノードに選択的に連結され、前記ＵＬＣＧキャパシタが前記第１フローティング拡散ノード及び前記第２フローティング拡散ノードに電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第３信号電圧レベルに対応する電荷を格納する第６キャパシタと、を含む、請求項１に記載のイメージセンサー。
前記第２フローティング拡散ノードと前記ＵＬＣＧキャパシタとの間に配置され、前記ＵＬＣＧキャパシタを前記第２フローティング拡散ノードに選択的に連結するトリプルコンバージョンゲイントランジスタと、
前記出力ノードに選択的に連結され、前記ＵＬＣＧキャパシタが前記第１フローティング拡散ノード及び前記第２フローティング拡散ノードに電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第３リセット電圧レベルに対応する電荷を格納する第５キャパシタと、
前記出力ノードに選択的に連結され、前記ＵＬＣＧキャパシタが前記第１フローティング拡散ノード及び前記第２フローティング拡散ノードに電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第３信号電圧レベルに対応する電荷を格納する第６キャパシタと、を含む、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項9】
前記第３キャパシタの容量は、前記第５キャパシタの容量より大きく、前記第４キャパシタの容量は、前記第６キャパシタの容量より大きい、請求項８に記載のイメージセンサー。
【請求項10】
複数のピクセルが配列されたピクセルアレイを含むイメージセンサーにおいて、
前記複数のピクセルの各々は、
入射される光に反応して電荷を生成するフォトダイオードと、
第１フローティング拡散ノードに対応し、前記フォトダイオードで生成された電荷を蓄積するＨＣＧキャパシタと、
前記第１フローティング拡散ノードと離隔された第２フローティング拡散ノードに対応し、前記フォトダイオードで生成された電荷を蓄積するＬＣＧキャパシタと、
前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードを互いに電気的に連結させるか、或いは遮断させるデュアルコンバージョンゲイントランジスタと、
前記第１フローティング拡散ノードの電圧レベルを増幅して第１出力ノードに出力するソースフォロワーと、
前記第１出力ノードと離隔された第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオフされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードのリセットレベルに対応する電荷を格納する第１リセットキャパシタと、
前記第１リセットキャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第１リセットキャパシタに電荷をサンプリングする第１サンプリングトランジスタと、
前記第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオフされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードの信号レベルに対応する電荷を格納する第１信号キャパシタと、
前記第１信号キャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第１信号キャパシタに電荷をサンプリングする第２サンプリングトランジスタと、
前記第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオンされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードのリセットレベルに対応する電荷を格納する第２リセットキャパシタと、
前記第２リセットキャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第２リセットキャパシタに電荷をサンプリングする第３サンプリングトランジスタと、
前記第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオンされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードの信号レベルに対応する電荷を格納する第２信号キャパシタと、
前記第２信号キャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第２信号キャパシタに電荷をサンプリングする第４サンプリングトランジスタと、
前記第１出力ノードと前記第２出力ノードを互いに電気的に連結させるか、或いは遮断させるプリチャージ選択トランジスタと、を含む、イメージセンサー。
前記複数のピクセルの各々は、
入射される光に反応して電荷を生成するフォトダイオードと、
第１フローティング拡散ノードに対応し、前記フォトダイオードで生成された電荷を蓄積するＨＣＧキャパシタと、
前記第１フローティング拡散ノードと離隔された第２フローティング拡散ノードに対応し、前記フォトダイオードで生成された電荷を蓄積するＬＣＧキャパシタと、
前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードを互いに電気的に連結させるか、或いは遮断させるデュアルコンバージョンゲイントランジスタと、
前記第１フローティング拡散ノードの電圧レベルを増幅して第１出力ノードに出力するソースフォロワーと、
前記第１出力ノードと離隔された第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオフされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードのリセットレベルに対応する電荷を格納する第１リセットキャパシタと、
前記第１リセットキャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第１リセットキャパシタに電荷をサンプリングする第１サンプリングトランジスタと、
前記第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオフされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードの信号レベルに対応する電荷を格納する第１信号キャパシタと、
前記第１信号キャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第１信号キャパシタに電荷をサンプリングする第２サンプリングトランジスタと、
前記第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオンされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードのリセットレベルに対応する電荷を格納する第２リセットキャパシタと、
前記第２リセットキャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第２リセットキャパシタに電荷をサンプリングする第３サンプリングトランジスタと、
前記第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオンされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードの信号レベルに対応する電荷を格納する第２信号キャパシタと、
前記第２信号キャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第２信号キャパシタに電荷をサンプリングする第４サンプリングトランジスタと、
前記第１出力ノードと前記第２出力ノードを互いに電気的に連結させるか、或いは遮断させるプリチャージ選択トランジスタと、を含む、イメージセンサー。
【請求項11】
前記第２フローティング拡散ノードとピクセル電圧端子との間に連結され、前記第１フローティング拡散ノード及び前記第２出力ノードをリセットさせるリセットトランジスタをさらに含む、請求項１０に記載のイメージセンサー。
【請求項12】
グローバル信号ダンピング区間の中でリセット時間の間に、前記リセットトランジスタ及び前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタは、ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
【請求項13】
グローバル信号ダンピング区間の中で第２リセットセトリング時間の間に、前記リセットトランジスタと前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがそれぞれターンオフ及びターンオンされた状態で前記第３サンプリングトランジスタは、ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
【請求項14】
グローバル信号ダンピング区間の中で第１リセットセトリング時間の間に、前記リセットトランジスタと前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタが各々ターンオフされた状態で前記第１サンプリングトランジスタは、ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
【請求項15】
グローバル信号ダンピング区間の中で第１信号セトリング時間の間に、前記リセットトランジスタと前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタが各々ターンオフされた状態で前記第２サンプリングトランジスタは、ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
【請求項16】
グローバル信号ダンピング区間の中で第２信号セトリング時間の間に、前記リセットトランジスタと前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがそれぞれターンオフ及びターンオンされた状態で前記第４サンプリングトランジスタは、ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
【請求項17】
読出し区間の中で第１プリチャージ時間の間に、前記リセットトランジスタと前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタが各々ターンオンされた状態で前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
【請求項18】
読出し区間の中で第１リセット読出し時間の間に、前記リセットトランジスタ又は前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタの中で少なくとも１つは、ターンオフ状態であり、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオフされた状態で、前記第１サンプリングトランジスタは、ターンオンされ、
前記読出し区間の中で第２リセット読出し時間の間に、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオフされた状態で、前記第３サンプリングトランジスタは、ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
前記読出し区間の中で第２リセット読出し時間の間に、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオフされた状態で、前記第３サンプリングトランジスタは、ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
【請求項19】
前記第１出力ノードに連結されたプリチャージトランジスタをさらに含み、
読出し区間の中で第２プリチャージ時間の間に、前記リセットトランジスタ又は前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタの中で少なくとも１つは、ターンオフされた状態で、前記プリチャージ選択トランジスタ及び前記プリチャージトランジスタは、各々ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
読出し区間の中で第２プリチャージ時間の間に、前記リセットトランジスタ又は前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタの中で少なくとも１つは、ターンオフされた状態で、前記プリチャージ選択トランジスタ及び前記プリチャージトランジスタは、各々ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
【請求項20】
読出し区間の中で第１信号読出し時間の間に、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオフされた状態で、前記第２サンプリングトランジスタは、ターンオンされ、
前記読出し区間の中で第２信号読出し時間の間に、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオフされた状態で、前記第４サンプリングトランジスタは、ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
前記読出し区間の中で第２信号読出し時間の間に、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオフされた状態で、前記第４サンプリングトランジスタは、ターンオンされる、請求項１１に記載のイメージセンサー。
【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に関するものである。
【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する素子である。最近になって、コンピュータ産業と通信産業の発達につれてデジタルカメラ、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、ロボット等の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している。一方、イメージセンサーが狭いダイナミックレンジ（ｎａｒｒｏｗ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）を有する場合、イメージセンサーによって獲得した映像のイメージが歪曲されるか、或いは被写体の実際カラーが正確に表現できない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許１１，０９４，７２６ Ｂ２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的はハイダイナミックレンジ（Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ、以下、‘ＨＤＲ’）を有するイメージセンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一実施形態による複数のローと複数のカラムに配置された複数のピクセルを含むイメージセンサーは、前記複数のピクセルの各々が、入射される光に反応して電荷を生成するフォトダイオード、前記フォトダイオードで生成された電荷を格納する第１フローティング拡散ノード、前記第１フローティング拡散ノードに選択的に連結され、前記フォトダイオードで生成された電荷を格納する第２フローティング拡散ノード、出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に遮断された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第１リセット電圧レベルに対応する電荷を格納する第１キャパシタ、前記出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に遮断された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第１信号電圧レベルに対応する電荷を格納する第２キャパシタ、前記出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第２リセット電圧レベルに対応する電荷を格納する第３キャパシタ、前記出力ノードに選択的に連結され、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードが電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第２信号電圧レベルに対応する電荷を格納する第４キャパシタ、及び前記第２フローティング拡散ノードに連結され、前記第１フローティング拡散ノード及び前記出力ノードをリセットさせるリセットトランジスタを含むことができる。
【0006】
本発明の一実施形態において、前記第１フローティング拡散ノードの電圧レベルを増幅して出力するソースフォロワー、及び前記ソースフォロワー及び前記出力ノードの間に連結されたプリチャージ選択トランジスタをさらに含み、前記出力ノードのリセットの時に、前記リセットトランジスタ及び前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされることができる。
【0007】
本発明の一実施形態において、前記第２フローティング拡散ノード及び前記第１フローティング拡散ノードの間に連結されたデュアルコンバージョンゲイントランジスタをさらに含み、前記出力ノードのリセットの時に、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタは、ターンオンされることができる。
【0008】
本発明の一実施形態において、前記ソースフォロワーとプリチャージ電圧端子との間に配置され、前記ソースフォロワーに直列連結されたプリチャージトランジスタ及び追加的なプリチャージ選択トランジスタをさらに含み、前記出力ノードのリセットの時に、前記プリチャージトランジスタ及び前記追加的なプリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされることができる。
【0009】
本発明の一実施形態において、前記第１フローティング拡散ノードの電圧レベルを増幅して出力するソースフォロワー、及び前記ソースフォロワー及び前記出力ノード間に連結されたプリチャージ選択トランジスタをさらに含み、前記出力ノードのプリチャージの間に、前記リセットトランジスタは、ターンオフされ、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされることができる。
【0010】
本発明の一実施形態において、前記ソースフォロワーとプリチャージ電圧端子との間に配置され、前記ソースフォロワーに直列連結されたプリチャージトランジスタ及び追加的なプリチャージ選択トランジスタをさらに含み、前記出力ノードのプリチャージの間に、前記プリチャージトランジスタ及び前記追加的なプリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされることができる。
【0011】
本発明の一実施形態において、前記第１キャパシタの容量は、前記第３キャパシタの容量より大きく、前記第２キャパシタの容量は、前記第４キャパシタの容量より大きいことができる。
【0012】
本発明の一実施形態において、前記第２フローティング拡散ノードに選択的に連結され、前記フォトダイオードで生成された電荷を格納するＵＬＣＧキャパシタ、前記第２フローティング拡散ノードと前記ＵＬＣＧキャパシタとの間に配置され、前記ＵＬＣＧキャパシタを前記第２フローティング拡散ノードに選択的に連結するトリプルコンバージョンゲイントランジスタ、前記出力ノードに選択的に連結され、前記ＵＬＣＧキャパシタが前記第１フローティング拡散ノード及び前記第２フローティング拡散ノードに電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第３リセット電圧レベルに対応する電荷を格納する第５キャパシタ、及び前記出力ノードに選択的に連結され、前記ＵＬＣＧキャパシタが前記第１フローティング拡散ノード及び前記第２フローティング拡散ノードに電気的に連結された状態での前記第１フローティング拡散ノードの第３信号電圧レベルに対応する電荷を格納する第６キャパシタと、を含むことができる。
【0013】
本発明の一実施形態において、前記第３キャパシタの容量は、前記第５キャパシタの容量より大きく、前記第４キャパシタの容量は、前記第６キャパシタの容量より大きいことができる。
【0014】
本発明の一実施形態による複数のピクセルが配列されたピクセルアレイを含むイメージセンサーは、前記複数のピクセルの各々が、入射される光に反応して電荷を生成するフォトダイオード、第１フローティング拡散ノードに対応し、前記フォトダイオードで生成された電荷を蓄積するＨＣＧキャパシタ、前記第１フローティング拡散ノードと離隔された第２フローティング拡散ノードに対応し、前記フォトダイオードで生成された電荷を蓄積するＬＣＧキャパシタ、前記第１フローティング拡散ノードと前記第２フローティング拡散ノードを互いに電気的に連結させるか、或いは遮断させるデュアルコンバージョンゲイントランジスタ、前記第１フローティング拡散ノードの電圧レベルを増幅して第１出力ノードに出力するソースフォロワー、前記第１出力ノードと離隔された第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオフされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードのリセットレベルに対応する電荷を格納する第１リセットキャパシタ、前記第１キャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第１リセットキャパシタに電荷をサンプリングする第１サンプリングトランジスタ、前記第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオフされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードの信号レベルに対応する電荷を格納する第１信号キャパシタ、前記第１信号キャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第１信号キャパシタに電荷をサンプリングする第２サンプリングトランジスタ、前記第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオンされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードのリセットレベルに対応する電荷を格納する第２リセットキャパシタ、前記第２リセットキャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第２リセットキャパシタに電荷をサンプリングする第３サンプリングトランジスタ、前記第２出力ノードに対応し、前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタがターンオンされた状態で、前記第１フローティング拡散ノードの信号レベルに対応する電荷を格納する第２信号キャパシタ、前記第２信号キャパシタと前記第２出力ノードとの間に連結され、前記第２信号キャパシタに電荷をサンプリングする第４サンプリングトランジスタ、及び前記第１出力ノードと前記第２出力ノードを互いに電気的に連結させるか、或いは遮断させるプリチャージ選択トランジスタ、を含むことができる。
【0015】
本発明の一実施形態において、前記第２フローティング拡散ノードとピクセル電圧端子との間に連結され、前記第１フローティング拡散ノード及び前記第２出力ノードをリセットさせるリセットトランジスタをさらに含むことができる。
【0016】
本発明の一実施形態において、グローバル信号ダンピング区間の中でリセット時間の間に、前記リセットトランジスタ及び前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタは、ターンオンされることができる。
【0017】
本発明の一実施形態において、グローバル信号ダンピング区間の中で第２リセットセトリング時間の間に、前記リセットトランジスタと前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタが各々ターンオン及びターンオフされた状態で前記第３サンプリングトランジスタは、ターンオンされることができる。
【0018】
本発明の一実施形態において、グローバル信号ダンピング区間の中で第１リセットセトリング時間の間に、前記リセットトランジスタと前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタが各々ターンオフされた状態で前記第１サンプリングトランジスタは、ターンオンされることができる。
【0019】
本発明の一実施形態において、グローバル信号ダンピング区間の中で第１信号セトリング時間の間に、前記リセットトランジスタと前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタが各々ターンオフされた状態で前記第２サンプリングトランジスタは、ターンオンされることができる。
【0020】
本発明の一実施形態において、グローバル信号ダンピング区間の中で第２信号セトリング時間の間に、前記リセットトランジスタと前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタが各々ターンオフ及びターンオンされた状態で前記第４サンプリングトランジスタは、ターンオンされることができる。
【0021】
本発明の一実施形態において、読出し区間の中で第１プリチャージ時間の間に、前記リセットトランジスタと前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタが各々ターンオンされた状態で前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオンされることができる。
【0022】
本発明の一実施形態において、読出し区間の中で第１リセット読出し時間の間に、前記リセットトランジスタ又は前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタの中で少なくとも１つは、ターンオフ状態であり、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオフされた状態で、前記第１サンプリングトランジスタは、ターンオンされ、前記読出し区間の中で第２リセット読出し時間の間に、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオフされた状態で、前記第３サンプリングトランジスタは、ターンオンされることができる。
【0023】
本発明の一実施形態において、前記第１出力ノードに連結されたプリチャージトランジスタをさらに含み、読出し区間の中で第２プリチャージ時間の間に、前記リセットトランジスタ又は前記デュアルコンバージョンゲイントランジスタの中で少なくとも１つは、ターンオフされた状態で、前記プリチャージ選択トランジスタ及び前記プリチャージトランジスタは、各々ターンオンされることができる。
【0024】
本発明の一実施形態において、読出し区間の中で第１信号読出し時間の間に、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオフされた状態で、前記第２サンプリングトランジスタは、ターンオンされ、前記読出し区間の中で第２信号読出し時間の間に、前記プリチャージ選択トランジスタは、ターンオフされた状態で、前記第３サンプリングトランジスタは、ターンオンされることができる。
【発明の効果】
【0025】
本発明によるイメージセンサーはハイダイナミックレンジＨＤＲを有することができる。したがって、高画質のイメージが生成されることができる。
【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１００を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態によるイメージセンサー１００のグローバルシャッターモードの動作を説明するための図面である。
【図4A】グローバル信号ダンピング区間ＧＳＤＰでピクセルＰＸに提供される制御信号の一例を示すタイミング図である。
【図4B】読出し区間ＲＯＰでピクセルＰＸに提供される制御信号の一例を示すタイミング図である。
【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、本発明の実施形態が明確且つ詳細に記載される。
【0028】
図１は本発明の実施形態によるイメージセンサー１００を示すブロック図である。
【0029】
本発明の実施形態によるイメージセンサー１００はグローバルシャッターモード（ｇｌｏｂａｌ ｓｈｕｔｔｅｒ ｍｏｄｅ）に駆動することができる。特に、本発明の実施形態によるイメージセンサー１００はグローバルシャッターモードのグローバル信号ダンプ区間（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｄｕｍｐ Ｐｅｒｉｏｄ、以下、‘ＧＳＤＰ’）でＨＣＧ（Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｇａｉｎ、以下、‘ＨＣＧ’）モード及びＬＣＧ（Ｌｏｗ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｇａｉｎ、以下、‘ＬＣＧ’）モードで動作し、ＨＣＧモードでの情報を第１リセットキャパシタ及び第１信号キャパシタにサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）及びホールド（ｈｏｌｄ）し、ＬＣＧモードでの情報を第２リセットキャパシタ及び第２信号キャパシタにサンプリング及びホールドすることができる。したがって、本発明の実施形態によるイメージセンサー１００はハイダイナミックレンジＨＤＲを有することができ、高画質のイメージを生成することができる。
【0030】
図１を参照すれば、イメージセンサー１００はピクセルアレイ１１０、ロードライバー１２０、読出し回路１３０、及びタイミングコントローラ１４０を含むことができる。
【0031】
ピクセルアレイ１１０は複数のピクセルＰＸを含むことができる。複数のピクセルＰＸの各々は光電変換素子を含むことができる。例えば、光電変換素子はフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲート、又はピンドフォトダイオード（ｐｉｎｎｅｄ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）等を含むことができる。光電変換素子によって感知された光が電気信号に変換されることによって、被写体に対応するピクセル信号が生成されることができる。複数のピクセルＰＸの各々は複数のカラムラインＣＬｓの中で対応するカラムラインを通じてピクセル信号を読出し回路１３０に出力することができる。
【0032】
ピクセルアレイ１１０で複数のピクセルＰＸは複数のロー及び複数のカラムに配置されるマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）形状に配列されることができる。複数のピクセルＰＸはＡＰＳ（ａｃｔｉｖｅ ｐｉｘｅｌ ｓｅｎｓｏｒ）であり得る。
【0033】
一実施形態において、複数のピクセルＰＸの各々はレッド（ｒｅｄ）波長領域の光を通過させるレッドフィルター、グリーン（ｇｒｅｅｎ）波長領域の光を通過させるグリーンフィルター、及びブルー（ｂｌｕｅ）波長領域の光を通過させるブルーフィルターの中で１つを含むことができる。しかし、本発明はこれに限定されず、複数のピクセルＰＸの各々は様々な色に対応する波長領域の光を通過させるカラーフィルターを含むか、又は透明フィルターを含んでもよい。例えば、複数のピクセルＰＸの各々はホワイト（ｗｈｉｔｅ）カラーフィルター、シアン（ｃｙａｎ）カラーフィルター、マゼンタ（ｍａｇｅｎｔａ）カラーフィルター、及びイエロー（ｙｅｌｌｏｗ）カラーフィルターの中で１つを含むことができる。
【0034】
本発明の一実施形態において、各ピクセルＰＸは光電変換素子で生成された電荷を蓄積するＨＣＧキャパシタ及びＬＣＧキャパシタを含むことができる。光の強さが弱い環境で、光電変換素子で生成された電荷を効果的に蓄積するように、ＨＣＧキャパシタは相対的に小さい容量を有することができる。光の強さが強い環境で、光電変換素子で生成された電荷を効果的に蓄積するように、ＬＣＧキャパシタは相対的に大きい容量を有することができる。例えば、ＨＣＧキャパシタ及びＬＣＧキャパシタは各々フローティング拡散ノード（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｎｏｄｅ、以下、‘ＦＤ’）に対応することができる。
【0035】
本発明の一実施形態において、各ピクセルＰＸはＨＣＧキャパシタに蓄積された電荷に対応する情報をサンプリング及びホールドする第１リセットキャパシタ及び第１信号キャパシタを含むことができる。また、各ピクセルＰＸはＬＣＧキャパシタに蓄積された電荷に対応する情報をサンプリング及びホールドする第２リセットキャパシタ及び第２信号キャパシタを含むことができる。例えば、第１リセットキャパシタ及び第１信号キャパシタ、そして第２リセットキャパシタ及び第２信号キャパシタは出力ノード（ｏｕｔｐｕｔ ｎｏｄｅ、以下、‘ＮＯ’）に対応することができる。
【0036】
本発明の実施形態によるイメージセンサー１００は１つのグローバル信号ダンプ区間ＧＳＤＰの間に各ピクセルＰＸがＨＣＧモード及びＬＣＧモードで動作するデュアルコンバージョンゲイン（以下、‘ＤＣＧ’）モードをサポートすることができる。
【0037】
例えば、グローバル信号ダンプ区間ＧＳＤＰでのＨＣＧモードで、フローティング拡散ノードＦＤ側のＨＣＧキャパシタに対応するリセットレベルの情報及び信号レベルの情報は各々出力ノードＮＯ側の第１リセットキャパシタ及び第１信号キャパシタにサンプリング及びホールドされることができる。また、グローバル信号ダンプ区間ＧＳＤＰでのＬＣＧモードで、フローティング拡散ノードＦＤ側のＬＣＧキャパシタに対応するリセットレベルの情報及び信号レベルの情報は各々出力ノードＮＯ側の第２リセットキャパシタ及び第２信号キャパシタにサンプリング及びホールドされることができる。
【0038】
その後、読出し区間（Ｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｐｅｒｉｏｄ、以下、‘ＲＯＰ’）の間に、出力ノードＮＯ側の第１リセットキャパシタ及び第１信号キャパシタにホールドされた情報は各々ＨＣＧリセット信号及びＨＣＧイメージ信号に出力されることができる。また、出力ノードＮＯ側の第２リセットキャパシタ及び第２信号キャパシタにホールドされた情報は各々ＬＣＧリセット信号及びＬＣＧイメージ信号に出力されることができる。
【0039】
このように、１つのグローバル信号ダンプ区間ＧＳＤＰの間に、ＨＣＧモード及びＬＣＧモードで動作するデュアルコンバージョンゲインＤＣＧモードをサポートすることによって、本発明の実施形態によるイメージセンサー１００はハイダイナミックレンジＨＤＲを有することができる。
【0040】
続いて、図１を参照すれば、ロードライバー１２０はタイミングコントローラ１４０の制御に応じてピクセルアレイ１１０を制御するための制御信号を生成し、複数のピクセルＰＸの各々に制御信号を提供することができる。例えば、ロードライバー１２０はグローバルシャッターモードで動作するために、複数のピクセルＰＸの各々に制御信号の活性化及び非活性化タイミングを決定することができる。例えば、ロードライバー１２０はピクセルアレイ１１０がロー（ｒｏｗ）毎に制御されるように制御信号を定められた順番に従って活性化させることができる。その後、選択されたローのピクセルＰＩＸの各々から生成されたリセット信号及びイメージ信号等が読出し回路１３０に伝達されることができる。
【0041】
読出し回路１３０はピクセルアレイ１１０からリセット信号及びイメージ信号を受信することができる。例えば、イメージセンサー１００がＤＣＧモードで動作する場合、読出し回路１３０はピクセルアレイ１１０からＨＣＧリセット信号及びＨＣＧイメージ信号を受信し、これを利用してＨＣＧモードでのイメージデータＩＤを出力することができ、ピクセルアレイ１１０からＬＣＧリセット信号及びＬＣＧイメージ信号を受信し、これを利用してＬＣＧモードでのイメージデータＩＤを出力することができる。読出し回路１３０は相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路１３１、アナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１３２、及びバッファ１３３を含むことができる。
【0042】
相関二重サンプリング回路１３１はピクセルアレイ１１０で提供したピクセル信号をサンプリング及びホールドすることができる。例えば、イメージセンサー１００がＤＣＧモードで動作する場合、相関二重サンプリング回路１３１はＨＣＧリセット信号とＨＣＧイメージ信号を二重にサンプリングした後に、その差に該当するレベルを出力し、ＬＣＧリセット信号とＬＣＧイメージ信号を二重にサンプリングした後に、その差に該当するレベルを出力することができる。
【0043】
アナログ－デジタルコンバータ１３２は相関二重サンプリング回路１３１から受信されるレベルに対応するアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。
【0044】
バッファ１３３はデジタル信号をラッチ（ｌａｔｃｈ）することができ、ラッチされたイメージデータＩＤを順次的に出力することができる。
【0045】
タイミングコントローラ１４０はピクセルアレイ１１０、ロードライバー１２０、読出し回路１３０等を制御することができる。タイミングコントローラ１４０はピクセルアレイ１１０、ロードライバー１２０、読出し回路１３０等の動作のためにクロック信号（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１４０はロジック制御回路（ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ）、位相ロックループ（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋ ｌｏｏｐ：ＰＬＬ）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。
【0046】
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、イメージセンサー１００はグローバルシャッターモードのグローバル信号ダンプ区間ＧＳＤＰで、ＤＣＧモードで動作することができ、ＨＣＧモードでの情報を第１リセットキャパシタ及び第１信号キャパシタにサンプリング及びホールドし、ＬＣＧモードでの情報を第２リセットキャパシタ及び第２信号キャパシタにサンプリング及びホールドすることができる。したがって、ハイダイナミックレンジＨＤＲの具現が可能であり、高画質のイメージが生成されることができる。
【0047】
図２は本発明の一実施形態によるイメージセンサー１００のグローバルシャッターモードの動作を説明するための図面である。
【0048】
図１及び図２を参照すれば、イメージセンサー１００はグローバルシャッターモードで駆動することができる。イメージセンサー１００はグローバルシャッターモードで、グローバル信号ダンピング区間ＧＳＤＰの間に遂行されるグローバル信号ダンピング動作及び読出し区間ＲＯＰの間に遂行される読出し動作を遂行することができる。グローバル信号ダンピング動作は、フローティング拡散ノードに蓄積された電荷をリセットするリセット動作及び光電変換素子で生成された光電荷を蓄積する蓄積動作を含むことができる。
【0049】
グローバル信号ダンピング区間ＧＳＤＰで、イメージセンサー１００は互いに異なるロー、例えば第１乃至第ｉローＲ１～Ｒｉに対してリセット動作が遂行される時間であるリセット時間（ｒｅｓｅｔ ｔｉｍｅ）及び蓄積動作が遂行される電荷蓄積時間（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）が同一であるように制御することができる。蓄積時間は複数のピクセルＰＸの各々に含まれた光電変換素子、例えばフォトダイオードで生成された光電荷を実質的に蓄積する時間を意味することができる。
【0050】
読出し区間ＲＯＰで、ロー毎に読出し動作が順次的に遂行されるローリング（ｒｏｌｌｉｎｇ）読出し動作が遂行されることができる。例えば、読出し区間ＲＯＰの間に、イメージセンサー１００は順次的に第１ローＲ１から第ｉローＲｉまで読出し動作を遂行するように制御することができる。読出し時間は、例えば複数のピクセルＰＸの各々で生成された光電荷に対応するピクセル信号が複数のピクセルＰＸの各々から出力される時間を意味することができる。
【0051】
本発明の一実施形態において、イメージセンサー１００はグローバルシャッターモードで動作することができる。特に、本発明の実施形態によるイメージセンサー１００はグローバル信号ダンプ区間ＧＳＤＰでＨＣＧモード及びＬＣＧモードで動作することができる。したがって、ハイダイナミックレンジＨＤＲの具現が可能であり、高画質のイメージが生成されることができる。
【0052】
【0053】
図３を参照すれば、ピクセルＰＸはフォトダイオードＰＤ、フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２に対応する複数のトランジスタＴＸ、ＲＸ、ＤＣＧＸ、出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に対応する複数のトランジスタＰＣＸ、ＰＳＣ１、ＰＳＸ２、ＳＭＰ１、ＳＭＰ２、ＳＭＰ３、ＳＭＰ４、ＳＦ２、ＳＸ、そして複数のキャパシタＣ＿ＨＣＧ、Ｃ＿ＬＣＧ、Ｃ＿ＲＳＴ１、Ｃ＿ＳＩＧ１、Ｃ＿ＲＳＴ２、Ｃ＿ＳＩＧ２を含むことができる。複数のキャパシタの中で一部は寄生キャパシタとして具現されることができる。
【0054】
フォトダイオードＰＤは光の強さに応じて可変される光電荷を生成することができる。例えば、フォトダイオードＰＤは入射された光の強さに比例して電荷を生成することができる。フォトダイオードＰＤは光電変換素子の例として、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）、及びこれらの組合せの中で少なくとも１つであり得る。
【0055】
転送トランジスタＴＸはフォトダイオードＰＤと第１フローティング拡散ノードＦＤ１との間に配置されることができる。例えば、転送トランジスタＴＸの一端はフォトダイオードＰＤに連結され、転送トランジスタＴＸの他端は第１フローティング拡散ノードＦＤ１に連結されることができる。転送トランジスタＴＸはロードライバー１２０から受信された転送制御信号ＴＳに応答してターンオン（ｔｕｒｎ－ｏｎ）又はターンオフ（ｔｕｒｎ－ｏｆｆ）され、フォトダイオードＰＤで生成された電荷を第１フローティング拡散ノードＦＤ１に転送することができる。第１フローティング拡散ノードＦＤ１はＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに連結され、フォトダイオードＰＤで生成された電荷はＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに蓄積されることができる。
【0056】
リセットトランジスタＲＸはピクセル電圧端子ＶＰＩＸと第２フローティング拡散ノードＦＤ２との間に配置されることができる。例えば、リセットトランジスタＲＸの一端はピクセル電圧端子ＶＰＩＸに連結され、リセットトランジスタＲＸの他端は第２フローティング拡散ノードＦＤ２に連結されることができる。リセットトランジスタＲＸはロードライバー１２０から受信されたリセット制御信号ＲＧに応答してターンオン又はターンオフされることができる。
【0057】
リセットトランジスタＲＸは第１フローティング拡散ノードＦＤ１及び／又は第２フローティング拡散ノードＦＤ２の電圧レベルをリセットさせることができる。例えば、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸがターンオンされた状態で、リセットトランジスタＲＸがターンオンされることができる。この場合、第１フローティング拡散ノードＦＤ１に連結されたＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧにピクセル電圧端子ＶＰＩＸが連結され、ＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに蓄積された電荷はピクセル電圧端子ＶＰＩＸ方向にドレーン（ｄｒａｉｎ）されることができる。したがって、第１フローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルがリセットされることができる。
【0058】
これと類似に、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸがターンオン又はターンオフされた状態で、リセットトランジスタＲＸがターンオンされることができる。この場合、第２フローティング拡散ノードＦＤ２に連結されたＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧにピクセル電圧端子ＶＰＩＸが連結され、ＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧに蓄積された電荷はピクセル電圧端子ＶＰＩＸ方向にドレーンされることができる。したがって、第２フローティング拡散ノードＦＤ２の電圧レベルがリセットされることができる。
【0059】
デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸは第１フローティング拡散ノードＦＤ１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ２の間に配置されることができる。デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸはロードライバー１２０から受信されたデュアルコンバージョン制御信号ＤＣＧに応答してターンオン又はターンオフされ、第１フローティング拡散ノードＦＤ１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ２を電気的に互いに連結させるか、或いは遮断させることができる。
【0060】
一実施形態において、ＨＣＧモードで、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸはターンオフされることができる。この場合、第１フローティング拡散ノードＦＤ１は第２フローティング拡散ノードＦＤ２と電気的に遮断され、したがってフォトダイオードＰＤで生成された電荷はＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧのみに蓄積されることができる。
【0061】
一実施形態において、ＬＣＧモードで、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸはターンオンされることができる。この場合、第１フローティング拡散ノードＦＤ１は第２フローティング拡散ノードＦＤ２と電気的に連結され、したがってフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の容量がＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧの容量及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧの容量の和に増加することができる。したがって、光の強さが強い場合にも、フォトダイオードＰＤで生成された電荷がＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧに十分に収容されることができる。
【0062】
ＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧは第１フローティング拡散ノードＦＤ１に連結されることができる。ＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧは、例えば寄生キャパシタンスを利用して定義されることができる。但し、これは例示的なものであり、ＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧは別の導電性電極を使用して具現されてもよい。
【0063】
ＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧは第２フローティング拡散ノードＦＤ２に連結されることができる。ＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧはＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに比べて相対的に大きい容量を有することができる。例えば、ＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧは別の導電性電極を使用して具現されることができる。但し、これは例示的なものであり、ＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧは寄生キャパシタンスを利用して定義されてもよい。
【0064】
フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルはＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及び／又はＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧに蓄積された電荷量に応じて決定されることができる。即ち、フローティング拡散ノードＦＤに連結されたキャパシタに格納される電荷量が電圧に変換（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）されることができる。コンバージョンゲインはフローティング拡散ノードＦＤのキャパシタンスによって決定され、キャパシタンスのサイズに反比例することができる。フローティング拡散ノードＦＤのキャパシタンスが増加すれば、コンバージョンゲインが減少され、キャパシタンスが減少すれば、コンバージョンゲインが増加するようになる。
【0065】
一実施形態において、ＨＣＧモードで、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸはターンオフされ、フォトダイオードＰＤで生成された電荷は第１フローティング拡散ノードＦＤ１に伝達されることができる。この場合、第１フローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルはＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに蓄積された電荷量に応じて決定されることができる。
【0066】
一実施形態において、ＬＣＧモードで、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸはターンオンされ、フォトダイオードＰＤで生成された電荷は第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２に伝達されることができる。この場合、第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルはＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧに蓄積された電荷量に応じて決定されることができる。
【0067】
引き続き図３を参照すれば、第１ソースフォロワーＳＦ１はピクセル電圧端子ＶＰＩＸと第２出力ノードＮＯ２との間に配置されることができる。例えば、第１ソースフォロワーＳＦ１の一端はピクセル電圧端子ＶＰＩＸに連結され、第１ソースフォロワーＳＦ１の他端は第２出力ノードＮＯ２に連結されることができる。
【0068】
第１ソースフォロワーＳＦ１はバッファ増幅器（ｂｕｆｆｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）としてフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルに応じる情報をバッファリングすることができる。例えば、フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２に連結されたＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及び／又はＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧに蓄積された電荷量に応じてフローティング拡散ノードＦＤの電圧レベルが変化し、フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルが変化することにしたがって、第１ソースフォロワーＳＦ１はフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２での電圧レベルの変化を増幅し、増幅された結果を第２出力ノードＮＯ２に出力することができる。
【0069】
プリチャージトランジスタＰＣＸは第２出力ノードＮＯ２及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２の間に配置されることができる。例えば、プリチャージトランジスタＰＣＸの一端は第２出力ノードＮＯ２に連結され、プリチャージトランジスタＰＣＸの他端は第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２と連結されることができる。プリチャージトランジスタＰＣＸはロードライバー１２０から受信されたプリチャージ制御信号ＰＣにしたがって電流源として動作することができる。
【0070】
第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１は第１出力ノードＮＯ１と第２出力ノードＮＯ２との間に配置されることができる。第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１はロードライバー１２０から受信された第１プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１に応答してターンオン又はターンオフされることができる。第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１は第１出力ノードＮＯ１をプリチャージするのに使用されることができる。
【0071】
一実施形態において、第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２及びプリチャージトランジスタＰＣＸがターンオンされた状態で、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１がターンオンされることができる。したがって、出力ノードＮＯ１、ＮＯ２がプリチャージ端子ＶＰＣに電気的に連結されることができる。したがって、出力ノードＮＯ１、ＮＯ２がプリチャージされ、出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に残留する電荷によるノイズが除去されることができる。
【0072】
一実施形態において、フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２がピクセル電圧端子ＶＰＩＸに電気的に連結された状態で、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１がターンオンされることができる。この場合、リセットレベルであるフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルは第１ソースフォロワーＳＦ１及び第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１を通じて出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に伝達されることができる。したがって、出力ノードＮＯ１、ＮＯ２がピクセル電圧にリセットされることができ、第１出力ノードＮＯ１に残留する電荷によるノイズが安定的に除去されることができる。
【0073】
このように、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１を通じて出力ノードＮＯ１、ＮＯ２をプリチャージ又はリセットすることによって、出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に残存する電荷、又は意図しない電荷注入（ｃｈａｒｇｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）等による電圧レベルの変動が防止されることができる。特に、リセットレベルであるフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルを利用して出力ノードＮＯ１、ＮＯ２をリセットすることによって、出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に残留する電荷を除去するための別のリセットトランジスタ又はクリアトランジスタを必要としなく、結果的に本発明によるピクセルＰＸを具現するために必要である面積が減少されることができる。
【0074】
第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２はプリチャージトランジスタＰＣＸ及びプリチャージ電圧端子ＶＰＣの間に配置されることができる。例えば、第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２の一端はプリチャージトランジスタＰＣＸに連結されることができ、第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２の他端にはプリチャージ電圧端子ＶＰＣが連結されることができる。プリチャージ電圧は、例えば接地電圧ＧＮＤであり得る。但し、これは例示的なものであり、プリチャージ電圧は電源電圧より高い電圧、例えば電源電圧ＶＤＤであってもよい。第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２はロードライバー１２０から受信された第２プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ２に応答してターンオン又はターンオフされることができる。第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２は第２出力ノードＮＯ２をプリチャージするのに使用されることができる。
【0075】
一実施形態において、プリチャージトランジスタＰＣＸがターンオンされた状態で、第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２がターンオンされることができる。したがって、第２出力ノードＮＯ２がプリチャージ端子ＶＰＣに電気的に連結され、第２出力ノードＮＯ２がプリチャージされることができる。仮に、第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２なしでプリチャージトランジスタＰＣＸだけで第２出力ノードＮＯ２をプリチャージするとすれば、プリチャージトランジスタＰＣＸは相対的に大きいサイズで製作されなければならず、これにより比較的多くの電力を消費することになる。本発明の実施形態によれば、このように、プリチャージトランジスタＰＣＸがターンオン状態を維持して電流源として動作する状態で第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２のオン／オフを制御することによって、プリチャージトランジスタＰＣＸだけで第２出力ノードＮＯ２をプリチャージする場合に比べて、相対的に少ない電力のみを消費することができる。
【0076】
第１サンプリングトランジスタＳＭＰ１は第１出力ノードＮＯ１と第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１との間に配置されることができる。第１サンプリングトランジスタＳＭＰ１はロードライバー１２０から受信された第１サンプリング制御信号ＳＭＰＳ１に応答してターンオン又はターンオフされて、第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１と第１出力ノードＮＯ１を互いに電気的に連結するか、又は遮断することができる。
【0077】
第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１は第１サンプリングトランジスタＳＭＰ１とピクセル電圧端子ＶＰＩＸとの間に配置されることができる。例えば、第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１の一端はピクセル電圧端子ＶＰＩＸに連結され、第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１の他端は第１サンプリングトランジスタＳＭＰ１に連結されることができる。
【0078】
第１サンプリングトランジスタＳＭＰ１のスイッチング動作に応じて、第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１に電荷が蓄積されることができる。例えば、ＨＣＧモードでフローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルがリセットされることができる。この場合、第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１にはフローティング拡散ノードＦＤ１のリセットレベルの情報に対応する電荷が蓄積されることができる。
【0079】
第２サンプリングトランジスタＳＭＰ２は第１出力ノードＮＯ１と第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１との間に配置されることができる。第２サンプリングトランジスタＳＭＰ２はロードライバー１２０から受信された第２サンプリング制御信号ＳＭＰＳ２に応答してターンオン又はターンオフされて、第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１と第１出力ノードＮＯ１を互いに電気的に連結するか、又は遮断することができる。
【0080】
第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１は第２サンプリングトランジスタＳＭＰ２とピクセル電圧端子ＶＰＩＸとの間に配置されることができる。例えば、第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１の一端はピクセル電圧端子ＶＰＩＸに連結され、第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１の他端は第２サンプリングトランジスタＳＭＰ２に連結されることができる。
【0081】
第２サンプリングトランジスタＳＭＰ２のスイッチング動作に応じて、第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１に電荷が蓄積されることができる。例えば、ＨＣＧモードでフローティング拡散ノードＦＤ１のＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧにフォトダイオードＰＤで生成された電荷が蓄積されることができる。この場合、第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１にはフローティング拡散ノードＦＤ１の信号レベルの情報に対応する電荷が蓄積されることができる。
【0082】
第３サンプリングトランジスタＳＭＰ３は第１出力ノードＮＯ１と第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２との間に配置されることができる。第３サンプリングトランジスタＳＭＰ３はロードライバー１２０から受信された第３サンプリング制御信号ＳＭＰＳ３に応答してターンオン又はターンオフされて、第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２と第１出力ノードＮＯ１を互いに電気的に連結するか、又は遮断することができる。
【0083】
第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２は第３サンプリングトランジスタＳＭＰ３とピクセル電圧端子ＶＰＩＸとの間に配置されることができる。例えば、第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２の一端はピクセル電圧端子ＶＰＩＸに連結され、第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２の他端は第３サンプリングトランジスタＳＭＰ３に連結されることができる。
【0084】
第３サンプリングトランジスタＳＭＰ３のスイッチング動作に応じて、第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２に電荷が蓄積されることができる。例えば、ＬＣＧモードで第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルがリセットされることができる。この場合、第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２には第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２のリセットレベルの情報に対応する電荷が蓄積されることができる。
【0085】
第４サンプリングトランジスタＳＭＰ４は第１出力ノードＮＯ１と第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２との間に配置されることができる。第４サンプリングトランジスタＳＭＰ４はロードライバー１２０から受信された第４サンプリング制御信号ＳＭＰＳ４に応答してターンオン又はターンオフされて、第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２と第１出力ノードＮＯ１を互いに電気的に連結するか、又は遮断することができる。
【0086】
第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２は第４サンプリングトランジスタＳＭＰ４とピクセル電圧端子ＶＰＩＸとの間に配置されることができる。例えば、第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２の一端はピクセル電圧端子ＶＰＩＸに連結され、第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２の他端は第４サンプリングトランジスタＳＭＰ４に連結されることができる。
【0087】
第４サンプリングトランジスタＳＭＰ４のスイッチング動作に応じて、第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２に電荷が蓄積されることができる。例えば、ＬＣＧモードで第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２のＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧにフォトダイオードＰＤで生成された電荷が蓄積されることができる。この場合、第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２には第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの情報に対応する電荷が蓄積されることができる。
【0088】
本発明の一実施形態において、ＨＣＧモードに対応する第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１及び第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１の容量は、ＬＣＧモードに対応する第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２及び第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２の容量と異なることができる。
【0089】
例えば、ＨＣＧモードでフローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルの変化は相対的に大きいことができる。したがって、ＨＣＧモードでのフローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルの変化を効果的に反映し、ノイズを減少させるために、ＨＣＧモードに対応する第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１及び第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１の容量は相対的に大きいことができる。
【0090】
また、例えばＬＣＧモードでフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルの変化は相対的に小さいことができる。したがって、ＬＣＧモードでのフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルの変化を効果的に反映し、小さい面積に製作するために、ＬＣＧモードに対応する第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２及び第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２の容量は相対的に小さいことができる。
【0091】
但し、これは例示的なものであり、実施形態によって、ＨＣＧモードに対応する第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１及び第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１の容量は、ＬＣＧモードに対応する第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２及び第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２の容量と同一であってもよい。
【0092】
第２ソースフォロワーＳＦ２はピクセル電圧端子ＶＰＩＸ及び選択トランジスタＳＸの間に配置されることができる。例えば、第２ソースフォロワーＳＦ２の一端はピクセル電圧端子ＶＰＩＸに連結され、第２ソースフォロワーＳＦ２の他端は選択トランジスタＳＸに連結されることができる。第２ソースフォロワーＳＦ２は第１出力ノードＮＯ１での電圧レベルの変化を増幅して出力することができる。
【0093】
選択トランジスタＳＸの一端は第２ソースフォロワーＳＦ２に連結され、選択トランジスタＳＸの他端はカラムラインＣＬに連結されることができる。カラムラインＣＬは図１のカラムラインＣＬｓの中の１つであり得る。
【0094】
選択トランジスタＳＸはロードライバー１２０から受信された選択制御信号ＳＥＬに応答して、ターンオン又はターンオフされることができる。選択トランジスタＳＸがターンオンされる時、第１出力ノードＮＯ１での電圧レベルの変化に応じるピクセル信号ＰＸＳがカラムラインＣＬに出力されることができる。
【0095】
例えば、ピクセル信号ＰＸＳにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈが出力されることができ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈは第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１に蓄積された電荷に対応するピクセル信号とし得る。また、ピクセル信号ＰＸＳにＨＣＧイメージ信号ＳＩＧ＿Ｈが出力されることができ、ＨＣＧイメージ信号ＳＩＧ＿Ｈは第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１に蓄積された電荷に対応するピクセル信号とし得る。ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ及びＨＣＧイメージ信号ＳＩＧ＿Ｈを利用して、光の強さが弱い環境に適合したイメージデータＩＤが生成されることができる。
【0096】
これと類似に、ピクセル信号ＰＸＳにＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌ又はＬＣＧイメージ信号ＳＩＧ＿Ｌが出力されることができ、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２に蓄積された電荷に対応するピクセル信号であり、ＬＣＧイメージ信号ＳＩＧ＿Ｌは第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２に蓄積された電荷に対応するピクセル信号であるとし得る。ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌ及びＬＣＧイメージ信号ＳＩＧ＿Ｌを利用して、光の強さが強い環境に適合したイメージデータＩＤが生成されることができる。その後、光の強さが弱い環境に適合したイメージデータと光の強さが強い環境に適合したイメージデータを合成することによって、高画質のイメージデータが生成されることができる。
【0097】
以上で、本発明の実施形態によるピクセルＰＸの構成が簡略に説明された。本発明の実施形態によれば、ピクセルＰＸはフローティング拡散ノードＦＤ側に配置されたＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧを含み、出力ノードＮＯ側に配置された第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１、第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１、第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２、及び第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２を含むことができる。また、ＨＣＧモードでのフローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルは第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１及び第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１にサンプリング及びホールドされ、ＬＣＧモードでのフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルは第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２及び第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２にサンプリング及びホールドされることができる。したがって、ハイダイナミックレンジＨＤＲの具現が可能であり、高画質のイメージが生成されることができる。
【0098】
図４乃至図６は図３のピクセルＰＸの動作の一例を説明するための図面である。具体的に、図４Ａはグローバル信号ダンピング区間ＧＳＤＰでピクセルＰＸに提供される制御信号の一例を示すタイミング図である。図４Ｂは読出し区間ＲＯＰでピクセルＰＸに提供される制御信号の一例を示すタイミング図である。図５Ａ乃至図５Ｄは図４Ａのグローバル信号ダンピング区間ＧＳＤＰでのピクセルＰＸの動作の一例を示す図面である。図６Ａ乃至図６Ｆは図４Ｂの読出し区間ＲＯＰでのピクセルＰＸの動作の一例を示す図面である。
【0099】
先ず図４Ａを参照すれば、ｔ１乃至ｔ２区間で、リセット制御信号ＲＧ及びデュアルコンバージョン制御信号ＤＣＧがどちらもハイ（ｈｉｇｈ）レベルであり得る。したがって、リセットトランジスタＲＸ及びデュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸが各々ターンオンされ、第１フローティング拡散ノードＦＤ１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ２がどちらもピクセル電圧端子ＶＰＩＸに連結されることができる。したがって、第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルはリセットされることができる。この時、第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルはリセットレベルと称されることができる。また、ｔ１乃至ｔ２区間はリセット時間（Ｒｅｓｅｔ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＲＴ’）と称されることができる。
【0100】
ｔ２乃至ｔ３区間で、リセット制御信号ＲＧはロー（ｌｏｗ）レベルであり、デュアルコンバージョン制御信号ＤＣＧはハイレベルであり得る。したがって、リセットトランジスタＲＸはターンオフされ、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸはターンオン状態を維持することができる。したがって、第１フローティング拡散ノードＦＤ１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ２が電気的に連結された状態であり、第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の容量はＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧの容量の和に対応することができる。また、第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルはリセットレベルとして、ＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧに残存する電荷量に対応することができる。
【0101】
また、ｔ２乃至ｔ３区間で、第１プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１がハイレベルであり得る。したがって、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１はターンオン状態であり、第１出力ノードＮＯ１と第２出力ノードＮＯ２が電気的に連結された状態であり得る。したがって、リセットレベルである第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルが第１ソースフォロワーＳＦ１を通じて第１出力ノードＮＯ１に伝達されることができる。
【0102】
ｔ３乃至ｔ４区間で、第３サンプリング制御信号ＳＭＰＳ３がハイレベルであり得る。したがって、第３サンプリングトランジスタＳＭＰ３がターンオンされ、第１出力ノードＮＯ１と第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２が電気的に連結されることができる。結果的に、図５Ａに図示されたように、リセットレベルである第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルが第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２にサンプリングされることができる。この時、リセットレベルである第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルはリセット状態でＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧに残存する電荷量に対応することができる。ｔ３乃至ｔ４区間はＬＣＧモードリセットセトリング時間（ＬＣＧ ｍｏｄｅ Ｒｅｓｅｔ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＬＣＧ ＲＣＳ’）又は第２リセットセトリング時間（２ｎｄ Ｒｅｓｅｔ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＲＣＳ２’）と称されることができる。
【0103】
ｔ５時点で、デュアルコンバージョン制御信号ＤＣＧがハイレベルからローレベルに遷移されることができる。したがって、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸがターンオフされ、第２フローティング拡散ノードＦＤ２と第１フローティング拡散ノードＦＤ１が電気的に分離されることができる。したがって、第１フローティング拡散ノードＦＤ１の容量はＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧの容量に対応し、第１フローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルがリセットレベルとして、ＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに残存する電荷量に対応することができる。
【0104】
ｔ６乃至ｔ７区間で、第１サンプリング制御信号ＳＭＰＳ１がハイレベルであり得る。したがって、第１サンプリングトランジスタＳＭＰ１がターンオンされ、第１出力ノードＮＯ１と第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１が電気的に連結されることができる。結果的に、図５Ｂに図示されたように、リセットレベルである第１フローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルが第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１にサンプリングされることができる。この時、リセットレベルである第１フローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルはリセット状態でＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに残存する電荷量に対応することができる。ｔ６乃至ｔ７区間はＨＣＧモードリセットセトリング時間（ＨＣＧ ｍｏｄｅ Ｒｅｓｅｔ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＨＣＧ ＲＣＳ’）又は第１リセットセトリング時間（１ｓｔ Ｒｅｓｅｔ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＲＣＳ１’）と称されることができる。
【0105】
ｔ８乃至ｔ９区間で、転送制御信号ＴＧがハイレベルであり得る。したがって、転送トランジスタＴＸはターンオンされることができる。この時、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸはターンオフ状態であるので、フォトダイオードＰＤで生成された電荷は第１フローティング拡散ノードＦＤ１のＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに蓄積されることができる。第１フローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルは信号レベルとして、ＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに蓄積される電荷量に対応することができる。ｔ８乃至ｔ９区間は第１蓄積時間ＴＴ１と称されることができる。
【0106】
また、ｔ８乃至ｔ９区間で、第１プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１がハイレベルであり得る。したがって、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１はターンオン状態であり、第１出力ノードＮＯ１と第２出力ノードＮＯ２が電気的に連結された状態であり得る。したがって、信号レベルである第１フローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルが第１ソースフォロワーＳＦ１を通じて第１出力ノードＮＯ１に伝達されることができる。
【0107】
ｔ１０乃至ｔ１１区間で、第２サンプリング制御信号ＳＭＰＳ２がハイレベルであり得る。したがって、第２サンプリングトランジスタＳＭＰ２がターンオンされ、第１出力ノードＮＯ１と第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１が電気的に連結されることができる。結果的に、図５Ｃに図示されたように、信号レベルである第１フローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルが第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１にサンプリングされることができる。この時、信号レベルである第１フローティング拡散ノードＦＤ１の電圧レベルはフォトダイオードＰＤからＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに移動して蓄積された電荷量に対応することができる。ｔ１０乃至ｔ１１区間はＨＣＧモード信号セトリング時間（ＨＣＧ ｍｏｄｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＨＣＧ ＳＣＳ’）又は第１信号セトリング時間（１ｓｔ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＳＣＳ１’）と称されることができる。
【0108】
ｔ１２時点で、デュアルコンバージョン制御信号ＤＣＧがローレベルからハイレベルに遷移されることができる。したがって、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸがターンオンされ、第１フローティング拡散ノードＦＤ１と第２フローティング拡散ノードＦＤ２が電気的に連結されることができる。したがって、第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の容量はＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧの容量の和に対応することができる。
【0109】
ｔ１３乃至ｔ１４区間で、転送制御信号ＴＧがハイレベルであり得る。したがって、転送トランジスタＴＸはターンオンされることができる。この時、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸはターンオン状態であるので、フォトダイオードＰＤで生成された電荷は第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２のＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧに及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧに蓄積されることができる。第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルは信号レベルとして、ＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧに蓄積される電荷量に対応することができる。ｔ１３乃至ｔ１４区間は第２蓄積時間ＴＴ１と称されることができる。
【0110】
また、ｔ１３乃至ｔ１４区間で、第１プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１がハイレベルであり得る。したがって、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１はターンオン状態であり、第１出力ノードＮＯ１と第２出力ノードＮＯ２が電気的に連結された状態であり得る。したがって、信号レベルである第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルが第１ソースフォロワーＳＦ１を通じて第１出力ノードＮＯ１に伝達されることができる。
【0111】
ｔ１５乃至ｔ１６区間で、第４サンプリング制御信号ＳＭＰＳ４がハイレベルであり得る。したがって、第４サンプリングトランジスタＳＭＰ４がターンオンされ、第１出力ノードＮＯ１と第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２が電気的に連結されることができる。結果的に、図５Ｄに図示されたように、信号レベルである第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルが第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２にサンプリングされることができる。ｔ１５乃至ｔ１６区間はＬＣＧモード信号セトリング時間（ＨＣＧ ｍｏｄｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＨＣＧ ＳＣＳ’）又は第２信号セトリング時間（１ｓｔ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＳＣＳ２’）と称されることができる。
【0112】
このように、グローバル信号ダンピング区間ＧＳＤＰは第１リセットセトリング時間ＲＣＳ１、第２リセットセトリング時間ＲＣＳ２、第１信号セトリング時間ＳＣＳ１、及び第２信号セトリング時間ＳＣＳ２を含むことができる。ＨＣＧモードで第１フローティング拡散ノードＦＤ１のリセットレベル及び信号レベルが、それぞれ、各々第１リセットトランジスタＣ＿ＲＳＴ１及び第１信号トランジスタＣ＿ＳＩＧ１にサンプリングされ、ＬＣＧモードで電気的に連結された第１及び第２フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２のリセットレベル及び信号レベルが、それぞれ、第１リセットトランジスタＣ＿ＲＳＴ１及び第１信号トランジスタＣ＿ＳＩＧ１にサンプリングされることができる。その後、読出し区間ＲＯＰでサンプリング及びホールドされたリセットレベル及び信号レベルに対する読出し動作が遂行されることができる。
【0113】
図４Ｂを参照すれば、ＨＣＧモードでの読出し動作が遂行されることができる。
【0114】
ｔ１７乃至ｔ２０区間で、第１プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１及び第２プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ２がどちらもハイレベルであり得る。したがって、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２がどちらもターンオン状態であり、第１出力ノードＮＯ１と第２出力ノードＮＯ２がプリチャージされることができる。第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２がプリチャージされることにしたがって、第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に残留する電荷によるノイズが除去されることができる。
【0115】
本発明の一実施形態において、第１プリチャージ時間ＰＣ１の間に、リセットトランジスタＲＸ及びデュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸが追加的にターンオンされることができる。即ち、ｔ１７乃至ｔ２０区間で、リセット制御信号ＲＧ及びデュアルコンバージョン制御信号ＤＣＧはハイレベルであり、リセットトランジスタＲＸ及びデュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸがどちらもターンオンされて、フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルがリセットされることができる。
【0116】
この場合、図６Ａに図示されたように、リセットレベルであるフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルが第１ソースフォロワーＳＦ１を通じて第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に伝達されることができる。したがって、第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２がピクセル電圧でリセットされることができる。このように、リセットレベルであるフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルを利用して第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２をリセットすることによって、第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に残留する電荷によるノイズが安定的に除去されることができる。さらに、リセットレベルであるフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルを利用するので、第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に残留する電荷を除去するための別のリセットトランジスタ又はクリアトランジスタが不要であり、結果的に本発明によるピクセルＰＸを具現するために必要である面積が減少されることができる。ｔ１７乃至ｔ２０区間は第１プリチャージ時間（１ｓｔ Ｐｒｅｃｈａｒｇｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＰＣ１’）又はリセット時間（ｒｅｓｅｔ ｔｉｍｅ）と称されることができる。
【0117】
一方、ｔ１８時点で、転送制御信号ＴＧはローレベルからハイレベルに遷移されることと図示されている。但し、これは例示的なものであり、転送制御信号はローレベルを続いて維持してもよい。
【0118】
ｔ２０乃至ｔ２１区間で、第１及び第２プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１、ＰＳＥＬ２はどちらもローレベルであり得る。したがって、第１及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１、ＰＳＸ２がターンオフされ、第１出力ノードＮＯ１が第２出力ノードＮＯ２から電気的に分離されることができる。
【0119】
ｔ２１乃至ｔ２２区間で、第１サンプリング制御信号ＳＭＰＳ１がハイレベルであり得る。したがって、第１サンプリングトランジスタＳＭＰ１がターンオンされ、第１出力ノードＮＯ１と第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１が電気的に連結されることができる。結果的に、図６Ｂに図示されたように、第１リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１にサンプリングされた電荷が第１出力ノードＮＯ１を通じて第２ソースフォロワーＳＦ２に伝達され、ＨＣＧモードでのリセットレベルに対応する第１リセット信号ＲＳＴ１がカラムラインＣＬに出力されることができる。第１リセット信号ＲＳＴ１はＨＣＧモードリセット信号（以下、ＨＣＧ ＲＳＴ）と称されることもあり得る。ｔ２１乃至ｔ２２区間はＨＣＧモードリセット読出し時間（ＨＣＧ ｍｏｄｅ Ｒｅｓｅｔ Ｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＨＣＧ ＲＲＯ’）又は第１リセット読出し時間（１ｓｔ Ｒｅｓｅｔ Ｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＲＲＯ１’）と称されることができる。
【0120】
ｔ２３乃至ｔ２４区間で、第１プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１及び第２プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ２がどちらもハイレベルであり得る。したがって、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２がどちらもターンオン状態であり得る。結果的に、図６Ｃに図示されたように、第１出力ノードＮＯ１と第２出力ノードＮＯ２がプリチャージされ、第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に残留する電荷によるノイズが除去されることができる。ｔ２３乃至ｔ２４区間は第２プリチャージ時間（２ｎｄ Ｐｒｅｃｈａｒｇｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＰＣ２’）と称されることができる。
【0121】
一方、図４Ｂ及び図６Ｃでは、第２プリチャージ時間ＰＣ２の間にリセット制御信号ＲＧはローレベルであり、リセットトランジスタＲＸはターンオフ状態であることと図示された。但し、これは例示的なものであり、本発明はこれに限定されない。実施形態によって、第１プリチャージ時間ＰＣ１と類似に、第２プリチャージ時間ＰＣ２の間にもリセットトランジスタＲＸ及びデュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸが追加的にターンオンされてもよい。即ち、リセットレベルであるフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルを追加的に利用して第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２がリセットされてもよい。
【0122】
ｔ２４乃至ｔ２５区間で、第１及び第２プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１、ＰＳＥＬ２はどちらもローレベルであり得る。したがって、第１及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１、ＰＳＸ２がターンオフされ、第１出力ノードＮＯ１が第２出力ノードＮＯ２から電気的に分離されることができる。
【0123】
ｔ２５乃至ｔ２６区間で、第２サンプリング制御信号ＳＭＰＳ２がハイレベルであり得る。したがって、第２サンプリングトランジスタＳＭＰ２がターンオンされ、第１出力ノードＮＯ１と第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１が電気的に連結されることができる。結果的に、図６Ｄに図示されたように、第１信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１にサンプリングされた電荷が第１出力ノードＮＯ１を通じて第２ソースフォロワーＳＦ２に伝達され、ＨＣＧモードでの信号レベルに対応する第１イメージ信号ＳＩＧ１がカラムラインＣＬに出力されることができる。第１イメージ信号ＳＩＧ１はＨＣＧモードイメージ信号（以下、ＨＣＧ ＳＩＧ）と称されることもあり得る。ｔ２５乃至ｔ２６区間はＨＣＧモード信号読出し時間（ＨＣＧ ｍｏｄｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＨＣＧ ＲＲＯ’）又は第１信号読出し時間（１ｓｔ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＳＲＯ１’）と称されることができる。
【0124】
このように、ＨＣＧモードでの読出し区間で、第１リセット信号ＲＳＴ１及び第１イメージ信号ＳＩＧ１がカラムラインＣＬを通じて出力されることができ、読出し回路１３０（図１参照）は第１リセット信号ＲＳＴ１及び第１イメージ信号ＳＩＧ１を使用してＨＣＧモードでのイメージデータＩＤを生成することができる。
【0125】
続いて、図４Ｂを参照すれば、ＬＣＧモードでの読出し動作が遂行されることができる。
【0126】
ｔ２８乃至ｔ２９区間で、第１プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１及び第２プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ２がどちらもハイレベルであり得る。したがって、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２がどちらもターンオン状態であり、第１出力ノードＮＯ１と第２出力ノードＮＯ２がプリチャージされることができる。第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２がプリチャージされることにしたがって、第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に残留する電荷によるノイズが除去されることができる。ｔ２８乃至ｔ２９区間は第３プリチャージ時間（３ｒｄ Ｐｒｅｃｈａｒｇｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＰＣ３’）と称されることができる。
【0127】
一実施形態において、第１プリチャージ時間ＰＣ１と類似に、第３プリチャージ時間ＰＣ３の間にもリセットトランジスタＲＸ及びデュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸがターンオン状態であり得る。即ち、フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２の電圧レベルがリセットされ、第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２もピクセル電圧にリセットされることができる。但し、これは例示的なものであり、第３プリチャージ時間ＰＣ３の間にリセットトランジスタＲＸ又はデュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸの中で少なくとも１つはターンオフ状態であり得る。
【0128】
ｔ２９乃至ｔ３０区間で、第１及び第２プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１、ＰＳＥＬ２はどちらもローレベルであり得る。したがって、第１及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１、ＰＳＸ２がターンオフされ、第１出力ノードＮＯ１が第２出力ノードＮＯ２から電気的に分離されることができる。
【0129】
ｔ３０乃至ｔ３１区間で、第３サンプリング制御信号ＳＭＰＳ３がハイレベルであり得る。したがって、第３サンプリングトランジスタＳＭＰ３がターンオンされ、第１出力ノードＮＯ１と第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２が電気的に連結されることができる。結果的に、図６Ｅに図示されたように、第２リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ２にサンプリングされた電荷が第１出力ノードＮＯ１を通じて第２ソースフォロワーＳＦ２に伝達され、ＬＣＧモードでのリセットレベルに対応する第２リセット信号ＲＳＴ２がカラムラインＣＬに出力されることができる。第２リセット信号ＲＳＴ１はＬＣＧモードリセット信号（以下、ＬＣＧ ＲＳＴ）と称されることもあり得る。ｔ３０乃至ｔ３１区間はＬＣＧモードリセット読出し時間（ＬＣＧ ｍｏｄｅ Ｒｅｓｅｔ Ｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＨＣＧ ＲＲＯ’）又は第２リセット読出し時間（２ｎｄ Ｒｅｓｅｔ Ｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＲＲＯ２’）と称されることができる。
【0130】
ｔ３２乃至ｔ３３区間で、第１プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１及び第２プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ２がどちらもハイレベルであり得る。したがって、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２がどちらもターンオン状態であり得る。したがって、第１出力ノードＮＯ１と第２出力ノードＮＯ２がプリチャージされ、第１及び第２出力ノードＮＯ１、ＮＯ２に残留する電荷によるノイズが除去されることができる。ｔ３２乃至ｔ３３区間は第４プリチャージ時間（４ｔｈ Ｐｒｅｃｈａｒｇｉｎｇ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＰＣ４’）と称されることができる。
【0131】
一方、実施形態によって、第４プリチャージ時間ＰＣ４の間にもリセットトランジスタＲＸ及びデュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸが追加的にターンオンされてもよい。
【0132】
ｔ３３乃至ｔ３４区間で、第１及び第２プリチャージ選択制御信号ＰＳＥＬ１、ＰＳＥＬ２はどちらもローレベルであり得る。したがって、第１及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１、ＰＳＸ２がターンオフされ、第１出力ノードＮＯ１が第２出力ノードＮＯ２から電気的に分離されることができる。
【0133】
ｔ３４乃至ｔ３５区間で、第４サンプリング制御信号ＳＭＰＳ４がハイレベルであり得る。したがって、第４サンプリングトランジスタＳＭＰ４がターンオンされ、第１出力ノードＮＯ１と第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２が電気的に連結されることができる。結果的に、図６Ｆに図示されたように、第２信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ２にサンプリングされた電荷が第１出力ノードＮＯ１を通じて第２ソースフォロワーＳＦ２に伝達され、ＬＣＧモードでの信号レベルに対応する第２イメージ信号ＳＩＧ２がカラムラインＣＬに出力されることができる。第２イメージ信号ＳＩＧ２はＬＣＧモードイメージ信号（以下、ＬＣＧ ＳＩＧ）と称されることもあり得る。ｔ３４乃至ｔ３５区間はＬＣＧモード信号読出し時間（ＬＣＧ ｍｏｄｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＬＣＧ ＲＲＯ’）又は第２信号読出し時間（２ｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ、以下、‘ＳＲＯ２’）と称されることができる。
【0134】
このように、ＬＣＧモードでの読出し区間で、第２リセット信号ＲＳＴ２及び第２イメージ信号ＳＩＧ２がカラムラインＣＬを通じて出力されることができ、読出し回路１３０は第２リセット信号ＲＳＴ２及び第２イメージ信号ＳＩＧ２を使用してＬＣＧモードでのイメージデータＩＤを生成することができる。
【0135】
その後、ＨＣＧモードでのイメージデータ及びＬＣＧモードでのイメージデータを合成することによって、本発明の実施形態によるイメージセンサー１００はハイダイナミックレンジＨＤＲを有するイメージを生成することができる。
【0136】
図７は図１のピクセルＰＸ＿Ｂの他の一例を説明するための回路図である。図７のピクセルＰＸ＿Ａは図３のピクセルＰＸと類似である。したがって、同一であるか、或いは類似な構成は同一であるか、或いは類似な参照符号を使用して表記され、繰り返される説明は以下省略される。
【0137】
ＤＣＧモードをサポートする図３のピクセルＰＸ＿Ａと異なり、図７のピクセルＰＸ＿ＢはＴＣＧ（Ｔｒｉｐｌｅ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｇｉｎ）モードをサポートすることができる。即ち、図７のピクセルＰＸ＿ＢはＨＣＧモード、ＬＣＧモードはもちろんＵＬＣＧ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｇａｉｎ）モードをサポートすることができる。このために、図７のピクセルＰＸ＿ＢはトリプルコンバージョンゲイントランジスタＴＣＧＸ、ＵＬＣＧキャパシタＣ＿ＵＬＣＧ、第５及び第６サンプリングトランジスタＳＭＰ５、ＳＭＰ６、第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ３、そして第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３をさらに含むことができる。
【0138】
トリプルコンバージョンゲイントランジスタＴＣＧＸは第２フローティング拡散ノードＦＤ２及び第３フローティング拡散ノードＦＤ３の間に配置されることができる。トリプルコンバージョンゲイントランジスタＴＣＧＸはロードライバー１２０から受信されたトリプルコンバージョン制御信号ＴＣＧに応答してターンオン又はターンオフされ、第２フローティング拡散ノードＦＤ２及び第３フローティング拡散ノードＦＤ３を電気的に互いに連結させるか、或いは遮断させることができる。
【0139】
ＵＬＣＧキャパシタＣ＿ＵＣＧの一端は第３フローティング拡散ノードＦＤ３に連結されることができる。ＵＬＣＧキャパシタＣ＿ＵＬＣＧはＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ及びＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧに比べて相対的に大きい容量を有することができる。例えば、ＵＬＣＧキャパシタＣ＿ＵＬＣＧはＤＲＡＭのメモリ用キャパシタで具現されることができる。したがって、ＵＬＣＧキャパシタＣ＿ＵＬＣＧは画期的に増加された容量を有することができる。但し、これは例示的なものであり、ＵＬＣＧキャパシタＣ＿ＵＬＣＧは別の導電性電極を使用して具現されてもよい。
【0140】
一実施形態において、ＵＬＣＧモードで、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸ及びトリプルコンバージョンゲイントランジスタＴＣＧＸはどちらもターンオンされることができる。この場合、第１乃至第３フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３が互いに電気的に連結され、第１乃至第３フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３の容量はＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧの容量、ＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧの容量及びＵＬＣＧキャパシタＣ＿ＵＬＣＧの容量の和に増加することができる。したがって、光の強さが非常に強い場合にも、フォトダイオードＰＤで生成された電荷がキャパシタＣ＿ＨＣＧ、Ｃ＿ＬＣＧ、Ｃ＿ＵＬＣＧに十分に収容されることができる。この場合、フローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３の電圧レベルはＨＣＧキャパシタＣ＿ＨＣＧ、ＬＣＧキャパシタＣ＿ＬＣＧ及びＵＬＣＧキャパシタＣ＿ＵＬＣＧに蓄積された電荷量に応じて決定されることができる。
【0141】
引き続き図７を参照すれば、第５サンプリングトランジスタＳＭＰ５は第１出力ノードＮＯ１と第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ３との間に配置されることができる。第５サンプリングトランジスタＳＭＰ５はロードライバー１２０から受信された第５サンプリング制御信号ＳＭＰＳ５に応答してターンオン又はターンオフされて、第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ３と第１出力ノードＮＯ１を互いに電気的に連結するか、又は遮断することができる。
【0142】
第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１は第５サンプリングトランジスタＳＭＰ５とピクセル電圧端子ＶＰＩＸとの間に配置されることができる。第５サンプリングトランジスタＳＭＰ５のスイッチング動作に応じて、第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ３に電荷が蓄積されることができる。例えば、ＵＬＣＧモードでフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３の電圧レベルがリセットされることができる。この場合、第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ３にはフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３のリセットレベルに対応する電荷が蓄積されることができる。
【0143】
第６サンプリングトランジスタＳＭＰ６は第１出力ノードＮＯ１と第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３との間に配置されることができる。第６サンプリングトランジスタＳＭＰ６はロードライバー１２０から受信された第６サンプリング制御信号ＳＭＰＳ６に応答してターンオン又はターンオフされて、第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３と第１出力ノードＮＯ１を互いに電気的に連結するか、又は遮断することができる。
【0144】
第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３は第６サンプリングトランジスタＳＭＰ６とピクセル電圧端子ＶＰＩＸとの間に配置されることができる。第６サンプリングトランジスタＳＭＰ６のスイッチング動作に応じて、第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３に電荷が蓄積されることができる。例えば、ＵＬＣＧモードでフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３のキャパシタＣ＿ＨＣＧ、Ｃ＿ＬＣＧ、Ｃ＿ＵＬＣＧにフォトダイオードＰＤで生成された電荷が蓄積されることができる。この場合、第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３にはフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３の信号レベルに対応する電荷が蓄積されることができる。
【0145】
一実施形態において、ＵＬＣＧモードに対応する第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ３及び第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３の容量は、他のリセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１、Ｃ＿ＲＳＴ２及び信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１、Ｃ＿ＳＩＧ２の容量と異なることができる。例えば、ＵＬＣＧモードに対応する第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ３及び第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３の容量は、他のリセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１、Ｃ＿ＲＳＴ２及び信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１、Ｃ＿ＳＩＧ２の容量より小さいことができる。但し、これは例示的なものであり、実施形態によって、ＵＬＣＧモードに対応する第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ３及び第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３の容量は、他のリセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ１、Ｃ＿ＲＳＴ２及び信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ１、Ｃ＿ＳＩＧ２の容量と同一であってもよい。
【0146】
図８はグローバル信号ダンピング区間ＧＳＤＰでの図７のピクセルＰＸ＿Ｂの動作の一例を示す図面である。図８のピクセルＰＸ＿Ｂの動作は図４及び図５でのピクセルＰＸ＿Ａの動作と類似である。したがって、説明の便宜上、重複される説明は以下省略される。
【0147】
先に図４及び図５で説明されたように、ＤＣＧモードをサポートするピクセルＰＸ＿Ａのグローバル信号ダンピング区間ＧＳＤＰは第１リセットセトリング時間ＲＣＳ１、第２リセットセトリング時間ＲＣＳ２、第１信号セトリング時間ＳＣＳ１、及び第２信号セトリング時間ＳＣＳ２を含むことができる。これに加えて、ＴＣＧモードをサポートする図７のピクセルＰＸ＿Ｂのグローバル信号ダンピング区間ＧＳＤＰは第３リセットセトリング時間ＲＣＳ３及び第３信号セトリング時間ＳＣＳ３をさらに含むことができる。
【0148】
より詳細に説明すれば、例えば図８Ａに図示されたように、第３リセットセトリング時間ＲＣＳ３の間に、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸ及びトリプルコンバージョンゲイントランジスタＴＣＧＸがターンオンされることができる。したがって、ＵＬＣＧモードでのリセットレベルであるフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３の電圧レベルが第１ソースフォロワーＳＦ１に提供されることができる。また、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１及び第５サンプリングトランジスタＳＭＰ５がターンオンされることができる。したがって、ＵＬＣＧモードでのリセットレベルであるフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３の電圧レベルが第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ３にサンプリングされることができる。
【0149】
また、例えば図８Ｂに図示されたように、第３信号セトリング時間ＳＣＳ３の間に、デュアルコンバージョンゲイントランジスタＤＣＧＸ及びトリプルコンバージョンゲイントランジスタＴＣＧＸがターンオンされることができる。したがって、ＵＬＣＧモードでの信号レベルであるフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３の電圧レベルが第１ソースフォロワーＳＦ１に提供されることができる。また、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１及び第６サンプリングトランジスタＳＭＰ６がターンオンされることができる。したがって、ＵＬＣＧモードでの信号レベルであるフローティング拡散ノードＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３の電圧レベルが第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３にサンプリングされることができる。
【0150】
図９は読出し区間ＲＯＰでの図７のピクセルＰＸ＿Ｂの動作の一例を示す図面である。図９のピクセルＰＸ＿Ｂの動作は図４及び図６でのピクセルＰＸ＿Ａの動作と類似である。したがって、説明の便宜上、重複される説明は以下省略される。
【0151】
先に図４及び図６で説明されたように、ＤＣＧモードをサポートするピクセルＰＸ＿Ａの読出し区間ＲＯＰは第１乃至第４プリチャージ時間ＰＣ１～ＰＣ２、第１及び第２リセット読出し時間ＲＲＯ１、ＲＲＯ２、そして第１及び第２信号読出し時間ＳＲＯ１、ＳＲＯ２を含むことができる。これに加えて、ＴＣＧモードをサポートする図７のピクセルＰＸ＿Ｂの読出し区間ＲＯＰは第３リセット読出し時間ＲＲＯ３及び第３信号読出し時間ＳＲＯ３をさらに含むことができる。
【0152】
例えば、図９Ａに図示されたように、第３リセット読出し時間ＲＲＯ３の間に、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１はターンオフされ、第５サンプリングトランジスタＳＭＰ５はターンオンされることができる。したがって、第３リセットキャパシタＣ＿ＲＳＴ３にサンプリングされた電荷が第１出力ノードＮＯ１を通じて第２ソースフォロワーＳＦ２に伝達され、ＵＬＣＧモードでのリセットレベルに対応する第３リセット信号ＲＳＴ３がカラムラインＣＬに出力されることができる。
【0153】
また、図９Ｂに図示されたように、第３信号読出し時間ＳＲＯ３の間に、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１はターンオフされ、第６サンプリングトランジスタＳＭＰ５はターンオンされることができる。したがって、第３信号キャパシタＣ＿ＳＩＧ３にサンプリングされた電荷が第１出力ノードＮＯ１を通じて第２ソースフォロワーＳＦ２に伝達され、ＵＬＣＧモードでの信号レベルに対応する第３イメージ信号ＳＩＧ３がカラムラインＣＬに出力されることができる。
【0154】
図８及び図９で説明されたように、ＵＬＣＧモードでの読出し区間で、第３リセット信号ＲＳＴ３及び第３イメージ信号ＳＩＧ３がカラムラインＣＬを通じて出力されることができ、読出し回路１３０は第３リセット信号ＲＳＴ３及び第３イメージ信号ＳＩＧ３を使用してＵＬＣＧモードでのイメージデータＩＤを生成することができる。結果的に、本発明の実施形態によるイメージセンサー１００はさらに広い範囲のハイダイナミックレンジＨＤＲを有することができる。
【0155】
一方、上述した説明は例示的なものであり、本発明の技術的思想はこれに限定されないことが理解されるべきである。例えば、図３及び図７のピクセル回路のトランジスタ及び／又はキャパシタの配置は多様に変更されることができ、これは全て本発明の範疇に属することができる。以下では、図３及び図７のピクセル回路を利用して変更可能な様々な例の中で一部がより詳細に説明される。
【0156】
図１０乃至図１３は本発明の一実施形態によるピクセルの一例を示す図面である。図１０乃至図１３のピクセルＰＸ＿Ｃ～ＰＣ＿Ｆは図３のピクセルＰＸ＿Ａと類似である。したがって、同一であるか、或いは類似な構成は同一であるか、或いは類似な参照符号で表記され、重複される説明は以下で省略される。
【0157】
本発明の一実施形態において、図３のピクセルＰＸ＿Ａに含まれた第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１、第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２、及びプリチャージトランジスタＰＣＸの配置は多様に変更されることができる。
【0158】
例えば、図１０に図示されたように、第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２は第２出力ノードＮＯ２及びプリチャージトランジスタＰＣＸの間に配置され、プリチャージトランジスタＰＣＸは第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２及びプリチャージ電圧端子ＶＰＣの間に配置されるように変更されることができる。
【0159】
例えば、図１１に図示されたように、第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２は第１ソースフォロワーＳＦ１及び第２出力ノードＮＯ２の間に配置され、プリチャージトランジスタＰＣＸは第２出力ノードＮＯ２及びプリチャージ電圧端子ＶＰＣの間に配置されるように変更されることができる。この場合、第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２は第１ソースフォロワーＳＦ１を通じて伝達されるフローティング拡散ノードＦＤの電圧レベルを第２出力ノードＮＯ２に選択的に伝達するために使用されることができる。
【0160】
例えば、図１２に図示されたように、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１、プリチャージトランジスタＰＣＸ、及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２は第１ソースフォロワーＳＦ１及びプリチャージ電圧端子ＶＰＣの間で直列に連結されることができる。この場合、出力ノードＮＯは第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１の一端及びプリチャージトランジスタＰＣＸの一端に連結されることができる。
【0161】
例えば、図１３に図示されたように、第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１、第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２、及びプリチャージトランジスタＰＣＸは第１ソースフォロワーＳＦ１及びプリチャージ電圧端子ＶＰＣの間で直列に連結されることができる。この場合、出力ノードＮＯは第１プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ１の一端及び第２プリチャージ選択トランジスタＰＳＸ２の一端に連結されることができる。
【0162】
上述した実施形態の外にも、単純に設計変更されるか、或いは容易に変更することができる実施形態も含む。また、本発明は実施形態を利用して容易に変形して実施することができる技術も含む。したがって、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されてはならず、後述する特許請求の範囲のみならず、この発明の特許請求の範囲と均等なことによって定められるべきである。
【符号の説明】
【0163】
１００ イメージセンサー
１１０ ピクセルアレイ
１２０ ロードライバー
１３０ 読出し回路
１４０ タイミングコントローラ
ＶＰＩＸ ピクセル電圧
ＲＸ リセットトランジスタ
ＲＧ リセット制御信号
ＤＣＧＸ デュアルコンバージョンゲイントランジスタ
ＤＣＧ デュアルコンバージョン制御信号
Ｃ＿ＬＣＧ ＬＣＧキャパシタ
Ｃ＿ＨＣＧ ＨＣＧキャパシタ
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
ＴＸ 転送トランジスタ
ＴＧ 転送制御信号
ＳＦ ソースフォロワー
ＰＣＸ プリチャージトランジスタ
ＰＣ プリチャージ制御信号
ＰＳＸ プリチャージ選択トランジスタ
ＰＳＥ プリチャージ選択制御信号
Ｃ＿ＲＳＴ１ 第１リセットキャパシタ（ＨＣＧモード対応）
Ｃ＿ＳＩＧ１ 第１信号キャパシタ（ＨＣＧモード対応）
ＳＭＰ サンプリングトランジスタ
ＳＭＰＳ サンプリング制御信号
１１０ ピクセルアレイ
１２０ ロードライバー
１３０ 読出し回路
１４０ タイミングコントローラ
ＶＰＩＸ ピクセル電圧
ＲＸ リセットトランジスタ
ＲＧ リセット制御信号
ＤＣＧＸ デュアルコンバージョンゲイントランジスタ
ＤＣＧ デュアルコンバージョン制御信号
Ｃ＿ＬＣＧ ＬＣＧキャパシタ
Ｃ＿ＨＣＧ ＨＣＧキャパシタ
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
ＴＸ 転送トランジスタ
ＴＧ 転送制御信号
ＳＦ ソースフォロワー
ＰＣＸ プリチャージトランジスタ
ＰＣ プリチャージ制御信号
ＰＳＸ プリチャージ選択トランジスタ
ＰＳＥ プリチャージ選択制御信号
Ｃ＿ＲＳＴ１ 第１リセットキャパシタ（ＨＣＧモード対応）
Ｃ＿ＳＩＧ１ 第１信号キャパシタ（ＨＣＧモード対応）
ＳＭＰ サンプリングトランジスタ
ＳＭＰＳ サンプリング制御信号
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】