KR102292136B1 - Image sensor including a pixel having photoelectric conversion elements and image processing device having the image sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 픽셀들 각각은 자동 초점을 위한 위상 차이를 검출하기 위해 독립적으로 작동하는 광전 변환 소자들을 포함한다. 상기 이미지 센서는 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 각각의 노출 시간을 독립적으로 제어하기 위한 노출 시간 제어 회로를 더 포함한다.An image sensor according to an embodiment of the present invention includes a pixel array including pixels, and each of the pixels includes photoelectric conversion elements that operate independently to detect a phase difference for autofocus. The image sensor further includes an exposure time control circuit for independently controlling an exposure time of each of the photoelectric conversion elements included in each of the pixels.

Description

광전 변환 소자들을 포함하는 픽셀을 포함하는 이미지 센서와 이를 포함하는 이미지 처리 장치{IMAGE SENSOR INCLUDING A PIXEL HAVING PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENTS AND IMAGE PROCESSING DEVICE HAVING THE IMAGE SENSOR}An image sensor including a pixel including photoelectric conversion elements, and an image processing apparatus including the same

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 컬러 이미징(color imaging)과 동시에 위상 차이 자동 초점(auto focus)을 수행할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 데이터 처리 시스템에 관한 것이다.An embodiment according to a concept of the present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor capable of performing phase difference auto focus at the same time as color imaging, and a data processing system including the same.

PAF는 위상 검출 자동 초점(phase detection auto focus) 또는 위상 차이 자동 초점(phase difference auto focus)을 의미할 수도 있다.PAF may also mean phase detection auto focus or phase difference auto focus.

사진술(photography)에서, 동적 범위(dynamic range)는 최대 측정 가능한 빛의 세기와 최소 측정 가능한 빛의 세기 사이의 범위이다. 빛의 세기의 변하는 정도는 이미징 센서의 동적 범위의 전반적인 성능을 결정하는 캡처 장치로서 사용되는 장치에 의존적이다.In photography, dynamic range is the range between the maximum measurable light intensity and the minimum measurable light intensity. The degree of variation in light intensity depends on the device used as the capture device, which determines the overall performance of the dynamic range of the imaging sensor.

넓은 동적 범위(wide dynamic range(WDR))는 높은 동적 범위(high dynamic range(HDR))라고도 한다. WDR 기술은 픽셀 성능을 물리적으로 증가시키거나 각 픽셀에 멀티플 노출 시간들을 디지털적으로 적용하여 이미징 센서의 동적 범위를 증가시킨다.Wide dynamic range (WDR) is also referred to as high dynamic range (HDR). WDR technology increases the dynamic range of an imaging sensor either by physically increasing pixel performance or by digitally applying multiple exposure times to each pixel.

이상적인 WDR 센서는 높은 풀 웰 커패시티(full well capacity(FWC))를 갖는 센서이다. FWC는 리드아웃 동안 포화 없이 수용될 수 있는 입사 신호의 전자들의 최대 개수로 정의된다. FWC이 증가함에 따라, 이미지 센서의 동적 범위는 증가한다.An ideal WDR sensor is a sensor with high full well capacity (FWC). FWC is defined as the maximum number of electrons in an incident signal that can be accommodated without saturation during readout. As the FWC increases, the dynamic range of the image sensor increases.

DSLR(digital single lens reflex) 카메라에서, 위상 차이 자동 초점(phase difference auto-focus) 모듈이 차지하는 공간을 줄이기 위해 카메라 센서는 직접 위상 차이를 검출할 수 있는 픽셀들을 포함한다. 따라서, DSLR 카메라는 자동 초점을 할 수 있다. 이러한 기술은 거울없는(mirrorless) DSLR에 적용되고 있다.In a digital single lens reflex (SLR) camera, in order to reduce the space occupied by a phase difference auto-focus module, the camera sensor includes pixels capable of directly detecting the phase difference. Thus, a DSLR camera is capable of autofocus. This technology is being applied to mirrorless DSLRs.

종래의 위상 차이 검출용 픽셀은 포토다이오드의 일부분을 금속 등으로 가리고(shield), 상기 포토다이오드에서 가려지는 않은 부분으로 입사되는 빛만을 검출한다. 가려진 픽셀과 가려지지 않은 픽셀, 즉 두 개의 픽셀들을 이용하여 위상 차이를 검출하는 종래의 방법은 불규칙하게 작동하는 두 개의 픽셀들에 의해 컬러 이미지의 화질이 나빠지는 문제가 있다.A conventional pixel for detecting a phase difference shields a portion of a photodiode with a metal or the like, and detects only light incident to a portion not covered by the photodiode. The conventional method of detecting a phase difference using a occluded pixel and a non-occluded pixel, that is, two pixels, has a problem in that the quality of a color image deteriorates due to the two pixels operating irregularly.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 상술한 문제점, 즉 컬러 이미지의 화질이 나빠지는 문제를 해결하기 위해 픽셀마다 두 개 또는 네 개의 광전 변환 소자들을 구성하여 전 영역에서 위상 차이 신호를 검출할 수 있는 이미지 센서와 이를 포함하는 이미지 처리 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to configure two or four photoelectric conversion elements for each pixel in order to solve the above-mentioned problem, that is, the problem of poor quality of a color image to detect a phase difference signal in the entire area. An image sensor and an image processing apparatus including the same are provided.

본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 픽셀들 각각은 자동 초점(auto-focus)을 위한 위상 차이(phase difference)를 검출하기 위해 독립적으로 제어되는 광전 변환 소자들을 포함한다.An image sensor according to an embodiment of the present invention includes a pixel array including pixels, wherein each of the pixels is independently controlled to detect a phase difference for auto-focus. include minors.

상기 이미지 센서는 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 각각의 노출(exposure) 시간을 독립적으로 제어하기 위한 노출 시간 제어 회로를 더 포함한다.The image sensor further includes an exposure time control circuit for independently controlling an exposure time of each of the photoelectric conversion elements included in each of the pixels.

실시 예들에 따라, 상기 픽셀들이 로우들(rows)에 배치될 때, 상기 노출 시간 제어 회로는, 상기 로우들 중에서 어느 하나에 대한 로우 어드레스를 이용하여, 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 각각의 상기 노출 시간을 독립적으로 제어할 수 있다.In some embodiments, when the pixels are arranged in rows, the exposure time control circuit may use a row address for any one of the rows, and the photoelectric conversion element included in each of the pixels Each of the exposure times can be controlled independently.

실시 예들에 따라, 상기 픽셀들이 로우들에 배치될 때, 상기 노출 시간 제어 회로는, 비닝(binning) 조건 데이터에 기초하여, 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 각각의 상기 노출 시간을 독립적으로 제어할 수 있다.In some embodiments, when the pixels are arranged in rows, the exposure time control circuit may adjust the exposure time of each of the photoelectric conversion elements included in each of the pixels based on binning condition data. can be controlled independently.

상기 픽셀들은 제1광전 변환 소자와 제2광전 변환 소자를 포함하는 제1픽셀과, 제3광전 변환 소자와 제4광전 변환 소자를 포함하는 제2픽셀을 포함하고, 상기 이미지 센서는 제1제어 라인을 통해 상기 제1광전 변환 소자의 제1노출 시간을 제어하기 위한 제1제어 신호를 출력하고, 제2제어 라인을 통해 상기 제2광전 변환 소자의 제2노출 시간을 제어하기 위한 제2제어 신호를 출력하고, 제3제어 라인을 통해 상기 제3광전 변환 소자의 제3노출 시간을 제어하기 위한 제3제어 신호를 출력하고, 제4제어 라인을 통해 상기 제4광전 변환 소자의 제4노출 시간을 제어하기 위한 제4제어 신호를 출력하는 노출 시간 제어 회로를 더 포함하고, 상기 제1노출 시간, 상기 제2노출 시간, 상기 제3노출 시간, 및 상기 제4노출 시간은 상기 노출 제어 회로에 의해 독립적으로 제어된다.The pixels include a first pixel including a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, and a second pixel including a third photoelectric conversion element and a fourth photoelectric conversion element, wherein the image sensor controls the first control output a first control signal for controlling the first exposure time of the first photoelectric conversion element through a line, and a second control for controlling a second exposure time of the second photoelectric conversion element through a second control line output a signal, output a third control signal for controlling a third exposure time of the third photoelectric conversion element through a third control line, and output a fourth exposure of the fourth photoelectric conversion element through a fourth control line and an exposure time control circuit outputting a fourth control signal for controlling time, wherein the first exposure time, the second exposure time, the third exposure time, and the fourth exposure time are the exposure control circuit independently controlled by

실시 예들에 따라, 상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀이 동일한 로우(row) 또는 동일한 컬럼에 배치될 때, 상기 제1노출 시간과 상기 제3노출 시간은 동일하고, 상기 제2노출 시간과 상기 제4노출 시간은 동일하고, 상기 제1노출 시간은 상기 제2노출 시간보다 더 길 수 있다.In some embodiments, when the first pixel and the second pixel are arranged in the same row or in the same column, the first exposure time and the third exposure time are the same, and the second exposure time and the second exposure time are the same. The fourth exposure time may be the same, and the first exposure time may be longer than the second exposure time.

실시 예들에 따라, 상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀이 동일한 컬럼에 배치될 때, 상기 제1노출 시간과 상기 제4노출 시간은 동일하고, 상기 제2노출 시간과 상기 제3노출 시간은 동일하고, 상기 제1노출 시간은 상기 제2노출 시간보다 더 길 수 있다.In some embodiments, when the first pixel and the second pixel are arranged in the same column, the first exposure time and the fourth exposure time are the same, and the second exposure time and the third exposure time are the same and the first exposure time may be longer than the second exposure time.

실시 예들에 따라, 상기 픽셀들은 제1광전 변환 소자와 제2광전 변환 소자를 포함하는 제1픽셀과 제3광전 변환 소자와 제4광전 변환 소자를 포함하는 제2픽셀을 포함하고, 상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀이 동일한 로우에 배치될 때, 상기 제1광전 변환 소자와 상기 제2광전 변환 소자는 대응되는 전송 게이트들을 통해 제1플로팅 디퓨전 영역을 공유하고, 상기 제3광전 변환 소자와 상기 제4광전 변환 소자는 대응되는 전송 게이트들을 통해 상기 제1플로팅 디퓨전 영역과 다른 제2플로팅 디퓨전 영역을 공유한다.In some embodiments, the pixels include a first pixel including a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, and a second pixel including a third photoelectric conversion element and a fourth photoelectric conversion element, and the first When the pixel and the second pixel are arranged in the same row, the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element share a first floating diffusion region through corresponding transfer gates, and the third photoelectric conversion element and the third photoelectric conversion element The fourth photoelectric conversion element shares a second floating diffusion region different from the first floating diffusion region through corresponding transfer gates.

실시 예들에 따라, 상기 픽셀들은 제1광전 변환 소자와 제2광전 변환 소자를 포함하는 제1픽셀과 제3광전 변환 소자와 제4광전 변환 소자를 포함하는 제2픽셀을 포함하고, 상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀이 동일한 컬럼에 배치될 때, 상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀은 하나의 플로팅 디퓨전 영역을 공유한다.In some embodiments, the pixels include a first pixel including a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, and a second pixel including a third photoelectric conversion element and a fourth photoelectric conversion element, and the first When the pixel and the second pixel are arranged in the same column, the first pixel and the second pixel share one floating diffusion area.

상기 픽셀들 중에서 대응되는 두 개의 픽셀들 사이에는 제1DTI(deep trench isolation) 구조가 형성되고, 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 중에서 대응되는 두 개의 광전 변환 소자들 사이에는 제2DTI 구조가 형성된다.A first deep trench isolation (DTI) structure is formed between two corresponding pixels among the pixels, and a second DTI structure is formed between two corresponding photoelectric conversion elements among the photoelectric conversion elements included in each of the pixels. is formed

상기 픽셀들 각각은 픽셀마다 포함된 상기 광전 변환 소자들의 위(over)에 형성된 컬러 필터와, 상기 컬러 필터의 위에 형성된 마이크로렌즈를 더 포함한다.Each of the pixels further includes a color filter formed over the photoelectric conversion elements included in each pixel, and a microlens formed over the color filter.

본 발명의 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템은 이미지 센서와 상기 이미지 센서의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함한다. 상기 이미지 센서는 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 픽셀들 각각은 자동 초점을 위한 위상 차이를 검출하기 위해 독립적으로 제어되는 광전 변환 소자들을 포함한다.A data processing system according to an embodiment of the present invention includes an image sensor and a controller for controlling the operation of the image sensor. The image sensor includes a pixel array including pixels, each of which includes independently controlled photoelectric conversion elements to detect a phase difference for auto focus.

상기 이미지 센서는 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 각각의 노출(exposure) 시간을 독립적으로 제어하기 위한 노출 시간 제어 회로를 더 포함한다.The image sensor further includes an exposure time control circuit for independently controlling an exposure time of each of the photoelectric conversion elements included in each of the pixels.

상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들은 상대적으로 긴-노출 시간으로 제어되는 제1광전 변환 소자와 상대적으로 짧은-노출 시간으로 제어되는 제2광전 변환 소자를 포함하고, 상기 픽셀들 중에서 제1픽셀에 포함된 상기 제1광전 변환 소자와 상기 픽셀들 중에서 상기 제1픽셀에 인접하게 배치된 제2픽셀에 포함된 상기 제1광전 변환 소자는 대각선 방향으로 배치된다.The photoelectric conversion elements included in each of the pixels include a first photoelectric conversion element controlled with a relatively long-exposure time and a second photoelectric conversion element controlled with a relatively short-exposure time, and a second photoelectric conversion element from among the pixels. The first photoelectric conversion element included in one pixel and the first photoelectric conversion element included in a second pixel disposed adjacent to the first pixel among the pixels are arranged in a diagonal direction.

상기 이미지 센서는 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 각각의 노출(exposure) 시간을 독립적으로 제어하기 위한 노출 시간 제어 회로를 더 포함하고, 상기 광전 변환 소자들은 상대적으로 긴-노출 시간으로 제어되는 제1광전 변환 소자와 상대적으로 짧은-노출 시간으로 제어되는 제2광전 변환 소자를 포함하고, 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 제1광전 변환 소자에 의해 생성된 픽셀 신호는 상기 노출 시간 제어 회로의 제어에 따라 병렬로 출력된다.The image sensor further includes an exposure time control circuit for independently controlling an exposure time of each of the photoelectric conversion elements included in each of the pixels, wherein the photoelectric conversion elements have a relatively long exposure time. a first photoelectric conversion element controlled and a second photoelectric conversion element controlled with a relatively short-exposure time, wherein the pixel signal generated by the first photoelectric conversion element included in each of the pixels controls the exposure time They are output in parallel according to the control of the circuit.

상기 이미지 처리 시스템은 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들로부터 출력된 픽셀 신호들을 디지털 신호들로 변환하는 아날로그-디지털 변환기와, 상기 디지털 신호들로부터 컬러 정보를 생성하는 프리-이미지 신호 프로세서와, 상기 디지털 신호들로부터 상기 위상 차이에 상응하는 위상 차이 데이터를 생성하고 생성된 데이터를 압축하는 위상 차이 처리 회로를 더 포함한다.The image processing system includes an analog-to-digital converter that converts pixel signals output from the photoelectric conversion elements included in each of the pixels into digital signals, and a pre-image signal processor that generates color information from the digital signals. and a phase difference processing circuit generating phase difference data corresponding to the phase difference from the digital signals and compressing the generated data.

상기 픽셀들 중에서 대응되는 두 개의 픽셀들 사이에는 제1DTI(deep trench isolation) 구조가 형성되고, 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 중에서 대응되는 두 개의 광전 변환 소자들 사이에는 제2DTI 구조가 형성된다.A first deep trench isolation (DTI) structure is formed between two corresponding pixels among the pixels, and a second DTI structure is formed between two corresponding photoelectric conversion elements among the photoelectric conversion elements included in each of the pixels. is formed

본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 픽셀마다 독립적으로 제어되는 복수의 광전 변환 소자들을 포함하고, 상기 픽셀마다 포함된 상기 복수의 광전 변환 소자들 각각의 노출 시간 또는 집적 시간을 독립적으로 제어할 수 있다.The image sensor according to an embodiment of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements independently controlled for each pixel, and can independently control the exposure time or integration time of each of the plurality of photoelectric conversion elements included in each pixel. have.

픽셀 어레이를 포함하는 상기 이미지 센서는 상기 픽셀 어레이에 배치된 픽셀마다 포함된 복수의 광전 변환 소자들을 이용하여 상기 픽셀 어레이의 전 영역에서 위상 차이 신호들을 균일하게 검출할 수 있는 효과가 있다. The image sensor including a pixel array has an effect of uniformly detecting phase difference signals in the entire area of the pixel array using a plurality of photoelectric conversion elements included in each pixel disposed in the pixel array.

균일하게 검출되는 위상 차이 신호들을 처리할 수 있는 상기 이미지 센서에 의해 생성된 컬러 이미지의 화질은 개선되는 효과가 있다.The image quality of the color image generated by the image sensor capable of processing uniformly detected phase difference signals is improved.

또한, 상기 이미지 센서에 의해 검출되는 위상 차이 신호들의 신뢰성이 높아지고 상기 이미지 센서의 공간적 해상도가 높아지므로, 상기 이미지 센서의 자동 초점 성능이 개선되는 효과가 있다.In addition, since the reliability of the phase difference signals detected by the image sensor is increased and the spatial resolution of the image sensor is increased, the autofocus performance of the image sensor is improved.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 복수의 픽셀들을 포함하는 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부를 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부를 나타낸다.
도 7은 각각이 2개의 포토다이오드들을 포함하는 픽셀들의 단면도를 나타낸다.
도 8은 4개의 포토다이오드들을 포함하는 픽셀의 단면도를 나타낸다.
도 9는 2개의 포토다이오드들을 포함하는 픽셀, 예컨대 PAF 픽셀의 회로도를 나타낸다.
도 10은 4개의 포토다이오드들을 포함하는 픽셀, 예컨대 PAF 픽셀의 회로도를 나타낸다.
도 11은 도 1의 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서의 블록도를 나타낸다.
도 12는 도 1의 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서의 다른 블록도를 나타낸다.
도 13은 도 1에 도시된 픽셀 어레이를 포함하는 데이터 처리 시스템의 일 실시 예에 따른 블록도를 나타낸다.
도 14는 도 13에 도시된 이미지 신호 프로세서의 개략적인 블록도이다.
도 15는 도 13에 도시된 CMOS 이미지 센서에서 한 필드 동안의 노출 시간들과 축적된 노출 빛의 양을 나타낸다.
도 16은 긴-노출 이미지 신호와 짧은-노출 이미지 신호의 결합 과정을 설명하기 위한 긴-노출 이미지 신호(long-exposure image signal)의 입출력 휘도 특성들(input/output luminance characteristics)과 짧은-노출 이미지 신호(short-exposure image signal)의 입출력 휘도 특성들(input/output luminance characteristics)을 나타낸다.
도 17은 멀티-다이오드 PAF 센서의 출력 신호들로부터 컬러 데이터(color data)와 깊이 데이터(depth data)를 동기에 맞춰 출력하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 픽셀들의 작동을 제어하기 위해 로우마다 필요한 전송 게이트 제어 라인들의 개념도이다.
도 19는 동일한 컬럼에 배치된 픽셀들의 회로도를 나타낸다.
도 20은 도 19에 도시된 픽셀들의 작동을 설명하기 위한 타이밍 도이다.
도 21은 WDR(wide dynamic range)를 위한 픽셀들의 배열의 일 실시 예를 나타낸다.
도 22는 WDR(wide dynamic range)를 위한 픽셀들의 배열의 다른 실시 예를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따라 픽셀 신호들을 리드아웃하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 24는 도 23에 도시된 픽셀 신호들을 리드아웃하는 방법을 설명하기 위한 회로도이다.
도 25는 일반 작동 조건에서 작동하는 타이밍 생성기의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 26은 2개의 로우들 단위로 비닝할 때의 타이밍 생성기의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 27은 3개의 로우들 단위로 비닝할 때의 타이밍 생성기의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 28은 도 1 또는 도 18에 도시된 픽셀들을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 29는 도 28에 도시된 데이터 처리 시스템의 작동을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 30은 도 1 또는 도 18에 도시된 픽셀들을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 실시 예를 나타태는 블록도이다.
In order to more fully understand the drawings recited in the Detailed Description of the Invention, a detailed description of each drawing is provided.
1 shows a pixel array of an image sensor including a plurality of pixels.
FIG. 2 shows a portion of the pixel array shown in FIG. 1 .
3 shows a portion of the pixel array shown in FIG. 1 .
FIG. 4 shows a portion of the pixel array shown in FIG. 1 .
FIG. 5 shows a portion of the pixel array shown in FIG. 1 .
FIG. 6 shows a portion of the pixel array shown in FIG. 1 .
7 shows a cross-sectional view of pixels each comprising two photodiodes.
8 shows a cross-sectional view of a pixel comprising four photodiodes.
9 shows a circuit diagram of a pixel comprising two photodiodes, for example a PAF pixel.
10 shows a circuit diagram of a pixel comprising four photodiodes, for example a PAF pixel.
11 is a block diagram of an image sensor including the pixel array of FIG. 1 .
12 shows another block diagram of an image sensor including the pixel array of FIG. 1 .
13 is a block diagram of a data processing system including the pixel array shown in FIG. 1 according to an embodiment;
FIG. 14 is a schematic block diagram of the image signal processor shown in FIG. 13 .
FIG. 15 shows exposure times for one field and the amount of accumulated exposure light in the CMOS image sensor shown in FIG. 13 .
16 is an input/output luminance characteristic of a long-exposure image signal and a short-exposure image for explaining a process of combining a long-exposure image signal and a short-exposure image signal. Indicates input/output luminance characteristics of a short-exposure image signal.
17 is a block diagram for explaining a method of outputting color data and depth data in synchronization from output signals of a multi-diode PAF sensor.
18 is a conceptual diagram of transmission gate control lines required for each row to control operation of pixels according to an embodiment of the present invention.
19 shows a circuit diagram of pixels arranged in the same column.
FIG. 20 is a timing diagram for explaining the operation of the pixels shown in FIG. 19 .
21 illustrates an embodiment of an arrangement of pixels for wide dynamic range (WDR).
22 shows another embodiment of an arrangement of pixels for wide dynamic range (WDR).
23 is a conceptual diagram for explaining a method of reading out pixel signals according to an embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a circuit diagram for explaining a method of reading out the pixel signals shown in FIG. 23 .
25 is a conceptual diagram for explaining an operation of a timing generator operating under normal operating conditions.
26 is a conceptual diagram for explaining the operation of the timing generator when binning in units of two rows.
27 is a conceptual diagram for explaining the operation of the timing generator when binning in units of three rows.
28 is a block diagram illustrating another embodiment of a data processing system including the pixels shown in FIG. 1 or 18 .
29 is a flowchart for explaining the operation of the data processing system shown in FIG.
30 is a block diagram illustrating another embodiment of a data processing system including the pixels illustrated in FIG. 1 or 18 .

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.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in this specification are only exemplified for the purpose of explaining the embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention are It may be implemented in various forms and is not limited to the embodiments described herein.

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.Since the embodiments according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosed forms, and includes all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

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.Terms such as first or second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one element from another, for example without departing from the scope of the inventive concept, a first element may be termed a second element and similarly a second element A component may also be referred to as a first component.

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.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.

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.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described herein exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

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.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not

이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 복수의 픽셀들을 포함하는 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타낸다. 픽셀 어레이(100)에 포함된 복수의 픽셀들(R, G, 및 B) 각각은 복수의 포토다이오들(photodiodes)을 포함할 수 있다.1 shows a pixel array of an image sensor including a plurality of pixels. Each of the plurality of pixels R, G, and B included in the pixel array 100 may include a plurality of photodiodes.

픽셀 어레이(100)는 휴대용 전자 장치에 포함될 수 있다. 상기 휴대용 전자 장치는 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 이동 전화기(cellular phone or mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿 PC, 디지털 카메라(digital camera), 캠코더(camcorder), 모바일 인터넷 장치(mobile internet device(MID)), 웨어러블 컴퓨터(wearable computer), 사물 인터넷 장치(internet of things(IoT) device), 또는 만물 인터넷(internet of everything(IoE)) 장치 등에 사용될 수 있다.The pixel array 100 may be included in a portable electronic device. The portable electronic device includes a laptop computer, a cellular phone or mobile phone, a smart phone, a tablet PC, a digital camera, a camcorder, and a mobile internet device. device (MID)), a wearable computer, an internet of things (IoT) device, or an internet of everything (IoE) device.

픽셀 어레이(100)에 포함된 포토다이오드들 각각은 광전변환 소자의 일 예로서, 상기 포토다이오드들 각각은 포토트랜지스터(phototransistor), 포토게이트 (photogate), 또는 핀드 포토다이오드(pinned-photodiode)로 대체될 수 있다.Each of the photodiodes included in the pixel array 100 is an example of a photoelectric conversion device, and each of the photodiodes is replaced with a phototransistor, a photogate, or a pinned-photodiode. can be

각 픽셀에 포함된 복수의 포토다이오들 각각은 독립적으로 빛 또는 이미지를 캡쳐(capture)할 수 있다.Each of the plurality of photodiodes included in each pixel may independently capture light or an image.

도 1에서, R은 레드 픽셀(red pixel)을 의미하고, G는 그린 픽셀(green pixel)을 의미하고, B는 블루 픽셀(blue pixel)을 의미한다. 각 픽셀(R, G, 및 B)의 상부에는 대응되는 마이크로렌즈(microlens)가 형성될 수 있다. 픽셀 어레이 (100)는 해상도(resolution)의 손실 없이 WDR 또는 HDR을 구현할 수 있다. 각 픽셀 (R, G, 및 B)의 구조는 도 7과 도 8을 참조하여 설명될 것이다.In FIG. 1 , R means a red pixel, G means a green pixel, and B means a blue pixel. A corresponding microlens may be formed on each of the pixels R, G, and B. The pixel array 100 may implement WDR or HDR without loss of resolution. The structure of each pixel R, G, and B will be described with reference to FIGS. 7 and 8 .

도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이(100)의 일부(110A)를 나타낸다. 각 픽셀(R. G, 및 B)은 서로 독립적으로 작동하는 2개의 포토다이오드들(L과 S)을 포함할 수 있다.FIG. 2 shows a portion 110A of the pixel array 100 shown in FIG. 1 . Each pixel R, G, and B may include two photodiodes L and S that operate independently of each other.

도 2에서, L은 제1포토 다이오드(first photodiode)를 의미하고, S는 제2포토 다이오드(second photodiode)를 의미한다. 예컨대, L은 긴-노출 이미지 신호 (long-exposure image signal)를 생성할 수 있는 포토다이오드(photodiode)일 수 있고, S는 짧은-노출 이미지 신호(short-exposure image signal)를 생성할 수 있는 포토다이오드(photodiode)일 수 있다.In FIG. 2 , L denotes a first photodiode, and S denotes a second photodiode. For example, L may be a photodiode capable of generating a long-exposure image signal, and S may be a photodiode capable of generating a short-exposure image signal. It may be a diode (photodiode).

각 로우(Row1과 Row3)에 배치된 각 픽셀(G와 R)은 2개의 포토다이오드들(L과 S)을 포함한다.Each pixel G and R arranged in each row Row1 and Row3 includes two photodiodes L and S.

각 로우(Row2와 Row4)에 배치된 각 픽셀(B와 G)은 2개의 포토다이오드들(L과 S)을 포함한다.Each pixel B and G disposed in each row Row2 and Row4 includes two photodiodes L and S.

각 픽셀(R, G, 및 B)에 포함된 각 포토다이오드(L과 S)의 노출 시간 (exposure time) 또는 집적 시간(integration time)은 로우 드라이버(row driver)에 의해 서로 다르게 독립적으로 제어될 수 있다.The exposure time or integration time of each photodiode L and S included in each pixel R, G, and B can be controlled differently and independently by the row driver. can

도 2에서는 설명의 편의를 위해 각 픽셀(R, G, 및 B)은 좌우에 구현된 2개의 포토다이오드들(L과 S)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 각 픽셀(R, G, 및 B)은 상하에 구현된 2개의 포토다이오드들(L과 S)을 포함할 수 있다.In FIG. 2, for convenience of explanation, each pixel R, G, and B is illustrated as including two photodiodes L and S implemented on the left and right, but according to an embodiment, each pixel R, G and B) may include two photodiodes L and S implemented above and below.

예컨대, 각 로우(Row1-Row4)에 배치된 각 픽셀(R, G, 및 B)의 각 포토다이오드(L)에 접속된 전송 트랜지스터(transfer transistor)의 게이트는 대응되는 제1전송 라인(또는 제1메탈 라인; LINE1)에 접속될 수 있고, 각 로우(Row1-Row4)에 배치된 각 픽셀(R, G, 및 B)의 각 포토다이오드(S)에 접속된 전송 트랜지스터(transfer transistor)의 게이트는 대응되는 제2전송 라인(또는 제2메탈 라인; LINE2)에 접속될 수 있다.For example, a gate of a transfer transistor connected to each photodiode L of each pixel R, G, and B disposed in each row Row1 - Row4 is connected to the corresponding first transfer line (or the first transfer line). 1 metal line; a gate of a transfer transistor connected to each photodiode S of each pixel R, G, and B disposed in each row Row1-Row4, which may be connected to LINE1. may be connected to a corresponding second transmission line (or a second metal line; LINE2).

도 3은 도 1에 도시된 픽셀 어레이(100)의 일부(110B)를 나타낸다. 각 픽셀 (R. G, 및 B)은 서로 독립적으로 동작하는 2개의 포토다이오드들(L과 S)을 포함한다.FIG. 3 shows a portion 110B of the pixel array 100 shown in FIG. 1 . Each pixel R. G, and B comprises two photodiodes L and S that operate independently of each other.

도 3의 로우들(Row3과 Row4)에 포함된 2개의 포토다이오드들(L과 S)의 위치와 도 2의 로우들(Row3과 Row4)에 포함된 2개의 포토다이오드들(L과 S)의 위치는 서로 반대이다.The positions of the two photodiodes L and S included in the rows Row3 and Row4 of FIG. 3 and the positions of the two photodiodes L and S included in the rows Row3 and Row4 of FIG. 2 . The positions are opposite to each other.

도 2와 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이, 각 픽셀(R. G, 및 B)에 포함된 포토다이오드들(L과 S)의 위치는 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.2 and 3 , the positions of the photodiodes L and S included in each pixel R, G, and B may be variously changed according to design specifications.

예컨대, 각 로우(Row1-Row4)에 배치된 각 픽셀(R, G, 및 B)의 각 포토다이오드(L)에 접속된 전송 트랜지스터(transfer transistor)의 게이트는 대응되는 제1전송 라인(또는 제1메탈 라인; LINE1)에 접속될 수 있고 각 픽셀(R, G, 및 B)의 각 포토다이오드(S)에 접속된 전송 트랜지스터(transfer transistor)의 게이트는 대응되는 제2전송 라인(또는 제2메탈 라인; LINE2)에 접속될 수 있다.For example, a gate of a transfer transistor connected to each photodiode L of each pixel R, G, and B disposed in each row Row1 - Row4 is connected to the corresponding first transfer line (or the first transfer line). A gate of a transfer transistor that may be connected to one metal line: LINE1 and connected to each photodiode S of each pixel R, G, and B has a corresponding second transfer line (or second transfer line). It may be connected to a metal line (LINE2).

도 4는 도 1에 도시된 픽셀 어레이(100)의 일부(120A)를 나타낸다. 각 픽셀 (R. G, 및 B)은 서로 독립적으로 작동하는 4개의 포토다이오드들(L1, L2, S1, 및 S2)을 포함한다.FIG. 4 shows a portion 120A of the pixel array 100 shown in FIG. 1 . Each pixel R. G, and B comprises four photodiodes L1, L2, S1, and S2 that operate independently of each other.

실시 예에 따라, 각 픽셀(R, G, 및 B)에 포함된 각 포토다이오드(L1, L2, S1, 및 S2)의 노출 시간(exposure time) 또는 집적(integration time)은 로우 드라이버(row driver)에 의해 서로 다르게 독립적으로 제어될 수 있다.According to an embodiment, the exposure time or integration time of each photodiode L1 , L2 , S1 , and S2 included in each pixel R, G, and B may be determined by a row driver. ) can be independently controlled differently.

다른 실시 예에 따라, 각 픽셀(R, G, 및 B)에 포함된 각 포토다이오드(L1과 L2)의 노출 시간 또는 집적 시간은 로우 드라이버에 의해 서로 동일하게 제어될 수 있고, 각 픽셀(R, G, 및 B)에 포함된 각 포토다이오드(S1과 S2)의 노출 시간 또는 집적은 로우 드라이버에 의해 서로 동일하게 제어될 수 있다.According to another embodiment, the exposure time or integration time of each photodiode L1 and L2 included in each pixel R, G, and B may be equally controlled by the row driver, and each pixel R , G, and B), the exposure time or integration of each of the photodiodes S1 and S2 may be equally controlled by the row driver.

각 포토다이오드(L1과 L2)의 노출 시간 또는 집적은 각 포토다이오드(S1과 S2)의 노출 시간 또는 집적 시간보다 길게 설정될 수 있다.The exposure time or integration of each of the photodiodes L1 and L2 may be set longer than the exposure time or integration time of each of the photodiodes S1 and S2.

각 포토다이오드(L1과 L2)의 물리적인 특성을 서로 동일하게 또는 서로 다르게 구현될 수 있다. 또한, 각 포토다이오드(S1과 S2)의 물리적인 특성을 서로 동일하게 또는 서로 다르게 구현될 수 있다.The physical characteristics of each of the photodiodes L1 and L2 may be implemented to be the same or different from each other. In addition, the physical characteristics of each of the photodiodes S1 and S2 may be implemented to be the same or different from each other.

L1은 제1포토다이오드를 의미하고, S1는 제2포토다이오드를 의미하고, L2은 제3포토다이오드를 의미하고, S2는 제4포토다이오드를 의미한다.L1 denotes a first photodiode, S1 denotes a second photodiode, L2 denotes a third photodiode, and S2 denotes a fourth photodiode.

예컨대, L1과 L2 각각은 긴-노출 이미지 신호(long-exposure image signal)를 생성할 수 있는 포토다이오드일 수 있고, S1과 S2 각각은 짧은-노출 이미지 신호(short-exposure image signal)를 생성할 수 있는 포토다이오드일 수 있다.For example, each of L1 and L2 may be a photodiode capable of generating a long-exposure image signal, and each of S1 and S2 may be capable of generating a short-exposure image signal. It may be a capable photodiode.

로우(Row1)에 배치된 각 픽셀(G와 R)은 4개의 포토다이오드들(L1, L2, S1, 및 S2)을 포함한다. 로우(Row2)에 배치된 각 픽셀(B와 G)은 4개의 포토다이오드들 (L1, L2, S1, 및 S2)을 포함한다.Each pixel G and R disposed in the row Row1 includes four photodiodes L1 , L2 , S1 , and S2 . Each pixel B and G arranged in Row2 includes four photodiodes L1, L2, S1, and S2.

각 픽셀(R, G, 및 B)은 긴-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 2개의 포토다이오드들(L1과 L2)을 포함하고 짧은-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 2개의 포토다이오드들(S1과 S2)을 포함한다. 이때, 각 포토다이오드(L1, L2, S1, 및 S2)의 구현 위치는 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.Each pixel R, G, and B comprises two photodiodes L1 and L2 capable of generating a long-exposure image signal and two photodiodes L1 and L2 capable of generating a short-exposure image signal. S1 and S2). In this case, the implementation positions of each of the photodiodes L1 , L2 , S1 , and S2 may be variously changed according to design specifications.

예컨대, 각 로우(Row1과 Row2)에 배치된 각 픽셀(R, G, 및 B)의 각 포토다이오드(L1과 L2)에 접속된 각 전송 트랜지스터의 게이트는 대응되는 제1전송 라인(또는 제1메탈 라인; LINE1)에 접속될 수 있고 각 픽셀(R, G, 및 B)의 각 포토다이오드(S1과 S2)에 접속된 각 전송 트랜지스터의 게이트는 대응되는 제2전송 라인(또는 제2메탈 라인; LINE2)에 접속될 수 있다.For example, the gate of each transfer transistor connected to each photodiode L1 and L2 of each pixel R, G, and B disposed in each row Row1 and Row2 is connected to a corresponding first transfer line (or first transfer line). The gate of each transfer transistor may be connected to a metal line LINE1 and connected to each photodiode S1 and S2 of each pixel R, G, and B is a corresponding second transfer line (or second metal line) ; can be connected to LINE2).

도 5는 도 1에 도시된 픽셀 어레이(100)의 일부(120B)를 나타낸다. 각 픽셀(R. G, 및 B)은 서로 독립적으로 동작하는 4개의 포토다이오드들(L1, L2, L3, 및 S1)을 포함한다.FIG. 5 shows a portion 120B of the pixel array 100 shown in FIG. 1 . Each pixel R. G, and B includes four photodiodes L1, L2, L3, and S1 that operate independently of each other.

즉, 각 픽셀(R, G, 및 B)은 각각이 긴-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 3개의 포토다이오드들(L1, L2, 및 L3)을 포함하고 짧은-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 1개의 포토다이오드(S1)을 포함한다. 이때, 각 포토다이오드(L1, L2, L3, 및 S1)의 구현 위치는 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.That is, each pixel R, G, and B includes three photodiodes L1, L2, and L3 each capable of generating a long-exposure image signal and capable of generating a short-exposure image signal. Includes one photodiode (S1). In this case, the implementation positions of each of the photodiodes L1 , L2 , L3 , and S1 may be variously changed according to design specifications.

실시 예에 따라, 각 픽셀(R, G, 및 B)에 포함된 각 포토다이오드(L1, L2, L3, 및 S1)의 노출 시간 또는 집적 시간은 로우 드라이버에 의해 서로 다르게 독립적으로 제어될 수 있다.According to an embodiment, the exposure time or integration time of each photodiode L1 , L2 , L3 , and S1 included in each pixel R, G, and B may be differently and independently controlled by the row driver. .

다른 실시 예에 따라, 각 픽셀(R, G, 및 B)에 포함된 각 포토다이오드(L1, L2,및 L3)의 노출 시간 또는 집적 시간은 로우 드라이버에 의해 서로 동일하게 제어될 수 있다. 각 픽셀(R, G, 및 B)에 포함된 각 포토다이오드(L1, L2, 및 L3)의 노출 시간 또는 집적 시간은 포토다이오드(S1)의 노출 시간 또는 집적 시간보다 길게 설정될 수 있다.According to another embodiment, the exposure time or integration time of each photodiode L1 , L2 , and L3 included in each pixel R, G, and B may be equally controlled by the row driver. The exposure time or integration time of each photodiode L1 , L2 , and L3 included in each pixel R, G, and B may be set longer than the exposure time or integration time of the photodiode S1 .

각 포토다이오드(L1, L2, 및 L3)의 물리적인 특성을 서로 동일하게 또는 서로 다르게 구현될 수 있다.The physical characteristics of each photodiode L1 , L2 , and L3 may be implemented to be the same or different from each other.

L1은 제1포토다이오드를 의미하고, L2는 제2포토다이오드를 의미하고, L3은 제3포토다이오드를 의미하고, S1는 제4포토다이오드를 의미한다.L1 denotes a first photodiode, L2 denotes a second photodiode, L3 denotes a third photodiode, and S1 denotes a fourth photodiode.

예컨대, L1, L2, 및 L3 각각은 긴-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 포토다이오드일 수 있고, S1은 짧은-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 포토다이오드일 수 있다.For example, each of L1, L2, and L3 may be a photodiode capable of generating a long-exposure image signal, and S1 may be a photodiode capable of generating a short-exposure image signal.

로우(Row1)에 배치된 각 픽셀(G와 R)은 4개의 포토다이오드들(L1, L2, L3, 및 S1)을 포함한다. 로우(Row2)에 배치된 각 픽셀(B와 G)은 4개의 포토다이오드들(L1, L2, L3, 및 S1)을 포함한다.Each pixel G and R disposed in the row Row1 includes four photodiodes L1 , L2 , L3 , and S1 . Each pixel B and G disposed in the row Row2 includes four photodiodes L1, L2, L3, and S1.

예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 각 로우(Row1과 Row2)에 배치된 각 픽셀 (R, G, 및 B)의 각 포토다이오드(L1, L2, 및 L3)에 접속된 각 전송 트랜지스터의 게이트는 대응되는 제1전송 라인(또는 제1메탈 라인; LINE1)에 접속될 수 있고 각 픽셀(R, G, 및 B)의 포토다이오드(S1)에 접속된 전송 트랜지스터의 게이트는 대응되는 제2전송 라인(또는 제2메탈 라인; LINE2)에 접속될 수 있다.For example, as shown in Fig. 5, the gate of each transfer transistor connected to each photodiode L1, L2, and L3 of each pixel R, G, and B disposed in each row Row1 and Row2 is The gate of the transfer transistor which may be connected to the corresponding first transfer line (or the first metal line; LINE1) and which is connected to the photodiode S1 of each pixel R, G, and B is the corresponding second transfer line. (or a second metal line; LINE2).

도 6은 도 1에 도시된 픽셀 어레이(100)의 일부(120C)를 나타낸다. 각 픽셀(R. G, 및 B)은 서로 독립적으로 동작하는 4개의 포토다이오드들(S1, S2, S3, 및 L1)을 포함한다.FIG. 6 shows a portion 120C of the pixel array 100 shown in FIG. 1 . Each pixel R. G, and B includes four photodiodes S1, S2, S3, and L1 that operate independently of each other.

즉, 각 픽셀(R, G, 및 B)은 긴-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 1개의 포토다이오드(L1)을 포함하고, 각각이 짧은-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 3개의 포토다이오드들(S1, S2, 및 S3)을 포함한다. 이때, 각 포토다이오드(S1, S2, S3, 및 L1)의 구현 위치는 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.That is, each pixel R, G, and B comprises one photodiode L1 capable of generating a long-exposure image signal, and three photodiodes each capable of generating a short-exposure image signal. includes S1 , S2 , and S3 . In this case, the implementation positions of each of the photodiodes S1 , S2 , S3 , and L1 may be variously changed according to design specifications.

실시 예에 따라, 각 픽셀(R, G, 및 B)에 포함된 각 포토다이오드(S1, S2, S3, 및 L1)의 노출 시간 또는 집적 시간은 로우 드라이버에 의해 서로 다르게 독립적으로 제어될 수 있다.According to an embodiment, the exposure time or integration time of each photodiode S1 , S2 , S3 , and L1 included in each pixel R, G, and B may be differently and independently controlled by the row driver. .

다른 실시 예에 따라, 각 픽셀(R, G, 및 B)에 포함된 각 포토다이오드(S1, S2, 및 S3)의 노출 시간 또는 집적 시간은 로우 드라이버에 의해 서로 동일하게 제어될 수 있다.According to another embodiment, the exposure time or integration time of each photodiode S1 , S2 , and S3 included in each pixel R, G, and B may be equally controlled by the row driver.

각 포토다이오드(S1, S2, 및 S3)의 물리적인 특성을 서로 동일하게 또는 서로 다르게 구현될 수 있다.The physical characteristics of each photodiode S1 , S2 , and S3 may be implemented to be the same or different from each other.

S1은 제1포토다이오드를 의미하고, S2는 제2포토다이오드를 의미하고, S3은 제3포토다이오드를 의미하고, L1는 제4포토다이오드를 의미한다. 예컨대, L1은 긴-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 포토다이오드일 수 있고, S1, S2, 및 S3 각각은 짧은-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 포토다이오드일 수 있다.S1 denotes a first photodiode, S2 denotes a second photodiode, S3 denotes a third photodiode, and L1 denotes a fourth photodiode. For example, L1 may be a photodiode capable of generating a long-exposure image signal, and each of S1, S2, and S3 may be a photodiode capable of generating a short-exposure image signal.

로우(Row1)에 배치된 각 픽셀(G와 R)은 4개의 포토다이오드들(S1, S2, S3, 및 L1)을 포함한다. 로우(Row2)에 배치된 각 픽셀(B와 G)은 4개의 포토다이오드들(S1, S2, S3, 및 L1)을 포함한다.Each pixel G and R arranged in the row Row1 includes four photodiodes S1 , S2 , S3 , and L1 . Each pixel B and G disposed in Row2 includes four photodiodes S1 , S2 , S3 , and L1 .

예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 각 로우(Row1과 Row2)에 배치된 각 픽셀 (R, G, 및 B)의 각 포토다이오드(S1, S2, 및 S3)에 접속된 각 전송 트랜지스터의 게이트는 대응되는 제1전송 라인(또는 제1메탈 라인; LINE1)에 접속될 수 있고 각 픽셀(R, G, 및 B)의 포토다이오드(L1)에 접속된 전송 트랜지스터의 게이트는 대응되는 제2전송 라인(또는 제2메탈 라인; LINE2)에 접속될 수 있다.For example, as shown in Fig. 6, the gate of each transfer transistor connected to each photodiode S1, S2, and S3 of each pixel R, G, and B disposed in each row Row1 and Row2 is The gate of the transfer transistor connected to the corresponding first transfer line (or first metal line; LINE1) and connected to the photodiode L1 of each pixel (R, G, and B) is connected to the corresponding second transfer line. (or a second metal line; LINE2).

도 7은 2개의 포토다이오드들(PD1과 PD2)을 포함하는 픽셀의 단면도를 나타낸다. 상기 픽셀은 도 1의 R, G, 또는 B을 의미할 수 있다.7 shows a cross-sectional view of a pixel including two photodiodes PD1 and PD2. The pixel may refer to R, G, or B of FIG. 1 .

포토다이오드(PD1 또는 PD1')는 긴-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 포토다이오드와 짧은-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 포토다이오드 중에서 어느 하나일 수 있고, 포토다이오드(PD2 또는 PD2')는 긴-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 포토다이오드와 짧은-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 포토다이오드 중에서 다른 하나일 수 있다.The photodiode PD1 or PD1' may be either a photodiode capable of generating a long-exposure image signal or a photodiode capable of generating a short-exposure image signal, and the photodiode PD2 or PD2' may be The other may be a photodiode capable of generating a long-exposure image signal and a photodiode capable of generating a short-exposure image signal.

실리콘 기판(silicon substrate) 내부에 2개의 포토다이오드들(PD1과 PD2, 및 PD1'와 PD2')이 형성되고, DTI(deep trench isolation)이 2개의 포토다이오드들 (PD1과 PD2, 및 PD1'과 PD2') 사이에 형성될 수 있다. 예컨대, 2개의 포토다이오드들(PD1과 PD2, 및 PD1'과 PD2') 사이에는 인-픽셀(in-pixel) DTI가 형성되고, 픽셀들 사이에는 인터-픽셀(inter-pixel DTI)가 형성될 수 있다.Two photodiodes (PD1 and PD2, and PD1' and PD2') are formed in a silicon substrate, and deep trench isolation (DTI) is formed with the two photodiodes (PD1 and PD2, and PD1'). PD2'). For example, an in-pixel DTI is formed between the two photodiodes PD1 and PD2, and PD1' and PD2', and an inter-pixel DTI is formed between the pixels. can

2개의 포토다이오드들(PD1과 PD2, 또는 PD1'와 PD2')과 컬러 필터 사이에 형성된 회로 영역에는 메탈 와이어링(metal wiring), 멀티 레이어 와이어링(multi layer wiring), 또는 와이어링 레이어들(wiring layers)이 형성될 수 있다. 마이크로렌즈와 컬러 필터 사이에 렌즈 버퍼(lens buffer) 또는 평탄화 레이어 (planarization layer)가 형성될 수 있다.In the circuit region formed between the two photodiodes PD1 and PD2, or PD1' and PD2' and the color filter, metal wiring, multi-layer wiring, or wiring layers ( wiring layers) may be formed. A lens buffer or a planarization layer may be formed between the microlens and the color filter.

도 8은 4개의 포토다이오드들(PD1-PD4)을 포함하는 픽셀의 단면도를 나타낸다. 상기 픽셀은 도 1의 R, G, 또는 B을 의미할 수 있다.8 shows a cross-sectional view of a pixel including four photodiodes PD1-PD4. The pixel may refer to R, G, or B of FIG. 1 .

도 4와 도 8을 참조하면, PD1은 L1, S1, L2, 및 S2 중에서 어느 하나이고, PD2은 L1, S1, L2, 및 S2 중에서 다른 하나이고, PD3은 L1, S1, L2, 및 S2 중에서 또 다른 하나이고, PD4은 L1, S1, L2, 및 S2 중에서 나머지 하나일 수 있다.4 and 8 , PD1 is any one of L1, S1, L2, and S2, PD2 is another one of L1, S1, L2, and S2, and PD3 is any one of L1, S1, L2, and S2. Another one, and PD4 may be the other one of L1, S1, L2, and S2.

도 5와 도 8을 참조하면, PD1은 L1, L2, L3, 및 S1 중에서 어느 하나이고, PD2은 L1, L2, L3, 및 S1 중에서 다른 하나이고, PD3은 L1, L2, L3, 및 S1 중에서 또 다른 하나이고, PD4은 L1, L2, L3, 및 S1 중에서 나머지 하나일 수 있다.5 and 8 , PD1 is any one of L1, L2, L3, and S1, PD2 is another one of L1, L2, L3, and S1, and PD3 is any one of L1, L2, L3, and S1. Another one, and PD4 may be the other one of L1, L2, L3, and S1.

도 6과 도 8을 참조하면, PD1은 S1, S2, S3, 및 L1 중에서 어느 하나이고, PD2은 S1, S2, S3, 및 L1 중에서 다른 하나이고, PD3은 S1, S2, S3, 및 L1 중에서 또 다른 하나이고, PD4은 S1, S2, S3, 및 L2 중에서 나머지 하나일 수 있다.6 and 8 , PD1 is any one of S1, S2, S3, and L1, PD2 is another one of S1, S2, S3, and L1, and PD3 is any one of S1, S2, S3, and L1. Another one, and PD4 may be the other one of S1, S2, S3, and L2.

실리콘 기판(silicon substrate) 내부에 4개의 포토다이오드들(PD1-PD4)이 형성되고, 대응되는 두 개의 포토다이오드들(PD1과 PD2, PD2와 PD3, 및 PD3와 PD4)사이에는 대응되는 DTI, 예컨대, 인-픽셀(in-pixel) DTI가 형성될 수 있다. 픽셀들 사이에는 인터-픽셀(inter-pixel) DTI가 형성될 수 있다.Four photodiodes PD1-PD4 are formed inside a silicon substrate, and a corresponding DTI, for example, between two corresponding photodiodes PD1 and PD2, PD2 and PD3, and PD3 and PD4. , an in-pixel DTI may be formed. An inter-pixel DTI may be formed between the pixels.

4개의 포토다이오드들(PD1-PD4)과 컬러 필터 사이에 형성된 회로 영역에는 메탈 와이어링(metal wiring), 멀티 레이어 와이어링(multi layer wiring), 또는 와이어링 레이어들(wiring layers)이 형성될 수 있다. 마이크로렌즈와 컬러 필터 사이에 렌즈 버퍼(lens buffer) 또는 평탄화 레이어 (planarization layer)가 형성될 수 있다.Metal wiring, multi-layer wiring, or wiring layers may be formed in the circuit region formed between the four photodiodes PD1-PD4 and the color filter. have. A lens buffer or a planarization layer may be formed between the microlens and the color filter.

도 9는 2개의 포토다이오드들(PD1과 PD2)을 포함하는 픽셀, 예컨대 PAF 픽셀의 회로도를 나타낸다. 도 2, 도 3, 도 7, 및 도 9를 참조하면, 픽셀은 2개의 포토다이오드들(PD1과 PD2), 2개의 전송 트랜지스터들(TX1과 TX2), 리셋 트랜지스터 (reset transistor; RX), 소스 팔로워(source follower; SF), 및 선택 트랜지스터 (selection transistor; SX)을 포함한다.9 shows a circuit diagram of a pixel including two photodiodes PD1 and PD2, for example a PAF pixel. 2, 3, 7, and 9 , a pixel includes two photodiodes PD1 and PD2, two transfer transistors TX1 and TX2, a reset transistor RX, and a source. a source follower (SF), and a selection transistor (SX).

각 트랜지스터(TX1, TX2, RX, 및 SX)를 제어할 수 있는 각 제어 신호(TG1, TG2, RS, 및 SEL)은 로우 드라이버로부터 출력될 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)의 출력 신호는 컬럼 라인으로 공급된다.Each of the control signals TG1, TG2, RS, and SEL capable of controlling each of the transistors TX1, TX2, RX, and SX may be output from the row driver. The output signal of the selection transistor SX is supplied to the column line.

도 9에서는 설명의 편의를 위해 플로팅 디퓨전 영역(floating diffusion region; FD)이 공유되는 형태의 픽셀이 도시되어 있으나, 설계자의 의도에 따라 긴-노출과 짧은-노출을 구분하는 픽셀들이 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 각 포토다이오드(PD1과 PD2)에 의해 공유되지 않을 수도 있다.In FIG. 9 , pixels in which a floating diffusion region (FD) is shared are shown for convenience of explanation. However, according to the designer's intention, pixels that distinguish between long-exposure and short-exposure can be divided into one floating diffusion region. It may not be shared by each photodiode PD1 and PD2 in the region FD.

도 10은 4개의 포토다이오드들(PD1-PD4)을 포함하는 픽셀, 예컨대 PAF 픽셀의 회로도를 나타낸다. 도 4, 도 5, 도 6, 도 8, 및 도 10을 참조하면, 픽셀은 4개의 포토다이오드들(PD1-PD4), 4개의 전송 트랜지스터들(TX1~TX4), 리셋 트랜지스터 (RX), 소스 팔로워(SF), 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함한다.10 shows a circuit diagram of a pixel including four photodiodes PD1-PD4, for example a PAF pixel. 4, 5, 6, 8, and 10 , a pixel includes four photodiodes PD1-PD4, four transfer transistors TX1 to TX4, a reset transistor RX, and a source. a follower SF, and a selection transistor SX.

각 트랜지스터(TX1-TX2, RX, 및 SX)를 제어할 수 있는 각 제어 신호(TG1~ TG4, RS, 및 SEL)은 로우 드라이버로부터 출력될 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)의 출력 신호는 컬럼 라인으로 공급된다,Each of the control signals TG1 to TG4, RS, and SEL capable of controlling each of the transistors TX1-TX2, RX, and SX may be output from the row driver. The output signal of the selection transistor SX is supplied to the column line,

도 10에서는 설명의 편의를 위해 플로팅 디퓨전 영역(FD)이 공유되는 형태의 픽셀이 도시되어 있으나, 설계자의 의도에 따라 긴-노출과 짧은-노출을 구분하는 픽셀들이 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 각 포토다이오드(PD1-PD4)에 의해 공유되지 않을 수도 있다.In FIG. 10 , pixels in which the floating diffusion region FD is shared are illustrated for convenience of explanation. However, according to the intention of the designer, pixels that distinguish between long-exposure and short-exposure are defined as one floating diffusion region FD. may not be shared by each photodiode PD1-PD4.

도 11은 도 1의 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서의 블록도를 나타낸다.11 is a block diagram of an image sensor including the pixel array of FIG. 1 .

픽셀 어레이에 포함된 각 PAF 픽셀(P)의 구조는 도 2부터 도 8을 참조하여 설명된 픽셀의 구조와 실질적으로 동일하다. PAF 픽셀(P)은 R, G, 또는 B를 나타낸다.The structure of each PAF pixel P included in the pixel array is substantially the same as that of the pixel described with reference to FIGS. 2 to 8 . PAF pixel P stands for R, G, or B.

홀수 번째 로우(Row1, Row3, …)에 구현된 각 PAF 픽셀(P)의 출력 신호는 바닥 아날로그-디지털 변환기(Bottom Analog-Digital Converter)로 전송된다. 바닥 아날로그-디지털 변환기로부터 출력된 디지털 신호들은 대응되는 메모리(또는 버퍼)에 저장될 수 있다.The output signal of each PAF pixel P implemented in the odd-numbered rows Row1, Row3, ... is transmitted to the bottom analog-digital converter. The digital signals output from the bottom analog-to-digital converter may be stored in a corresponding memory (or buffer).

짝수 번째 로우(Row2, Row4, …)에 구현된 각 PAF 픽셀(P)의 출력 신호는 상부 아날로그-디지털 변환기(Top Analog-Digital Converter)로 전송된다. 상부 아날로그-디지털 변환기로부터 출력된 디지털 신호들은 대응되는 메모리(또는 버퍼)에 저장될 수 있다.The output signal of each PAF pixel P implemented in the even-numbered rows Row2, Row4, ... is transmitted to an upper analog-to-digital converter. Digital signals output from the upper analog-to-digital converter may be stored in a corresponding memory (or buffer).

도 11에 도시된 바와 같이 각 픽셀(P)이 복수의 포토다이오드들을 포함할 때, 각 픽셀(P)에 포함된 복수의 포토다이오드들의 노출 시간 또는 집적 시간을 제어할 수 있는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 제어 신호들을 전송할 수 있는 N개의 전송 라인들(N lines)이 구현될 수 있다.As shown in FIG. 11 , when each pixel P includes a plurality of photodiodes, N (N is 2) capable of controlling the exposure time or integration time of the plurality of photodiodes included in each pixel P N transmission lines (N lines) capable of transmitting more than a natural number) of control signals may be implemented.

도 12는 도 1의 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서의 다른 블록도를 나타낸다.12 shows another block diagram of an image sensor including the pixel array of FIG. 1 .

픽셀 어레이에 포함된 각 PAF 픽셀(P)의 구조는 도 2부터 도 8을 참조하여 설명된 픽셀의 구조와 실질적으로 동일하다. PAF 픽셀(P)은 R, G, 또는 B를 나타낸다.The structure of each PAF pixel P included in the pixel array is substantially the same as that of the pixel described with reference to FIGS. 2 to 8 . PAF pixel P stands for R, G, or B.

홀수 번째 로우(Row1, Row3, …)에 구현된 각 PAF 픽셀(P)의 출력 신호는 제1아날로그-디지털 변환기(first Analog-Digital Converter)로 전송된다. 제1아날로그-디지털 변환기로부터 출력된 디지털 신호들은 대응되는 메모리(또는 버퍼)에 저장될 수 있다. 메모리(또는 버퍼)는 이미지 데이터를 출력할 수 있다.The output signal of each PAF pixel P implemented in the odd-numbered rows Row1, Row3, ... is transmitted to a first analog-digital converter. The digital signals output from the first analog-to-digital converter may be stored in a corresponding memory (or buffer). The memory (or buffer) may output image data.

짝수 번째 로우(Row2, Row4, …)에 구현된 각 PAF 픽셀(P)의 출력 신호는 제2아날로그-디지털 변환기(Second Analog-Digital Converter)로 전송된다. 제2아날로그-디지털 변환기로부터 출력된 디지털 신호들은 대응되는 메모리(또는 버퍼)에 저장될 수 있다. 메모리(또는 버퍼)는 이미지 데이터를 출력할 수 있다.The output signal of each PAF pixel P implemented in the even-numbered rows Row2, Row4, ... is transmitted to a second analog-digital converter. The digital signals output from the second analog-to-digital converter may be stored in a corresponding memory (or buffer). The memory (or buffer) may output image data.

도 12에 도시된 바와 같이 각 픽셀(P)이 복수의 포토다이오드들을 포함할 때, 각 픽셀(P)에 구현된 복수의 포토다이오드들의 노출 시간 또는 집적 시간을 제어할 수 있는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 제어 신호들을 전송할 수 있는 N개의 전송 라인들(N lines)이 구현될 수 있다.As shown in FIG. 12 , when each pixel P includes a plurality of photodiodes, N (N is 2) capable of controlling the exposure time or integration time of the plurality of photodiodes implemented in each pixel P N transmission lines (N lines) capable of transmitting more than a natural number) of control signals may be implemented.

도 13은 도 1에 도시된 픽셀 어레이(100)를 포함하는 데이터 처리 시스템 (500)의 일 실시 예에 따른 블록도를 나타낸다.13 is a block diagram of a data processing system 500 including the pixel array 100 shown in FIG. 1 according to an embodiment.

도 1부터 도 10, 및 도 16을 참조하면, 데이터 처리 시스템(500)은 상술한 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다.1 to 10 and 16 , the data processing system 500 may be implemented as the aforementioned portable electronic device.

데이터 처리 시스템(500)은 광학 렌즈(503), CMOS 이미지 센서(505), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor(DSP); 600), 및 디스플레이(640)를 포함한다.The data processing system 500 includes an optical lens 503 , a CMOS image sensor 505 , a digital signal processor (DSP) 600 , and a display 640 .

CMOS 이미지 센서(505)는 광학 렌즈(503)를 통하여 입사된 피사체(501)에 대한 이미지 데이터(IDATA)를 생성할 수 있다. 이미지 데이터(IDATA)는 복수의 포토다이오드들(P)로부터 출력된 픽셀 신호들에 상응하는 데이터이다.The CMOS image sensor 505 may generate image data IDATA of the subject 501 incident through the optical lens 503 . The image data IDATA is data corresponding to pixel signals output from the plurality of photodiodes P.

CMOS 이미지 센서(505)는 픽셀 어레이(100), 로우 드라이버(520), 리드아웃 회로(525), 타이밍 생성기(530), 제어 레지스터 블록(550), 기준 신호 생성기 (560), 및 버퍼(570)를 포함한다.The CMOS image sensor 505 includes a pixel array 100 , a row driver 520 , a readout circuit 525 , a timing generator 530 , a control register block 550 , a reference signal generator 560 , and a buffer 570 . ) is included.

픽셀 어레이(100)는 복수의 픽셀들(P)을 포함한다. CMOS 이미지 센서(505)의 픽셀(P)은 CMOS 제조 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 도 1부터 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이 복수의 픽셀들(P) 각각은 포토다이오들을 포함할 수 있다.The pixel array 100 includes a plurality of pixels P. The pixel P of the CMOS image sensor 505 may be manufactured using a CMOS manufacturing process. As described with reference to FIGS. 1 to 10 , each of the plurality of pixels P may include photodiodes.

픽셀 어레이(100)는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 픽셀들(P)을 포함한다. 픽셀들(P)은 픽셀 신호들을 컬럼 라인들로 전송한다.The pixel array 100 includes pixels P arranged in a matrix form. The pixels P transmit pixel signals to column lines.

로우 드라이버(520)는, 타이밍 생성기(530)의 제어에 따라, 픽셀들(P) 각각의 작동을 제어하기 위한 제어 신호들을 픽셀 어레이(100)로 드라이빙한다.The row driver 520 drives control signals for controlling the operation of each of the pixels P to the pixel array 100 according to the control of the timing generator 530 .

로우 드라이버(520)는 제어 신호들을 생성할 수 있는 제어 신호 생성기의 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 제어 신호들은 도 9에 도시된 제어 신호들(RS, TG1, TG2, 및 SEL)을 포함하거나, 도 10에 도시된 제어 신호들(RS, TG1~TG4, 및 SEL)을 포함한다.The row driver 520 may perform a function of a control signal generator capable of generating control signals. For example, the control signals include the control signals RS, TG1, TG2, and SEL shown in FIG. 9 or include the control signals RS, TG1 to TG4, and SEL shown in FIG. 10 .

타이밍 생성기(530)는, 제어 레지스터 블록(550)의 제어에 따라, 로우 드라이버(520), 리드아웃 회로(525), 및 기준 신호 생성기(560)의 작동을 제어한다.The timing generator 530 controls operations of the row driver 520 , the readout circuit 525 , and the reference signal generator 560 according to the control of the control register block 550 .

리드아웃 회로(525)는 컬럼별 아날로그-디지털 변환기(526)와 컬럼별 메모리 (527)를 포함한다. 실시 예에 따라, 아날로그-디지털 변환기(526)는 상관 이중 샘플링(correlated double sampling(CDS))의 기능을 수행할 수 있다.The readout circuit 525 includes an analog-to-digital converter 526 for each column and a memory 527 for each column. According to an embodiment, the analog-to-digital converter 526 may perform a function of correlated double sampling (CDS).

리드아웃 회로(525)는 각 픽셀(P)로부터 출력된 픽셀 신호에 상응하는 디지털 이미지 신호를 출력한다.The readout circuit 525 outputs a digital image signal corresponding to the pixel signal output from each pixel P.

제어 레지스터 블록(550)은, DSP(600)의 제어에 따라, 타이밍 생성기(530), 기준 신호 생성기(560), 및 버퍼(570)의 작동을 제어한다.The control register block 550 controls operations of the timing generator 530 , the reference signal generator 560 , and the buffer 570 under the control of the DSP 600 .

버퍼(570)는 리드아웃 회로(525)로부터 출력된 복수의 디지털 이미지 신호들에 대응되는 이미지 데이터(IDATA)를 DSP(600)로 전송한다. 이미지 데이터(IDATA)는 긴-노출 이미지 신호들에 상응하는 제1이미지 데이터와 짧은-노출 이미지 신호들에 상응하는 제2이미지 데이터를 포함한다.The buffer 570 transmits image data IDATA corresponding to the plurality of digital image signals output from the readout circuit 525 to the DSP 600 . The image data IDATA includes first image data corresponding to long-exposure image signals and second image data corresponding to short-exposure image signals.

DSP(600)는 이미지 신호 프로세서(image signal processor(ISP); 610), 센서 컨트롤러(620), 및 인터페이스(630)를 포함한다.The DSP 600 includes an image signal processor (ISP) 610 , a sensor controller 620 , and an interface 630 .

ISP(610)는 제어 레지스터 블록(550)을 제어하는 센서 컨트롤러(620), 및 인터페이스(630)를 제어한다.The ISP 610 controls the sensor controller 620 that controls the control register block 550 , and the interface 630 .

실시 예에 따라, CMOS 이미지 센서(505)와 DSP(600)는 하나의 패키지, 예컨대 멀티-칩 패키지(multi-chip package(MCP))로 구현될 수 있다.According to an embodiment, the CMOS image sensor 505 and the DSP 600 may be implemented in one package, for example, a multi-chip package (MCP).

도 13에서는 CMOS 이미지 센서(505)와 ISP(610)가 분리된 형태로 도시되어 있으나, ISP(610)는 CMOS 이미지 센서(505)의 일부로서 구현될 수 있다.In FIG. 13 , the CMOS image sensor 505 and the ISP 610 are illustrated in a separate form, but the ISP 610 may be implemented as a part of the CMOS image sensor 505 .

ISP(610)는 버퍼(570)로부터 전송된 이미지 데이터(IDATA)를 처리하고, 처리된 이미지 데이터를 인터페이스(630)로 전송한다. 예컨대, ISP(610)는 픽셀들(P)로부터 출력된 픽셀 신호들에 상응하는 이미지 데이터(IDATA)를 보간(interpolation)하고, 보간된 이미지 데이터(interpolated image data)를 생성할 수 있다.The ISP 610 processes the image data IDATA transmitted from the buffer 570 and transmits the processed image data to the interface 630 . For example, the ISP 610 may interpolate the image data IDATA corresponding to the pixel signals output from the pixels P and generate interpolated image data.

센서 컨트롤러(620)는, ISP(610)의 제어에 따라, 제어 레지스터 블록(550)을 제어하기 위한 다양한 제어 신호들을 생성할 수 있다.The sensor controller 620 may generate various control signals for controlling the control register block 550 according to the control of the ISP 610 .

인터페이스(630)는 ISP(610)에서 처리된 이미지 데이터, 예컨대 보간된 이미지 데이터를 디스플레이(640)로 전송할 수 있다.The interface 630 may transmit image data processed by the ISP 610 , for example, interpolated image data to the display 640 .

디스플레이(640)는 인터페이스(630)로부터 출력된 보간된 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 디스플레이(640)는 TFT-LCD(thin film transistor-liquid crystal display), LED(light emitting diode) 디스플레이, OLED(organic LED) 디스플레이, AMOLED(active-matrix OLED) 디스플레이, 또는 플렉시블 디스플레이로 구현될 수 있다.The display 640 may display the interpolated image data output from the interface 630 . The display 640 may be implemented as a thin film transistor-liquid crystal display (TFT-LCD), a light emitting diode (LED) display, an organic LED (OLED) display, an active-matrix OLED (AMOLED) display, or a flexible display. .

도 14는 도 14는 도 13에 도시된 이미지 신호 프로세서의 개략적인 블록도이고, 도 15는 도 13의 CMOS 이미지 센서에서 한 필드(one field) 동안 노출 시간들 (exposure times)과 축적된 노출 빛의 양을 나타내고, 도 16은 긴-노출 이미지 신호와 짧은-노출 이미지 신호의 결합 과정(combining process)을 설명하기 위한 긴-노출 이미지 신호의 입/출력 휘도 특성들(input/output luminance characteristics)과 짧은-노출 이미지 신호의 입/출력 휘도 특성들을 나타낸다.14 is a schematic block diagram of the image signal processor shown in FIG. 13 , and FIG. 15 is exposure times and accumulated exposure light during one field in the CMOS image sensor of FIG. 13 . 16 shows the input/output luminance characteristics of the long-exposure image signal for explaining the combining process of the long-exposure image signal and the short-exposure image signal. Indicates input/output luminance characteristics of a short-exposure image signal.

도 14를 참조하면, 도 13의 ISP(610)는 재구성 회로(reconstruction circuit; 200)와 동적 범위 압축 회로(dynamic range compression circuit; 220)를 포함할 수 있다. 재구성 회로(200)의 작동 방법은 도 15와 도 16을 참조하여 설명될 것이다.Referring to FIG. 14 , the ISP 610 of FIG. 13 may include a reconstruction circuit 200 and a dynamic range compression circuit 220 . An operation method of the reconfiguration circuit 200 will be described with reference to FIGS. 15 and 16 .

우선, 도 15의 (a)를 참조하면, T1 초들(예컨대, 1/60초들)의 필드 주기 (field period)에 맞추어 형성된 T2 초들 긴-노출(T2 seconds-long exposure)와 T3 초들 짧은-노출(T3 seconds short-exposure)가 수행된다. 실시 예에 따라, 긴-노출 시간과 짧은-노출 시간은 가변될 수 있다.First, referring to FIG. 15A , T2 seconds-long exposure and T3 seconds short-exposure formed according to a field period of T1 seconds (eg, 1/60 seconds) (T3 seconds short-exposure) is performed. Depending on the embodiment, the long-exposure time and the short-exposure time may vary.

긴-노출과 짧은-노출을 수행하기 위해, 긴-노출 이미지 신호와 짧은-노출 이미지 신호는 하나의 필드 주기에서 로우들의 개수에 의존하여 획득된다. 긴-노출 이미지 신호와 짧은-노출 이미지 신호를 결합하기 위해, 한 필드의 로우들의 수에 의존하여 캡처된 이미지 데이터가 생성된다.In order to perform long-exposure and short-exposure, a long-exposure image signal and a short-exposure image signal are obtained depending on the number of rows in one field period. In order to combine the long-exposure image signal and the short-exposure image signal, the captured image data is generated depending on the number of rows in one field.

긴-노출 이미지 신호와 짧은-노출 이미지 신호의 결합은 도 14의 재구성 회로(200)에서 수행될 수 있다. 재구성 회로(200)에서의 결합 과정은 도 16을 참조하여 설명될 수 있다.Combining the long-exposure image signal and the short-exposure image signal may be performed in the reconstruction circuit 200 of FIG. 14 . The combining process in the reconfiguration circuit 200 may be described with reference to FIG. 16 .

실시 예에 따라, 입력 이미지 데이터(INPUT)는 제1이미지 데이터에 상응하는 긴-노출 이미지 신호들과 제2이미지 데이터에 상응하는 짧은-노출 이미지 신호들을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the input image data INPUT may include long-exposure image signals corresponding to the first image data and short-exposure image signals corresponding to the second image data.

재구성 회로(200)에 의한 결합 과정(combining process)에서, 결합된 신호 또는 결합된 이미지는 점선으로 표시된 휘도 문턱(luminance threshold)에 의해 지시되는 스위칭 포인트들(switching point)에서 신호들(또는 이미지들)을 스위칭하여 생성될 수 있다.In the combining process by the reconstruction circuit 200, the combined signal or combined image is converted to signals (or images) at the switching points indicated by the luminance threshold indicated by the dashed line. ) can be created by switching

예컨대, 스위칭 포인트의 휘도 레벨보다 낮은 휘도 레벨을 갖는 픽셀 신호에는 상응하는 긴-노출 이미지 신호가 적용되고, 스위칭 포인트의 휘도 레벨보다 높은 휘도 레벨을 갖는 픽셀 신호에는 상응하는 짧은-노출 이미지 신호가 적용된다.For example, a corresponding long-exposure image signal is applied to a pixel signal having a luminance level lower than the luminance level of the switching point, and a corresponding short-exposure image signal is applied to a pixel signal having a luminance level higher than the luminance level of the switching point. do.

두 이미지들 사이의 레벨 매칭(level matching)은 짧은-노출 이미지 신호에 노출 비율(exposure ratio) 또는 이득(gain)을 곱하여 수행된다. 예컨대, 노출 비율 또는 이득은 긴-노출 이미지 신호와 짧은-노출 이미지 신호와의 비율에 따라 결정될 수 있다.Level matching between two images is performed by multiplying a short-exposure image signal by an exposure ratio or gain. For example, the exposure ratio or gain may be determined according to the ratio of the long-exposure image signal to the short-exposure image signal.

긴-노출 이미지 신호와 짧은-노출 이미지 신호 사이의 노출 비율이 K:1 일 때, 짧은-노출 이미지 신호의 노출은 긴-노출 이미지 신호의 노출은 1/K이다. 긴-노출 이미지 신호의 휘도 레벨은 짧은-노출 이미지 신호의 휘도 레벨보다 K배 크다. 따라서, 짧은-노출 이미지 신호에 이득 K을 곱하면 두 레벨들은 매치될 수 있다.When the exposure ratio between the long-exposure image signal and the short-exposure image signal is K:1, the exposure of the short-exposure image signal is 1/K, the exposure of the long-exposure image signal is 1/K. The luminance level of the long-exposure image signal is K times greater than the luminance level of the short-exposure image signal. Thus, multiplying the short-exposure image signal by a gain K can match the two levels.

이와 같은 방법으로, 짧은-노출 이미지 신호는 K배만큼 곱해진다. 결과적으로 긴-노출 신호(Long Exposure Signal)의 특성과 결합된 신호(Combined Signal)의 특성을 갖는 결합된 이미지(combined image)가 생성된다.In this way, the short-exposure image signal is multiplied by a factor of K. As a result, a combined image having the characteristics of the Long Exposure Signal and the characteristics of the Combined Signal is generated.

즉, 재구성 회로(200)는 입력 이미지 데이터(INPUT)를 도 16을 참조하여 설명한 바와 같이 결합하고, 결합된 이미지(OUTPUT1)를 출력한다. 재구성 회로(200)는 짧은-노출을 통해 획득된 짧은-노출 이미지 신호(즉, 짧은-노출 이미지)와 긴-노출을 통해 획득된 긴-노출 이미지 신호(즉, 긴-노출 이미지)를 선형적으로 합하는 기능을 수행할 수 있다.That is, the reconstruction circuit 200 combines the input image data INPUT as described with reference to FIG. 16 , and outputs the combined image OUTPUT1 . The reconstruction circuit 200 linearly converts a short-exposure image signal obtained through short-exposure (ie, a short-exposure image) and a long-exposure image signal obtained through a long-exposure (ie, a long-exposure image) can perform the function of summing with .

재구성 회로(200)는 짧은-노출 이미지에 노출 비율을 곱한 후, 곱셈의 결과로 생성된 이미지와 긴-노출 이미지를 선형적으로 합하여 선형적인 이미지(OUTPU1)를 생성한다. 예컨대, 긴-노출 이미지 신호들에 상응하는 제1이미지 데이터가 M-비트(예컨대, 14-bits)이고 짧은-노출 이미지 신호들에 상응하는 제2이미지 데이터가 M-비트(예컨대, 14-bits)일 때, 제1이미지 데이터와 제2이미지 데이터는 일정 구간에서 오버랩되고 오버랩된 결합된 이미지(OUTPUT1)는 2*M비트보다 작게 된다. 예컨대, 오버랩된 결합된 이미지(OUTPUT1)는 14-비트들(bits)일 수 있다. 여기서, 각 비트의 수는 각 픽셀로부터 출력된 각 픽셀 신호에 상응하는 이미지 데이터의 비트의 수를 의미한다.The reconstruction circuit 200 generates a linear image OUTPU1 by multiplying the short-exposure image by the exposure ratio, and then linearly sums the image generated as a result of the multiplication and the long-exposure image. For example, the first image data corresponding to the long-exposure image signals is M-bits (eg, 14-bits) and the second image data corresponding to the short-exposure image signals is M-bits (eg, 14-bits) ), the first image data and the second image data overlap in a certain section, and the overlapped combined image OUTPUT1 becomes smaller than 2*M bits. For example, the overlapped combined image OUTPUT1 may be 14-bits. Here, the number of bits means the number of bits of image data corresponding to each pixel signal output from each pixel.

동적 범위 압축 회로(220)는 오버랩된 결합된 이미지(OUTPUT1)의 비트 수(예컨대, 14-비트들)를 디스플레이 또는 출력 표준에 맞는 비트(예컨대, 10-비트들)로 낮추고 낮아진 비트 수를 갖는 이미지(OUTPUT2)를 출력한다. 예컨대, 동적 범위 압축 회로(220)는 로컬(local) 방법 또는 글로벌(global) 방법으로 구현되는 감마 (gamma) 등의 커브(curve)를 이용하여 결합 이미지(OUTPUT1)의 비트 수를 줄이고 줄어든 비트를 갖는 출력 이미지(OUTPUT2)를 출력한다. 예컨대, 동적 범위 압축 회로(220)는 결합된 이미지(OUTPUT1)의 동적 범위를 압축(compressing)하는 기능을 수행할 수 있다.The dynamic range compression circuit 220 lowers the number of bits (eg, 14-bits) of the overlapped combined image OUTPUT1 to a bit (eg, 10-bits) that meets the display or output standard, and has the lowered number of bits Output the image (OUTPUT2). For example, the dynamic range compression circuit 220 reduces the number of bits of the combined image OUTPUT1 by using a curve such as gamma implemented by a local method or a global method and reduces the number of bits. Output the output image (OUTPUT2) with For example, the dynamic range compression circuit 220 may perform a function of compressing the dynamic range of the combined image OUTPUT1 .

도 15의 (b)는 롤링 셔터(rolling shutter) 방법을 설명하기 위한 것으로서, 도 15의 (b)에서 긴-노출과 짧은-노출은 오버랩되어 진행될 수도 있다. T2와 T3는 로우들의 개수에 의존적일 수 있다.FIG. 15(b) is for explaining a rolling shutter method. In FIG. 15(b) , long-exposure and short-exposure may be overlapped. T2 and T3 may depend on the number of rows.

도 17은 멀티-다이오드 PAF 센서의 출력 신호들로부터 컬러 데이터와 깊이 데이터(depth data)을 동기에 맞추어 출력하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다. 도 17에 도시된 회로는 도 13의 CMOS 이미지 센서(505)의 일부로서 포함될 수 있다.17 is a block diagram for explaining a method of outputting color data and depth data from output signals of a multi-diode PAF sensor in synchronization. The circuit shown in FIG. 17 may be included as part of the CMOS image sensor 505 of FIG. 13 .

멀티-다이오드(multi-photodiode) PAF 센서(300)의 출력 신호는 위상 차이 신호, 즉 픽셀 내에 포함된 복수의 광전 변환 소자들(예컨대, 포토 다이오드들)로부터 출력되는 신호를 의미할 수 있다.The output signal of the multi-photodiode PAF sensor 300 may mean a phase difference signal, that is, a signal output from a plurality of photoelectric conversion elements (eg, photodiodes) included in a pixel.

컬러 데이터 처리 회로(310)는 광전 변환 소자들로부터 출력된 신호들(LDATA와 SDATA)를 이용하여 이미지 데이터 향상을 위한 처리를 수행할 수 있다. 상기 처리는 프리-프로세싱(pre-processing)을 포함할 수 있다. 상기 프리-프로세싱(pre-processing)은 메인 칼라(예컨대, RGB데이터)를 이미지 처리(image processing) 전에 CMOS 이미지 센서의 제조 공정에서 발생하는 문제를 정정(correction)할 수 있다. 상기 정정은 렌즈 세이딩 정정 및/또는 배드 픽셀 정정(lens shading correction and/or bad pixel correction) 등을 포함할 수 있다.The color data processing circuit 310 may perform image data enhancement processing using signals LDATA and SDATA output from the photoelectric conversion elements. The processing may include pre-processing. The pre-processing may correct a problem occurring in the manufacturing process of the CMOS image sensor before image processing the main color (eg, RGB data). The correction may include lens shading correction and/or bad pixel correction and/or the like.

상기 처리는 메인 칼라 이미지 처리를 포함할 수 있다. 상기 메인 칼라 이미지 처리는 인터폴레이션(interpolation), 노이즈 감소(noise reduction), 에지 향상(edge enhancement), 칼라 정정(color correction) 및/또는 감마 처리(gamma processing) 등을 포함할 수 있다.The processing may include main color image processing. The main color image processing may include interpolation, noise reduction, edge enhancement, color correction, and/or gamma processing.

컬러 데이터 처리 회로(310)는 프리-프로세싱(pre-processing)과 메인 칼라 이미지 처리 중에서 적어도 하나를 수행할 수 있다.The color data processing circuit 310 may perform at least one of pre-processing and main color image processing.

PAF 데이터 처리 회로(320)는 PAF 픽셀 단위로 깊이 데이터 향상을 위한 처리를 수행한다. PAF 데이터 처리 회로(320)는 위상 차이 자동 초점 데이터 처리 (phase difference auto focus data processing)을 의미하고, 픽셀마다 포함된 포토 다이오드들로부터 출력된 신호들(LDATA와 SDATA)을 이용하여 디스패리티 데이터 (disparity data) 또는 깊이 데이터(depth data)를 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 디스패리티 데이터는 멀티-다이오드들을 통해 획득된 한 포인트의 이미지에 대한 데이터를 의미할 수 있다. PAF 데이터 처리 회로(320)는 디스패리티 데이터 또는 깊이 데이터를 얻기 위해 일련의 처리, 예컨대 노이즈 감소 등을 수행할 수 있다.The PAF data processing circuit 320 performs processing for depth data enhancement in units of PAF pixels. The PAF data processing circuit 320 refers to phase difference auto focus data processing, and uses the signals LDATA and SDATA output from the photodiodes included in each pixel to obtain disparity data ( It may perform a function of converting disparity data or depth data. For example, the disparity data may refer to data about an image of one point acquired through multi-diodes. The PAF data processing circuit 320 may perform a series of processing, such as noise reduction, to obtain disparity data or depth data.

각 회로(310과 320)는 파이프라인(pipeline) 구조로 구현될 수 있다.Each of the circuits 310 and 320 may be implemented in a pipeline structure.

컬러 데이터 처리 회로(310)에 의해 처리된 컬러 데이터(Color Data)와 PAF 데이터 처리 회로(320)에 의해 처리된 깊이 데이터(Depth Data)는 실시 예들에 따라 서로 동기되어 출력되거나 일렬로 차례로 출력될 수 있다.The color data processed by the color data processing circuit 310 and the depth data processed by the PAF data processing circuit 320 may be output in synchronization with each other or sequentially output in a line according to embodiments. can

실시 예에 따라, 컬러 데이터(Color Data)와 깊이 데이터(Depth Data)가 서로 동기될 때 컬러 데이터(Color Data)와 깊이 데이터(Depth Data)는 서로 동기되어 출력될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 컬러 데이터(Color Data)가 출력된 후 깊이 데이터 (Depth Data)가 출력되거나, 깊이 데이터(Depth Data)가 출력된 후 컬러 데이터 (Color Data)가 출력될 수 있다.According to an embodiment, when the color data and the depth data are synchronized with each other, the color data and the depth data may be output in synchronization with each other. According to another embodiment, after color data is output, depth data is output, or after depth data is output, color data is output.

또 다른 실시 예에 따라, 컬러 데이터(Color Data)와 깊이 데이터(Depth Data)가 번갈아 출력될 수 있다. 또 다른 실시 예에 따라, 컬러 데이터(Color Data)와 깊이 데이터(Depth Data)를 혼합하여 출력하는 방법이 사용될 수 있다.According to another embodiment, color data and depth data may be alternately output. According to another embodiment, a method of mixing and outputting color data and depth data may be used.

실시 예들에 따라 멀티-다이오드 PAF 센서(300)가 제1칩에 구현될 때, 컬러 데이터 처리 회로(310)와 PAF 데이터 처리 회로(320)는 제2칩에 구현될 수 있다. 예컨대, 컬러 데이터 처리 회로(310)와 PAF 데이터 처리 회로(320)는 ISP에 구현될 수도 있고 애플리케이션 프로세서(application processor) 또는 시스템 온 칩 (system on chip(SoC))에 구현될 수 있다. 도 17에 도시된 회로는 풀(full) PAF 픽셀들을 이용하여 깊이 맵 데이터(depth map data)를 출력할 수 있다.According to embodiments, when the multi-diode PAF sensor 300 is implemented in the first chip, the color data processing circuit 310 and the PAF data processing circuit 320 may be implemented in the second chip. For example, the color data processing circuit 310 and the PAF data processing circuit 320 may be implemented in an ISP or may be implemented in an application processor or a system on chip (SoC). The circuit illustrated in FIG. 17 may output depth map data using full PAF pixels.

도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 픽셀들의 작동을 제어하기 위해 로우마다 필요한 전송 게이트 제어 라인들의 개념도이고, 도 19는 동일한 컬럼에 배치된 픽셀들의 회로도를 나타낸다.18 is a conceptual diagram of transfer gate control lines required for each row to control operation of pixels according to an embodiment of the present invention, and FIG. 19 is a circuit diagram of pixels arranged in the same column.

도 1, 도 7, 도 18, 및 도 19를 참조하면, 각 픽셀(R, G, 및 B)은 2개의 광전 변환 소자들을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1그린 픽셀은 2개의 광전 변환 소자들(GrPD1과 GrPD2)을 포함할 수 있고, 레드 픽셀은 2개의 광전 변환 소자들(RPD1과 RPD2)를 포함할 수 있고, 블루 픽셀은 2개의 광전 변환 소자들(BPD1과 BPD2)를 포함할 수 있고, 제2그린 픽셀은 2개의 광전 변환 소자들(GbPD1과 GbPD2)을 포함할 수 있다.1, 7, 18, and 19 , each pixel R, G, and B may include two photoelectric conversion elements. For example, the first green pixel may include two photoelectric conversion elements GrPD1 and GrPD2, the red pixel may include two photoelectric conversion elements RPD1 and RPD2, and the blue pixel may include two photoelectric conversion elements. The conversion elements BPD1 and BPD2 may be included, and the second green pixel may include two photoelectric conversion elements GbPD1 and GbPD2.

본 명세서에서 설명되는 각 픽셀(R, G, 및 B)은 위상 검출 자동 초점(phase detection auto focus) 작동 또는 위상 차이 자동 초점(phase difference auto focus) 작동을 수행할 수 있는 PAF 픽셀을 의미한다.Each pixel R, G, and B described herein means a PAF pixel capable of performing a phase detection auto focus operation or a phase difference auto focus operation.

도 18에 도시된 바와 같이, 로우(row)마다 4개의 전송 게이트 제어 라인들이 배치될 수 있다.As shown in FIG. 18 , four transfer gate control lines may be disposed per row.

제1제어 신호(TA1)는 광전 변환 소자(GrPD1)에 접속된 전송 게이트(TXa1)를 제어할 수 있고, 제2제어 신호(TA2)는 광전 변환 소자(GrPD2)에 접속된 전송 게이트(TXa2)를 제어할 수 있고, 제3제어 신호(TA3)는 광전 변환 소자(RPD1)에 접속된 전송 게이트를 제어할 수 있고, 제4제어 신호(TA4)는 광전 변환 소자(RPD2)에 접속된 전송 게이트를 제어할 수 있다. 노출 시간 제어 회로, 예컨대 도 13의 로우 드라이버(520)로부터 출력된 제어 신호들(TA1~TA4)은 제1로우에 배치된 픽셀들 각각에 포함된 2개의 광전 변환 소자들 각각의 노출 시간을 독립적으로 제어할 수 있다.The first control signal TA1 may control the transfer gate TXa1 connected to the photoelectric conversion element GrPD1 , and the second control signal TA2 may control the transfer gate TXa2 connected to the photoelectric conversion element GrPD2 . , the third control signal TA3 may control a transfer gate connected to the photoelectric conversion element RPD1 , and the fourth control signal TA4 may control a transfer gate connected to the photoelectric conversion element RPD2 . can control The exposure time control circuit, for example, the control signals TA1 to TA4 output from the row driver 520 of FIG. 13 independently sets the exposure time of each of the two photoelectric conversion elements included in each of the pixels arranged in the first row. can be controlled with

제5제어 신호(TB1)는 광전 변환 소자(BPD1)에 접속된 전송 게이트(TXb1)를 제어할 수 있고, 제6제어 신호(TB2)는 광전 변환 소자(BPD2)에 접속된 전송 게이트 (TXb2)를 제어할 수 있고, 제7제어 신호(TB3)는 광전 변환 소자(GrPD1)에 접속된 전송 게이트를 제어할 수 있고, 제8제어 신호(TB4)는 광전 변환 소자(GrPD2)에 접속된 전송 게이트를 제어할 수 있다. 노출 시간 제어 회로, 예컨대 도 13의 로우 드라이버(520)로부터 출력된 제어 신호들(TB1~TB4)은 제2로우에 배치된 픽셀들 각각에 포함된 2개의 광전 변환 소자들 각각의 노출 시간을 독립적으로 제어할 수 있다.The fifth control signal TB1 may control the transfer gate TXb1 connected to the photoelectric conversion element BPD1 , and the sixth control signal TB2 may be the transfer gate TXb2 connected to the photoelectric conversion element BPD2 . , the seventh control signal TB3 may control a transfer gate connected to the photoelectric conversion element GrPD1 , and the eighth control signal TB4 may control a transfer gate connected to the photoelectric conversion element GrPD2 . can control The exposure time control circuit, for example, the control signals TB1 to TB4 output from the row driver 520 of FIG. 13 independently sets the exposure time of each of the two photoelectric conversion elements included in each of the pixels arranged in the second row. can be controlled with

각 픽셀에 포함된 복수의 광전 변환 소자들 각각의 전하 축적과 전하 전송은 해당 전송 트랜지스터의 게이트로 공급되는 해당 제어 신호에 따라 제어될 수 있다. Charge accumulation and charge transfer of each of the plurality of photoelectric conversion elements included in each pixel may be controlled according to a corresponding control signal supplied to a gate of a corresponding transfer transistor.

실시 예들에, 제1제어 신호(TA1)가 광전 변환 소자(GrPD2)에 접속된 전송 게이트로 공급될 수 있도록 그리고 제2제어 신호(TA2)가 광전 변환 소자(GrPD1)에 접속된 전송 게이트로 공급될 수 있도록 픽셀 어레이에 대한 설계 변경은 가능하다. 또한, 제3제어 신호(TA3)가 광전 변환 소자(RPD2)에 접속된 전송 게이트로 공급될 수 있도록 그리고 제4제어 신호(TA4)가 광전 변환 소자(RPD1)에 접속된 전송 게이트로 공급될 수 있도록 픽셀 어레이에 대한 설계 변경은 가능하다.In example embodiments, the first control signal TA1 may be supplied to the transfer gate connected to the photoelectric conversion element GrPD2 and the second control signal TA2 may be supplied to the transfer gate connected to the photoelectric conversion element GrPD1 It is possible to change the design of the pixel array so that it can be In addition, the third control signal TA3 may be supplied to the transfer gate connected to the photoelectric conversion element RPD2 and the fourth control signal TA4 may be supplied to the transfer gate connected to the photoelectric conversion element RPD1. Design changes to the pixel array are possible.

도 19에 도시된 바와 같이, 픽셀 A가 제1로우에 배치된 제1그린 픽셀을 의미하고, 픽셀 B가 제2로우에 배치된 블루 픽셀이라고 가정하면, 동일한 컬럼에 배치된 상기 제1그린 픽셀과 상기 블루 픽셀은 플로팅 디퓨전 영역(또는 플로팅 디퓨전 노드; FD)을 공유할 수 있다. 즉, 4개의 광전 변환 소자들(GrPD1, GrPD2, BPD1, 및 BPD2)은 4개의 전송 게이트들을 통해 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 공유할 수 있다.19 , assuming that pixel A means a first green pixel disposed in a first row and pixel B is a blue pixel disposed in a second row, the first green pixel disposed in the same column and the blue pixel may share a floating diffusion region (or a floating diffusion node; FD). That is, the four photoelectric conversion elements GrPD1 , GrPD2 , BPD1 , and BPD2 may share the floating diffusion region FD through four transfer gates.

도 20은 도 19에 도시된 픽셀들의 작동을 설명하기 위한 타이밍 도이다.FIG. 20 is a timing diagram for explaining the operation of the pixels shown in FIG. 19 .

도 18부터 도 20을 참조하면, 하나의 수평 구간은 두 개의 셔터 구간들(STX1과 STX2)가 존재하고 하나의 리드 아웃 구간(READ)이 존재한다. 제1셔터 구간 (STX1)에서는, 어드레스(ADD1)에 해당하는 제1로우에 배치된 픽셀 A의 제1광전 변환 소자(GrPD1)가 전송 게이트(TXa1)와 리셋 트랜지스터(RX)를 통해 리셋된다. 즉, 제1제어 신호(TA1)는 전송 트랜지스터(TXa1)의 게이트로 공급되고 리셋 신호(RST)는 리셋 트랜지스터(RX)의 게이트로 공급된다.18 to 20 , in one horizontal section, two shutter sections STX1 and STX2 exist and one readout section READ exists. In the first shutter period STX1 , the first photoelectric conversion element GrPD1 of the pixel A disposed in the first row corresponding to the address ADD1 is reset through the transfer gate TXa1 and the reset transistor RX. That is, the first control signal TA1 is supplied to the gate of the transfer transistor TXa1 and the reset signal RST is supplied to the gate of the reset transistor RX.

제1셔터 구간(STX1)에서는, 해당하는 광전 변환 소자에 대한 리셋 작동이 수행되지 않는다.In the first shutter period STX1 , a reset operation is not performed on the corresponding photoelectric conversion element.

리드 아웃 구간(READ)에서는, 어드레스(ADD1)와 다른 어드레스(ADD3)에 해당하는 로우에 배치된 픽셀의 플로팅 디퓨전 영역이 리셋된다. 그 후, 제2제어 신호 (TA2)가 제1로우에 배치된 픽셀 A의 제2광전 변환 소자(GrPD2)에 접속된 전송 트랜지스터(TXa2)의 게이트로 공급된다. 따라서, 제2광전 변환 소자(GrPD2)에 축적된 전하들은 전송 게이트(TXa2)를 통해 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전송되고, 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 전송된 전하들에 응답하여 소스 팔로워(SF)가 작동하고, 소스 팔로워 (SF)로부터 출력된 신호는 선택 트랜지스터(SX)를 통해 컬럼 라인으로 전송된다.In the read-out period READ, the floating diffusion region of the pixel disposed in the row corresponding to the address ADD3 different from the address ADD1 is reset. Thereafter, the second control signal TA2 is supplied to the gate of the transfer transistor TXa2 connected to the second photoelectric conversion element GrPD2 of the pixel A arranged in the first row. Accordingly, the charges accumulated in the second photoelectric conversion element GrPD2 are transferred to the floating diffusion region FD through the transfer gate TXa2, and in response to the charges transferred to the floating diffusion region FD, the source follower SF ) operates, and the signal output from the source follower SF is transmitted to the column line through the selection transistor SX.

VPIX는 리셋 트랜지스터(RX)와 소스 팔로워(SF)로 공급되는 작동 전압을 의미한다.VPIX refers to the operating voltage supplied to the reset transistor (RX) and the source follower (SF).

도 21은 WDR(wide dynamic range)를 위한 픽셀들의 배열의 일 실시 예를 나타낸다. 도 18, 도 19, 및 도 21을 참조하면, L은 긴-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 광전 변환 소자를 의미하고, S은 짧은-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 광전 변환 소자를 의미한다.21 illustrates an embodiment of an arrangement of pixels for wide dynamic range (WDR). 18, 19, and 21 , L denotes a photoelectric conversion element capable of generating a long-exposure image signal, and S denotes a photoelectric conversion element capable of generating a short-exposure image signal .

각 광전 변환 소자(GrPD1, RPD1, BPD1, 및 GbPD1)에 접속된 각 전송 트랜지스터의 게이트로 공급되는 각 제어 신호(TA1, TA3, TB1, 및 TB3)는 상대적으로 긴-노출 시간에 대응된다. 그러나, 각 광전 변환 소자(GrPD2, RPD2, BPD2, 및 GbPD2)에 접속된 각 전송 트랜지스터의 게이트로 공급되는 각 제어 신호(TA2, TA4, TB2, 및 TB4)는 상대적으로 짧은-노출 시간에 대응된다.Each control signal TA1 , TA3 , TB1 , and TB3 supplied to the gate of each transfer transistor connected to each photoelectric conversion element GrPD1 , RPD1 , BPD1 , and GbPD1 corresponds to a relatively long-exposure time. However, each control signal TA2, TA4, TB2, and TB4 supplied to the gate of each transfer transistor connected to each photoelectric conversion element GrPD2, RPD2, BPD2, and GbPD2 corresponds to a relatively short-exposure time. .

도 22는 WDR(wide dynamic range)를 위한 픽셀들의 배열의 다른 실시 예를 나타낸다. 도 18, 도 19, 및 도 22를 참조하면, L은 긴-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 광전 변환 소자를 의미하고, S은 짧은-노출 이미지 신호를 생성할 수 있는 광전 변환 소자를 의미한다.22 shows another embodiment of an arrangement of pixels for wide dynamic range (WDR). 18, 19, and 22 , L denotes a photoelectric conversion element capable of generating a long-exposure image signal, and S denotes a photoelectric conversion element capable of generating a short-exposure image signal .

각 광전 변환 소자(GrPD1, RPD1, BPD2, 및 GbPD2)에 접속된 각 전송 트랜지스터의 게이트로 공급되는 각 제어 신호(TA1, TA3, TB1, 및 TB3)는 상대적으로 긴-노출 시간에 대응된다. 그러나, 각 광전 변환 소자(GrPD2, RPD2, BPD1, 및 GbPD1)에 접속된 각 전송 트랜지스터의 게이트로 공급되는 각 제어 신호(TA2, TA4, TB2, 및 TB4)는 상대적으로 짧은-노출 시간에 대응된다.Each control signal TA1 , TA3 , TB1 , and TB3 supplied to the gate of each transfer transistor connected to each photoelectric conversion element GrPD1 , RPD1 , BPD2 , and GbPD2 corresponds to a relatively long-exposure time. However, each control signal TA2, TA4, TB2, and TB4 supplied to the gate of each transfer transistor connected to each of the photoelectric conversion elements GrPD2, RPD2, BPD1, and GbPD1 corresponds to a relatively short-exposure time. .

비닝(binning)의 경우, 동일한 노출-시간에 해당하는 광전 변환 소자들로부터 출력된 전하들에 상응하는 픽셀 신호들을 다해야 하므로, 상기 비닝이 가능하도록 로우 드라이버(520)는 각 제어 신호(TA1~TA4, 및 TB1~TB4)를 제어해야 한다. 따라서, 로우 드라이버(520)는 PAF의 성능 및/또는 비닝 등 작동 조건에 따라 노출 시간에 관련된 각 제어 신호(TA1~TA4, 및 TB1~TB4)를 제어해야 한다.In the case of binning, pixel signals corresponding to charges output from the photoelectric conversion devices corresponding to the same exposure-time must be exhausted, so that the row driver 520 controls each of the control signals TA1 to TA4 to enable the binning. , and TB1 to TB4) should be controlled. Accordingly, the row driver 520 needs to control the respective control signals TA1 to TA4 and TB1 to TB4 related to the exposure time according to the performance of the PAF and/or operating conditions such as binning.

도 18부터 도 22를 참조하여 설명한 바와 같이, 광전 변환 소자에 접속된 전송 트랜지스터의 게이트로 공급되는 제어 신호가 상대적으로 긴-노출 시간에 대응되는 신호인지 또는 상대적으로 짧은-노출 시간에 대응되는 신호인지에 따라 공간적으로 다른 위치에 배치된 픽셀은 서로 다른 노출 시간으로 제어될 수 있는 효과가 있다.18 to 22, whether the control signal supplied to the gate of the transfer transistor connected to the photoelectric conversion element is a signal corresponding to a relatively long-exposure time or a signal corresponding to a relatively short-exposure time There is an effect that pixels arranged in different spatially different positions according to perception can be controlled with different exposure times.

여기서, L과 S는 상대적인 것으로서, L에 접속된 전송 트랜지스터의 게이트로 상대적으로 짧은-노출 시간에 상응하는 제어 신호가 공급되면, 상기 L은 상대적으로 짧은-노출 이미지 신호에 상응하는 전하들을 생성할 수 있다. 또한, S에 접속된 전송 트랜지스터의 게이트로 상대적으로 긴-노출 시간에 상응하는 제어 신호가 공급되면, 상기 S는 상대적으로 긴-노출 이미지 신호에 상응하는 전하들을 생성할 수 있다.Here, L and S are relative, and when a control signal corresponding to a relatively short-exposure time is supplied to the gate of the transfer transistor connected to L, the L will generate charges corresponding to the relatively short-exposure image signal. can In addition, when a control signal corresponding to a relatively long-exposure time is supplied to the gate of the transfer transistor connected to S, the S may generate charges corresponding to the relatively long-exposure image signal.

도 18부터 도 22를 참조하여 설명한 바와 같이, 픽셀마다 포함된 2개의 광전변환 소자들 중에서 어느 하나로만 긴-노출 시간에 해당하는 제어 신호가 공급되므로, 도 18부터 도 22를 참조하여 설명한 픽셀들로부터 출력된 픽셀 신호들에 상응하는 나이퀴스트 공간 주파수(Nyquest spatial frequency)는 일반 베이어 패턴 (Bayer pattern)에 포함된 픽셀들로부터 출력된 픽셀 신호들에 상응하는 나이퀴스트 공간 주파수와 동일하므로, 도 18부터 도 22를 참조하여 설명한 픽셀들을 포함하는 이미지 센서의 해상도는 베이어 패턴들을 포함하는 이미지 센서의 해상도와 동일하다.As described with reference to FIGS. 18 to 22 , since the control signal corresponding to the long-exposure time is supplied to only one of the two photoelectric conversion elements included in each pixel, the pixels described with reference to FIGS. 18 to 22 are Since the Nyquist spatial frequency corresponding to the pixel signals output from The resolution of the image sensor including pixels described with reference to FIGS. 18 to 22 is the same as the resolution of the image sensor including Bayer patterns.

도 23은 본 발명의 실시 예에 따라 픽셀 신호들을 리드아웃하는 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 24는 도 23에 도시된 픽셀 신호들을 리드아웃하는 방법을 설명하기 위한 회로도이다.23 is a conceptual diagram illustrating a method of reading out pixel signals according to an embodiment of the present invention, and FIG. 24 is a circuit diagram illustrating a method of reading out the pixel signals shown in FIG. 23 .

설명의 편의를 위해, (1) 시점부터 (4) 시점 순서로 이미지 신호들이 출력된다고 가정한다.For convenience of description, it is assumed that image signals are output in the order of (1) to (4) view.

(1) 시점에 서로 다른 위치들에 배치된 광전 변환 소자들에 접속된 전송 트랜지스터들의 게이트들로 로우 드라이버(520)로부터 출력된 제어 신호들이 공급되면, 상기 광전 변환 소자들을 포함하는 픽셀들은 해당 컬럼 라인들(COL1~COL4)을 통해 픽셀 신호들을 병렬로 비교기들(CP1~CP4)로 출력할 수 있다.(1) When the control signals output from the row driver 520 are supplied to the gates of the transfer transistors connected to the photoelectric conversion elements arranged at different positions at a time point, the pixels including the photoelectric conversion elements are displayed in the corresponding column. Pixel signals may be output to the comparators CP1 to CP4 in parallel through the lines COL1 to COL4.

도 13의 리드아웃 회로(525)의 실시 예에 따른 리드아웃 회로(525A)에 구현된 비교기들(CP1~CP4) 각각은 램프 신호(VRAMP)와 픽셀 신호들 각각을 비교하고 비교 신호들 각각을 출력할 수 있다. 램프 신호(VRAMP)는 기준 신호 생성기, 예컨대 램프 신호 생성기(560)로부터 출력될 수 있다.Each of the comparators CP1 to CP4 implemented in the readout circuit 525A according to the embodiment of the readout circuit 525 of FIG. 13 compares the ramp signal VRAMP and the pixel signals, respectively, and compares each of the comparison signals. can be printed out. The ramp signal VRAMP may be output from a reference signal generator, for example, the ramp signal generator 560 .

예컨대, (1) 시점에 그린 픽셀들로부터 긴-노출 그린 이미지 신호들이 동시에 또는 병렬로 출력될 수 있다. (2) 시점에 그린 픽셀들로부터 짧은-노출 그린 이미지 신호들이 동시에 또는 병렬로 출력될 수 있다. (3) 시점에 레드 픽셀들로부터 긴-노출 레드 이미지 신호들과 블루 픽셀들로부터 긴-노출 블루 이미지 신호들이 동시에 또는 병렬로 출력될 수 있다. (4) 시점에 레드 픽셀들로부터 짧은-노출 레드 이미지 신호들과 블루 픽셀들로부터 짧은-노출 블루 이미지 신호들이 동시에 또는 병렬로 출력될 수 있다.For example, (1) long-exposure green image signals from pixels drawn at the time may be output simultaneously or in parallel. (2) Short-exposure green image signals from pixels drawn at the time can be output simultaneously or in parallel. (3) Long-exposure red image signals from red pixels and long-exposure blue image signals from blue pixels may be output simultaneously or in parallel at a time point. (4) Short-exposure red image signals from red pixels and short-exposure blue image signals from blue pixels may be output simultaneously or in parallel at a time point.

도 25는 일반 작동 조건에서 작동하는 타이밍 생성기의 작동을 설명하기 위한 개념도이고, 도 26은 2개의 로우들 단위로 비닝할 때의 타이밍 생성기의 작동을 설명하기 위한 개념도이고, 도 27은 3개의 로우들 단위로 비닝할 때의 타이밍 생성기의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.25 is a conceptual diagram for explaining the operation of the timing generator operating under normal operating conditions, FIG. 26 is a conceptual diagram for explaining the operation of the timing generator when binning in units of two rows, and FIG. 27 is three rows It is a conceptual diagram for explaining the operation of the timing generator when binning in units of fields.

도 13, 및 도 18부터 도 27을 참조하면, 타이밍 생성기(640)는, WDR 작동 조건 하에서 위상 차이 검출 성능이 저하되지 않도록, 픽셀마다 포함된 2개의 광전 변환 소자들 중에서 어느 하나로 긴-노출 시간에 해당하는 제어 신호를 공급하도록 로우 드라이버(520)를 제어할 수 있다. 13 and 18 to 27 , the timing generator 640 is configured to use one of the two photoelectric conversion elements included in each pixel for a long-exposure time so that the phase difference detection performance is not degraded under WDR operating conditions. The row driver 520 may be controlled to supply a control signal corresponding to .

타이밍 생성기(640)는 도 27, 도 28, 및 도 29를 참조하여 설명될 비닝 조건에서 픽셀들 각각에 대한 노출을 제어할 수 있다.The timing generator 640 may control the exposure of each of the pixels in a binning condition to be described with reference to FIGS. 27, 28, and 29 .

도 27은 일반 작동 조건을 위한 노출 제어에 상응하는 WDR 패턴이다. 도 28은 2로우들씩 비닝하는 경우에서의 노출 제어에 상응하는 WDR 패턴이다. 이 경우, 2로우들 씩, 동시에 리드된다. 도 29는 3로우들씩 비닝하는 경우에서의 노출 제어에 상응하는 WDR 패턴이다. 이 경우, 3로우들 씩 동시에 리드된다.27 is a WDR pattern corresponding to exposure control for normal operating conditions. 28 is a WDR pattern corresponding to exposure control in the case of binning by two rows. In this case, two rows are read at the same time. 29 is a WDR pattern corresponding to exposure control in the case of binning by 3 rows. In this case, three rows are simultaneously read.

도 28은 도 1 또는 도 18에 도시된 픽셀들을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 실시 예를 나타내는 블록도이다.28 is a block diagram illustrating another embodiment of a data processing system including the pixels illustrated in FIG. 1 or 18 .

데이터 처리 시스템(600)은 픽셀 어레이(100), 노출 시간 제어 회로(610), 아날로그-디지털 변환기(630), 프리(pre)-ISP(650), 위상 차이 처리 회로(660), 및 출력 인터페이스(670)를 포함한다.The data processing system 600 includes a pixel array 100 , an exposure time control circuit 610 , an analog-to-digital converter 630 , a pre-ISP 650 , a phase difference processing circuit 660 , and an output interface. (670).

픽셀 어레이(100)는 복수의 픽셀들을 포함한다. 상기 복수의 픽셀들 각각은 도 1부터 도 27을 참조하여 설명된 픽셀을 의미할 수 있다. 즉, 각 픽셀은 독립적으로 제어될 수 있는 2개 또는 그 이상의 광전 변환 소자들을 포함할 수 있다.The pixel array 100 includes a plurality of pixels. Each of the plurality of pixels may refer to the pixel described with reference to FIGS. 1 through 27 . That is, each pixel may include two or more photoelectric conversion elements that can be controlled independently.

노출 시간 제어 회로(610)는 픽셀마다 광전 변환 소자들 각각의 노출 (exposure) 시간을 독립적으로 제어할 수 있다. 노출 시간 제어 회로(610)는 로우 드라이버(520)와 타이밍 생성기(530)를 포함할 수 있다.The exposure time control circuit 610 may independently control an exposure time of each of the photoelectric conversion elements for each pixel. The exposure time control circuit 610 may include a row driver 520 and a timing generator 530 .

도 29는 도 28에 도시된 데이터 처리 시스템의 작동을 설명하기 위한 플로우 차트이다.29 is a flowchart for explaining the operation of the data processing system shown in FIG. 28;

도 28과 도 29를 참조하면, 실시 예들에 따라, 타이밍 생성기(530)는 현재 로우 어드레스를 확인하고, 확인의 결과에 기초하여 제1노출 시간 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제1노출 시간 제어 신호들을 로우 드라이버(520)로 출력할 수 있다(S110). 즉, 제1노출 시간 제어 신호들은 현재 로우 어드레스만에 기초하여 생성될 수 있다.28 and 29 , according to embodiments, the timing generator 530 checks the current row address, generates first exposure time control signals based on the result of the check, and controls the generated first exposure time. Signals may be output to the row driver 520 (S110). That is, the first exposure time control signals may be generated based on only the current row address.

로우 드라이버(520)는, 제1노출 시간 제어 신호들에 응답하여, 긴-시퀀스 및/또는 짧은-시퀀스에 해당하는 제어 신호들을 생성한다. 상기 긴-시퀀스는 긴-노출 시간을 제어하기 위한 시퀀스를 의미하고, 상기 짧은-시퀀스는 짧은-노출 시간을 제어하기 위한 시퀀스를 의미한다.The row driver 520 generates long-sequence and/or short-sequence control signals in response to the first exposure time control signals. The long-sequence means a sequence for controlling a long-exposure time, and the short-sequence means a sequence for controlling a short-exposure time.

다른 실시 예들에 따라, 타이밍 생성기(530)는 비닝-조건들에 해당하는 비닝 조건 데이터를 확인하고, 확인의 결과에 기초하여 제1노출 시간 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제1노출 시간 제어 신호들을 로우 드라이버(520)로 출력할 수 있다 (S120). 즉, 제1노출 시간 제어 신호들은 비닝 조건 데이터만에 기초하여 생성될 수 있다. 이때, 비닝 조건 데이터는 도 25, 도 26, 및 도 27을 참조하여 설명한 바와 같이 비닝 작동에 사용될 로우들의 개수에 상응하는 데이터일 수 있다.According to other embodiments, the timing generator 530 checks binning condition data corresponding to the binning-conditions, generates first exposure time control signals based on the result of the check, and generates the first exposure time control signal. may be output to the row driver 520 (S120). That is, the first exposure time control signals may be generated based on only the binning condition data. In this case, the binning condition data may be data corresponding to the number of rows to be used in the binning operation as described with reference to FIGS. 25, 26, and 27 .

또 다른 실시 예들에 따라, 타이밍 생성기(530)는, 현재 로우 어드레스에 대한 확인 결과(S110)와 비닝 조건 데이터에 대한 확인 결과(S120)에 기초하여, 제1노출 시간 제어 신호들을 생성하고, 생성된 제1노출 시간 제어 신호들을 로우 드라이버(520)로 출력할 수 있다.According to still other embodiments, the timing generator 530 generates and generates first exposure time control signals based on a result of checking the current row address ( S110 ) and a result of checking the binning condition data ( S120 ) of the binning condition data. The first exposure time control signals may be output to the row driver 520 .

픽셀마다 구현된 광전 변환 소자들, 예컨대, 포토다이오드들은 긴-시퀀스 및/또는 짧은-시퀀스에 따라 리셋된다(S130).The photoelectric conversion elements implemented for each pixel, for example, photodiodes are reset according to the long-sequence and/or the short-sequence ( S130 ).

픽셀마다 구현된 광전 변환 소자들은, 긴-시퀀스 및/또는 짧은-시퀀스에 따라 집적된, 전하들을 전송 트랜지스터들을 통해 해당 플로팅 디퓨전 영역으로 전송한다. 즉, 픽셀들은 노출 시간이 지난 후에 픽셀 신호들을 컬럼 라인들을 통해 아날로그-디지털 변환기(630)로 출력한다(S140).The photoelectric conversion elements implemented for each pixel transfer the accumulated charges according to a long-sequence and/or a short-sequence to a corresponding floating diffusion region through transfer transistors. That is, the pixels output the pixel signals to the analog-to-digital converter 630 through the column lines after the exposure time has elapsed ( S140 ).

아날로그-디지털 변환기(630)는 픽셀들로부터 출력된 픽셀 신호들을 디지털 신호들로 변환하고, 상기 디지털 신호들을 프리-ISP(650)로 전송한다.The analog-to-digital converter 630 converts the pixel signals output from the pixels into digital signals, and transmits the digital signals to the pre-ISP 650 .

프리-ISP(650)는 디지털 신호들에 대해 렌즈 쉐이딩 정정 및/또는 배드 픽셀 정정 등을 수행하고, 수행의 결과에 따라 컬러 정보를 생성하고, 생성된 컬러 정보를 출력 인터페이스(670)로 출력할 수 있다.The pre-ISP 650 performs lens shading correction and/or bad pixel correction on digital signals, generates color information according to the result of the execution, and outputs the generated color information to the output interface 670 . can

또한, 프리-ISP(650)는 디지털 신호들 또는 상기 수행의 결과에 상응하는 신호들을 위상 차이 처리 회로(660)로 출력할 수 있다.In addition, the pre-ISP 650 may output digital signals or signals corresponding to the result of the execution to the phase difference processing circuit 660 .

위상 차이 처리 회로(660)는 프리-ISP(650)로부터 전송된 디지털 신호들 또는 상기 수행의 결과에 상응하는 신호들을 압축하고 압축 결과에 상응하는 위상 차이 정보를 출력 인터페이스(670)로 출력할 수 있다.The phase difference processing circuit 660 may compress the digital signals transmitted from the pre-ISP 650 or signals corresponding to the result of the execution, and output phase difference information corresponding to the compression result to the output interface 670 . have.

예컨대, 위상 차이 처리 회로(660)는 프리-ISP(650)로부터 전송된 디지털 신호들을 Y 값들(예컨대 위상 값들)로 변환하고, 변환된 Y 값들에 기초하여 긴-노출 이미지 신호들에 상응하는 디지털 신호들과 짧은-노출 이미지 신호에 상응하는 디지털 신호들 사이의 패리티(parity)를 검출하고 검출의 결과에 상응하는 위상 차이 정보를 생성할 수 있다.For example, the phase difference processing circuit 660 converts the digital signals transmitted from the pre-ISP 650 into Y values (eg, phase values), and based on the converted Y values, digital signals corresponding to long-exposure image signals. Parity between the signals and digital signals corresponding to the short-exposure image signal may be detected and phase difference information corresponding to a result of the detection may be generated.

예컨대, 위상 차이 처리 회로(660)는 Y-축 방향으로 M(M은 2 이상의 자연수)개의 로우들에 포함된 픽셀들로부터 출력된 픽셀 신호들에 상응하는 디지털 신호들의 평균을 계산하고, 1/M으로 압축된 위상 차이 정보를 생성할 수 있다.For example, the phase difference processing circuit 660 calculates an average of digital signals corresponding to pixel signals output from pixels included in M (M is a natural number equal to or greater than 2) rows in the Y-axis direction, and 1/ M-compressed phase difference information may be generated.

출력 인터페이스(670)는 프리-ISP(650)로부터 출력된 컬러 정보와 위상 차이 처리 회로(660)로부터 출력된 위상 차이 정보를 출력할 수 있다. 출력 인터페이스 (670)는 컬러 정보와 위상 차이 정보의 출력 순서를 결정할 수도 있다.The output interface 670 may output the color information output from the pre-ISP 650 and the phase difference information output from the phase difference processing circuit 660 . The output interface 670 may determine an output order of the color information and the phase difference information.

도 30은 도 1 또는 도 18에 도시된 픽셀들을 포함하는 데이터 처리 시스템의 다른 실시 예를 나타태는 블록도이다.30 is a block diagram illustrating another embodiment of a data processing system including the pixels shown in FIG. 1 or 18 .

도 1부터 도 30을 참조하면, 데이터 처리 시스템(700)은 MIPI®(mobile industry processor interface)를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 시스템으로 구현될 수 있다.If from Fig. 1, see FIG. 30, data processing system 700 may be implemented in a data processing system that may use or support the MIPI ® (mobile industry processor interface) .

데이터 처리 시스템(700)은 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다. 상기 휴대용 전자 장치는 모바일 컴퓨팅 장치를 의미할 수 있다. 상기 모바일 컴퓨팅 장치는 랩탑 컴퓨터, 이동 전화기, 스마트 폰, 태블릿 PC, 디지털 카메라, 캠코더, MID, 웨어러블 컴퓨터, IoT 장치, 또는 IoE 장치 등을 의미할 수 있다.The data processing system 700 may be implemented as a portable electronic device. The portable electronic device may refer to a mobile computing device. The mobile computing device may mean a laptop computer, mobile phone, smart phone, tablet PC, digital camera, camcorder, MID, wearable computer, IoT device, or IoE device.

데이터 처리 시스템(700)은 애플리케이션 프로세서(application processor(AP); 710), 이미지 센서(505), 및 디스플레이(730)를 포함할 수 있다.The data processing system 700 may include an application processor (AP) 710 , an image sensor 505 , and a display 730 .

AP(710)에 구현된 카메라 시리얼 인터페이스(camera serial interface(CSI)) 호스트(713)는 CSI를 통하여 이미지 센서(505)의 CSI 장치(706)와 시리얼 통신할 수 있다. 실시 예에 따라, CSI 호스트(713)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있고, CSI 장치(706)는 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있다.A camera serial interface (CSI) host 713 implemented in the AP 710 may serially communicate with the CSI device 706 of the image sensor 505 through CSI. According to an embodiment, the CSI host 713 may include a deserializer (DES), and the CSI device 706 may include a serializer (SER).

이미지 센서(505)는, 도 1부터 도 13, 및 도 18부터 도 28을 참조하여 설명한 바와 같이, 복수의 픽셀들(또는 복수의 액티브 픽셀 센서들)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 픽셀들 각각은 독립적으로 제어될 수 있는 복수의 광전 변환 소자들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 픽셀들 각각의 구조는 도 7 또는 도 8을 참조하여 설명한 바와 같다. 이미지 센서(505)는 FSI(front side illuminated) CMOS 이미지 센서 또는 BSI(back side illuminated) CMOS 이미지 센서로 구현될 수 있다.The image sensor 505 may include a plurality of pixels (or a plurality of active pixel sensors) as described with reference to FIGS. 1 to 13 and 18 to 28 . Each of the plurality of pixels may include a plurality of photoelectric conversion elements that can be independently controlled. The structure of each of the plurality of pixels is the same as described with reference to FIG. 7 or FIG. 8 . The image sensor 505 may be implemented as a front side illuminated (FSI) CMOS image sensor or a back side illuminated (BSI) CMOS image sensor.

또한, 이미지 센서(505)는, 로우 어드레스 및/또는 비닝 조건 데이터에 따라, 픽셀마다 포함된 복수의 광전 변환 소자들 각각의 노출 시간을 독립적으로 제어할 수 있는 노출 시간 제어 회로, 예컨대 로우 드라이버(520)를 포함할 수 있다. In addition, the image sensor 505 may include an exposure time control circuit that can independently control the exposure time of each of the plurality of photoelectric conversion elements included in each pixel according to the row address and/or binning condition data, for example, a row driver ( 520) may be included.

AP(710)에 구현된 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface(DSI)) 호스트(711)는 DSI를 통하여 디스플레이(730)의 DSI 장치(731)와 시리얼 통신할 수 있다. 실시 예에 따라, DSI 호스트(711)는 시리얼라이저(SER)를 포함하고 DSI 장치(731)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다.A display serial interface (DSI) host 711 implemented in the AP 710 may serially communicate with the DSI device 731 of the display 730 through the DSI. According to an embodiment, the DSI host 711 may include a serializer SER and the DSI device 731 may include a deserializer DES.

예컨대, 이미지 센서(505)로부터 출력된 이미지 데이터는 CSI를 통해 AP (710)로 전송될 수 있다. AP(710)는 상기 이미지 데이터를 처리하고, 처리된 이미지 데이터를 DSI를 통해 디스플레이(730)로 전송할 수 있다.For example, image data output from the image sensor 505 may be transmitted to the AP 710 through CSI. The AP 710 may process the image data and transmit the processed image data to the display 730 through DSI.

데이터 처리 시스템(700)은 AP(710)와 통신할 수 있는 RF 칩(740)을 더 포함할 수 있다. AP(700)의 PHY(physical layer; 715)와 RF 칩(740)의 PHY(physical layer; 741)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.The data processing system 700 may further include an RF chip 740 capable of communicating with the AP 710 . A physical layer (PHY) 715 of the AP 700 and a physical layer (PHY) 741 of the RF chip 740 may exchange data according to MIPI DigRF.

CPU(717)는 DSI 호스트(711), CSI 호스트(713), 및 PHY(715) 각각의 작동을 제어할 수 있고, 하나 또는 그 이상의 코어들을 포함할 수 있다.The CPU 717 may control the operation of each of the DSI host 711 , the CSI host 713 , and the PHY 715 , and may include one or more cores.

AP(710)는 집적 회로, 시스템 온 칩(system on chip(SoC))으로 구현될 수 있고, 이미지 센서(505)의 작동을 제어할 수 있는 프로세서 또는 호스트를 의미할 수 있다.The AP 710 may be implemented as an integrated circuit or a system on chip (SoC), and may refer to a processor or a host capable of controlling the operation of the image sensor 505 .

데이터 처리 시스템(700)은 GPS 수신기(750), DRAM(dynamic random access memory)과 같은 휘발성 메모리(751), 플래시-기반 메모리와 같은 불휘발성 메모리를 포함하는 데이터 저장 장치(753), 마이크(755), 또는 스피커(757)를 포함할 수 있다. 데이터 저장 장치(753)는 AP(710)에 착탈 가능한 외장 메모리로 구현될 수 있다. 또한, 데이터 저장 장치(753)는 유니버셜 플래시 스토리지(universal flash storage(UFS)), 멀티미디어카드(multimedia card(MMC)), 임베디드 MMC(embedded MMC(eMMCTM)), 또는 메모리 카드로 구현될 수 있다.The data processing system 700 includes a GPS receiver 750 , a data storage device 753 including a volatile memory 751 such as dynamic random access memory (DRAM), a nonvolatile memory such as a flash-based memory, a microphone 755 . ), or a speaker 757 . The data storage device 753 may be implemented as an external memory detachable from the AP 710 . In addition, the data storage device 753 may be implemented as a universal flash storage (UFS), a multimedia card (MMC), an embedded MMC (eMMC TM ), or a memory card. .

데이터 처리 시스템(700)은 적어도 하나의 통신 프로토콜, 예컨대, WiMAX(worldwide interoperability for microwave access; 759), WLAN(Wireless LAN; 761), UWB (ultra-wideband; 763), 및/또는 LTETM(long term evolution; 765) 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다.The data processing system 700 may include at least one communication protocol, for example, worldwide interoperability for microwave access (WiMAX) 759, Wireless LAN (WLAN) 761, ultra-wideband (UWB) 763, and/or LTE TM (long term evolution; 765) may be used to communicate with an external device.

실시 예에 따라, 데이터 처리 시스템(700)은 NFC(near-field communication) 모듈, Wi-Fi 모듈, 및/또는 블루투스 모듈을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the data processing system 700 may further include a near-field communication (NFC) module, a Wi-Fi module, and/or a Bluetooth module.

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.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: 픽셀 어레이
520: 로우 드라이버
530: 타이밍 생성기
610: 노출 시간 제어 회로
100: pixel array
520: low driver
530: timing generator
610: exposure time control circuit

Claims (20)

복수의 로우들 및 복수의 컬럼들로 배열된 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이로, 상기 픽셀들 각각은 자동 초점(auto-focus)을 위한 위상 차이(phase difference)를 검출하기 위해 독립적으로 제어되는 광전 변환 소자들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
상기 복수의 로우들 중 비닝(binning) 작동에 사용될 로우들의 개수에 상응하는 비닝 조건 데이터에 기초하여, 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 각각의 노출(exposure) 시간을 독립적으로 제어하는 노출 시간 제어 회로를 포함하는 이미지 센서.
A pixel array comprising pixels arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, each of the pixels being independently controlled to detect a phase difference for auto-focus a pixel array comprising elements; and
Based on binning condition data corresponding to the number of rows to be used for a binning operation among the plurality of rows, the exposure time of each of the photoelectric conversion elements included in each of the pixels is independently controlled Image sensor including exposure time control circuitry.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 노출 시간 제어 회로는, 상기 복수의 로우들 중 제1로우에 대한 로우 어드레스를 이용하여, 상기 제1로우에 배치된 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 각각의 상기 노출 시간을 독립적으로 제어하는 이미지 센서.
According to claim 1,
The exposure time control circuit may independently set the exposure time of each of the photoelectric conversion elements included in each of the pixels disposed in the first row by using a row address for a first row among the plurality of rows. image sensor controlled by
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 픽셀들은,
제1광전 변환 소자와 제2광전 변환 소자를 포함하는 제1픽셀; 및
제3광전 변환 소자와 제4광전 변환 소자를 포함하는 제2픽셀을 포함하고,
상기 이미지 센서는,
제1제어 라인을 통해 상기 제1광전 변환 소자의 제1노출 시간을 제어하기 위한 제1제어 신호를 출력하고, 제2제어 라인을 통해 상기 제2광전 변환 소자의 제2노출 시간을 제어하기 위한 제2제어 신호를 출력하고, 제3제어 라인을 통해 상기 제3광전 변환 소자의 제3노출 시간을 제어하기 위한 제3제어 신호를 출력하고, 제4제어 라인을 통해 상기 제4광전 변환 소자의 제4노출 시간을 제어하기 위한 제4제어 신호를 출력하는 노출 시간 제어 회로를 더 포함하고,
상기 제1노출 시간, 상기 제2노출 시간, 상기 제3노출 시간, 및 상기 제4노출 시간은 상기 노출 시간 제어 회로에 의해 독립적으로 제어되는 이미지 센서.
According to claim 1,
The pixels are
a first pixel including a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element; and
a second pixel including a third photoelectric conversion element and a fourth photoelectric conversion element;
The image sensor is
outputting a first control signal for controlling a first exposure time of the first photoelectric conversion element through a first control line, and controlling a second exposure time of the second photoelectric conversion element through a second control line output a second control signal, output a third control signal for controlling a third exposure time of the third photoelectric conversion element through a third control line, and output a third control signal for controlling a third exposure time of the third photoelectric conversion element through a fourth control line Further comprising an exposure time control circuit for outputting a fourth control signal for controlling the fourth exposure time,
The first exposure time, the second exposure time, the third exposure time, and the fourth exposure time are independently controlled by the exposure time control circuit.
제5항에 있어서,
상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀은 상기 복수의 로우들 중 제1로우 또는 상기 복수의 컬럼들 중 제1컬럼에 배치되고,
상기 제1노출 시간과 상기 제3노출 시간은 동일하고,
상기 제2노출 시간과 상기 제4노출 시간은 동일하고,
상기 제1노출 시간은 상기 제2노출 시간보다 더 긴 이미지 센서.
6. The method of claim 5,
the first pixel and the second pixel are disposed in a first row of the plurality of rows or a first column of the plurality of columns;
The first exposure time and the third exposure time are the same,
The second exposure time and the fourth exposure time are the same,
The first exposure time is longer than the second exposure time.
제5항에 있어서,
상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀은 상기 복수의 컬럼들 중 제1컬럼에 배치되고,
상기 제1노출 시간과 상기 제4노출 시간은 동일하고,
상기 제2노출 시간과 상기 제3노출 시간은 동일하고,
상기 제1노출 시간은 상기 제2노출 시간보다 더 긴 이미지 센서.
6. The method of claim 5,
the first pixel and the second pixel are disposed in a first column of the plurality of columns;
The first exposure time and the fourth exposure time are the same,
The second exposure time and the third exposure time are the same,
The first exposure time is longer than the second exposure time.
제1항에 있어서,
상기 픽셀들은,
제1광전 변환 소자와 제2광전 변환 소자를 포함하는 제1픽셀; 및
제3광전 변환 소자와 제4광전 변환 소자를 포함하는 제2픽셀을 포함하고,
상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀은 상기 복수의 로우들 중 제1로우에 배치되고,
상기 제1광전 변환 소자와 상기 제2광전 변환 소자는 대응되는 전송 게이트들을 통해 제1플로팅 디퓨전 영역을 공유하고,
상기 제3광전 변환 소자와 상기 제4광전 변환 소자는 대응되는 전송 게이트들을 통해 상기 제1플로팅 디퓨전 영역과 다른 제2플로팅 디퓨전 영역을 공유하는 이미지 센서.
According to claim 1,
The pixels are
a first pixel including a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element; and
a second pixel including a third photoelectric conversion element and a fourth photoelectric conversion element;
the first pixel and the second pixel are disposed in a first row among the plurality of rows;
The first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element share a first floating diffusion region through corresponding transfer gates,
The third photoelectric conversion element and the fourth photoelectric conversion element share a second floating diffusion area different from the first floating diffusion area through corresponding transfer gates.
제1항에 있어서,
상기 픽셀들은,
제1광전 변환 소자와 제2광전 변환 소자를 포함하는 제1픽셀; 및
제3광전 변환 소자와 제4광전 변환 소자를 포함하는 제2픽셀을 포함하고,
상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀은 상기 복수의 컬럼들 중 제1컬럼에 배치되고,
상기 제1픽셀과 상기 제2픽셀은 하나의 플로팅 디퓨전 영역을 공유하는 이미지 센서.
According to claim 1,
The pixels are
a first pixel including a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element; and
a second pixel including a third photoelectric conversion element and a fourth photoelectric conversion element;
the first pixel and the second pixel are disposed in a first column of the plurality of columns;
and the first pixel and the second pixel share one floating diffusion area.
제1항에 있어서,
상기 픽셀들 중에서 대응되는 두 개의 픽셀들 사이에는 제1DTI(deep trench isolation) 구조가 형성되고,
상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 중에서 대응되는 두 개의 광전 변환 소자들 사이에는 제2DTI 구조가 형성되는 이미지 센서.
According to claim 1,
A first deep trench isolation (DTI) structure is formed between two corresponding pixels among the pixels;
An image sensor in which a second DTI structure is formed between two corresponding photoelectric conversion elements among the photoelectric conversion elements included in each of the pixels.
제10항에 있어서,
상기 픽셀들 각각은,
픽셀마다 포함된 상기 광전 변환 소자들의 위(over)에 형성된 컬러 필터; 및
상기 컬러 필터의 위에 형성된 마이크로렌즈를 더 포함하는 이미지 센서.
11. The method of claim 10,
Each of the pixels,
a color filter formed over the photoelectric conversion elements included in each pixel; and
The image sensor further comprising a microlens formed on the color filter.
이미지 센서; 및
상기 이미지 센서의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 이미지 센서는,
복수의 로우들 및 복수의 컬럼들로 배열된 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이로, 상기 픽셀들 각각은 자동 초점을 위한 위상 차이를 검출하기 위해 독립적으로 제어되는 광전 변환 소자들을 포함하는 픽셀 어레이와,
상기 복수의 로우들 중 비닝(binning) 작동에 사용될 로우들의 개수에 상응하는 비닝 조건 데이터에 기초하여, 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 각각의 노출(exposure) 시간을 독립적으로 제어하는 노출 시간 제어 회로를 포함하는 데이터 처리 시스템.
image sensor; and
A controller for controlling the operation of the image sensor,
The image sensor is
A pixel array comprising pixels arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, each pixel comprising photoelectric conversion elements independently controlled to detect a phase difference for autofocus;
Based on binning condition data corresponding to the number of rows to be used for a binning operation among the plurality of rows, the exposure time of each of the photoelectric conversion elements included in each of the pixels is independently controlled A data processing system comprising exposure time control circuitry.
삭제delete 제12항에 있어서,
상기 노출 시간 제어 회로는, 상기 복수의 로우들 중 제1로우에 대한 로우 어드레스를 이용하여, 상기 제1로우에 배치된 상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 각각의 노출 시간을 독립적으로 제어하는 데이터 처리 시스템.
13. The method of claim 12,
The exposure time control circuit may independently set an exposure time of each of the photoelectric conversion elements included in each of the pixels disposed in the first row by using a row address for a first row among the plurality of rows. Controlling data processing system.
삭제delete 제12항에 있어서,
상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들은 상대적으로 긴-노출 시간으로 제어되는 제1광전 변환 소자와 상대적으로 짧은-노출 시간으로 제어되는 제2광전 변환 소자를 포함하고,
상기 픽셀들 중에서 제1픽셀에 포함된 상기 제1광전 변환 소자와 상기 픽셀들 중에서 상기 제1픽셀에 인접하게 배치된 제2픽셀에 포함된 상기 제1광전 변환 소자는 대각선 방향으로 배치되는 데이터 처리 시스템.
13. The method of claim 12,
The photoelectric conversion elements included in each of the pixels include a first photoelectric conversion element controlled with a relatively long-exposure time and a second photoelectric conversion element controlled with a relatively short-exposure time,
The first photoelectric conversion element included in a first pixel among the pixels and the first photoelectric conversion element included in a second pixel disposed adjacent to the first pixel among the pixels are arranged in a diagonal direction. system.
제12항에 있어서,
상기 광전 변환 소자들은 상대적으로 긴-노출 시간으로 제어되는 제1광전 변환 소자와 상대적으로 짧은-노출 시간으로 제어되는 제2광전 변환 소자를 포함하고,
상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 제1광전 변환 소자에 의해 생성된 픽셀 신호는 상기 노출 시간 제어 회로의 제어에 따라 병렬로 출력되는 데이터 처리 시스템.
13. The method of claim 12,
The photoelectric conversion elements include a first photoelectric conversion element controlled with a relatively long-exposure time and a second photoelectric conversion element controlled with a relatively short-exposure time,
The pixel signal generated by the first photoelectric conversion element included in each of the pixels is output in parallel under the control of the exposure time control circuit.
제12항에 있어서,
상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들로부터 출력된 픽셀 신호들을 디지털 신호들로 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
상기 디지털 신호들로부터 컬러 정보를 생성하는 프리-이미지 신호 프로세서; 및
상기 디지털 신호들로부터 상기 위상 차이에 상응하는 위상 차이 데이터를 생성하고 생성된 데이터를 압축하는 위상 차이 처리 회로를 더 포함하는 데이터 처리 시스템.
13. The method of claim 12,
an analog-to-digital converter for converting pixel signals output from the photoelectric conversion elements included in each of the pixels into digital signals;
a pre-image signal processor for generating color information from the digital signals; and
and a phase difference processing circuit for generating phase difference data corresponding to the phase difference from the digital signals and compressing the generated data.
제12항에 있어서,
상기 픽셀들 중에서 대응되는 두 개의 픽셀들 사이에는 제1DTI(deep trench isolation) 구조가 형성되고,
상기 픽셀들 각각에 포함된 상기 광전 변환 소자들 중에서 대응되는 두 개의 광전 변환 소자들 사이에는 제2DTI 구조가 형성되는 데이터 처리 시스템.
13. The method of claim 12,
A first deep trench isolation (DTI) structure is formed between two corresponding pixels among the pixels;
A data processing system in which a second DTI structure is formed between two corresponding photoelectric conversion elements among the photoelectric conversion elements included in each of the pixels.
제19항에 있어서,
상기 픽셀들 각각은,
픽셀마다 포함된 상기 광전 변환 소자들의 위에 형성된 컬러 필터; 및
상기 컬러 필터의 위에 형성된 마이크로렌즈를 포함하는 데이터 처리 시스템.
20. The method of claim 19,
Each of the pixels,
a color filter formed on the photoelectric conversion elements included in each pixel; and
and a microlens formed over the color filter.
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