特開 2024-89594 ＡＤＣおよびランプ電圧発生器を含むイメージセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024089594

(43)【公開日】2024-07-03

(54)【発明の名称】ＡＤＣおよびランプ電圧発生器を含むイメージセンサ

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/772 20230101AFI20240626BHJP

   H04N 25/70 20230101ALI20240626BHJP

【ＦＩ】

H04N25/772

H04N25/70

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023040213

(22)【出願日】2023-03-15

(31)【優先権主張番号】10-2022-0180922

(32)【優先日】2022-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】310024033

【氏名又は名称】エスケーハイニックス株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＫ ｈｙｎｉｘ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】２０９１， Ｇｙｅｏｎｇｃｈｕｎｇ－ｄａｅｒｏ，Ｂｕｂａｌ－ｅｕｂ，Ｉｃｈｅｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】パク ユ ジン

(72)【発明者】

【氏名】キム ソ ファン

(72)【発明者】

【氏名】キム ミン キュ

(72)【発明者】

【氏名】ソ カン ボン

【テーマコード（参考）】

5C024

【Ｆターム（参考）】

5C024CX06

5C024CX43

5C024GX16

5C024GX18

5C024GY31

5C024GY39

5C024HX17

5C024HX24

5C024HX29

(57)【要約】

【課題】ピクセル電圧のレベルが変更されてもノイズが補正されたＨＤＲイメージを取得可能にし、ＬＣＧモード及びＨＣＧモードの両方で動作可能なＡＤＣを含むイメージセンサを提供する。
【解決手段】本開示の実施形態によるイメージセンサ１００は、第１モードで第１キャパシタンスを有し、第２モードで第１キャパシタンスよりも小さい第２キャパシタンスを有するＦＤノードＦＤを含むピクセルＰＸと、ランプ電圧ＲＡＭＰ及びピクセルＰＸから出力されたピクセル電圧ＶＰＩＸに基づいてピクセル値を出力するＡＤＣ１４１と、第１モードでＡＤＣ１４１から出力された第１ピクセル値と第２モードでＡＤＣ１４１から出力された第２ピクセル値との差異に基づいて、ランプ電圧ＲＡＭＰを調節するランプ電圧発生器１３０とを含むことができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１モードで第１キャパシタンスを有し、第２モードで前記第１キャパシタンスよりも小さい第２キャパシタンスを有するＦＤ（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ノードを含むピクセルと、
ランプ電圧および前記ピクセルから出力されたピクセル電圧に基づいてピクセル値を出力するＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、
前記第１モードで前記ＡＤＣから出力された第１ピクセル値及び前記第２モードで前記ＡＤＣから出力された第２ピクセル値の差異に基づいて、前記ランプ電圧を調節するランプ電圧発生器と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。

【請求項2】

前記ＡＤＣから前記第１ピクセル値及び前記第２ピクセル値を受信し、
前記第１ピクセル値および前記第２ピクセル値の差異と関連する差異値データを前記ランプ電圧発生器に提供するデジタルロジックをさら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】

前記ランプ電圧発生器は、
前記第１モードで、予め設定された第１電位から時間と共に減少する前記ランプ電圧を出力し、
前記第２モードで、前記第１電位に比べてキャリブレーション値だけ低い第２電位から時間と共に減少する前記ランプ電圧を出力し、
前記デジタルロジックから受信した前記差異値データに基づいて前記キャリブレーション値を調節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4】

前記ランプ電圧発生器は、
前記差異値データが、閾値未満であることに応答して、前記キャリブレーション値を維持し、
前記差異値データが、前記閾値以上であることに応答して、前記キャリブレーション値を変更することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。

【請求項5】

前記ＡＤＣは、
前記ランプ電圧および第１ピクセルから出力されたピクセル電圧に基づいて前記第１ピクセル値および前記第２ピクセル値を出力し、
前記調節されたランプ電圧および第２ピクセルから出力されたピクセル電圧に基づいて第３ピクセル値を出力することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項6】

前記ピクセルは、
前記ＦＤノードのキャパシタンスを調節するＤＣＧ（ｄｕａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）トランジスタをさら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7】

前記ＤＣＧトランジスタのＯＮ／ＯＦＦを利用して前記ピクセルの駆動モードを前記第１モードまたは前記第２モードのうちのいずれか１つに決めるロードライバーをさら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】

前記ピクセルは、
前記第１モードで第１変換利得（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）によって第１ピクセル電圧を出力し、
前記第２モードで前記第１変換利得よりも高い第２変換利得によって第２ピクセル電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項9】

前記ＡＤＣは、
前記ピクセルを含む１つのピクセルカラム毎に１つの前記ＡＤＣと連結され、
前記第１モードで、前記第１ピクセル電圧及び前記ランプ電圧を比較して前記第１ピクセル値を出力し、
前記第２モードで、前記第２ピクセル電圧および前記ランプ電圧を比較して前記第２ピクセル値を出力することを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサ。

【請求項10】

前記ＡＤＣは、
前記ＡＤＣに含まれる比較器のスイッチをＯＮして前記比較器の入力ノードと出力ノードとを電気的に連結するオートゼロ（ａｕｔｏ－ｚｅｒｏ）を行い、
前記スイッチがＯＦＦ状態に維持される間に、前記第１ピクセル電圧に基づく前記第１ピクセル値および前記第２ピクセル電圧に基づく前記第２ピクセル値を出力することを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサ。

【請求項11】

第１ピクセルから出力された第１ピクセル電圧およびランプ電圧を比較して第１ピクセル値を取得するステップと、
スイッチングを介して変更された変換利得（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）を有する前記第１ピクセルから出力された第２ピクセル電圧および前記ランプ電圧を比較して第２ピクセル値を取得するステップと、
前記第１ピクセル値及び前記第２ピクセル値の差異に基づいて前記ランプ電圧を調節するステップと、
第２ピクセルから出力された第３ピクセル電圧および前記調節されたランプ電圧を比較して第３ピクセル値を取得するステップと、を含むことを特徴とするイメージセンサの動作方法。

【請求項12】

前記第１ピクセル値を取得するステップは、
予め設定された第１電位から時間と共に減少する前記ランプ電圧と前記第１ピクセル電圧とを比較するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサの動作方法。

【請求項13】

前記第２ピクセル値を取得するステップは、
前記第１電位に比べてキャリブレーション値だけ低い第２電位から時間と共に減少する前記ランプ電圧と前記第２ピクセル電圧とを比較するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサの動作方法。

【請求項14】

前記ランプ電圧を調節するステップは、
前記第１ピクセル値および前記第２ピクセル値の差異に基づいて前記キャリブレーション値を調節するステップを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の動作方法。

【請求項15】

前記第２ピクセル値を取得するステップは、
前記第１ピクセルに含まれるスイッチを制御して、前記第１ピクセルの第１変換利得を、前記第１変換利得よりも高い第２変換利得に変更するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサの動作方法。

【請求項16】

ＡＤＣに含まれる比較器のスイッチをＯＮさせてオートゼロを行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサの動作方法。

【請求項17】

前記オートゼロを行うステップは、
前記比較器の入力ノードと出力ノードとを電気的に連結するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載のイメージセンサの動作方法。

【請求項18】

前記第１ピクセル値を取得するステップ及び前記第２ピクセル値を取得するステップは、
前記比較器のスイッチがＯＦＦ状態に維持される間に、前記ＡＤＣが前記第１ピクセル電圧に基づいて前記第１ピクセル値を取得し、前記第２ピクセル電圧に基づいて前記第２ピクセル値を取得するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載のイメージセンサの動作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イメージセンサに含まれるＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）およびランプ電圧発生器に関する。

【背景技術】

【0002】

デジタルイメージのＤＲ（ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）は、イメージ内で最も明るいピクセル値と最も暗いピクセル値との割合で定義され、電子装置の一般的に扱えるＤＲよりも広いＤＲを有するイメージをＨＤＲ（ｈｉｇｈ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）イメージという。ＨＤＲイメージを生成する技術には、互いに異なる露出時間の間に複数のイメージを撮影して合成する方法、各ピクセル毎に１回の露出後、互いに異なる変換利得（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）で２回以上リードアウトして取得したイメージを合成する方法など様々な方法が用いられる。例えば、イメージセンサは、ピクセルの１回の露出で生成された電荷をＨＣＧ（ｈｉｇｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）モードおよびＬＣＧ（ｌｏｗ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）モードに応じて連続的にリードアウトしてＨＤＲイメージを取得できる。ここで、変換利得とは、各ピクセルのＦＤ（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）に蓄積された電荷が電圧に変換される割合を意味する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

ただし、ＤＣＧ（ｄｕａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）を支援するイメージセンサがピクセルの変換利得を変更すると、ＦＤ（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ノードのカップリングキャパシタンスが変化するので、該当ピクセルから出力されるピクセル電圧のレベルも変更される。例えば、イメージセンサがピクセルの変換利得をＬＣＧからＨＣＧに変更すると、前記ピクセルから出力されるピクセル電圧は数十～数百ｍＶだけ減少する。したがって、イメージセンサが行うＣＤＳ（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ）の正確度が落ち、前記イメージセンサを介して取得されたＨＤＲイメージにはＣＦＰＮ（ｃｏｌｕｍｎ ｆｉｘｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｎｏｉｓｅ）などのノイズが含まれる恐れがある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示の実施形態に係るイメージセンサは、第１モードで第１キャパシタンスを有し、第２モードで前記第１キャパシタンスよりも小さい第２キャパシタンスを有するＦＤノードを含むピクセル、ランプ電圧及び前記ピクセルから出力されたピクセル電圧に基づいてピクセル値を出力するＡＤＣ、及び前記第１モードで前記ＡＤＣから出力された第１ピクセル値及び前記第２モードで前記ＡＤＣから出力された第２ピクセル値の差異に基づいて、前記ランプ電圧を調節するランプ電圧発生器を含むことができる。

【0005】

本開示の実施形態に係るイメージセンサの動作方法は、第１ピクセルから出力された第１ピクセル電圧及びランプ電圧を比較して第１ピクセル値を取得するステップ、スイッチングを介して変更されたキャパシタンスを有する前記第１ピクセルから出力された第２ピクセル電圧及び前記ランプ電圧を比較して第２ピクセル値を取得するステップ、前記第１ピクセル値及び前記第２ピクセル値の差異に基づいて前記ランプ電圧を調節するステップ、及び前記第２ピクセルから出力された第３ピクセル電圧及び前記調節されたランプ電圧を比較して第３ピクセル値を取得するステップを含むことができる。

【発明の効果】

【0006】

電子装置は、本開示によるイメージセンサを介してピクセル電圧のレベルが変更されてもＣＦＰＮなどのノイズが補正されたＨＤＲイメージを取得することができる。また、本開示によるイメージセンサは、ＬＣＧモードとＨＣＧモードの両方で動作可能なＡＤＣを含むので、ピクセルアレイをリードアウトするために求められる時間資源および電力資源を節約できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施形態によるイメージセンサの構成を概略的に説明するための図である。

【図2a】本発明の実施形態によってＤＣＧ（ｄｕａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）を支援するピクセルの例を説明するための図である。

【図2b】本発明の実施形態によってＤＣＧを支援するピクセルの他の例を説明するための図である。

【図3】本発明の実施形態によって調節されたランプ電圧を利用するイメージセンサを説明するためのタイミング図である。

【図4】本発明の実施形態によってランプ電圧を調節するためのイメージセンサの構成を説明するための図である。

【図5】本発明の実施形態によって第１モードおよび第２モードの両方で動作することができるＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の構成を説明するための図である。

【図6】本発明の実施形態によってランプ電圧のキャリブレーション値を調節することができるランプ電圧発生器の構成を説明するための図である。

【図7】本発明の実施形態によって１回のオートゼロのみで第１モードおよび第２モードでそれぞれピクセル値を取得することができるＡＤＣを説明するためのタイミング図である。

【図8】本発明の実施形態によるイメージセンサの動作を説明するためのフロー図である。

【図9】本発明の実施形態によるピクセル、ＡＤＣ、ランプ電圧発生器、およびデジタルロジックの動作を説明するためのフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本明細書または出願に開示されている本発明の概念による実施形態についての特定の構造的ないし機能的説明は、単に本発明の概念による実施形態を説明する目的で例示されたものであり、本発明の概念による実施形態は、様々な形態で実施され、本明細書または出願に説明された実施形態に限定されるものと解釈されてはならない。

【0009】

以下では、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できるほど詳細に説明するために、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

【0010】

図１は、本発明の実施形態によるイメージセンサの構成を概略的に説明するための図である。

【0011】

図１を参照すると、イメージセンサ１００は、ピクセルアレイ１１０、ロードライバ１２０、ランプ電圧発生器１３０、ＡＤＣブロック（ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｂｌｏｃｋ）１４０、カラムリードアウト回路１５０、およびタイミングコントローラ（ｔｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、Ｔ／Ｃ）１６０を含むことができる。ただし、図１に示す構成は例示に過ぎず、イメージセンサ１００は、図１に示さない追加的な構成をさらに含むことができる。

【0012】

ピクセルアレイ１１０は、複数のローラインＲＬ、複数のカラムラインＣＬ、および複数のローラインＲＬと複数のカラムラインＣＬに沿って配列される複数のピクセルＰＸを含むことができる。ピクセルＰＸの構造については、図２ａおよび図２ｂを参照して後述する。

【0013】

本開示によるピクセルＰＸは、二重変換利得（ｄｕａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ、以下、ＤＣＧ）を有することができる。すなわち、ピクセルアレイ１１０に含まれるピクセルＰＸは、それぞれＤＣＧ方式で動作することができる。例えば、ピクセルＰＸは、それぞれＬＣＧ（ｌｏｗ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）モードで動作することができ、ＨＣＧ（ｈｉｇｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）モードでも動作することができる。このとき、変換利得（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）は、各ピクセルＰＸに含まれるＦＤ（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ノードに蓄積された電荷が電圧に変換される割合を表すことができる。ピクセルＰＸは、ＦＤノードのキャパシタンス（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の大きさが大きいほど低い変換利得（ＬＣＧ）を有し、ＦＤノードのキャパシタンスの大きさが小さいほど高い変換利得（ＨＣＧ）を有することができる。

【0014】

イメージセンサ１００は、ピクセルＰＸの１回の露出（ｅｘｐｏｓｕｒｅ）に後続するリードアウト区間の間に、ＬＣＧモードとＨＣＧモードで連続して動作することができる。これにより、イメージセンサ１００は、１つのフレーム区間内でＬＣＧモードに応じる第１イメージデータとＨＣＧモードに応じる第２イメージデータを取得することができる。イメージセンサ１００は、第１イメージデータと第２イメージデータをイメージプロセッサ（図示せず）に提供することができる。イメージプロセッサは、第１イメージデータと第２イメージデータとを併合してＨＤＲ（ｈｉｇｈ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）イメージを生成することができる。

【0015】

例えば、ピクセルＰＸがＬＣＧモードで動作することによって取得された第１イメージデータは、相対的に暗いイメージであり得る。また、ピクセルＰＸがＨＣＧモードで動作することによって取得された第２イメージデータは、相対的に明るいイメージであり得る。したがって、第１イメージデータには明るい領域が鮮明に表現され、第２イメージデータには暗い領域が鮮明に表現されることができる。イメージプロセッサは、第１イメージデータの明るい領域および第２イメージデータの暗い領域を合成することで、第１イメージデータや第２イメージデータのそれぞれに比べてＤＲの広いＨＤＲイメージを生成することができる。本開示では、ＨＤＲイメージ生成のために、イメージセンサ１００が変換利得の調節の可能なピクセルＰＸを利用して第１イメージデータと第２イメージデータを取得することを前提に説明する。

【0016】

ロードライバ１２０は、タイミングコントローラ１６０の制御によって、ピクセルアレイ１１０に含まれる複数のローのうちから少なくとも１つのローを選択することができる。ロードライバ１２０は、ローラインＲＬを介して特定のローに含まれるピクセルＰＸがピクセル電圧ＶＰＩＸを出力するように制御することができる。イメージセンサ１００は、ロードライバ１２０の選択に応じて、ピクセルアレイ１１０に含まれる複数のピクセルＰＸのうち特定のローに含まれるピクセルＰＸをリードアウトすることができる。

【0017】

ロードライバ１２０は、ピクセルＰＸの駆動モードをＬＣＧモードまたはＨＣＧモードのうちのいずれか１つに決めることもできる。ロードライバ１２０は、ピクセルＰＸに含まれるＦＤノードのキャパシタンスを調節してピクセルＰＸの変換利得を調節することができる。ＦＤノードのキャパシタンス調節によるピクセルＰＸの駆動モードについては、図２ａを参照して後述する。

【0018】

ランプ電圧発生器１３０は、タイミングコントローラ１６０の制御によってランプ電圧ＲＡＭＰを出力することができる。ランプ電圧発生器１３０は、ＡＤＣブロック１４０に含まれるそれぞれのＡＤＣにランプ電圧ＲＡＭＰを提供することができる。ランプ電圧発生器１３０は、ＡＤＣブロック１４０およびデジタルロジック１５５とのフィードバックシステム（例えば、フィードバックループ（ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌｏｏｐ））を介してランプ電圧ＲＡＭＰの電位を調節することができる。ランプ電圧ＲＡＭＰの電位については、図３を参照して後述する。

【0019】

ＡＤＣブロック１４０は、複数のＡＤＣを含むことができる。ＡＤＣブロック１４０に含まれるＡＤＣは、ピクセルアレイ１１０に含まれるピクセルＰＸのカラム毎にそれぞれ対応するように配置されることができる。例えば、ＡＤＣブロック１４０は、ピクセルアレイ１１０に含まれるピクセルＰＸのカラムの個数に対応する個数のＡＤＣを含むことができる。図１を参照すると、第１ＡＤＣ１４１は、第１ピクセル１１１を含む第１カラムのピクセルＰＸとカラムラインＣＬを介して連結されることができる。

【0020】

ＡＤＣは、ピクセルＰＸから入力されるピクセル電圧ＶＰＩＸをデジタル信号であるピクセル値に変換することができる。ＡＤＣブロック１４０に含まれるそれぞれのＡＤＣは、比較器およびカウンタを含むことができる。ＡＤＣは、比較器およびカウンタを利用して、アナログ信号であるピクセル電圧ＶＰＩＸをデジタル信号であるピクセル値に変換することができる。

【0021】

例えば、比較器は、ピクセルＰＸからカラムラインＣＬを介して受信されるピクセル電圧ＶＰＩＸ、およびランプ電圧発生器１３０から受信されるランプ電圧ＲＡＭＰを比較することができる。比較器は、ピクセル電圧ＶＰＩＸとランプ電圧ＲＡＭＰとの比較結果に対応する比較信号を出力することができる。カウンタは、前記比較信号の反転する時点に基づいてピクセル値を取得することができる。ＡＤＣに含まれる比較器およびカウンタの詳細な動作については、図５を参照して後述する。

【0022】

本開示によるＡＤＣは、ピクセルＰＸの変換利得に関わらず、ＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔ）動作を行うことができる。すなわち、第１ＡＤＣ１４１は、第１ピクセル１１１がＬＣＧモードで出力した第１ピクセル電圧に基づいて第１ピクセル値を出力することができ、第１ピクセル１１１がＨＣＧモードで出力した第２ピクセル電圧に基づいて第２ピクセル値を出力することもできる。

【0023】

カラムリードアウト回路１５０は、ＡＤＣブロック１４０から出力されたピクセル値をイメージセンサ１００の外部に出力することができる。例えば、カラムリードアウト回路１５０は、ＡＤＣからピクセル値を受信することができ、前記ピクセル値を含むイメージデータ（例えば、第１イメージデータ、第２イメージデータ）をイメージプロセッサ（図示せず）に出力することができる。

【0024】

カラムリードアウト回路１５０は、デジタルロジック１５５を含むことができる。デジタルロジック１５５は、ピクセルＰＸの変換利得によって取得されるピクセル値間の差異を計算することができる。例えば、デジタルロジック１５５は、ＬＣＧモードで第１ＡＤＣ１４１から出力された第１ピクセル値、およびＨＣＧモードで第１ＡＤＣ１４１から出力された第２ピクセル値間の差異を演算して差異値データを生成することができる。デジタルロジック１５５は、前記差異値データをランプ電圧発生器１３０に提供することができる。デジタルロジック１５５およびランプ電圧発生器１３０の詳細な動作については、図４を参照して後述する。

【0025】

タイミングコントローラ１６０は、ロードライバ１２０、ランプ電圧発生器１３０、およびカラムリードアウト回路１５０のそれぞれに制御信号を出力することができる。タイミングコントローラ１６０は、前記制御信号を利用してロードライバ１２０、ランプ電圧発生器１３０、およびカラムリードアウト回路１５０が動作するタイミングを制御することができる。

【0026】

図２ａは、本発明の実施形態によってＤＣＧ（ｄｕａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）を支援するピクセルの例を説明するための図である。

【0027】

図２ａを参照すると、ピクセルＰＸは、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）ＰＤ、転送トランジスタＴＸ、ＦＤ（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ノードＦＤ、ソースフォロワ（ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）ＳＦ、選択トランジスタＳＸ、リセットトランジスタＲＸ、第１キャパシタＣ_１、第２キャパシタＣ_２、およびＤＣＧ（ｄｕａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）トランジスタＤＣＧを含むことができる。

【0028】

フォトダイオードＰＤは、外部からピクセルＰＸに入射される光を電気信号に変換することができる。フォトダイオードＰＤは、入射光に対応する電荷を発生させることができる。例えば、フォトダイオードＰＤは、入射光の強度が強いほど多量の電荷を生成することができる。

【0029】

露出時間の間、フォトダイオードＰＤに蓄積される電荷は、転送トランジスタＴＸがＯＮのときにＦＤノードＦＤに移動することができる。フォトダイオードＰＤで生成された電荷は、転送トランジスタＴＸを介してＦＤノードＦＤに蓄積されることができる。この際、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＦＦ状態である場合には、前記電荷が第１キャパシタＣ_１に蓄積されることができ、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＮ状態である場合には、前記電荷が第１キャパシタＣ_１及び第２キャパシタＣ_２に蓄積されることができる。

【0030】

ＦＤノードＦＤに蓄積された電荷は、電圧を発生させることができる。すなわち、ＦＤノードＦＤに蓄積された電荷は電圧に変換（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）されることができる。ソースフォロワＳＦは、ＦＤノードＦＤの電圧に対応する電圧をピクセル電圧ＶＰＩＸとして出力することができる。

【0031】

選択トランジスタＳＸは、ピクセルＰＸを選択することができる。図１のロードライバ１２０は、ピクセルＰＸの選択トランジスタＳＸをＯＮさせることで、選択されたピクセルＰＸのピクセル電圧ＶＰＩＸをカラムラインＣＬを介してＡＤＣに提供することができる。

【0032】

リセットトランジスタＲＸは、ＦＤノードＦＤをリセットさせることができる。ロードライバ１２０は、ピクセルＰＸのリセットトランジスタＲＸをＯＮさせることで、該当ピクセルＰＸのＦＤノードＦＤ、第１キャパシタＣ_１、および第２キャパシタＣ_２をリセットすることができる。

【0033】

ＤＣＧトランジスタＤＣＧは、ロードライバ１２０の制御によってＦＤノードＦＤのキャパシタンスを調節して、ピクセルＰＸの変換利得を調節することができる。ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＦＦであると、ＦＤノードＦＤは第１キャパシタＣ_１に連結されることができ、ＦＤノードＦＤは第１キャパシタＣ_１によるキャパシタンスを有すことができる。ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＮであると、ＦＤノードＦＤは第１キャパシタＣ_１および第２キャパシタＣ_２に連結されることが でき、ＦＤノードＦＤは第１キャパシタＣ_１および第２キャパシタＣ_２によるキャパシタンスを有すことができる。ピクセルＰＸの変換利得は、ＦＤノードＦＤのキャパシタンスに反比例するので、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＮのときにピクセルＰＸは低い変換利得ＬＣＧを有し、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＦＦのときにピクセルＰＸは高い変換利得ＨＣＧを有することができる。本開示では、ＤＣＧトランジスタＤＣＧは、ピクセルＰＸに含まれるスイッチと呼ぶことができる。

【0034】

ロードライバ１２０は、ＤＣＧトランジスタＤＣＧのＯＮ／ＯＦＦを用いてピクセルＰＸの駆動モードを決めることができる。本開示では、ピクセルＰＸに含まれるＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＮ状態であり、ピクセルＰＸが低い変換利得ＬＣＧを有する駆動モードを第１モード（ＬＣＧモード）と呼び、ピクセルＰＸに含まれるＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＦＦ状態であり、ピクセルＰＸが高い変換利得ＨＣＧを有する駆動モードを第２モード（ＨＣＧモード）と呼ぶことができる。

【0035】

図２ｂは、本発明の実施形態によってＤＣＧを支援するピクセルの他の例を説明するための図である。図２ｂでは、図２ａを参照して説明した内容と重複する内容は説明を簡略化あるいは省略することができる。

【0036】

図２ｂを参照すると、ピクセルＰＸは、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）ＰＤ、転送トランジスタＴＸ、ＦＤ（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ノードＦＤ、ソースフォロワ（ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）ＳＦ、選択トランジスタＳＸ、リセットトランジスタＲＸ、および第１キャパシタＣ_１を含むことができる。

【0037】

図２ａと図２ｂを比較すると、図２ａのピクセルＰＸは２つのキャパシタ（例えば、第１キャパシタＣ_１及び第２キャパシタＣ_２）を含むのに対し、図２ｂのピクセルＰＸは、１つのキャパシタ（例えば、第１キャパシタＣ_１)を含むことができる。図２ｂを参照すると、ＦＤノードＦＤは、ピクセルＰＸの第１キャパシタＣ_１および別のピクセルＰＸ’の第２キャパシタＣ_２と連結されることができる。例えば、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＦＦであると、ＦＤノードＦＤは第１キャパシタＣ_１と連結され、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＮであると、ＦＤノードＦＤは第１キャパシタＣ１及び別のピクセルＰＸ’の第２キャパシタＣ_２と連結されることができる。

【0038】

すなわち、本開示によるイメージセンサ１００は、図２ａに示すように、各ピクセルＰＸ毎に含まれる２つのキャパシタを用いて変換利得を調節してもよく、図２ｂに示すように、互いに異なるピクセル（ＰＸおよびＰＸ’）にそれぞれ含まれる２つのキャパシタを用いて変換利得を調節してもよい。

【0039】

また、図２ａ及び図２ｂでは、イメージセンサ１００が、ＦＤノードＦＤに連結可能な２つのキャパシタを利用してＦＤノードＦＤのキャパシタンスを調節するものとして説明したが、これは単なる一例であって、本開示による権利範囲を制限しない。例えば、イメージセンサ１００は、各ピクセルＰＸのＦＤノードＦＤ毎に１つのキャパシタが連結可能であり、第１モードＬＣＧではＦＤノードＦＤが１つのキャパシタと連結され、第２モードＨＣＧではＦＤノードＦＤがキャパシタと連結されないように構成されてもよい。

【0040】

図３は、本発明の実施形態によって調節されたランプ電圧を利用するイメージセンサを説明するためのタイミング図である。

【0041】

イメージセンサ１００は、各ピクセルＰＸの有するピクセル固有の特性によるノイズ（例えば、リセットノイズ）および／またはピクセル電圧ＶＰＩＸを出力するロジック（例えば、カラムラインＣＬ、ＡＤＣ）の特性によるノイズ（例えば、ＣＦＰＮ）を減少させるために、ＣＤＳ（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ）を行うことができる。イメージセンサ１００は、ピクセルＰＸのリードアウト区間の間に該当ピクセルＰＸのリセット信号をリードアウトし、前記リセット信号と相関するイメージ信号をリードアウトすることができる。イメージセンサ１００は、ピクセルＰＸのイメージ信号からリセット信号を差し引くことで、実際のイメージ信号に対応するピクセル値、すなわちピクセルＰＸのフォトダイオードＰＤで生成された電荷量を表すピクセルデータを取得することができる。

【0042】

ピクセルＰＸがＤＣＧを支援する場合、イメージセンサ１００は、リードアウト区間の間にＬＣＧモードおよびＨＣＧモードのそれぞれに対するリセット信号およびイメージ信号をリードアウトすることができる。例えば、イメージセンサ１００は、ピクセルＰＸのＬＣＧリセット信号およびＬＣＧイメージ信号に基づいてＬＣＧピクセルデータを取得することができ、ピクセルＰＸのＨＣＧリセット信号およびＨＣＧイメージ信号に基づいてＨＣＧピクセルデータを取得することができる。

【0043】

図３を参照すると、ピクセルＰＸのリードアウト区間は４つのサブ区間に区分されることができる。例えば、イメージセンサ１００は、第１区間３１０の間にピクセルＰＸのＬＣＧリセット信号を取得でき、第２区間３２０の間にピクセルＰＸのＨＣＧリセット信号を取得でき、第３区間３３０の間にピクセルＰＸのＨＣＧイメージ信号を取得でき、第４区間３４０の間にピクセルＰＸのＬＣＧイメージ信号を取得できる。ピクセルＰＸは、第１区間３１０および第４区間３４０ではＬＣＧモードで動作し、第２区間３２０および第３区間３３０ではＨＣＧモードで動作することができる。図３に示すように、ピクセルＰＸのリードアウト区間の間にＬＣＧリセット信号、ＨＣＧリセット信号、ＨＣＧイメージ信号、およびＬＣＧイメージ信号が順にリードアウトされる方式は、ＲＲＳＳ（ｒｅｓｅｔ－ｒｅｓｅｔ－ｓｉｇｎａｌ－ｓｉｇｎａｌ）リードアウト方式と呼ぶことができる。

【0044】

図３に示すＳＸ、ＲＸ、ＤＣＧ、およびＴＸは、それぞれ図２ａと図２ｂに示した選択トランジスタＳＸ、リセットトランジスタＲＸ、ＤＣＧトランジスタＤＣＧ、および転送トランジスタＴＸのＯＮ／ＯＦＦ状態を表すことができる。

【0045】

ピクセルＰＸのリードアウト区間の間、選択トランジスタＳＸはＯＮ状態であり得る。イメージセンサ１００（例えば、ロードライバ１２０）は、ピクセルＰＸのリードアウト区間が始まる時点ｔ０で選択トランジスタＳＸをＯＮさせることができ、ピクセルＰＸのリードアウト区間が終了する時点ｔ４で選択トランジスタＳＸをＯＦＦさせることができる。

【0046】

イメージセンサ１００は、第１区間３１０が始まる時点ｔ０でピクセルＰＸのリセットトランジスタＲＸおよびＤＣＧトランジスタＤＣＧをＯＮさせることができる。イメージセンサ１００は、リセットトランジスタＲＸおよびＤＣＧトランジスタＤＣＧをＯＮさせて、ピクセルＰＸのＦＤノードＦＤをリセットさせることができる。例えば、イメージセンサ１００は、ピクセルＰＸのリセットトランジスタＲＸおよびＤＣＧトランジスタＤＣＧをＯＮさせて、ピクセルＰＸのＦＤノードＦＤ、第１キャパシタＣ_１、および第２キャパシタＣ_２をリセットさせることができる。イメージセンサ１００は、ＦＤノードＦＤのリセットが終了した後、リセットトランジスタＲＸをＯＦＦさせることができる。

【0047】

ピクセルＰＸは、第１区間３１０の間、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを出力することができる。第１区間３１０では、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＮであるので、ピクセルＰＸはＬＣＧモードで動作することができる。したがって、ピクセルＰＸは、ＬＣＧモードに応じてＬＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを出力することができる。例えば、ピクセルＰＸが出力するＬＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸは、ＶＰＩＸ１と呼ぶことができる。

【0048】

イメージセンサ１００は、第２区間３２０が始まる時点ｔ１でＤＣＧトランジスタＤＣＧをＯＦＦさせることができる。ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＦＦされることで、ＦＤノードＦＤのキャパシタンスが減少することができる。したがって、第２区間３２０でピクセルＰＸは、ＨＣＧモードで動作することができる。

【0049】

ピクセルＰＸは、第２区間３２０の間、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを出力することができる。第２区間３２０では、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＦＦであるので、ピクセルＰＸはＨＣＧモードで動作することができる。したがって、ピクセルＰＸは、ＨＣＧモードに応じて、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを出力することができる。例えば、ピクセルＰＸが出力するＨＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸは、ＶＰＩＸ２と呼ぶことができる。

【0050】

図３を参照すると、時点ｔ１から所定の区間の間にピクセル電圧ＶＰＩＸがＶ_ｄｒｏｐだけ下降することができる。ピクセルＰＸに含まれるＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＮからＯＦＦに変更されると、ＦＤノードＦＤのカップリングキャパシタンスが変わることになり、これによってＦＤノードＦＤの電圧が変更されることができる。したがって、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＦＦされると、ピクセルＰＸから出力されるピクセル電圧ＶＰＩＸもＶ_ｄｒｏｐだけ下降することができる。例えば、ＶＰＩＸ２は、ＶＰＩＸ１に比べてＶ_ｄｒｏｐだけ低いピクセル電圧ＶＰＩＸであり得る。

【0051】

イメージセンサ１００は、時点ｔ２乃至時点ｔ３に該当する第３区間３３０のうち、一部の時間区間の間に転送トランジスタＴＸをＯＮさせることができる。ピクセルＰＸの転送トランジスタＴＸがＯＮの間、フォトダイオードＰＤで生成された電荷がＦＤノードＦＤに移動することができる。

【0052】

イメージセンサ１００は、第３区間３３０の間にＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを出力することができる。第３区間３３０では、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＦＦ状態に維持されるので、ピクセルＰＸはＨＣＧモードで動作することができる。また、フォトダイオードＰＤで生成された電荷がＦＤノードＦＤに移動した状態であるので、ピクセルＰＸは、ＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを出力することができる。例えば、ピクセルＰＸが出力するＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸは、ＶＰＩＸ３と呼ぶことができる。

【0053】

イメージセンサ１００は、第４区間３４０が始まる時点ｔ３でＤＣＧトランジスタＤＣＧをＯＮさせることができる。第４区間３４０では、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＮであるので、ピクセルＰＸはＬＣＧモードで動作することができる。

【0054】

イメージセンサ１００は、第４区間３４０のうち、一部の時間区間の間に転送トランジスタＴＸを再びＯＮさせることができる。転送トランジスタＴＸが再びＯＮされることで、フォトダイオードＰＤで生成されたが、第３区間３３０でＦＤノードＦＤに移動しなかった電荷がＦＤノードＦＤに伝送されることができる。

【0055】

イメージセンサ１００は、第４区間３４０の間、ＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを出力することができる。第４区間３４０では、ＤＣＧトランジスタＤＣＧがＯＮであるので、ピクセルＰＸはＬＣＧモードで動作することができる。したがって、ピクセルＰＸは、ＬＣＧモードに応じてＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを出力することができる。例えば、ピクセルＰＸが出力するＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸは、ＶＰＩＸ４と呼ぶことができる。

【0056】

ピクセルＰＸのリードアウト区間の間、ピクセルＰＸから出力されたピクセル電圧ＶＰＩＸをデジタル信号に変換してピクセル値を取得する方法について説明する。ＡＤＣは、ピクセルＰＸからピクセル電圧ＶＰＩＸを受信でき、ランプ電圧発生器１３０からランプ電圧ＲＡＭＰを受信できる。ＡＤＣは、ピクセル電圧ＶＰＩＸとランプ電圧ＲＡＭＰとが一致する時点に基づいてピクセル値を取得することができる。

【0057】

第１区間３１０で、ランプ電圧ＲＡＭＰは、第１電位３０１から時間と共に減少する形態の位相を有することができる。ＡＤＣは、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧（ＶＰＩＸ１）、および第１電位３０１から一定の速度で減少するランプ電圧ＲＡＭＰを比較することができる。ＡＤＣは、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ１がランプ電圧ＲＡＭＰと一致する時点に基づいて、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値（デジタル信号）を取得することができる。

【0058】

第２区間３２０でも、ＡＤＣは、ピクセル電圧ＶＰＩＸをランプ電圧ＲＡＭＰと比較してデジタル信号に変換することで、ＨＣＧリセット信号を表すピクセル値を取得することができる。ここで、図３を参照すると、ランプ電圧ＲＡＭＰの電位は第１区間３１０と第２区間３２０で互いに異なって表れる。第２区間３２０でのランプ電圧ＲＡＭＰは、第１電位３０１に比べてキャリブレーション値ｘだけ低い第２電位３０２から時間と共に減少する形態の位相を有することができる。ランプ電圧発生器１３０は、第２区間３２０で、Ｖ_ｄｒｏｐだけ下降したピクセル電圧ＶＰＩＸ２を補償するために、キャリブレーション値ｘだけ下降したランプ電圧ＲＡＭＰを出力することができる。ＡＤＣは、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ２、および第２電位３０２から一定の速度で減少するランプ電圧ＲＡＭＰを比較することができる。ＡＤＣは、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ２がランプ電圧ＲＡＭＰと一致する時点に基づいて、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値（デジタル信号）を取得することができる。ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ１およびＨＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ２が互いに異なる値を有しても、ＡＤＣは第１区間３１０と第２区間３２０で互いに異なる位相を有するランプ電圧ＲＡＭＰを利用するので、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値およびＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値は、互いに対応する値を有することができる。

【0059】

第３区間３３０で、ランプ電圧ＲＡＭＰは、第１電位３０１に比べてキャリブレーション値ｘだけ低い第２電位３０２から時間と共に減少する形態の位相を有することができる。ＡＤＣは、ＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ３、および第２電位３０２から一定の速度で減少するランプ電圧ＲＡＭＰを比較することができる。ＡＤＣは、ＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ３がランプ電圧ＲＡＭＰと一致する時点に基づいて、ＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル値（デジタル信号）を取得することができる。

【0060】

第４区間３４０で、電圧ＲＡＭＰは、第１電位３０１から時間と共に減少する形態の位相を有することができる。ＡＤＣは、ＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ４、および第１電位３０１から一定の速度で減少するランプ電圧ＲＡＭＰを比較することができる。ＡＤＣは、ＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ４がランプ電圧ＲＡＭＰと一致する時点に基づいて、ＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル値（デジタル信号）を取得することができる。

【0061】

イメージセンサ１００は、ピクセルＰＸの変換利得変更によってピクセル電圧ＶＰＩＸがＶ_ｄｒｏｐだけ下降することを補償するために、ランプ電圧ＲＡＭＰをキャリブレーション値ｘだけ下げることができる。ただし、ピクセル電圧ＶＰＩＸが下落する値Ｖ_ｄｒｏｐは、固定の値でなくてもよい。例えば、撮影するイメージのフレームによって、撮影環境によって、および／またはピクセルＰＸによって前記Ｖ_ｄｒｏｐは互いに異なる値を有することができる。イメージセンサ１００は、流動的に変化するＶ_ｄｒｏｐを補償するためのフィードバックシステムを含んでもよい。イメージセンサ１００に含まれる前記フィードバックシステムについては、図４を参照して後述する。

【0062】

本開示によるイメージセンサ１００は、ランプ電圧発生器１３０が出力するランプ電圧ＲＡＭＰを調節することによって、１つのＡＤＣがＬＣＧモードおよびＨＣＧモードの両方でＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔ）動作を行えるように構成されることができる。従来のイメージセンサは、１つのピクセルＰＸから出力されるピクセル電圧であっても、ピクセルＰＸの駆動モードに応じて互いに異なるＡＤＣからデジタル信号に変換した。すなわち、従来のイメージセンサは、ＬＣＧモード専用のＡＤＣおよびＨＣＧモード専用のＡＤＣを含んでいた。本開示によるイメージセンサ１００を含む電子装置は、ＤＣＧ方式を利用してＨＤＲイメージを取得することができ、ランプ電圧ＲＡＭＰの調節を通じてＣＦＰＮのようなノイズの減少したＨＤＲイメージを取得することができる。また、本開示によるイメージセンサ１００は、ＬＣＧモードおよびＨＣＧモードの両方で動作可能なＡＤＣを含むので、駆動モード毎に別途のＡＤＣを利用する場合に比べてリードアウト速度が向上され、またＡＤＣで消費する電力が減少する。

【0063】

図３では、ランプ電圧ＲＡＭＰが特定の電位（例えば、第１電位３０１、第２電位３０２）から時間と共に減少する形態の位相を有するものとして説明したが、これは単なる一例であって、ランプ電圧ＲＡＭＰは、特定の電位から時間と共に増加する形態の位相を有してもよい。また、ランプ電圧ＲＡＭＰが時間と共に減少／増加するということは、ランプ電圧ＲＡＭＰが線形的に減少／増加すること、またはランプ電圧ＲＡＭＰが一定に維持される傾き乃至傾斜（ｓｌｏｐｅ）を有することを表すことができる。

【0064】

図４は、本発明の実施形態によってランプ電圧を調節するためのイメージセンサの構成を説明するための図である。第１ピクセル１１１は、図１のピクセルＰＸのうちのいずれか１つのピクセルを表すことができ、第１ＡＤＣ１４１は、図１のＡＤＣブロック１４０に含まれるＡＤＣのうちのいずれか１つを表すことができる。第１ピクセル１１１および第１ＡＤＣ１４１に対する説明は、図１に示した他のピクセルＰＸおよび他のＡＤＣにも適用されることができる。

【0065】

図３を参照して説明したように、ピクセルＰＸの駆動モードに応じてピクセル電圧ＶＰＩＸが変更される値Ｖ_ｄｒｏｐは、固定の値でなくてもよい。第２モード（ＨＣＧモード）で、イメージセンサ１００は、Ｖ_ｄｒｏｐを補償するために第１モード（ＬＣＧモード）に比べてキャリブレーション値ｘだけ低い電位（例えば、第２電位３０２）から一定に減少するランプ電圧ＲＡＭＰを利用することができる。例えば、イメージセンサ１００は、設計ステップでのシミュレーション結果に基づいて計算されたデフォルトキャリブレーション値（ｄｅｆａｕｌｔ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ）を予め記憶できる。また、イメージセンサ１００は、イメージセンサ１００の駆動中に、図４を参照して説明する方式を通じてキャリブレーション値ｘを調節することができる。図４では、イメージセンサ１００に含まれるフィードバックシステム（例えば、フィードバックループ）がキャリブレーション値ｘを調節する方法について説明する。

【0066】

第１ピクセル１１１は、カラムラインＣＬを介してピクセル電圧ＶＰＩＸを出力することができる。例えば、第１ピクセル１１１は、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ、ＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸ、およびＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを出力することができる。第１ピクセル１１１が出力するピクセル電圧ＶＰＩＸは、アナログ信号であり得る。

【0067】

第１ＡＤＣ１４１は、第１ピクセル１１１からピクセル電圧VPIXを受信することができ、ランプ電圧発生器１３０からランプ電圧ＲＡＭＰを受信することができる。第１ＡＤＣ１４１は、ピクセル電圧ＶＰＩＸとランプ電圧ＲＡＭＰとの比較結果に基づいてデジタル信号に変換されたピクセル値を出力することができる。例えば、第１ＡＤＣ１４１は、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値、ＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル値、およびＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル値を出力することができる。第１ＡＤＣ１４１が出力するピクセル値は、デジタル信号であり得る。

【0068】

デジタルロジック１５５は、第１ＡＤＣ１４１が出力するピクセル値の一部を受信することができる。例えば、デジタルロジック１５５は、第１ＡＤＣ１４１が出力するピクセル値のうち、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値およびＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値を受信することができる。図４に関する説明において、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値は第１ピクセル値、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値は第２ピクセル値と呼ぶことができる。

【0069】

デジタルロジック１５５は、第１ＡＤＣ１４１から受信した第１ピクセル値および第２ピクセル値の差異を計算することができる。デジタルロジック１５５は、ＬＣＧリセット信号に対応する第１ピクセル値およびＨＣＧリセット信号に対応する第２ピクセル値の差異と関連する差異値データ４００を取得することができる。例えば、デジタルロジック１５５は、第１ピクセル値および第２ピクセル値の差異値を取得することができる。デジタルロジック１５５は、第１ピクセル１１１だけでなく、ピクセルアレイ１１０に含まれる少なくとも１つのピクセルＰＸを介して受信される、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値およびＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値の差異値を取得することができる。デジタルロジック１５５は、リセット信号に対応するピクセル値（例えば、第１ピクセル値、第２ピクセル値）間の差異値を積分することができる。本開示において、差異値データ４００とは、一つのピクセルを介して一つのフレームから取得された差異値、一つのピクセルを介して複数のフレームから取得された差異値を合算（または積分）した値、複数のピクセルを介して一つのフレームから取得された差異値を合算（または積分）した値、または複数のピクセルを介して複数のフレームから取得された差異値を合算（または積分）した値のうちのいずれか１つを表すことができる。この他にも差異値データ４００は、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値とＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値との間の差異値に基づいて取得された様々な形態のデータを意味することができる。図４では、デジタルロジック１５５が第１ＡＤＣ１４１から受信した第１ピクセル値および第２ピクセル値に基づいて差異値データ４００を取得するものとして示し、説明したが、デジタルロジック１５５は、第１ＡＤＣ１４１以外に２つ以上のＡＤＣから受信したピクセル値を共に利用して差異値データ４００を取得することができる。

【0070】

デジタルロジック１５５は、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値およびＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値の差異と関連する差異値データ４００をランプ電圧発生器１３０に提供することができる。

【0071】

ランプ電圧発生器１３０は、差異値データ４００に基づいてランプ電圧ＲＡＭＰを調節することができる。ランプ電圧発生器１３０は、差異値データ４００に基づいてキャリブレーション値ｘを調節することができる。例えば、ランプ電圧発生器１３０に含まれるオフセットブロック１３５は、ＬＣＧモードとＨＣＧモードで出力されるランプ電圧ＲＡＭＰが、キャリブレーション値ｘだけ互いに異なる電位を有するように調節することができる。ここで、ランプ電圧発生器１３０は、オフセットブロック１３５を利用してキャリブレーション値ｘを調節（例えば、維持または変更）することで、ランプ電圧ＲＡＭＰの波形（ｗａｖｅｆｏｒｍ）をピクセル電圧ＶＰＩＸのレベル変化（例えば、Ｖ_ｄｒｏｐ）に対応させることができる。

【0072】

ランプ電圧発生器１３０は、差異値データ４００が閾値未満であることに応答して、キャリブレーション値ｘを維持することができる。例えば、ＬＣＧリセット信号に対応する第１ピクセル値およびＨＣＧリセット信号に対応する第２ピクセル値が互いに一致したり、無視できるほどの少ない差異を有したりする場合、キャリブレーション値ｘの現在の大きさは第１ＡＤＣ１４１に提供されるに適切であるので、ランプ電圧発生器１３０はキャリブレーション値ｘをそのまま維持することができる。

【0073】

ランプ電圧発生器１３０は、差異値データ４００が閾値以上であることに応答して、キャリブレーション値xを変更することができる。例えば、ＬＣＧリセット信号に対応する第１ピクセル値およびＨＣＧリセット信号に対応する第２ピクセル値が一定水準以上の差異があるということは、ランプ電圧ＲＡＭＰに対するキャリブレーションが適切になされていないことを意味し得る。ランプ電圧発生器１３０は、第１ピクセル値および第２ピクセル値の間の差異を減少させる方向にキャリブレーション値ｘを調節することができる。

【0074】

ランプ電圧発生器１３０が差異値データ４００に基づいてランプ電圧ＲＡＭＰを維持または変更した後、ランプ電圧発生器１３０は、調節されたランプ電圧ＲＡＭＰを出力することができる。第１ＡＤＣ１４１は、ランプ電圧発生器１３０から調節されたランプ電圧ＲＡＭＰを受信することができる。例えば、第１ＡＤＣ１４１は、第１ピクセル１１１または該当カラムの他のピクセルから受信されたピクセル電圧ＶＰＩＸおよび調節されたランプ電圧ＲＡＭＰを比較してピクセル値を取得することができる。図示は省略するが、ピクセルアレイ１１０の第２カラムに対応する第２ＡＤＣは、第２カラムのピクセルから受信されたピクセル電圧ＶＰＩＸおよび調節されたランプ電圧ＲＡＭＰを比較してピクセル値を取得することができる。

【0075】

図４を参照して、第１ピクセル１１１および第１ＡＤＣ１４１を基準としてフィードバックシステムを説明したが、これは説明の便宜のためのものであって、本開示の権利範囲を制限しない。例えば、イメージセンサ１００は、ピクセルアレイ１１０に含まれるピクセルＰＸのうちの少なくとも一部のピクセルＰＸを利用してランプ電圧ＲＡＭＰを調節することができる。イメージセンサ１００は、少なくとも１つのピクセルＰＸを代表ピクセルとして指定することができ、代表ピクセルを介して取得した第１ピクセル値および第２ピクセル値の差異に基づいてランプ電圧ＲＡＭＰを調節することができる。代表ピクセルは、特定位置の１つのピクセル、特定ローのピクセル、または関心領域（ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ、ＲＯＩ）のピクセルのうちのいずれか１つであり得る。イメージセンサ１００は、代表ピクセルを介して決められたキャリブレーション値ｘを利用して全ピクセルＰＸのピクセル値を取得することができる。

【0076】

イメージセンサ１００は、図４のフィードバックシステムを利用してランプ電圧ＲＡＭＰを持続的にキャリブレーションすることができる。イメージセンサ１００は、デジタルロジック１５５を利用して差異値データをリアルタイムで演算（ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）することができ、ランプ電圧発生器１３０は、前記差異値データを利用してキャリブレーション値ｘをリアルタイムで調節することができる。本開示において「リアルタイム」とは、イメージセンサ１００の駆動中に、特定動作が一定の時間遅延（ｄｅｌａｙ）を持って行われる場合を含むことができる。図４のフィードバックシステムは、自動的なキャリブレーション（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）と呼ぶことができる。イメージセンサ１００は、別途の外部制御（例えば、ユーザ入力）がなくても、図４を参照して説明したフィードバックシステムを稼動することができる。また、図４のフィードバックシステムは、差異値データをランプ電圧発生器１３０のキャリブレーション値ｘの変化因子として用いるので、ネガティブフィードバック（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ）、ネガティブループ（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｌｏｏｐ）、またはネガティブフィードバックキャリブレーションと呼ぶこともできる。

【0077】

図４に示すフィードバックシステムを介して、第１ＡＤＣ１４１は、第１ピクセル１１１のＬＣＧモードおよびＨＣＧモードの両方で動作することができる。例えば、イメージセンサ１００は、ピクセルアレイ１１０の１つのピクセルカラム毎に１つのＡＤＣが連結され、前記１つのＡＤＣは、第１モード（ＬＣＧモード）および第２モード（ＨＣＧモード）の両方で動作することができる。本開示によれば、従来のイメージセンサがピクセルのＬＣＧモードとＨＣＧモードで互いに異なるＡＤＣを利用する場合に比べて、イメージセンサ１００が第１ピクセル１１１をリードアウトする速度が向上できる。リードアウト速度の向上については、図５及び図７を参照して後述する。

【0078】

図５は、本発明の実施形態によって、第１モードおよび第２モードの両方で動作可能なＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の構成を説明するための図である。第１ＡＤＣ１４１は、図１に示したＡＤＣのうちのいずれか１つを示すことができる。第１ＡＤＣ１４１に対する説明は、図１に示す他のＡＤＣにも適用できる。

【0079】

図５を参照すると、第１ＡＤＣ１４１は、比較器５１０及びカウンタ５２０を含むことができる。比較器５１０は、キャパシタ５１１を介して入力ノードＩＮＮに入力されたピクセル電圧ＶＰＩＸ、およびキャパシタ５１２を介して入力ノードＩＮＰに入力されたランプ電圧ＲＡＭＰのレベルを比較することができる。比較器５１０は、前記比較結果に対応する比較信号を出力ノードＯＵＴＰに出力することができる。前記比較信号は、ピクセル電圧ＶＰＩＸとランプ電圧ＲＡＭＰとが一致する時点でレベルが遷移する信号であり得る。カウンタ５２０は、比較器５１０からキャパシタ５２１を介して比較信号を受信することができ、カウンティングクロック生成器からカウンティングクロックＣＮＴ＿ＣＬＫを受信することができる。カウンタ５２０は、カウンティングクロックＣＮＴ＿ＣＬＫを利用して、ランプ電圧ＲＡＭＰが減少／増加し始めた時点から前記比較信号のレベルが遷移する時点までカウントすることでピクセル値ＤＯＵＴを取得することができる。

【0080】

イメージセンサ１００は、比較器５１０の比較動作が行われる前にオートゼロ（ａｕｔｏ－ｚｅｒｏ）を行うことができる。イメージセンサ１００は、比較器５１０のスイッチ５１３、５１４に提供されるスイッチ信号ＳＷ１を介して比較器５１０をオートゼロイング（ａｕｔｏ－ｚｅｒｏｉｎｇ）することができる。イメージセンサ１００は、スイッチ５１３をＯＮして入力ノードＩＮＮと出力ノードＯＵＴＰとを電気的に連結することができ、スイッチ５１４をＯＮして入力ノードＩＮＰと出力ノードＯＵＴＮとを電気的に連結することができる。イメージセンサ１００は、比較器５１０のオートゼロイングを介してピクセル電圧ＶＰＩＸと前記比較信号が同じレベルを有するようにすることで、ピクセル電圧ＶＰＩＸのリセットノイズや比較器５１０のオフセットを除去することができる。

【0081】

また、イメージセンサ１００は、カウンタ５２０のスイッチ５２２に提供されるスイッチ信号ＳＷ２を介してカウンタ５２０をオートゼロイングすることができる。イメージセンサ１００は、スイッチ５２２をＯＮしてカウンタ５２０の入力ノードと出力ノードとを電気的に連結することができる。イメージセンサ１００は、カウンタ５２０のオートゼロイングを介して前記比較信号とピクセル値ＤＯＵＴが同じレベルを有するようにすることで、カウンタ５２０のオフセットを除去することができる。

【0082】

第１ＡＤＣ１４１に含まれるスイッチ５１３、５１４、５２２に提供されるスイッチ信号ＳＷ１、ＳＷ２については、図７を参照して後述する。

【0083】

本開示によれば、イメージセンサ１００は、第１ピクセル１１１の第１モード（ＬＣＧモード）と第２モード（ＨＣＧモード）でリセット信号によるピクセル値が同じであるように、第１ＡＤＣ１４１に提供するランプ電圧ＲＡＭＰの電位を調節することができる。したがって、第１ＡＤＣ１４１は、第１ピクセル１１１の駆動モード毎に別途のオートゼロを行う必要がなく、１回のリードアウト区間毎に１回のオートゼロのみを行うことができる。

【0084】

従来のイメージセンサは、ピクセルのリードアウト区間（例えば、１つのフレーム区間に含まれるリードアウト区間）の間に２回のオートゼロを行わなければならなかった。例えば、ピクセルの駆動モードに応じて別個のＡＤＣを利用するイメージセンサの場合、ＬＣＧモードに利用するＡＤＣのオートゼロ、およびＨＣＧモードに利用するＡＤＣのオートゼロが求められる。しかしながら、本開示によれば、イメージセンサ１００は、ピクセルＰＸのリードアウト区間（例えば、図３のリードアウト区間）の間に１回のオートゼロのみを行うことができる。したがって、本開示によれば、ピクセルＰＸのリードアウト速度を従来に比べて向上させることができる。

【0085】

図６は、本発明の実施形態によってランプ電圧のキャリブレーション値を調節できるランプ電圧発生器の構成を説明するための図である。

【0086】

図６を参照すると、ランプ電圧発生器１３０は、ＩＤＡＣ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｇｉｔａｌ－ｔｏ－ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）アレイ６１０、可変抵抗６２０、およびコントローラ６３０を含むことができる。

【0087】

ランプ電圧発生器１３０は、ＩＤＡＣアレイ６１０および可変抵抗６２０を利用して指定された波形を有するランプ電圧ＲＡＭＰを生成することができる。コントローラ６３０は、入力されたクロック信号ＣＬＫに基づいてランプ電圧ＲＡＭＰの波形を決めることができる。例えば、コントローラ６３０は、クロック信号ＣＬＫに基づいて指定された時点でランプ電圧ＲＡＭＰにオフセットを加えて、第１電位３０１または第２電位３０２を有するように制御することができる。また、コントローラ６３０は、クロック信号ＣＬＫに基づいて指定された時点からランプ電圧ＲＡＭＰが時間と共に減少または増加するように制御することができる。

【0088】

ＩＤＡＣアレイ６１０は、オフセットブロック１３５を含むことができる。オフセットブロック１３５は、デジタルロジック１５５から受信した差異値データ４００に基づいて、ランプ電圧ＲＡＭＰのキャリブレーション値ｘを調節することができる。ランプ電圧発生器１３０は、第１モード（ＬＣＧモード）で第１電位３０１から一定に減少するランプ電圧ＲＡＭＰを出力し、第２モード（ＨＣＧモード）で第１電位３０１よりも調節されたキャリブレーション値ｘだけ低い第２電位３０２から一定に減少するランプ電圧ＲＡＭＰを出力することができる。第１電位３０１よりも調節されたキャリブレーション値ｘだけ低い第２電位３０２から一定に減少するランプ電圧ＲＡＭＰは、調節されたランプ電圧ＲＡＭＰと呼ぶことができる。

【0089】

図７は、本発明の実施形態によって１回のオートゼロのみで第１モードおよび第２モードでそれぞれピクセル値を取得できるＡＤＣを説明するためのタイミング図である。図７は、図３のタイミング図と実質的に同じであってもよい。

【0090】

図７に示す第１区間３１０、第２区間３２０、第３区間３３０、及び第４区間３４０は、図３を参照して説明した第１区間３１０、第２区間３２０、第３区間３３０、及び第４区間３４０に対応することができる。図７に示すＲＸ、ＴＸ、ＤＣＧ、ＶＰＩＸ、およびＲＡＭＰは、図３に示したＲＸ、ＴＸ、ＤＣＧ、ＶＰＩＸ、およびＲＡＭＰに対応することができる。図７に関して、図３を参照して説明した構成については説明を簡略化あるいは省略することができる。

【0091】

図７に示すＳＷ１、ＳＷ２は、図５を参照して説明したスイッチ信号ＳＷ１、ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦを示すことができる。図７に示すＶＰＩＸ ＩＮは、図５の比較器５１０の入力ノードＩＮＮの電圧レベルを示し、ＲＡＭＰ ＩＮは、図５の比較器５１０の入力ノードＩＮＰの電圧レベルを示すことができる。

【0092】

イメージセンサ１００は、第１区間３１０でピクセルＰＸのＦＤノードＦＤをリセットさせた後、スイッチ信号ＳＷ１、ＳＷ２をＯＮすることができる。スイッチ信号ＳＷ１、ＳＷ２がＯＮになる区間は、オートゼロ区間７００と呼ぶことができる。

【0093】

イメージセンサ１００は、オートゼロ区間７００の間にＡＤＣのオートゼロを行うことができる。例えば、イメージセンサ１００は、オートゼロ区間７００の間に比較器５１０およびカウンタ５２０をオートゼロイングすることができる。オートゼロ区間７００の間に、イメージセンサ１００は、スイッチ５１３をＯＮして比較器５１０の入力ノードＩＮＮと出力ノードＯＵＴＰとを電気的に連結することができる。また、オートゼロ区間７００の間にイメージセンサ１００は、スイッチ５１４をＯＮして比較器５１０の入力ノードＩＮＰと出力ノードＯＵＴＮとを電気的に連結することができる。

【0094】

図７を参照すると、オートゼロ区間７００の間に、スイッチ信号ＳＷ１によってスイッチ５１３、５１４がＯＮになることによって、比較器５１０に入力されるピクセル電圧ＶＰＩＸ ＩＮと比較器５１０に入力されるランプ電圧ＲＡＭＰは、同じレベルを有することができる。

【0095】

本開示によるイメージセンサ１００は、リードアウト区間の間に１回のオートゼロを行うことができる。イメージセンサ１００は、オートゼロ区間７００の間にオートゼロを行った後、スイッチ信号ＳＷ１、ＳＷ２がＯＦＦ状態に維持される間にＬＣＧリセット信号、ＨＣＧリセット信号、ＨＣＧイメージ信号、およびＬＣＧイメージ信号をリードアウトすることができる。すなわち、イメージセンサ１００は、ピクセルＰＸのリードアウト区間内で、オートゼロ区間７００以外にはスイッチ５１３、５１４、５２２をＯＦＦ状態に維持することができる。

【0096】

図７に示すように、本開示によるイメージセンサ１００は、ピクセルＰＸのリードアウト区間の間に１回のオートゼロのみを行うので、ピクセルＰＸのリードアウト速度が従来に比べて向上することができる。

【0097】

図８は、本発明の実施形態によるイメージセンサの動作を説明するためのフロー図である。

【0098】

ステップＳ８０１において、イメージセンサ１００は、第１ピクセル１１１から出力された第１ピクセル電圧およびランプ電圧ＲＡＭＰを比較して第１ピクセル値を取得することができる。第１ピクセル電圧は、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを表すことができる。第１ピクセル値は、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値を表すことができる。

【0099】

イメージセンサ１００は、予め設定された第１電位３０１から時間と共に減少するランプ電圧ＲＡＭＰと前記第１ピクセル電圧とを比較して前記第１ピクセル値を取得することができる。

【0100】

ステップＳ８０３において、イメージセンサ１００は、スイッチングを介して変更されたキャパシタンスを有する第１ピクセル１１１から出力された第２ピクセル電圧およびランプ電圧ＲＡＭＰを比較して第２ピクセル値を取得することができる。第２ピクセル電圧は、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧ＶＰＩＸを表すことができる。第２ピクセル値は、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値を表すことができる。

【0101】

ステップＳ８０３のスイッチングとは、ピクセルＰＸに含まれるＤＣＧトランジスタＤＣＧのＯＮ／ＯＦＦによってピクセルＰＸの変換利得が変更され、ピクセルＰＸの駆動モードが変更されることを表すことができる。例えば、イメージセンサ１００は、第１ピクセル１１１に含まれるＤＣＧトランジスタＤＣＧをＯＦＦさせて、第１ピクセル１１１のＦＤノードＦＤのキャパシタンスを減少させることができる。これにより、イメージセンサ１００は、第１ピクセル１１１の第１変換利得（例えば、ＬＣＧ）を第１変換利得よりも高い第２変換利得（ＨＣＧ）に変更することができる。

【0102】

イメージセンサ１００は、第１電位３０１に比べてキャリブレーション値ｘだけ低い第２電位３０２から時間と共に減少するランプ電圧ＲＡＭＰと前記第２ピクセル電圧とを比較して前記第２ピクセル値を取得することができる。

【0103】

ステップＳ８０５において、イメージセンサ１００は、第１ピクセル値および第２ピクセル値の差異に基づいてランプ電圧ＲＡＭＰを調節することができる。例えば、イメージセンサ１００は、ＬＣＧリセット信号に対応する第１ピクセル値およびＨＣＧリセット信号に対応する第２ピクセル値の差異と関連する差異値データ４００を取得することができる。ランプ電圧発生器１３０は、前記差異値データ４００を減少させるためにランプ電圧ＲＡＭＰを調節することができる。

【0104】

ステップＳ８０７において、イメージセンサ１００は、第２ピクセルから出力された第３ピクセル電圧および調節されたランプ電圧ＲＡＭＰを比較して第３ピクセル値を取得することができる。ランプ電圧発生器１３０は、キャリブレーション値ｘの調節されたランプ電圧ＲＡＭＰを出力することができる。イメージセンサ１００は、調節されたランプ電圧ＲＡＭＰを利用してアナログ－デジタル変換を行うことができる。ステップＳ８０７において、第２ピクセルは、第１ピクセル１１１と同じカラムに含まれる任意のピクセル、または第１ピクセル１１１と違うカラムに含まれる任意のピクセルであり得る。第３ピクセル電圧は、第２ピクセルが出力するピクセル電圧（例えば、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル電圧、ＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧、ＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧）を表すことができる。第３ピクセル値は、第２ピクセルが出力するピクセル電圧をデジタル信号に変換したピクセル値（例えば、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値、ＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル値、ＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル値）を表すことができる。

【0105】

図９は、本発明の実施形態によるピクセル、ＡＤＣ、ランプ電圧発生器、およびデジタルロジックの動作を説明するためのフロー図である。

【0106】

ステップＳ９０１において、第１ピクセル１１１は、第１ピクセル電圧を出力することができる。第１ピクセル電圧は、第１ピクセル１１１が第１モード（ＬＣＧモード）で駆動される間に出力されたリセット信号に対応することができる。ステップＳ９０３において、第１ＡＤＣ１４１は、第１ピクセル１１１から第１ピクセル電圧を受信することができる。

【0107】

ステップＳ９０５において、ランプ電圧発生器１３０は、ランプ電圧ＲＡＭＰを出力することができる。ステップＳ９０７において、第１ＡＤＣ１４１は、ランプ電圧ＲＡＭＰを受信することができる。

【0108】

ステップＳ９０９において、第１ＡＤＣ１４１は、第１ピクセル電圧およびランプ電圧ＲＡＭＰを比較して第１ピクセル値を取得することができる。第１ピクセル値は、ＬＣＧリセット信号に対応するピクセル値を表すことができる。ステップＳ９１１において、デジタルロジック１５５は、第１ピクセル値を受信することができる。

【0109】

ステップＳ９１３において、第１ピクセル１１１は、第２ピクセル電圧を出力することができる。第２ピクセル電圧は、第１ピクセル１１１が第２モード（ＨＣＧモード）で駆動される間に出力されたリセット信号に対応するこてができる。ステップＳ９１５において、第１ＡＤＣ１４１は、第１ピクセル１１１から第２ピクセル電圧を受信することができる。

【0110】

ステップＳ９１７において、ランプ電圧発生器１３０は、ランプ電圧ＲＡＭＰを出力することができる。ステップＳ９１９において、第１ＡＤＣ１４１は、ランプ電圧ＲＡＭＰを受信することができる。

【0111】

ステップＳ９２１において、第１ＡＤＣ１４１は、第２ピクセル電圧およびランプ電圧ＲＡＭＰを比較して第２ピクセル値を取得することができる。第２ピクセル値は、ＨＣＧリセット信号に対応するピクセル値を表すことができる。ステップＳ９２３において、デジタルロジック１５５は、第２ピクセル値を受信することができる。

【0112】

ステップＳ９２５において、デジタルロジック１５５は、第１ピクセル値および第２ピクセル値に基づいて差異値データ４００を取得することができる。例えば、デジタルロジック１５５は、第１ピクセル値と第２ピクセル値との差異値を計算することができる。

【0113】

ステップＳ９２７において、ランプ電圧発生器１３０は、差異値データ４００を受信することができる。ステップＳ９２９において、ランプ電圧発生器１３０は、差異値データ４００に基づいてキャリブレーション値ｘを調節することができる。例えば、ランプ電圧発生器１３０は、差異値データ４００が閾値以上である場合にはキャリブレーション値ｘを変更することができる。

【0114】

ステップＳ９３１において、第２ピクセル１１２は、第３ピクセル電圧を出力することができる。第３ピクセル電圧は、第２ピクセル１１２が出力する任意のピクセル電圧を表すことができる。ステップＳ９３３において、第１ＡＤＣ１４１は、第２ピクセル１１２から第３ピクセル電圧を受信することができる。図９では、第２ピクセル１１２が第１ピクセル１１１と同じカラムに配置されることを前提に、第１ＡＤＣ１４１が第２ピクセル１１２から第３ピクセル電圧を受信するものとして説明したが、これは単なる一例であって、第２ピクセル１１２が第１ピクセル１１１と違うカラムに配置される場合にも本開示は適用可能である。

【0115】

ステップＳ９３５において、ランプ電圧発生器１３０は、調節されたランプ電圧ＲＡＭＰを出力することができる。ステップＳ９３７において、第１ＡＤＣ１４１は、調節されたランプ電圧ＲＡＭＰを受信することができる。

【0116】

ステップＳ９３９において、第１ＡＤＣ１４１は、第３ピクセル電圧および調節されたランプ電圧ＲＡＭＰを比較して第３ピクセル値を取得することができる。第３ピクセル値は、第３ピクセル電圧をデジタル信号に変換した値を表すことができる。ステップＳ９３９の後には、ステップＳ９１１～ステップＳ９２９に対応するステップを行うことができる。

【0117】

図９では、第１ピクセル１１１が出力したＬＣＧリセット信号に対応する第１ピクセル電圧およびＨＣＧリセット信号に対応する第２ピクセル電圧を中心に示したが、これは説明の便宜のためのものであって、参照符号９５０に該当する区間で行われるステップは、図９において省略されたと理解されるべきである。例えば、参照符号９５０に該当する区間で、第１ピクセル１１１は、ＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧及びＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル電圧を出力することができ、第１ＡＤＣ１４１は、ＨＣＧイメージ信号に対応するピクセル値及びＬＣＧイメージ信号に対応するピクセル値を取得して、カラムリードアウト回路１５０に提供することができる。

【符号の説明】

【0118】

１００ イメージセンサ
１１０ ピクセルアレイ
１１１ 第１ピクセル
１２０ ロードライバ
１３０ ランプ電圧発生器
１４０ ＡＤＣブロック
１４１ 第１ＡＤＣ
１５０ カラムリードアウト回路
１５５ デジタルロジック
１６０ タイミングコントローラ

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】