JP2023078104A - イメージセンサー - Google Patents

Abstract

【課題】 実施形態は、信号対雑音比ディップ現象が改善されたイメージセンサーを提供する。【解決手段】 一実施形態によるイメージセンサーは、第１フローティングディフュージョンおよび横型オーバーフロー蓄積容量（ＬＯＦＩＣ）を含む第２フローティングディフュージョンを含み、第１フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第１ピクセル信号を生成し、第１フローティングディフュージョンおよび第２フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第２ピクセル信号を生成するピクセル；ピクセルに連結され、第１ピクセル信号または第２ピクセル信号を伝達するカラムライン；第１基準信号および第２基準信号を生成するランプ信号生成器；およびカラムラインに連結され、第１ピクセル信号と第１基準信号を比較した第１比較結果、第２ピクセル信号と第１基準信号を比較した第２比較結果、および第２ピクセル信号と第２基準信号を比較した第３比較結果を含む複数の比較結果に基づいてイメージ信号を生成するリードアウト回路を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、イメージセンサーに関する。

イメージセンサー（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）は、対象物の２次元または３次元イメージをキャプチャー（ｃａｐｔｕｒｅ）する装置である。イメージセンサーは、対象物から反射される光の強さにより反応する光電変換素子を利用して対象物のイメージを生成する。

最近、多様な分野で性能が向上したイメージセンサーの需要が増大している。ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーは、ＣＭＯＳ工程を利用して製造されるイメージ撮像素子であって、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサーと比較して製造単価が低く、電力消費が少なく、高集積が可能であるという長所がある。

ただし、ＣＭＯＳイメージセンサーを通じて獲得されたイメージは、ＣＭＯＳイメージセンサーの信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ、ＳＮＲ）の影響を多く受けるという問題がある。特に、低照度と高照度のイメージを合成時、信号対雑音比が急激に低くなる信号対雑音比ディップ（ＳＮＲ ｄｉｐ）現象は、イメージの画質を劣化させる主な要因のうちの一つである。

本発明の目的は、信号対雑音比が減少したイメージセンサーを提供することにある。

また、本発明の目的は、信号対雑音比ディップ現象が改善されたイメージセンサーを提供することにある。

一実施形態によるイメージセンサーは、第１フローティングディフュージョンおよび横型オーバーフロー蓄積容量（Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｆｌｏｗ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＬＯＦＩＣ）を含む第２フローティングディフュージョンを含み、第１フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第１ピクセル信号を生成し、第１フローティングディフュージョンおよび第２フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第２ピクセル信号を生成するピクセル；ピクセルに連結され、第１ピクセル信号または第２ピクセル信号を伝達するカラムライン；第１基準信号および第２基準信号を生成するランプ信号生成器；およびカラムラインに連結され、第１ピクセル信号と第１基準信号を比較した第１比較結果、第２ピクセル信号と第１基準信号を比較した第２比較結果、および第２ピクセル信号と第２基準信号を比較した第３比較結果を含む複数の比較結果に基づいてイメージ信号を生成するリードアウト回路を含む。

ある実施形態において、第１基準信号は、第１傾きを有する複数のランプ信号を含み、第２基準信号は、第１傾きと異なる第２傾きを有する複数のランプ信号を含み、複数の比較結果は、第１ピクセル信号と第２基準信号を比較した第４比較結果をさらに含むことができる。

ある実施形態において、ピクセルは、第３フローティングディフュージョンをさらに含み、第２ピクセル信号は、第３フローティングディフュージョンの電荷量にさらに基づいて生成され、ピクセルは、第１フローティングディフュージョンおよび第３フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第３ピクセル信号をさらに生成することができる。

ある実施形態において、第１基準信号は、第１傾きを有する複数のランプ信号を含み、第２基準信号は、第１傾きと異なる第２傾きを有する複数のランプ信号を含み、複数の比較結果は、第３ピクセル信号と第２基準信号を比較した第４比較結果をさらに含むことができる。

ある実施形態において、第１ピクセル信号、第２ピクセル信号、および第１基準信号の入力を受け、第１比較結果および第２比較結果を出力する第１比較器、第２ピクセル信号、第３ピクセル信号、および第２基準信号の入力を受け、第３比較結果および第４比較結果を出力する第２比較器を含むことができる。

ある実施形態において、第１基準信号は、第１傾きを有する複数のランプ信号を含み、第２基準信号は、第１傾きと異なる第２傾きを有する複数のランプ信号を含み、複数の比較結果は、第１ピクセル信号と第２基準信号を比較した第４比較結果をさらに含むことができる。

ある実施形態において、ランプ信号生成器は、第３傾きを有する第３基準信号をさらに生成し、複数の比較結果は、第３ピクセル信号と第３基準信号を比較した第５比較結果をさらに含むことができる。

ある実施形態において、ランプ信号生成器は、イメージセンサーに対してアナログゲインを増加させる場合に第３傾きを維持することができる。

ある実施形態において、リードアウト回路は、第１ピクセル信号、第２ピクセル信号、および第１基準信号の入力を受け、第２比較結果および第４比較結果を出力する第１比較器、第１ピクセル信号、第２ピクセル信号、および第２基準信号の入力を受け、第３比較結果および第４比較結果を出力する第２比較器、第３ピクセル信号と第３基準信号の入力を受け、第５比較結果を出力する第３比較器を含むことができる。

ある実施形態において、ランプ信号生成器は、第３傾きと異なる第４傾きを有する第４基準信号をさらに生成し、複数の比較結果は、第３ピクセル信号と第４基準信号を比較した第６比較結果をさらに含むことができる。

ある実施形態において、ランプ信号生成器は、イメージセンサーに対してアナログゲインを増加させる場合に第４傾きを維持することができる。

ある実施形態において、リードアウト回路は、第３ピクセル信号と第４基準信号の入力を受け、第６比較結果を出力する第４比較器をさらに含むことができる。

ある実施形態において、ピクセルは、第１フローティングディフュージョン、第２フローティングディフュージョン、および第３フローティングディフュージョンを第１サブピクセルとして含み、第１フローティングディフュージョンと同一のキャパシタンスを有する第４フローティングディフュージョン、第２フローティングディフュージョンと同一のキャパシタンスを有する第５フローティングディフュージョン、および第３フローティングディフュージョンと同一のキャパシタンスを有する第６フローティングディフュージョンを第２サブピクセルとして含み、第４フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第４ピクセル信号を生成し、第４フローティングディフュージョンおよび第５フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第５ピクセル信号を生成し、第４フローティングディフュージョン、第５フローティングディフュージョンおよび第６フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第６ピクセル信号を生成し、カラムラインは、第１サブピクセルに連結される第１カラムラインと第２サブピクセルに連結される第２カラムラインを含み、リードアウト回路は、第１ピクセル信号と第１基準信号を比較する時、第１ピクセル信号および第４ピクセル信号の平均値と第１基準信号を比較して第１比較結果を生成し、第２ピクセル信号と第１基準信号を比較する時、第２ピクセル信号および第５ピクセル信号の平均値と第１基準信号を比較して第２比較結果を生成し、第２ピクセル信号と第２基準信号を比較する時、第２ピクセル信号および第５ピクセル信号の平均値と第２基準信号を比較して第３比較結果を生成し、第３ピクセル信号と第２基準信号を比較する時、第３ピクセル信号および第６ピクセル信号の平均値と第２基準信号を比較して第４比較結果を生成することができる。

一実施形態によるイメージセンサーは、光電素子；第１ノードと光電素子の間に連結される転送トランジスター；第１ノードに連結される第１フローティングディフュージョン；第１ノードと第２ノードの間に連結される第１スイッチトランジスター；第２ノードに連結される第２フローティングディフュージョン；電源電圧ラインと第２ノードの間に連結される第２スイッチトランジスター；第１ノードの電圧に応答してピクセル信号を生成し、ピクセル信号をカラムラインに出力する駆動トランジスター；複数のランプ信号を含む複数の基準信号を生成してリードアウト回路に伝達するランプ信号生成器；およびカラムラインに連結され、ピクセル信号および複数の基準信号のうちの第１傾きを有するランプ信号を含む第１基準信号を比較し、ピクセル信号および複数の基準信号のうちの第１傾きと異なる第２傾きを有するランプ信号を含む第２基準信号を比較してイメージ信号を生成するリードアウト回路を含む。

ある実施形態において、ピクセル信号は、第１スイッチトランジスターがターンオフされた状態で駆動トランジスターが生成する第１ピクセル信号；および第１スイッチトランジスターがターンオンされ、第２スイッチトランジスターがターンオフされた状態で駆動トランジスターが生成する第２ピクセル信号を含むことができる。

ある実施形態において、第１ノードと第３ノードの間に連結される第３スイッチトランジスター、および第３ノードに連結される第３フローティングディフュージョンをさらに含み、ピクセル信号は、第１スイッチトランジスターおよび第３スイッチトランジスターがターンオンされた状態で駆動トランジスターが生成する第３ピクセル信号をさらに含むことができる。

ある実施形態において、第２スイッチトランジスターと直列に連結される第３フローティングディフュージョンをさらに含み、ピクセル信号は、第１スイッチトランジスターおよび第２スイッチトランジスターがターンオンされた状態で駆動トランジスターが生成する第３ピクセル信号をさらに含むことができる。

ある実施形態において、リードアウト回路は、第１ピクセル信号および第３ピクセル信号と第１基準信号を比較し、第２ピクセル信号および第３ピクセル信号と第２基準信号を比較してイメージ信号を生成することができる。

ある実施形態において、複数の基準信号は、第３ピクセル信号に同期してランプ信号生成器が生成する第３傾きを有するランプ信号を含む第３基準信号をさらに含み、リードアウト回路は、第１ピクセル信号および第２ピクセル信号と第１基準信号を比較し、第１ピクセル信号および第２ピクセル信号と第２基準信号を比較し、第３ピクセル信号と第３基準信号を比較してイメージ信号を生成することができる。

ある実施形態において、ランプ信号生成器は、イメージセンサーに対してアナログゲインを増加させる場合に第３基準信号内のランプ信号の傾きを維持することができる。

ある実施形態において、複数の基準信号は、第３ピクセル信号に同期してランプ信号生成器が生成する第４傾きを有するランプ信号を含む第４基準信号をさらに含み、リードアウト回路は、第３ピクセル信号および第４基準信号を比較する第４比較器をさらに含むことができる。

ある実施形態において、ランプ信号生成器は、イメージセンサーに対してアナログゲインを増加させる場合に第４基準信号内のランプ信号の傾きを維持することができる。

一実施形態によるイメージセンサーにより実行される方法は、第１フローティングディフュージョンおよび第２フローティングディフュージョンを含むピクセルで、第１フローティングディフュージョンの電荷量に基づいた第１ピクセル信号を生成し、第１フローティングディフュージョンおよび第２フローティングディフュージョンの電荷量に基づいた第２ピクセル信号を生成する段階；第１傾きを有するランプ信号を含む第１基準信号および第１傾きと異なる第２傾きを有するランプ信号を含む第２基準信号を生成する段階；および第１ピクセル信号と第１基準信号を比較した第１比較結果、第２ピクセル信号と第１基準信号を比較した第２比較結果、および第２ピクセル信号と第２基準信号を比較した第３比較結果を含む複数の比較結果に基づいてイメージ信号を生成する段階を含む。

一実施形態によるイメージセンサーの例示ブロック図である。 一実施形態によるピクセルを示す回路図である。 一実施形態によるピクセルを示す回路図である。 一実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。 一実施形態によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 一実施形態によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 他の実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。 図６によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。 他の実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。 本実施形態による一つのピクセルを示す回路図である。 他の実施形態によるピクセルを示す回路図である。 他の実施形態によるピクセルを示す回路図である。 一実施形態によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 一実施形態によるイメージセンサーの他の動作タイミングを例示する図面である。 本発明の一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。 イメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 イメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 本発明の他の実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。 本発明の他の実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。 他の実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。 図１９によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 図１９によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。 一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。 一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。 一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。 他の実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。 図２６によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 図２６によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 他の実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。 図２９によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。 一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。 一実施形態による一つのピクセルを示す回路図である。 一実施形態によるコンピュータ装置の例示ブロック図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な異なる形態に具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

そして、図面において、本発明を明確に説明するために説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって類似の部分については類似の図面符号を付した。図面を参照して説明したフローチャートにおいて、動作順序は変更可能であり、多くの動作が併合されたり、ある動作が分割され得、特定の動作は行われないことがある。

また、単数で記載された表現は「一つ」または「単一」などの明示的な表現を使用しない以上、単数または複数で解釈され得る。第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素を説明することに使用され得るが、構成要素はこのような用語により限定されない。これら用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的で使用され得る。

図１は一実施形態によるイメージセンサーの例示ブロック図である。

図１を参照すれば、本発明の一実施形態によるイメージセンサー１００は、コントローラー１１０、タイミング生成器１２０、ロードライバー１３０、ピクセルアレイ１４０、リードアウト回路１５０、ランプ信号生成器１６０、データバッファー１７０、およびイメージ信号プロセッサー１８０を含むことができる。ある実施形態において、イメージ信号プロセッサー１８０は、イメージセンサー１００の外部に位置することができる。

イメージセンサー１００は、外部から受信した光を電気信号に変換してイメージ信号を生成することができる。イメージ信号ＩＭＳは、イメージ信号プロセッサー１８０に提供され得る。

イメージセンサー１００は、イメージまたは光センシング機能を有する電子装置に搭載され得る。例えば、イメージセンサー１００は、カメラ、スマートフォン、ウェアラブル機器、もののインターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＩｏＴ））機器、家電機器、タブレットＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ＰＭＰ（ｐｏｒｔａｂｌｅ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｐｌａｙｅｒ）、ナビゲーション（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）、ドローン（ｄｒｏｎｅ）、先進運転支援システム（ａｄｖａｎｃｅｄ ｄｒｉｖｅｒｓ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ、ＡＤＡＳ）などのような電子装置に搭載され得る。またはイメージセンサー１００は、車両、家具、製造設備、ドア、各種計測機器などに部品として備えられる電子装置に搭載され得る。

コントローラー１１０は、イメージセンサー１００に含まれる各構成要素１２０、１３０、１５０、１６０、１７０を全般的に制御することができる。コントローラー１１０は、制御信号を利用して各構成要素１２０、１３０、１５０、１６０、１７０の動作タイミングを制御することもできる。実施形態により、コントローラー１１０は、ランプ信号生成器１６０を制御してランプ信号生成器１６０が発生させる基準信号ＲＡＭＰを調整することができ、タイミング生成器１２０を制御してロードライバー１３０を通じてピクセルアレイ１４０内のピクセル回路のフローティングディフュージョン（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ、ＦＤ）キャパシタンスを調整することができる。

ある実施形態において、コントローラー１１０は、アプリケーションプロセッサーから撮像モードを指示するモード信号を受信し、受信したモード信号に基づいてイメージセンサー１００を全般的に制御することができる。例えば、アプリケーションプロセッサーは、撮像環境の照度、使用者の解像度設定、センシングされたり学習された状態など多様なシナリオによりイメージセンサー１００の撮像モードを決定し、決定した結果をモード信号でコントローラー１１０に提供することができる。コントローラー１１０は、ピクセルアレイ１４０の複数のピクセルが撮像モードに従ってピクセル信号を出力するように制御することができ、ピクセルアレイ１４０は、複数のピクセルのそれぞれに対するピクセル信号または複数のピクセルのうちの一部に対するピクセル信号を出力することができ、リードアウト回路１５０は、ピクセルアレイ１４０から伝達されたピクセル信号をサンプリングし処理することができる。タイミング生成器１２０は、イメージセンサー１００の構成の動作タイミングの基準となる信号を生成することができる。タイミング生成器１２０は、ロードライバー１３０、リードアウト回路１５０、およびランプ信号生成器１６０のタイミングを制御することができる。タイミング生成器１２０は、ロードライバー１３０、リードアウト回路１５０、およびランプ信号生成器１６０のタイミングを制御する制御信号を提供することができる。

ピクセルアレイ１４０は、複数のピクセルＰＸ、そして複数のピクセルＰＸにそれぞれ連結される複数のローラインＲＬおよび複数のカラムラインＣＬを含むことができる。ある実施形態において、各ピクセルＰＸは、少なくとも一つの光電素子（または光感知素子という）を含むことができる。光電素子は、入射される光を感知し、入射光を光量に従った電気信号、つまり、複数のアナログピクセル信号に変換することができる。光電素子から出力されるアナログピクセル信号のレベルは光電素子から出力される電荷の量に比例することができる。つまり、光電素子から出力されるアナログピクセル信号のレベルはピクセルアレイ１４０内に受信される光の量に比例することができる。

ピクセルアレイ１４０は、複数のアナログピクセル信号を生成する過程で変換ゲイン（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）を調節することができる。変換ゲインは、光電変換により生成された単位光電荷に対してピクセルアレイ１４０から出力されるアナログピクセル信号の大きさである。ここで、変換ゲインは、ピクセルアレイ１４０内の一つのピクセルに含まれる複数個のトランジスターを使用してフローティングディフュージョンＦＤキャパシタンスを変更することによって調節され得る。

ローラインＲＬは、第１方向に延びており、第１方向に沿って配置されたピクセルＰＸに連結され得る。例えば、ローラインＲＬは、ピクセルＰＸに備えられる素子、例えばトランジスターにロードライバー１３０から出力される制御信号を伝達することができる。ローラインＲＬ以外に他の信号ラインが第１方向に配列されることもできる。カラムラインＣＬは、第１方向と交差する第２方向に延びており、第２方向に沿って配置されたピクセルＰＸに連結され得る。カラムラインＣＬは、ピクセルＰＸから出力されるピクセル信号をリードアウト回路１５０に伝達することができる。

ある実施形態において、一つのピクセルＰＸは、複数のサブピクセルグループを含むことができる。サブピクセルグループは、Ｍ＊Ｎ（Ｍ、Ｎは２以上の整数）形態に配置され得る。Ｍ＊Ｎ形態は、カラムラインＣＬの配列方向にＭ個、ローラインＲＬの配列方向にＮ個が配列された形態であり得る。

例えば、一つのピクセル１４００は、１＊２形態に配列された複数のサブピクセルグループ１４０１、１４０２を含むことができる。図１で、一つのピクセル１４００は、２個のサブピクセルグループ１４０１、１４０２を含むものと示されているが、これに限定されるのではなく、一つのピクセルはＭ＊Ｎ形態に配列された任意の個数のサブピクセルグループを含むことができる。

ピクセルアレイ１４０は、サブピクセルグループ単位で動作することができる。一つのサブピクセルグループは、複数のサブピクセルを含むことができる。具体的に、サブピクセルグループ１４０１は、サブピクセル１４０１＿１、１４０１＿２を含むことができる。サブピクセルグループ１４０２は、サブピクセル１４０２＿１、１４０２＿２を含むことができる。複数のサブピクセル１４０１＿１、１４０１＿２、１４０２＿１、１４０２＿２のそれぞれは、一つ以上の光電素子（または光感知素子）を含むことができる。

複数のサブピクセルグループ１４０１、１４０２のそれぞれは、一つのアナログピクセル信号を出力することができる。この時、一つのサブピクセルグループ１４０１、１４０２から出力されるアナログピクセル信号の電圧レベルは、サブピクセルグループ１４０１、１４０２内のそれぞれのサブピクセル１４０１＿１、１４０１＿２、１４０２＿１、１４０２＿２から出力される電圧のレベルの総和であり得る。一つのサブピクセルグループ１４０１、１４０２に含まれるサブピクセルは、同一のカラーフィルターを有することができる。

一実施形態において、ピクセルアレイ１４０は、サブピクセル１４０１＿１、１４０１＿２、１４０２＿１、１４０２＿２のそれぞれでアナログ信号を出力することができる。例えば、高照度環境で、アプリケーションプロセッサーはフルモード（ｆｕｌｌ ｍｏｄｅ）を指示するモード信号をイメージセンサー１００に提供することができる。高照度環境は低照度環境より光量が高い環境であり得る。フルモードは、ピクセルアレイ１４０を構成する全てのサブピクセルにより感知された電圧に対して読み出し動作を行うことを意味し得る。フルモードを指示するモード信号を受信した場合に、イメージセンサー１００は、ピクセルアレイ１４０の全てのサブピクセルのそれぞれにより生成されたピクセル信号を出力するようにピクセルアレイ１４０を制御し、出力されたピクセル信号を個別的に処理することができる。出力されるアナログ信号の個数が多いため、フルモードでイメージセンサー１００の外部環境の形態、明暗などが鮮明に表示され得る。

一実施形態において、ピクセルアレイ１４０は、サブピクセル１４０１＿１、１４０１＿２、１４０２＿１、１４０２＿２のそれぞれでアナログ信号を出力する代わりに、サブピクセルグループ１４０１、１４０２からピクセル信号を出力することができる。サブピクセルグループに受信される光量は、サブピクセルグループ内のそれぞれのサブピクセルに受信される光量の総和であり得る。例えば、低照度環境で、アプリケーションプロセッサーはビニングモード（ｂｉｎｎｉｎｇ ｍｏｄｅ）を指示するモード信号をイメージセンサー１００に提供することができる。低照度環境は、室内や夜間のように光量（ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｌｉｇｈｔ）が不足している環境であり得る。ビニングモードとは、一つの集合内に含まれているサブピクセルの出力値を合算した値（または平均値）を一つのアナログピクセル信号で出力するモードを意味し得る。ビニングモードを指示するモード信号を受信した場合に、イメージセンサー１００は、一つのサブピクセルグループ内で隣接して位置したサブピクセルまたは所定個数の同一のカラーピクセル単位で生成されたピクセル信号を出力するようにピクセルアレイ１４０を制御し、出力されたピクセル信号を処理することができる。ビニングモードを指示するモード信号を受信した場合に、イメージセンサー１００は一つのサブピクセルグループ１４０１内の複数のサブピクセル１４０１＿１、１４０１＿２のそれぞれにより感知された電圧が合算された値を一つのピクセル信号で出力することができる。また、イメージセンサー１００は、一つのサブピクセルグループ１４０２内の複数のサブピクセル１４０２＿１、１４０２＿２のそれぞれにより感知された電圧が合算された値を一つのピクセル信号で出力することができる。したがって、ビニングモードで出力されるピクセル信号は、低照度環境でも十分な光量の情報を含むことができるため、イメージセンサー１００の外部環境の色が豊富に表示され得る。

以下の説明で、イメージセンサー１００はビニングモードで動作すると仮定される。

ロードライバー１３０は、タイミング生成器１２０の制御信号に応答してピクセルアレイ１４０を駆動するための制御信号を生成し、複数のローラインＲＬを通じてピクセルアレイ１４０の複数のピクセルＰＸに制御信号を提供することができる。

ある実施形態において、ロードライバー１３０は、ローライン単位で複数のピクセルＰＸが入射される光を感知するように制御することができる。ローライン単位は、少なくとも一つのローラインＲＬを含むことができる。例えば、ロードライバー１３０は、後述するようにピクセルアレイ１４０に転送信号ＴＧ、リセット信号（ＲＧ）、選択信号（ＳＥＬ）、ゲイン制御信号（ＤＣＧ）などを提供することができる。

リードアウト回路１５０は、タイミング生成器１２０からの制御信号に応答して複数のピクセルＰＸのうちで選択されたローラインＲＬに連結されたピクセルＰＸからのピクセル信号（または電気信号）を光量を示すピクセル値に変換することができる。リードアウト回路１５０は、対応するカラムラインＣＬを通じて出力されるピクセル信号をピクセル値に変換することができる。例えば、リードアウト回路１５０は、ランプ信号とピクセル信号を比較することによってピクセル信号をピクセル値に変換することができる。ピクセル値は、複数のビットを有するイメージデータであり得る。具体的に、リードアウト回路１５０は、選択器、複数の比較器、および複数のカウンター回路などを含むことができる。

ランプ信号生成器１６０は、基準信号を生成してリードアウト回路１５０に転送することができる。

ランプ信号生成器１６０は、電流源、抵抗、およびキャパシタを含むことができる。ランプ信号生成器１６０は、可変電流源の電流大きさや可変抵抗の抵抗値を調節してランプ抵抗にかかる電圧のランプ電圧を調節することによって、可変電流源の電流大きさまたは可変抵抗の抵抗値により決定される傾きで下降または上昇する複数のランプ信号を生成することができる。

また、ランプ信号生成器１６０は、クロックの周波数を調節してランプ電圧のゲインを調節することができる。ランプ電圧の「ゲイン」とは、信号を増幅する程度を意味し得、アナログゲイン（ａｎａｌｏｇ ｇａｉｎ）とも定義され得る。

ここで、ランプ電圧のゲインは、ランプ信号の傾きの絶対値の大きさに基づくことができる。例えば、ランプ信号は、一定の電圧を維持してから決定された傾きで低くなり、再び一定の電圧へ復帰する波形を有することができる。ランプ信号の電圧が低くなる部分の傾きの絶対値が大きくなるほど同一時間の間に検出できる信号の個数が減ることができる。したがって、ランプ信号の電圧が低下する部分の傾きが急峻であるほど、アナログゲインは小さくなる。逆に、ランプ信号の電圧が低下する部分の傾きが緩やかなほど、アナログゲインは大きくなる。

データバッファー１７０は、リードアウト回路１５０から伝達される選択されたカラムラインＣＬに連結された複数のピクセルＰＸのピクセル値を保存し、コントローラー１１０からのイネーブル信号に応答して保存したピクセル値を出力することができる。

イメージ信号プロセッサー１８０は、データバッファー１７０から受信したイメージ信号に対してイメージ信号処理を行うことができる。例えば、イメージ信号プロセッサー１８０は、データバッファー１７０から複数のイメージ信号を受信し、受信したイメージ信号を合成して一つのイメージを生成することができる。

図２ａは一実施形態によるピクセルを示す回路図である。

一実施形態によるピクセルＰＸ１は、光に反応して電荷を生成する光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４が生成した電荷を処理して電気信号を出力するピクセル回路ＰＣ１を含むことができる。図２ａでは一つのピクセルＰＸ１が４個の光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４を含むと示されているが、発明がこれに限定されるのではなく、一つのピクセルＰＸ１は、より少ないまたはより多くの光電素子を含み得る。光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４は、外部光をセンシングして電荷を生成することができる。

光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４のカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）は、転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４を通じてフローティングノードＦＮ１１に連結され得、光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４のアノード（ａｎｏｄｅ）は接地され得る。

ピクセル回路ＰＣ１は、転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４、駆動トランジスターＤＸ１、選択トランジスターＳＸ１、リセットトランジスターＲＸ１、およびスイッチトランジスターＳＷ１などの複数のトランジスターを含むことができる。ピクセル回路ＰＣ１内のトランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４、ＳＸ１、ＲＸ１、ＳＷ１は、ロードライバー１３０から提供される制御信号、例えば転送制御信号ＴＧ１１、ＴＧ１２、ＴＧ１３、ＴＧ１４、選択信号ＳＥＬ１、リセット制御信号ＲＧ１、および第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１に応答して動作することができる。

ある実施形態において、ピクセル回路ＰＣ１は、複数個のフローティングディフュージョンＦＤ１１、ＦＤ１２を含むことができる。複数個のフローティングディフュージョンＦＤ１１、ＦＤ１２のそれぞれは、所定のキャパシタンスを有し、光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２が生成した電荷を保存することができる。図２ａには２個のフローティングディフュージョンＦＤ１１、ＦＤ１２が図示されているが、ピクセル回路ＰＣ１は３個以上のフローティングディフュージョンを有することができる。

転送トランジスターＴＸ１１は、光電素子ＰＤ１１とフローティングノードＦＮ１１の間に連結されて、転送信号ＴＧ１１により制御され得る。転送トランジスターＴＸ１１がターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）されると、光電素子ＰＤ１１が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１に伝達され得る。

転送トランジスターＴＸ１２は、光電素子ＰＤ１２とフローティングノードＦＮ１１の間に連結されて、転送信号ＴＧ１２により制御され得る。転送トランジスターＴＸ１２がターンオンされると、光電素子ＰＤ１２が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ１１と転送トランジスターＴＸ１２は並列に連結されている。

転送トランジスターＴＸ１３は、光電素子ＰＤ１３とフローティングノードＦＮ１１の間に連結されて、転送信号ＴＧ１３により制御され得る。転送トランジスターＴＸ１３がターンオンされると、光電素子ＰＤ１３が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１に伝達され得る。

転送トランジスターＴＸ１４は、光電素子ＰＤ１４とフローティングノードＦＮ１１の間に連結されて、転送信号ＴＧ１４により制御され得る。転送トランジスターＴＸ１４がターンオンされると、光電素子ＰＤ１４が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１に伝達され得る。

フローティングディフュージョンＦＤ１１に蓄積された電荷によりフローティングノードＦＮ１１の電圧が決定され得る。電荷が電圧に変換される比率であるコンバージョンゲイン（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）は、フローティングディフュージョンＦＤ１１のキャパシタンスの大きさに反比例することができる。例えば、フローティングディフュージョンＦＤ１１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し、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。

駆動トランジスターＤＸ１のゲートは、フローティングノードＦＮ１１に連結される。駆動トランジスターＤＸ１は、フローティングノードＦＮ１１の電圧に対してソース－フォロア増幅器で動作することができる。駆動トランジスターＤＸ１は、フローティングノードＦＮ１１の電圧に応答して選択トランジスターＳＸ１を通じてピクセル信号ＶＳをカラムラインＣＬに出力することができる。

選択トランジスターＳＸ１は、駆動トランジスターＤＸ１とカラムラインＣＬの間に連結されて、選択信号ＳＥＬ１により制御され得る。選択トランジスターＳＸ１がターンオンされると、駆動トランジスターＤＸ１から出力されるピクセル電圧ＶＳは、選択トランジスターＳＸ１に連結されたカラムラインＣＬを通じてリードアウト回路（図１の１５０）に出力され得る。

リセットトランジスターＲＸ１は、電源電圧ＶＤＤを供給する電源電圧ラインとフローティングノードＦＮ１２の間に連結され、リセット制御信号ＲＧ１により制御され得る。リセット信号ＲＧ１によりリセットトランジスターＲＸ１がターンオンされる場合、フローティングノードＦＮ１２に電源電圧ＶＤＤが印加されてフローティングノードＦＮ１２がリセットされ得る。リセットトランジスターＲＸ１がターンオンされている間にスイッチトランジスターＳＷ１がターンオンされると、フローティングノードＦＮ１１およびフローティングノードＦＮ１２が全て電源電圧ＶＤＤでリセットされ得る。

スイッチトランジスターＳＷ１は、フローティングノードＦＮ１１とフローティングノードＦＮ１２の間に連結され、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１により制御され得る。

スイッチトランジスターＳＷ１がターンオフされた場合、フローティングノードＦＮ１１はフローティングディフュージョンＦＤ１１のキャパシタンスを有する。この時、フローティングノードＦＮ１１に連結されたキャパシタンスの大きさが小さいため、イメージセンサー１００はハイコンバージョンゲイン（Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ、ＨＣＧ）モードでイメージ信号を生成することができる。ＨＣＧモードで動作時、ピクセル信号ＶＳを処理するための回路（例えばリードアウト回路１５０）のゲインがローコンバージョンゲイン（Ｌｏｗ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ、ＬＣＧ）モードで動作する時のリードアウト回路１５０のゲインより相対的に小さくてもよい。したがって、イメージセンサー１００のＳＮＲが増加して感知可能な最低光量が低くなり得、イメージセンサー１００の低光量感知性能が向上することができる。

スイッチトランジスターＳＷ１がターンオンされた場合、フローティングディフュージョンＦＤ１２はフローティングノードＦＮ１１に連結され得る。フローティングノードＦＮ１１にはフローティングディフュージョンＦＤ１１とフローティングディフュージョンＦＤ１２が並列に連結されるため、フローティングノードＦＮ１１のキャパシタンスはスイッチトランジスターＳＷ１がターンオンされる前に比べて、フローティングディフュージョンＦＤ１２のキャパシタンスだけ増加する。この時、スイッチトランジスターＳＷ１がターンオンされる前に比べて、フローティングノードＦＮ１１に連結されたキャパシタンスの大きさがより大きいため、イメージセンサー１００はＨＣＧモードに比べてピクセル内で処理できる電荷量がより大きいＬＣＧモードで動作してイメージ信号を生成することができる。したがって、イメージセンサー１００の高光量感知性能が向上することができる。

ある実施形態において、フローティングディフュージョンＦＤ１２は、横型オーバーフロー蓄積容量（Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｆｌｏｗ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＬＯＦＩＣ）を含むことができる。フローティングディフュージョンＦＤ１２がＬＯＦＩＣを含めば、光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２からフローティングディフュージョンＦＤ１１に伝達される電荷のうちのオーバーフロー（Ｏｖｅｒ－ｆｌｏｗ）された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１２により共有され得る。この時、フローティングノードＦＮ１１に連結されたキャパシタンスの大きさが大きく増加するため、イメージセンサー１００はＬＯＦＩＣコンバージョンゲイン（ＬＯＦＩＣ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）モードでイメージ信号を生成することができる。同様に、ＬＯＦＩＣコンバージョンゲインモードでもＦＷＣ（Ｆｕｌｌ Ｗｅｌｌ Ｃａｐａｃｉｔｙ）が増加することができる。したがって、イメージセンサー１００の高光量感知性能がより向上することができる。つまり、光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２からオーバーフローされる大量の電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１２により捨てられずに集積され得るため、イメージセンサー１００は相対的に高い光量下でセンシングされたイメージ信号を生成することができる。

整理すれば、ピクセルＰＸ１は、スイッチトランジスターＳＷ１がターンオンされた時はＬＣＧモード、スイッチトランジスターＳＷ１がターンオフされた時はＨＣＧモードで動作することができる。またはピクセルＰＸ１は、スイッチトランジスターＳＷ１がターンオンされた時はＬＯＦＩＣモード、スイッチトランジスターＳＷ１がターンオフされた時はＨＣＧモードで動作することができる。一方、ＬＯＦＩＣを含むフローティングディフュージョンＦＤ１２は、一つのフローティングディフュージョンに多量の信号を保存するために使用される場合が多いため、一つのサブピクセルにより生成された電荷を保存しなければならないフルモードよりは、複数個のサブピクセルにより生成された電荷を保存しなければならないビニングモードで主に使用され得る。

ある実施形態において、ピクセルアレイ１４０が１フレーム期間に２つのモード（ＨＣＧモードおよびＬＣＧモード；またはＨＣＧモードおよびＬＯＦＩＣモード）で動作するため、イメージ信号プロセッサー１８０はそれぞれのモードによるイメージ信号を合成して高いダイナミックレンジ（ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）を有する一つの合成されたイメージ信号を生成することができる。

一方、イメージ信号プロセッサー１８０が異なる条件下で生成されたイメージ信号を併合する時、信号対雑音比ディップ（ＳＮＲ ｄｉｐ）が発生することがある。ＳＮＲディップは、ピクセルが互いに異なるキャパシタンスを有して動作する二つのモードで生成したイメージ信号をイメージ信号プロセッサー１８０が合成する時、イメージ信号のそれぞれの境界でＳＮＲが急激に減少する現象を意味する。

例えば、ピクセルアレイ１４０が１フレーム期間にＨＣＧモードおよびＬＣＧモードで動作する場合に、ＨＣＧモードによるイメージ信号とＬＣＧモードによるイメージ信号との合成時、ＨＣＧモードによるイメージ信号とＬＣＧモードによるイメージ信号との境界でＳＮＲディップが発生することがある。またはピクセルアレイ１４０が１フレーム期間にＨＣＧモードおよびＬＯＦＩＣモードで動作する場合に、ＨＣＧモードによるイメージ信号とＬＯＦＩＣモードによるイメージ信号との合成時、ＨＣＧモードによるイメージ信号とＬＯＦＩＣモードによるイメージ信号との境界でＳＮＲディップが発生することがある。ＬＣＧモードとＬＯＦＩＣモードでは互いに並列に連結された第１フローティングディフュージョンＦＤ１１と第２フローティングディフュージョンＦＤ１２が使用され、ＨＣＧモードでは第１フローティングディフュージョンＦＤ１１が使用されるため、第１フローティングディフュージョンＦＤ１１および第２フローティングディフュージョンＦＤ１２間のキャパシタンス差が大きくなるほど、一つの合成されたイメージ信号内で発生するＳＮＲディップの大きさはより大きくなり得る。ＳＮＲディップは、一つの合成されたイメージ信号内で照度が変わる領域で急激に現れることがあり、イメージの画質を劣化させることがある。

図２ｂは他の実施形態によるピクセルを示す回路図である。

図２ｂに示されたピクセルＰＸ２の光電素子ＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３、ＰＤ２４、転送トランジスターＴＸ２１、ＴＸ２２、ＴＸ２３、ＴＸ２４、駆動トランジスターＤＸ２、選択トランジスターＳＸ２、およびリセットトランジスターＲＸ２のそれぞれは図２ａに示されたピクセルＰＸ１の光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４、転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４、駆動トランジスターＤＸ１、選択トランジスターＳＸ１、およびリセットトランジスターＲＸ１のそれぞれの構成と同一であり得る。

一方、いくつかの実施形態では、ピクセル回路ＰＣ２は、上に挙げた複数のトランジスターに加えて、複数のフローティングディフュージョンＦＤ２１およびＦＤ２２を含むことができる。フローティングディフュージョンＦＤ２１、ＦＤ２２は、所定のキャパシタンスを有し、光電素子ＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３、ＰＤ２４が生成した電荷を保存することができる。図２ｂには２個のフローティングディフュージョンＦＤ２１、ＦＤ２２が図示されているが、ピクセル回路ＰＣ２は、３個以上のフローティングディフュージョンを有することができる。

スイッチトランジスターＳＷ２は、フローティングノードＦＮ２１とフローティングディフュージョンＦＤ２２の間に連結され、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１により制御され得る。

スイッチトランジスターＳＷ２がターンオフされた場合、フローティングノードＦＮ２１はフローティングディフュージョンＦＤ２１のキャパシタンスを有する。この時、フローティングノードＦＮ２１に連結されたキャパシタンスの大きさが小さいため、イメージセンサー１００はＨＣＧモードでイメージ信号を生成することができる。

スイッチトランジスターＳＷ２がターンオンされた場合、フローティングディフュージョンＦＤ２２はフローティングノードＦＮ２１に連結され、フローティングノードＦＮ２１のキャパシタンスはフローティングディフュージョンＦＤ２２のキャパシタンスだけ増加する。この時、フローティングディフュージョンＦＤ２２のキャパシタンスにより、イメージセンサー１００はＬＣＧモードでイメージ信号を生成したり、またはＬＯＦＩＣコンバージョンゲイン（ＬＯＦＩＣ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）モードでイメージ信号を生成することができる。

整理すれば、ピクセルＰＸ２は、スイッチトランジスターＳＷ２がターンオンされた時はＬＣＧモード、スイッチトランジスターＳＷ２がターンオフされた時はＨＣＧモードで動作することができる。またはピクセルＰＸ２は、スイッチトランジスターＳＷ２がターンオンされた時はＬＯＦＩＣモード、スイッチトランジスターＳＷ２がターンオフされた時はＨＣＧモードで動作することができる。

本発明によるピクセルＰＸに含まれる複数個のフローティングディフュージョン間の連結関係は図２ａおよび図２ｂに示された具体的なピクセル回路の構造に限定されるのではなく、ピクセル回路は、任意の連結関係を有して連結されたフローティングディフュージョンを含む構造を有することができる。以下、説明の便宜のために本発明によるピクセルＰＸが図２ａによる構造を有すると仮定して記述する。

図３は一実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。

図３を参照すれば、ピクセルアレイ１４０は、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃを含むことができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは転送信号ＴＧｉ、ＴＧｉ＋１、ＴＧｉ＋２のうち対応する転送信号および選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信することができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信してピクセル信号ＶＳを出力することができる。ここで、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、一つのサブピクセルからなると仮定する。

リードアウト回路１５０は、ピクセルアレイ１４０のそれぞれのカラムラインＣＬに連結された選択器１５１、比較器１５３、カウンター１５５、およびＣＤＳ回路１５７を含むことができる。

選択器１５１は、例えばデマルチプレクサー（ｄｅ－ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）で具現され得るが、これに限定されない。選択器１５１は、対応する一つのカラムラインＣＬに連結され得、連結されたカラムラインＣＬからピクセル信号ＶＳを受信することができる。選択器１５１は、コントローラー１１０からＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍを受信し、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍに基づいてピクセル信号ＶＳを比較器１５３に出力することができる。一実施形態において、選択器１５１は、二つの出力端子を含むことができる。選択器１５１は、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍに基づいてピクセル信号ＶＳを二つの出力端子のうちのいずれか一つに出力することができる。

比較器１５３は、ピクセル信号ＶＳおよび基準信号ＲＡＭＰを比較して、その結果をカウンター１５５に出力することができる。一実施形態において、比較器１５３は、第１比較器１５３＿１および第２比較器１５３＿２を含むことができる。第１比較器１５３＿１および第２比較器１５３＿２のそれぞれは、二つの入力端子と一つの出力端子を有することができる。第１比較器１５３＿１の二つの入力端子のうちの一つは選択器１５１の二つの出力端子のうちの一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器１６０に連結され得る。第１比較器１５３＿１の出力端子はカウンター１５５＿１に連結され得る。第２比較器１５３＿２の二つの入力端子のうちの一つは選択器１５１の二つの出力端子のうちの他の一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器１６０に連結され得る。第２比較器１５３＿２の出力端子はカウンター１５５＿２に連結され得る。

ランプ信号生成器１６０は、コントローラー１１０から入力されたランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して基準信号ＲＡＭＰを生成することができる。ある実施形態において、基準信号ＲＡＭＰは、時間の経過により電圧レベルが増加または減少するランプ信号を含むことができる。ある実施形態において、基準信号ＲＡＭＰに含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有する信号であれば、選択器１５１を通じて比較器１５３＿１に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰのランプ信号の大きさと同じ時点が発生し得る。また、選択器１５１を通じて比較器１５３＿２に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰのランプ信号の大きさと同じ時点が発生し得る。比較器１５３＿１、１５３＿２に入力される信号の大きさと基準信号ＲＡＭＰのランプ信号の大きさが同じ時点に同期して比較器１５３＿１、１５３＿２から出力される信号のレベルが遷移され得る。

カウンター１５５は、比較器１５３から出力された信号の特定レベルがどのくらい維持されるのかをカウンティングすることができる。具体的に、カウンター１５５は、タイミング生成器１２０からクロックを受信することができる。カウンター１５５は、クロック信号のライジングエッジまたはフォーリングエッジを利用して比較器１５３から伝達された信号の特定レベルがどのくらい維持するのかをカウンティングすることができる。一実施形態において、カウンター１５５は、第１カウンター１５５＿１および第２カウンター１５５＿２を含むことができる。カウンター１５５＿１は、比較器１５３＿１の出力端に連結され得る。また、カウンター１５５＿２は、比較器１５３＿２の出力端に連結され得る。カウンター１５５＿１は、比較器１５３＿１から論理レベル「１」に対応するハイレベルが出力される時間をカウンティングすることができる。カウンター１５５＿２は、比較器１５３＿２から論理レベル「１」に対応するハイレベルが出力される時間をカウンティングすることができる。カウンター１５５＿１、１５５＿２は、アップ／ダウンカウンター（ｕｐ／ｄｏｗｎｃｏｕｎｔｅｒ）あるいはビット－ワイズカウンター（ｂｉｔ－ｗｉｓｅ ｃｏｕｎｔｅｒ）を含むことができる。

ＣＤＳ回路１５７は、カウンター１５５から伝達されたカウンティング信号に対して相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ、ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号を生成することができる。ＣＤＳ方式は、二つの入力、つまり、知られた条件での出力量と知られていない条件での出力量に基づいて所望しないオフセットを除去することによって所望する値を測定する方式である。イメージセンサーで、ＣＤＳは、リセット電圧と信号電圧間の差に基づいて行われ得る。一実施形態において、ＣＤＳ回路１５７は、ＣＤＳ回路１５７＿１およびＣＤＳ回路１５７＿２を含むことができる。ＣＤＳ回路１５７＿１は、カウンター１５５＿１の出力端に連結されて、カウンター１５５＿１から受信したカウンティング信号に対してＣＤＳ方式を行うことができる。また、ＣＤＳ回路１５７＿２は、カウンター１５５＿２の出力端に連結されて、カウンター１５５＿２から受信したカウンティング信号に対してＣＤＳ方式を行うことができる。

図４は一実施形態によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。

図４では、ローライン単位で複数のピクセルを駆動させるためのスキャン区間が示されている。一つのスキャン区間は、リセット区間Ｒｅｓｅｔ、露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、および読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔを順次に含むことができる。

図４は、イメージセンサー１００のフローティングディフュージョンＦＤ１２がＬＯＦＩＣを含まない場合にＲＳＴ－ＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ（ＲＲＳＳ）のリードアウト方式で動作することを示す図面である。

図２ａ、図３、および図４を参照して、イメージセンサーの動作について説明する。

リセット区間Ｒｅｓｅｔでは、第１フローティングディフュージョンＦＤ１１および第２フローティングディフュージョンＦＤ１２に保存されている電荷がリセットされる。

具体的に、ハイレベルの第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１が第１スイッチトランジスターＳＷ１のゲートに印加されて第１スイッチトランジスターＳＷ１がターンオンされる。フローティングノードＦＮ１１にフローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ１２が連結される。

転送トランジスターＴＸ１１に印加される転送信号ＴＧ１１、転送トランジスターＴＸ１２に印加される転送信号ＴＧ１２、転送トランジスターＴＸ１３に印加される転送信号ＴＧ１３、および転送トランジスターＴＸ１４に印加される転送信号ＴＧ１４は、全て同一の波形を有することができ、これは図４および図５で転送信号ＴＧで示した。ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４のゲートにそれぞれ印加されて転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４がターンオンされる。光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４により生成された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ１２に提供され得る。ただし、ハイレベルのリセット信号ＲＧ１がリセットトランジスターＲＸ１のゲートに印加されてリセットトランジスターＲＸ１がターンオンされる。そうすると、フローティングノードＦＮ１１に電源電圧ＶＤＤが供給されて、フローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ１２がリセットされる。本実施形態において、リセット電圧は、例えば、電源電圧ＶＤＤであり得る。この時、選択トランジスターＳＸ１にはローレベルの選択信号ＳＥＬ１が印加されて選択トランジスターＳＸ１はターンオフされている。

露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅは、光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４が光に露出して電荷が生成される区間である。露出区間では、転送信号ＴＧがハイレベルからローレベルに遷移されて、転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４がターンオフされる。また、リセット制御信号ＲＧ１はローレベルに遷移されてから再びハイレベルになってフローティングノードＦＮ１２に電源電圧ＶＤＤが供給される。

読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔは、ピクセルＰＸ１で生成されたピクセル信号ＶＳがリードアウト回路１５０に伝達される区間である。ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、およびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌのそれぞれがピクセル信号ＶＳとして出力され得る。

第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１によるスイッチトランジスターＳＷ１の駆動有無により変換ゲインの調節が行われ得る。例えば、ピクセルＰＸは、スイッチトランジスターＳＷ１がターンオフされると、フローティングディフュージョンＦＤ１１に保存された電荷に基づいてピクセル信号ＶＳを生成するＨＣＧモードで動作することができ、スイッチトランジスターＳＷ１がターンオンされると、フローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ１２に保存された電荷に基づいてピクセル信号ＶＳを生成するＬＣＧモードで動作することができる。

まず、ハイレベルの選択信号ＳＥＬ１が選択トランジスターＳＸ１のゲートに印加されて選択トランジスターＳＸ１がターンオンされる。そして、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１がハイレベルに遷移されて、フローティングノードＦＮ１１でフローティングディフュージョンＦＤ１１とフローティングディフュージョンＦＤ１２が連結される。そのために、期間４０１の間、フローティングディフュージョンＦＤ１１とフローティングディフュージョンＦＤ１２に保存された電荷によるフローティングノードＦＮ１１の電圧が駆動トランジスターＤＸ１を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

次に、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１がローレベルに遷移すると、スイッチトランジスターＳＷ１がターンオフされる。期間４０２の間、フローティングディフュージョンＦＤ１１に保存されている電荷によるフローティングノードＦＮ１１の電圧が駆動トランジスターＤＸ１を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

以降、ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４のゲートに印加されて光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４により生成された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１に提供され得る。したがって、フローティングディフュージョンＦＤ１１に保存されていた電荷量が変更され得る。期間４０３の間、変更されたフローティングディフュージョンＦＤ１１に保存された電荷によるフローティングノードＦＮ１１の電圧が駆動トランジスターＤＸ１を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

そして、ハイレベルの第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１がスイッチトランジスターＳＷ１に印加されてフローティングノードＦＮ１１にフローティングディフュージョンＦＤ１１とフローティングディフュージョンＦＤ１２が連結される。また、ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４のゲートに印加されて光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４により生成された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１とフローティングディフュージョンＦＤ１２に提供され、フローティングディフュージョンＦＤ１１とフローティングディフュージョンＦＤ１２に保存された電荷が変更され得る。したがって、期間４０４の間、フローティングディフュージョンＦＤ１１とフローティングディフュージョンＦＤ１２に保存された電荷によるフローティングノードＦＮ１１の電圧が駆動トランジスターＤＸ１を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

期間４０１の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第１比較器１５３＿１に出力され得る。期間４０２の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈは第２比較器１５３＿２に出力され得る。期間４０３の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは第２比較器１５３＿２に出力され得る。期間４０４の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは第１比較器１５３＿１に出力され得る。ただし、選択器１５１は、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍがローレベルである場合に入力されたピクセル信号ＶＳを第２比較器１５３＿２に出力し、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍがハイレベルである場合に入力されたピクセル信号ＶＳを第１比較器１５３＿１に出力することもできる。

一方、図４に示された基準信号ＲＡＭＰは、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にリードアウト回路１５０内の比較器１５３に提供される信号である。

図４に示された基準信号ＲＡＭＰの波形は図４に示された期間の間に発生するピクセル信号ＶＳの種類により決定され得る。

第１比較器１５３＿１には第１周期を有する第１ランプ信号Ｒ４１および第１周期より大きい第２周期を有する第４ランプ信号Ｒ４４が比較対象信号（例えば、ピクセル信号ＶＳ）に同期して提供され得る。具体的に、第１ランプ信号Ｒ４１は期間４０１内に第１比較器１５３＿１に提供され得、第４ランプ信号Ｒ４４は期間４０４内に第１比較器１５３＿１に提供され得る。

また、第２比較器１５３＿２には第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ４２および第２周期を有する第３ランプ信号Ｒ４３が比較対象信号（例えば、ピクセル信号ＶＳ）に同期して提供され得る。具体的に、第２ランプ信号Ｒ４２は期間４０２内に第２比較器１５３＿２に提供され得、第３ランプ信号Ｒ４３は期間４０３内に第２比較器１５３＿２に提供され得る。以下、本明細書で、ランプ信号の周期とは、ランプ信号が所定の傾きで減少する期間を意味する。「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、特定の要素、ステップなどを互いに区別するために、単に特定の要素、ステップなどのラベルとして使用される場合がある。明細書で「第１」、「第２」などを使用して説明されていない用語が、請求項では「第１」または「第２」と呼ばれることがある。さらに、特定の序数（たとえば、特定の請求項の「第１」）で参照される用語が、別の場所で別の序数（たとえば、明細書または別の請求項の「第２」）で記述される場合がある。

比較器１５３は、ピクセルＰＸ１から出力されるピクセル信号ＶＳを基準信号と比較することができる。具体的に、第１比較器１５３＿１は、選択器１５１を通じて入力されるＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌと第１周期を有する第１ランプ信号Ｒ４１を比較した結果を出力することができる。また、第１比較器１５３＿１は、選択器１５１を通じて入力されるＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌと第１周期より大きい第２周期を有する第４ランプ信号Ｒ４４を比較した結果を出力することができる。第２比較器１５３＿２は、選択器１５１を通じて入力されるＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈと第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ４２を比較した結果を出力することができる。また、第２比較器１５３＿２は、選択器１５１を通じて入力されるＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈと第２周期を有する第３ランプ信号Ｒ４３を比較した結果を出力することができる。ただし、実施形態はこれに限定されず、ランプ信号生成器１６０は第１ランプ信号Ｒ４１乃至第４ランプ信号Ｒ４４を含む異なる波形の基準信号を生成することもできる。

ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬおよびＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈは変化される程度が相対的に小さく、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨおよびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは変化される程度が相対的に大きいため、第１周期は第２周期に比べて短くてもよい。

通常、それぞれのモードでアナログゲインは同一に調整されるため、第１ランプ信号Ｒ４１乃至第４ランプ信号Ｒ４４は全て同一の傾きを有することができる。もし、アナログゲインを調整する場合、第１ランプ信号Ｒ４１乃至第４ランプ信号Ｒ４４の傾きは変動され得る。

一方、前述のようにＣＤＳ回路１５７＿１は、カウンター１５５＿１から伝達されたピクセル信号ＶＳに対するカウンティング信号に対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができ、ＣＤＳ回路１５７＿２は、カウンター１５５＿２から伝達されたピクセル信号ＶＳに対するカウンティング信号に対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。例えば、ＣＤＳ回路１５７＿１は、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬおよびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬにＣＤＳ方式を行って一つのイメージ信号を生成することができる。また、ＣＤＳ回路１５７＿２は、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨにＣＤＳ方式を行って一つのイメージ信号を生成することができる。ピクセル信号ＶＳ読み出し方式がＲＲＳＳであるため、リセット雑音（ｋＴＣ ｎｏｉｓｅ）を除去するためにＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬおよびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬとＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは別個の比較器に入力されなければならない。

図５は一実施形態によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。

図５では、ローライン単位の複数のピクセルを駆動させるためのスキャン区間が示されている。一つのスキャン区間は、リセット（Ｒｅｓｅｔ）区間、露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、および読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔを順次に含むことができる。

図５は、イメージセンサー１００のフローティングディフュージョンＦＤ１２がＬＯＦＩＣを含む場合にＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ－ＲＳＴ（ＲＳＳＲ）のリードアウト方式で動作することを示す図面である。

図２ａ、図３、および図５を参照して、イメージセンサーの動作について説明する。

図５のリセット（Ｒｅｓｅｔ）区間の動作は、図４のリセット（Ｒｅｓｅｔ）区間の動作と同一であり得る。

露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅは、光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４が光に露出して電荷が生成される区間である。露出区間では、リセット制御信号ＲＧ１および転送信号ＴＧがローレベルに遷移されて、リセットトランジスターＲＸ１および転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４がターンオフされる。また、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１は、ローレベルに遷移されてから再びハイレベルになり、フローティングノードＦＮ１１にフローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ１２が連結される。

読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔは、ピクセルＰＸ１で生成されたピクセル信号ＶＳがリードアウト回路１５０に伝達される区間である。ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、およびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣのそれぞれがピクセル信号ＶＳとして出力され得る。

第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１によるスイッチトランジスターＳＷ１の駆動有無により変換ゲインの調節が行われ得る。例えば、ピクセルＰＸ１は、スイッチトランジスターＳＷ１がターンオフされると、フローティングディフュージョンＦＤ１１に保存された電荷に基づいてピクセル信号ＶＳを生成するＨＣＧモードで動作することができ、スイッチトランジスターＳＷ１がターンオンされると、ＬＯＦＩＣを含むフローティングディフュージョンＦＤ１２に保存された電荷に基づいてピクセル信号ＶＳを生成するＬＯＦＩＣモードで動作することができる。

まず、ハイレベルの選択信号ＳＥＬ１が選択トランジスターＳＸ１のゲートに印加されて選択トランジスターＳＸ１がターンオンされる。そして、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１はローレベルに遷移される。そのために、期間５０１の間、フローティングディフュージョンＦＤ１１に保存された電荷によるフローティングノードＦＮ１１の電圧が駆動トランジスターＤＸ１を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

以降、ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４のゲートに印加されて光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４により生成された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１に提供され得る。そのために、フローティングディフュージョンＦＤ１１に保存されていた電荷量が変更され得る。期間５０２の間、変更されたフローティングディフュージョンＦＤ１１に保存された電荷によるフローティングノードＦＮ１１の電圧が駆動トランジスターＤＸ１を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

その後、ハイレベルの第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１がスイッチトランジスターＳＷ１に印加されてフローティングノードＦＮ１１にフローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ１２が連結される。また、ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４のゲートに印加されて光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４により生成された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ１２に提供され得る。期間５０３の間、フローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ１２に保存された電荷に基づいたフローティングノードＦＮ１１の電圧が駆動トランジスターＤＸ１を通じてピクセル信号、つまり、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

その後、ハイレベルのリセット信号ＲＧ１がリセットトランジスターＲＸ１に印加されてフローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ１２が電源電圧ＶＤＤによりリセットされる。そのために、期間５０４の間、リセットされたフローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ１２に保存された電荷に基づいたフローティングノードＦＮ１１の電圧が、駆動トランジスターＤＸ１を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

期間５０１、期間５０２、期間５０３、および期間５０４の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、およびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは、全て第１比較器１５３＿１に出力され得る。

図５に示された基準信号ＲＡＭＰは、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にリードアウト回路１５０内の比較器１５３に提供される信号である。図５に示された基準信号ＲＡＭＰの波形は、図５に示された期間の間に発生するピクセル信号ＶＳの種類により決定され得る。例えば、ＲＳＳＲリードアウト方式の場合に、ピクセルＰＸは、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、およびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣを順次に出力することができる。

一方、前述のようにＣＤＳ回路１５７は、対応するカウンター１５５から伝達されたピクセル信号ＶＳに対するカウンティング信号に対して、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。しかし、フローティングディフュージョンＦＤ１２がＬＯＦＩＣを含む場合に、フローティングディフュージョンＦＤ１２にはフローティングノードＦＮ１２に伝達される電荷のうちのオーバーフローされた電荷が保存される。したがって、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣの後にＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣが出力されるのではなく、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣの後にＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣがピクセル信号ＶＳとして出力され得る。したがって、一つの比較器を使用しても全てのピクセル信号ＶＳの読み出しが可能であり得る。

これを考慮すれば、第１比較器１５３＿１または第２比較器１５３＿２には第１周期を有する第１ランプ信号Ｒ５１、第１周期より大きい第２周期を有する第２ランプ信号Ｒ５２、第２周期を有する第３ランプ信号Ｒ５３、および第１周期を有する第４ランプ信号Ｒ５４が比較対象信号（例えば、ピクセル信号ＶＳ）に同期して提供され得る。以下、第１比較器１５３＿１にピクセル信号ＶＳが提供されると仮定して記述する。具体的に、第１ランプ信号Ｒ５１は期間５０１内に第１比較器１５３＿１に提供され得、第２ランプ信号Ｒ５２は期間５０２内に第１比較器１５３＿１に提供され得る。また、第３ランプ信号Ｒ５３は期間５０３内に第１比較器１５３＿１に提供され得、第４ランプ信号Ｒ５４は期間５０４内に第１比較器１５３＿１に提供され得る。

第１比較器１５３＿１は、選択器１５１を通じて入力されるＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈと第１周期を有する第１ランプ信号Ｒ５１を比較した結果を出力し、選択器１５１を通じて入力されるＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈと第１周期より大きい第２周期を有する第２ランプ信号Ｒ５２を比較した結果を出力することができる。以降、第１比較器１５３＿１は、選択器１５１を通じて入力されるＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣと第２周期を有する第３ランプ信号Ｒ５３を比較した結果を出力し、選択器１５１を通じて入力されるＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣと第１周期を有する第４ランプ信号Ｒ５４を比較した結果を出力することができる。

ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは変化される程度が相対的に小さく、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨおよびＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣは変化される程度が相対的に大きいため、第１周期は第２周期に比べて短くてもよい。

通常、それぞれのモードでアナログゲインは同一に調整されるため、第１ランプ信号Ｒ５１乃至第４ランプ信号Ｒ５４は全て同一の傾きを有することができる。もし、アナログゲインを調整する場合、第１ランプ信号Ｒ５１乃至第４ランプ信号Ｒ５４の傾きは変動され得る。

図６は他の実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。

図６を参照すれば、ピクセルアレイ６４０は、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃを含むことができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、転送信号ＴＧｉ、ＴＧｉ＋１、ＴＧｉ＋２のうち対応する転送信号および選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信することができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信してピクセル信号ＶＳを出力することができる。ここで、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、一つのサブピクセルからなると仮定する。

図６を参照すれば、他の実施形態によるイメージセンサー６００は、ピクセルアレイ６４０およびリードアウト回路６５０を含むことができる。

リードアウト回路６５０は、ピクセルアレイ６４０のそれぞれのカラムラインＣＬに連結された選択器６５１、比較器６５３、カウンター６５５、およびＣＤＳ回路６５７を含むことができる。選択器６５１は、例えばデマルチプレクサーで具現され得るが、これに限定されない。

選択器６５１は、対応するカラムラインＣＬからピクセル信号ＶＳを受信することができる。選択器６５１は、コントローラー６１０からＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍを受信し、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍに基づいてピクセル信号ＶＳを比較器６５３に出力することができる。

比較器６５３は、第１比較器６５３＿１および第２比較器６５３＿２を含む。第１比較器６５３＿１および第２比較器６５３＿２のそれぞれの二つの入力端子のうちの一つは選択器６５１の出力端子に連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器６６０に連結され得る。第１比較器６５３＿１は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳが第１比較器６５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１とを比較し、その結果をカウンター６５５＿１に出力することができる。第２比較器６５３＿２は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳが第２比較器６５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２とを比較し、その結果をカウンター６５５＿２に出力することができる。

ランプ信号生成器６６０は、コントローラー６１０から入力されたランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２を生成することができる。基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２のそれぞれは、複数のランプ信号を含むことができる。複数のランプ信号は、時間の経過により電圧レベルが増加または減少する信号であり得る。ある実施形態において、基準信号ＲＡＭＰ１に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有する信号であれば、選択器６５１を通じて比較器６５３＿１に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰ１のランプ信号の大きさと同じ時点が発生し得る。また、基準信号ＲＡＭＰ２に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有すれば、選択器６５１を通じて比較器６５３＿２に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰ２のランプ信号の大きさと同じ時点が発生し得る。比較器６５３＿１に入力される信号の大きさと基準信号ＲＡＭＰ１の大きさが同じ時点および比較器６５３＿２に入力される信号の大きさと基準信号ＲＡＭＰ２の大きさが同じ時点に同期して比較器６５３＿１、６５３＿２から出力される信号のレベルが遷移され得る。

カウンター６５５は、第１カウンター６５５＿１および第２カウンター６５５＿２を含む。カウンター６５５＿１は比較器６５３＿１の出力端に連結され得、カウンター６５５＿２は比較器６５３＿２の出力端に連結され得る。カウンター６５５＿１、６５５＿２のそれぞれは、アップ／ダウンカウンターあるいはビット－ワイズカウンターを含むことができる。

例えば、カウンター６５５は、タイミング生成器（図１の１２０）からクロックを受信することができる。カウンター６５５は、クロック信号のライジングエッジまたはフォーリングエッジを利用して比較器から出力された信号の特定レベルがどのくらい維持するのかをカウンティングすることができる。例えば、カウンター６５５＿１は、比較器６５３＿１から論理レベル「１」に対応するハイレベルが出力される時間をカウンティングすることができる。

ＣＤＳ回路６５７は、第１ＣＤＳ回路６５７＿１および第２ＣＤＳ回路６５７＿２を含む。ＣＤＳ回路６５７＿１は、カウンター６５５＿１の出力端に連結されて、カウンター６５５＿１から伝達されたピクセル信号ＶＳに対する出力に対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。ＣＤＳ回路６５７＿２は、カウンター６５５＿２の出力端に連結されて、カウンター６５５＿２から伝達されたピクセル信号ＶＳに対する出力に対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。

図７は図６によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。

図７では、ローライン単位で複数のピクセルを駆動させるためのスキャン区間が示されている。一つのスキャン区間は、リセット区間Ｒｅｓｅｔ、露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、および読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔを順次に含むことができる。

図７は、イメージセンサー６００がＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ－ＲＳＴ（ＲＳＳＲ）のリードアウト方式で動作する場合を示す図面である。まず、図７のリセット区間Ｒｅｓｅｔ、露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、および読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔでの選択信号ＳＥＬ１、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ、リセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、転送信号ＴＧの波形は、図５の選択信号ＳＥＬ１、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ、リセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、転送信号ＴＧの波形と類似しているため、図５の説明は図７にも適用され得る。

図５と同様に、ピクセルＰＸは、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、およびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣを順次に出力することができる。具体的に、期間７０１の間、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨがカラムラインＣＬに出力され得る。期間７０２の間、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨがカラムラインＣＬに出力され得る。期間７０３の間、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣがカラムラインＣＬに出力され得る。期間７０４の間、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣがカラムラインＣＬに出力され得る。

一方、図７に示された基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にリードアウト回路６５０内の比較器６５３に提供される信号である。このような基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２の形態はピクセル信号ＶＳ形態に起因することができる。

ランプ信号生成器６６０は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して、第１および第２基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２を生成することができる。

ランプ信号生成器６６０は、傾きが異なる複数個のランプ信号を含む基準信号を生成することができる。例えば、第１基準信号ＲＡＭＰ１内のランプ信号の傾きと第２基準信号ＲＡＭＰ２内のランプ信号の傾きとが異なり得る。ランプ信号生成器６６０は、第１傾きｓ１を有する複数個のランプ信号を含む第１基準信号ＲＡＭＰ１および第２傾きｓ２を有する複数個のランプ信号を含む第２基準信号ＲＡＭＰ２を生成することができる。例えば、図７に示されているように、第１傾きｓ１の絶対値は第２傾きｓ２の絶対値の２倍であり得るが、実施形態がこれに制限されるのではない。このように、異なる傾きを有するランプ信号を含む二つの基準信号ＲＡＭＰを通じて一つのピクセル信号ＶＳに対して二つのアナログゲインで一つのイメージを読み出す方式をデュアルスロープゲイン（Ｄｕａｌ Ｓｌｏｐｅ Ｇａｉｎ、ＤＳＧ）方式という。ＤＳＧ方式を適用することによって、イメージ信号に対する量子化ノイズ（Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ Ｎｏｉｓｅ、ＱＮ）を減少させてＳＮＲディップは減少し、ダイナミックレンジは増加することができる。

一方、第１基準信号ＲＡＭＰ１は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第１比較器６５３＿１に提供される信号であり、第２基準信号ＲＡＭＰ２は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第２比較器６５３＿２に提供される信号である。

第１基準信号ＲＡＭＰ１は、期間７０１内に出力される第１ランプ信号Ｒ７１、期間７０２内に出力される第２ランプ信号Ｒ７２、期間７０３内に出力される第３ランプ信号Ｒ７３、および期間７０４内に出力される第４ランプ信号Ｒ７４を含むことができる。

また、第２基準信号ＲＡＭＰ２は、期間７０１内に出力される第１’ランプ信号Ｒ７１’、期間７０２内に出力される第２’ランプ信号Ｒ７２’、期間７０３内に出力される第３’ランプ信号Ｒ７３’、および期間７０４内に出力される第４’ランプ信号Ｒ７４’を含むことができる。

第１比較器６５３＿１は、ピクセルＰＸから出力されるピクセル信号ＶＳとピクセル信号ＶＳが第１比較器６５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１を比較し、比較結果による出力を生成することができる。また、第２比較器６５３＿２は、ピクセルＰＸから出力されるピクセル信号ＶＳとピクセル信号ＶＳが比較器６５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２を比較し、比較結果による出力を生成することができる。

実施形態はこれに制限されるのではなく、異なる傾きを有するランプ信号を通じてＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、およびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈのそれぞれを異なるアナログゲインで読み出すことも可能であり得る。

図８は一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。

具体的に、図８には第１グラフ８０１および第２グラフ８０３が示されている。第１グラフ８０１は、図５に示されたタイミング図により読み出したＨＣＧイメージ信号およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号の信号対雑音比をｄＢ単位で示すグラフである。第２グラフ８０３は、図７に示されたタイミング図により読み出したＨＣＧイメージ信号およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号の信号対雑音比をｄＢ単位で示すグラフである。この時、図７の第１基準信号ＲＡＭＰ１内のランプ信号の傾きｓ１の絶対値と第２基準信号ＲＡＭＰ２内のランプ信号の傾きｓ２の絶対値の比は、４：１に設定されていると仮定する。

つまり、第１グラフ８０１は、ＤＳＧ方式を適用せずに第１アナログゲインでピクセル信号ＶＳを読み出した場合のＳＮＲグラフであり、第２グラフ８０３は、ＤＳＧ方式を適用してピクセル信号ＶＳを読み出した場合のＳＮＲグラフである。つまり、第２グラフ８０３は、二つのアナログゲイン、つまり、第１アナログゲインと第１アナログゲインの４倍の第２アナログゲインでＤＳＧ方式を適用してピクセル信号ＶＳを読み出す時、合成されたイメージ信号のＳＮＲを示すグラフである。

第１グラフ８０１でＨＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ８０１１の大きさは、第２グラフ８０３でＨＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ８０３１の大きさより大きい。また、第１グラフ８０１でのダイナミックレンジＤＲ８０１より第２グラフ８０３でのダイナミックレンジＤＲ８０３がより広い。

図９は他の実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。

図９を参照すれば、他の実施形態によるイメージセンサー９００は、ピクセルアレイ９４０およびリードアウト回路９５０を含むことができる。

ピクセルアレイ９４０は、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃを含むことができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、転送信号ＴＧｉ、ＴＧｉ＋１、ＴＧｉ＋２、ＴＧｉ＋３、ＴＧｉ＋４、ＴＧｉ＋５のうち対応する転送信号および選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信することができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信してピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２を出力することができる。

複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、２個のサブピクセルからなると仮定する。例えば、一つのピクセルＰＸａは、複数のサブピクセル９４０１、９４０２を含むことができる。複数のサブピクセル９４０１、９４０２のそれぞれは、転送信号ＴＧｉ、ＴＧｉ＋１および選択信号ＳＥＬｉにより選択されて、ピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２を出力することができる。

一つのピクセルＰＸａ内に含まれる光電素子の個数が多くなるほど、光電素子により生成された電荷の総量は多くなり得る。そのために、全ての光電素子により生成された電荷を処理して生成されたピクセル信号の大きさも大きくなり得る。多量の電荷を一つのフローティングディフュージョンに保存（つまり、一つのカラムラインを通じて読み出し）するようになると、ＨＣＧモードで動作する場合に変換ゲインが減少してランダムノイズ（Ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ、ＲＮ）が増加することができる。したがって、一つのピクセル内に含まれている光電素子により生成されたピクセル信号を複数のフローティングディフュージョンに保存し、それぞれのフローティングディフュージョンに対応するカラムラインを通じて読み出す方式を使用することができる。

ピクセルアレイ９４０と関連して図１０を共に参照して具体的に記述する。図１０は本実施形態による一つのピクセルを示す回路図である。

サブピクセル９４０１は、光に反応して電荷を生成する光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４および光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４が生成した電荷を処理して電気信号を出力するピクセル回路を含むことができる。サブピクセル９４０２は、光電素子ＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３、ＰＤ２４および光電素子ＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３、ＰＤ２４が生成した電荷を処理して電気信号を出力するピクセル回路を含むことができる。図１０では複数のサブピクセル９４０１、９４０２のそれぞれが４個の光電素子を含むと示されているが、発明がこれに限定されるのではなく、複数のサブピクセル９４０１、９４０２のそれぞれは、より少ないまたはより多くの光電素子を含むことができる。

ある実施形態において、サブピクセル９４０１内の光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４により生成された電荷はカラムラインＣＬ１でリードアウト回路９５０に出力され、サブピクセル９４０２内の光電素子ＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３、ＰＤ２４により生成された電荷はカラムラインＣＬ２でリードアウト回路９５０に出力され得る。

光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４のカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）は、転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４を通じてフローティングノードＦＮ１１に連結され得、光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４のアノード（ａｎｏｄｅ）は接地され得る。同様に、光電素子ＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３、ＰＤ２４のカソードは、転送トランジスターＴＸ２１、ＴＸ２２、ＴＸ２３、ＴＸ２４を通じてフローティングノードＦＮ２１に連結され得、光電素子ＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３、ＰＤ２４のアノードは接地され得る。

ピクセル回路は、転送トランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４、ＴＸ２１、ＴＸ２２、ＴＸ２３、ＴＸ２４、駆動トランジスターＤＸ１、ＤＸ２、選択トランジスターＳＸ１、ＳＸ２、リセットトランジスターＲＸ１、ＲＸ２、およびスイッチトランジスターＳＷ１、ＳＷ２を含むことができる。ピクセル回路内のトランジスターＴＸ１１、ＴＸ１２、ＴＸ１３、ＴＸ１４、ＴＸ２１、ＴＸ２２、ＴＸ２３、ＴＸ２４、ＤＸ１、ＤＸ２、ＳＸ１、ＳＸ２、ＲＸ１、ＲＸ２、ＳＷ１、ＳＷ２は、ロードライバー１３０から提供される制御信号、例えば転送制御信号ＴＧ１１、ＴＧ１２、ＴＧ１３、ＴＧ１４、選択信号ＳＥＬ１、リセット制御信号ＲＧ１、および第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１に応答して動作することができる。

ある実施形態において、サブピクセル９４０１は、複数個のフローティングディフュージョンＦＤ１１、ＦＤ１２を含むことができる。フローティングディフュージョンＦＤ１１、ＦＤ１２は、所定のキャパシタンスを有し、光電素子ＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ１３、ＰＤ１４が生成した電荷を保存することができる。サブピクセル９４０２は、複数個のフローティングディフュージョンＦＤ２１、ＦＤ２２を含むことができる。フローティングディフュージョンＦＤ２１、ＦＤ２２は、所定のキャパシタンスを有し、光電素子ＰＤ２１、ＰＤ２２、ＰＤ２３、ＰＤ２４が生成した電荷を保存することができる。フローティングディフュージョンＦＤ１１およびフローティングディフュージョンＦＤ２１は同一のキャパシタンスを有することができ、フローティングディフュージョンＦＤ１２およびフローティングディフュージョンＦＤ２２は同一のキャパシタンスを有することができる。

転送トランジスターＴＸ１１は、光電素子ＰＤ１１とフローティングノードＦＮ１１の間に連結され、転送トランジスターＴＸ２１は、光電素子ＰＤ２１とフローティングノードＦＮ２１の間に連結されて、転送信号ＴＧ１１により制御され得る。転送トランジスターＴＸ１１がターンオンされると、光電素子ＰＤ１１が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ２１がターンオンされると、光電素子ＰＤ２１が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２１に伝達され得る。

また、転送トランジスターＴＸ１２は、光電素子ＰＤ１２とフローティングノードＦＮ１１の間に連結され、転送トランジスターＴＸ２２は、光電素子ＰＤ２２とフローティングノードＦＮ２１の間に連結されて、転送信号ＴＧ１２により制御され得る。転送トランジスターＴＸ１２がターンオンされると、光電素子ＰＤ１２が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ２２がターンオンされると、光電素子ＰＤ２２が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２１に伝達され得る。

また、転送トランジスターＴＸ１３は、光電素子ＰＤ１３とフローティングノードＦＮ１１の間に連結され、転送トランジスターＴＸ２３は、光電素子ＰＤ２３とフローティングノードＦＮ２１の間に連結されて、転送信号ＴＧ１３により制御され得る。転送トランジスターＴＸ１３がターンオンされると、光電素子ＰＤ１３が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ２３がターンオンされると、光電素子ＰＤ２３が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２１に伝達され得る。

転送トランジスターＴＸ１４は、光電素子ＰＤ１４とフローティングノードＦＮ１１の間に連結され、転送トランジスターＴＸ２４は、光電素子ＰＤ２４とフローティングノードＦＮ２１の間に連結されて、転送信号ＴＧ１４により制御され得る。転送トランジスターＴＸ１４がターンオンされると、光電素子ＰＤ１４が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ２４がターンオンされると、光電素子ＰＤ２４が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２１に伝達され得る。

フローティングディフュージョンＦＤ１１に蓄積された電荷によりフローティングノードＦＮ１１の電圧が決定され得る。駆動トランジスターＤＸ１のゲートはフローティングノードＦＮ１１に連結される。駆動トランジスターＤＸ１はフローティングノードＦＮ１１の電圧に対してソース－フォロア増幅器で動作することができる。駆動トランジスターＤＸ１は、フローティングノードＦＮ１１の電圧に応答して選択トランジスターＳＸ１を通じてピクセル信号ＶＳ１をカラムラインＣＬ１に出力することができる。

また、フローティングディフュージョンＦＤ２１に蓄積された電荷によりフローティングノードＦＮ２１の電圧が決定され得る。駆動トランジスターＤＸ２のゲートはフローティングノードＦＮ２１に連結される。駆動トランジスターＤＸ２は、フローティングノードＦＮ２１の電圧に対してソース－フォロア増幅器で動作することができる。駆動トランジスターＤＸ２は、フローティングノードＦＮ２１の電圧に応答して選択トランジスターＳＸ２を通じてピクセル信号ＶＳ２をカラムラインＣＬ２に出力することができる。

選択トランジスターＳＸ１は、駆動トランジスターＤＸ１と対応するカラムラインＣＬ１の間に連結され、選択トランジスターＳＸ２は、駆動トランジスターＤＸ２と対応するカラムラインＣＬ２の間に連結されて、全て選択信号ＳＥＬ１により制御され得る。つまり、サブピクセル９４０１およびサブピクセル９４０２は同時に選択され得る。選択トランジスターＳＸ１がターンオンされると、駆動トランジスターＤＸ１から出力されるピクセル電圧ＶＳ１は、選択トランジスターＳＸ１に連結されたカラムラインＣＬ１を通じてリードアウト回路９５０に出力され得る。また、選択トランジスターＳＸ２がターンオンされると、駆動トランジスターＤＸ２から出力されるピクセル電圧ＶＳ２は選択トランジスターＳＸ２に連結されたカラムラインＣＬ２を通じてリードアウト回路９５０に出力され得る。

リセットトランジスターＲＸ１、ＲＸ２は、電源電圧ＶＤＤを供給する電源電圧ラインとそれぞれのフローティングノードＦＮ１２、ＦＮ２２の間に連結され、リセット制御信号ＲＧ１により制御され得る。リセット信号ＲＧ１によりリセットトランジスターＲＸ１、ＲＸ２がターンオンされる場合、フローティングノードＦＮ１２、ＦＮ２２に電源電圧ＶＤＤが印加されてフローティングノードＦＮ１２、ＦＮ２２がリセットされ得る。リセットトランジスターＲＸ１、ＲＸ２がターンオンされている間にスイッチトランジスターＳＷ１、ＳＷ２がターンオンされると、フローティングノードＦＮ１１とフローティングノードＦＮ１２、そしてフローティングノードＦＮ２１とフローティングノードＦＮ２２が全て電源電圧ＶＤＤでリセットされ得る。

スイッチトランジスターＳＷ１は、フローティングノードＦＮ１１とフローティングノードＦＮ１２の間に連結され、スイッチトランジスターＳＷ２は、フローティングノードＦＮ２１とフローティングノードＦＮ２２の間に連結されて、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１により制御され得る。

それぞれのサブピクセル９４０１およびサブピクセル９４０２は、図２ａ、図４、および図５を参照して記述したピクセルＰＸ１と同一に動作することができる。

再び図９を参照すれば、リードアウト回路９５０は、ピクセルアレイ９４０に連結された選択器９５１、比較器９５３、カウンター９５５、およびＣＤＳ回路９５７を含むことができる。

選択器９５１は、例えばデマルチプレクサーで具現され得るが、これに限定されない。選択器９５１は、ピクセルアレイ９４０から伝達された２個のピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２を平均して一つの平均値を生成することができる。選択器９５１は、コントローラー９１０からＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍを受信し、比較器９５３＿１、９５３＿２のうちＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍに基づいて選択された一つに生成した平均値を出力することができる。

比較器９５３は、第１比較器９５３＿１および第２比較器９５３＿２を含む。第１比較器９５３＿１および第２比較器９５３＿２のそれぞれの二つの入力端子のうちの一つは選択器９５１の出力端子に連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器９６０と連結され得る。第１比較器９５３＿１は、２個のピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２の平均値に対応するピクセル信号ＶＳが第１比較器９５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１を比較して、その結果をカウンター９５５＿１に出力することができる。第２比較器９５３＿２は、２個のピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２の平均値に対応するピクセル信号ＶＳが第２比較器９５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２を比較して、その結果をカウンター９５５＿２に出力することができる。

ランプ信号生成器９６０は、コントローラー９１０から入力されたランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２を生成することができる。それぞれの基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２内のランプ信号は、時間の経過により電圧レベルが増加または減少する信号であり得る。ある実施形態において、基準信号ＲＡＭＰ１に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有すれば、選択器９５１を通じて比較器９５３＿１に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰ１のランプ信号の大きさと一致する時点が発生し得る。また、ある実施形態において、基準信号ＲＡＭＰ２に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有すれば、選択器９５１を通じて比較器９５３＿２に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰ２のランプ信号の大きさと一致する時点が発生し得る。比較器９５３＿１に入力される信号の大きさと基準信号ＲＡＭＰ１のランプ信号の大きさが同じ時点および比較器９５３＿２に入力される信号の大きさと基準信号ＲＡＭＰ２のランプ信号の大きさが同じ時点に同期して比較器９５３＿１、９５３＿２から出力される信号のレベルが遷移され得る。

カウンター９５５は、第１カウンター９５５＿１および第２カウンター９５５＿２を含む。第１カウンター９５５＿１は比較器９５３＿１の出力端に連結され得、第２カウンター９５５＿２は比較器９５３＿２の出力端に連結され得る。カウンター９５５＿１、９５５＿２のそれぞれは、アップ／ダウンカウンターあるいはビット－ワイズカウンターを含むことができる。

ＣＤＳ回路９５７は、第１ＣＤＳ回路９５７＿１および第２ＣＤＳ回路９５７＿２を含む。第１ＣＤＳ回路９５７＿１は、カウンター９５５＿１の出力端に連結されてカウンター９５５＿１から伝達されたピクセル信号ＶＳに対する出力に対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号を生成することができる。第２ＣＤＳ回路９５７＿２は、カウンター９５５＿２の出力端に連結されてカウンター９５５＿２から伝達されたピクセル信号ＶＳに対する出力に対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号を生成することができる。

図９および図１０によるイメージセンサー９００は、図６および図７を参照して記述したイメージセンサーの動作と類似に動作することができる。

図２乃至図１０を参照して２個のモード（ＨＣＧモードおよびＬＣＧモード；またはＨＣＧモードおよびＬＯＦＩＣモード）で動作できるピクセルに対して記述した。一方、２個のモードで動作時に図８を参照して記述したようにＳＮＲディップの大きさが大きいという問題があり得る。そのために、３個のモードで動作できるピクセルについて記述する。

図１１ａは他の実施形態によるピクセルを示す回路図である。

一実施形態によるピクセルＰＸ３は、光に反応して電荷を生成する光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４が生成した電荷を処理して電気信号を出力するピクセル回路を含むことができる。図１１ａでは一つのピクセルＰＸ３が４個の光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４を含むと示されているが、発明がこれに限定されるのではなく、１つのピクセルＰＸ３は、より少ないまたはより多くの光電素子を含むことができる。光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４は、外部光をセンシングして電荷を生成することができる。光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４のカソードは、転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４を通じてフローティングノードＦＮ３１に連結され得、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４のアノードは接地され得る。

ピクセル回路ＰＣ３は、転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４、駆動トランジスターＤＸ３、選択トランジスターＳＸ３、リセットトランジスターＲＸ３、第１スイッチトランジスターＳＷ３１、および第２スイッチトランジスターＳＷ３２を含むことができる。ピクセル回路ＰＣ３内のトランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４、ＳＸ３、ＲＸ３、ＳＷ３１、ＳＷ３２は、ロードライバー１３０から提供される制御信号、例えば転送制御信号ＴＧ３１、ＴＧ３２、ＴＧ３３、ＴＧ３４、選択信号ＳＥＬ１、リセット制御信号ＲＧ１、およびゲイン制御信号ＤＣＧ１、ＤＣＧ２に応答して動作することができる。

ある実施形態において、ピクセル回路ＰＣ３は、複数個のフローティングディフュージョンＦＤ３１、ＦＤ３２、ＦＤ３３を含むことができる。複数のフローティングディフュージョンＦＤ３１、ＦＤ３２、ＦＤ３３は、所定のキャパシタンスを有し、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４が生成した電荷を保存することができる。図１１ａには３個のフローティングディフュージョンＦＤ３１、ＦＤ３２、ＦＤ３３が示されているが、発明がこれに限定されるのではない。

転送トランジスターＴＸ３１は、光電素子ＰＤ３１と第１フローティングノードＦＮ３１の間に連結されて、転送信号ＴＧ３１により制御され得る。転送トランジスターＴＸ３１がターンオンされると、光電素子ＰＤ３１が生成した電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に伝達され得る。また、転送トランジスターＴＸ３２は、光電素子ＰＤ３２と第１フローティングノードＦＮ３１の間に連結されて、転送信号ＴＧ３２により制御され得る。転送トランジスターＴＸ３２がターンオンされると、光電素子ＰＤ３２が生成した電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ３３は、光電素子ＰＤ３３と第１フローティングノードＦＮ３１の間に連結されて、転送信号ＴＧ３３により制御され得る。転送トランジスターＴＸ３３がターンオンされると、光電素子ＰＤ３３が生成した電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ３４は、光電素子ＰＤ３４と第１フローティングノードＦＮ３１の間に連結されて、転送信号ＴＧ３４により制御され得る。転送トランジスターＴＸ３４がターンオンされると、光電素子ＰＤ３４が生成した電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に伝達され得る。

第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に蓄積された電荷により第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が決定され得る。

駆動トランジスターＤＸ３のゲートは、第１フローティングノードＦＮ３１に連結される。駆動トランジスターＤＸ３は、第１フローティングノードＦＮ３１の電圧に対してソース－フォロア増幅器で動作することができる。駆動トランジスターＤＸ３は、第１フローティングノードＦＮ３１の電圧に応答して選択トランジスターＳＸ３を通じてピクセル信号ＶＳをカラムラインＣＬに出力することができる。

選択トランジスターＳＸ３は、駆動トランジスターＤＸ３とカラムラインＣＬの間に連結されて、選択信号ＳＥＬにより制御され得る。選択トランジスターＳＸ３がターンオンされると、駆動トランジスターＤＸ３から出力されるピクセル電圧ＶＳは、選択トランジスターＳＸ３に連結されたカラムラインＣＬを通じてリードアウト回路１５０に出力され得る。

リセットトランジスターＲＸ３は、電源電圧ＶＤＤを供給する電源電圧ラインと第２フローティングノードＦＮ３２の間に連結され、リセット制御信号ＲＧにより制御され得る。リセット信号ＲＧによりリセットトランジスターＲＸ３がターンオンされる場合、第２フローティングノードＦＮ３２に電源電圧ＶＤＤが印加されて第２フローティングノードＦＮ３２がリセットされ得る。リセットトランジスターＲＸ３がターンオンされている間に第１スイッチトランジスターＳＷ３１および第２スイッチトランジスターＳＷ３２がターンオンされると、第１フローティングノードＦＮ３１および第２フローティングノードＦＮ３２が全てリセットされ得る。

第１スイッチトランジスターＳＷ３１は、第１フローティングノードＦＮ３１と第２フローティングノードＦＮ３２の間に連結され、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１により制御され得る。

第１スイッチトランジスターＳＷ３１がターンオフされた場合、第１フローティングノードＦＮ３１は第１フローティングディフュージョンＦＤ３１のキャパシタンスを有する。この時、第１フローティングノードＦＮ３１に連結されたキャパシタンスの大きさが小さいため、イメージセンサー１００はＨＣＧモードでイメージ信号を生成することができる。ＨＣＧモードで動作時、ピクセル信号ＶＳを処理するための回路（例えばリードアウト回路１５０）のゲインがＬＣＧモードまたはＬＯＦＩＣモードで動作する時のリードアウト回路１５０のゲインより相対的に小さくてもよい。したがって、イメージセンサー１００のＳＮＲが増加して感知可能な最低光量が低くなり得、イメージセンサー１００の低光量感知性能が向上することができる。

第１スイッチトランジスターＳＷ３１がターンオンされた場合、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２は第１フローティングノードＦＮ３１に連結され、第１フローティングノードＦＮ３１のキャパシタンスは第２フローティングディフュージョンＦＤ３２のキャパシタンスだけ増加する。この時、第１フローティングノードＦＮ３１に連結されたキャパシタンスの大きさが大きいため、イメージセンサー１００はＬＣＧモードでイメージ信号を生成することができる。ＬＣＧモードで動作時、ピクセル内で処理できる電荷量が増加することができる。したがって、イメージセンサー１００の高光量感知性能が向上することができる。

一方、ピクセル回路ＰＣ３は、第２スイッチトランジスターＳＷ３２をさらに含むことができる。第２スイッチトランジスターＳＷ３２は、第２フローティングノードＦＮ３２と第３フローティングディフュージョンＦＤ３３の間に連結されて、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２により制御され得る。

第３フローティングディフュージョンＦＤ３３は、横型オーバーフロー蓄積容量（Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｆｌｏｗ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＬＯＦＩＣ）を含むことができる。

第２スイッチトランジスターＳＷ３２がターンオンされた場合、第３フローティングディフュージョンＦＤ３３は第２フローティングノードＦＮ３２に連結される。この時、第１スイッチトランジスターＳＷ３１もターンオンされていると、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４から第１フローティングノードＦＮ３１に伝達される電荷のうちのオーバーフロー（Ｏｖｅｒ－ｆｌｏｗ）された電荷が第２フローティングディフュージョンＦＤ３２および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３により共有され得る。この時、第１フローティングノードＦＮ３１に連結されたキャパシタンスの大きさが大きく増加するため、イメージセンサー１００はＬＯＦＩＣコンバージョンゲイン（ＬＯＦＩＣ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇａｉｎ）モードでイメージ信号を生成することができる。同様に、ＬＯＦＩＣコンバージョンゲインモードでもＦＷＣが増加することができる。したがって、イメージセンサー１００の高光量感知性能がより向上することができる。つまり、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４からオーバーフローされる大量の電荷が第３フローティングディフュージョンＦＤ３３により捨てられずに集積され得るため、イメージセンサー１００は相対的に高い光量下でセンシングされたイメージ信号を生成することができる。

整理すれば、ピクセルＰＸ３は、第１スイッチトランジスターＳＷ３１および第２スイッチトランジスターＳＷ３２のターンオンおよびターンオフによりＨＣＧモード（ＳＷ３１およびＳＷ３２オフ）、ＬＣＧモード（ＳＷ３１だけオン）、およびＬＯＦＩＣモード（ＳＷ３１およびＳＷ３２オン）のうちの一つで動作することができる。

ある実施形態において、ピクセルアレイ１４０が１フレーム期間にＨＣＧモード、ＬＣＧモード、およびＬＯＦＩＣモードで動作することによってイメージ信号プロセッサー１８０はデータバッファー１７０からＨＣＧモードによるＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧモードによるＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣモードによるＬＯＦＩＣイメージ信号を受信し、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成して高いダイナミックレンジを有する一つの合成されたイメージ信号を生成することができる。

ＨＣＧモードによるイメージ信号とＬＣＧモードによるイメージ信号との境界でＳＮＲディップが発生することがあり、ＬＣＧモードによるイメージとＬＯＦＩＣモードによるイメージ信号との境界でＳＮＲディップが発生することがある。第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３間のキャパシタンス差が大きくなるほど一つの合成されたイメージ信号内で発生するＳＮＲディップの大きさはより大きくなり得る。

図１１ｂは他の実施形態によるピクセルを示す回路図である。

図１１ｂの光電素子ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４、転送トランジスターＴＸ４１、ＴＸ４２、ＴＸ４３、ＴＸ４４、駆動トランジスターＤＸ４、選択トランジスターＳＸ４、およびリセットトランジスターＲＸ４のそれぞれは、図１１ａの光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４、転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４、駆動トランジスターＤＸ３、選択トランジスターＳＸ３、およびリセットトランジスターＲＸ３のそれぞれの構成と同一であり得る。

一方、ある実施形態において、ピクセル回路ＰＣ４は、複数個のフローティングディフュージョンＦＤ４１、ＦＤ４２、ＦＤ４３を含むことができる。フローティングディフュージョンＦＤ４１、ＦＤ４２、ＦＤ４３は、所定のキャパシタンスを有し、光電素子ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４が生成した電荷を保存することができる。図１１ｂには３個のフローティングディフュージョンＦＤ４１、ＦＤ４２、ＦＤ４３が示されているが、これに限定されるのではない。

第１スイッチトランジスターＳＷ４１は、第１フローティングノードＦＮ４１と第２フローティングノードＦＮ４２の間に連結され、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１により制御され得る。

第２スイッチトランジスターＳＷ４２がターンオフされた場合、第１フローティングノードＦＮ４１は第１フローティングディフュージョンＦＤ４１のキャパシタンスを有する。この時、第１フローティングノードＦＮ４１に連結されたキャパシタンスの大きさが小さいため、イメージセンサー１００はＨＣＧモードでイメージ信号を生成することができる。

第１スイッチトランジスターＳＷ４１がターンオンされた場合、第２フローティングディフュージョンＦＤ４２は第１フローティングノードＦＮ４１に連結され、第１フローティングノードＦＮ４１のキャパシタンスは第２フローティングディフュージョンＦＤ４２のキャパシタンスだけ増加する。この時、第１フローティングノードＦＮ４１に連結されたキャパシタンスの大きさが大きいため、イメージセンサー１００はＬＣＧモードでイメージ信号を生成することができる。

一方、ピクセル回路ＰＣ４は、第２スイッチトランジスターＳＷ４２をさらに含むことができる。第２スイッチトランジスターＳＷ４２は、第１フローティングディフュージョンＦＤ４１と第３フローティングディフュージョンＦＤ４３の間に連結されて、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２により制御され得る。

第３フローティングディフュージョンＦＤ４３は、ＬＯＦＩＣを含むことができる。

第２スイッチトランジスターＳＷ４２がターンオンされた場合、第３フローティングディフュージョンＦＤ４３は第１フローティングノードＦＮ４１に連結される。この時、第１スイッチトランジスターＳＷ４１もターンオンされていると、光電素子ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４から第１フローティングノードＦＮ４１に伝達される電荷のうちのオーバーフローされた電荷が第２フローティングディフュージョンＦＤ４２および第３フローティングディフュージョンＦＤ４３により共有され得る。この時、第１フローティングノードＦＮ４１に連結されたキャパシタンスの大きさが大きく増加するため、イメージセンサー１００は、ＬＯＦＩＣコンバージョンゲインモードでイメージ信号を生成することができる。同様に、ＬＯＦＩＣコンバージョンゲインモードでもＦＷＣが増加することができる。したがって、イメージセンサー１００の高光量感知性能がより向上することができる。つまり、光電素子ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４からオーバーフローされる大量の電荷が第３フローティングディフュージョンＦＤ４３により捨てられずに集積され得るため、イメージセンサー１００は、相対的に高い光量下でセンシングされたイメージ信号を生成することができる。

整理すれば、ピクセルＰＸ４は、第１スイッチトランジスターＳＷ４１および第２スイッチトランジスターＳＷ４２のターンオンおよびターンオフによりＨＣＧモード（ＳＷ４１およびＳＷ４２オフ）、ＬＣＧモード（ＳＷ４１だけオン）、およびＬＯＦＩＣモード（ＳＷ４１およびＳＷ４２オン）のうちの一つで動作することができる。

前述した図１１ａおよび図１１ｂは一実施形態による光電素子およびピクセル回路を示す回路図である。しかし、本発明によるピクセルに含まれる複数個のフローティングディフュージョン間の連結関係は、図１１ａおよび図１１ｂに示された具体的なピクセル回路の構造に限定されるのではなく、ピクセル回路は任意の連結関係を有し、連結されたフローティングディフュージョンを含む構造を有することができる。以下、説明の便宜のために本発明によるピクセルが図１１ａによる構造を有すると仮定して記述する。

図１２は一実施形態によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。

図１２では、ローライン単位で複数のピクセルを駆動させるためのスキャン区間が示されている。一つのスキャン区間は、リセット区間Ｒｅｓｅｔ、露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、および読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔを順次に含むことができる。

図１２は、イメージセンサー１００がＲＳＴ－ＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ－ＳＩＧ－ＲＳＴ（ＲＲＳＳ－ＳＲ）のリードアウト方式で動作することを示す図面である。

前述した図３および図１１ａと共に参照して、図１２によるイメージセンサーの動作について説明する。

リセット区間Ｒｅｓｅｔでは、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３に保存されている電荷がリセットされる。

具体的に、ハイレベルの第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１が第１スイッチトランジスターＳＷ３１のゲートに印加され、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２が第２スイッチトランジスターＳＷ３２のゲートに印加されて第１スイッチトランジスターＳＷ３１および第２スイッチトランジスターＳＷ３２が全てターンオンされる。第１フローティングノードＦＮ３１に第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３が連結される。

転送トランジスターＴＸ３１に印加される転送信号ＴＧ３１、転送トランジスターＴＸ３２に印加される転送信号ＴＧ３２、転送トランジスターＴＸ３３に印加される転送信号ＴＧ３３、および転送トランジスターＴＸ３４に印加される転送信号ＴＧ３４は、全て同一の波形を有することができ、これは図１２乃至図１３、図１５乃至図１６、図２０乃至図２１、図２７乃至図３１で転送信号ＴＧで示した。

ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４のゲートに印加されて転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４がターンオンされる。光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４により生成された電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３に提供され得る。また、ハイレベルのリセット信号ＲＧ１がリセットトランジスターＲＸ３のゲートに印加されてリセットトランジスターＲＸ３がターンオンされる。そうすると、第１フローティングノードＦＮ３１に電源電圧ＶＤＤが供給されて、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３がリセットされる。本実施形態において、リセット電圧は、例えば、電源電圧ＶＤＤであり得る。この時、選択トランジスターＳＸ３はターンオフされている。

露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅは、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４が光に露出して電荷が生成される区間である。露出区間では、リセット信号ＲＧ１および転送信号ＴＧがハイレベルからローレベルに遷移されて、リセットトランジスターＲＸ３および転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４がターンオフされる。また、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１および第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２は全てハイレベルを維持しているため、第１フローティングノードＦＮ３１および第２フローティングノードＦＮ３２に第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３が全て連結されている。

読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔは、ピクセルＰＸ３で生成されたピクセル信号ＶＳがリードアウト回路１５０に伝達される区間である。ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣのそれぞれがピクセル信号ＶＳとして出力され得る。

第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１および第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２による第１スイッチトランジスターＳＷ３１および第２スイッチトランジスターＳＷ３２の駆動有無により変換ゲインの調節が行われ得る。例えば、ピクセルＰＸ３は、スイッチトランジスターＳＷ３１がターンオフされると、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に保存された電荷に基づいてピクセル信号ＶＳを生成するＨＣＧモードで動作することができ、スイッチトランジスターＳＷ３１がターンオンされ、スイッチトランジスターＳＷ３２がターンオフされると第１フローティングディフュージョンＦＤ３１および第２フローティングディフュージョンＦＤ３２に保存された電荷に基づいてピクセル信号ＶＳを生成するＬＣＧモードで動作することができ、スイッチトランジスターＳＷ３１およびスイッチトランジスターＳＷ３２がターンオンされると第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３に保存された電荷に基づいてピクセル信号を生成するＬＯＦＩＣモードで動作することができる。

まず、ハイレベルの選択信号ＳＥＬ１が選択トランジスターＳＸ３のゲートに印加されて選択トランジスターＳＸ３がターンオンされる。そして、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１のハイレベルが維持されているため、第１フローティングノードＦＮ３１で第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２が連結されている。そのために、期間１０１の間、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２に保存された電荷による第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

次に、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１がローレベルに遷移すると、第１スイッチトランジスターＳＷ３１がターンオフされる。そのために、期間１０２の間、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に保存されている電荷による第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

以降、ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４のゲートに印加されて光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４により生成された電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に提供され得る。したがって、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に保存されていた電荷量が変更され得る。そのために、期間１０３の間、変更された第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に保存された電荷による第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

そして、ハイレベルの第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１が第１スイッチトランジスターＳＷ３１に印加されて第１フローティングノードＦＮ３１に第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２が連結される。また、ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４のゲートに印加されて光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４により生成された電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２に提供され、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２に保存された電荷が変更され得る。そのために、期間１０４の間、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２に保存された電荷による第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

以降、ハイレベルの第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２が第２スイッチトランジスターＳＷ３２に印加されて第１フローティングノードＦＮ３１に第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３が連結される。また、ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４のゲートに印加されて光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４により生成された電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３に提供され得る。そのために、期間１０５の間、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３に保存された電荷に基づいた第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号、つまり、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

その後、ハイレベルのリセット信号ＲＧ１がリセットトランジスターＲＸ３に印加されて第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３が電源電圧ＶＤＤによりリセットされる。そのために、期間１０６の間、リセットされた第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３に保存された電荷に基づいた第１フローティングノードＦＮ３１の電圧は駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

期間１０１の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第１比較器１５３＿１に出力され得る。期間１０２および期間１０３の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは第２比較器１５３＿２に出力され得る。期間１０４の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは第１比較器１５３＿１に出力され得る。期間１０５および期間１０６の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは第２比較器１５３＿２に出力され得る。

一方、図１２に示された基準信号ＲＡＭＰは、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にリードアウト回路１５０内の比較器１５３に提供される信号である。

図１２に示された基準信号ＲＡＭＰの波形は、図１２に示された期間の間に発生するピクセル信号ＶＳの種類により決定され得る。

比較器１５３＿１、１５３＿２は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳがそれぞれの比較器１５３＿１、１５３＿２に入力される時点に同期して入力される基準信号ＲＡＭＰとを比較して、その結果をカウンター１５５＿１、１５５＿２に出力することができる。

第１比較器１５３＿１には第１周期を有する第１ランプ信号Ｒ１および第１周期より大きい第２周期を有する第４ランプ信号Ｒ４が比較対象信号に同期して提供され得る。具体的に、第１ランプ信号Ｒ１は期間１０１内に第１比較器１５３＿１に提供され得、第４ランプ信号Ｒ４は期間１０４内に第１比較器１５３＿１に提供され得る。

第１比較器１５３＿１は、選択器１５１を通じて入力されるＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌと第１周期を有する第１ランプ信号Ｒ１を比較した結果を出力し、選択器１５１を通じて入力されるＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌと第１周期より大きい第２周期を有する第４ランプ信号Ｒ４を比較した結果を出力することができる。

第２比較器１５３＿２には、第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ２、第２周期を有する第３ランプ信号Ｒ３および第５ランプ信号Ｒ５、および第１周期を有する第６ランプ信号Ｒ６が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第２ランプ信号Ｒ２は期間１０２内に第２比較器１５３＿２に提供され得、第３ランプ信号Ｒ３は期間１０３内に第２比較器１５３＿２に提供され得、第５ランプ信号Ｒ５は期間１０５内に第２比較器１５３＿２に提供され得、第６ランプ信号Ｒ６は期間１０６内に第２比較器１５３＿２に提供され得る。

第２比較器１５３＿２は、選択器１５１を通じて入力されるＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈと第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ２を比較した結果を出力し、選択器１５１を通じて入力されるＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈと第２周期を有する第３ランプ信号Ｒ３を比較した結果を出力し、選択器１５１を通じて入力されるＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣと第２周期を有する第５ランプ信号Ｒ５を比較した結果を出力し、選択器１５１を通じて入力されるＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣと第２周期を有する第６ランプ信号Ｒ６を比較した結果を出力することができる。

ただし、実施形態はこれに限定されず、ランプ信号生成器１６０は、第１ランプ信号Ｒ１乃至第６ランプ信号Ｒ６を含む異なる波形の基準信号ＲＡＭＰを生成することもできる。

ここで、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、およびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは変化される程度が相対的に小さく、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌ、およびＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣは変化される程度が相対的に大きいため、第１周期は第２周期に比べて短くてもよい。

通常、それぞれのモードでアナログゲインは同一に調整されるため、第１ランプ信号Ｒ１乃至第６ランプ信号Ｒ６は全て同一の傾きを有することができる。もし、アナログゲインを調整する場合、第１ランプ信号Ｒ１乃至第６ランプ信号Ｒ６の傾きは変動され得る。

図１３は一実施形態によるイメージセンサーの他の動作タイミングを例示する図面である。

図１３では、ローライン単位で複数のピクセルを駆動させるためのスキャン区間が示されている。一つのスキャン区間は、リセット区間Ｒｅｓｅｔ、露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、および読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔを順次に含むことができる。

図１３は、イメージセンサー１００がＳＩＧ－ＲＳＴ－ＲＳＴ－ＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ（ＳＲ－ＲＲＳＳ）のリードアウト方式で動作することを示す図面である。

前述した図３および図１１ａと共に参照して、図１３によるイメージセンサーの動作について説明する。まず、図１３のリセット区間Ｒｅｓｅｔおよび露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅでのリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、および転送信号ＴＧの波形は、図１２のリセット区間Ｒｅｓｅｔおよび露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅでのリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、および転送信号ＴＧの波形と類似しているため、図１２の説明が図１３にも適用され得る。読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔは、ピクセルＰＸ３で生成されたピクセル信号ＶＳがリードアウト回路１５０に伝達される区間である。

読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔで、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、およびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌのそれぞれがピクセル信号ＶＳとして出力され得る。

まず、ハイレベルの選択信号ＳＥＬ１が選択トランジスターＳＸ３のゲートに印加されて選択トランジスターＳＸ３がターンオンされる。そして、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１および第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２のハイレベルが維持されているため、第１フローティングノードＦＮ３１に第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３が連結される。露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅで光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４からオーバーフローされた電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３により共有され得る。そのために、期間１１１の間、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３に保存された電荷による第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が、駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号、つまり、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

その後、ハイレベルのリセット信号ＲＧ１がリセットトランジスターＲＸ３に印加されて第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３が電源電圧によりリセットされる。そのために、期間１１２の間、リセットされた第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３に保存された電荷に基づいた第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が、駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号、つまり、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

以降、ハイレベルの第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１が維持されているため、第１フローティングノードＦＮ３１で第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２は連結されている。そのために、期間１１３の間、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２に保存された電荷による第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が、駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号、つまり、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

その後、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１がローレベルに遷移すると、第１スイッチトランジスターＳＷ３１がターンオフされる。そのために、期間１１４の間、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に保存されている電荷による第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が、駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号ＶＳ、つまり、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

次に、ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４のゲートに印加されて光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４により生成された電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に提供され得る。したがって、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に保存されていた電荷量が変更され得る。そのために、期間１１５の間、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４により生成された電荷により変更された第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に保存された電荷による第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が、駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号、つまり、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

そして、ハイレベルの第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１が第１スイッチトランジスターＳＷ３１に印加されて第１フローティングノードＦＮ３１に第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２が連結される。また、ハイレベルの転送信号ＴＧが転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４のゲートに印加されて光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４により生成された電荷が第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２に提供され得る。そのために、期間１１６の間、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１と第２フローティングディフュージョンＦＤ３２に保存された電荷による第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が、駆動トランジスターＤＸ３を通じてピクセル信号、つまり、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１１１および期間１１２の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは第２比較器１５３＿２に出力され得る。期間１１３の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第１比較器１５３＿１に出力され得る。期間１１４および期間１１５の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのために、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは第２比較器１５３＿２に出力され得る。期間１１６の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは第１比較器１５３＿１に出力され得る。

一方、図１３に示された基準信号ＲＡＭＰは、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にリードアウト回路１５０内の比較器１５３に提供される信号である。

基準信号ＲＡＭＰの波形は、図１３に示された期間の間に発生するピクセル信号ＶＳの種類により決定され得る。

比較器１５３＿１、１５３＿２は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳがそれぞれの比較器１５３＿１、１５３＿２に入力される時点に同期して入力される基準信号ＲＡＭＰとを比較して、その結果をカウンター１５５＿１、１５５＿２に出力することができる。

第１比較器１５３＿１には、第１周期を有する第３ランプ信号Ｒ１３および第１周期より大きい第２周期を有する第６ランプ信号Ｒ１６が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第３ランプ信号Ｒ１３は期間１１３内に第１比較器１５３＿１に提供され得、第６ランプ信号Ｒ１６は期間１１６内に第１比較器１５３＿１に提供され得る。

また、第２比較器１５３＿２には、第２周期を有する第１ランプ信号Ｒ１１、第２周期より小さい第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ１２および第４ランプ信号Ｒ１４、第２周期を有する第５ランプ信号Ｒ１５が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第１ランプ信号Ｒ１１は期間１１１内に第２比較器１５３＿２に提供され得、第２ランプ信号Ｒ１２は期間１１２内に第２比較器１５３＿２に提供され得、第４ランプ信号Ｒ１４は期間１１４内に第２比較器１５３＿２に提供され得、第５ランプ信号Ｒ１５は期間１１５内に第２比較器１５３＿２に提供され得る。

ただし、実施形態はこれに限定されず、ランプ信号生成器１６０は、第１ランプ信号Ｒ１１乃至第６ランプ信号Ｒ１６を含む異なる波形の基準信号ＲＡＭＰを生成することもできる。

比較器１５３は、ピクセルＰＸ３から出力されるピクセル信号ＶＳとピクセル信号ＶＳが比較器１５３に入力される時点に同期して入力される基準信号ＲＡＭＰを比較し、比較結果による出力を生成することができる。これに関しては図１２を参照して具体的に記述しており、図１３に示された実施形態でも当該説明が同一に適用され得る。

図１４は本発明の一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。

図１４で、ｘ軸は光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４が生成した電荷の量を示したものであり、ｙ軸はイメージ信号プロセッサー１８０がＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号の信号対雑音比をｄＢ単位で示したものである。

第１グラフ１４０１は、予め設定されたアナログゲインに対して２倍のアナログゲインでピクセル信号ＶＳを読み出した場合にイメージ信号プロセッサー１８０から出力される合成された信号のＳＮＲを示すグラフである。この時、第１グラフ１４０１に示されているように、ＦＷＣは感知できる最大入射光の大きさｆ１に比例することができる。また、第１グラフ１４０１でＨＣＧイメージ信号とＬＣＧイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１４１１およびＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１４１２が示されている。

第２グラフ１４０３は、予め設定されたアナログゲインに対して４倍のアナログゲインでピクセル信号ＶＳを読み出した場合にイメージ信号プロセッサー１８０から出力される合成された信号のＳＮＲを示すグラフである。この時、第２グラフ１４０３に示されているように、ＦＷＣは感知できる最大入射光の大きさｆ２に比例することができる。また、第２グラフ１４０３でＨＣＧイメージ信号とＬＣＧイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１４２１およびＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１４２２が示されている。

図１４に示されているように、アナログゲインを増加させる場合、ＳＮＲグラフは変化することができる。アナログゲインが増加するほどダイナミックレンジは減少することができる。また、アナログゲインを増加させるとＬＯＦＩＣイメージ信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）グラフが左側に移動してＳＮＲディップがより大きくなることが分かる。特に、アナログゲインの増加により、ＳＮＲディップｄ１４１１からＳＮＲディップｄ１４２１に増加したＨＣＧイメージ信号とＬＣＧイメージ信号間のＳＮＲディップの大きさの増加より、ＳＮＲディップｄ１４１２からＳＮＲディップｄ１４２２に増加したＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップの大きさの増加がより大きくなり得る。

図１５および図１６はイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。

図６および図１１ａと共に参照して、図１５および図１６によるイメージセンサーの動作について説明する。

図１５では、ローライン単位の複数のピクセルを駆動させるためのスキャン区間が示されている。一つのスキャン区間は、リセット区間Ｒｅｓｅｔ、露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔを順次に含むことができる。

図１５は、イメージセンサー６００がＳＩＧ－ＲＳＴ－ＲＳＴ－ＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ（ＳＲ－ＲＲＳＳ）のリードアウト方式で動作する場合を示す図面である。まず、図１５のリセット区間Ｒｅｓｅｔ、露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、および読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔでのリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、転送信号ＴＧの波形は、図１３のリセット区間Ｒｅｓｅｔ、露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、および読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔでのリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、転送信号ＴＧの波形と類似しているため、図１３の説明は図１５にも適用され得る。

読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔは、ピクセルＰＸで生成されたピクセル信号ＶＳがリードアウト回路６５０に伝達される区間である。

期間１２１の間、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２、及び第３フローティングディフュージョンＦＤ３３に保存された電荷に基づく第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が、駆動トランジスターＤＸ３を介してカラムラインＣＬに画素信号ＶＳ、すなわちＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣとして出力される。期間１２２の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１２３の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１２４の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１２５の間、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４によって変化した第１フローティングディフュージョンＦＤ３１に蓄積された電荷による第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が、駆動トランジスターＤＸ３を介して画素信号ＶＳ、すなわちＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力される。期間１２６の間、第１フローティングディフュージョンＦＤ３１及び第２フローティングディフュージョンＦＤ３２に蓄積された電荷量に応じた第１フローティングノードＦＮ３１の電圧が、駆動トランジスターＤＸ３を介してカラムラインＣＬに画素信号ＶＳ、すなわちＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌとして出力されることができる。

期間１２１および期間１２２の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは第２比較器６５３＿２に出力され得る。期間１２３の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第１比較器６５３＿１に出力され得る。期間１２４および期間１２５の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは第２比較器６５３＿２に出力され得る。最後に、期間１２６の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは第１比較器６５３＿１に出力され得る。

図１５に示された基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にリードアウト回路６５０内の比較器６５３に提供される信号である。基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２の形態は、ピクセル信号ＶＳ形態に起因することができる。

一方、第１基準信号ＲＡＭＰ１は読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第１比較器６５３＿１に提供される信号であり、第２基準信号ＲＡＭＰ２は読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第２比較器６５３＿２に提供される信号である。ランプ信号生成器６６０は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して、第１および第２基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２を生成することができる。

第１比較器６５３＿１には、第１周期を有する第３ランプ信号Ｒ２３および第１周期より長い周期の第２周期を有する第６ランプ信号Ｒ２６が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第３ランプ信号Ｒ２３は期間１２３内に第１比較器６５３＿１に提供され得、第６ランプ信号Ｒ２６は期間１２６内に第１比較器６５３＿１に提供され得る。

また、第２比較器６５３＿２には、第２周期を有する第１ランプ信号Ｒ２１、第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ２２および第４ランプ信号Ｒ２４、第２周期を有する第５ランプ信号Ｒ２５が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第１ランプ信号Ｒ２１は期間１２１内に第２比較器６５３＿２に提供され得、第２ランプ信号Ｒ２２は期間１２２内に第２比較器６５３＿２に提供され得、第４ランプ信号Ｒ２４は期間１２４内に第２比較器６５３＿２に提供され得、第５ランプ信号Ｒ２５は期間１２５内に第２比較器６５３＿２に提供され得る。

ただし、実施形態はこれに限定されず、ランプ信号生成器６６０は、第１ランプ信号Ｒ２１乃至第６ランプ信号Ｒ２６を含む異なる波形の基準信号を生成することもできる。

第１ランプ信号Ｒ２１乃至第６ランプ信号Ｒ２６は、全て同一の傾きｓ１を有することができる。

第１比較器６５３＿１は、ピクセルＰＸから出力されるピクセル信号ＶＳとピクセル信号ＶＳが第１比較器６５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１を比較し、比較結果による出力を生成することができる。また、第２比較器６５３＿２は、ピクセルＰＸから出力されるピクセル信号ＶＳとピクセル信号ＶＳが比較器６５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２を比較し、比較結果による出力を生成することができる。

具体的に図１６は、図１５に示された第１基準信号ＲＡＭＰ１内のランプ信号の傾きと第２基準信号ＲＡＭＰ２内のランプ信号の傾きとが異なる場合にイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。

図１５と同様に、期間１３１の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１３２の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１３３の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１３４の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１３５の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１３６の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

期間１３１および期間１３２の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは第２比較器６５３＿２に出力され得る。期間１３３の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第１比較器６５３＿１に出力され得る。期間１３４および期間１３５の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは第２比較器６５３＿２に出力され得る。最後に、期間１３６の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは第１比較器６５３＿１に出力され得る。

第１基準信号ＲＡＭＰ１は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第１比較器６５３＿１に提供される信号であり、第２基準信号ＲＡＭＰ２は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第２比較器６５３＿２に提供される信号である。ランプ信号生成器６６０は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して、第１および第２基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２を生成することができる。例えば、第１基準信号ＲＡＭＰ１は、第１傾きｓ１を有する複数個のランプ信号を含むことができ、第２基準信号ＲＡＭＰ２は、第２傾きｓ２を有する複数個のランプ信号を含むことができる。ランプ信号生成器６６０が第２基準信号ＲＡＭＰ２内のランプ信号の傾きを調整すると、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、およびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈを読み出す場合のアナログゲインが変動され得る。

第１比較器６５３＿１には、第１周期を有する第３ランプ信号Ｒ３３および第１周期より長い周期である第２周期を有する第６ランプ信号Ｒ３６が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第３ランプ信号Ｒ３３は期間１３３内に第１比較器６５３＿１に提供され得、第６ランプ信号Ｒ２６は期間１３６内に第１比較器６５３＿１に提供され得る。

また、第２比較器６５３＿２には、第２周期を有する第１ランプ信号Ｒ３１、第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ３２および第４ランプ信号Ｒ３４、第２周期を有する第５ランプ信号Ｒ３５が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第１ランプ信号Ｒ３１は期間１３１内に第２比較器６５３＿２に提供され得、第２ランプ信号Ｒ３２は期間１３２内に第２比較器６５３＿２に提供され得、第４ランプ信号Ｒ３４は期間１３４内に第２比較器６５３＿２に提供され得、第５ランプ信号Ｒ３５は期間１３５内に第２比較器６５３＿２に提供され得る。

実施形態はこれに制限されるのではなく、異なる傾きを有するランプ信号を通じてＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌ、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、およびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈのそれぞれを異なるアナログゲインで読み出すことも可能であり得る。

図１７および図１８は本発明の他の実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。具体的に、図１７および図１８は図６のリードアウト回路６５０によるＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号の信号対雑音比をｄＢ単位で示したものである。

第１グラフ１７０１は、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号に対するアナログゲインが予め設定されたアナログゲインに対して２倍である時、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号に対するＳＮＲを示すグラフである。この時、第１および第２基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２は、全て同一の傾きを有する。第１グラフ１７０１で、ＨＣＧイメージ信号とＬＣＧイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１７１１、ＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１７１２が示されている。

第２グラフ１７０３は、ＨＣＧイメージ信号およびＬＯＦＩＣイメージ信号に対するアナログゲインが予め設定されたアナログゲインに対して２倍のアナログゲインであり、ＬＣＧイメージ信号に対するアナログゲインは予め設定されたアナログゲインと同一のアナログゲインである時、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号に対するＳＮＲを示すグラフである。この時、ＨＣＧイメージ信号およびＬＯＦＩＣイメージ信号を読み出す時のランプ信号の傾きは、ＬＣＧイメージ信号を読み出す時のランプ信号の傾きの１／２倍とし得る。第２グラフ１７０３で、ＨＣＧイメージ信号とＬＣＧイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１７２１、およびＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１７２２が示されている。

図１７に示されているように、第１グラフ１７０１でのＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１７１２の大きさより、第２グラフ１７０３でのＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１７２２の大きさがより小さい。つまり、ＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップは、ＬＣＧイメージ信号に対するアナログゲインを増加させずにイメージ信号を獲得した場合により小さくなり得る。

第３グラフ１８０１は、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号に対して予め設定されたアナログゲインに対してアナログゲインが４倍である時、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号に対するＳＮＲを示すグラフである。この時、第１および第２基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２は、全て同一の傾きを有する。第３グラフ１８０１で、ＨＣＧイメージ信号とＬＣＧイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１８１１、ＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１８１２が示されている。

第４グラフ１８０３は、ＨＣＧイメージ信号およびＬＯＦＩＣイメージ信号に対するアナログゲインが予め設定されたアナログゲインに対して４倍であり、ＬＣＧイメージ信号に対するアナログゲインは予め設定されたアナログゲインである時、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号に対するＳＮＲを示すグラフである。この時、ＨＣＧイメージ信号およびＬＯＦＩＣイメージ信号を読み出す時のランプ信号の傾きは、ＬＣＧイメージ信号を読み出す時のランプ信号の傾きの１／４倍とし得る。第４グラフ１８０３には、ＨＣＧイメージ信号とＬＣＧイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１８２１、およびＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１８２２が示されている。

図１８に示されているように、第３グラフ１８０１でのＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１８１２の大きさより、第４グラフ１８０３でのＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ１８２２の大きさがより小さい。

図１７および図１８を参照すれば、本発明の一実施形態によりＬＣＧイメージ信号に対してはアナログゲインを維持し、ＨＣＧイメージ信号およびＬＯＦＩＣイメージ信号に対するアナログゲインを増加させるほどＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップの程度がより改善されることが分かる。

実施形態はこれに限定されず、ＨＣＧイメージ信号およびＬＯＦＩＣイメージ信号に対するアナログゲインよりＬＣＧイメージ信号に対するアナログゲインをより低く維持する場合に全て適用され得るだろう。例えば、ＨＣＧイメージ信号のアナログゲイン、ＬＣＧイメージ信号のアナログゲイン、ＬＯＦＩＣイメージ信号のアナログゲインの比率は、２：１：２、４：１：４、４：２：４、８：２：８、１６：４：１６などであり得、これに制限されない。

図１９は他の実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。

図１９を参照すれば、他の実施形態によるイメージセンサー１９００は、ピクセルアレイ１９４０およびリードアウト回路１９５０を含むことができる。

ピクセルアレイ１９４０は、複数のピクセルＰＸを含むことができる。各ピクセルＰＸは、転送信号ＴＧおよび選択信号ＳＥＬ１により選択されて、ピクセル信号ＶＳを出力することができる。図１９を参照すれば、ピクセルアレイ１９４０は、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃを含むことができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、転送信号ＴＧｉ、ＴＧｉ＋１、ＴＧｉ＋２のうち対応する転送信号および選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信することができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信してピクセル信号ＶＳを出力することができる。ここで、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、一つのサブピクセルからなると仮定する。

リードアウト回路１９５０は、ピクセルアレイ１９４０のそれぞれのカラムラインＣＬに連結された選択器１９５１、比較器１９５３、カウンター１９５５、およびＣＤＳ回路１９５７を含むことができる。

選択器１９５１は、例えばデマルチプレクサーで具現され得るが、これに限定されない。選択器１９５１は、対応する一つのカラムラインＣＬに対応することができ、連結されたカラムラインＣＬからピクセル信号ＶＳを受信することができる。選択器１９５１は、コントローラー１９１０からＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍを受信し、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍに基づいてピクセル信号ＶＳを比較器１９５３に出力することができる。一実施形態において、選択器１９５１は、４個の出力端子を含むことができる。選択器１９５１は、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍに基づいてピクセル信号ＶＳを４個の出力端子のうちのいずれか一つに出力することができる。

ランプ信号生成器１９６０は、コントローラー１９１０から入力されたランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して複数の基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３、ＲＡＭＰ４を生成することができる。基準信号内のランプ信号は、時間の経過により電圧レベルが増加または減少する信号であり得る。

比較器１９５３は、ピクセル信号ＶＳおよび複数の基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３、ＲＡＭＰ４のうちの一つを比較することができる。

一実施形態において、比較器１９５３は、第１比較器１９５３＿１乃至第４比較器１９５３＿４を含むことができる。第１比較器１９５３＿１の二つの入力端子のうちの一つは選択器１９５１の４個の出力端子のうちの一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器１９６０に連結され得る。第２比較器１９５３＿２の二つの入力端子のうちの一つは選択器１９５１の４個の出力端子のうちの一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器１９６０に連結され得る。第３比較器１９５３＿３の二つの入力端子のうちの一つは選択器１９５１の４個の出力端子のうちの一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器１９６０に連結され得る。第４比較器１９５３＿４の二つの入力端子のうちの一つは選択器１９５１の４個の出力端子のうちの一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器１９６０に連結され得る。

カウンター１９５５は、対応する比較器１９５３から出力された信号の特定レベルがどのくらい維持するのかをカウンティングすることができる。具体的に、カウンター１９５５は、タイミング生成器（図１の１２０）からクロックを受信することができる。カウンター１９５５は、クロック信号のライジングエッジまたはフォーリングエッジを利用して対応する比較器１９５３から伝達された信号の特定レベルがどのくらい維持するのかをカウンティングすることができる。一実施形態において、カウンター１９５５は、第１カウンター１９５５＿１乃至第４カウンター１９５５＿４を含む。ある実施形態において、第１比較器１９５３＿１の出力端子はカウンター１９５５＿１に連結され得る。第２比較器１９５３＿２の出力端子はカウンター１９５５＿２に連結され得る。第３比較器１９５３＿３の出力端子はカウンター１９５５＿３に連結され得る。第４比較器１９５３＿４の出力端子はカウンター１９５５＿４に連結され得る。

整理すれば、第１比較器１９５３＿１は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳが第１比較器１９５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１とを比較し、比較結果を第１カウンター１９５５＿１に出力することができる。第２比較器１９５３＿２は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳが第２比較器１９５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２とを比較し、比較結果を第２カウンター１９５５＿２に出力することができる。第３比較器１９５３＿３は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳが第３比較器１９５３＿３に入力される時点に同期して入力される第３基準信号ＲＡＭＰ３とを比較して、比較結果を第３カウンター１９５５＿３に出力することができる。第４比較器１９５３＿４は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳが第４比較器１９５３＿４に入力される時点に同期して入力される第４基準信号ＲＡＭＰ４とを比較して、比較結果を第４カウンター１９５５＿４に出力することができる。

ある実施形態において、基準信号に含まれているランプ信号は、時間の経過により電圧レベルが増加または減少するランプ信号を含むことができる。ある実施形態において、第１基準信号ＲＡＭＰ１に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有する信号であれば、選択器１９５１を通じて比較器１９５３＿１に入力される信号の大きさが
第１基準信号ＲＡＭＰ１のランプ信号の大きさと同じ時点が発生し得る。また、第２基準信号ＲＡＭＰ２に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有する信号であれば、選択器１９５１を通じて比較器１９５３＿２に入力される信号の大きさが
第２基準信号ＲＡＭＰ２のランプ信号の大きさと同じ時点が発生し得る。第３基準信号ＲＡＭＰ３に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有する信号であれば、選択器１９５１を通じて比較器１９５３＿３に入力される信号の大きさが第３基準信号ＲＡＭＰ３のランプ信号の大きさと同じ時点が発生し得る。第４基準信号ＲＡＭＰ４に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有する信号であれば、選択器１９５１を通じて比較器１９５３＿４に入力される信号の大きさが第４基準信号ＲＡＭＰ４のランプ信号の大きさと同じ時点が発生し得る。ピクセル信号ＶＳと基準信号が一致する時点に同期して比較器１９５３＿１、１９５３＿２、１９５３＿３、１９５３＿４から出力される信号のレベルが遷移され得る。

ＣＤＳ回路１９５７は、対応するカウンター１９５５から伝達されたカウンティング信号に対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。ある実施形態において、ＣＤＳ回路１９５７は、第１ＣＤＳ回路１９５７＿１乃至第４ＣＤＳ回路１９５７＿４を含むことができる。ＣＤＳ回路１９５７＿１は、カウンター１９５５＿１の出力端に連結されてカウンター１９５５＿１から受信したカウンティング信号に対してＣＤＳ方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。ＣＤＳ回路１９５７＿２は、カウンター１９５５＿２の出力端に連結されてカウンター１９５５＿２から受信したカウンティング信号に対してＣＤＳ方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。ＣＤＳ回路１９５７＿３は、カウンター１９５５＿３の出力端に連結されてカウンター１９５５＿３から受信したカウンティング信号に対してＣＤＳ方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。ＣＤＳ回路１９５７＿４は、カウンター１９５５＿４の出力端に連結されてカウンター１９５５＿４から受信したカウンティング信号に対してＣＤＳ方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。

ただし、ピクセル信号ＶＳを読み出すのに必要な比較器１９５３、カウンター１９５５およびＣＤＳ回路１９５７の個数を減少させるために、一実施形態はＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣに対しては同一の基準信号で読み出し、アナログゲインが増加しても基準信号の傾きが不変するＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬおよびＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌの場合には別個の基準信号で読み出すことができる。

図２０は図１９によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。

図２０では、ローライン単位で複数のピクセルを駆動させるためのスキャン区間が示されている。一つのスキャン区間は、リセット区間Ｒｅｓｅｔ、露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅ、および読み出し区間Ｒｅａｄｏｕｔを順次に含むことができる。

図２０は、イメージセンサー１９００がＲＳＴ－ＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ－ＳＩＧ－ＲＳＴ（ＲＲＳＳ－ＳＲ）のリードアウト方式で動作することを示す図面である。

前述した図１１ａと共に参照して、図２０によるイメージセンサーの動作について説明する。

図２０のリセット区間Ｒｅｓｅｔおよび露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅでのリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、転送信号ＴＧの波形は、図１２のリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、転送信号ＴＧの波形と類似しているため、図１２の説明が図２０にも適用され得る。この時、リードアウト回路１９５０は、伝達されたピクセル信号ＶＳを相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式で読み出すことができる。ここで、ピクセル信号ＶＳは、一つのフレーム内でピクセル回路ＰＸ３からカラムラインＣＬを通じて出力される信号であり得る。

期間１４１の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１４２の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１４３の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１４４の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１４５の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１４６の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

期間１４１の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第１比較器１９５３＿１および第２比較器１９５３＿２に出力され得る。期間１４２および期間１４３の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは第３比較器１９５３＿３および第４比較器１９５３＿４に出力され得る。期間１４４の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは第１比較器１９５３＿１および第２比較器１９５３＿２に出力され得る。期間１４５および期間１４６の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは第３比較器１９５３＿３および第４比較器１９５３＿４に出力され得る。

一方、ランプ信号生成器１９６０は、ランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して、第１乃至第４基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３、ＲＡＭＰ４を生成することができる。図２０に示された基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３、ＲＡＭＰ４は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にリードアウト回路１９５０内の比較器１９５３に提供される信号である。

具体的に、第１基準信号ＲＡＭＰ１は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第１比較器１９５３＿１に提供される信号であり、第２基準信号ＲＡＭＰ２は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第２比較器１９５３＿２に提供される信号であり、第３基準信号ＲＡＭＰ３は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第３比較器１９５３＿３に提供される信号であり、第４基準信号ＲＡＭＰ４は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第４比較器１９５３＿４に提供される信号である。

第１比較器１９５３＿１には、第１周期を有する第１ランプ信号Ｒ４１および第１周期より大きい第２周期を有する第４ランプ信号Ｒ４４が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第１ランプ信号Ｒ４１は期間１４１内に第１比較器１９５３＿１に提供され得、第４ランプ信号Ｒ４４は期間１４４内に第１比較器１９５３＿１に提供され得る。

第２比較器１９５３＿２には、第３周期を有する第１’ランプ信号Ｒ４１’、第３周期より大きい第４周期を有する第４’ランプ信号Ｒ４４’が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第１’ランプ信号Ｒ４１’は期間１４１内に第２比較器１９５３＿２に提供され得、第４’ランプ信号Ｒ４４’は期間１４４内に第２比較器１９５３＿２に提供され得る。

第３比較器１９５３＿３には、第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ４２、第２周期を有する第３ランプ信号Ｒ４３および第５ランプ信号Ｒ４５、第１周期を有する第６ランプ信号Ｒ４６が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第２ランプ信号Ｒ４２は期間１４２内に第３比較器１９５３＿３に提供され得、第３ランプ信号Ｒ４３は期間１４３内に第３比較器１９５３＿３に提供され得、第５ランプ信号Ｒ４５は期間１４５内に第３比較器１９５３＿３に提供され得、第６ランプ信号Ｒ４６は期間１４６内に第３比較器１９５３＿３に提供され得る。

第４比較器１９５３＿４には、第３周期を有する第２’ランプ信号Ｒ４２’、第４周期を有する第３’ランプ信号Ｒ４３’および第５’ランプ信号Ｒ４５’、および第３周期を有する第６’ランプ信号Ｒ４６’が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第２’ランプ信号Ｒ４２’は期間１４２内に第４比較器１９５３＿４に提供され得、第３’ランプ信号Ｒ４３’は期間１４３内に第４比較器１９５３＿４に提供され得、第５’ランプ信号Ｒ４５’は期間１４５内に第４比較器１９５３＿４に提供され得、第６’ランプ信号Ｒ４６’は期間１４６内に第４比較器１９５３＿４に提供され得る。

ただし、実施形態はこれに限定されず、ランプ信号生成器１９６０は、第１ランプ信号Ｒ４１乃至第６ランプ信号Ｒ４６、第１’ランプ信号Ｒ４１’乃至第６’ランプ信号Ｒ４６’を含む異なる波形の基準信号を生成することもできる。

図２０に示されているように、第１基準信号ＲＡＭＰ１内に含まれているランプ信号の第１傾きｓ１と第２基準信号ＲＡＭＰ２内に含まれているランプ信号の第２傾きｓ２が異なり得る。第２基準信号ＲＡＭＰ２内のランプ信号の傾きの絶対値が第１基準信号ＲＡＭＰ１内のランプ信号の傾きの絶対値より小さいように調整され得る。第１傾きｓ１に対する第２傾きｓ２の比は予め設定され得る。

また、第３基準信号ＲＡＭＰ３内に含まれているランプ信号の第３傾きｓ３と第４基準信号ＲＡＭＰ４内に含まれているランプ信号の第４傾きｓ４が異なり得る。第４基準信号ＲＡＭＰ４内に含まれているランプ信号の傾きの絶対値が第３基準信号ＲＡＭＰ３内に含まれているランプ信号の傾きの絶対値より小さいように調整され得る。第３傾きｓ３に対する第４傾きｓ４の比は予め設定され得る。例えば、図２０に示されているように、第１傾きｓ１と第３傾きｓ３の絶対値は、第２傾きｓ２と第４傾きｓ４の絶対値の２倍であり得るが、実施形態がこれに制限されるのではない。

第１比較器１９５３＿１は、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬおよびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌのそれぞれを、それぞれの信号が第１比較器１９５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１と比較して第１比較結果を出力することができる。第１比較器１９５３＿１の動作と同時に、第２比較器１９５３＿２は、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬおよびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌのそれぞれを、それぞれの信号が第２比較器１９５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２と比較して第２比較結果を出力することができる。

第３比較器１９５３＿３は、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣのそれぞれを、それぞれの信号が第３比較器１９５３＿３に入力される時点に同期して入力される第３基準信号ＲＡＭＰ３と比較して第３比較結果を出力することができる。第３比較器１９５３＿３の動作と同時に、第４比較器１９５３＿４は、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣのそれぞれを、それぞれの信号が第４比較器１９５３＿４に入力される時点に同期して入力される第４基準信号ＲＡＭＰ４と比較して第４比較結果を出力することができる。

図２１は図１９によるイメージセンサーの他の動作タイミングを例示する図面である。

図２１は、イメージセンサー１９００がＳＩＧ－ＲＳＴ－ＲＳＴ－ＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ（ＳＲ－ＲＲＳＳ）のリードアウト方式で動作することを示す図面である。これと関連して、図１１ａと共に参照して説明する。

図２１のリセット区間Ｒｅｓｅｔおよび露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅでのリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、転送信号ＴＧの波形は、図１３のリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、転送信号ＴＧの波形と類似しているため、図１３の説明が図２１にも適用され得る。この時、リードアウト回路１９５０は、伝達されたピクセル信号ＶＳをＣＤＳ方式で読み出すことができる。ここで、ピクセル信号ＶＳは、一つのフレーム内でピクセル回路ＰＸ３からカラムラインＣＬを通じて出力される信号であり得る。

期間１５１の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１５２の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１５３の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１５４の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１５５の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１５６の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

期間１５１および期間１５２の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは第３比較器１９５３＿３および第４比較器１９５３＿４に出力され得る。期間１５３の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第１比較器１９５３＿１および第２比較器１９５３＿２に出力され得る。期間１５４および期間１５５の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは第３比較器１９５３＿３および第４比較器１９５３＿４に出力され得る。最後に、期間１５６の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは第１比較器１９５３＿１および第２比較器１９５３＿２に出力され得る。

一方、ランプ信号生成器１９６０は、ランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して、第１乃至第４基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３、ＲＡＭＰ４を生成することができる。

第１基準信号ＲＡＭＰ１は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第１比較器１９５３＿１に提供される信号であり、第２基準信号ＲＡＭＰ２は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第２比較器１９５３＿２に提供される信号であり、第３基準信号ＲＡＭＰ３は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第３比較器１９５３＿３に提供される信号であり、第４基準信号ＲＡＭＰ４は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第４比較器１９５３＿４に提供される信号である。

第１比較器１９５３＿１には、第１周期を有する第３ランプ信号Ｒ５３および第１周期より大きい第２周期を有する第６ランプ信号Ｒ５６が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第３ランプ信号Ｒ５３は期間１５３内に第１比較器１９５３＿１に提供され得、第６ランプ信号Ｒ５６は期間１５６内に第１比較器１９５３＿１に提供され得る。

第２比較器１９５３＿２には、第３周期を有する第３’ランプ信号Ｒ５３’、第３周期より大きい第４周期を有する第６’ランプ信号Ｒ５６’が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第３’ランプ信号Ｒ５３’は期間１５３内に第２比較器１９５３＿２に提供され得、第６’ランプ信号Ｒ４６’は期間１５６内に第２比較器１９５３＿２に提供され得る。

第３比較器１９５３＿３には、第２周期を有する第１ランプ信号Ｒ５１、第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ５２および第４ランプ信号Ｒ５４、第２周期を有する第５ランプ信号Ｒ５５が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第１ランプ信号Ｒ５１は期間１５１内に第３比較器１９５３＿３に提供され得、第２ランプ信号Ｒ５２は期間１５２内に第３比較器１９５３＿３に提供され得、第４ランプ信号Ｒ５４は期間１５４内に第３比較器１９５３＿３に提供され得、第５ランプ信号Ｒ５５は期間１５５内に第３比較器１９５３＿３に提供され得る。

第４比較器１９５３＿４には、第４周期を有する第１’ランプ信号Ｒ５１’、第３周期を有する第２’ランプ信号Ｒ５２’および第４’ランプ信号Ｒ５４’、および第４周期を有する第５’ランプ信号Ｒ５５’が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第１’ランプ信号Ｒ５１’は期間１５１内に第４比較器１９５３＿４に提供され得、第２’ランプ信号Ｒ５２’は期間１５２内に第４比較器１９５３＿４に提供され得、第４’ランプ信号Ｒ５４’は期間１５４内に第４比較器１９５３＿４に提供され得、第５’ランプ信号Ｒ５５’は期間１５５内に第４比較器１９５３＿４に提供され得る。

ただし、実施形態はこれに限定されず、ランプ信号生成器１９６０は、第１ランプ信号Ｒ５１乃至第６ランプ信号Ｒ５６、第１’ランプ信号Ｒ５１’乃至第６’ランプ信号Ｒ５６’を含む異なる波形の基準信号を生成することもできる。

第１基準信号ＲＡＭＰ１内に含まれているランプ信号の第１傾きｓ１と第２基準信号ＲＡＭＰ２内に含まれているランプ信号の第２傾きｓ２が異なり得る。第２基準信号ＲＡＭＰ２内に含まれているランプ信号の傾きの絶対値が第１基準信号ＲＡＭＰ１内に含まれているランプ信号の傾きの絶対値より小さいように調整され得る。第１傾きｓ１に対する第２傾きｓ２の比は予め設定され得る。

また、第３基準信号ＲＡＭＰ３内のランプ信号の第３傾きｓ３と第４基準信号ＲＡＭＰ４内のランプ信号の第４傾きｓ４が異なり得る。第４基準信号ＲＡＭＰ４内のランプ信号の傾きの絶対値が第３基準信号ＲＡＭＰ３内のランプ信号の傾きの絶対値より小さいように調整され得る。第３傾きｓ３に対する第４傾きｓ４の比は予め設定され得る。例えば、図１３に示されているように、第１傾きｓ１と第３傾きｓ３の絶対値は、第２傾きｓ２と第４傾きｓ４の絶対値の２倍であり得るが、実施形態がこれに制限されるのではない。

第１比較器１９５３＿１は、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬおよびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌのそれぞれを、それぞれの信号が第１比較器１９５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１と比較して第１比較結果を出力することができる。第１比較器１９５３＿１の動作と同時に、第２比較器１９５３＿２は、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬおよびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌのそれぞれを、それぞれの信号が第２比較器１９５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２と比較して第２比較結果を出力することができる。

第３比較器１９５３＿３は、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣのそれぞれを、それぞれの信号が第３比較器１９５３＿３に入力される時点に同期して入力される第３基準信号ＲＡＭＰ３と比較して第３比較結果を出力することができる。第３比較器１９５３＿３の動作と同時に、第４比較器１９５３＿４は、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣのそれぞれを、それぞれの信号が第４比較器１９５３＿４に入力される時点に同期して入力される第４基準信号ＲＡＭＰ４と比較して第４比較結果を出力することができる。

図２２および図２３は一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。具体的に、図２２および図２３は図１９のリードアウト回路１９５０によるＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号の信号対雑音比をｄＢ単位で示すグラフである。この時、第１基準信号ＲＡＭＰ１内のランプ信号の傾きの絶対値と第２基準信号ＲＡＭＰ２内のランプ信号の傾きの絶対値の比は、２：１に設定されているとする。

図２２は、ＨＣＧ映像信号、ＬＣＧ映像信号及びＬＯＦＩＣ映像信号を合成した信号のＳＮＲの第１グラフ２２０１及び第２グラフ２２０３を示すものであり、第１グラフ２２０１及び第２グラフ２２０３共にアナログゲインが所定のアナログゲインの２倍である。第１グラフ２２０１は、ＤＳＧ方式を適用せずにピクセル信号ＶＳを読み出した場合のＳＮＲグラフであり、第２グラフ２２０３は、ＤＳＧ方式を適用してピクセル信号ＶＳを読み出した場合のＳＮＲグラフである。つまり、第２グラフ２２０３は、２倍のアナログゲイン（つまり、予め設定されたアナログゲインに対して４倍）でＤＳＧ方式を適用してピクセル信号ＶＳを読み出す時の、合成された信号のＳＮＲを示すグラフである。

図２２に示されているように、第１グラフ２２０１でＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ２２１の大きさは、第２グラフ２２０３でＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ２２３の大きさより大きい。また、第１グラフ２２０１でのダイナミックレンジＤＲ１より第２グラフ２２０３でのダイナミックレンジＤＲ３がより大きくなる。

図２３には第３グラフ２３０１および第４グラフ２３０３が示されており、第３グラフ２３０１および第４グラフ２３０３共にアナログゲインが予め設定されたアナログゲインに対して４倍である時、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号に対するＳＮＲを示すグラフである。第３グラフ２３０１は、ＤＳＧ方式を適用せずにピクセル信号ＶＳを読み出した場合のＳＮＲグラフであり、第４グラフ２３０３はＤＳＧ方式を適用してピクセル信号ＶＳを読み出した場合のＳＮＲグラフである。つまり、第４グラフ２３０３は、２倍のアナログゲイン（つまり、予め設定されたアナログゲインに対して８倍）でＤＳＧ方式を適用してピクセル信号ＶＳを読み出す時、合成された信号のＳＮＲを示すグラフである。

図２３に示されているように、第３グラフ２３０１でＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ２３１の大きさは、第４グラフ２３０３でＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ２３３の大きさより大きい。

ただし、アナログゲインが増加されることによって、ＱＮが減少するため、光量が少ない場合におけるＳＮＲグラフが上昇する傾向を示すことができる。これに基づいて、アナログゲインが低い場合、ＤＳＧを適用することによってＳＮＲディップの減少に大きい効果を有するが、アナログゲインが増加するほど全体ノイズでＱＮが占める比率が少なくなるため、ＤＳＧ方式を適用することによって獲得できるＳＮＲディップ改善効果は減少し得る。

図２４および図２５は一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。具体的に、図２４および図２５は図１９によるリードアウト回路１９５０によるＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号の信号対雑音比をｄＢ単位で示すグラフである。この時、第１基準信号ＲＡＭＰ１内のランプ信号の傾きの絶対値と第２基準信号ＲＡＭＰ２内のランプ信号の傾きの絶対値の比は、２：１に設定されているとする。

図２４には第１グラフ２４０１および第２グラフ２４０３が示されており、第１グラフ２４０１は、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号に対してアナログゲインが予め設定されたアナログゲインに対して２倍である時、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号に対するＳＮＲを示すグラフである。第２グラフ２４０３は、ＨＣＧイメージ信号およびＬＯＦＩＣイメージ信号に対しては２倍のアナログゲイン（つまり、予め設定されたアナログゲインに対して４倍）でＤＳＧ方式を適用してピクセル信号ＶＳを読み出し、ＬＣＧイメージ信号に対してはＤＳＧ方式を適用せずにピクセル信号ＶＳを読み出す時、合成された信号のＳＮＲを示すグラフである。

図２４に示されているように、第１グラフ２４０１でＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ２４１の大きさは、第２グラフ２４０３でＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ２４３の大きさより大きい。

図２５には第１グラフ２５０１および第２グラフ２５０３が示されており、第１グラフ２５０１は、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号に対してアナログゲインが予め設定されたアナログゲインに対して４倍である時、ＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号に対するＳＮＲを示すグラフである。第２グラフ２５０３は、ＨＣＧイメージ信号およびＬＯＦＩＣイメージ信号に対しては２倍のアナログゲイン（つまり、予め設定されたアナログゲインに対して８倍）でＤＳＧ方式を適用してピクセル信号ＶＳを読み出し、ＬＣＧイメージ信号に対してはＤＳＧ方式を適用せずにピクセル信号ＶＳを読み出す時、合成された信号のＳＮＲを示すグラフである。

同様に図２５に示されているように、第１グラフ２５０１でＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ２５１の大きさは、第２グラフ２５０３でＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ２５３の大きさより大きい。

図２６は他の実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。

図２６を参照すれば、他の実施形態によるイメージセンサー２６００は、ピクセルアレイ２６４０およびリードアウト回路２６５０を含むことができる。

ピクセルアレイ２６４０は、複数のピクセルＰＸを含むことができる。各ピクセルＰＸは、転送信号ＴＧおよび選択信号ＳＥＬ１により選択されて、ピクセル信号ＶＳを出力することができる。

図２６を参照すれば、ピクセルアレイ２６４０は、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃを含むことができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、転送信号ＴＧｉ、ＴＧｉ＋１、ＴＧｉ＋２のうち対応する転送信号および選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信することができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信してピクセル信号ＶＳを出力することができる。ここで、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、一つのサブピクセルからなると仮定する。

リードアウト回路２６５０は、ピクセルアレイ２６４０のそれぞれのカラムラインＣＬに連結された選択器２６５１、比較器２６５３、カウンター２６５５、およびＣＤＳ回路２６５７を含むことができる。

選択器２６５１は、例えばデマルチプレクサーで具現され得るが、これに限定されない。選択器２６５１は、対応する一つのカラムラインＣＬに対応することができ、連結されたカラムラインＣＬからピクセル信号ＶＳを受信することができる。選択器２６５１は、コントローラー２６１０からＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍの入力を受け、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍに基づいてピクセル信号ＶＳを比較器２６５３に出力することができる。一実施形態において、選択器２６５１は、３個の出力端子を含むことができる。選択器２６５１は、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍに基づいてピクセル信号ＶＳを３個の出力端子のうちのいずれか一つに出力することができる。

ランプ信号生成器２６６０は、コントローラー２６１０から入力されたランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して複数の基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３を生成することができる。基準信号内のランプ信号は、時間の経過により電圧レベルが増加または減少する信号であり得る。

比較器２６５３は、ピクセル信号ＶＳおよび複数の基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３のうちの一つを比較することができる。

一実施形態において、比較器２６５３は、第１比較器２６５３＿１乃至第３比較器２６５３＿３を含む。第１比較器２６５３＿１の二つの入力端子のうちの一つは選択器２６５１の３個の出力端子のうちの一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器２６６０に連結され得る。第２比較器２６５３＿２の二つの入力端子のうちの一つは選択器２６５１の３個の出力端子のうちの一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器２６６０に連結され得る。第３比較器２６５３＿３の二つの入力端子のうちの一つは選択器２６５１の３個の出力端子のうちの一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器２６６０に連結され得る。

カウンター２６５５は、対応する比較器２６５３から出力された信号の特定レベルがどのくらい維持するのかをカウンティングすることができる。具体的に、カウンター２６５５は、タイミング生成器（図１の１２０）からクロックを受信することができる。カウンター２６５５は、クロック信号のライジングエッジまたはフォーリングエッジを利用して対応する比較器２６５３から伝達された信号の特定レベルがどのくらい維持するのかをカウンティングすることができる。一実施形態において、カウンター２６５５は、第１カウンター２６５５＿１乃至第３カウンター２６５５＿３を含む。カウンター２６５５＿１は、比較器２６５３＿１の出力端に連結され得る。カウンター２６５５＿２は、比較器２６５３＿２の出力端に連結され得る。カウンター２６５５＿３は、比較器２６５３＿３の出力端に連結され得る。カウンター２６５５は、アップ／ダウンカウンターあるいはビット－ワイズカウンターを含むことができる。

整理すれば、第１比較器２６５３＿１は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳが第１比較器２６５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１とを比較して、その結果をカウンター２６５５＿１に出力することができる。第２比較器２６５３＿２は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳが第２比較器２６５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２とを比較して、その結果をカウンター２６５５＿２に出力することができる。第３比較器２６５３＿３は、ピクセル信号ＶＳと、ピクセル信号ＶＳが第３比較器２６５３＿３に入力される時点に同期して入力される第３基準信号ＲＡＭＰ３とを比較して、その結果をカウンター２６５５＿３に出力することができる。

ランプ信号生成器２６６０は、コントローラー２６１０から入力されたランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３を生成することができる。それぞれの基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３内のランプ信号は、時間の経過により電圧レベルが増加または減少する信号であり得る。ある実施形態において、基準信号ＲＡＭＰ１に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有すれば、選択器２６５１を通じて比較器２６５３＿１に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰ１のランプ信号の大きさと一致する時点が発生し得る。また、ある実施形態において、基準信号ＲＡＭＰ２に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有すれば、選択器２６５１を通じて比較器２６５３＿２に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰ２のランプ信号の大きさと一致する時点が発生し得る。ある実施形態において、基準信号ＲＡＭＰ３に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有すれば、選択器２６５１を通じて比較器２６５３＿３に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰ３のランプ信号の大きさと一致する時点が発生し得る。比較器２６５３＿１に入力される信号の大きさと基準信号ＲＡＭＰ１のランプ信号の大きさが同じ時点、比較器２６５３＿２に入力される信号の大きさと基準信号ＲＡＭＰ２のランプ信号の大きさが同じ時点、および比較器２６５３＿３に入力される信号の大きさと基準信号ＲＡＭＰ３のランプ信号の大きさが同じ時点に同期して比較器２６５３＿１、２６５３＿２、２６５３＿３から出力される信号のレベルが遷移され得る。

ＣＤＳ回路２６５７は、対応するカウンター２６５５から伝達されたカウンティング信号に対してＣＤＳ方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。ある実施形態において、ＣＤＳ回路２６５７は、第１ＣＤＳ回路２６５７＿１乃至第３ＣＤＳ回路２６５７＿３を含むことができる。ＣＤＳ回路２６５７＿１は、カウンター２６５５＿１の出力端に連結されて、カウンター２６５５＿１から伝達されたピクセル信号ＶＳに対する出力に対して、ＣＤＳ方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。ＣＤＳ回路２６５７＿２は、カウンター２６５５＿２の出力端に連結されて、カウンター２６５５＿２から伝達されたピクセル信号ＶＳに対する出力に対して、ＣＤＳ方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。ＣＤＳ回路２６５７＿３は、カウンター２６５５＿３の出力端に連結されて、カウンター２６５５＿３から伝達されたピクセル信号ＶＳに対する出力に対して、ＣＤＳ方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。

ただし、ピクセル信号ＶＳを読み出すのに必要な比較器２６５３、カウンター２６５５およびＣＤＳ回路２６５７の個数を減少させるためにＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは一つの基準信号で読み出し、アナログゲインが増加しても基準信号の傾きが不変するＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬおよびＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌの場合には別個の基準信号で読み出すことができる。

図２７は図２６によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。

図２７は、イメージセンサー２６００がＲＳＴ－ＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ－ＳＩＧ－ＲＳＴ（ＲＲＳＳ－ＳＲ）のリードアウト方式で動作することを示す図面である。

図２７のリセット区間Ｒｅｓｅｔおよび露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅでのリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、転送信号ＴＧ、およびＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍの波形は、図２０のリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、転送信号ＴＧ、およびＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍの波形と類似しているため、図２０の説明が図２７にも適用され得る。この時、リードアウト回路２６５０は、伝達されたピクセル信号ＶＳを相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式で読み出すことができる。ここで、ピクセル信号ＶＳは、一つのフレーム内でピクセル回路ＰＸ３からカラムラインＣＬを通じて出力される信号であり得る。

期間１６１の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１６２の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１６３の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１６４の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１６５の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１６６の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

期間１６１の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第１比較器２６５３＿１に出力され得る。期間１６２および期間１６３の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは第２比較器２６５３＿２および第３比較器２６５３＿３に出力され得る。期間１６４の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは第１比較器２６５３＿１に出力され得る。期間１６５および期間１６６の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは第２比較器２６５３＿２および第３比較器２６５３＿３に出力され得る。

一方、ランプ信号生成器２６６０は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して、３個の基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３を生成することができる。図２７に示された基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に比較器２６５３に提供される信号である。

具体的に、第１基準信号ＲＡＭＰ１は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第１比較器２６５３＿１に提供される信号であり、第２基準信号ＲＡＭＰ２は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第２比較器２６５３＿２に提供される信号であり、第３基準信号ＲＡＭＰ３は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第３比較器に提供される信号である。

第１比較器２６５３＿１には、第１周期を有する第１ランプ信号Ｒ６１および第１周期より大きい第２周期を有する第４ランプ信号Ｒ６４が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第１ランプ信号Ｒ６１は期間１６１内に第１比較器２６５３＿１に提供され得、第４ランプ信号Ｒ６４は期間１６４内に第１比較器２６５３＿１に提供され得る。

第２比較器２６５３＿２には、第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ６２、第２周期を有する第３ランプ信号Ｒ６３および第５ランプ信号Ｒ６５および第１周期を有する第６ランプ信号Ｒ６６が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第２ランプ信号Ｒ６２は期間１６２内に第２比較器２６５３＿２に提供され得、第３ランプ信号Ｒ６３は期間１６３内に第２比較器２６５３＿２に提供され得、第５ランプ信号Ｒ６５は期間１６５内に第２比較器２６５３＿２に提供され得、第６ランプ信号Ｒ６６は期間１６６内に第２比較器２６５３＿２に提供され得る。

第３比較器２６５３＿３には、第３周期を有する第２’ランプ信号Ｒ６２’、第３周期より大きい第４周期を有する第３’ランプ信号Ｒ６３’および第５’ランプ信号Ｒ６５’、および第３周期を有する第６’ランプ信号Ｒ６６’が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第２’ランプ信号Ｒ６２’は期間１６２内に第３比較器２６５３＿３に提供され得、第３’ランプ信号Ｒ６３’は期間１６３内に第３比較器２６５３＿３に提供され得、第５’ランプ信号Ｒ６５’は期間１６５内に第３比較器２６５３＿３に提供され得、第６’ランプ信号Ｒ６６’は期間１６６内に第３比較器２６５３＿３に提供され得る。

ただし、実施形態はこれに限定されず、ランプ信号生成器２６６０は、第１ランプ信号Ｒ６１乃至第６ランプ信号Ｒ６６、第１’ランプ信号Ｒ６１’乃至第６’ランプ信号Ｒ６６’を含む異なる波形の基準信号ＲＡＭＰを生成することもできる。

図２７に示されているように、第２基準信号ＲＡＭＰ２内に含まれるランプ信号の第２傾きｓ２と第３基準信号ＲＡＭＰ３内に含まれるランプ信号の第３傾きｓ３とは異なり得る。第３基準信号ＲＡＭＰ３内に含まれるランプ信号は、その傾きの絶対値が第１基準信号ＲＡＭＰ１および第２基準信号ＲＡＭＰ２内に含まれるランプ信号の傾きの絶対値より小さいように調整され得る。第２傾きｓ２に対する第３傾きｓ３の比は予め設定され得る。例えば、図２７に示されているように、第１傾きｓ１および第２傾きｓ２の絶対値は第３傾きｓ３の絶対値の２倍であり得るが、実施形態がこれに制限されるのではない。

第１比較器２６５３＿１は、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬおよびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌのそれぞれを、それぞれの信号が第１比較器２６５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１と比較して第１比較結果を出力することができる。第２比較器２６５３＿２は、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣのそれぞれを、それぞれの信号が第２比較器２６５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２と比較して第２比較結果を出力することができる。また、第３比較器２６５３＿３は、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣのそれぞれを、それぞれの信号が第３比較器２６５３＿３に入力される時点に同期して入力される第３基準信号ＲＡＭＰ３と比較して第３比較結果を出力することができる。

図２８は図２６によるイメージセンサーの他の動作タイミングを例示する図面である。

図２８は、イメージセンサー２６００がＳＩＧ－ＲＳＴ－ＲＳＴ－ＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ（ＳＲ－ＲＲＳＳ）のリードアウト方式で動作することを示す図面である。図２８のリセット区間Ｒｅｓｅｔおよび露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅでのリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、転送信号ＴＧ、およびＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍの波形は、図２１のリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、転送信号ＴＧ、およびＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍの波形と類似しているため、図２１の説明が図２８にも適用され得る。

期間１７１の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１７２の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１７３の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１７４の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１７５の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間１７６の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

期間１７１および期間１７２の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは第２比較器２６５３＿２および第３比較器２６５３＿３に出力され得る。期間１７３の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第１比較器２６５３＿１に出力され得る。期間１７４および期間１７５の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはハイレベルであり、そのためにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは第２比較器２６５３＿２および第３比較器２６５３＿３に出力され得る。最後に、期間１７６の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍはローレベルであり、そのためにＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは第１比較器２６５３＿１に出力され得る。

一方、ランプ信号生成器２６６０は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して、第１乃至第３基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３を生成することができる。図２８に示された基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２、ＲＡＭＰ３は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にリードアウト回路２６５０内の比較器２６５３に提供される信号である。

第１基準信号ＲＡＭＰ１は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第１比較器２６５３＿１に提供される信号であり、第２基準信号ＲＡＭＰ２は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第２比較器２６５３＿２に提供される信号であり、第３基準信号ＲＡＭＰ３は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第３比較器２６５３＿３に提供される信号である。

第１比較器２６５３＿１には、第１周期を有する第３ランプ信号Ｒ７３および第１周期より大きい第２周期を有する第６ランプ信号Ｒ７６が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第３ランプ信号Ｒ７３は期間１７３内に第１比較器２６５３＿１に提供され得、第６ランプ信号Ｒ７６は期間１７６内に第１比較器２６５３＿１に提供され得る。

第２比較器２６５３＿２には、第２周期を有する第１ランプ信号Ｒ７１、第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ７２および第４ランプ信号Ｒ７４、および第５ランプ信号Ｒ７５が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第１ランプ信号Ｒ７１は期間１７１内に第２比較器２６５３＿２に提供され得、第２ランプ信号Ｒ７２は期間１７２内に第２比較器２６５３＿２に提供され得、第４ランプ信号Ｒ７４は期間１７４内に第２比較器２６５３＿２に提供され得、第５ランプ信号Ｒ７５は期間１７５内に第２比較器２６５３＿２に提供され得る。

また、第３比較器２６５３＿３には、第３周期を有する第１’ランプ信号Ｒ７１’、第３周期より小さい第４周期を有する第２’ランプ信号Ｒ７２’および第４’ランプ信号Ｒ７４’、および第３周期を有する第５’ランプ信号Ｒ７５’が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第１’ランプ信号Ｒ７１’は期間１７１内に第３比較器２６５３＿３に提供され得、第２’ランプ信号Ｒ７２’は期間１７２内に第３比較器２６５３＿３に提供され得、第４’ランプ信号Ｒ７４’は期間１７４内に第３比較器２６５３＿３に提供され得、第５’ランプ信号Ｒ７５’は期間１７５内に第３比較器２６５３＿３に提供され得る。

ただし、実施形態はこれに限定されず、ランプ信号生成器２６６０は、第１ランプ信号Ｒ７１乃至第６ランプ信号Ｒ７６、第１’ランプ信号Ｒ７１’乃至第６’ランプ信号Ｒ７６’を含む異なる波形の基準信号ＲＡＭＰを生成することもできる。

第１基準信号ＲＡＭＰ１に含まれるランプ信号の第１傾きｓ１と第２基準信号ＲＡＭＰ２に含まれるランプ信号の第２傾きｓ２とは同一であり得る。しかし、第２基準信号ＲＡＭＰ２に含まれるランプ信号の第２傾きｓ２と第３基準信号ＲＡＭＰ３に含まれるランプ信号の第３傾きｓ３とは異なり得る。第３基準信号ＲＡＭＰ３に含まれるランプ信号の傾きの絶対値が第１基準信号ＲＡＭＰ１および第２基準信号ＲＡＭＰ２に含まれるランプ信号の傾きの絶対値より小さいように調整され得る。第２傾きｓ２に対する第３傾きｓ３の比は予め設定され得る。例えば、図２８に示されているように、第１傾きｓ１および第２傾きｓ２の絶対値は第３傾きｓ３の絶対値の２倍であり得るが、実施形態がこれに制限されるのではない。

第１比較器２６５３＿１は、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬおよびＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌのそれぞれを、それぞれの信号が第１比較器２６５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１と比較して第１比較結果を出力することができる。第２比較器２６５３＿２は、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈのそれぞれを、それぞれの信号が第２比較器２６５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２と比較して第２比較結果を出力することができる。第２比較器２６５３＿２の動作と同時に、第３比較器２６５３＿３は、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈのそれぞれを、それぞれの信号が第３比較器２６５３＿３に入力される時点に同期して入力される第３基準信号ＲＡＭＰ３と比較して第３比較結果を出力することができる。

図２７および図２８を整理すれば、ランプ信号生成器２６６０は、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬおよびＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌに対してはＤＳＧ方式を適用しないため、一つの傾きを有するランプ信号を含む１個の基準信号を使用して読み出し、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、およびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣに対してはＤＳＧ方式を適用するため、異なる傾きを有するランプ信号を含む２個の基準信号を使用して読み出すことができる。これと同時に、ランプ信号生成器２６６０は、ＨＣＧおよびＬＯＦＩＣ信号に対して変動するアナログゲインを使用する反面、ＬＣＧ信号を読み出す場合には固定されたアナログゲインを使用することによってイメージ信号に対するＳＮＲディップを減少させることができるという効果を有する。

図２９は他の実施形態によるピクセルアレイとリードアウト回路を示すブロック図である。

図２９を参照すれば、ピクセルアレイ２９４０は、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃを含むことができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、転送信号ＴＧｉ、ＴＧｉ＋１、ＴＧｉ＋２のうち対応する転送信号および選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信することができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信してピクセル信号ＶＳを出力することができる。ここで、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、一つのサブピクセルからなると仮定する。

リードアウト回路２９５０は、ピクセルアレイ２９４０のそれぞれのカラムラインＣＬに連結された選択器２９５１、比較器２９５３、カウンター２９５５、およびＣＤＳ回路２９５７を含むことができる。

選択器２９５１は、例えばデマルチプレクサーで具現され得るが、これに限定されない。選択器２９５１は、対応する一つのカラムラインＣＬに連結され得、連結されたカラムラインＣＬからピクセル信号ＶＳを受信することができる。選択器２９５１は、コントローラー２９１０からＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ１、ＳＥＬ＿Ｍ２を受信し、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ１、ＳＥＬ＿Ｍ２に基づいてピクセル信号ＶＳを比較器２９５３に出力することができる。一実施形態において、選択器２９５１は、二つの出力端子を含むことができる。選択器２９５１は、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ１、ＳＥＬ＿Ｍ２に基づいてピクセル信号ＶＳを二つの出力端子のうちのいずれか一つに出力することができる。

比較器２９５３は、ピクセル信号ＶＳおよび基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２のそれぞれを比較し、その結果をカウンター２９５５に出力することができる。一実施形態において、比較器２９５３は、第１比較器２９５３＿１および第２比較器２９５３＿２を含むことができる。第１比較器２９５３＿１および第２比較器２９５３＿２のそれぞれは、二つの入力端子と一つの出力端子を有することができる。第１比較器２９５３＿１の二つの入力端子のうちの一つは選択器２９５１の二つの出力端子のうちの一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器２９６０に連結され得る。第１比較器２９５３＿１の出力端子は、カウンター２９５５＿１に連結され得る。第２比較器２９５３＿２の二つの入力端子のうちの一つは選択器２９５１の二つの出力端子のうちの他の一つに連結され、二つの入力端子のうちの他の一つはランプ信号生成器２９６０に連結され得る。第２比較器２９５３＿２の出力端子は、カウンター２９５５＿２に連結され得る。

ランプ信号生成器２９６０は、コントローラー２９１０から入力されたランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２を生成することができる。ある実施形態において、基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２は、時間の経過により電圧レベルが増加または減少するランプ信号を含むことができる。ある実施形態において、基準信号ＲＡＭＰ１に含まれているランプ信号が所定の傾きで減少する波形を有する信号であれば、選択器２９５１を通じて比較器２９５３＿１に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰ１のランプ信号の大きさと同じ時点が発生し得る。また、選択器２９５１を通じて比較器２９５３＿２に入力される信号の大きさが基準信号ＲＡＭＰ２のランプ信号の大きさと同じ時点が発生し得る。比較器２９５３＿１に入力される信号の大きさと基準信号ＲＡＭＰ１のランプ信号の大きさが同じ時点に同期して比較器２９５３＿１から出力される信号のレベルが遷移され得る。また、比較器２９５３＿２に入力される信号の大きさと基準信号ＲＡＭＰ２のランプ信号の大きさが同じ時点に同期して比較器２９５３＿２から出力される信号のレベルが遷移され得る。

カウンター２９５５は、比較器２９５３から出力された信号の特定レベルがどのくらい維持するのかをカウンティングすることができる。具体的に、カウンター２９５５は、タイミング生成器２９２０からクロックを受信することができる。カウンター２９５５は、クロック信号のライジングエッジまたはフォーリングエッジを利用して比較器２９５３から伝達された信号の特定レベルがどのくらい維持するのかをカウンティングすることができる。一実施形態において、カウンター２９５５は、第１カウンター２９５５＿１および第２カウンター２９５５＿２を含むことができる。カウンター２９５５＿１は、比較器２９５３＿１の出力端に連結され得る。また、カウンター２９５５＿２は、比較器２９５３＿２の出力端に連結され得る。カウンター２９５５＿１は、比較器２９５３＿１から論理レベル「１」に対応するハイレベルが出力される時間をカウンティングすることができる。カウンター２９５５＿２は、比較器２９５３＿２から論理レベル「１」に対応するハイレベルが出力される時間をカウンティングすることができる。カウンター２９５５＿１、２９１５＿２は、アップ／ダウンカウンターあるいはビット－ワイズカウンターを含むことができる。

ＣＤＳ回路２９５７は、カウンター２９５５から伝達されたカウンティング信号に対してＣＤＳ方式を行ってイメージ信号を生成することができる。一実施形態において、ＣＤＳ回路２９５７は、ＣＤＳ回路２９５７＿１およびＣＤＳ回路２９５７＿２を含むことができる。ＣＤＳ回路２９５７＿１は、カウンター２９５５＿１の出力端に連結されて、カウンター２９５５＿１から受信したカウンティング信号に対してＣＤＳ方式を行うことができる。また、ＣＤＳ回路２９５７＿２は、カウンター２９５５＿２の出力端に連結されて、カウンター２９５５＿２から受信したカウンティング信号に対してＣＤＳ方式を行うことができる。

図３０は図２９によるイメージセンサーの動作タイミングを例示する図面である。

図３０は、イメージセンサー２９００がＲＳＴ－ＲＳＴ－ＳＩＧ－ＳＩＧ－ＳＩＧ－ＲＳＴ（ＲＲＳＳ－ＳＲ）のリードアウト方式で動作することを示す図面である。

図３０のリセット区間Ｒｅｓｅｔおよび露出区間Ｅｘｐｏｓｕｒｅでのリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、および転送信号ＴＧの波形は、図２０のリセット信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２、および転送信号ＴＧの波形と類似しているため、図１２の説明が図３０にも適用され得る。

期間２０１の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間２０２の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間２０３の間、ピクセル信号ＶＳがＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間２０４の間、ピクセル信号ＶＳがＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間２０５の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。期間２０６の間、ピクセル信号ＶＳがＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣとしてカラムラインＣＬに出力され得る。

期間２０１の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ１はローレベルであり、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ２はハイレベルである。そのためにＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌは第２比較器２９５３＿２に出力され得る。期間２０２および期間２０３の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ１はハイレベルであり、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ２はローレベルである。そのためにＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿ＨおよびＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈは第１比較器２９５３＿１に出力され得る。期間２０４の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ１はローレベルであり、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ２はハイレベルである。そのためにＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌは第２比較器２９５３＿２に出力され得る。期間２０５および期間２０６の間、ＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ１およびＤＥＭＵＸ選択信号ＳＥＬ＿Ｍ２はハイレベルであり、そのためにＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣは第１比較器２９５３＿１および第２比較器２９５３＿２に出力され得る。

一方、ランプ信号生成器２９６０は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にランプイネーブル信号Ｒ＿ＥＮに応答して、２個の基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２を生成することができる。図３０に示された基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間にリードアウト回路２９５０内の比較器２９５３に提供される信号である。

第１基準信号ＲＡＭＰ１は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第１比較器２９５３＿１に提供される信号であり、第２基準信号ＲＡＭＰ２は、読み出し期間Ｒｅａｄｏｕｔの間に第２比較器２９５３＿２に提供される信号である。第１比較器２９５３＿２には、第１周期を有する第２ランプ信号Ｒ１０２、第２周期を有する第３ランプ信号Ｒ１０３および第５ランプ信号Ｒ１０５および第１周期を有する第６ランプ信号Ｒ１０６が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。具体的に、第２ランプ信号Ｒ１０２は、期間２０２内に第１比較器２９５３＿１に提供され得、第３ランプ信号Ｒ１０３は期間２０３内に第１比較器２９５３＿１に提供され得、第５ランプ信号Ｒ１０５は期間２０５内に第１比較器２９５３＿１に提供され得、第６ランプ信号Ｒ１０６は期間２０６内に第１比較器２９５３＿１に提供され得る。

第２比較器２９５３＿２には、第１周期を有する第１ランプ信号Ｒ１０１、第１周期より大きい第２周期を有する第４ランプ信号Ｒ１０４、第２周期を有する第５’ランプ信号Ｒ１０５’、および第１周期を有する第６’ランプ信号Ｒ１０６’が比較対象信号に同期して順次に提供され得る。
具体的に、第１ランプ信号Ｒ１０１は期間２０１内に第２比較器２９５３＿２に提供され得、第４ランプ信号Ｒ１０４は期間２０４内に第２比較器２９５３＿２に提供され得、第５’ランプ信号Ｒ１０５’は期間２０５内に第２比較器２９５３＿２に提供され得、第６’ランプ信号Ｒ１０６’は期間２０６内に第２比較器２９５３＿２に提供され得る。ただし、実施形態はこれに限定されず、ランプ信号生成器２９６０は第１ランプ信号Ｒ１０１乃至第６ランプ信号Ｒ１０６、および第５’ランプ信号Ｒ１０５’乃至第６’ランプ信号Ｒ１０６’を含む異なる波形の基準信号ＲＡＭＰを生成することもできる。

第１基準信号ＲＡＭＰ１内に含まれるランプ信号の第１傾きｓ１と第２基準信号ＲＡＭＰ２内に含まれるランプ信号の第２傾きｓ２とは異なり得る。第２基準信号ＲＡＭＰ２内に含まれるランプ信号は、その傾きの絶対値が第１基準信号ＲＡＭＰ１内に含まれるランプ信号の傾きの絶対値より大きいように調整され得る。第２傾きｓ２に対する第１傾きｓ１の比は予め設定され得る。

例えば、図３０に示されているように、第２傾きｓ２の絶対値は第１傾きｓ１の絶対値の２倍であり得るが、実施形態がこれに制限されるのではない。

第１比較器２９５３＿１は、ＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈ、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｈ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣのそれぞれを、それぞれの信号が第１比較器２９５３＿１に入力される時点に同期して入力される第１基準信号ＲＡＭＰ１と比較して第１比較結果を出力することができる。第２比較器２９５３＿２は、ＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌ、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿Ｌ、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣ、ＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣのそれぞれを、それぞれの信号が第２比較器２９５３＿２に入力される時点に同期して入力される第２基準信号ＲＡＭＰ２と比較して第２比較結果を出力することができる。

図３０を整理すれば、ランプ信号生成器２９６０は、ＬＣＧ信号ＳＩＧ＿ＬおよびＬＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｌに対してはＤＳＧ方式を適用しないため、予め定められた傾きｓ１を有するランプ信号を含む１個の基準信号ＲＡＭＰ１を使用して読み出し、ＨＣＧ信号ＳＩＧ＿ＨおよびＨＣＧリセット信号ＲＳＴ＿Ｈに対してはＤＳＧ方式を適用するため、予め定められた傾きと異なる傾きｓ２を有するランプ信号を含む基準信号ＲＡＭＰ２を使用して読み出し、ＬＯＦＩＣ信号ＳＩＧ＿ＬＯＦＩＣおよびＬＯＦＩＣリセット信号ＲＳＴ＿ＬＯＦＩＣに対してはＤＳＧ方式を適用するため、異なる傾きｓ１、ｓ２を有するランプ信号を含む２個の基準信号ＲＡＭＰ１、ＲＡＭＰ２を使用して読み出すことができる。

図３１は一実施形態による信号対雑音比を示すグラフである。具体的に、図３１は図２９のリードアウト回路６５０によるＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号の信号対雑音比をｄＢ単位で示すグラフである。この時、第１基準信号ＲＡＭＰ１内のランプ信号の傾きの絶対値と第２基準信号ＲＡＭＰ２内のランプ信号の傾きの絶対値の比は、１：２に設定されていると仮定する。

図３１には第１グラフ３１０１および第２グラフ３１０３が示されており、それぞれのグラフはＨＣＧイメージ信号、ＬＣＧイメージ信号、およびＬＯＦＩＣイメージ信号を合成した信号に対するＳＮＲを示すグラフである。第１グラフ３１０１は、ＤＳＧ方式を適用せずにピクセル信号ＶＳを読み出した場合のＳＮＲグラフであり、第２グラフ３１０３は、ＤＳＧ方式を適用してピクセル信号ＶＳを読み出した場合のＳＮＲグラフである。つまり、第２グラフ３１０３は、予め設定されたアナログゲインに対して２倍のアナログゲインでＤＳＧ方式を適用してピクセル信号ＶＳを読み出す時、合成された信号のＳＮＲを示すグラフである。

図３１に示されているように、第１グラフ３１０１でＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ３１１１の大きさは、第２グラフ３１０３でＬＣＧイメージ信号とＬＯＦＩＣイメージ信号間のＳＮＲディップｄ３１１３の大きさより大きい。また、第１グラフ３１０１でのダイナミックレンジＤＲ１より第２グラフ３１０３でのダイナミックレンジＤＲ３がより大きい。

一方、前述のように一つのピクセルＰＸ内に含まれる光電素子の個数が多くなるほど、それぞれの光電素子により生成された電荷の量は多くなり、生成された電荷に基づいたピクセル信号の大きさも大きくなり得る。ＨＣＧモードで動作する場合にピクセルの変換ゲインの減少によるランダムノイズの増加を防止するために、一つのピクセルから生成されたピクセル信号を複数のカラムラインを通じて読み出す方式を使用することができる。

図３２は一実施形態による一つのピクセルを示す回路図である。

前述した図９を共に参照すれば、他の実施形態によるイメージセンサー９００は、ピクセルアレイ９４０およびリードアウト回路９５０を含むことができる。

前述のように、ピクセルアレイ９４０は、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃを含むことができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、転送信号ＴＧｉ、ＴＧｉ＋１、ＴＧｉ＋２、ＴＧｉ＋３、ＴＧｉ＋４、ＴＧｉ＋５のうち対応する転送信号および選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信することができる。複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂ、ＰＸｃのそれぞれは、選択信号ＳＥＬｉ、ＳＥＬｉ＋１、ＳＥＬｉ＋２のうち対応する選択信号を受信してピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２を出力することができる。図３２に示すように、一つのピクセルＰＸａは、複数のサブピクセル９４０１、９４０２を含むことができる。各サブピクセル９４０１、９４０２は、転送信号ＴＧｉ、ＴＧｉ＋１および選択信号ＳＥＬｉにより選択されて、ピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２を出力することができる。

一実施形態によるピクセルＰＸａは、光に反応して電荷を生成する光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４、ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４および光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４、ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４が生成した電荷を処理して電気信号を出力するピクセル回路を含むことができる。図３２では一つのピクセルＰＸａが８個の光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４、ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４を含むと示されているが、これに限定されるのではなく、一つのピクセルＰＸａは、複数個の光電素子を含むこともできる。

ある実施形態において、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４、ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４は、外部光をセンシングして電荷を生成することができる。サブピクセル９４０１内の光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４により生成された電荷とサブピクセル９４０２内の光電素子ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４により生成された電荷のそれぞれは、２個のカラムラインＣＬ１、ＣＬ２に分けて出力され得る。具体的に、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４により生成された電荷はカラムラインＣＬ１を通じてリードアウト回路９５０に出力され得、光電素子ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４により生成された電荷はカラムラインＣＬ２を通じてリードアウト回路９５０に出力され得る。

光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４のカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）は、転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４を通じてフローティングノードＦＮ３１に連結され得、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４のアノード（ａｎｏｄｅ）は接地され得る。同様に、光電素子ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４のカソードは、転送トランジスターＴＸ４１、ＴＸ４２、ＴＸ４３、ＴＸ４４を通じてフローティングノードＦＮ４１に連結され得、光電素子ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４のアノードは接地され得る。

ピクセル回路ＰＸは、転送トランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４、ＴＸ４１、ＴＸ４２、ＴＸ４３、ＴＸ４４、駆動トランジスターＤＸ３、ＤＸ４、選択トランジスターＳＸ３、ＳＸ４、リセットトランジスターＲＸ３、ＲＸ４、およびスイッチトランジスターＳＷ３１、ＳＷ３２、ＳＷ４１、ＳＷ４２を含むことができる。ピクセル回路内のトランジスターＴＸ３１、ＴＸ３２、ＴＸ３３、ＴＸ３４、ＴＸ４１、ＴＸ４２、ＴＸ４３、ＴＸ４４、ＤＸ３、ＤＸ４、ＳＸ３、ＳＸ４、ＳＸ１、ＳＸ２、ＲＸ３、ＲＸ４、ＳＷ３１、ＳＷ３２、ＳＷ４１、ＳＷ４２は、ロードライバー１３０から提供される制御信号、例えば転送制御信号ＴＧ３１、ＴＧ３２、ＴＧ３３、ＴＧ３４、選択信号ＳＥＬ１、リセット制御信号ＲＧ１、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１、および第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２に応答して動作することができる。

ある実施形態において、サブピクセル９４０１は、複数個のフローティングディフュージョンＦＤ３１、ＦＤ３２、ＦＤ３３を含むことができる。フローティングディフュージョンＦＤ３１、ＦＤ３２、ＦＤ３３は、所定のキャパシタンスを有し、光電素子ＰＤ３１、ＰＤ３２、ＰＤ３３、ＰＤ３４が生成した電荷を保存することができる。サブピクセル９４０２は、複数個のフローティングディフュージョンＦＤ４１、ＦＤ４２、ＦＤ４３を含むことができる。フローティングディフュージョンＦＤ４１、ＦＤ４２、ＦＤ４３は、所定のキャパシタンスを有し、光電素子ＰＤ４１、ＰＤ４２、ＰＤ４３、ＰＤ４４が生成した電荷を保存することができる。フローティングディフュージョンＦＤ３１およびフローティングディフュージョンＦＤ４１は、同一のキャパシタンスを有することができ、フローティングディフュージョンＦＤ３２およびフローティングディフュージョンＦＤ４２は、同一のキャパシタンスを有することができる。第３フローティングディフュージョンＦＤ３３およびフローティングディフュージョンＦＤ４３は、横型オーバーフロー蓄積容量（ＬＯＦＩＣ）を含むことができ、同一のキャパシタンスを有することができる。

転送トランジスターＴＸ３１は、光電素子ＰＤ３１とフローティングノードＦＮ３１の間に連結され、転送トランジスターＴＸ４１は、光電素子ＰＤ４１とフローティングノードＦＮ４１の間に連結され、転送信号ＴＧ３１により制御され得る。転送トランジスターＴＸ３１がターンオンされると、光電素子ＰＤ３１が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ３１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ４１がターンオンされると、光電素子ＰＤ４１が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ４１に伝達され得る。

また、転送トランジスターＴＸ３２は、光電素子ＰＤ３２とフローティングノードＦＮ３１の間に連結され、転送トランジスターＴＸ４２は、光電素子ＰＤ４２とフローティングノードＦＮ４１の間に連結されて、転送信号ＴＧ３２により制御され得る。転送トランジスターＴＸ３２がターンオンされると、光電素子ＰＤ３２が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ３１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ４２がターンオンされると、光電素子ＰＤ４２が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ４１に伝達され得る。

転送トランジスターＴＸ３３は、光電素子ＰＤ３３とフローティングノードＦＮ３１の間に連結され、転送トランジスターＴＸ４３は、光電素子ＰＤ４３とフローティングノードＦＮ４１の間に連結されて、転送信号ＴＧ３３により制御され得る。転送トランジスターＴＸ３３がターンオンされると、光電素子ＰＤ３３が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ３１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ４３がターンオンされると、光電素子ＰＤ４３が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ４１に伝達され得る。

転送トランジスターＴＸ３４は、光電素子ＰＤ３４とフローティングノードＦＮ３１の間に連結され、転送トランジスターＴＸ４４は、光電素子ＰＤ４４とフローティングノードＦＮ４１の間に連結されて、転送信号ＴＧ３４により制御され得る。転送トランジスターＴＸ３４がターンオンされると、光電素子ＰＤ３４が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ３１に伝達され得る。転送トランジスターＴＸ４４がターンオンされると、光電素子ＰＤ４４が生成した電荷がフローティングディフュージョンＦＤ４１に伝達され得る。

フローティングディフュージョンＦＤ３１に蓄積された電荷によりフローティングノードＦＮ３１の電圧が決定され得る。駆動トランジスターＤＸ３のゲートはフローティングノードＦＮ３１に連結される。駆動トランジスターＤＸ３はフローティングノードＦＮ３１の電圧に対してソース－フォロア増幅器として動作することができる。駆動トランジスターＤＸ３は、フローティングノードＦＮ３１の電圧に応答して選択トランジスターＳＸ３を通じてピクセル信号ＶＳ１をカラムラインＣＬ１に出力することができる。

また、フローティングディフュージョンＦＤ４１に蓄積された電荷によりフローティングノードＦＮ４１の電圧が決定され得る。駆動トランジスターＤＸ４のゲートはフローティングノードＦＮ４１に連結される。駆動トランジスターＤＸ４は、フローティングノードＦＮ４１の電圧に対してソース－フォロア増幅器として動作することができる。駆動トランジスターＤＸ４は、フローティングノードＦＮ４１の電圧に応答して選択トランジスターＳＸ４を通じてピクセル信号ＶＳ２をカラムラインＣＬ２に出力することができる。

選択トランジスターＳＸ３は、駆動トランジスターＤＸ３と対応するカラムラインＣＬ１の間に連結され、選択トランジスターＳＸ４は、駆動トランジスターＤＸ４と対応するカラムラインＣＬ２の間に連結されて、全て選択信号ＳＥＬ１により制御され得る。つまり、サブピクセル９４０１およびサブピクセル９４０２は同時に選択され得る。選択トランジスターＳＸ３がターンオンされると、駆動トランジスターＤＸ３から出力されるピクセル電圧ＶＳ１は、選択トランジスターＳＸ３に連結されたカラムラインＣＬ１を通じてリードアウト回路９５０に出力され得る。また、選択トランジスターＳＸ４がターンオンされると、駆動トランジスターＤＸ４から出力されるピクセル電圧ＶＳ２は、選択トランジスターＳＸ４に連結されたカラムラインＣＬ２を通じてリードアウト回路９５０に出力され得る。

リセットトランジスターＲＸ３、ＲＸ４は、電源電圧ＶＤＤを供給する電源電圧ラインとそれぞれのフローティングノードＦＮ３２、ＦＮ４２の間に連結され、リセット制御信号ＲＧ２により制御され得る。リセット信号ＲＧ２によりリセットトランジスターＲＸ３、ＲＸ４がターンオンされる場合、フローティングノードＦＮ３２、ＦＮ４２に電源電圧ＶＤＤが印加されてフローティングノードＦＮ３２、ＦＮ４２がリセットされ得る。リセットトランジスターＲＸ３がターンオンされている間にスイッチトランジスターＳＷ３１、ＳＷ３２がターンオンされると、フローティングノードＦＮ３１およびフローティングノードＦＮ３２が全て電源電圧ＶＤＤでリセットされ得る。また、リセットトランジスターＲＸ４がターンオンされている間にスイッチトランジスターＳＷ４１、ＳＷ４２がターンオンされると、フローティングノードＦＮ４１およびフローティングノードＦＮ４２が全て電源電圧ＶＤＤでリセットされ得る。

スイッチトランジスターＳＷ３１は、フローティングノードＦＮ３１とフローティングノードＦＮ３２の間に連結され、スイッチトランジスターＳＷ４１は、フローティングノードＦＮ４１とフローティングノードＦＮ４２の間に連結されて、第１ゲイン制御信号ＤＣＧ１により制御され得る。スイッチトランジスターＳＷ３２は、フローティングノードＦＮ３２とフローティングディフュージョンＦＤ３３の間に連結され、スイッチトランジスターＳＷ４２は、フローティングノードＦＮ４２とフローティングディフュージョンＦＤ４３の間に連結されて、第２ゲイン制御信号ＤＣＧ２により制御され得る。

スイッチトランジスターＳＷ３１およびスイッチトランジスターＳＷ４１がターンオフされた場合、フローティングノードＦＮ３１はフローティングディフュージョンＦＤ３１のキャパシタンスを有し、フローティングノードＦＮ４１は、フローティングディフュージョンＦＤ４１のキャパシタンスを有する。この時、フローティングノードＦＮ３１およびフローティングノードＦＮ４１に連結されたキャパシタンスの大きさが小さいため、ピクセルＰＸはＨＣＧモードで動作し、それぞれのカラムラインＣＬ１、ＣＬ２を通じて同一のピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２を出力することができる。

スイッチトランジスターＳＷ３１およびスイッチトランジスターＳＷ４１がターンオンされ、スイッチトランジスターＳＷ３２およびスイッチトランジスターＳＷ４２がターンオフされた場合、第２フローティングディフュージョンＦＤ３２は第１フローティングノードＦＮ３１に連結され、フローティングディフュージョンＦＤ４２はフローティングノードＦＮ４１に連結される。つまり、第１フローティングノードＦＮ３１のキャパシタンスは第２フローティングディフュージョンＦＤ３２のキャパシタンスだけ増加し、フローティングノードＦＮ４１のキャパシタンスは第２フローティングディフュージョンＦＤ４２のキャパシタンスだけ増加する。この時、ピクセルＰＸは、ＬＣＧモードで動作し、それぞれのカラムラインＣＬ１、ＣＬ２を通じて同一のピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２を出力することができる。

スイッチトランジスターＳＷ３１およびスイッチトランジスターＳＷ４１がターンオンされ、スイッチトランジスターＳＷ３２およびスイッチトランジスターＳＷ４２がターンオンされた場合、第３フローティングディフュージョンＦＤ３３は第１フローティングノードＦＮ３１に連結され、フローティングディフュージョンＦＤ４３はフローティングノードＦＮ４１に連結される。つまり、第１フローティングノードＦＮ３１のキャパシタンスは第２フローティングディフュージョンＦＤ３２および第３フローティングディフュージョンＦＤ３３のキャパシタンスだけ増加し、フローティングノードＦＮ４１のキャパシタンスは第２フローティングディフュージョンＦＤ４２および第３フローティングディフュージョンＦＤ４３のキャパシタンスだけ増加する。この時、ピクセルＰＸは、ＬＯＦＩＣモードで動作し、それぞれのカラムラインＣＬ１、ＣＬ２を通じて同一のピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２を出力することができる。

それぞれのサブピクセル９４０１およびサブピクセル９４０２は、図１１ａを参照して記述したピクセルＰＸ３と同一に動作することができる。

図９を参照して前述したように、以降、選択器９５１は、ピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２を平均して一つの平均値ＶＳを生成し、生成した平均値を比較器９５３＿１、９５３＿２に出力することができる。比較器９５３＿１は、２個のピクセル信号ＶＳ１、ＶＳ２の平均値に対応するピクセル信号ＶＳがそれぞれの比較器９５３＿１に入力される時点に同期して入力される基準信号を比較して、その結果をカウンター９５５＿１に出力することができる。以降、ＣＤＳ回路９５７＿１は、カウンター９５５＿１の出力端に連結されてカウンター９５５＿１から伝達されたピクセル信号ＶＳに対する出力に対して、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。

また、比較器９５３＿２は、ピクセル信号ＶＳがそれぞれの比較器９５３＿２に入力される時点に同期して入力される基準信号を比較し、その結果をカウンター９５５＿２に出力することができる。以降、ＣＤＳ回路９５７＿２は、カウンター９５５＿２の出力端に連結されてカウンター９５５＿２から伝達されたピクセル信号ＶＳに対する出力に対して、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）方式を行ってイメージ信号ＩＭＳを生成することができる。

図３３は一実施形態によるコンピュータ装置の例示ブロック図である。

図３３を参照すれば、コンピューティング装置３３００は、カメラ３３１０、コントローラー３３２０、メモリ３３３０およびディスプレイ３３４０を含むことができる。

カメラ３３１０は、イメージセンサー３３１１を含むことができる。イメージセンサー３３１１は、図１乃至図３２を参照して説明したイメージセンサーで具現され得る。カメラ３３１０は、イメージセンサー３３１１を利用してイメージ信号を生成し、イメージ信号に対してイメージ信号処理を行い、処理されたイメージ信号をコントローラー３３２０に出力することができる。

コントローラー３３２０は、プロセッサー３３２１を含むことができる。プロセッサー３３２１は、コンピューティング装置３３００の各構成の全般的な動作を制御することができる。プロセッサー３３２１は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、ＡＰ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（ｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）などの多様なプロセシングユニットのうちの少なくとも一つで具現され得る。ある実施形態において、コントローラー３３２０は、集積回路またはシステムオンチップ（ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｃｈｉｐ、ＳｏＣ）で具現され得る。

ある実施形態において、図３３に示したように、コントローラー３３２０は、インターフェース３３３２、メモリコントローラー３３２３、ディスプレイコントローラー３３２４およびバス３３２５をさらに含むことができる。ある実施形態において、インターフェース３３３２、メモリコントローラー３３２３、ディスプレイコントローラー３３２４およびバス３３２５のうちの少なくとも一部は、コントローラー３３２０外部に提供され得る。ある実施形態において、コントローラー３３２０は、イメージ信号プロセッサーをさらに含むことができる。

インターフェース３３２２は、イメージセンサー３３１１から受信されたイメージ信号をバス３３２５を通じてメモリコントローラー３３２３またはディスプレイコントローラー３３２４に転送することができる。

メモリ３３３０は、各種データおよび命令を保存することができる。メモリコントローラー３３２３は、メモリ３３３０へのおよびメモリ３３３０からのデータまたは命令の伝達を制御することができる。

ディスプレイコントローラー３３２４は、プロセッサー３３２１の制御によりディスプレイ３３４０で表示されるデータをディスプレイ３３４０に転送し、ディスプレイ３３４０は、受信したデータにより画面を表示することができる。ある実施形態において、ディスプレイ３３４０は、タッチスクリーンをさらに含むことができる。タッチスクリーンは、コンピューティング装置３３００の動作を制御することができるユーザー入力をコントローラー３３２０に転送することができる。ユーザー入力は、ユーザーがタッチスクリーンをタッチする時に生成され得る。

バス３３２５は、コントローラー３３２０の構成要素間の通信機能を提供することができる。バス３３２５は、構成要素間の通信プロトコルにより少なくとも一つの類型のバスを含むことができる。

以上で本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や本質的な特徴を変更することなく他の特定の形態で具現できることが理解されるであろう。したがって、上記で説明した実施形態はすべての点で例示的なものであり、限定的なものではないと理解すべきである。

１００ イメージセンサー
１１０ コントローラー
１２０ タイミング生成器
１３０ ロードライバー
１４０ ピクセルアレイ
１４００ ピクセル
１５０ リードアウト回路
１５１ 選択器
１５３ 比較器
１５５ カウンター
１５７ ＣＤＳ回路
１６０ ランプ信号生成器
１７０ データバッファー
１８０ イメージ信号プロセッサー
６００、９００、１９００、２６００、２９００ イメージセンサー
６１０、９１０、１９１０、２６１０、２９１０ コントローラー
６４０、９４０、１９４０、２６４０、２９４０ ピクセルアレイ
６５０、９５０、１９５０、２６５０、２９５０ リードアウト回路
６５１、９５１、１９５１、２６５１、２９５１ 選択器
６５３、９５３、１９５３、２６５３、２９５３ 比較器
６５５、９５５、１９５５、２６５５、２９５５ カウンター
６５７、９５７、１９５７、２６５７、２９５７ ＣＤＳ回路
６６０、９６０、１９６０、２６６０、２９６０ ランプ信号生成器

Claims (23)

1. 第１フローティングディフュージョンおよび横型オーバーフロー蓄積容量（ＬＯＦＩＣ）を含む第２フローティングディフュージョンを含み、前記第１フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第１ピクセル信号を生成し、前記第１フローティングディフュージョンおよび前記第２フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第２ピクセル信号を生成するピクセル；
   前記ピクセルに連結され、前記第１ピクセル信号または前記第２ピクセル信号を伝達するカラムライン；
   第１基準信号および第２基準信号を生成するランプ信号生成器；および
   前記カラムラインに連結され、前記第１ピクセル信号と前記第１基準信号を比較した第１比較結果、前記第２ピクセル信号と前記第１基準信号を比較した第２比較結果、および前記第２ピクセル信号と前記第２基準信号を比較した第３比較結果を含む複数の比較結果に基づいてイメージ信号を生成するリードアウト回路
   を含むイメージセンサー。
2. 前記第１基準信号は、第１傾きを有する複数のランプ信号を含み、
   前記第２基準信号は、前記第１傾きと異なる第２傾きを有する複数のランプ信号を含み、
   前記複数の比較結果は、前記第１ピクセル信号と前記第２基準信号を比較した第４比較結果をさらに含む、請求項１に記載のイメージセンサー。
3. 前記ピクセルは、第３フローティングディフュージョンをさらに含み、前記第２ピクセル信号は、前記第３フローティングディフュージョンの電荷量にさらに基づいて生成され、前記ピクセルは、前記第１フローティングディフュージョンおよび前記第３フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第３ピクセル信号をさらに生成する、請求項１に記載のイメージセンサー。
4. 前記第１基準信号は、第１傾きを有する複数のランプ信号を含み、
   前記第２基準信号は、前記第１傾きと異なる第２傾きを有する複数のランプ信号を含み、
   前記複数の比較結果は、前記第３ピクセル信号と前記第２基準信号を比較した第４比較結果をさらに含む、請求項３に記載のイメージセンサー。
5. 前記第１ピクセル信号、前記第２ピクセル信号、および前記第１基準信号の入力を受け、前記第１比較結果および前記第２比較結果を出力する第１比較器、
   前記第２ピクセル信号、前記第３ピクセル信号、および前記第２基準信号の入力を受け、前記第３比較結果および前記第４比較結果を出力する第２比較器を含む、請求項４に記載のイメージセンサー。
6. 前記第１基準信号は、第１傾きを有する複数のランプ信号を含み、
   前記第２基準信号は、前記第１傾きと異なる第２傾きを有する複数のランプ信号を含み、
   前記複数の比較結果は、前記第１ピクセル信号と前記第２基準信号を比較した第４比較結果をさらに含む、請求項３に記載のイメージセンサー。
7. 前記ランプ信号生成器は、第３傾きを有する第３基準信号をさらに生成し、
   前記複数の比較結果は、前記第３ピクセル信号と前記第３基準信号を比較した第５比較結果をさらに含む、請求項６に記載のイメージセンサー。
8. 前記ランプ信号生成器は、前記イメージセンサーに対してアナログゲインを増加させる場合に前記第３傾きを維持する、請求項７に記載のイメージセンサー。
9. 前記リードアウト回路は、
   前記第１ピクセル信号、前記第２ピクセル信号、および前記第１基準信号の入力を受け、前記第２比較結果および前記第４比較結果を出力する第１比較器、前記第１ピクセル信号、前記第２ピクセル信号、および前記第２基準信号の入力を受け、前記第３比較結果および前記第４比較結果を出力する第２比較器、前記第３ピクセル信号と前記第３基準信号の入力を受け、前記第５比較結果を出力する第３比較器を含む、請求項７に記載のイメージセンサー。
10. 前記ランプ信号生成器は、前記第３傾きと異なる第４傾きを有する第４基準信号をさらに生成し、
    前記複数の比較結果は、前記第３ピクセル信号と前記第４基準信号を比較した第６比較結果をさらに含む、請求項９に記載のイメージセンサー。
11. 前記ランプ信号生成器は、前記イメージセンサーに対してアナログゲインを増加させる場合に前記第４傾きを維持する、請求項１０に記載のイメージセンサー。
12. 前記リードアウト回路は、
    前記第３ピクセル信号と前記第４基準信号の入力を受け、前記第６比較結果を出力する第４比較器をさらに含む、請求項１０に記載のイメージセンサー。
13. 前記ピクセルは、前記第１フローティングディフュージョン、前記第２フローティングディフュージョン、および前記第３フローティングディフュージョンを第１サブピクセルとして含み、
    前記第１フローティングディフュージョンと同一のキャパシタンスを有する第４フローティングディフュージョン、前記第２フローティングディフュージョンと同一のキャパシタンスを有する第５フローティングディフュージョン、および前記第３フローティングディフュージョンと同一のキャパシタンスを有する第６フローティングディフュージョンを第２サブピクセルとして含み、
    前記第４フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第４ピクセル信号を生成し、前記第４フローティングディフュージョンおよび前記第５フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第５ピクセル信号を生成し、前記第４フローティングディフュージョン、前記第５フローティングディフュージョンおよび前記第６フローティングディフュージョンの電荷量に基づいて第６ピクセル信号を生成し、
    前記カラムラインは、前記第１サブピクセルに連結される第１カラムラインと前記第２サブピクセルに連結される第２カラムラインを含み、
    前記リードアウト回路は、前記第１ピクセル信号と前記第１基準信号を比較する時、前記第１ピクセル信号および前記第４ピクセル信号の平均値と第１基準信号を比較して前記第１比較結果を生成し、
    前記第２ピクセル信号と前記第１基準信号を比較する時、前記第２ピクセル信号および前記第５ピクセル信号の平均値と第１基準信号を比較して前記第２比較結果を生成し、
    前記第２ピクセル信号と前記第２基準信号を比較する時、前記第２ピクセル信号および前記第５ピクセル信号の平均値と前記第２基準信号を比較して前記第３比較結果を生成し、
    前記第３ピクセル信号と前記第２基準信号を比較する時、前記第３ピクセル信号および前記第６ピクセル信号の平均値と前記第２基準信号を比較して前記第４比較結果を生成する、請求項４に記載のイメージセンサー。
14. 光電素子；
    第１ノードと前記光電素子の間に連結される転送トランジスター；
    前記第１ノードに連結される第１フローティングディフュージョン；
    前記第１ノードと第２ノードの間に連結される第１スイッチトランジスター；
    前記第２ノードに連結される第２フローティングディフュージョン；
    電源電圧ラインと前記第２ノードの間に連結される第２スイッチトランジスター；
    前記第１ノードの電圧に応答してピクセル信号を生成し、前記ピクセル信号をカラムラインに出力する駆動トランジスター；
    複数のランプ信号を含む複数の基準信号を生成してリードアウト回路に伝達するランプ信号生成器；および
    前記カラムラインに連結され、前記ピクセル信号および前記複数の基準信号のうちの第１傾きを有するランプ信号を含む第１基準信号を比較し、前記ピクセル信号および前記複数の基準信号のうちの前記第１傾きと異なる第２傾きを有するランプ信号を含む第２基準信号を比較してイメージ信号を生成するリードアウト回路
    を含むイメージセンサー。
15. 前記ピクセル信号は、前記第１スイッチトランジスターがターンオフされた状態で前記駆動トランジスターが生成する第１ピクセル信号；および前記第１スイッチトランジスターがターンオンされ、前記第２スイッチトランジスターがターンオフされた状態で前記駆動トランジスターが生成する第２ピクセル信号を含む、請求項１４に記載のイメージセンサー。
16. 前記第１ノードと第３ノードの間に連結される第３スイッチトランジスター、および
    前記第３ノードに連結される第３フローティングディフュージョンをさらに含み、
    前記ピクセル信号は、前記第１スイッチトランジスターおよび前記第３スイッチトランジスターがターンオンされた状態で前記駆動トランジスターが生成する第３ピクセル信号をさらに含む、請求項１５に記載のイメージセンサー。
17. 前記第２スイッチトランジスターと直列に連結される第３フローティングディフュージョンをさらに含み、
    前記ピクセル信号は、前記第１スイッチトランジスターおよび前記第２スイッチトランジスターがターンオンされた状態で前記駆動トランジスターが生成する第３ピクセル信号をさらに含む、請求項１５に記載のイメージセンサー。
18. 前記リードアウト回路は、前記第１ピクセル信号および前記第３ピクセル信号と前記第１基準信号を比較し、前記第２ピクセル信号および前記第３ピクセル信号と前記第２基準信号を比較して前記イメージ信号を生成する、請求項１７に記載のイメージセンサー。
19. 前記複数の基準信号は、前記第３ピクセル信号に同期して前記ランプ信号生成器が生成する第３傾きを有するランプ信号を含む第３基準信号をさらに含み、
    前記リードアウト回路は、前記第１ピクセル信号および前記第２ピクセル信号と前記第１基準信号を比較し、前記第１ピクセル信号および前記第２ピクセル信号と前記第２基準信号を比較し、前記第３ピクセル信号と前記第３基準信号を比較して前記イメージ信号を生成する、請求項１７に記載のイメージセンサー。
20. 前記ランプ信号生成器は、前記イメージセンサーに対してアナログゲインを増加させる場合に前記第３基準信号内のランプ信号の傾きを維持する、請求項１９に記載のイメージセンサー。
21. 前記複数の基準信号は、前記第３ピクセル信号に同期して前記ランプ信号生成器が生成する第４傾きを有するランプ信号を含む第４基準信号をさらに含み、
    前記リードアウト回路は、前記第３ピクセル信号および前記第４基準信号を比較する第４比較器をさらに含む、請求項１９に記載のイメージセンサー。
22. 前記ランプ信号生成器は、前記イメージセンサーに対してアナログゲインを増加させる場合に前記第４基準信号内のランプ信号の傾きを維持する、請求項２１に記載のイメージセンサー。
23. イメージセンサーにより実行される方法であって、
    第１フローティングディフュージョンおよび第２フローティングディフュージョンを含むピクセルで、前記第１フローティングディフュージョンの電荷量に基づいた第１ピクセル信号を生成し、前記第１フローティングディフュージョンおよび前記第２フローティングディフュージョンの電荷量に基づいた第２ピクセル信号を生成する段階；
    第１傾きを有するランプ信号を含む第１基準信号および前記第１傾きと異なる第２傾きを有するランプ信号を含む第２基準信号を生成する段階；および
    前記第１ピクセル信号と前記第１基準信号を比較した第１比較結果、前記第２ピクセル信号と前記第１基準信号を比較した第２比較結果、および前記第２ピクセル信号と前記第２基準信号を比較した第３比較結果を含む複数の比較結果に基づいてイメージ信号を生成する段階を含む方法。

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