KR101107768B1 - Wide Dynamic Range CMOS Image Sensor - Google Patents

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KR101107768B1
KR101107768B1 KR1020110003565A KR20110003565A KR101107768B1 KR 101107768 B1 KR101107768 B1 KR 101107768B1 KR 1020110003565 A KR1020110003565 A KR 1020110003565A KR 20110003565 A KR20110003565 A KR 20110003565A KR 101107768 B1 KR101107768 B1 KR 101107768B1
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이재웅
조준희
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(주) 지안
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Abstract

본 발명의 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀은, 단위 픽셀들의 메트릭스; 및 상기 메트릭스의 열(Column) 별로 마련된 출력 신호선을 포함하되,
상기 단위 픽셀은, 수광 소자; 제1 노출누적시간 동안 상기 수광 소자에 축적된 전하량을 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 출력 신호선으로 출력하는 제1 센싱 회로; 제2 노출누적시간 동안 상기 수광 소자에 축적된 전하량을 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 출력 신호선으로 출력하는 제2 센싱 회로; 상기 제1 센싱 회로를 위한 아날로그 디지털 컨버터 및 상기 출력 신호선 사이에 구비된 제1 스위치; 및 상기 제2 센싱 회로를 위한 아날로그 디지털 컨버터 및 상기 출력 신호선 사이에 구비된 제2 스위치를 포함한다.
The unit pixel of the CMOS image sensor of the present invention comprises a matrix of unit pixels; And an output signal line provided for each column of the matrix,
The unit pixel may include a light receiving element; A first sensing circuit converting the amount of charge accumulated in the light receiving element during a first exposure accumulation time into an electrical characteristic that facilitates data processing and outputting the electrical signal to the output signal line; A second sensing circuit converting the amount of charge accumulated in the light receiving element during a second exposure accumulation time into an electrical characteristic that facilitates data processing and outputting the electrical signal to the output signal line; A first switch provided between the analog-digital converter for the first sensing circuit and the output signal line; And a second switch provided between the analog digital converter for the second sensing circuit and the output signal line.

Description

넓은 동적범위를 갖는 씨모스 이미지 센서{Wide Dynamic Range CMOS Image Sensor}Wide Dynamic Range CMOS Image Sensor

본 발명은, 빛의 밝기에 대하여 넓은 동적범위를 가지는 씨모스 이미지 센서 및 이를 구성하는 단위 픽셀에 관한 것이다.The present invention relates to a CMOS image sensor having a wide dynamic range with respect to the brightness of light and a unit pixel constituting the CMOS image sensor.

본 발명은 빛의 밝기에 대하여 넓은 동적 범위에서 작동하는 씨모스 이미지 센서를 만들기 위하여 고안된 센서의 픽셀 구조 및 그 구조에 따른 영상 신호를 획득하는 방법에 관한 기술이다. The present invention relates to a pixel structure of a sensor designed to make CMOS image sensors operating in a wide dynamic range with respect to light brightness, and a method of obtaining an image signal according to the structure.

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 제작된 센서로서, 센서의 각 픽셀(pixel)로 입사되는 빛을 포토 다이오드를 이용하여 전자들로 바꾼 후에, 전자들의 개수에 비례하는 전압신호를 출력함으로써 이미지화 하는 센서이다. A Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) image sensor is a sensor manufactured using CMOS fabrication technology, which converts light incident to each pixel of the sensor into electrons using a photodiode, which is proportional to the number of electrons. It is an image sensor that outputs a voltage signal.

일반적인 씨모스 이미지 센서가 빛의 밝기에 반응하는 동적범위는 대략 60 dB 정도이다. 다시 말해, 센싱 가능한 최소 밝기의 빛에서 약 1000배 정도 밝은 빛까지 정상적으로 반응하여 신호를 출력할 수 있다. 종래에도 씨모스 이미지 센서의 동적범위를 넓히기 위한 다양한 방법이 제시되고 있었다.The typical CMOS image sensor's dynamic range is about 60 dB. In other words, a signal can be output by reacting normally from light with minimum brightness that can be sensed to light that is about 1000 times brighter. Conventionally, various methods for extending the dynamic range of CMOS image sensors have been proposed.

예컨대, 미국등록특허 US 7443427호는 빛에 대하여 대수적(Logarithmic)인 동적범위를 가지는 픽셀구조를 개시하고 있으며, 미국등록특허 US 7442910호 및 US 7209166호는 픽셀 내부에 전자의 저장장소인 커패시터를 스위치 조작을 통하여 변화시킴으로써 동적범위를 증가 시키는 방법을 제시하고 있다. For example, US Patent US 7443427 discloses a pixel structure having a logarithmic dynamic range with respect to light, and US Patent Nos. US 7442910 and US 7209166 switch capacitors which are electron storage sites inside a pixel. It suggests how to increase the dynamic range by changing it through manipulation.

또한, 대한민국특허 제0835894호, 제0865111호 및 미국등록특허 US 7489352호는 크고 작은 두 개의 포토다이오드를 구성하고 그들로부터 빛에 대한 반응도가 다른 두 신호를 출력하는 방법을 개시하고 있다. In addition, Korean Patent Nos. 0835894, 0865111, and US Pat. No. 7,489,352 disclose a method of constructing two photodiodes, large and small, and outputting two signals having different responsiveness to light therefrom.

일반적으로 사용되고 있는 4-트랜지스터 구조의 픽셀에서 신호를 회득하는 과정에서 트랜스퍼 게이트(Transfer Gate)나 리셋(Reset) 트랜지스터를 여러 차례 동작시킴으로써 센서의 동적범위를 확장시킨 방법 등도 발표되고 있다. In the process of acquiring a signal from a commonly used 4-transistor structure pixel, a method of extending a dynamic range of a sensor by operating a transfer gate or a reset transistor several times has been published.

이러한 다양한 해결 방법들은 그 장점과 단점이 대비되어 어느 것이 뚜렷하게 우세한 기술이라 할 수 없는 정도이다.
These various solutions are in contrast to their advantages and disadvantages, which is not a clear technology.

본 발명의 목적은, 감도에 대하여 넓은 동적 범위를 가지면서도 영상처리가 간단한 씨모스 이미지 센서 및 그 단위 픽셀을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a CMOS image sensor and a unit pixel thereof having a wide dynamic range with respect to sensitivity and simple image processing.

본 발명의 다른 목적은, 롤링 셔터링(Rolling Shuttering)과 글로벌 셔터링(Global Shuttering) 방식 모두에서 넓은 동적 범위를 가지는 씨모스 이미지 센서 및 그 단위 픽셀을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a CMOS image sensor and a unit pixel thereof having a wide dynamic range in both a rolling shuttering method and a global shuttering method.

본 발명의 또 다른 목적은, 넓은 동적범위를 가지는 씨모스 이미지 센서의 픽셀을 제작하기 위하여 종래의 4-트랜지스터 씨모스 이미지 센서 픽셀을 제작하기 위한 공정 이외에 어떠한 추가적인 공정이 필요 없는 씨모스 이미지 센서 및 그 단위 픽셀을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a CMOS image sensor that does not require any additional process other than a process for fabricating a conventional 4-transistor CMOS image sensor pixel to fabricate a pixel of a CMOS image sensor having a wide dynamic range. To provide the unit pixel.

본 발명의 일 측면에 따른 씨모스 이미지 센서는, 단위 픽셀들의 메트릭스; 및 상기 메트릭스의 열(Column) 별로 마련된 출력 신호선을 포함하되,CMOS image sensor according to an aspect of the present invention, the matrix of unit pixels; And an output signal line provided for each column of the matrix,

상기 단위 픽셀은, 수광 소자; 제1 노출누적시간 동안 상기 수광 소자에 축적된 전하량을 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 출력 신호선으로 출력하는 제1 센싱 회로; 제2 노출누적시간 동안 상기 수광 소자에 축적된 전하량을 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 출력 신호선으로 출력하는 제2 센싱 회로; 상기 제1 센싱 회로를 위한 아날로그 디지털 컨버터 및 상기 출력 신호선 사이에 구비된 제1 스위치; 및 상기 제2 센싱 회로를 위한 아날로그 디지털 컨버터 및 상기 출력 신호선 사이에 구비된 제2 스위치를 포함할 수 있다.The unit pixel may include a light receiving element; A first sensing circuit converting the amount of charge accumulated in the light receiving element during a first exposure accumulation time into an electrical characteristic that facilitates data processing and outputting the electrical signal to the output signal line; A second sensing circuit converting the amount of charge accumulated in the light receiving element during a second exposure accumulation time into an electrical characteristic that facilitates data processing and outputting the electrical signal to the output signal line; A first switch provided between the analog-digital converter for the first sensing circuit and the output signal line; And a second switch provided between the analog digital converter for the second sensing circuit and the output signal line.

여기서, 상기 제1 센싱 회로 또는 제2 센싱 회로는, 플로팅 디퓨전 영역; 상기 수광소자에 축적된 전하를 상기 플로팅 디퓨젼 영역으로 전달하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터; 상기 플로팅 디퓨전 영역을 리셋하기 위한 리셋 트랜지스터; 상기 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 특성을 검출하기 위한 액티브 트랜지스터; 및 상기 액티브 트랜지스터의 검출 신호를 상기 출력 신호선으로 출력하기 위한 어드레싱 트랜지스터를 포함할 수 있다.Here, the first sensing circuit or the second sensing circuit, the floating diffusion region; A transfer transistor for transferring charges accumulated in the light receiving element to the floating diffusion region; A reset transistor for resetting the floating diffusion region; An active transistor for detecting electrical characteristics of the floating diffusion region; And an addressing transistor for outputting a detection signal of the active transistor to the output signal line.

본 발명의 다른 측면에 따른 씨모스 이미지 센서는, 단위 픽셀들의 메트릭스; 상기 메트릭스의 열(Column) 별로 마련된 제1 출력 신호선 및 제2 출력 신호선을 포함하되,CMOS image sensor according to another aspect of the invention, the matrix of unit pixels; Including a first output signal line and a second output signal line provided for each column of the matrix,

상기 단위 픽셀은, 수광 소자; 제1 노출누적시간 동안 상기 수광소자에 축적된 전하량을 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 제1 출력 신호선으로 출력하는 제1 센싱 회로; 및 제2 노출누적시간 동안 상기 수광소자에 축적된 전하량을 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 제2 출력 신호선으로 출력하는 제2 센싱 회로를 포함하되, The unit pixel may include a light receiving element; A first sensing circuit converting the amount of charge accumulated in the light receiving element during a first exposure accumulation time into an electrical characteristic that facilitates data processing and outputting the electrical characteristic to the first output signal line; And a second sensing circuit converting the amount of charge accumulated in the light receiving element during the second exposure accumulation time into an electrical characteristic that facilitates data processing and outputting the electrical signal to the second output signal line.

상기 제1 노출누적시간이 상기 제2 노출누적시간 보다 앞서며, 상기 제2 노출누적시간의 종료 시점 이전의 제1 시간 구간에서는, 상기 제1 출력 신호선으로 상기 제1 센싱 회로의 상기 축적된 전하량에 의한 신호가 출력되고, 상기 제2 출력 신호선으로 상기 제2 센싱 회로의 리셋 상태의 신호가 출력되며,The first exposure cumulative time is earlier than the second exposure cumulative time, and in a first time interval before the end of the second exposure cumulative time, the first output signal line is used to store the accumulated amount of charge in the first sensing circuit. Signal is outputted, and a signal in a reset state of the second sensing circuit is output to the second output signal line.

상기 제2 노출누적시간의 종료 시점 이후의 제2 시간 구간에서는, 상기 제1 출력 신호선으로 상기 제1 센싱 회로의 리셋 상태의 신호가 출력되고, 상기 제2 출력 신호선으로 상기 제2 센싱 회로의 상기 축적된 전하량에 의한 신호가 출력되는 것을 특징으로 할 수 있다.In a second time interval after the end of the second exposure accumulation time, a signal of a reset state of the first sensing circuit is output to the first output signal line, and the signal of the second sensing circuit is output to the second output signal line. The signal may be output based on the accumulated charge amount.

여기서, 상기 제1 센싱 회로 또는 제2 센싱 회로는, 플로팅 디퓨전 영역; 상기 수광 소자에 축적된 전하를 상기 플로팅 디퓨젼 영역으로 전달하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터; 상기 플로팅 디퓨전 영역을 리셋하기 위한 리셋 트랜지스터; 상기 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 특성을 검출하기 위한 액티브 트랜지스터; 및 상기 액티브 트랜지스터의 검출 신호를 상기 제1 출력 신호선 또는 제2 출력 신호선으로 출력하기 위한 어드레싱 트랜지스터를 포함할 수 있다.Here, the first sensing circuit or the second sensing circuit, the floating diffusion region; A transfer transistor for transferring charge accumulated in the light receiving element to the floating diffusion region; A reset transistor for resetting the floating diffusion region; An active transistor for detecting electrical characteristics of the floating diffusion region; And an addressing transistor for outputting a detection signal of the active transistor to the first output signal line or the second output signal line.

여기서, 상기 제1 센싱 회로 및 제2 센싱 회로에서 출력되는 신호는, 상기 제1 출력 신호선 및 제2 출력 신호선에 동시에 전달될 수 있다.The signal output from the first sensing circuit and the second sensing circuit may be simultaneously transmitted to the first output signal line and the second output signal line.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 씨모스 이미지 센서는, 단위 픽셀들의 메트릭스; 상기 메트릭스의 열(Column) 별로 마련된 적어도 3개 이상의 출력 신호선들을 포함하되,CMOS image sensor according to another aspect of the invention, the matrix of unit pixels; At least three output signal lines provided for each column of the matrix,

상기 단위 픽셀은, 수광 소자; 상기 수광 소자의 빛에 의한 전기적 특성을 증폭하여 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 적어도 3개 이상의 출력 신호선 각각에 출력하는, 적어도 3개 이상의 센싱 회로들을 포함할 수 있다.The unit pixel may include a light receiving element; At least three sensing circuits may be included to amplify the electrical characteristics of the light receiving element to convert the electrical characteristics into easy electrical data to be output to each of the at least three output signal lines.

상기 구성에 따른 본 발명의 씨모스 이미지 센서는 감도에 대하여 넓은 동적 범위를 가지면서도 영상처리가 간단한 이점이 있다.CMOS image sensor of the present invention according to the above configuration has a wide dynamic range with respect to sensitivity, but there is an advantage that the image processing is simple.

예컨대, 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서는 하나의 포토 다이오드를 이용하여 빛의 노출에 의해 생기는 전자들을 여러 번에 나누어 누적시키고, 그 노출누적에 따른 출력신호들을 한 픽셀의 복수 개의 신호로서 병렬적으로 출력하는 단위 픽셀을 포함하여 이미지 센서의 빛의 밝기에 반응하는 동적범위가 크게 개선되었다. For example, the CMOS image sensor according to the present invention uses a single photodiode to accumulate and accumulate electrons generated by light exposure at several times, and output signals according to the accumulation of exposure as a plurality of signals of one pixel in parallel. The dynamic range that responds to the brightness of the image sensor's light has been significantly improved, including the unit pixel output.

나아가, 본 발명의 씨모스 이미지 센서는 넓은 동적범위를 위해, 픽셀 어레이 외부에 별도의 메모리를 구비할 필요 없으며, 그 영상처리도 비교적 간단하다. Furthermore, the CMOS image sensor of the present invention does not need to have a separate memory outside the pixel array for a wide dynamic range, and its image processing is relatively simple.

또는, 본 발명의 씨모스 이미지 센서는, 글로벌 셔터링(global shuttering )방식과 롤링 셔터링(rolling shuttering)방식의 동작 모두에서 넓은 동적범위를 획득할 수 있다. Alternatively, the CMOS image sensor of the present invention can obtain a wide dynamic range in both a global shuttering method and a rolling shuttering method.

또는, 본 발명의 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀의 제작을 위해, 종래의 일반적인 4-Tr 이미지 센서 픽셀을 제작하기 위한 공정 이외에 어떠한 추가적인 공정 개발이 필요없다.Alternatively, in order to fabricate the unit pixel of the CMOS image sensor of the present invention, it is not necessary to develop any additional process other than the process for fabricating the conventional general 4-Tr image sensor pixel.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀 및 출력 신호선을 도시한 회로도.
도 2는 도 1의 단위 픽셀로 이루어지는, 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 픽셀 메트릭스 구조를 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 롤링 셔터링 방식의 검출 신호 획득 동작을 도시한 타이밍도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 롤링 셔터링 방식의 검출 신호 획득 동작을 도시한 타이밍도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 글로벌 셔터링 방식의 검출 신호 획득 동작을 도시한 타이밍도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀 및 출력 신호선을 도시한 회로도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀 및 출력 신호선을 도시한 회로도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 검출 신호 획득 동작을 도시한 타이밍도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀 및 출력 신호선을 도시한 회로도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 픽셀 메트릭스 구조와 제어 구성들을 도시한 블록도.
1 is a circuit diagram illustrating a unit pixel and an output signal line of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a pixel matrix structure of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, comprising unit pixels of FIG. 1.
3 is a timing diagram showing a detection signal acquisition operation of a rolling shuttering method of the CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a timing diagram illustrating a detection signal acquisition operation of a rolling shuttering method of the CMOS image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.
5 is a timing diagram illustrating an operation of acquiring a detection signal of a global shuttering method of a CMOS image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram illustrating a unit pixel and an output signal line of the CMOS image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.
7 is a circuit diagram illustrating a unit pixel and an output signal line of a CMOS image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.
8 is a timing diagram illustrating an operation of acquiring a detection signal of a CMOS image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram illustrating a unit pixel and an output signal line of a CMOS image sensor according to another exemplary embodiment of the present invention.
10 is a block diagram illustrating pixel matrix structures and control configurations of a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 구성을 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.

본 실시예의 씨모스 이미지 센서를 구성하는 단위 픽셀(100)은, 하나의 수광 소자와 2개의 센싱 회로를 이용하여 이미지 센서의 감도 범위를 넓히고자 한다. The unit pixel 100 constituting the CMOS image sensor of the present embodiment intends to widen the sensitivity range of the image sensor by using one light receiving element and two sensing circuits.

상기 수광 소자는 외부에서 입사되는 빛 에너지에 따라 전기적 특성의 정도가 결정되는 특징을 가진 소자이며, 상기 센싱 회로는 상기 수광 소자의 전기적 특성을 증폭하여 데이터 처리가 용이한 전기적 특성(예: 전압, 전류)으로 변환하는 구성이다. The light receiving device is a device having a characteristic in which a degree of electrical characteristics is determined according to light energy incident from the outside, and the sensing circuit amplifies the electrical property of the light receiving device to facilitate data processing. Current).

도시한 단위 픽셀(100)은 수광 소자로서 외부에서 입사되는 빛에 대응하여 전하(공지의 포토 다이오드는 광변환 전자를 생성하는데, 이하 설명에서는 전하라고 통칭하겠다)를 생성하는 포토다이오드(PD)를 적용하였다. The unit pixel 100 illustrated as a light receiving element generates a photodiode PD for generating charge (a known photodiode generates photoconversion electrons, which will be referred to as charge in the following description) in response to light incident from the outside. Applied.

또한, 상기 센싱 회로로서, 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 소스 팔로워 방식으로 구동되는 액티브 트랜지스터 및 어드레싱 트랜지스터로 이루어지는 4-Tr 센싱 구조를 적용하였다. 그런데, 하나의 포토다이오드(PD)에 대하여 2개의 센싱 회로들(110, 130)이 적용되므로, 도시한 단위 픽셀(100)은 1-포토다이오드 8-Tr 구조를 가진다.Also, as the sensing circuit, a 4-Tr sensing structure including a transfer transistor, a reset transistor, an active transistor driven by a source follower method, and an addressing transistor is used. However, since two sensing circuits 110 and 130 are applied to one photodiode PD, the illustrated unit pixel 100 has a 1-photodiode 8-Tr structure.

즉, 도시한 회로에서 하나의 단위 픽셀(100)은, 애노드가 접지 전압에 연결되고, 캐소드가 하기 제1 트랜스퍼 트랜지스터(M11) 및 제2 트랜스퍼 트랜지스터(M21)에 연결된 하나의 포토다이오드(PD); 상기 포토다이오드(PD)에 축적된 전하를 하기 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)으로 전달하기 위한 제1 트랜스퍼 트랜지스터(M11); 상기 제 1트랜스퍼 트랜지스터(M11)에 연결되어서 상기 포토다이오드(PD)로부터 전달 받은 전하를 저장하는 제 1 플로팅 확산영역(FD1); 상기 제1 플로팅 디퓨전 영역(FD1)을 리셋하기 위한 제1 리셋 트랜지스터(M13); 상기 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)의 전기적 특성을 검출하기 위한 제1 액티브 트랜지스터(M15); 상기 제1 액티브 트랜지스터(M15)의 검출값의 외부로 출력하기 위한 제1 어드레싱 트랜지스터(M17); 상기 포토다이오드(PD)에 축적된 전하를 하기 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)으로 전달하기 위한 제2 트랜스퍼 트랜지스터(M21); 상기 제 2트랜스퍼 트랜지스터(M21)에 연결되어서 상기 포토다이오드(PD)로부터 전달 받은 전하를 저장하는 제 2 플로팅 확산영역(FD2); 상기 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)을 리셋하기 위한 제2 리셋 트랜지스터(M23); 상기 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)의 전기적 특성을 검출하기 위한 제2 액티브 트랜지스터(M25); 및 상기 제2 액티브 트랜지스터(M25)의 검출값의 외부로 출력하기 위한 제2 어드레싱 트랜지스터(M27)로 이루어질 수 있다.That is, in the illustrated circuit, one unit pixel 100 includes one photodiode PD having an anode connected to a ground voltage and a cathode connected to a first transfer transistor M11 and a second transfer transistor M21. ; A first transfer transistor (M11) for transferring charge accumulated in the photodiode (PD) to a first floating diffusion region (FD1); A first floating diffusion region FD1 connected to the first transfer transistor M11 to store charges transferred from the photodiode PD; A first reset transistor M13 for resetting the first floating diffusion region FD1; A first active transistor M15 for detecting electrical characteristics of the first floating diffusion region FD1; A first addressing transistor (M17) for outputting outside the detection value of the first active transistor (M15); A second transfer transistor (M21) for transferring charge accumulated in the photodiode (PD) to a second floating diffusion region (FD2); A second floating diffusion region FD2 connected to the second transfer transistor M21 and storing charges transferred from the photodiode PD; A second reset transistor M23 for resetting the second floating diffusion region FD2; A second active transistor M25 for detecting electrical characteristics of the second floating diffusion region FD2; And a second addressing transistor M27 for outputting the detection value of the second active transistor M25 to the outside.

다른 구현에서는, 상기 수광 소자로서 포토트랜지스터 등을 적용할 수 있으며, 상기 센싱 회로로서, 리셋 트랜지스터, 액티브 트랜지스터 및 어드레싱 트랜지스터로 이루어진 3-Tr 센싱 구조를 적용할 수 있다.In another embodiment, a phototransistor or the like may be used as the light receiving element, and a 3-Tr sensing structure including a reset transistor, an active transistor, and an addressing transistor may be applied as the sensing circuit.

도시한 센싱 회로를 구성하는 제1 트랜스퍼 트랜지스터(M11)의 드레인(또는 소스)과 제 1 액티브 트랜지스터(M15)의 게이트가 형성된 반도체 기판 상의 레이어에는, pn 정션(junction) 커패시턴스(capacitance)에 의해 플로팅 디퓨젼 영역(FD1, FD2)이라는 전하 저장 영역이 형성될 수 있다.In the layer on the semiconductor substrate on which the drain (or source) of the first transfer transistor M11 and the gate of the first active transistor M15 constituting the illustrated sensing circuit are formed, they are floated by pn junction capacitance. Charge storage regions called diffusion regions FD1 and FD2 may be formed.

상기 하나의 수광 소자에 대하여 2개의 센싱 회로들(110, 130)을 적용한 것은, 이미지 센서의 감도의 범위(특히, 동적 범위)를 넓히기 위한 것으로, 상기 2개의 센싱 회로들(110, 130)의 규격을 서로 다르게 하여 서로 다른 감도 범위를 가지게 하는 방법 및/또는 상기 2개의 센싱 회로들(110, 130)에 서로 다른 노출시간을 부여하여 서로 다른 감도 범위를 가지게 하는 방법을 이용할 수 있다. The application of the two sensing circuits 110 and 130 to the one light receiving element is to widen the range (in particular, the dynamic range) of the sensitivity of the image sensor. Different methods may be used to have different sensitivity ranges, and / or two different sensing circuits 110 and 130 may be provided with different exposure times to have different sensitivity ranges.

이중 전자의 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다. 예컨대, 4-Tr 센싱 구조를 가지는 2개의 센싱 회로의 경우, 상기 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)과 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)의 커패시턴스를 서로 다르게 하거나, 상기 제1 액티브 트랜지스터 및 제2 액티브 트랜지스터의 소스 팔로워(Source follower) 구동 특성을 서로 다르게 하여, 상기 2 센싱 회로의 감도 범위를 서로 다르게 할 수 있다.Briefly, the method of the double electron is as follows. For example, in the case of two sensing circuits having a 4-Tr sensing structure, capacitances of the first floating diffusion region FD1 and the second floating diffusion region FD2 may be different from each other, or the first active transistor and the first active transistor may be different. By varying the source follower driving characteristics of the two active transistors, the sensitivity range of the two sensing circuits may be different.

다음, 보다 복잡한 후자의 방법에 대하여 설명하겠다.Next, a more complicated latter method will be described.

후자의 방법을 적용한 픽셀(100)은 하나의 영상 프레임을 위한 셔터링 구간 동안 포토다이오드(PD)에 축적되는 전자를 복수 개(K)의 처리부가 복수 개의 구간으로 나누어 셔터링하고 샘플링함으로써, 빛에 반응하는 픽셀 감도의 동적 범위를 넓힐 수 있다. By applying the latter method, the pixel 100 emits electrons accumulated in the photodiode PD during a shuttering period for one image frame by shuttering and sampling the plurality of processing units into a plurality of sections. It can broaden the dynamic range of pixel sensitivity in response to.

상기 방법이 적용된 이미지 센서의 각 픽셀은, 셔터링에 의해 획득한 신호를 읽어가는 샘플링 과정을 별도의 회로를 통해 수행하는 것과 더불어, 처리부의 개수(K)만큼의 출력 신호선을 구비하여 샘플링 신호의 출력이 동시에 이루어지도록 한다. Each pixel of the image sensor to which the above method is applied has a sampling process for reading out a signal obtained by shuttering through a separate circuit, and has an output signal line equal to the number of processing units (K), so that Make sure the output is done at the same time.

도 1은 2 개의 처리부를 포함하고, 2 개의 처리부에 대응되는 2개의 출력 신호선을 구비한 예(K=2)이다. 즉, 도 1에 도시한 씨모스 이미지 센서는 하나의 포토다이오드(PD)에 대하여 2개의 센싱 회로들(110, 130)이 부여되는데, 상기 2개의 센싱 회로들(110, 130)은 각각 하나의 출력 신호선(SL1, SL2)에 대하여 센싱된 신호를 출력한다. 구체적으로, 상기 제1 센싱 회로(110)는 제1 출력 신호선(SL1)에 연결되고, 상기 제2 센싱 회로(130)는 제2 출력 신호선(SL2)에 연결된다. 1 is an example (K = 2) including two processing units and having two output signal lines corresponding to the two processing units. That is, the CMOS image sensor illustrated in FIG. 1 is provided with two sensing circuits 110 and 130 with respect to one photodiode PD, and each of the two sensing circuits 110 and 130 has one The sensed signal is output to the output signal lines SL1 and SL2. In detail, the first sensing circuit 110 is connected to the first output signal line SL1, and the second sensing circuit 130 is connected to the second output signal line SL2.

제1 센싱 회로(110) 및 제2 센싱 회로(130)는 동일한 회로 구조를 가지는 것이 바람직하나, 서로 다른 회로 구조를 가질 수도 있다. 후자의 경우 예컨대, 제1 센싱 회로는 4-Tr 센싱 구조를 가지고, 제2 센싱 회로(130)는 3-Tr 센싱 구조를 가질 수 있다.The first sensing circuit 110 and the second sensing circuit 130 preferably have the same circuit structure, but may have different circuit structures. In the latter case, for example, the first sensing circuit may have a 4-Tr sensing structure, and the second sensing circuit 130 may have a 3-Tr sensing structure.

도 1의 제1 센싱 회로(110) 및 제2 센싱 회로(130)는 4-Tr 구조의 예를 제시하고 있다.The first sensing circuit 110 and the second sensing circuit 130 of FIG. 1 provide an example of a 4-Tr structure.

도시한 제1 센싱 회로(110)는 제1 플로팅 디퓨젼(Floating Diffusion) 영역(FD1), 제1 트랜스퍼 게이트 트랜지스터(이하, '트랜스퍼 트랜지스터'라 약칭함)(M11), 제1 리셋 트랜지스터(M13), 제1 소스 팔로워(Source Follower) 구동 방식의 액티브 트랜지스터(이하, '액티브 트랜지스터'라 약칭함)(M15) 및 제1 어드레싱 트랜지스터(M17)로 이루어질 수 있다. The illustrated first sensing circuit 110 includes a first floating diffusion region FD1, a first transfer gate transistor (hereinafter, referred to as a “transfer transistor”) M11, and a first reset transistor M13. ), An active transistor (hereinafter, abbreviated as "active transistor") M15 and a first addressing transistor M17 of a first source follower driving method.

제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)은 포토다이오드(PD)에서 전달받은 전하(전자)를 저장하며, 저장한 전하량에 따라서 그 전압이 변화하는 특성을 띤다. The first floating diffusion region FD1 stores charges (electrons) transferred from the photodiode PD, and has a characteristic that its voltage changes according to the stored charge amount.

제1 트랜스퍼 트랜지스터(M11)는 포토다이오드(PD)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1) 사이에 연결되며, 트랜스퍼 게이트(Transfer Gate) 신호(tx1)에 의해 동작하여 포토다이오드(PD)에 생성된 전하를 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)으로 전달한다. The first transfer transistor M11 is connected between the photodiode PD and the first floating diffusion region FD1, and is operated by the transfer gate signal tx1 to generate the photodiode PD. The charge is transferred to the first floating diffusion region FD1.

제1 리셋 트랜지스터(M13)는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)과 전원전압(VDD) 사이에 연결되며, 리셋 신호(rst1)에 의해 동작하여 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)의 전압을 리셋시킨다. 제1 액티브 트랜지스터(M15)는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)의 전압을 게이트 단자로 입력 받아서 소스(Source) 단자로 증폭된 신호 v1을 출력한다. 제1 어드레싱 트랜지스터(M17)는 어드레스 신호(ad1)에 의해 동작하여, 제1 액티브 트랜지스터(M15)의 소스 단자를 제1 출력 신호선(SL1)에 연결하여 검출 신호(v1)를 출력한다.The first reset transistor M13 is connected between the first floating diffusion region FD1 and the power supply voltage VDD and is operated by the reset signal rst1 to reset the voltage of the first floating diffusion region FD1. Let's do it. The first active transistor M15 receives the voltage of the first floating diffusion region FD1 through the gate terminal and outputs the amplified signal v1 to the source terminal. The first addressing transistor M17 operates by the address signal ad1 to connect the source terminal of the first active transistor M15 to the first output signal line SL1 to output the detection signal v1.

제1 센싱 회로(110)와 동일한 구조를 가지는 제2 센싱 회로(130)는, 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2), 트랜스퍼 게이트 신호(tx2)에 의해 동작하는 제2 트랜스퍼 트랜지스터(M21)와, 리셋 신호(rst2)에 의해 동작하는 제2 리셋 트랜지스터(M23)와, 소스 팔로워로 동작하여 검출 신호(v2)를 출력하는 제2 액티브 트랜지스터(M25)와 및 어드레스 신호(ad2)에 의해 동작하여 검출 신호(v2)를 제2 출력 신호선(L2)에 전달하는 제2 어드레싱 트랜지스터(M27)를 포함한다. 도 1의 예에 따른 제2 센싱 회로(130)의 각 트랜지스터(M21 내지 M27)는 제1 센싱 회로(110)의 각 트랜지스터(M11 내지 M17)에 대응되며 별도로 언급하는 사항을 제외하고는 동일하게 설명될 수 있다.The second sensing circuit 130 having the same structure as the first sensing circuit 110 may include a second transfer transistor M21 operated by the second floating diffusion region FD2 and the transfer gate signal tx2. A second reset transistor M23 operated by the reset signal rst2, a second active transistor M25 operating as a source follower to output the detection signal v2, and an address signal ad2 And a second addressing transistor M27 for transmitting the signal v2 to the second output signal line L2. Each of the transistors M21 to M27 of the second sensing circuit 130 according to the example of FIG. 1 corresponds to each of the transistors M11 to M17 of the first sensing circuit 110. Can be explained.

제1 출력 신호선(SL1)과 연결되어 있는 제1 전류원(I1)은 제1 액티브 트랜지스터(M15)와 함께 소스 팔로워 증폭기를 형성하며, 제2 출력 신호선(SL2)과 연결되어 있는 제2 전류원(I2)은 제2 액티브 트랜지스터(M25)와 함께 소스 팔로워 증폭기를 형성한다.The first current source I1 connected to the first output signal line SL1 forms a source follower amplifier together with the first active transistor M15 and the second current source I2 connected to the second output signal line SL2. ) Forms a source follower amplifier with the second active transistor M25.

이상에서 설명된 도 1의 구성을 가지는 픽셀(100)들이 메트릭스를 형성하면서 본 발명의 씨모스 이미지 센서를 형성하게 된다. 도 2는 그 일 예로서, 도 1의 픽셀을 단위 픽셀로 하여 이루어진 Nr × Nc 메트릭스의 씨모스 이미지 센서(200)이다. The pixels 100 having the configuration of FIG. 1 described above form the matrix to form the CMOS image sensor of the present invention. FIG. 2 is an example of the CMOS image sensor 200 having an Nr × Nc matrix formed by using the pixel of FIG. 1 as a unit pixel.

예컨대, 제1 출력 신호선(SL1)으로 출력되는 검출 신호(v1)는 상대적으로 짧은 노출 시간 동안 획득된 이미지 값이며, 제2 출력 신호선(SL2)으로 출력되는 검출 신호(v2)는 상대적으로 긴 노출 시간 동안 획득된 이미지 값일 수 있다. 이 경우, 조도가 높은 환경에서 촬영이 수행되는 경우에는 상기 검출 신호(v1)가 유용하며, 조도가 낮은 환경에서 촬영이 수행되는 경우에는 상기 검출 신호(v2)가 유용하다.For example, the detection signal v1 output to the first output signal line SL1 is an image value obtained during a relatively short exposure time, and the detection signal v2 output to the second output signal line SL2 is a relatively long exposure. It may be an image value obtained during time. In this case, the detection signal v1 is useful when the imaging is performed in an environment with high illumination, and the detection signal v2 is useful when the imaging is performed in an environment with low illumination.

도 2는 하나의 단위 픽셀에 2개의 출력 신호선들(SL1, SL2)이 연결되는 구조를 가진 이미지 센서의 픽셀 메트릭스 구조를 도시한다.2 illustrates a pixel matrix structure of an image sensor having a structure in which two output signal lines SL1 and SL2 are connected to one unit pixel.

도 2를 참조하면, 각 단위 픽셀(100)은 열(Column)마다 별도로 마련된 2 개의 제1 출력 신호선(SL1) 및 제2 출력 신호선(SL2)과 연결되며, 행(row)마다 마련된 제어신호선(CLs)과 연결된다. 하나의 컬럼에 두 개의 제1 출력 신호선(SL1) 및 제2 출력 신호선(SL2)를 포함하므로, Nc 개 열의 이미지 센서의 경우, Nc × 2 개의 출력 신호선을 포함한다. Referring to FIG. 2, each unit pixel 100 is connected to two first output signal lines SL1 and second output signal lines SL2 separately provided for each column, and control signal lines provided for each row. CLs). Since the first output signal line SL1 and the second output signal line SL2 are included in one column, the Nc column of image sensors includes Nc × 2 output signal lines.

제어신호선(CLs)은, 트랜스퍼 게이트 신호(tx1, tx2)와, 리셋 신호(rst1, rst2)와, 어드레스 신호(ad1, ad2)를 공급하며, 각 행의 단위 픽셀들에 공통된다. 제어신호선(CLs)은 이미지 센서(200)의 특정 행(row)을 지정하여 해당 행의 단위 픽셀들을 제어한다. The control signal lines CLs supply the transfer gate signals tx1 and tx2, the reset signals rst1 and rst2, and the address signals ad1 and ad2, and are common to the unit pixels in each row. The control signal lines CLs control the unit pixels of the row by designating a specific row of the image sensor 200.

부가적으로 씨모스 이미지 센서(200)는 도 2와 같이 Nv개의 수직 블랭크(Vertical Blank) 및 Nh 개의 수평 블랭크(Horizontal Blank)를 더 포함할 수 있다. 수직 블랭크 및 수평 블랭크는 시간에 따른 이미지 센서의 동작 상의 필요에 따라 삽입하는 가상의 픽셀 어레이로서 물리적 실체가 없이 클럭 카운팅(Clock Counting)만 할당된다. 예를 들어서 수평 블랭크는 픽셀 어레이의 한 개의 행(Row)에 해당하는 동작 시간을 조절하고, 수직 블랭크는 한 개의 프레임에 해당하는 시간을 조절하는 데 사용된다. In addition, the CMOS image sensor 200 may further include Nv vertical blanks and Nh horizontal blanks as shown in FIG. 2. Vertical blanks and horizontal blanks are virtual pixel arrays that are inserted according to the operational needs of the image sensor over time and are assigned only clock counting without physical entities. For example, a horizontal blank is used to adjust the operating time corresponding to one row of a pixel array, and a vertical blank is used to adjust the time corresponding to one frame.

본 실시예의 단위 픽셀(100)이 포토다이오드(PD)를 통해 이미지 신호를 획득하는 과정은 셔터링 동작과 셔터링에 의해 획득한 신호를 읽어오는 샘플링 과정을 포함한다. The process of acquiring the image signal through the photodiode PD by the unit pixel 100 according to the present exemplary embodiment includes a shuttering operation and a sampling process of reading a signal obtained by the shuttering.

다른 구현의 이미지 센서를 구성하는 하나의 단위 픽셀은, 3개 이상 복수 개의 센싱 회로들을 구비할 수 있으며, 한 개 영상 프레임을 위한 셔터링 구간은 상기 센싱 회로들의 개수에 대응되는 복수 개의 구간으로 나누어진다. 셔터링은 각 처리부에 의해 복수 개 구간별로 별도로 이루어진다. 나아가 상기 이미지 센서는 열(Column) 마다 각 처리부의 개수 만큼의 출력 신호선들을 구비하여 동시에 샘플링하거나, 또는 하나의 출력 신호선을 구비하여 순차적으로 샘플링할 수 있다. One unit pixel constituting an image sensor of another implementation may include three or more sensing circuits, and a shuttering section for one image frame is divided into a plurality of sections corresponding to the number of sensing circuits. Lose. Shuttering is separately performed for each of a plurality of sections by each processing unit. Furthermore, the image sensor may simultaneously sample the output signal lines as many as the number of processing units in each column, or may sequentially sample the output signal lines.

도 1의 픽셀(100)은 2개의 처리부(110, 130)를 포함하고 있으므로, 한 개 영상 프레임의 노출누적시간은 제1 노출누적시간(Exposure Integration Time)(T1) 및 제2 노출누적시간(T2)으로 구분된다. 제1 노출누적시간(T1)은 제1 센싱 회로(110)를 위한 노출누적시간이고, 제2 노출누적시간(T2)는 제2 센싱 회로(130)를 위한 노출누적시간에 해당한다. 넓은 동적범위의 이미지 센싱을 위해, 제1 노출누적시간(T1)과 제2 노출누적시간(T2)의 차이는 크게 설정되는 것이 바람직하다.Since the pixel 100 of FIG. 1 includes two processing units 110 and 130, the exposure accumulation time of one image frame may include a first exposure integration time T1 and a second exposure accumulation time. T2). The first exposure accumulation time T1 is the exposure accumulation time for the first sensing circuit 110, and the second exposure accumulation time T2 corresponds to the exposure accumulation time for the second sensing circuit 130. In order to sense a wide dynamic range of the image, it is preferable that the difference between the first exposure accumulation time T1 and the second exposure accumulation time T2 is set to be large.

제1 센싱 회로(110) 및 제2 센싱 회로(130)는 각각의 노출 누적시간 동안 빛에 노출된 포토다이오드(PD)에 축적된 전자들의 개수에 비례하는 출력 전압신호 V1과 V2를 동시에 제1 출력 신호선(SL1)과 제2 출력 신호선(SL2)으로 출력한다. 픽셀(100)로부터 동시에 출력된 검출 신호들(v1, v2)은, 각각 아날로그 디지털 컨버터 ADC1(미도시)과 ADC2(미도시)에게 전달되어, 픽셀(100)의 디지털 영상 신호 값들로 변환된다.The first sensing circuit 110 and the second sensing circuit 130 simultaneously output the first and second output voltage signals V1 and V2 in proportion to the number of electrons accumulated in the photodiode PD exposed to light. The output signal lines SL1 and the second output signal lines SL2 are output. The detection signals v1 and v2 simultaneously output from the pixel 100 are transferred to the analog-digital converters ADC1 (not shown) and ADC2 (not shown), respectively, and are converted into digital image signal values of the pixel 100.

도 1의 씨모스 이미지 센서(100)는 글로벌 셔터링(Global shuttering) 방식 또는 롤링 셔터링(Rrolling shuttering) 방식으로 이미지 획득을 수행할 수 있다.The CMOS image sensor 100 of FIG. 1 may perform image acquisition using a global shuttering method or a rolling shuttering method.

이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여, 이중 노출누적에 의한 본 발명의 이미지 센서(200)의 검출 신호 획득 동작을 설명한다. 도 3 및 도 4는 롤링 셔터링 동작의 설명에 제공되는 타이밍 다이어그램이고, 도 5는 글로벌 셔터링 동작의 설명에 제공되는 타이밍 다이어그램이다. Hereinafter, the operation of acquiring a detection signal of the image sensor 200 according to the present invention by double exposure will be described with reference to FIGS. 3 to 5. 3 and 4 are timing diagrams provided in the description of the rolling shuttering operation, and FIG. 5 is a timing diagram provided in the description of the global shuttering operation.

도 3 내지 도 5의 타이밍 다이어그램은 도 1의 픽셀(100)이 N형 트랜지스터로 구현된 경우의 예이다. 나아가 이하에서는, N형 트랜지스터를 기준으로 각 신호 tx1, tx2, rst1, rst2, ad1 및 ad2가 해당 트랜지스터를 턴 온(Turn On)시킬 때의 전압을 '논리 하이(High)'라 하고, 턴 오프(Turn Off) 시킬 때의 전압을 '논리 로우(Low)'라 한다. 당연히, 도 1의 픽셀(100)이 P형 트랜지스터로 구현될 경우, 해당 트랜지스터가 턴 온되기 위해서 신호는 논리 로우가 되어야 할 것이다. 3 to 5 are examples of the case where the pixel 100 of FIG. 1 is implemented with an N-type transistor. Furthermore, hereinafter, the voltage when each signal tx1, tx2, rst1, rst2, ad1, and ad2 turns the transistor on is referred to as 'logical high' based on the N-type transistor, and is turned off. The voltage at (Turn Off) is called 'logic low'. Naturally, when the pixel 100 of FIG. 1 is implemented with a P-type transistor, the signal must be logic low for the transistor to be turned on.

먼저 도 3을 참조하여, 롤링 셔터링(rolling shuttering )방식의 동작방법의 일 실시예를 설명하겠다. First, an embodiment of a rolling shuttering method of operation will be described with reference to FIG. 3.

롤링 셔터링 방식에서, 셔터링 동작과 리딩 동작은, 한 행씩 순차적으로 진행된다. 예를 들어서 제i+1 행(Row i+1)의 모든 동작들(셔터링 및 샘플링)은 제i 행(Row i)의 모든 동작들과 동일하되, 다만 동일한 시간적 차이를 두고 후행(後行)된다. In the rolling shuttering method, the shuttering operation and the reading operation proceed sequentially one row at a time. For example, all operations (shuttering and sampling) of row i + 1 (row i + 1) are the same as all operations of row i (row i), but with the same time difference. )do.

제 i행(Row i)의 신호를 외부로 출력해서 읽는 시각을 t(i, read)라고 가정한다. t(i, reset PD) 시각에서, 리셋 신호(rst1)가 하이인 상태에서 트랜스퍼 게이트 신호(tx1)가 하이로 변함에 따라, 상기 포토다이오드(PD)에 축적된 전하를 제거하는 동작(즉, 포토다이오드에 대한 리셋)이 수행된다. 다음, t(i, read)-T1-T2 시각에서 트랜스퍼 게이트 신호(tx1)가 로우로 변함에 따라 포토다이오드(PD)는 센싱 회로(110)와 단절되어 광전 변환에 따른 전자들을 축적하기 시작한다. Assume that the time at which the signal of the i th row Row i is output to the outside and read is t (i, read). At the time t (i, reset PD), as the transfer gate signal tx1 changes to high while the reset signal rst1 is high, an operation of removing charges accumulated in the photodiode PD (ie, Reset on the photodiode). Next, as the transfer gate signal tx1 becomes low at time t (i, read) -T1-T2, the photodiode PD is disconnected from the sensing circuit 110 and begins to accumulate electrons due to photoelectric conversion. .

t(i, read)-T2에 도달하기 전, 리셋 신호(rst1)가 논리 로우로 변함에 따라, 제1 센싱 회로(110)의 제1 리셋 트랜지스터(M13)가 턴 오프되어 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)이 플로팅되고, 트랜스퍼 게이트 신호(tx1)에 의해 제1 트랜스퍼 트랜지스터(M11)가 턴 온되어 제1 노출누적시간(T1) 동안 포토다이오드(PD)에 의해 누적된 광변환 전하를 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)으로 전달한다. 이후, t(i, read)-T2에서, 제1 트랜스퍼 트랜지스터(M11)가 다시 턴 오프되어 포토다이오드(PD)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)이 서로 차단된다. 이로써, 제1 노출누적시간(T1) 동안 누적된 광변환 전하가 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)에 저장된다. Before the t (i, read) -T2 is reached, as the reset signal rst1 turns to logic low, the first reset transistor M13 of the first sensing circuit 110 is turned off to form the first floating diffusion. The area FD1 is floated, and the first transfer transistor M11 is turned on by the transfer gate signal tx1 to remove the photoconversion charge accumulated by the photodiode PD during the first exposure accumulation time T1. 1 is transferred to the floating diffusion region FD1. Thereafter, at t (i, read) -T2, the first transfer transistor M11 is turned off again to block the photodiode PD and the first floating diffusion region FD1 from each other. As a result, the photoconversion charge accumulated during the first exposure accumulation time T1 is stored in the first floating diffusion region FD1.

t(i, read)-T2 시각부터 t(i, read)-d 시각까지 tx1 및 tx2가 로우를 유지한다. 그 후 t(i, read)-d부터 t(i, read)까지 tx2를 하이로 하여 제2 트랜스퍼 트랜지스터(M21)가 턴 온시킴으로써 포토다이오드(PD)에 축적된 전하를 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)으로 전달한다. 그 결과, t(i, read) 시각에서, 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)은 제2 노출누적시간(T2) 동안 포토다이오드(PD)에서 축적된 광변환 전하를 저장하게 된다. 즉, 제2 노출누적시간(T2)에 따른 제2 센싱 회로(130)의 셔터링 과정이 t(i, read)에서 완료된다. tx1 and tx2 remain low from the time t (i, read) -T2 to the time t (i, read) -d. Thereafter, the second transfer transistor M21 is turned on by turning tx2 high from t (i, read) -d to t (i, read), so that the charge accumulated in the photodiode PD is transferred to the second floating diffusion region. To (FD2). As a result, at the time t (i, read), the second floating diffusion region FD2 stores the photoconversion charge accumulated in the photodiode PD during the second exposure accumulation time T2. That is, the shuttering process of the second sensing circuit 130 according to the second exposure accumulation time T2 is completed at t (i, read).

도면에서, 각 트랜스퍼 트랜지스터(M11, M21)가 턴온되기 전까지의 각 센싱 회로의 노출누적시간(T1, T2) 동안, 각 리셋 트랜지스터(M13, M23)를 턴 온시키고 있다. 이는 상기 포토다이오드(PD)로부터 전하를 전달받기 전에 각 플로팅 디퓨젼 영역(FD1, FD2)의 전하를 제거(즉, 플로팅 디퓨젼 영역에 대한 리셋)하기 위함이다. In the figure, each of the reset transistors M13 and M23 is turned on for the exposure accumulation times T1 and T2 of the sensing circuits until the transfer transistors M11 and M21 are turned on. This is to remove the charge of each floating diffusion region FD1 and FD2 (that is, reset the floating diffusion region) before receiving charge from the photodiode PD.

또한, 위의 셔터링 과정에서 제 1 센싱회로의 트랜스퍼 트랜지스터(M11)의 오프시 게이트 신호 tx1의 전압을 제 2 센싱회로의 트랜스퍼 트랜지스터(M21)의 오프시 게이트 신호 tx2의 전압보다 낮게 설정함으로써, 제 1 셔터링 후에 제 2 노출 누적시간(T2) 동안 포토다이오드(PD)가 넘칠 경우에도 제 1 플로팅 디퓨전 영역(FD1)에 저장하여 놓은 정보가 훼손되지 않도록 할 수 있다.In addition, by setting the voltage of the gate signal tx1 when the transfer transistor M11 of the first sensing circuit is turned off to be lower than the voltage of the gate signal tx2 when the transfer transistor M21 of the second sensing circuit is turned off in the above shuttering process. Even when the photodiode PD overflows during the second exposure accumulation time T2 after the first shuttering, the information stored in the first floating diffusion region FD1 may not be damaged.

위의 셔터링 과정에서 제 1 센싱회로의 트랜스퍼 트랜지스터(M11)의 오프시 게이트 신호 tx1의 전압을 제 2 센싱회로의 트랜스퍼 트랜지스터(M21)의 오프시 게이트 신호 tx2의 전압보다 낮게 설정함으로써 제 1 셔터링 후에 제 2 노출 누적시간동안 포토다이오드(PD)가 넘칠 경우에도 제 1 플로팅 디퓨전에 저장하여 놓은 정보가 훼손되지 않도록 할 수 있다. First shutter by setting the voltage of the gate signal tx1 when the transfer transistor M11 of the first sensing circuit is turned off to be lower than the voltage of the gate signal tx2 when the transfer transistor M21 of the second sensing circuit is turned off in the above shuttering process. Even if the photodiode PD overflows during the second exposure cumulative time after the ring, the information stored in the first floating diffusion may not be damaged.

예컨대, 제1 노출누적시간(T1) 보다 제2 노출누적시간(T2)이 더 긴 경우, 제2 노출누적시간에 축적된 광변환 전하가 포토다이오드에서 넘치더라도, 제1 센싱회로(110)의 출력 신호의 왜곡을 방지할 수 있다. For example, when the second exposure accumulation time T2 is longer than the first exposure accumulation time T1, even if the photoconversion charge accumulated at the second exposure accumulation time is overflowed in the photodiode, the first sensing circuit 110 may be used. Distortion of the output signal can be prevented.

이미지 센서(100)의 각 행에서의 롤링 셔터링은 셔터링 동작과 출력 신호를 읽어가는 리딩(샘플링) 동작이 일련의 동작으로 연속적으로 이루지는 특징을 가지고 있으며, 이점이 신호를 읽어가는 동작이 셔터링 동작과 분리되는 글로벌 셔터링과 다르다. The rolling shuttering in each row of the image sensor 100 is characterized by the continuous shuttering operation and the reading (sampling) operation for reading the output signal in a series of operations. It is different from global shuttering, which is separate from the shuttering operation.

이하, 신호의 리딩 과정을 구체적으로 살펴보겠다. 제 1 센싱회로의 이중 샘플링(Double Sampling) 과정을 서술하면 아래와 같다.Hereinafter, the reading process of the signal will be described in detail. A double sampling process of the first sensing circuit is described below.

t(i, read)에 도달하기 전 t(i, read)-ta에서, 제1 센싱 회로(110)의 제1 어드레싱 트랜지스터(M17)가 어드레싱 신호(ad1)에 의해 턴 온되어 제1 액티브 트랜지스터(M15)의 출력 단자를 제1 출력 신호선(SL1)에 연결시킨다. 리셋 신호(rst1)는 여전히 논리 로우 상태이므로, 이미 플로팅되어 포토다이오드(PD)로부터 전달받은 전하에 의해 형성된 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)의 전압이 제1 액티브 트랜지스터(M15)에 의해 증폭되고, 증폭된 전압(V1(a))가 tb 구간동안 제1 출력 신호선(SL1)으로 출력된다. 상기 동작은 리셋 신호(rst1)가 논리 하이 상태가 되는 t(i, read)-ta 시각 이전에 종료된다. At t (i, read) -ta before reaching t (i, read), the first addressing transistor M17 of the first sensing circuit 110 is turned on by the addressing signal ad1 to turn on the first active transistor. The output terminal of M15 is connected to the first output signal line SL1. Since the reset signal rst1 is still in a logic low state, the voltage of the first floating diffusion region FD1 formed by the charge already received and transferred from the photodiode PD is amplified by the first active transistor M15. The amplified voltage V1 (a) is output to the first output signal line SL1 during the tb period. The operation ends before the time t (i, read) -ta at which the reset signal rst1 becomes a logic high state.

그리고 t(i, read)에서 리셋 신호(rst1)가 논리 하이상태로 전환됨에 따라, 제1 리셋 트랜지스터(M13)에 의해 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)이 리셋된다. 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)의 리셋 전압이 제1 액티브 트랜지스터(M15)에 의해 증폭되고, 증폭된 전압 V1(b)가 tc 구간동안 제1 액티브 트랜지스터(M15)를 통하여 제1 출력 신호선(SL1)으로 출력된다. 이러한 이중 샘플링 (Double Sampling) 과정을 통해 전압들(V1(a), V1(b))이 출력되는 동안, 어드레싱 신호(ad1)는 논리 하이를 유지한다. As the reset signal rst1 is switched to the logic high state at t (i, read), the first floating diffusion region FD1 is reset by the first reset transistor M13. The reset voltage of the first floating diffusion region FD1 is amplified by the first active transistor M15, and the amplified voltage V1 (b) is passed through the first active transistor M15 through the first active transistor M15 during the tc period. Output to SL1). While the voltages V1 (a) and V1 (b) are output through the double sampling process, the addressing signal ad1 maintains a logic high.

상기 전압들(V1(a), V1(b)) 전압을 입력받은 아날로그 디지털 컨버터는 전압들(V1(a), V1(b))의 차이값(V1(b)-V1(a))을, 제1 노출누적시간(T1)에 대한 상기 단위 픽셀(100) 위치의 디지털 영상 신호 값으로 결정한다. The analog-to-digital converter that receives the voltages V1 (a) and V1 (b) receives a difference value V1 (b) -V1 (a) between the voltages V1 (a) and V1 (b). The digital image signal at the position of the unit pixel 100 with respect to the first exposure accumulation time T1 is determined.

한편, 제2 센싱 회로(130)는 제1 센싱 회로(110)의 전압들(V1(a), V1(b))과 동시에 자신의 전압들(V2(a), V2(b))을 제2 출력 신호선(SL2)으로 출력할 수 있다. Meanwhile, the second sensing circuit 130 simultaneously removes its voltages V2 (a) and V2 (b) from the voltages V1 (a) and V1 (b) of the first sensing circuit 110. 2 can be output to the output signal line SL2.

제2 센싱회로(120)의 상관이중샘플링(Correlated Double Sampling)과정을 기술하면 아래와 같다.A correlated double sampling process of the second sensing circuit 120 is described below.

어드레싱 신호(ad2)는 어드레싱 신호(ad1)가 논리 로우에서 하이로 변하는 시점에서 함께 논리 하이로 변하지만, 제2 노출누적시간(T2)이 종료되지 않았으며, 리셋 신호(rst2)는 논리 하이를 유지한다. 이에 따라, 제2 센싱 회로(130)의 제2 어드레싱 트랜지스터(M27)는 턴 온되어 제2 액티브 트랜지스터(M25)의 출력 단자를 제2 출력 신호선(SL2)에 연결시킴으로써 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)의 전압 (V2(a))를 tb시간동안 제2 출력 신호선(SL2)으로 출력한다. 이때, 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)의 전압(V2(a))은 전하들이 제거된 리셋 전압을 띠게 되며, 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)과 단절된 포토다이오드(PD)는 광변환 전하의 축적을 계속한다. The addressing signal ad2 changes to logic high together when the addressing signal ad1 changes from logic low to high, but the second exposure accumulation time T2 is not terminated, and the reset signal rst2 indicates logic high. Keep it. As a result, the second addressing transistor M27 of the second sensing circuit 130 is turned on to connect the output terminal of the second active transistor M25 to the second output signal line SL2 so that the second floating diffusion region ( The voltage V2 (a) of FD2 is output to the second output signal line SL2 for tb time. In this case, the voltage V2 (a) of the second floating diffusion region FD2 has a reset voltage from which the charges are removed, and the photodiode PD disconnected from the second floating diffusion region FD2 has a photoconversion charge. Continues to accumulate.

이후 t(i, read)-ta+tb에서 리셋신호 rst2가 논리 하이에서 로우상태로 변함에 따라 제2 리셋 트랜지스터(M23)이 턴 오프되어 제2 플로팅 디퓨젼(FD2)를 플로팅시킨 다음, 제2 트랜스퍼 게이트(M21)가 턴 온되어 t(i, read)까지 포토다이오드(PD)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)을 연결하여, 제2 노출누적시간(T2) 동안 포토다이오드(PD)에 축적된 광변환 전하를 제2 플로팅 디퓨젼(FD2)으로 전달한다. Thereafter, as the reset signal rst2 is changed from logic high to low at t (i, read) -ta + tb, the second reset transistor M23 is turned off to float the second floating diffusion FD2. The second transfer gate M21 is turned on to connect the photodiode PD and the second floating diffusion region FD2 until t (i, read), so that the photodiode PD is exposed during the second exposure accumulation time T2. The photoconversion charges accumulated in the transfer to the second floating diffusion FD2.

광변환 전하를 전달받은 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)의 전압(V2(b))는 t(i, read)부터 t(i, read)+tc 구간동안 제2 액티브 트랜지스터(M25)에 의해 증폭되어 제2 출력 신호선(SL2)으로 출력된다. The voltage V2 (b) of the second floating diffusion region FD2 receiving the photoconversion charge is generated by the second active transistor M25 during the period t (i, read) to t (i, read) + tc. Amplified and output to the second output signal line SL2.

상기 전압들(V2(a), V2(b))을 입력받은 아날로그 디지털 컨버터는 전압들(V2(a), V2(b))의 차이값(V2(a)-V2(b))을, 제2 노출누적시간(T2)에 대한 상기 단위 픽셀(100) 위치의 디지털 영상 정보 값으로 결정한다. The analog-to-digital converter receiving the voltages V2 (a) and V2 (b) obtains the difference between the voltages V2 (a) and V2 (b) (V2 (a) -V2 (b)). The digital image information value of the position of the unit pixel 100 with respect to the second exposure accumulation time T2 is determined.

도 4는 롤링 셔터링(rolling shuttering )방식의 동작 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 타이밍도이다.FIG. 4 is a timing diagram for explaining another embodiment of a rolling shuttering method.

도 3의 동작 방법과 다른 점은 노출누적시간 T1과 노출누적시간 T2 사이에 시간적 간격 ΔT가 있는 점이다. 즉, 첫번째 노출누적을 마친 후 두번째 노출누적전 시간 간격 ΔT 동안 제2 트랜스퍼 트랜지스터(M21)와 제2 리셋 트랜지스터(M23)를 턴 온상태로 전환하여, 포토다이오드(PD)를 리셋시킨다. 이어서 제2 트랜스퍼 트랜지스터(M21)를 턴 오프 상태로 전환하여 포토다이오드(PD)를 단절시킴으로써 두 번째 노출누적을 시작한다. The difference from the operating method of FIG. 3 is that there is a time interval ΔT between the exposure accumulation time T1 and the exposure accumulation time T2. That is, after completing the first exposure accumulation, the second transfer transistor M21 and the second reset transistor M23 are turned on during the second exposure accumulation time interval ΔT to reset the photodiode PD. Next, the second transfer transistor M21 is turned off to disconnect the photodiode PD to start the second exposure accumulation.

상기 시간 간격 ΔT를 제외하고는 상기 도 3의 동작 방법과 유사하므로, 중복되는 상세 설명은 생략한다.Except for the time interval ΔT, since it is similar to the operating method of FIG. 3, detailed descriptions thereof will be omitted.

다음, 도 5를 참조하여 글로벌 셔터링(global shuttering) 방식의 동작을 설명하겠다. 글로벌 셔터링 방식에 의하면, 셔터링 동작은 전체 픽셀 어레이에 대하여 동시에 수행된다. 셔터링 동작 후의 리딩 과정은 한 행(row)씩 순차적으로 수행된다.Next, the operation of the global shuttering method will be described with reference to FIG. 5. According to the global shuttering method, the shuttering operation is simultaneously performed for the entire pixel array. The reading process after the shuttering operation is performed sequentially one row at a time.

도 5는 글로벌 셔터링 방식으로 동작하는이미지 센서를 위한 제어 신호들의 타이밍을 도시한다.5 shows the timing of control signals for an image sensor operating in a global shuttering scheme.

픽셀들의 신호들을 읽는 시각을 t(read) 라고 가정한다. t(reset PD) 시각에서, 모든 픽셀에 대한 리셋 신호(rst1)가 하이인 상태에서 트랜스퍼 게이트 신호(tx1)가 하이로 변함에 따라서, 상기 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하를 제거하는 동작(즉, 포토 다이오드에 대한 리셋)이 수행된다. 다음, t(i, read)-T1-T2-ΔT 시각에서 트랜스퍼 게이트 신호(tx1)가 로우로 변함에 따라 포토다이오드(PD)는 센싱 회로와 차단되어 광전 변환에 따른 전하를 축적하기 시작한다.Assume that the time of reading the signals of the pixels is t (read). At the time t (reset PD), as the transfer gate signal tx1 changes to high while the reset signal rst1 for all pixels is high, an operation of removing charges accumulated in the photodiode PD ( That is, the reset for the photodiode is performed. Next, as the transfer gate signal tx1 turns low at the time t (i, read) -T1-T2-ΔT, the photodiode PD is cut off from the sensing circuit and begins to accumulate charges due to photoelectric conversion.

t(read)-T2-ΔT-d1 에 도달하기 직전, 리셋 신호(rst1)가 논리 로우로 변함에 따라, 제1 센싱 회로(110)의 제1 리셋 트랜지스터(M13)가 턴 오프되어 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)이 플로팅되고, 트랜스퍼 게이트 신호(tx1)에 의해 제1 트랜스퍼 트랜지스터(M11)가 구간 d1 동안 턴 온되어 제1 노출누적시간(T1) 동안 포토다이오드(PD)에 의해 누적된 광변환 전하를 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)으로 전달한다. 이후, t(read)-T2-ΔT 에서, 제1 트랜스퍼 트랜지스터(M11)가 다시 턴 오프되어 포토다이오드(PD)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)이 서로 차단된다. 이로써, 제1 노출누적시간(T1) 동안 축적된 광변환 전하가 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)에 저장된다. Immediately before reaching t (read) -T2-ΔT-d1, as the reset signal rst1 turns to logic low, the first reset transistor M13 of the first sensing circuit 110 is turned off to first floating. The diffusion region FD1 is floated, and the first transfer transistor M11 is turned on during the period d1 by the transfer gate signal tx1 and accumulated by the photodiode PD during the first exposure accumulation time T1. The photoconversion charge is transferred to the first floating diffusion region FD1. Thereafter, at t (read) -T 2 -ΔT, the first transfer transistor M11 is turned off again to block the photodiode PD and the first floating diffusion region FD1 from each other. As a result, the photoconversion charge accumulated during the first exposure accumulation time T1 is stored in the first floating diffusion region FD1.

제 2 노출누적시간(T2) 동안 포토다이오드(PD)에 광변환 전하를 축적한 후에 제 2 플로팅 디퓨전 영역(FD2)으로 옮겨서 저장하는 과정을 서술한다.A process of accumulating the photoconversion charge in the photodiode PD for the second exposure accumulation time T2 and then transferring the photoconversion charge to the second floating diffusion region FD2 will be described.

t(read)-T2-d3 시각부터 t(read)-T2 시각까지 트랜스퍼 게이트 신호 tx2를 하이로 유지함으로써 트랜스퍼 트랜지스터(M21)을 턴 온한다. 이때 포토다이오드(PD)가 다시 리셋된다. 이어서 트랜스퍼 트랜지스터(M21)을 턴 오프되고 포토다이오드(PD)는 다시 광변환 전하를 축적하기 시작한다. t(read)-d2 시각 직전에 리셋 신호(rst2)를 로우로 하여 리셋 트랜지스터(M23)를 턴 오프하여 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)를 플로팅시킨다. 이어서 트랜스퍼 트랜지스터(M21)을 t(read)-d2부터 t(read)까지 턴 온하여 포토다이오드(PD)에 축적된 전하를 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)으로 전달한다. 다시 트랜스퍼 트랜지스터(M21)을 t(read)에서 턴 오프한다. 이로써 디퓨젼 영역(FD2)은 제2 노출누적시간(T2) 동안 포토다이오드(PD)에서 축적된 광변환 전하를 저장하게 된다. 위와 같이하여 제 1 노출누적시간(T1) 및 제2 노출누적시간(T2)에 따른 셔터링 과정이 t(read)에서 완료된다. 도면에서는 제1 노출누적시간(T1)과 제2 노출누적시간(T2) 사이에 시간 간격(ΔT)를 두었다. 다른 구현에서는 제1 노출누적시간(T1)과 제2 노출누적시간(T2)이 바로 이어서 진행될 수도 있다.The transfer transistor M21 is turned on by keeping the transfer gate signal tx2 high from the time t (read) -T2-d3 to the time t (read) -T2. At this time, the photodiode PD is reset again. Then transfer transistor M21 is turned off and photodiode PD again begins to accumulate photoconversion charge. Immediately before the time t (read) -d2, the reset transistor M23 is turned off with the reset signal rst2 low to float the second floating diffusion region FD2. Subsequently, the transfer transistor M21 is turned on from t (read) -d2 to t (read) to transfer charges accumulated in the photodiode PD to the second floating diffusion region FD2. The transfer transistor M21 is turned off at t (read) again. As a result, the diffusion region FD2 stores the photoconversion charge accumulated in the photodiode PD during the second exposure accumulation time T2. As described above, the shuttering process according to the first exposure accumulation time T1 and the second exposure accumulation time T2 is completed at t (read). In the figure, a time interval ΔT is provided between the first exposure accumulation time T1 and the second exposure accumulation time T2. In another implementation, the first exposure accumulation time T1 and the second exposure accumulation time T2 may proceed immediately.

상술한 바와 같은 셔터링 동작이 이미지 센서(200)의 제i 행(Row i) 및 제i+1 행(Row i+1)을 포함하는 모든 픽셀에 대하여 동시에 수행된다. 즉 모든 픽셀의 포토다이오드가 동시에 신호전자들을 축적하고 축적된 광변환 전하들이 동시에 플로팅 디퓨젼으로 전달되어 저장됨으로써, 글로벌 셔터링이 이루어진다. The shuttering operation as described above is simultaneously performed on all pixels including the i th row Row i and the i + 1 th row i + 1 row of the image sensor 200. That is, the photodiodes of all the pixels simultaneously accumulate signal electrons, and the accumulated photoconversion charges are simultaneously transferred to and stored in the floating diffusion, thereby achieving global shuttering.

위의 셔터링 과정에서 제 1 센싱회로의 트랜스퍼 트랜지스터(M11)의 오프시 게이트 신호 tx1의 전압을 제 2 센싱회로의 트랜스퍼 트랜지스터(M21)의 오프시 게이트 신호 tx2의 전압보다 낮게 설정함으로써 제 1 셔터링 후에 제 2 노출 누적시간동안 포토다이오드(PD)가 넘칠 경우에도 제 1 플로팅 디퓨전 영역(FD1)에 저장하여 놓은 정보가 훼손되지 않도록 할 수 있다.First shutter by setting the voltage of the gate signal tx1 when the transfer transistor M11 of the first sensing circuit is turned off to be lower than the voltage of the gate signal tx2 when the transfer transistor M21 of the second sensing circuit is turned off in the above shuttering process. Even if the photodiode PD overflows during the second exposure cumulative time after the ring, the information stored in the first floating diffusion region FD1 may not be damaged.

예컨대, 제1 노출누적시간(T1) 보다 제2 노출누적시간(T2)이 더 긴 경우, 제2 노출누적시간에 축적된 광변환 전하가 포토다이오드에서 넘치더라도, 제1 센싱회로(110)의 출력 신호의 왜곡을 방지할 수 있다. For example, when the second exposure accumulation time T2 is longer than the first exposure accumulation time T1, even if the photoconversion charge accumulated at the second exposure accumulation time is overflowed in the photodiode, the first sensing circuit 110 may be used. Distortion of the output signal can be prevented.

이하에서는, 글로벌 셔터링에서의 이중 샘플링에 의한 리딩 과정을 설명한다. 도면에서는 영상 프레임에 대한 리딩 동작의 시작 시각인 t(read)부터, Nr개의 행이 순차적으로 한 행씩 동작하면서 출력 신호를 읽는다. 다만, 각 행에 속한 모든 컬럼의 픽셀들에 대하여 평행적으로 동시에 출력신호를 읽을 수 있다. 도면에서는 t(read) 시각으로부터 소정 시간 경과한 후에 먼저 제i 행(Row i)에 대한 리딩 동작이 수행되고, 다음에 제i+1 행(Row i+1)에 대한 리딩 동작이 수행됨을 보여준다.Hereinafter, a reading process by double sampling in global shuttering will be described. In the figure, starting from t (read), which is the start time of a reading operation for an image frame, Nr rows are sequentially read one by one, and the output signal is read. However, the output signal can be read in parallel for all the pixels of each column in each row. The drawing shows that after a predetermined time elapses from the time t (read), a reading operation is performed on the i th row Row i and a reading operation is performed on the i th +1 row Row i + 1. .

제1 센싱 회로(110)의 제1 어드레싱 트랜지스터(M17)가 어드레싱 신호(ad1)에 의해 턴 온되어 제1 액티브 트랜지스터(M15)의 출력 단자를 제1 출력 신호선(SL1)에 연결시킨다. 이에 따라, 상기 광변환 전하를 전달받은 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)의 전압이 제1 액티브 트랜지스터(M15)에 의해 증폭되고, 증폭된 전압 V1(a)가 제1 출력 신호선(SL1)으로 출력된다. The first addressing transistor M17 of the first sensing circuit 110 is turned on by the addressing signal ad1 to connect the output terminal of the first active transistor M15 to the first output signal line SL1. Accordingly, the voltage of the first floating diffusion region FD1 receiving the photoconversion charge is amplified by the first active transistor M15, and the amplified voltage V1 (a) is transferred to the first output signal line SL1. Is output.

이어서 리셋 신호(rst1)가 다시 논리 하이 상태로 됨에 따라 제1 리셋 트랜지스터(M13)가 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)을 리셋하게 되고, 리셋된 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)의 전압(V1(b))도 제1 액티브 트랜지스터(M15)를 통하여 제1 출력 신호선(SL1)으로 출력된다. Subsequently, as the reset signal rst1 returns to the logic high state, the first reset transistor M13 resets the first floating diffusion region FD1, and the voltage of the reset first floating diffusion region FD1 is reset. V1 (b) is also output to the first output signal line SL1 through the first active transistor M15.

이러한 이중 샘플링 (Double Sampling) 과정을 통해 전압들(V1(a), V1(b))이 출력되는 동안, 어드레싱 신호(ad1)는 논리 하이를 유지한다. 상기 전압들(V1(a), V1(b))을 입력받은 아날로그 디지털 컨버터는, 이중 샘플링을 적용하여, 전압들(V1(a), V1(b))의 차이값(V1(a)-V1(b))을, 제1 노출누적시간(T1)에 대한 상기 단위 픽셀(100) 위치의 디지털 영상 신호 값으로 결정한다. While the voltages V1 (a) and V1 (b) are output through the double sampling process, the addressing signal ad1 maintains a logic high. In the analog-to-digital converter receiving the voltages V1 (a) and V1 (b), the difference value of the voltages V1 (a) and V1 (b) is applied by double sampling. V1 (b) is determined as the digital image signal value of the unit pixel 100 position with respect to the first exposure accumulation time T1.

제2 센싱 회로(130)의 이중 샘플링에 의한 디지털 영상 신호화 과정은 제1 센싱 회로(110)와 동시에 병렬적으로 처리된다. 다시 말해, 샘플링을 하는 동안 리셋 신호(rst2)와 어드레싱 신호(ad2)는 리셋 신호(rst1) 및 어드레싱 신호(ad1)와 동일한 상태 변화를 가진다. 이에 따라, 제1 센싱 회로(110)의 샘플링 동작과 동시에 병렬적으로, 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)의 전압들(V2(a), V2(b))로 이중 샘플링되어 제2 출력 신호선(SL2)에 전달한다. 따라서 신호처리를 진행하는 시간을 단축시키는 이점이 있다.The digital image signalization process by double sampling of the second sensing circuit 130 is simultaneously processed in parallel with the first sensing circuit 110. In other words, during sampling, the reset signal rst2 and the addressing signal ad2 have the same state change as the reset signal rst1 and the addressing signal ad1. Accordingly, in parallel with the sampling operation of the first sensing circuit 110, the second output signal line is double-sampled to the voltages V2 (a) and V2 (b) of the second floating diffusion region FD2. To (SL2). Therefore, there is an advantage of shortening the time for signal processing.

마찬가지로, 아날로그 디지털 컨버터는 이중 샘플링을 적용하여, 전압들(V2(a), V2(b))의 차이값(V2(b)-V2(a))을 제2 노출누적시간(T2)에 대한 상기 단위 픽셀(100) 위치의 디지털 영상 신호 값으로 결정한다. Similarly, the analog-to-digital converter applies double sampling, so that the difference values V2 (b) -V2 (a) of the voltages V2 (a) and V2 (b) are compared with respect to the second exposure accumulation time T2. The digital image signal value of the unit pixel 100 is determined.

이상의 리딩 과정은 각 행에 속하는 픽셀 전체에 대해 동시에 이루어진다. 따라서 도 3과 같이 제i 행(Row i)의 리딩 과정이 완료되면, 바로 제i+1 행(Row i+1)의 이중 샘플링이 수행된다.The above reading process is simultaneously performed for all pixels belonging to each row. Therefore, as shown in FIG. 3, when the reading process of the row i is completed, the double sampling of the row i + 1 is performed immediately.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 단위 픽셀 회로도로서, 도 1의 제1 출력 신호선(SL1) 및 제2 출력 신호선(SL2)을 대신하여 하나의 출력 신호선(SL)이 구비된 예이다. FIG. 6 is a unit pixel circuit diagram of a CMOS image sensor according to another exemplary embodiment, in which one output signal line SL is substituted for the first output signal line SL1 and the second output signal line SL2 of FIG. 1. It is an example provided.

대신에, 제1 어드레싱 트랜지스터(M17)과 위상 차 없이 동기되어 동작하는 제1 스위치(SW1)가 출력신호선(SL)과 아날로그 디지털 컨버터 ADC1(미도시) 사이에 마련되고, 제2 어드레싱 트랜지스터(M27)과 위상 차 없이 동기되어 동작하는 제2 스위치(SW2)가 출력신호선(SL)과 아날로그 디지털 컨버터 ADC2(미도시) 사이에 구비된다. Instead, a first switch SW1 operating in synchronization with the first addressing transistor M17 without phase difference is provided between the output signal line SL and the analog-to-digital converter ADC1 (not shown), and the second addressing transistor M27. ) Is provided between the output signal line SL and the analog-to-digital converter ADC2 (not shown).

도 6의 예는 도 1처럼 단위 픽셀에 연결되는 출력 신호선이 두 개인 경우와 비교하여 픽셀 어레이의 면적이 줄어드는 효과가 있다. 그러나 두 개의 검출 신호들(v1, v2)을 단위 픽셀로부터 완전히 동시에 병행하여 출력하지 못하고 약간의 시간 차이를 두고 처리해야 한다.In the example of FIG. 6, the area of the pixel array is reduced compared to the case in which two output signal lines are connected to the unit pixel as shown in FIG. 1. However, two detection signals v1 and v2 cannot be output from the unit pixel at the same time in parallel and must be processed with a slight time difference.

또 다른 실시예에 따라, 도 6의 예에서 하나의 출력 신호선(SL)과 하나의 아날로그 디지털 컨버터를 구비하면서 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 포함하지 아니할 수 있으며, 도 7은 그 예이다. According to another embodiment, in the example of FIG. 6, one output signal line SL and one analog-to-digital converter may be included, and the first switch SW1 and the second switch SW2 may not be included. Is an example.

단위 픽셀(100)로부터 나오는 두 개의 신호는 제1 어드레싱 트랜지스터(M17)와 제2 어드레싱 트랜지스터(M27)에 동시에 동작하지 아니하고 시간을 나누어 순차적으로 하나의 아날로그 디지털 컨버터에 연결된다. 이러한 구조를 이용하면 픽셀 어레이 면적과 신호처리 회로 부분의 면적을 줄일 수가 있다. 그러나 한 행에 할당된 시간을 둘로 나누어서 픽셀로부터 나오는 두 개의 신호처리에 사용해야 하는 시간상의 신호처리 속도에 부담이 있다. The two signals from the unit pixel 100 are not simultaneously operated by the first addressing transistor M17 and the second addressing transistor M27 and are sequentially connected to one analog-digital converter by dividing the time. This structure can reduce the pixel array area and the area of the signal processing circuit portion. However, there is a burden on the time signal processing speed that should be used for two signal processing coming from a pixel by dividing the time allotted to one row into two.

도 8은 도 7의 씨모스 이미지 센서를 구동하는 제어 신호들의 타이밍을 도시한다. 도 8에서는 i 열에 대해서만 나타내었는데, 글로벌 셔터링을 적용한 경우 나머지 열도 i 열과 동일한 타이밍의 제어 신호들을 인가받으며, 롤링 셔터링을 적용한 경우 나머지 열과 i 열은, 동일한 패턴이 서로 순차적으로 형성된 제어 신호들을 인가받는다.8 illustrates timing of control signals for driving the CMOS image sensor of FIG. 7. In FIG. 8, only the i column is shown. When the global shuttering is applied, the remaining columns receive control signals at the same timing as the i row. When the rolling shuttering is applied, the remaining columns and the i columns are the control signals having the same pattern sequentially formed. Licensed.

셔터링 구간에서는, 도 5와 유사한 과정으로 셔터링 동작이 수행되며, 리딩 구간에서는, 도 5와 유사하나 제1 센싱 회로(116)에 대한 제어 신호들과 제2 센싱 회로(136)에 대한 제어 신호들이 순차적으로 진행됨에 도 5와 차이가 있다. 즉, 제1 센싱 회로(116)에 대한 리딩 동작을 위한 제어 신호들은 t(i, read1) 시점부터 활성화되며, 제2 센싱 회로(136)에 대한 리딩 동작을 위한 제어 신호들은 t(i, read2) 시점부터 활성화된다. 상기 제어 신호들에 의한 리딩 동작은, 도 5의 설명에서 용이하게 유추가능하므로 중복되는 설명을 생략하겠다.In the shuttering section, a shuttering operation is performed by a process similar to FIG. 5, and in a reading section, similar to FIG. 5, but control signals for the first sensing circuit 116 and control for the second sensing circuit 136. 5 is different from FIG. 5 because the signals are sequentially processed. That is, the control signals for the reading operation for the first sensing circuit 116 are activated from the time t (i, read1), and the control signals for the reading operation for the second sensing circuit 136 are t (i, read2). ) Will be activated from that point on. Since the reading operation by the control signals can be easily inferred from the description of FIG. 5, redundant description will be omitted.

도 9는 4개의 처리부(110 내지 170)를 포함하는 단위 픽셀(700)의 예이다. 각 처리부(110 내지 170)는 4개의 노출누적시간 T1, T2, T3 및 T4에 해당하는 신호 전자들을 4개의 플로팅 디퓨젼(FD1, FD2, FD3, FD4)에 각각 저장하고, 이에 해당하는 전압 신호들을 외부로 출력할 수 있다. 본 픽셀 구조는 글로벌 셔터링 및 롤링 셔터링 방식의 동작 모두가 가능한 구조이다.9 is an example of a unit pixel 700 including four processing units 110 to 170. Each processor 110 to 170 stores signal electrons corresponding to four exposure accumulation times T1, T2, T3, and T4 in four floating diffusions FD1, FD2, FD3, and FD4, respectively, and corresponding voltage signals. Can be output externally. The pixel structure is a structure capable of both global shuttering and rolling shuttering.

도 10은 본 실시예에 따른 이미지 센서를 칼럼 병렬(Column-parallel) 방식으로 구동하는 이미지 센서 블록을 도시한다.10 illustrates an image sensor block for driving the image sensor according to the present embodiment in a column-parallel manner.

도시한 칼럼 병렬 방식의 씨모스 이미지 센서 블록은, 본 실시예에 따른 단위 픽셀들로 이루어진 액티브 픽셀 센서 어레이(active pixel sensor array)(11), 상기 단위 픽셀들이 센싱한 값들을 디지털 영상 신호로 변환하기 위한 CDS/ADC(12), 데이터 버퍼(13), 램프(ramp) 신호 발생기(14), 상기 단위 픽셀들의 동작을 제어하기 위한 로우 드라이버(row driver)(15), 및 상기 로우 드라이버(15) 및 CDS/ADC(12)의 동작 타이밍을 제어하는 타이밍 제어신호 발생기(16)를 구비할 수 있다.In the column-parallel CMOS image sensor block, an active pixel sensor array 11 including unit pixels according to the present exemplary embodiment, and values sensed by the unit pixels are converted into a digital image signal. A CDS / ADC 12, a data buffer 13, a ramp signal generator 14, a row driver 15 for controlling the operation of the unit pixels, and the row driver 15 ) And a timing control signal generator 16 for controlling the operation timing of the CDS / ADC 12.

액티브 픽셀 센서 어레이(11)는 본 실시예에 따른 8개 트랜지스터와 하나의 포토다이오드를 구비한 단위 픽셀들의 어레이로 이루어질 수 있다. 즉, 도 1, 도 6, 도 7 및 도 9 중 어느 하나의 단위 픽셀들을 구비할 수 있으며, 또는 도 2의 픽셀 메트릭스를 구비할 수 있다.The active pixel sensor array 11 may be formed of an array of unit pixels including eight transistors and one photodiode according to the present embodiment. That is, the unit pixels of any one of FIGS. 1, 6, 7, and 9 may be provided, or the pixel matrix of FIG. 2 may be provided.

도면의 CDS/ADC(12)는, 각 로우(row)마다 모든 칼럼들이 동시에 아날로그-디지털 변환 기능을 수행하는 방식을 위한 싱글 슬로우프(single-slope) ADC를 적용하였다. The CDS / ADC 12 of the figure applies a single-slope ADC for a method in which all columns simultaneously perform an analog-to-digital conversion function in each row.

CDS/ADC 회로(12)는 램프신호를 이용하여 픽셀 센서 어레이(11)의 출력신호를 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)하여 디지털 신호로 변환할 수 있으며, 다수개의 스위치들, 커패시터들, 및 인버터들을 구비할 수 있다. 상기 CDS/ADC 회로(12)가 이용하는 상기 램프신호는 도 10의 램프(ramp) 신호 발생기(14)에서 발생된다. The CDS / ADC circuit 12 may convert the output signal of the pixel sensor array 11 into a digital signal by using a ramp signal and convert it into a digital signal, and include a plurality of switches, capacitors, and an inverter. Can be provided. The ramp signal used by the CDS / ADC circuit 12 is generated by the ramp signal generator 14 of FIG.

이하, 본 발명의 사상의 구현을 위한 상기 씨모스 이미지 센서 블록의 동작을 설명하겠다. 여기서, 상기 로우 드라이버(15) 및 CDS/ADC(12)의 동작은, 상기 타이밍 제어신호 발생기(16)의 타이밍 제어에 따른 것이지만, 설명의 편의를 위해, 그 동작의 주체를 상기 로우 드라이버(15) 및 CDS/ADC(12)로 하여 기술하겠다.Hereinafter, an operation of the CMOS image sensor block for implementing the idea of the present invention will be described. Here, although the row driver 15 and the CDS / ADC 12 operate according to the timing control of the timing control signal generator 16, for convenience of description, the main driver of the row driver 15 is the row driver 15. ) And CDS / ADC 12.

먼저, 도 10의 구성 요소들 중 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(11)가, 도 1 및 도 2에 도시한 실시예의 단위 픽셀(100) 및 메트릭스 구조로 구성된 경우의 동작을 설명하겠다. First, an operation in the case where the active pixel sensor array 11 of the components of FIG. 10 is configured with the unit pixel 100 and the matrix structure of the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 will be described.

도시한 로우 드라이버(15)는, 도 2의 제어 신호 버스(CLS)에 제어 신호를 인가하고, 도시한 CDS/ADC 회로(12)는, 도 2의 출력 신호선 쌍(SL1, SL2)으로부터, 검출 신호들(v1, v2)을 입력받을 수 있으며, CDS 방식으로 결정된 디지털 영상 신호들을 상기 데이터 버퍼(13)에 저장할 수 있다.The illustrated row driver 15 applies a control signal to the control signal bus CLS of FIG. 2, and the illustrated CDS / ADC circuit 12 detects the output signal line pairs SL1 and SL2 of FIG. 2. The signals v1 and v2 may be input, and the digital image signals determined by the CDS method may be stored in the data buffer 13.

상기 데이터 버퍼(13)에 저장된 베이어(bayer) 이미지 데이터는, 각 픽셀에 대하여, 상기 제1 출력 신호선(SL1)으로 출력되는 검출 신호(v1)에 대응되는 값 및 상기 제2 출력 신호선(SL2)으로 출력되는 검출 신호(v2)에 대응되는 값이, 기재될 수 있다. 상기 베이어 데이터 이미지를 사용하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어는 필요에 따라, 상기 검출 신호(v1)에 대응되는 값들 및 검출 신호(v2)에 대응되는 값들 중 하나를 선택하여, 최종 이미지 데이터를 구성할 수도 있다.Bayer image data stored in the data buffer 13 has a value corresponding to the detection signal v1 output to the first output signal line SL1 and the second output signal line SL2 for each pixel. A value corresponding to the detection signal v2 outputted as may be described. Hardware and / or software using the Bayer data image may select one of the values corresponding to the detection signal v1 and the values corresponding to the detection signal v2 to configure final image data, as necessary. have.

다음, 도 10의 구성 요소들 중 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(11)가, 도 7에 도시한 실시예의 단위 픽셀(106)로 구성된 경우의 동작을 설명하겠다. 여기서, 상기 도 7의 단위 픽셀을 구성하는 센싱 회로들(116, 136)은 서로 다른 규격을 가지는 것이 바람직하다. 예컨대, 제1 센싱 회로(116)는 저조도 환경에서 고감도에 사용하는데 적합한 규격을 가지며, 제2 센싱 회로(136)는 고조도 환경에서 저감도 저노이즈 이미지를 확보하는데 적합한 규격을 가질 수 있다. Next, an operation when the active pixel sensor array 11 of the components of FIG. 10 is configured as the unit pixel 106 of the embodiment shown in FIG. 7 will be described. Here, the sensing circuits 116 and 136 constituting the unit pixel of FIG. 7 preferably have different specifications. For example, the first sensing circuit 116 may have a size suitable for use in high sensitivity in a low light environment, and the second sensing circuit 136 may have a size suitable for securing low noise low noise images in a high light environment.

도 10의 로우 드라이버(15)는, 도 7의 제어 신호들(tx1, tx2, rst1, rst2, ad1, ad2)을 인가하고, 도 10의 CDS/ADC 회로(12)는, 도 7의 출력 신호선(SL)으로부터, 검출 신호들을 입력받을 수 있으며, CDS 방식으로 결정된 디지털 영상 신호들을 상기 데이터 버퍼(13)에 저장할 수 있다.The row driver 15 of FIG. 10 applies the control signals tx1, tx2, rst1, rst2, ad1, and ad2 of FIG. 7, and the CDS / ADC circuit 12 of FIG. 10 outputs the output signal line of FIG. 7. From the SL, detection signals may be input and digital image signals determined by the CDS method may be stored in the data buffer 13.

도시한 타이밍 제어 신호 발생기(16)는, 씨모스 이미지 센서를 이용한 촬영이 수행되는 환경 조건을 고려하여, 도 7의 2개의 센싱 회로들(116, 136) 중 하나를 선택할 수 있다. 이 경우, 상기 선택된 센싱 회로에 대해서만 제어 신호들이 활성화될 수 있다.The illustrated timing control signal generator 16 may select one of the two sensing circuits 116 and 136 of FIG. 7 in consideration of an environmental condition in which imaging using the CMOS image sensor is performed. In this case, control signals may be activated only for the selected sensing circuit.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

104 : 단위 픽셀
SL : 출력 신호선
SW1 : 제1 스위치
SW2 : 제2 스위치
104: unit pixel
SL: Output signal line
SW1: first switch
SW2: second switch

Claims (6)

단위 픽셀들의 메트릭스; 및
상기 메트릭스의 열(Column) 별로 마련된 출력 신호선(SL)을 포함하되,
상기 단위 픽셀은,
수광 소자(PD);
제1 노출누적시간 동안 상기 수광 소자에 축적된 전하량을 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 출력 신호선으로 출력하는 제1 센싱 회로(M11, M13, M15, M17);
제2 노출누적시간 동안 상기 수광 소자에 축적된 전하량을 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 출력 신호선으로 출력하는 제2 센싱 회로(M21, M23, M25, M27);
상기 제1 센싱 회로를 위한 아날로그 디지털 컨버터(ADC1) 및 상기 출력 신호선(SL) 사이에 구비된 제1 스위치(SW1); 및
상기 제2 센싱 회로를 위한 아날로그 디지털 컨버터(ADC2) 및 상기 출력 신호선(SL) 사이에 구비된 제2 스위치(SW2)
를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
A matrix of unit pixels; And
Including an output signal line (SL) provided for each column of the matrix,
The unit pixel is,
Light receiving element PD;
First sensing circuits M11, M13, M15, and M17 for converting the amount of charge accumulated in the light receiving element during a first exposure accumulation time into an electrical characteristic that facilitates data processing and outputting the electrical signal to the output signal line;
Second sensing circuits M21, M23, M25, and M27 for converting the amount of charge accumulated in the light receiving element during a second exposure accumulation time into an electrical characteristic that facilitates data processing and outputting the electrical signal to the output signal line;
A first switch SW1 provided between the analog-to-digital converter ADC1 for the first sensing circuit and the output signal line SL; And
The second switch SW2 provided between the analog to digital converter ADC2 for the second sensing circuit and the output signal line SL.
CMOS image sensor comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 센싱 회로 또는 제2 센싱 회로는,
플로팅 디퓨전 영역;
상기 수광소자에 축적된 전하를 상기 플로팅 디퓨젼 영역으로 전달하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터;
상기 플로팅 디퓨전 영역을 리셋하기 위한 리셋 트랜지스터;
상기 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 특성을 검출하기 위한 액티브 트랜지스터; 및
상기 액티브 트랜지스터의 검출 신호를 상기 출력 신호선으로 출력하기 위한 어드레싱 트랜지스터
를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
The method of claim 1,
The first sensing circuit or the second sensing circuit,
Floating diffusion region;
A transfer transistor for transferring charges accumulated in the light receiving element to the floating diffusion region;
A reset transistor for resetting the floating diffusion region;
An active transistor for detecting electrical characteristics of the floating diffusion region; And
An addressing transistor for outputting the detection signal of the active transistor to the output signal line
CMOS image sensor comprising a.
단위 픽셀들의 메트릭스;
상기 메트릭스의 열(Column) 별로 마련된 제1 출력 신호선 및 제2 출력 신호선을 포함하되,
상기 단위 픽셀은,
수광 소자;
제1 노출누적시간 동안 상기 수광소자에 축적된 전하량을 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 제1 출력 신호선으로 출력하는 제1 센싱 회로; 및
제2 노출누적시간 동안 상기 수광소자에 축적된 전하량을 데이터 처리가 용이한 전기적 특성으로 변환하여, 상기 제2 출력 신호선으로 출력하는 제2 센싱 회로
를 포함하되,
상기 제1 노출누적시간이 상기 제2 노출누적시간 보다 앞서며,
상기 제2 노출누적시간의 종료 시점 이전의 제1 시간 구간에서는, 상기 제1 출력 신호선으로 상기 제1 센싱 회로의 상기 축적된 전하량에 의한 신호가 출력되 는 것과, 상기 제2 출력 신호선으로 상기 제2 센싱 회로의 리셋 상태의 신호가 출력되는 것이 동시에 수행되며,
상기 제2 노출누적시간의 종료 시점 이후의 제2 시간 구간에서는,
상기 제1 출력 신호선으로 상기 제1 센싱 회로의 리셋 상태의 신호가 출력되는 것과, 상기 제2 출력 신호선으로 상기 제2 센싱 회로의 상기 축적된 전하량에 의한 신호가 출력되는 것이 동시에 수행되는 씨모스 이미지 센서.
A matrix of unit pixels;
Including a first output signal line and a second output signal line provided for each column of the matrix,
The unit pixel is,
Light receiving element;
A first sensing circuit converting the amount of charge accumulated in the light receiving element during a first exposure accumulation time into an electrical characteristic that facilitates data processing and outputting the electrical characteristic to the first output signal line; And
A second sensing circuit converting the amount of charge accumulated in the light receiving element during a second exposure accumulation time into an electrical characteristic that facilitates data processing and outputting the electrical characteristic to the second output signal line;
Including,
The first exposure accumulation time is earlier than the second exposure accumulation time,
In a first time interval before the end of the second exposure accumulation time, a signal based on the accumulated charge amount of the first sensing circuit is output to the first output signal line, and the second output signal line is output. 2 outputting the signal of the reset state of the sensing circuit is performed at the same time,
In a second time interval after the end of the second exposure accumulation time,
The CMOS image outputs a signal of a reset state of the first sensing circuit to the first output signal line and outputs a signal based on the accumulated charge amount of the second sensing circuit to the second output signal line. sensor.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 센싱 회로 또는 제2 센싱 회로는,
플로팅 디퓨전 영역;
상기 수광 소자에 축적된 전하를 상기 플로팅 디퓨젼 영역으로 전달하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터;
상기 플로팅 디퓨전 영역을 리셋하기 위한 리셋 트랜지스터;
상기 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 특성을 검출하기 위한 액티브 트랜지스터; 및
상기 액티브 트랜지스터의 검출 신호를 상기 제1 출력 신호선 또는 제2 출력 신호선으로 출력하기 위한 어드레싱 트랜지스터
를 포함하는 씨모스 이미지 센서.
The method of claim 3, wherein
The first sensing circuit or the second sensing circuit,
Floating diffusion region;
A transfer transistor for transferring charge accumulated in the light receiving element to the floating diffusion region;
A reset transistor for resetting the floating diffusion region;
An active transistor for detecting electrical characteristics of the floating diffusion region; And
An addressing transistor for outputting the detection signal of the active transistor to the first output signal line or the second output signal line.
CMOS image sensor comprising a.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 센싱 회로 및 제2 센싱 회로에서 출력되는 신호는,
상기 제1 출력 신호선 및 제2 출력 신호선에 동시에 전달되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
The method of claim 3, wherein
The signal output from the first sensing circuit and the second sensing circuit,
And the CMOS image sensor is simultaneously transmitted to the first output signal line and the second output signal line.
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