KR101585978B1

KR101585978B1 - 이미지 센서

Info

Publication number: KR101585978B1
Application number: KR1020140096391A
Authority: KR
Inventors: 심희성; 한용인
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-01-15
Also published as: US20160037112A1; US9456160B2

Abstract

실시 예는 복수의 단위 화소들을 포함하며, 상기 복수의 단위 화소들은 행과 열로 이루어진 매트릭스 형태로 배치되는 화소 어레이, 상기 열에 속하는 단위 화소들 중에서 선택되는 2개 이상의 단위 화소들로부터 출력되는 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 비닝 샘플링 신호를 출력하는 비닝 샘플링부, 및 상기 비닝 샘플링 신호를 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부를 포함하며, 상기 선택되는 2개 이상의 단위 화소들은 노출 시간이 서로 다르다.

Description

이미지 센서{A IMAGE SENSOR}

실시 예는 이미지 센서에 관한 것이다.

이미지 센서, 특히 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지센서는 하나의 프레임이 N×M개의 단위 픽셀들로 구성될 수 있다.

이미지 센서는 데이터 처리 속도를 높일 필요가 있을 경우(예컨대, 동영상 모드), 저해상도 모드를 사용할 수 있다. 저해상도 모드에서는 모든 단위 픽셀들의 출력을 내보내는 것이 아니라 일부 단위 픽셀들의 출력만 내보낼 수 있다. 여기서, 이미지 센서의 저해상도 모드는 서브-샘플링(subsampling) 모드, 및 비닝(binning) 모드를 사용함으로써 구현될 수 있다.

전체 해상도의 1/4 해상도로 이미지 센서를 동작시키기 위하여, 예컨대, 서브-샘플링 모드는 전체 N×M개의 단위 픽셀들 중에서 N/2×M/2개의 단위 픽셀들의 출력만을 내보낼 수 있으며, 비닝 모드는 2개 이상의 동일 색상 단위 픽셀들의 출력들을 합하고, 합한 결과를 하나의 단위 픽셀 출력 값으로 내보낼 수 있다.

비닝 모드에서는 동일 색상 단위 픽셀들의 출력들을 합하기 위하여 동일 색상 단위 픽셀들의 출력들을 저장하기 위하여 별도의 메모리를 필요로 하며, 이로 인하여 이미지 센서의 크기를 증가시킬 수 있다.

실시 예는 아날로그-디지털 변환 이후에 비닝을 위한 별도의 라인 메모리를 필요로 하지 않으며, 아날로그-디지털 변환 속도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하는 것이다.

실시 예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위 화소들을 포함하며, 상기 복수의 단위 화소들은 행과 열로 이루어진 매트릭스(matrix) 형태로 배치되는 화소 어레이; 상기 열에 속하는 단위 화소들 중에서 선택되는 2개 이상의 단위 화소들로부터 출력되는 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 비닝 샘플링 신호를 출력하는 비닝 샘플링부(binning sampling unit); 및 상기 비닝 샘플링 신호를 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부를 포함하며, 상기 선택되는 2개 이상의 단위 화소들은 노출 시간이 서로 다르다.

상기 선택되는 단위 화소의 수는 2개이고, 선택된 2개의 단위 화소들은 동일 색상의 단위 화소일 수 있다.

상기 선택된 2개의 단위 화소들 각각으로부터 출력되는 신호는 리셋 감지 신호, 및 영상 감지 신호이며, 상기 리셋 감지 신호는 리셋된 단위 화소로부터 출력되는 신호이고, 상기 영상 감지 신호는 영상 신호에 상응하여 단위 화소로부터 출력되는 신호일 수 있다.

상기 비닝 샘플링부는 상기 선택된 2개의 단위 화소들로부터 출력되는 리셋 감지 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 제1 비닝 샘플링 신호를 출력하고, 상기 선택된 2개의 단위 화소들로부터 출력되는 영상 감지 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 제2 비닝 샘플링 신호를 출력할 수 있다.

상기 선택된 2개의 단위 화소들의 노출 시간의 비율은 1:3일 수 있다.

상기 비닝 샘플링부는 상기 선택된 2개의 단위 화소들의 리셋 감지 신호들의 평균을 산출하는 제1 평균부; 및 상기 선택된 2개의 단위 화소들의 영상 감지 신호들의 평균을 산출하는 제2 평균부를 포함할 수 있다.

상기 이미지 센서는 상기 열에 속하는 단위 화소들의 출력단들과 연결되는 센싱 라인을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 평균부는 일단에 제1 기준 전압이 제공되는 제1 커패시터; 일단에 상기 제1 기준 전압이 제공되는 제2 커패시터; 상기 제1 커패시터의 타단과 상기 센싱 라인 사이에 연결되는 제1 스위치; 상기 제2 커패시터의 타단과 상기 센싱 라인 사이에 연결되는 제2 스위치; 및 상기 제1 커패시터의 타단과 상기 제2 커패시터의 타단 사이에 연결되는 제3 스위치를 포함할 수 있다.

상기 제1 내지 제3 스위치들의 스위칭에 의하여, 상기 선택된 2개의 단위 화소들 중 어느 하나로부터 출력되는 제1 리셋 감지 신호는 상기 제1 커패시터에 저장되고, 나머지 다른 하나로부터 출력되는 제2 리셋 감지 신호는 상기 제2 커패시터에 저장될 수 있다.

상기 제2 평균부는 일단에 제2 기준 전압이 제공되는 제3 커패시터; 일단에 상기 제2 기준 전압이 제공되는 제4 커패시터; 상기 제3 커패시터의 타단과 상기 센싱 라인 사이에 연결되는 제4 스위치; 상기 제4 커패시터의 타단과 상기 센싱 라인 사이에 연결되는 제5 스위치; 및 상기 제3 커패시터의 타단과 상기 제4 커패시터의 타단 사이에 연결되는 제6 스위치를 포함할 수 있다.

상기 제4 내지 제6 스위치들의 스위칭에 의하여, 상기 선택된 2개의 단위 화소들 중 어느 하나로부터 출력되는 제1 영상 감지 신호는 상기 제3 커패시터에 저장되고, 나머지 다른 하나로부터 출력되는 제2 영상 감지 신호는 상기 제4 커패시터에 저장될 수 있다.

다른 실시 예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위 화소들을 포함하며, 상기 복수의 단위 화소들은 행과 열로 이루어진 매트릭스(matrix) 형태로 배치되는 화소 어레이; 상기 열에 속하는 단위 화소들 중에서 선택되는 2개 이상의 단위 화소들로부터 출력되는 신호들을 증폭하고, 증폭된 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 비닝 샘플링 신호를 출력하는 비닝 샘플링부; 및 상기 비닝 샘플링 신호를 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부를 포함하며, 상기 선택되는 2개 이상의 단위 화소들로부터 출력되는 신호들은 서로 다른 이득으로 증폭될 수 있다.

상기 선택되는 단위 화소의 수는 2개이고, 선택된 2개의 단위 화소들은 동일 색상의 단위 화소이며, 상기 열에 속하는 단위 화소들의 출력단들과 연결되는 센싱 라인을 더 포함할 수 있다.

상기 선택되는 2개의 단위 화소들 각각으로부터 출력되는 신호는 리셋 감지 신호, 및 영상 감지 신호이며, 상기 리셋 감지 신호는 리셋된 단위 화소로부터 출력되는 신호이고, 상기 영상 감지 신호는 영상 신호에 상응하여 단위 화소로부터 출력되는 신호일 수 있다.

상기 비닝 샘플링부는 상기 선택되는 2개의 단위 화소들의 리셋 감지 신호들 및 영상 감지 신호들을 증폭하고, 증폭된 리셋 감지 신호들 및 증폭된 영상 감지 신호들을 출력하는 가변 증폭부; 상기 증폭된 리셋 감지 신호들의 평균을 산출하는 제1 평균부; 및 상기 증폭된 영상 감지 신호들의 평균을 산출하는 제2 평균부를 포함하며, 상기 가변 증폭부는 상기 선택되는 2개의 단위 화소들의 리셋 감지 신호들은 다른 이득으로 증폭하고, 상기 선택되는 2개의 단위 화소들의 영상 감지 신호들을 서로 다른 이득으로 증폭할 수 있다.

상기 제1 평균부 및 상기 제2 평균부는 상술한 실시 예일 수 있다.

상기 가변 증폭부는 상기 선택되는 2개의 단위 화소들 중 어느 하나로부터 상기 센싱 라인을 통하여 제공되는 제1 리셋 감지 신호 및 제1 영상 감지 신호는 제1 이득으로 증폭하고, 상기 선택되는 2개의 단위 화소들 중 나머지 다른 하나로부터 상기 센싱 라인을 통하여 제공되는 제2 리셋 감지 신호 및 제2 영상 감지 신호는 상기 제1 이득과 다른 제2 이득으로 증폭할 수 있다.

실시 예는 아날로그-디지털 변환 이후에 비닝을 위한 별도의 라인 메모리를 필요로 하지 않으며, 아날로그-디지털 변환 속도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 화소 어레이, 비닝 샘플링부, 및 아날로그-디지털 변환부의 일 실시 예를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 비닝 샘플링부의 일 실시 예를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 평균부 및 제2 평균부의 일 실시 예를 나타낸다
도 5는 도 1에 도시된 단위 화소의 구성도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 제1 비닝 샘플링부의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성도이다.
도 8은 도 7에 도시된 제1 비닝 샘플링부의 일 실시 예를 나타낸다.

이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.

도 1은 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성도를 나타내며, 도 2는 도 1에 도시된 화소 어레이(120), 비닝 샘플링부(130), 및 아날로그-디지털 변환부(140)의 일 실시 예를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이미지 센서(100)는 타이밍 컨트롤러(timing controller, 110), 화소 어레이(pixel array, 120), 비닝 샘플링부(binning sampling unit, 130) 및 아날로그 디지털 변환부(Analog-Digital conveter, 140)를 포함한다.

타이밍 컨트롤러(110)는 화소 어레이(120)를 제어하기 위한 제어 신호들(예컨대, 리셋 신호(RX), 전송 신호(TX), 선택 신호(SX)) 및 스위치 제어 신호들(CW1 내지 CW6), 이득 제어 신호(CG), 및 아날로그-디지털 변환부(130)를 제어하기 위한 제어 신호들(SC)을 출력한다.

화소 어레이(120)는 복수의 단위 화소들(unit pixels, P11 내지 Pnm, n,m>1인 자연수)을 포함할 수 있으며, 복수의 단위 화소들(P11 내지 Pnm)은 행(row)과 열(column)로 이루어진 매트릭스(matrix) 형상을 갖도록 배치될 수 있다. 단위 화소들(P11 내지 Pnm) 각각은 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 광전 변환 소자일 수 있다.

화소 어레이(120)는 열에 속하는 단위 화소들(P11 내지 Pn1 ~ P1m 내지 Pnm)의 출력단들과 연결되는 센싱 라인들(101-1 내지 101-m)을 포함할 수 있다.

비닝 샘플링부(130)는 화소 어레이(120)의 각 열에 포함되는 단위 화소들(P11 내지 Pn1 ~ P1m 내지 Pnm) 중에서 선택되는 2개 이상의 단위 화소들의 출력들의 평균을 산출한다. 이때 선택되는 2개 이상의 단위 화소들은 노출 시간이 서로 다를 수 있다. 즉 선택되는 2개 이상의 단위 화소들의 출력은 서로 다른 노출 시간에 따른 출력일 수 있다.

여기서 노출 시간은 단위 화소의 포토 다이오드의 리셋 종료된 시점 이후에 포토 다이오드가 받은 빛에 의하여 생성되는 전하가 단위 화소의 플로팅 확산 영역으로 전송되는 시점까지의 기간일 수 있다.

비닝 샘플링부(130)는 센싱 라인들(101-1 내지 101-m)과 연결되는 제1 내지 제m 비닝 샘플링부들(130-1 내지 130-m, m>1인 자연수)을 포함할 수 있다.

예컨대, 제1 내지 제m 비닝 샘플링부들(130-1 내지 130-m, m>1인 자연수) 각각은 센싱 라인들(101-1 내지 101-m) 중 대응하는 어느 하나와 연결될 수 있다.

예컨대, 제1 내지 제m 비닝 샘플링부들(130-1 내지 130-m, m>1인 자연수) 각각은 센싱 라인들(101-1 내지 101-m) 중 대응하는 어느 하나를 통하여 열에 포함되는 단위 화소들(P11 내지 Pn1 ~ P1m 내지 Pnm) 중에서 선택되는 2개의 단위 화소들의 출력들의 평균을 산출할 수 있다.

비닝을 위하여 선택되는 2개의 단위 화소들은 동일 색상의 단위 화소일 수 있다. 선택되는 2개의 단위 화소들은 블루 픽셀(blue), 레드 픽셀(red pixel), 또는 그린 픽셀(green pixel) 중 어느 하나일 수 있다.

선택된 2개의 단위 화소들 각각으로부터 출력되는 신호는 리셋 감지 신호, 및 영상 감지 신호일 수 있다. 여기서 리셋 감지 신호는 리셋된 단위 화소로부터 출력되는 신호일 수 있다. 영상 감지 신호는 이미지(image) 또는 영상 신호에 상응하여 단위 화소의 포토 다이오드가 전하를 생성하고, 생성된 전하에 기초하여 단위 화소로부터 출력되는 신호일 수 있다.

제1 내지 제m 비닝 샘플링부들(130-1 내지 130-m, m>1인 자연수) 각각은 선택된 2개의 단위 화소들로부터 출력되는 리셋 감지 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 제1 비닝 샘플링 신호(B11 내지 Bm1)를 출력할 수 있다.

또한 제1 내지 제m 비닝 샘플링부들(130-1 내지 130-m, m>1인 자연수) 각각은 선택된 2개의 단위 화소들로부터 출력되는 영상 감지 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 제2 비닝 샘플링 신호(B12 내지 Bm2)를 출력할 수 있다.

제1 내지 제m 비닝 샘플링부들(130-1 내지 130-m, m>1인 자연수) 각각의 구성은 서로 동일할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 제1 비닝 샘플링부(130-1)의 일 실시 예를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 제1 비닝 샘플링부(130-1)는 복수의 센싱 라인들 중 대응하는 어느 하나의 센싱 라인(101-1)과 연결되는 제1 평균부(310) 및 제2 평균부(320)를 포함한다.

제1 평균부(310)는 제1 센싱 라인(101-1)에 연결되는 단위 화소들(P11 내지 Pn1, n>1인 자연수) 중에서 선택되는 2개의 단위 화소들의 리셋 감지 신호들의 평균을 산출할 수 있다.

제2 평균부(320)는 제1 센싱 라인(101-1)에 연결되는 단위 화소들(P11 내지 Pn1, n>1인 자연수) 중에서 선택되는 2개의 단위 화소들의 영상 감지 신호들의 평균을 산출할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 제1 평균부(310) 및 제2 평균부(320)의 일 실시 예를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 제1 평균부(310)는 제1 커패시터(Cr1), 제2 커패시터(Cr2), 및 제1 스위칭부(312)를 포함한다. 제2 평균부(320)는 제3 커패시터(Cs1), 제4 커패시터(Cs2), 및 제2 스위칭부(314)를 포함한다.

제1 커패시터(Cr1)의 일단에는 제1 기준 전압(VREF)이 제공될 수 있다.

제2 커패시터(Cr2)의 일단에는 제1 기준 전압(VREF)이 제공될 수 있다.

제3 커패시터(Cs1)의 일단에는 제2 기준 전압(Ramp)이 제공될 수 있다.

제4 커패시터(Cs2)의 일단에는 제2 기준 전압(Ramp)이 제공될 수 있다.

예컨대, 제1 기준 전압(VREF)은 일정한 값을 갖는 직류 전압일 수 있고, 제2 기준 전압(VREF)은 시간에 따라 전압이 상승 또는 하강하는 램프(ramp) 전압일 수 있다.

제1 스위칭부(312)는 제1 내지 제3 스위치 제어 신호들(CW1 내지 CW3)에 응답하여, 제1 커패시터(Cr1)의 타단, 및 제2 커패시터(Cr2)의 타단 중 어느 하나를 제1 센싱 라인(101-1)에 연결하거나, 또는 제1 커패시터(Cr1)의 타단과 제2 커패시터(Cr2)의 타단을 제1 센싱 라인(101-1)으로부터 분리(disconnect)하고 제1 커패시터(Cr1)의 타단과 제2 커패시터(Cr2)의 타단을 서로 연결할 수 있다.

제2 스위칭부(314)는 제4 내지 제6 스위치 제어 신호들(CW4 내지 CW6)에 응답하여, 제3 커패시터(Cs1)의 타단, 및 제4 커패시터(Cs2)의 타단 중 어느 하나를 제1 센싱 라인(101-1)에 연결하거나, 또는 제3 커패시터(Cs1)의 타단과 제4 커패시터(Cs2)의 타단을 제1 센싱 라인(101-1)으로부터 분리(disconnect)하고 제3 커패시터(Cs1)의 타단과 제4 커패시터(Cs2)의 타단을 서로 연결할 수 있다.

예컨대, 제1 스위칭부(312)는 스위치 제어 신호들(CW1 내지 CW3)에 응답하여 제1 센싱 라인(101-1)에 연결되는 단위 화소들(P11 내지 Pn1, n>1인 자연수) 중에서 선택되는 2개의 단위 화소들 중 어느 하나의 단위 화소(이하 "제1 단위 화소"라 한다)로부터 출력되는 제1 리셋 감지 신호를 제1 커패시터(Cr1)에 저장할 수 있다.

제2 스위칭부(312)는 스위치 제어 신호들(CW4 내지 CW6)에 응답하여 제1 단위 화소로부터 출력되는 제1 영상 감지 신호를 제3 커패시터(Cs1)에 저장할 수 있다.

제1 리셋 감지 신호는 리셋된 제1 단위 화소로부터 출력되는 신호일 수 있고, 제1 영상 감지 신호는 영상 신호에 상응하여 제1 단위 화소로부터 출력되는 신호일 수 있다.

제1 스위칭부(312)는 스위치 제어 신호들(CW1 내지 CW3)에 응답하여 제1 센싱 라인(101-1)에 연결되는 단위 화소들(P11 내지 Pn1, n>1인 자연수) 중에서 선택되는 2개의 단위 화소들 중 나머지 다른 하나(이하 "제2 단위 화소"라 한다)로부터 출력되는 제2 리셋 감지 신호를 제2 커패시터(Cr2)에 저장할 수 있다. 제1 단위 화소와 제2 단위 화소는 서로 다른 행에 위치할 수 있다.

제2 스위칭부(312)는 스위치 제어 신호들(CW4 내지 CW6)에 응답하여 제2 단위 화소로부터 출력되는 제2 영상 감지 신호를 제4 커패시터(Cs2)에 저장할 수 있다.

제2 리셋 감지 신호는 리셋된 제2 단위 화소로부터 출력되는 신호일 수 있고, 제2 영상 감지 신호는 영상 신호에 상응하여 제2 단위 화소로부터 출력되는 신호일 수 있다.

또한 제1 스위칭부(312)는 스위치 제어 신호들(CW1 내지 CW3)에 응답하여 제1 커패시터(Cr1)에 저장되는 제1 리셋 감지 신호와 제2 커패시터(Cr2)에 저장되는 제2 리셋 감지 신호의 평균을 산출하기 위하여 제1 커패시터(Cr1)의 타단과 제2 커패시터(Cr2)의 타단을 연결할 수 있다.

제2 스위칭부(314)는 스위치 제어 신호들(CW4 내지 CW6)에 응답하여, 제3 커패시터(Cs1)에 저장되는 제1 영상 감지 신호와 제4 커패시터(Cs2)에 저장되는 제2 영상 감지 신호의 평균을 산출하기 위하여 제3 커패시터(CS1)의 타단과 제4 커패시터(Cs2)의 타단을 연결할 수 있다.

스위칭 제어 신호들(CW1 내지 CW6)은 타이밍 컨트롤러(110)로부터 제공될 수 있다.

제1 스위칭부(132)는 제1 내지 제3 스위치들(SW1 내지 SW3)을 포함할 수 있다.

제1 스위치(SW1)는 제1 커패시터(Cr1)의 타단과 센싱 라인(101-1) 사이에 연결되며, 제1 스위치 제어 신호(CW1)에 응답하여 스위칭될 수 있다.

제2 스위치(SW2)는 제2 커패시터(Cr2)의 타단과 센싱 라인(101-1) 사이에 연결되며, 제2 스위치 제어 신호(CW1)에 응답하여 스위칭될 수 있다.

제3 스위치(SW3)는 제1 커패시터(Cr1)의 타단과 제2 커패시터(Cr2)의 타단 사이에 연결되며, 제3 스위치 제어 신호(CW3)에 응답하여 스위칭될 수 있다.

제2 스위칭부(134)는 제4 내지 제6 스위치들(SW4 내지 SW6)을 포함할 수 있다.

제4 스위치(SW4)는 제3 커패시터(Cs1)의 타단과 센싱 라인(101-1) 사이에 연결되며, 제4 스위치 제어 신호(CW4)에 응답하여 스위칭될 수 있다.

제5 스위치(SW5)는 제4 커패시터(Cs2)의 타단과 센싱 라인(101-1) 사이에 연결되며, 제5 스위치 제어 신호(CW5)에 응답하여 스위칭될 수 있다.

제6 스위치(SW6)는 제3 커패시터(Cs1)의 타단과 제4 커패시터(Cs2)의 타단 사이에 연결되며, 제6 스위치 제어 신호(CW6)에 응답하여 스위칭될 수 있다.

화소 어레이(120)의 단위 화소들(P11 내지 Pnm) 각각의 구성은 서로 동일할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 단위 화소(P11)의 구성도를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 단위 화소(P11)는 포토다이오드(photodiode, 210), 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor, 220), 리셋 트랜지스터(reset transistor, 230), 드라이버 트랜지스터(driver transistor, 240), 및 셀렉트 트랜지스터(select transistor, 250)를 포함할 수 있다.

포토다이오드(210)는 제1 전원(GND)과 트랜스퍼 트랜지스터(220) 사이에 연결되고, 빛을 흡수하고, 흡수된 빛에 의하여 전하를 발생할 수 있다. 예컨대, 제1 전원(GND)은 그라운드(Ground)일 수 있다.

트랜스퍼 트랜지스터(220)는 플로팅 노드(FD)와 포토다이오드(210) 사이에 연결되고, 타이밍 컨트롤러(110)로부터 인가되는 전송 신호(TX)에 의해서 제어될 수 있다.

트랜스퍼 트랜지스터(220)는 전송 신호(TX)에 응답하여 포토다이오드(210)에 의하여 발생한 전하를 감지 노드(FD)로 전송할 수 있다. 여기서 플로팅 노드(FD)는 플로팅 디퓨젼 영역(floating diffusion region)일 수 있다.

리셋 트랜지스터(230)는 제2 전원(VDD)과 플로팅 노드(FD) 사이에 연결되고, 타이밍 컨트롤러(110)로부터 인가되는 리셋 신호(RX)에 의해서 제어될 수 있다. 리셋 트랜지스터(230)는 리셋 신호(RX)에 응답하여 단위 화소를 초기화(reset)하는 역할을 할 수 있다.

예컨대, 리셋 트랜지스터(230)가 턴 온되면, 플로팅 노드(FD)로 제2 전원(VDD)이 인가되고, 제2 전원의 인가로 인하여 플로팅 노드(FD)의 전하는 제거되어, 플로팅 노드(FD)가 초기화될 수 있다.

드라이버 트랜지스터(240)는 제1 전원(VDD)과 셀렉트 트랜지스터(250)의 일단(예컨대, 소스 또는 드레인) 사이에 연결되고, 게이트는 플로팅 노드(FD)에 연결될 수 있다.

드라이버 트랜지스터(240)는 플로팅 노드(FD)의 전압에 응답하여 제어될 수 있다. 드라이버 트랜지스터(240)는 단위 화소(P11)의 외부에 위치하는 전류원(250)과 함께 소스 팔로워(source follower)를 구성할 수 있으며, 버퍼(buffer)의 역할을 할 수 있다.

셀렉트 트랜지스터(250)는 드라이버 트랜지스터(240)와 단위 화소의 외부에 위치하는 전류원(260) 사이에 연결되고, 타이밍 컨트롤러(110)로부터 인가되는 선택 신호(SX)에 의하여 제어될 수 있다. 셀렉트 트랜지스터(250)는 선택 신호(SX)에 응답하여 행 단위로 화소 어레이(120)의 단위 화소들을 선택할 수 있다.

셀렉트 트랜지스터(250)의 소스는 단위 화소(P11)의 출력 단자(201-1)일 수 있고, 센싱 라인(101-1)과 연결될 수 있으며, 셀렉트 트랜지스터(250)의 출력 단자(201-1)로부터 감지 신호(Va), 예컨대, 리셋 감지 신호, 및 영상 감지 신호가 출력될 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 제1 비닝 샘플링부(130-1)의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.

도 6을 참조하면, 먼저 제1 단위 화소(P11)의 제1 리셋 감지 신호 및 제1 영상 감지 신호의 샘플링을 위한 신호들(RX<0>, TX<0>, SX<0>, CW1, CW4)의 타이밍을 설명한다.

제1 리셋 신호(RX<0>) 및 제1 전송 신호(TX<0>)가 동시에 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이함으로써 제1 단위 화소(P11)의 포토 다이오드(210)에 대한 리셋이 시작될 수 있고, 동시에 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이함으로써 제1 단위 화소(P11)의 포토 다이오드(210)에 대한 리셋이 종료될 수 있다.

제1 단위 화소(P11)의 포토 다이오드(210)에 대한 리셋이 종료되는 제1 시점(t1) 이후 제1 전송 신호(TX<0>)가 제2 레벨(예컨대, 로직 로우(logic low))에서 제1 레벨(예컨대, 로직 하이(logic high))로 천이하는 제2 시점(t2) 이전에, 제1 선택 신호(SX<0>)는 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이(transition)될 수 있다.

또한 제1 선택 신호(SX<0>)는 제1 전송 신호(TX<0>)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이하는 제3 시점(t3) 이후에 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이할 수 있다.

제1 스위치 제어 신호(CW1)는 제1 선택 신호(SX<0>)가 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이하는 제4 시점(t4) 이후에 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이할 수 있고, 제2 시점(t2) 이전에 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이할 수 있다.

또한 제4 스위치 제어 신호(CW4)는 제3 시점(t3) 이후에 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이할 수 있고, 제1 선택 신호(SX<0>)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이하는 제5 시점(t5) 이전에 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이할 수 있다.

제1 단위 화소(P11)의 노출 시간(T1)은 제1 단위 화소(P11)의 포토 다이오드(210)의 리셋 종료 시점(t1) 이후에 포토 다이오드(210)가 받은 빛에 의하여 생성되는 전하가 제1 단위 화소의 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송되는 시점(t2)까지의 기간일 수 있다.

다음으로 제2 단위 화소(P21)의 제2 리셋 감지 신호 및 제2 영상 감지 신호의 샘플링을 위한 신호들(RX<1>, TX<1>, SX<1>, CW2, CW5)의 타이밍을 설명한다.

제2 리셋 신호(RX<1>) 및 제2 전송 신호(TX<1>)가 동시에 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이함으로써 제2 단위 화소(P21)의 포토 다이오드(210)에 대한 리셋이 시작될 수 있고, 동시에 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이함으로써 제2 단위 화소(P21)의 포토 다이오드(210)에 대한 리셋이 종료될 수 있다.

제2 리셋 신호(RX<1>)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이하는 제6 시점(t6)은 제4 시점(t4) 이전일 수 있다.

제2 단위 화소(P21)에 대한 리셋이 종료되는 제6 시점(t6) 이후 제2 전송 신호(TX<1>)가 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이하는 제7 시점(t7) 이전에, 제2 선택 신호(SX<1>)는 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이(transition)할 수 있다.

또한 제2 선택 신호(SX<1>)는 제2 전송 신호(TX<1>)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이하는 제8 시점(t8) 이후에 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이할 수 있다.

제2 스위치 제어 신호(CW2)는 제2 선택 신호(SX<1>)가 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이하는 제8 시점(t8) 이후에 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이할 수 있고, 제7 시점(t7) 이전에 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이할 수 있다.

또한 제5 스위치 제어 신호(CW5)는 제8 시점(t8) 이후에 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이할 수 있고, 제2 선택 신호(SX<1>)가 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이하는 제9 시점(t9) 이전에 제1 레벨에서 제2 레벨로 천이할 수 있다.

제2 단위 화소(P21)의 노출 시간(T2)은 제2 단위 화소(P21)의 포토 다이오드(210)의 리셋 종료 시점(t6) 이후에 포토 다이오드(210)가 받은 빛에 의하여 생성되는 전하가 제2 단위 화소(P21)의 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송되는 시점(t7)까지의 기간일 수 있다.

제1 단위 화소(P11)에 대한 제1 노출 시간(T1)은 제2 단위 화소(P21)에 대한 제2 노출 시간(T2)과 서로 다를 수 있다. 예컨대, 제1 노출 시간(T1)과 제2 노출 시간의 비율은 3:1일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 간의 제1 기간(T1)과 제6 시점(t6)과 제7 시점(t7) 사이의 제2 기간(T2)의 비율은 3:1일 수 있다.

다음으로 제1 및 제2 리셋 감지 신호들의 평균 및 제1 및 제2 영상 감지 신호들의 평균을 산출하기 위한 신호들(CW3, CW6)의 타이밍을 설명한다.

제9 시점(t9) 이후에 제3 스위치 제어 신호(CW3), 및 제4 스위치 제어 신호(CW6) 각각은 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이할 수 있다. 예컨대, 제3 및 제4 스위치 제어 신호들(CW3, CW6)은 제9 시점(t9) 이후에 동시에 제2 레벨에서 제1 레벨로 천이하거나, 또는 순차적으로 천이할 수 있다.

제1 단위 화소(P11) 및 제2 단위 화소(P21)는 노출 시간이 서로 다르기 때문에, 제1 비닝 샘플링부(130-1)는 행 방향으로 가중 평균화된 결과를 산출할 수 있다.

아날로그-디지털 변환부(140)는 비닝 샘플링부(130)로부터 출력되는 아날로그 신호인 비닝 샘플링 신호(B11 내지 Bm1 ~ B12 내지 Bm2)를 디지털 신호로 변환한다.

예컨대, 아날로그-디지털 변환부(140)는 제1 평균부(310)로부터 출력되는 제1 비닝 샘플링 신호(B11 내지 Bm1), 및 제2 평균부(320)로부터 출력되는 제2 비닝 샘플링 신호(B12 내지 Bm2)를 이용하여 디지털 신호를 생성할 수 있다.

예컨대, 아날로그-디지털 변환부(140)는 제1 비닝 샘플링 신호(B11 내지 Bm1) 및 제2 비닝 샘플링 신호(B12 내지 Bm2)를 비교하고, 비교한 결과에 따른 비교 신호를 출력할 수 있으며, 비교 신호에 대하여 카운팅(counting) 동작을 수행하고, 수행된 카운팅 동작에 기초하여 디지털 코드를 생성할 수 있다.

아날로그-디지털 변환부(140)는 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위하여 상관된 더블 샘플링(Correlated Double Sampling, CDS)을 수행할 수 있다.

다만 실시 예는 아날로그-디지털 변환 동작 이전에 비닝을 위하여 2개의 서로 다른 2개의 단위 화소들로부터 출력되는 리셋 감지 신호들, 및 영상 감지 신호들에 대한 평균화를 수행하고, 평균화가 수행된 리셋 감지 신호 및 평균화가 수행된 영상 감지 신호를 이용하여 아날로그-디지털 변환을 수행할 수 있다.

실시 예는 동일 열에 속하는 서로 다른 2개의 단위 화소들 각각의 노출 시간이 서로 달라 함으로써, 단위 화소들로부터 출력되는 리셋 감지 신호들 및 영상 감지 신호들에 비닝을 위한 가중치를 부여할 수 있으며, 비닝 샘플링부(130)에 의하여 가중 평균화를 수행할 수 있다.

실시 예는 아날로그-디지털 변환 이전에 비닝 샘플링부(130)에 의하여 화소 어레이(120)의 동일한 열에 속하는 서로 다른 2개의 단위 화소들의 출력들에 대하여 가중 평균치를 산출하는 수직 가중 비닝(vertically weighted binning)을 수행하기 때문에, 아날로그-디지털 변환 이후에 비닝을 위한 별도의 라인 메모리를 필요로 하지 않는다.

또한 실시 예는 비닝 샘플링부(130)에 의하여 아날로그-디지털 변환 이전에 가중 평균화가 완료되기 때문에, 아날로그-디지털 변환 횟수를 줄일 수 있고, 이로 인하여 아날로그-디지털 변환 속도를 향상시킬 수 있다.

또한 실시 예는 jagged edge가 없고, 다이나믹 레인지(dynamic range)를 향상시킬 수 있다.

도 7은 다른 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성도이고, 도 8은 도 7에 도시된 제1 비닝 샘플링부(130-1')의 일 실시 예를 나타낸다. 도 1 내지 도 4와 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 설명을 간략하게 하거나 생략한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 이미지 센서(100)는 타이밍 컨트롤러(timing controller, 110), 화소 어레이(pixel array, 120), 비닝 샘플링부(130') 및 아날로그 디지털 변환부(140)를 포함한다. 도 7에서 타이밍 컨트롤러(110)의 도시는 생략한다.

도 2에 도시된 실시 예에서는 제1 단위 화소 및 제2 단위 화소의 노출 시간이 서로 다르지만, 도 7에 도시된 실시 예에서는 제1 단위 화소 및 제2 단위 화소의 노출 시간이 동일하다. 즉 도 6의 타이밍도에서 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 간의 제1 노출 시간(T1)과 제6 시점(t6)과 제7 시점(t7) 간의 제2 노출 시간(T2)이 동일할 수 있다.

도 7에 도시된 실시 예에서는 가변 증폭부(330)에 의하여 후술하는 바와 같이 비닝을 위한 가중 평균이 수행될 수 있다.

비닝 샘플링부(130')는 제1 내지 제m 비팅 샘플링부들(130-1' 내지 130-m')을 포함할 수 있다. 제1 내지 제m 비팅 샘플링부들(130-1' 내지 130-m') 각각은 서로 동일할 수 있다.

제1 비닝 샘플링부(130-1')는 복수의 센싱 라인들 중 대응하는 어느 하나에 연결되는 가변 증폭부(330), 제1 평균부(310), 및 제2 평균부(320)를 포함한다.

제1 평균부(310) 및 제2 평균부(320)는 도 2에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 즉 제1 평균부(310)는 제1 스위칭부(312), 제1 및 제2 커패시터들(Cr1,Cr2)을 포함할 수 있고, 제2 평균부(320)는 제2 스위칭부(314), 제3 및 제4 커패시터들(Cs1,Cs2)을 포함할 수 있다.

제1 스위칭부(312)는 제1 내지 제3 스위치들(SW1 내지 SW3)을 포함할 수 있고, 제1 스위칭부(312)는 제1 내지 제3 스위치 제어 신호들(CW1 내지 CW3)에 응답하여, 제1 커패시터(Cr1)의 타단, 및 제2 커패시터(Cr2)의 타단 중 어느 하나를 가변 증폭부(330)의 출력단(332)에 연결하거나, 또는 제1 커패시터(Cr1)의 타단과 제2 커패시터(Cr2)의 타단을 가변 증폭부(330)의 출력단(332)으로부터 분리(disconnect)하고 제1 커패시터(Cr1)의 타단과 제2 커패시터(Cr2)의 타단을 서로 연결할 수 있다.

제2 스위칭부(314)는 제4 내지 제6 스위치들(SW4 내지 SW6)을 포함할 수 있으며, 제2 스위칭부(314)는 제4 내지 제6 스위치 제어 신호들(CW4 내지 CW6)에 응답하여, 제3 커패시터(Cs1)의 타단, 및 제4 커패시터(Cs2)의 타단 중 어느 하나를 가변 증폭부(330)의 출력단(332)에 연결하거나, 또는 제3 커패시터(Cs1)의 타단과 제4 커패시터(Cs2)의 타단을 가변 증폭부(330)의 출력단(332)으로부터 분리(disconnect)하고 제3 커패시터(Cs1)의 타단과 제4 커패시터(Cs2)의 타단을 서로 연결할 수 있다.

가변 증폭부(330)의 입력단(331)은 동일 열에 속하는 복수의 단위 화소들의 출력단들(예컨대, 201-1 내지 201-n)에 연결될 수 있다. 예컨대, 가변 증폭부(330)의 입력단(331)은 센싱 라인들(101-1) 중 대응하는 어느 하나에 연결될 수 있다.

가변 증폭부(330)는 타이밍 컨트롤러(110)로부터 제공되는 이득 제어 신호(CG)에 응답하여, 화소 어레이(120)의 동일 열에 속하는 단위 화소들(P11 내지 Pn1 ~ P1m 내지 Pnm) 중 선택되는 2개 이상의 단위 화소들부터 출력되는 신호들을 서로 다른 이득으로 증폭할 수 있다.

가변 증폭부(330)는 화소 어레이(120)의 열에 속하는 단위 화소들 중 선택되는 2개 이상의 단위 화소들로부터 출력되는 리셋 감지 신호 및 영상 감지 신호를 서로 다른 이득으로 증폭한다. 예컨대, 선택되는 단위 화소의 수는 2개일 수 있고, 선택되는 2개의 단위 화소들은 동일 색상의 단위 화소일 수 있다.

예컨대, 가변 증폭부(330)는 제1 단위 화소로부터 출력되는 제1 리셋 감지 신호 및 제1 영상 감지 신호를 제1 이득으로 증폭할 수 있고, 증폭된 제1 리셋 감지 신호 및 증폭된 제1 영상 감지 신호를 출력할 수 있다.

또한 가변 증폭부(330)는 제2 단위 화소로부터 출력되는 리셋 감지 신호 및 영상 감지 신호를 제2 이득으로 증폭할 수 있고, 증폭된 제2 리셋 감지 신호 및 증폭된 제2 영상 감지 신호를 출력할 수 있다.

제1 이득과 제2 이득은 서로 다를 수 있다. 예컨대, 제1 이득과 제2 이득의 비율은 3:1일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

가변 증폭부(330)는 복수의 개의 이득(A1 내지 Ak)을 갖도록 프로그램 가능한 증폭기일 수 있다.

가변 증폭부(330)는 제1 단위 화소로부터 제1 리셋 감지 신호 및 제1 영상 감지 신호가 제1 센싱 라인(101-1)으로 출력될 때에는 이득을 제1 이득으로 설정할 수 있고, 제2 단위 화소로부터 제2 리셋 감지 신호 및 제2 영상 감지 신호가 제1 센싱 라인(101-1)으로 출력될 때에는 이득을 제2 이득으로 변경할 수 있다.

실시 예는 가변 증폭부(330)의 이득을 가변함으로써, 동일 열에 속하는 서로 다른 단위 화소들의 리셋 감지 신호들 및 영상 감지 신호들에 비닝을 위한 가중치를 부여할 수 있으며, 비닝 샘플링부(130')에 의하여 가중 평균화를 수행할 수 있다.

또한 실시 예는 비닝 샘플링부(130')에 의하여 아날로그-디지털 변환 이전에 가중 평균화가 완료되기 때문에, 비닝을 위한 별도의 라인 메모리를 필요로 하지 않고, 아날로그-디지털 변환 횟수를 줄일 수 있고, 이로 인하여 아날로그-디지털 변환 속도를 향상시킬 수 있다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 타이밍 컨트롤러 120: 화소 어레이
130: 비닝 샘플링부 140: 아날로그 디지털 변환부
210: 포토다이오드 220: 트랜스퍼 트랜지스터
230: 리셋 트랜지스터 240: 드라이버 트랜지스터
250: 샐렉트 트랜지스터 310: 제1 평균부
320: 제2 평균부 330: 가변 증폭부
Cr1, Cr2: 제1 및 제2 커패시터들 Cs1,Cs2: 제3 및 제4 커패시터들.

Claims

복수의 단위 화소들을 포함하며, 상기 복수의 단위 화소들은 행과 열로 이루어진 매트릭스(matrix) 형태로 배치되는 화소 어레이;
상기 열에 속하는 단위 화소들 중에서 선택되는 2개 이상의 단위 화소들로부터 출력되는 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 비닝 샘플링 신호를 출력하는 비닝 샘플링부(binning sampling unit); 및
상기 비닝 샘플링 신호를 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부를 포함하며,
상기 선택되는 2개 이상의 단위 화소들은 노출 시간이 서로 다른 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 선택되는 단위 화소의 수는 2개이고, 선택된 2개의 단위 화소들은 동일 색상의 단위 화소인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제2항에 있어서,
상기 선택된 2개의 단위 화소들 각각으로부터 출력되는 신호는 리셋 감지 신호, 및 영상 감지 신호이며, 상기 리셋 감지 신호는 리셋된 단위 화소로부터 출력되는 신호이고, 상기 영상 감지 신호는 영상 신호에 상응하여 단위 화소로부터 출력되는 신호인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제3항에 있어서, 상기 비닝 샘플링부는,
상기 선택된 2개의 단위 화소들로부터 출력되는 리셋 감지 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 제1 비닝 샘플링 신호를 출력하고, 상기 선택된 2개의 단위 화소들로부터 출력되는 영상 감지 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 제2 비닝 샘플링 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제2항에 있어서,
상기 선택된 2개의 단위 화소들의 노출 시간의 비율은 1:3인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제2항에 있어서, 상기 비닝 샘플링부는,
상기 선택된 2개의 단위 화소들의 리셋 감지 신호들의 평균을 산출하는 제1 평균부; 및
상기 선택된 2개의 단위 화소들의 영상 감지 신호들의 평균을 산출하는 제2 평균부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제6항에 있어서,
상기 열에 속하는 단위 화소들의 출력단들과 연결되는 센싱 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제7항에 있어서, 상기 제1 평균부는,
일단에 제1 기준 전압이 제공되는 제1 커패시터;
일단에 상기 제1 기준 전압이 제공되는 제2 커패시터;
상기 제1 커패시터의 타단과 상기 센싱 라인 사이에 연결되는 제1 스위치;
상기 제2 커패시터의 타단과 상기 센싱 라인 사이에 연결되는 제2 스위치; 및
상기 제1 커패시터의 타단과 상기 제2 커패시터의 타단 사이에 연결되는 제3 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제8항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 스위치들의 스위칭에 의하여, 상기 선택된 2개의 단위 화소들 중 어느 하나로부터 출력되는 제1 리셋 감지 신호는 상기 제1 커패시터에 저장되고, 나머지 다른 하나로부터 출력되는 제2 리셋 감지 신호는 상기 제2 커패시터에 저장되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제7항에 있어서, 상기 제2 평균부는,
일단에 제2 기준 전압이 제공되는 제3 커패시터;
일단에 상기 제2 기준 전압이 제공되는 제4 커패시터;
상기 제3 커패시터의 타단과 상기 센싱 라인 사이에 연결되는 제4 스위치;
상기 제4 커패시터의 타단과 상기 센싱 라인 사이에 연결되는 제5 스위치; 및
상기 제3 커패시터의 타단과 상기 제4 커패시터의 타단 사이에 연결되는 제6 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제10항에 있어서,
상기 제4 내지 제6 스위치들의 스위칭에 의하여, 상기 선택된 2개의 단위 화소들 중 어느 하나로부터 출력되는 제1 영상 감지 신호는 상기 제3 커패시터에 저장되고, 나머지 다른 하나로부터 출력되는 제2 영상 감지 신호는 상기 제4 커패시터에 저장되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
복수의 단위 화소들을 포함하며, 상기 복수의 단위 화소들은 행과 열로 이루어진 매트릭스(matrix) 형태로 배치되는 화소 어레이;
상기 열에 속하는 단위 화소들 중에서 선택되는 2개 이상의 동일 색상의 단위 화소들로부터 출력되는 리셋 감지 신호들 및 영상 감지 신호들을 증폭하고, 증폭된 리셋 감지 신호들의 평균 및 증폭된 영상 감지 신호들의 평균을 산출한 결과에 따른 비닝 샘플링 신호를 출력하는 비닝 샘플링부;
상기 비닝 샘플링 신호를 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부를 포함하며,
상기 비닝 샘플링부는,
상기 리셋 감지 신호들을 서로 다른 이득으로 증폭하고, 상기 영상 감지 신호들을 서로 다른 이득으로 증폭하며,
상기 리셋 감지 신호는 리셋된 단위 화소로부터 출력되는 신호이고, 상기 영상 감지 신호는 영상 신호에 상응하여 단위 화소로부터 출력되는 신호인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제12항에 있어서,
상기 비닝 샘플링부에 의하여 선택되는 단위 화소들의 수는 2개이고,
상기 열에 속하는 단위 화소들의 출력단들과 연결되는 센싱 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제12항에 있어서,
상기 동일 색상의 단위 화소들은 블루 픽셀(blue), 레드 픽셀(red pixel), 또는 그린 픽셀(green pixel) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제13항에 있어서, 상기 비닝 샘플링부는,
상기 리셋 감지 신호들 및 상기 영상 감지 신호들을 증폭하고, 증폭된 리셋 감지 신호들 및 증폭된 영상 감지 신호들을 출력하는 가변 증폭부;
상기 증폭된 리셋 감지 신호들의 평균을 산출하는 제1 평균부; 및
상기 증폭된 영상 감지 신호들의 평균을 산출하는 제2 평균부를 포함하며,
상기 가변 증폭부는
상기 리셋 감지 신호들을 서로 다른 이득으로 증폭하고, 상기 영상 감지 신호들을 서로 다른 이득으로 증폭하는 이미지 센서.
제15항에 있어서,
상기 제1 평균부는,
일단에 제1 기준 전압이 제공되는 제1 커패시터;
일단에 상기 제1 기준 전압이 제공되는 제2 커패시터; 및
상기 제1 커패시터의 타단 및 상기 제2 커패시터의 타단 중 어느 하나를 상기 가변 증폭부의 출력단에 연결하거나, 또는 상기 제1 커패시터의 타단과 상기 제2 커패시터의 타단을 상기 가변 증폭부의 출력단으로부터 분리하고 상기 제1 커패시터의 타단과 상기 제2 커패시터의 타단을 서로 연결하는 제1 스위칭부를 포함하며,
상기 제2 평균부는,
일단에 제2 기준 전압이 제공되는 제3 커패시터;
일단에 상기 제2 기준 전압이 제공되는 제4 커패시터; 및
상기 제3 커패시터의 타단 및 상기 제4 커패시터의 타단 중 어느 하나를 상기 가변 증폭부의 출력단에 연결하거나, 또는 상기 제3 커패시터의 타단과 상기 제4 커패시터의 타단을 상기 가변 증폭부의 출력단으로부터 분리하고 상기 제3 커패시터의 타단과 상기 제4 커패시터의 타단을 서로 연결하는 제2 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제15항에 있어서, 상기 가변 증폭부는,
상기 선택되는 2개의 단위 화소들 중 어느 하나로부터 상기 센싱 라인을 통하여 제공되는 제1 리셋 감지 신호 및 제1 영상 감지 신호는 제1 이득으로 증폭하고,
상기 선택되는 2개의 단위 화소들 중 나머지 다른 하나로부터 상기 센싱 라인을 통하여 제공되는 제2 리셋 감지 신호 및 제2 영상 감지 신호는 상기 제1 이득과 다른 제2 이득으로 증폭하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.