KR102210513B1 - 커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치 - Google Patents

커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102210513B1
KR102210513B1 KR1020140178101A KR20140178101A KR102210513B1 KR 102210513 B1 KR102210513 B1 KR 102210513B1 KR 1020140178101 A KR1020140178101 A KR 1020140178101A KR 20140178101 A KR20140178101 A KR 20140178101A KR 102210513 B1 KR102210513 B1 KR 102210513B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
color pixels
color
pixel
pixels
output
Prior art date
Application number
KR1020140178101A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160070975A (ko
Inventor
고경민
김주하
윤재철
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020140178101A priority Critical patent/KR102210513B1/ko
Priority to US14/965,891 priority patent/US10200645B2/en
Publication of KR20160070975A publication Critical patent/KR20160070975A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102210513B1 publication Critical patent/KR102210513B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H04N23/11—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths for generating image signals from visible and infrared light wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/84—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals
    • H04N23/86—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals for controlling the colour saturation of colour signals, e.g. automatic chroma control circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

이미지 센서가 개시된다. 상기 이미지 센서는 컬러 픽셀들과, 제어 신호에 응답하여 상기 컬러 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들만으로부터 출력된 컬러 신호들을 동시에 출력하는 스위치 회로와, 상기 컬러 신호들 각각과 기준 신호를 비교하고, 비교 결과에 상응하는 비교 신호들 각각을 출력하는 비교 회로를 포함한다. 상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 종류의 상기 컬러 신호들을 출력하는 동일한 종류의 컬러 픽셀들 또는 동일한 노출 시간을 갖는 컬러 픽셀들이다.

Description

커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치 {IMAGE SENSOR FOR PERFORMING COUPLING-FREE READOUT, AND DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 인접하는 아날로그-디지털 변환기들 사이에 존재하는 기생 커패시턴스에 의한 커플링 효과를 억제할 수 있는 커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치에 관한 것이다.
CMOS(complementary metal-oxide semiconductor(CMOS)) 이미지 센서는 CMOS 공정을 이용하여 제조되는 고체(solid state) 이미지 촬영 소자이다.
CMOS 이미지 센서는 고전압 아날로그 회로를 포함하는 CCD 이미지 센서에 비해 제조 단가가 낮고 픽셀(pixel)의 크기가 작아서 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 또한, CMOS 이미지 센서의 성능이 향상되면서, 상기 CMOS 이미지 센서는 스마트폰 또는 디지털 카메라 등과 같은 휴대용 기기를 비롯한 가전 제품에 널리 사용되고 있다.
CMOS 이미지 센서에 포함된 픽셀 어레이(pixel array)는 픽셀마다 광전 변환 소자를 포함한다. 상기 광전 변환 소자는 입사광의 양에 따라 가변되는 전기 신호를 생성하고, CMOS 이미지 센서는 상기 전기 신호를 처리하여 이미지를 생성할 수 있다.
CMOS 이미지 센서의 아날로그-디지털 변환 방법으로서, 싱글-슬로프 아날로그 디지털 변환(single-slope analog digital converting) 방법이 널리 사용된다. 싱글-슬로프 아날로그 디지털 변환 방법은 일정한 방향으로 시간에 따라 단조롭게 변하는 램프(ramp) 신호와 일정한 전압 레벨을 갖는 픽셀 신호를 서로 비교하고, 비교의 결과에 따라 상기 램프 신호의 전압 레벨과 상기 픽셀 신호의 전압 레벨이 같아지는 시간(또는 시점)을 디지털 신호로 변환한다.
CMOS 이미지 센서는 픽셀들로부터 출력된 아날로그 픽셀 신호들을 디지털 신호들로 변환할 수 있는 아날로그-디지털 변환기들을 포함한다. 인접하는 아날로그-디지털 변환기들 사이에 존재하는 기생 커패시턴스에 의해, 상기 인접하는 아날로그-디지털 변환기들 사이에는 커플링 효과가 발생한다. 특히, 인접하는 픽셀들로부터 출력된 픽셀 신호들 사이의 차이가 클수록 증가하는 커플링 효과에 의해 아날로그-디지털 변환기들 각각의 비선형성(non-linearity)은 증가한다. 상기 비선형성은 아날로그-디지털 변환기의 에러들의 소스들(sources of errors)중의 하나이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 아날로그-디지털 변환기의 비선형상을 억제하기 위해 커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 컬러 픽셀들과, 제어 신호에 응답하여, 상기 컬러 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들만으로부터 출력된 컬러 신호들을 동시에 출력하는 스위치 회로와, 상기 컬러 신호들 각각과 기준 신호를 비교하고, 비교 결과에 상응하는 비교 신호들 각각을 출력하는 비교 회로를 포함한다.
실시 예에 따라, 상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 종류의 상기 컬러 신호들을 출력하는 동일한 종류의 컬러 픽셀들일 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 노출 시간을 갖는 컬러 픽셀들일 수 있다.
상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 서로 인접하지 않는 로우들에 배치될 수 있다.
상기 컬러 픽셀들은 홀수 번째 로우마다 배치된, 제1컬러 픽셀들과 제2컬러 픽셀들과, 짝수 번째 로우마다 배치된, 제3컬러 픽셀들과 제4컬러 픽셀들을 포함하고, 상기 스위치 회로는, 상기 제어 신호에 응답하여, 상기 제1컬러 픽셀들, 상기 제2컬러 픽셀들, 상기 제3컬러 픽셀들, 또는 상기 제4픽셀들로부터 출력된 상기 컬러 신호들을 동시에 상기 비교 회로로 출력할 수 있다.
상기 제1컬러 픽셀들 각각과 상기 제4컬러 픽셀들 각각은 대각선으로 배치될 수 있다.
상기 제2컬러 픽셀들 각각은 레드 컬러 픽셀이고, 상기 제3컬러 픽셀들 각각은 블루 컬러 픽셀이고, 상기 제1컬러 픽셀들 각각과 상기 제4컬러 픽셀들 각각은 그린 컬러 픽셀이다.
상기 제1컬러 픽셀들 중에서 어느 하나와 상기 제3컬러 픽셀들 중에서 어느 하나는 제1컬럼 라인을 공유하고, 상기 제2컬러 픽셀들 중에서 어느 하나와 상기 제4컬러 픽셀들 중에서 어느 하나는 제2컬럼 라인을 공유한다.
상기 스위치 회로는, 상기 제어 신호에 응답하여, 상기 제1컬럼 라인의 출력 신호와 상기 제2컬럼 라인의 출력 신호 중에서 어느 하나를 출력하는 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 모바일 컴퓨팅 장치는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서의 작동을 제어하는 애플리케이션 프로세서를 포함한다. 상기 이미지 센서는 컬러 픽셀들과, 제어 신호에 응답하여, 상기 컬러 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들만으로부터 출력된 컬러 신호들을 동시에 출력하는 스위치 회로와, 상기 컬러 신호들 각각과 기준 신호를 비교하고, 비교 결과에 상응하는 비교 신호들 각각을 출력하는 비교 회로를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 종류의 상기 컬러 신호들을 출력하는 동일한 종류의 컬러 픽셀들일 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 노출 시간을 갖는 컬러 픽셀들일 수 있다.
상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 서로 인접하지 않는다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 작동 방법은 제어 신호에 응답하여 작동하는 스위치 회로를 이용하여, 컬러 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들만으로부터 출력된 컬러 신호들을 동시에 출력하는 단계와, 비교 회로를 이용하여, 상기 컬러 신호들 각각과 기준 신호를 비교하고 비교 결과에 상응하는 비교 신호들 각각을 출력하는 단계를 포함한다.
상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 종류의 상기 컬러 신호들을 출력하는 동일한 종류의 컬러 픽셀들 또는 동일한 노출 시간을 갖는 컬러 픽셀들이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 로우 제어와 컬럼 제어를 통해 복수의 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들로부터 출력된 픽셀 신호들을 동시에 아날로그-디지털 변환할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 상기 비교기들 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 컬러 픽셀의 회로도의 실시 예이다.
도 3은 도 1에 도시된 컬러 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들에 대한 리드아웃 작동을 개념적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 컬러 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들에 대한 리드아웃 작동을 개념적으로 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 이미지 센서의 작동을 설명하는 플로우 차트이다.
도 7은 도 4에 도시된 이미지 센서의 작동을 설명하는 플로우 차트이다.
도 8은 도 1 또는 도 4에 도시된 이미지 센서를 포함하는 컴퓨팅 장치의 일 실시 예에 대한 블록도이다.
도 9는 도 1 또는 도 4에 도시된 이미지 센서를 포함하는 컴퓨팅 장치의 다른 실시 예에 대한 블록도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
본 명세서에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 종류의 컬러 신호들을 출력하는 동일한 종류의 컬러 픽셀들을 의미할 수 있고, 동일한 노출 시간(예컨대, 상대적으로 긴-노출 시간 또는 상대적으로 짧은-노출 시간)을 갖는 컬러 픽셀들을 의미할 수 있다. 실시 예들에 따라, 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 종류의 컬러 픽셀들이면서 동일한 노출 시간을 갖는 컬러 픽셀들을 의미할 수 있다.
본 명세서에 도시된 컬러 픽셀들의 배열은 설명의 편의를 위해 도시된 것으로서 상기 배열은 실시 예들에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 이미지 센서(100A)는 픽셀 어레이(110A), 로우 컨트롤러(120), 스위치 회로(130), 램프 신호 생성기(140), 비교 회로(150), 타이밍 생성기(160), 데이터버스 어레이(170), 및 감지 증폭기(180)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100A)는 수광 표면(light receiving surface)이 기판 (substrate)의 전면(front side)인지 또는 상기 기판의 후면(back side)인지에 따라 FSI(front side illumination) 이미지 센서 또는 BSI(back side illumination) 이미지 센서로 구현될 수 있다.
픽셀 어레이(110A)는 액티브 픽셀 센서(active pixel sensor(APS)) 어레이를 의미할 수 있다. 픽셀 어레이(110A)는 서로 다른 종류의 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 및 Gb)를 포함할 수 있다. 각 컬러 픽셀(Gr, R, B, 및 Gb)은 APS를 의미할 수 있다. 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 및 Gb)은 베이어(Bayer) 패턴을 의미할 수 있고, 상기 베이어 패턴은 픽셀 어레이(110A)에서 반복적으로 배치될 수 있다. 실시 예에 따라 서로 다른 종류의 컬러 픽셀들은 시안 컬러 픽셀, 옐로우 컬러 픽셀, 마젠타 컬러 픽셀, 및/또는 화이트 컬러 픽셀을 포함할 수 있다.
R은, 가시광 영역 중에서 레드(red) 영역의 파장들에 응답하여, 레드 컬러 신호에 상응하는 픽셀 신호(또는 전하들)를 생성할 수 있는 레드 컬러 픽셀을 의미한다. Gr 및 Gb 각각은, 가시광 영역 중에서 그린(green) 영역의 파장들에 응답하여, 그린 컬러 신호에 상응하는 픽셀 신호(또는 전하들)를 생성할 수 있는 그린 컬러 픽셀을 의미한다. B는, 가시광 영역 중에서 블루(blue) 영역의 파장들에 응답하여, 블루 컬러 신호에 상응하는 픽셀 신호(또는 전하들)를 생성할 수 있는 블루 컬러 픽셀을 의미한다.
홀수 번째 로우(row)마다 그린 컬러 픽셀들(Gr)과 레드 컬러 픽셀들(R)이 배치될 수 있다. 짝수 번째 로우마다 블루 컬러 픽셀들(B)과 그린 컬러 픽셀들(Gb)이 배치될 수 있다. 그린 컬러 픽셀(Gr)과 그린 컬러 픽셀(Gb) 각각의 구조와 작동은 실질적으로 동일 또는 유사하다. 실시 예들에 따라, 그린 컬러 픽셀(Gr)과 그린 컬러 픽셀(Gb)은 대각선으로 배치될 수 있다.
도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 동일한 특성을 갖는 픽셀들, 예컨대 동일한 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 또는 Gb)은 서로 이웃하게 배치되지 않으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 동일한 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 또는 Gb)은 서로 이웃하지 않는 로우들에 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 제1패턴에 포함된 픽셀들(Gr과 B)은 제1컬럼 라인을 공유하고, 상기 제1패턴에 포함된 픽셀들(R과 Gb)은 제2컬럼 라인을 공유한다. 스위치(131)는, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 상기 제1컬럼 라인으로부터 출력된 픽셀 신호 또는 상기 제2컬럼 라인으로부터 출력된 픽셀 신호를 대응되는 비교기(151)로 출력할 수 있다.
각 로우마다 각 컬러 픽셀(Gr, R, B, 및 Gb)의 작동을 제어하기 위한 제어 라인들(112)이 배치된다.
로우 컨트롤러(120)는, 타이밍 생성기(160)의 제어에 따라, 각 로우에 배치된 컬러 픽셀들 각각의 작동을 제어할 수 있다. 로우 컨트롤러(120)는 로우 드라이버를 의미할 수 있다.
스위치 회로(130)는, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 픽셀 어레이(110A)에 포함된 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 및 Gb) 중에서 동일한 종류의 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 또는 Gb)만으로부터 출력된 동일한 종류의 컬러 신호들을 동시에 출력할 수 있다.
스위치 회로(130)는 복수의 스위치들(131)을 포함할 수 있다. 각 스위치 (131)는 제어 신호(CTR)에 응답하여 작동하는 선택 회로 또는 제어 신호(CTR)에 응답하여 작동하는 멀티플렉서를 구현될 수 있다. 실시 예들에 따라, 제어 신호(CTR)는 하나 또는 그 이상의 제어 신호들을 포함할 수 있다.
각 스위치(131)는, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 제1컬럼 라인과 제2컬럼 라인 중에서 어느 하나로부터 출력된 픽셀 신호를 각 비교기(151)로 출력할 수 있다.
기준 신호 생성기(140)는, 타이밍 생성기(140)의 제어에 따라, 기준 신호(VRAMP)의 생성 타이밍을 제어할 수 있다. 실시 예에 따라, 기준 신호 생성기(140)는 램프 신호 생성기로 구현될 수 있고, 상기 램프 신호 생성기는 램프 신호(VRAMP)를 생성할 수 있다.
비교 회로(150)는 동일한 특성을 갖는 컬러 신호들(예컨대, 동일한 종류의 컬러 신호들) 각각과 기준 신호(VRAMP)를 비교하고, 비교 결과에 상응하는 비교 신호들(VC1~VC4) 각각을 출력할 수 있다.
비교 회로(150)는 복수의 비교기들(151)을 포함하고, 각 비교기(151)는 각 스위치(131)로부터 출력된 각 픽셀 신호(COL1~COL4)와 기준 신호(VRAMP)를 비교하고, 비교 결과에 상응하는 각 비교 신호(VC1~VC4)를 출력할 수 있다.
비교 회로(150)는 아날로그-디지털 변환 회로의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 비교 회로(150)는, 기준 신호(VRAMP)에 응답하여, 각 픽셀 신호(COL1~COL4)를 각 디지털 신호로 변환할 수 있다. 각 비교기(151)는 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter)의 기능을 수행할 수 있다.
타이밍 생성기(160)는, 외부로부터 입력된 제어 신호들에 응답하여, 로우 컨트롤러(120), 스위치 회로(130), 기준 신호 생성기(140), 및/또는 데이터버스 어레이(170)의 작동을 제어할 수 있는 제어 신호들을 생성할 수 있다.
데이터버스 어레이(170)는 각 비교 신호(VC1~VC4)에 해당하는 디지털 신호들을 생성할 수 있다. 예컨대, 데이터버스 어레이(170)는, 클락 신호와 각 비교 신호 (VC1~VC4)에 기초하여, 각 픽셀 신호(COL1~COL4)에 해당하는 디지털 신호들을 생성할 수 있다.
실시 예에 따라, 데이터버스 어레이(170)는 복수의 카운터들(미도시)과 복수의 메모리들(미도시)을 포함할 수 있다. 제1카운터는 클락 신호와 제1비교 신호 (VC1)에 응답하여 제1픽셀 신호(COL1)에 해당하는 제1디지털 신호들을 생성하고, 제1메모리는 상기 제1디지털 신호들을 저장할 수 있다. 메모리는 래치들 또는 플립-플롭들로 구현될 수 있다.
제2카운터는 클락 신호와 제2비교 신호(VC2)에 응답하여 제2픽셀 신호(COL2)에 해당하는 제2디지털 신호들을 생성하고, 제2메모리는 상기 제2디지털 신호들을 저장할 수 있다. 복수의 카운터들 각각의 작동은 상기 제1카운터의 작동과 실실적으로 동일 또는 유사하다. 복수의 메모리들 각각의 작동은 상기 제1메모리의 작동과 실질적으로 동일 또는 유사하다.
감지 증폭기(180)는 데이터버스 어레이(170)로부터 출력되는 디지털 신호들을 감지하고 증폭할 수 있다. 감지 증폭기(180)는 하나 또는 그 이상의 감지 증폭기들을 의미할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 컬러 픽셀의 회로도의 실시 예이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 및 Gb) 각각의 구조와 작동은 실질적으로 동일 또는 유사하다. 컬러 픽셀(111)은 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 및 Gb) 중에서 어느 하나를 의미할 수 있다.
컬러 픽셀(111)은 하나의 광전 변환 소자(PD)와 4개의 트랜지스터들(TX, RX, SF, 및 SX)을 포함할 수 있다. 실시 예들에 따라, 컬러 픽셀(111)은 하나의 광전 변환 소자(PD)와 N개의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 이때, N은 3 또는 5일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
광전 변환 소자(PD)는 포토다이오드, 포토트랜지스터, 포토게이트 (photogate) 또는 핀드 포토다이오드(pinned photodiode)로 구현될 수 있다.
광전 변환 소자(PD)는 필터를 통해 입사된 광에 응답하여 전하들(예컨대, 전자들 및/또는 홀들)을 생성할 수 있다. 상기 필터는 레드 컬러 필터, 그린 컬러 필터, 또는 블루 컬러 필터를 의미할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
전송 트랜지스터(TX)는, 전송 제어 신호(TG)에 응답하여, 광전 변환 소자 (PD)에 의해 생성된 전하들을 플로팅 디퓨전 영역(floating diffusion region; FD)으로 전송할 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는, 리셋 신호(RS)에 응답하여, 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 리셋할 수 있다. Vpix는 작동 전압을 의미할 수 있고, VSS는 접지 전압을 의미할 수 있다.
소스 팔로워(SF)는, 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하들에 상응하는 전압에 응답하여, 소스 팔로윙(source following) 작동을 수행할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)는, 선택 신호(SEL)에 응답하여, 소스 팔로워(SF)로부터 출력된 신호를 픽셀 신호(OUT)로서 해당하는 컬럼 라인으로 출력할 수 있다.
제어 신호들(TG, RS, 및 SEL) 각각의 활성화 타이밍 또는 비활성화 타이밍은 타이밍 생성기(160)에 의해 제어되는 로우 컨트롤러(120)에 의해 제어될 수 있다. 활성화는 로우 레벨과 하이 레벨 중에서 어느 하나로부터 상기 로우 레벨과 상기 하이 레벨 중에서 다른 하나로 천이하는 것을 의미하고, 상기 비활성화는 상기 활성화와 반대일 수 있다.
제어 신호들(TG, RS, 및 SEL)은 제어 라인들(112)을 통해 컬러 픽셀(111)로 전송될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 컬러 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들에 대한 리드아웃 작동을 개념적으로 나타낸다. 도 1과 도 3에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 종류의 컬러 신호들을 출력하는 동일한 종류의 컬러 픽셀들을 의미할 수 있다.
도 1부터 도 3을 참조하면, 제1시점((1))에서, 로우 컨트롤러(120)는 홀수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(Gr과 R)을 활성화시킨다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 그린 컬러 픽셀들(Gr)로부터 출력된 그린 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로(150)에 포함된 비교기들(151)은 그린 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다.
따라서, 이미지 센서(100A)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
제2시점((2))에서, 로우 컨트롤러(120)는 홀수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(Gr과 R)을 활성화시킨다. 실시 예에 따라, 제1시점((1))으로부터 제2시점 ((2))까지, 홀수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(Gr과 R)에 대한 활성화는 유지될 수 있다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 레드 컬러 픽셀들(R)로부터 출력된 레드 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로(150)에 포함된 비교기들(151)은 레드 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100A)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
제3시점((3))에서, 로우 컨트롤러(120)는 짝수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(B와 Gb)을 활성화시킨다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 블루 컬러 픽셀들(B)로부터 출력된 블루 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로(150)에 포함된 비교기들(151)은 블루 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100A)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
제4시점((4))에서, 로우 컨트롤러(120)는 짝수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(B와 Gb)을 활성화시킨다. 제3시점((3))으로부터 제4시점((4))까지, 짝수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(B와 Gb)을 활성화는 유지될 수 있다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 그린 컬러 픽셀들(Gb)로부터 출력된 블루 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로(150)에 포함된 비교기들(151)은 그린 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100A)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 회로(130)는 각 시점마다 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들(예컨대, 동일한 컬러 픽셀들)로부터 출력된 컬러 픽셀 신호들을 동시에 비교 회로(150)로 출력할 수 있고, 비교 회로(150)는 각 픽셀 신호 (COL1~COL4)를 동시에 처리할 수 있다. 본 명세서에서 동시는 시간적으로 완전한 동시뿐만 아니라 설계 오차 범위에서 허용되는 실질적 동시를 의미한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 센서의 블록도이다. 도 4를 참조하면, 이미지 센서(100B)는 픽셀 어레이(110B), 로우 컨트롤러(120), 스위치 회로(130), 램프 신호 생성기(140), 비교 회로(150), 타이밍 생성기(160), 데이터버스 어레이(170), 및 감지 증폭기(180)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100B)는 FSI 이미지 센서 또는 BSI 이미지 센서로 구현될 수 있다.
픽셀 어레이(110B)는 APS 어레이를 의미할 수 있다. 픽셀 어레이(110B)는 서로 다른 종류의 컬러 픽셀들(Gr, R, B, Gb, gr, r, b, 및 gb)을 포함할 수 있다. 각 컬러 픽셀(Gr, R, B, Gb, gr, r, b, 및 gb)은 APS를 의미할 수 있다. 이때, 이미지 센서(100B)는 광역 동적 범위(wide dynamic range(WDR)) 모드에서 작동할 수 있다.
R과 r은, 가시광 영역 중에서 레드 영역의 파장들에 응답하여, 레드 컬러 신호에 상응하는 픽셀 신호(또는 전하들)를 생성할 수 있는 레드 컬러 픽셀을 의미한다. Gr, gr, Gb, 및 gb 각각은, 가시광 영역 중에서 그린 영역의 파장들에 응답하여, 그린 컬러 신호에 상응하는 픽셀 신호(또는 전하들)를 생성할 수 있는 그린 컬러 픽셀을 의미한다. B와 b는, 가시광 영역 중에서 블루 영역의 파장들에 응답하여, 블루 컬러 신호에 상응하는 픽셀 신호(또는 전하들)를 생성할 수 있는 블루 컬러 픽셀을 의미한다.
픽셀들(Gr, R, B, 및 Gb) 각각은 상대적으로 긴-노출 시간(relatively long-exposure time)으로 제어되는 픽셀을 의미하고, 픽셀들(gr, r, b, 및 gb) 각각은 상대적으로 짧은-노출 시간(relatively short-exposure time)으로 제어되는 픽셀을 의미한다. 예컨대, 픽셀들(Gr, R, B, 및 Gb)에 대한 노출 시간을 동일할 수 있고, 픽셀들(gr, r, b, 및 gb)에 대한 노출 시간을 동일할 수 있다.
각 픽셀(Gr, R, B, Gb, gr, r, b, 및 gb)에 대한 노출 시간은 타이밍 생성기(160)에 의해 제어되는 로우 컨트롤러(120)에 의해 제어될 수 있다. 노출 시간은 각 컬러 픽셀(111)에 포함된 광전 변환 소자(PD)의 집적 시간(integration time)을 의미할 수 있다. 상기 노출 시간 또는 상기 집적 시간은 각 컬러 픽셀(111)에 포함된 전송 게이트(TG)로 입력되는 전송 제어 신호(TG)의 활성화 타이밍 및/또는 비활성화 타이밍에 의해 제어될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 컬러 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들에 대한 리드아웃 작동을 개념적으로 나타낸다. 도 4와 도 5에서, 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 컬러 픽셀들이면서 동일한 노출 시간(예컨대, 상대적으로 긴-노출 시간 또는 상대적으로 짧은-노출 시간)을 갖는 컬러 픽셀들을 의미할 수 있다.
도 1, 도 2, 도 4, 및 도 5를 참조하면, 제1시점 ((1))에서, 로우 컨트롤러(120)는 홀수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(gr, r, Gr, 및 R)을 활성화시킨다.
본 명세서에서 컬러 픽셀에 대한 활성화는 상기 컬러 픽셀이, 로우 컨트롤러 (120)로부터 출력된 제어 신호들에 응답하여, 픽셀 신호를 출력하는 상태 또는 출력할 수 있는 상태를 의미할 수 있다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 각각이 짧은-노출 시간을 갖는 그린 컬러 픽셀들(gr)로부터 출력된 그린 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로 (150)에 포함된 비교기들(151)은 그린 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100B)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
제2시점((2))에서, 로우 컨트롤러(120)는 홀수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(gr, r, Gr, 및 R)을 활성화시킨다. 실시 예에 따라, 제1시점((1))으로부터 제2시점((2))까지, 홀수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(gr, r, Gr, 및 R)에 대한 활성화는 유지될 수 있다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 각각이 짧은-노출 시간을 갖는 레드 컬러 픽셀들(r)로부터 출력된 레드 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로 (150)에 포함된 비교기들(151)은 레드 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100B)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
제3시점((3))에서, 로우 컨트롤러(120)는 짝수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(b, gb, B, 및 Gb)을 활성화시킨다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 각각이 짧은-노출 시간을 갖는 블루 컬러 픽셀들(b)로부터 출력된 블루 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로 (150)에 포함된 비교기들(151)은 블루 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100B)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
제4시점((4))에서, 로우 컨트롤러(120)는 짝수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(b, gb, B, 및 Gb)을 활성화시킨다. 실시 예에 따라, 제3시점((3))부터 제4시점((4))까지, 짝수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(b, gb, B, 및 Gb)에 대한 활성화는 유지될 수 있다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 각각이 짧은-노출 시간을 갖는 그린 컬러 픽셀들(gb)로부터 출력된 블루 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로 (150)에 포함된 비교기들(151)은 그린 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100B)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
제5시점((5))에서, 로우 컨트롤러 (120)는 홀수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(gr, r, Gr, 및 R)을 활성화시킨다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 각각이 긴-노출 시간을 갖는 그린 컬러 픽셀들(Gr)로부터 출력된 그린 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로 (150)에 포함된 비교기들(151)은 그린 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100B)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
제6시점((6))에서, 로우 컨트롤러 (120)는 홀수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(gr, r, Gr, 및 R)을 활성화시킨다. 실시 예에 따라, 제5시점((5))부터 제6시점((6))까지, 홀수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(gr, r, Gr, 및 R)에 대한 활성화는 유지될 수 있다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 각각이 긴-노출 시간을 갖는 레드 컬러 픽셀들(R)로부터 출력된 레드 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로(150)에 포함된 비교기들(151)은 레드 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100B)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
제7시점((7))에서, 로우 컨트롤러(120)는 짝수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(b, gb, B, 및 Gb)을 활성화시킨다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 각각이 긴-노출 시간을 갖는 블루 컬러 픽셀들(B)로부터 출력된 블루 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로 (150)에 포함된 비교기들(151)은 블루 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100B)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
제8시점((8))에서, 로우 컨트롤러(120)는 짝수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(b, gb, B, 및 Gb)을 활성화시킨다. 실시 예에 따라, 제7시점((7))부터 제8시점((8))까지, 짝수 번째 라인들에 포함된 컬러 픽셀들(b, gb, B, 및 Gb)에 대한 활성화는 유지될 수 있다.
스위치 회로(130)에 포함된 스위치들(131)은, 제어 신호(CTR)에 응답하여, 각각이 긴-노출 시간을 갖는 그린 컬러 픽셀들(Gb)로부터 출력된 블루 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 출력할 수 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 비교 회로 (150)에 포함된 비교기들(151)은 그린 픽셀 신호들(COL1~COL4)과 기준 신호(VRAMP)를 동시에 비교하기 시작하고, 비교 신호들(VC1~VC4)을 출력한다. 따라서, 이미지 센서(100B)는 서로 다른 컬러의 픽셀 신호들을 처리하는 비교기들(151) 사이의 커플링 현상을 근원적으로 차단할 수 있으므로, 비교기들(151) 각각의 비선형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 회로(130)는 각 시점마다 동일한 특성을 갖는 픽셀들(예컨대, 동일한 노출 시간을 갖는 컬러 픽셀들)로부터 출력된 컬러 픽셀 신호들을 동시에 비교 회로(150)로 출력할 수 있고, 비교 회로(150)는 각 픽셀 신호(COL1~COL4)를 동시에 처리할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 특정 시점에서, 긴-노출 시간에 상응하는 컬러 픽셀들로부터 출력된 픽셀 신호들과 짧은-노출 시간에 상응하는 컬러 픽셀들로부터 출력된 픽셀 신호들은 동시에 아날로그-디지털 변환되지 않는다.
도 6은 도 1에 도시된 이미지 센서의 작동을 설명하는 플로우 차트이다.
도 1부터 도 3, 및 도 6을 참조하면, 로우 컨트롤러(120)에 의한 로우 제어와 스위치 회로(130)에 의한 컬럼 제어를 통해, 복수의 픽셀들(Gr, R, B, 및 Gb) 중에서 동일한 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 또는 Gb)이 동시에 활성화(또는 선택)되고, 스위치 회로(130)는 동일한 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 또는 Gb)로부터 출력된 픽셀 신호들 (COL1~COL4)을 동시에 비교 회로(150)로 출력할 수 있다(S110).
비교 회로(150)는 동일한 컬러 픽셀들(Gr, R, B, 또는 Gb)로부터 출력된 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 아날로그-디지털 신호들로 변환할 수 있다(S120).
도 7은 도 4에 도시된 이미지 센서의 작동을 설명하는 플로우 차트이다.
도 2, 도 4, 도 5, 및 도 7을 참조하면, 로우 컨트롤러(120)에 의한 로우 제어와 스위치 회로(130)에 의한 컬럼 제어를 통해, 복수의 픽셀들(Gr, R, B, Gb, gr, r, b, 및 gb) 중에서 동일한 노출 시간(예컨대, 긴-노출 시간과 짧은-노출 시간 중에서 어느 하나)을 갖는 동일한 컬러 픽셀들(Gr, R, B, Gb, gr, r, b, 또는 gb)이 동시에 활성화(또는 선택)되고, 스위치 회로(130)는 동일한 컬러 픽셀들(Gr, R, B, Gb, gr, r, b, 또는 gb)로부터 출력된 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 비교 회로(150)로 출력할 수 있다(S210).
비교 회로(150)는 동일한 노출 시간을 갖는 동일한 컬러 픽셀들(Gr, R, B, Gb, gr, r, b, 또는 gb)로부터 출력된 픽셀 신호들(COL1~COL4)을 동시에 아날로그-디지털 신호들로 변환할 수 있다(S220).
도 8은 도 1 또는 도 4에 도시된 이미지 센서를 포함하는 컴퓨팅 장치의 일 실시 예에 대한 블록도이다. 도 1부터 도 8을 참조하면, 컴퓨팅 장치(200A)는 모바일 컴퓨팅 장치를 의미할 수 있다.
모바일 컴퓨팅 장치는 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC, PDA(personal digital assistant), EDA (enterprise digital assistant), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), PMP(portable multimedia player), PND(personal navigation device 또는 portable navigation device), 휴대용 게임 콘솔(handheld game console), 모바일 인터넷 장치(mobile internet device(MID)), 웨어러블 컴퓨터, 사물 인터넷(internet of things(IoT)) 장치, 만물 인터넷 (internet of everything(IoE)) 장치, 또는 e-북(e-book)으로 구현될 수 있다.
컴퓨팅 장치(200A)는 이미지 센서(100)를 포함하는 카메라(210), 이미지 신호 프로세서(220), 컨트롤러(230A), 모뎀(240), 무선 송수신기(245), 메모리(250), 및 터치 스크린(260)을 포함하는 디스플레이(262)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)는 도 1부터 도 7을 참조하여 설명된 이미지 센서(100A 또는 100B)를 의미할 수 있다.
카메라(210)는 이미지 센서(100)를 이용하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(220)는 상기 이미지 데이터를 처리하고, 처리된 이미지 데이터를 컨트롤러(230A)로 출력할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(220)는 제1포맷을 갖는 이미지 데이터를 제2포맷을 갖는 이미지 데이터로 변경할 수 있다. 예컨대, 상기 제1포맷을 베이어 패턴을 의미할 수 있고, 상기 제2포맷은 YUV 포맷 또는 RGB 포맷을 의미할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이미지에 포함된 어두운 영역에 대한 WDR 작동을 위해, 이미지 신호 프로세서(220)는 짧은-노출 시간을 갖는 컬러 픽셀(gb)에 대한 컬러 신호를 컬러 픽셀(gb) 이웃에 배치된 긴-노출 시간을 갖는 컬러 픽셀들(Gb)로부터 출력된 컬러 신호들을 이용(예컨대, 보간(interpolation))하여 계산할 수 있다.
또한, 이미지에 포함된 밝은 영역에 대한 WDR 작동을 위해, 이미지 신호 프로세서(220)는 긴-노출 시간을 갖는 컬러 픽셀(Gb)에 대한 컬러 신호를 컬러 픽셀 (Gb) 이웃에 배치된 짧은-노출 시간을 갖는 컬러 픽셀들(gb)로부터 출력된 컬러 신호들을 이용(예컨대, 보간)하여 계산할 수 있다.
무선 송수신기(245)는 안테나(ANT)를 통해 수신된 무선 데이터를 모뎀(240)으로 전송할 수 있다. 또한, 무선 송수신기(245)는 모뎀(240)으로부터 출력된 데이터를 무선 데이터로 변환하고, 상기 무선 데이터를 안테나(ANT)를 통해 외부로 전공할 수 있다.
모뎀(240)은 무선 송수신기(245)와 컨트롤러(230A) 사이에서 주고받는 데이터를 처리할 수 있다.
컨트롤러(230A)는 카메라(210), 이미지 신호 프로세서(220), 모뎀(240), 무선 송수신기(245), 메모리(250), 터치 스크린(260), 및/또는 디스플레이(262)를 제어할 수 있다.
컨트롤러(230A)는 집적 회로, 시스템 온 칩(system on chip(SoC)), 애플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 모바일 AP로 구현될 수 있다.
컨트롤러(230A)는 버스 구조(231), 인터페이스(232), 모뎀 인터페이스(233), CPU(234), 메모리 컨트롤러(236), 및 디스플레이 컨트롤러(238)를 포함할 수 있다.
CPU(234)는, 버스 구조(231)를 통해, 인터페이스(232), 모뎀 인터페이스 (233), 메모리 컨트롤러(236), 및 디스플레이 컨트롤러(238)를 제어할 수 있다.
버스 구조(231)는 AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture), AHB(Advanced High-performance Bus), APB(Advanced Peripheral Bus), AXI(Advanced eXtensible Interface) 또는 ASB(Advanced System Bus)로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
인터페이스(232)는 ISP(220)로부터 수신된 이미지 데이터를 버스 구조(231)로 전송할 수 있다.
모뎀 인터페이스(233)는, CPU(234)의 제어에 따라, 모뎀(240)과 주고받는 데이터의 처리 및/또는 전송을 제어할 수 있다.
메모리 컨트롤러(236)는, CPU(234)의 제어에 따라, 메모리(250)에 대한 액세스 작동을 제어할 수 있다. 상기 액세스 작동은 메모리(250)에 데이터를 라이트하는 라이트 작동과 메모리(250)로부터 데이터를 리드하는 리드 작동을 포함할 수 있다.
메모리(250)는 휘발성 메모리, 불휘발성 메모리, 또는 이들을 포함할 수 있다. 도 8에서는 설명의 편의를 위해 하나의 메모리 컨트롤러(236)와 하나의 메모리(250)가 도시되어 있으나, 메모리 컨트롤러(236)는 서로 다른 종류의 메모리 장치들을 제어할 수 있는 메모리 컨트롤러들을 집합적으로 의미할 수 있다. 메모리 (250)는 서로 다른 종류의 메모리 장치들을 집합적으로 의미할 수 있다.
실시 예들에 따라 메모리(250)는 DRAM으로 구현될 수 있다.
실시 예들에 따라 메모리(250)는 플래시-기반 메모리로 구현될 수 있다. 상기 플래시-기반 메모리는 NAND 타입 플래시 메모리, NOR 타입 플래시 메모리, 멀티미디어 카드(multimedia card(MMC)), 내장 MMC(embedded MMC(eMMCTM), 또는 유니버셜 플래시 스토리지(universal flash storage(UFS))로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
디스플레이 컨트롤러(238)는, CPU(234)의 제어에 따라, 디스플레이(262)에서 디스플레이될 데이터를 디스플레이(262)로 전송할 수 있다. 실시 예에 따라, 디스플레이 컨트롤러(238)와 디스플레이(262)는 MIPI® 디스플레이 시리얼 인터페이스 (display serial interface)를 통해 데이터를 주거나 받을 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 디스플레이 컨트롤러(238)와 디스플레이(262)는 eDP(embedded DisplayPort)를 통해 데이터를 주거나 받을 수 있다.
터치 스크린(260)은 컴퓨팅 장치(200A)의 작동을 제어할 수 있는 사용자 입력을 컨트롤러(230A)로 전송할 수 있다. 사용자 입력은 컴퓨팅 장치(200A)가 터치 스크린(260)을 터치할 때 생성될 수 있다. CPU(234)는 터치 스크린(260)으로부터 전송된 사용자 입력에 따라 카메라(210), 컨트롤러(230A), 메모리(250), 및/또는 디스플레이(262)의 작동을 제어할 수 있다.
도 9는 도 1 또는 도 4에 도시된 이미지 센서를 포함하는 컴퓨팅 장치의 다른 실시 예에 대한 블록도이다.
도 8과 도 9를 참조하면, ISP(220)와 인터페이스(232)를 제외하면, 도 8의 컨트롤러(230A)를 포함하는 컴퓨팅 장치(200A)의 구조와 작동은 도 9의 컨트롤러 (230B)를 포함하는 컴퓨팅 장치(200B)의 구조와 작동과 실질적으로 동일 또는 유사하다.
도 9에서 ISP(220)는 컨트롤러(230B) 내부에 포함될 수 있다. ISP(220)는 이미지 센서(100)로부터 출력된 이미지 데이터를 수신하고 처리하고, 처리된 이미지 데이터를 버스 구조(231)로 전송할 수 있다. 이미지 센서(100)와 컨트롤러(230B)는 MIPI® 카메라 시리얼 인터페이스(camera serial interface(CSI))를 통해 데이터를 주거나 받을 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100A, 100B: 이미지 센서
110A, 110B: 픽셀 어레이
111: 픽셀
120: 로우 컨트롤러/로우 드라이버
130: 스위치 회로
131: 스위치
140: 램프 신호 생성기
150: 비교 회로
151: 비교기
160: 타이밍 생성기
170: 데이터버스 어레이
180: 감지 증폭기 블록
R, r: 레드 픽셀(red pixel)
B, b: 블루 픽셀(blue pixel)
Gr, gr, Gb, gb: 그린 픽셀(green pixel)

Claims (10)

  1. 컬러 픽셀들;
    제어 신호에 응답하여, 상기 컬러 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들만으로부터 출력된 컬러 신호들을 동시에 출력하는 스위치 회로; 및
    상기 컬러 신호들 각각과 기준 신호를 비교하고, 비교 결과에 상응하는 비교 신호들 각각을 출력하는 비교 회로를 포함하고,
    상기 컬러 픽셀들은,
    홀수 번째 로우마다 배치된, 제1컬러 픽셀들과 제2컬러 픽셀들; 및
    짝수 번째 로우마다 배치된, 제3컬러 픽셀들과 제4컬러 픽셀들을 포함하고,
    상기 제1컬러 픽셀들 중에서 어느 하나와 상기 제3컬러 픽셀들 중에서 어느 하나는 제1컬럼 라인을 공유하고,
    상기 제2컬러 픽셀들 중에서 어느 하나와 상기 제4컬러 픽셀들 중에서 어느 하나는 제2컬럼 라인을 공유하고,
    상기 스위치 회로는,
    상기 제어 신호에 응답하여, 상기 제1컬러 픽셀들, 상기 제2컬러 픽셀들, 상기 제3컬러 픽셀들, 또는 상기 제4컬러 픽셀들로부터 출력된 상기 컬러 신호들을 동시에 상기 비교 회로로 출력하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 종류의 상기 컬러 신호들을 출력하는 동일한 종류의 컬러 픽셀들인 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 노출 시간을 갖는 컬러 픽셀들인 이미지 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 회로는, 상기 제어 신호에 응답하여, 상기 제1컬럼 라인의 출력 신호와 상기 제2컬럼 라인의 출력 신호 중에서 어느 하나를 출력하는 스위치를 포함하는 이미지 센서.
  7. 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서의 작동을 제어하는 애플리케이션 프로세서를 포함하고,
    상기 이미지 센서는,
    컬러 픽셀들;
    제어 신호에 응답하여, 상기 컬러 픽셀들 중에서 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들만으로부터 출력된 컬러 신호들을 동시에 출력하는 스위치 회로; 및
    상기 컬러 신호들 각각과 기준 신호를 비교하고, 비교 결과에 상응하는 비교 신호들 각각을 출력하는 비교 회로를 포함하고,
    상기 컬러 픽셀들은,
    홀수 번째 로우마다 배치된, 제1컬러 픽셀들과 제2컬러 픽셀들; 및
    짝수 번째 로우마다 배치된, 제3컬러 픽셀들과 제4컬러 픽셀들을 포함하고,
    상기 제1컬러 픽셀들 중에서 어느 하나와 상기 제3컬러 픽셀들 중에서 어느 하나는 제1컬럼 라인을 공유하고,
    상기 제2컬러 픽셀들 중에서 어느 하나와 상기 제4컬러 픽셀들 중에서 어느 하나는 제2컬럼 라인을 공유하고,
    상기 스위치 회로는,
    상기 제어 신호에 응답하여, 상기 제1컬러 픽셀들, 상기 제2컬러 픽셀들, 상기 제3컬러 픽셀들, 또는 상기 제4컬러 픽셀들로부터 출력된 상기 컬러 신호들을 동시에 상기 비교 회로로 출력하는 모바일 컴퓨팅 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 종류의 상기 컬러 신호들을 출력하는 동일한 종류의 컬러 픽셀들인 모바일 컴퓨팅 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 동일한 특성을 갖는 컬러 픽셀들은 동일한 노출 시간을 갖는 컬러 픽셀들인 모바일 컴퓨팅 장치.
  10. 복수의 픽셀들을 갖는 이미지 센서로서,
    상기 이미지 센서는,
    컬럼 방향으로 픽셀들의 제1 베이어 패턴 및 상기 제1 베이어 패턴에 인접한 픽셀들의 제2 베이어 패턴: 상기 제1 베이어 패턴 및 상기 제2 베이어 패턴의 각각은 제1 컬럼에 배열된 제1 컬러를 갖는 제1 픽셀 및 제2 컬럼에 배열된 제2 컬러를 갖는 제2 픽셀을 포함하고;
    상기 제1 베이어 패턴에서 상기 제1 픽셀에 연결된 제1 컬럼 라인;
    상기 제1 베이어 패턴에서 상기 제2 픽셀에 연결된 제2 컬럼 라인;
    상기 제2 베이어 패턴에서 상기 제1 픽셀에 연결된 제3 컬럼 라인;
    상기 제2 베이어 패턴에서 상기 제2 픽셀에 연결된 제4 컬럼 라인;
    상기 제1 컬럼 라인 및 상기 제2 컬럼 라인 중 하나를 출력하는 제1 스위치;
    상기 제3 컬럼 라인 및 상기 제4 컬럼 라인 중 하나를 출력하는 제2 스위치;
    상기 제1 스위치의 출력에 연결된 제1 ADC; 및
    상기 제2 스위치의 출력에 연결되고 상기 제1 ADC에 인접하는 제2 ADC;를 포함하고,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 상기 제1 베이어 패턴의 상기 제1 픽셀과 상기 제2 베이어 패턴의 상기 제1 픽셀을 실질적으로 동시에 출력하는 이미지 센서.
KR1020140178101A 2014-12-11 2014-12-11 커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치 KR102210513B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140178101A KR102210513B1 (ko) 2014-12-11 2014-12-11 커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치
US14/965,891 US10200645B2 (en) 2014-12-11 2015-12-10 Image sensor for performing coupling-free readout, and device having the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140178101A KR102210513B1 (ko) 2014-12-11 2014-12-11 커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160070975A KR20160070975A (ko) 2016-06-21
KR102210513B1 true KR102210513B1 (ko) 2021-02-02

Family

ID=56112422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140178101A KR102210513B1 (ko) 2014-12-11 2014-12-11 커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10200645B2 (ko)
KR (1) KR102210513B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019021991A (ja) * 2017-07-12 2019-02-07 オリンパス株式会社 撮像素子、撮像装置、撮像プログラム、撮像方法
KR20220077735A (ko) 2020-12-02 2022-06-09 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센서의 픽셀 어레이
CN113676652B (zh) * 2021-08-25 2023-05-26 维沃移动通信有限公司 图像传感器、控制方法、控制装置、电子设备和存储介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013150116A (ja) * 2012-01-18 2013-08-01 Canon Inc 撮像装置及び撮像装置の駆動方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6013549B2 (ja) 1977-01-14 1985-04-08 ソニー株式会社 固体撮像装置の雑音除去回路
US7408443B2 (en) 2003-01-13 2008-08-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Circuit and method for reducing fixed pattern noise
JP2005175545A (ja) 2003-12-05 2005-06-30 Canon Inc 半導体集積回路、撮像システム及び信号変換方法
JP4107269B2 (ja) * 2004-02-23 2008-06-25 ソニー株式会社 固体撮像装置
JP4385844B2 (ja) 2004-04-23 2009-12-16 ソニー株式会社 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法
US7911518B2 (en) * 2005-02-01 2011-03-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Variable exposure for color image sensor
KR100835894B1 (ko) 2007-06-18 2008-06-09 (주)실리콘화일 다이내믹 레인지가 넓고, 색재현성과 해상능력이 우수한픽셀어레이 및 이미지센서
JP4500862B2 (ja) 2008-04-11 2010-07-14 キヤノン株式会社 固体撮像装置の駆動方法
JP5627244B2 (ja) 2010-02-08 2014-11-19 キヤノン株式会社 固体撮像素子及びその駆動方法及び撮像装置
JP5631050B2 (ja) 2010-05-10 2014-11-26 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびカメラ
FR2961019B1 (fr) 2010-06-03 2013-04-12 Commissariat Energie Atomique Capteur d'image lineaire en technologie cmos
JP5263239B2 (ja) 2010-08-11 2013-08-14 株式会社ニコン 固体撮像素子および撮像装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013150116A (ja) * 2012-01-18 2013-08-01 Canon Inc 撮像装置及び撮像装置の駆動方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20160173800A1 (en) 2016-06-16
KR20160070975A (ko) 2016-06-21
US10200645B2 (en) 2019-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10623677B2 (en) Image sensor for improving nonlinearity of row code region, and device including the same
US9762821B2 (en) Unit pixel of image sensor, image sensor, and computing system having the same
US9973682B2 (en) Image sensor including auto-focusing pixel and image processing system including the same
US9001220B2 (en) Image sensor chip, method of obtaining image data based on a color sensor pixel and a motion sensor pixel in an image sensor chip, and system including the same
US8659339B2 (en) Offset canceling circuit, sampling circuit and image sensor
JP4937380B2 (ja) Ｃｍｏｓイメージセンサー
US9257462B2 (en) CMOS image sensor for increasing conversion gain
US20160049429A1 (en) Global shutter image sensor, and image processing system having the same
US10205905B2 (en) Image sensor having multiple operation modes
US10015423B2 (en) Image sensor and a method of operating the same
KR20150011922A (ko) 카운터 회로, 이를 포함하는 아날로그-디지털 컨버터, 이미지 센서 및 이를 이용하는 상관 이중 샘플링 방법
KR102219199B1 (ko) 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이미지 센서
KR20140067408A (ko) 고체 촬상소자 및 그에 따른 동작 제어방법
US9860460B2 (en) Image sensors, image acquisition devices and electronic devices utilizing overlapping shutter operations
US9407849B2 (en) Image sensor and system including the same
KR102210513B1 (ko) 커플링-프리 읽기를 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 장치
KR101965631B1 (ko) Ｃｄｓ 회로, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치
US9794469B2 (en) Image signal processor with image replacement and mobile computing device including the same
KR102474449B1 (ko) 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 시스템
KR20170035411A (ko) 영상 캡처 장치
KR102668346B1 (ko) 이미지 센서 및 그 동작 방법
US20160021318A1 (en) Image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant