KR102344871B1 - 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서는 픽셀 어레이 및 로우 드라이버를 포함한다. 상기 픽셀 어레이는 복수의 로우들과 복수의 칼럼들로 구성되는 매트릭스 형태로 배열되며, 각각이 입사광을 전기 신호로 변환하여 저장하는 복수의 단위 픽셀들을 구비한다. 상기 로우 드라이버는 상기 복수의 로우들을 순차적으로 스캐닝하고 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 리셋하는 전자 셔터 동작과 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 독출하는 독출 동작을 순차적으로 수행한다. 상기 전자 셔터 동작은 하나의 로우에 대하여 순차적으로 수행되는 예비 셔터 동작과 메인 셔터 동작을 포함한다. 상기 로우 드라이버는 상기 복수의 로우들 중 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 복수의 로우들 중 제1 로우와 다른 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기시킨다.

Description

이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기{IMAGE SENSORS AND ELECTRONIC DEVICES INCLUDING THE SAME}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 셔터 동작을 수행하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
이미지 센서는 피사체에 의해 반사된 광을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 반도체 소자로서 디지털 카메라, 휴대폰 등과 같은 전자 기기에 광범위하게 사용되고 있다. 일반적으로, 이미지 센서는 CCD(Charged Coupled Device) 이미지 센서와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 구분되는데, 최근에는 제조비용이 저렴하고, 전력 소모가 적으며, 주변 회로와의 집적이 용이한 CMOS 이미지 센서가 상대적으로 보다 주목을 받고 있다. 나아가, CMOS 이미지 센서는 롤링 셔터(rolling shutter) 방식의 CMOS 이미지 센서와 글로벌 셔터(global shutter) 방식의 CMOS 이미지 센서로 구분된다.
본 발명의 일 목적은 성능을 높일 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 목적은 상기 이미지 센서를 포함하여 성능을 높일 수 있는 전자 기기를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이 및 로우 드라이버를 포함한다. 상기 픽셀 어레이는 복수의 로우들과 복수의 칼럼들로 구성되는 매트릭스 형태로 배열되며, 각각이 입사광을 전기 신호로 변환하여 저장하는 복수의 단위 픽셀들을 구비한다. 상기 로우 드라이버는 상기 복수의 로우들을 순차적으로 스캐닝하고 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 리셋하는 전자 셔터 동작과 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 독출하는 독출 동작을 순차적으로 수행한다. 상기 전자 셔터 동작은 하나의 로우에 대하여 순차적으로 수행되는 예비 셔터 동작과 메인 셔터 동작을 포함한다. 상기 로우 드라이버는 상기 복수의 로우들 중 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 복수의 로우들 중 제1 로우와 다른 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기시킨다.
예시적인 실시예에 있어서,
상기 하나의 로우를 스캐닝하는데 걸리는 단위 시간은 1H 시간이고, 상기 하나의 로우에 대한 상기 예비 셔터 동작은 제1 1H 시간 내에서 수행되고, 상기 메인 셔터 동작은 상기 제1 1H 시간 이후의 제2 1H 시간 내에서 수행될 수 있다.
상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 광 감지 소자, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 센싱 트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 광 감지 소자는 제1 단자가 접지 전압에 연결되고, 상기 입사광을 상기 전기 신호로 변환할 수 있다. 상기 전송 트랜지스터는 상기 광 감지 소자의 제2 단자와 플로팅 확산 노드에 연결될 수 있다. 상기 리셋 트랜지스터는 전원 전압과 상기 플로팅 확산 노드 사이에 연결될 수 있다. 상기 센싱 트랜지스터는 상기 전원 전압에 연결되고, 상기 플로팅 확산 노드에 연결되는 게이트를 구비할 수 있다. 상기 선택 트랜지스터는 상기 센싱 트랜지스터와 상응하는 칼럼 라인에 연결될 수 있다.
상기 로우 드라이버는 상기 리셋 트랜지스터의 게이트에 리셋 제어 신호를 인가하고, 상기 전송 트랜지스터의 게이트에는 전송 제어 신호를 인가하고, 상기 선택 트랜지스터의 게이트에는 선택 제어 신호를 인가할 수 있다.
상기 로우 드라이버는 상기 전송 트랜지스터에 예비 셔터 구간 내에서 활성화되는 상기 전송 제어 신호를 예비 셔터 펄스로서 인가하여 상기 예비 셔터 동작을 수행하고, 메인 셔터 구간 내에 활성화되는 상기 전송 제어 신호를 메인 셔터 펄스로서 인가하여 상기 메인 셔터 동작을 수행하고, 독출 기간 내에서 활성화되는 상기 전송 제어 신호를 독출 펄스로서 인가하여 상기 독출 동작을 수행할 수 있다.
상기 제2 1H 시간은 상기 제1 1H 시간에 연속하고, 상기 독출 펄스는 상기 제2 1H 시간으로부터 하나의 1H 시간 간격 이후의 제3 1H 시간 내에서 활성화될 수 있다.
상기 로우 드라이버는 상기 예비 셔터 구간 동안 상기 리셋 제어 신호를 활성화시키고, 상기 메인 셔터 구간 동안 상기 리셋 제어 신호를 비활성화시킬 수 있다.
상기 로우 드라이버는 상기 독출 구간 동안 상기 리셋 제어 신호를 비활성화시키고, 상기 선택 제어 신호를 활성화시킬 수 있다.
상기 로우 드라이버는 어드레스 신호에 기초하여 상기 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 제2 로우에 대한 상기 예비 셔터 동작을 동기시키고, 상기 제1 로우와 상기 제2 로우는 칼럼 방향으로 하나의 로우만큼 차이가 날 수 있다.
상기 복수의 단위 픽셀들은 칼럼 방향으로 교번적으로 배치되는 제1 단위 픽셀 및 제2 단위 픽셀을 포함할 수 있다. 상기 제1 단위 픽셀은 제1 단자가 접지 전압에 연결되고, 상기 입사광을 상기 전기 신호로 변환하는 제1 광 감지 소자 및 상기 광 감지 소자의 제2 단자와 플로팅 확산 노드에 연결되는 제1 전송 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제2 단위 픽셀은 상기 제2 광 감지 소자의 제2 단자와 상기 플로팅 확산 노드에 연결되는 제2 전송 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제1 단위 픽셀과 상기 제2 단위 픽셀은 전원 전압과 상기 플로팅 확산 노드 사이에 연결되는 리셋 트랜지스터, 상기 전원 전압에 연결되고, 상기 플로팅 확산 노드에 연결되는 게이트를 구비하는 센싱 트랜지스터 및 상기 센싱 트랜지스터와 상응하는 칼럼 라인에 연결되는 선택 트랜지스터를 공유할 수 있다.
상기 로우 드라이버는 상기 리셋 트랜지스터의 게이트에 리셋 제어 신호를 인가하고, 상기 선택 트랜지스터의 게이트에는 선택 제어 신호를 인가하고, 상기 제1 전송 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 전송 트랜지스터의 게이트에는 제1 전송 제어 신호와 제2 전송 제어 신호를 각각 인가할 수 있다.
상기 로우 드라이버는 상기 제1 전송 트랜지스터에 예비 셔터 구간 내에서 활성화되는 상기 제1 전송 제어 신호를 예비 셔터 펄스로서 인가하여 상기 예비 셔터 동작을 수행하고, 메인 셔터 구간 내에 활성화되는 상기 제1 전송 제어 신호를 메인 셔터 펄스로서 인가하여 상기 메인 셔터 동작을 수행하고, 독출 기간 내에서 활성화되는 상기 제1 전송 제어 신호를 독출 펄스로서 인가하여 상기 독출 동작을 수행할 수 있다.
상기 제2 1H 시간은 상기 제1 1H 시간으로부터 하나의 1H 시간 간격 이후일 수 있다.. 상기 로우 드라이버는 어드레스 신호에 기초하여 상기 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 제2 로우에 대한 상기 예비 셔터 동작을 동기시키고, 상기 제1 로우와 상기 제2 로우는 칼럼 방향으로 두 개의 로우만큼 차이가 날 수 있다.
상기 제2 1H 시간은 상기 제1 1H 시간에 연속할 수 있고, 상기 로우 드라이버는 상기 예비 셔터 펄스와 상기 메인 셔터 펄스가 인가되는 구간 동안 각각 상기 리셋 제어 신호를 비활성화시킬 수 있다. 상기 로우 드라이버는 어드레스 신호에 기초하여 상기 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 제2 로우에 대한 상기 예비 셔터 동작을 동기시키고, 상기 제1 로우와 상기 제2 로우는 칼럼 방향으로 하나의 로우만큼 차이가 날 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 로우 드라이버는 상기 복수의 단위 픽셀들에 대하여 로우 단위로 상기 전자 셔터 동작을 수행하고, 상기 이미지 센서는 롤링 셔터 이미지 센서일 수 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전자 기기는 이미지 센서, 저장 장치 및 프로세서를 포함한다. 상기 이미지 센서는 입사광에 상응하는 디지털 신호를 생성한다. 상기 저장 장치는 상기 디지털 신호를 저장한다. 상기 프로세서는 상기 이미지 센서 및 상기 저장 장치의 동작을 제어한다. 상기 이미지 센서는 픽셀 어레이 및 로우 드라이버를 포함한다. 상기 픽셀 어레이는 복수의 로우들과 복수의 칼럼들로 구성되는 매트릭스 형태로 배열되며, 각각이 상기 입사광을 전기 신호로 변환하여 저장하는 복수의 단위 픽셀들을 구비한다. 상기 로우 드라이버는 상기 복수의 로우들을 순차적으로 스캐닝하고 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 리셋하는 전자 셔터 동작과 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 독출하는 독출 동작을 순차적으로 수행한다. 상기 전자 셔터 동작은 하나의 로우에 대하여 순차적으로 수행되는 예비 셔터 동작과 메인 셔터 동작을 포함한다. 상기 로우 드라이버는 상기 복수의 로우들 중 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 복수의 로우들 중 제1 로우와 다른 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기시킨다.
본 발명에 실시예들에 따르면, 픽셀 어레이의 제1 로우에 대한 메인 셔터 동작과 제1 로우와는 다른 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기화시켜, 1H 시간이 감소하여도 예비 셔터 동작을 수행할 수 있는 구간을 확보하여 셔터 밴드와 같은 셔터 노이즈를 감소시킬 수 있다. 따라서 이미지 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 이미지 센서의 구성을 상세히 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 픽셀 어레이에 포함되는 단위 픽셀의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 2에 도시된 픽셀 어레이에 포함되는 단위 픽셀의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 2에 도시된 램프 신호 생성기의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 도 2에 도시된 복수의 변환 회로들 중 하나의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 2의 이미지 센서에서 로우 드라이버와 픽셀 어레이의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 8은 도 2의 이미지 센서에서 로우 드라이버와 인접한 두 개의 로우들의 동작을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 이미지 센서에서 칼럼 방향으로 인접한 제1 단위 픽셀과 제2 단위 픽셀을 나타내는 회로도이다.
도 10은 도 2의 이미지 센서에서 픽셀 어레이가 도 9와 같이 구성되는 경우에 제1 및 제2 단위 픽셀들의 동작을 나타낸다.
도 11은 도 2의 이미지 센서에서 픽셀 어레이가 도 9와 같이 구성되는 경우에 로우 드라이버와 칼럼 방향으로 인접한 네 개의 로우들의 동작을 나타낸다.
도 12는 도 2의 이미지 센서에서 픽셀 어레이가 도 9와 같이 구성되는 경우에 제1 및 제2 단위 픽셀들의 동작을 나타낸다.
도 13은 도 6의 상관 이중 샘플링 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 카메라에 응용한 예를 나타내는 블록도이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미징 시스템을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 기기를 나타내는 블록도이다.
도 18는 도 17의 전자 기기가 스마트폰으로 구현되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 19는 도 17의 전자 기기가 디지털 카메라로 구현되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 17의 전자 기기에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(10)는 픽셀 어레이(100), 램프 신호 생성기(200), 변환 블록(300), 제어 회로(400) 및 버퍼(190)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(100)는 입사광을 감지하여 아날로그 신호(AS)를 생성한다. 픽셀 어레이(100)는 복수의 로우들과 복수의 칼럼들을 구비하는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 입사광을 감지하여 아날로그 신호(AS)를 생성할 수 있다. 상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 입사광을 전기 신호로 변환하여 저장할 수 있다.
램프 신호 생성기(200)는 일정한 크기의 기울기로 선형적으로 변화하는 램프 신호(VR)를 생성할 수 있다.
변환 블록(300)은 램프 신호(VR)를 사용하여 아날로그 신호(AS)에 대해 단일 기울기(single slope) 아날로그-디지털 변환을 수행하여 디지털 신호(DGS)를 생성한다. 즉 변환 블록(300)은 아날로그-디지털 변환 블록일 수 있다.
제어 회로(400)는 제1 제어 신호(CTL1)를 통해 픽셀 어레이(100)의 동작을 제어하고, 제2 제어 신호(CTL2)를 통해 램프 신호 생성기(200)의 동작을 제어하고, 제3 제어 신호(CTL3)를 통해 변환 블록(300)의 동작을 제어하고, 제4 제어 신호(CTL4)를 통해 버퍼(190)의 동작을 제어할 수 있다.
버퍼(190)는 디지털 신호(DGS)를 임시 저장한 후 센싱하고 증폭하여 이미지 데이터(IDTA)로 출력한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 이미지 센서의 구성을 상세히 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서(10)는 픽셀 어레이(100), 램프 신호 생성기(200), 변환 블록(300), 제어 회로(400) 및 버퍼(190)를 포함할 수 있다.
제어 회로(400)는 타이밍 컨트롤러(410) 및 로우 드라이버(420)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(100)는 복수의 로우들과 복수의 칼럼들을 구비하는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 단위 픽셀들(110)을 포함할 수 있다. 변환 블록(300)은 픽셀 어레이(100)의 단위 픽셀들(110)과 상응하는 칼럼 라인(CL)을 통하여 연결되는 복수의 변환 회로들(310)을 포함할 수 있다. 버퍼(190)는 복수의 변환 회로들(310) 각각으로부터의 디지털 신호(DGS)를 저장하는 복수의 메모리들(193)을 구비하는 메모리부(191) 및 메모리부(191)에 저장된 디지털 신호(DGS)를 센싱 및 증폭하여 이미지 데이터(IDTA)를 출력하는 센스 앰프(192)를 포함할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(410)는 제1 내부 제어 신호(ICTL1)와 어드레스 신호(ADDR)를 로우 드라이버(420)에 제공하고, 로우 드라이버(420)는 제1 내부 제어 신호(ICTL1)와 어드레스 신호(ADDR)에 기초하여 로우 단위로 픽셀 어레이(100)의 복수의 단위 픽셀들(110)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(420)는 로우 선택 신호(SEL), 리셋 제어 신호(RST) 및 전송 제어 신호(TX)를 픽셀 어레이(100)에 제공함으로써 픽셀 어레이(100)의 복수의 단위 픽셀들(110)의 동작을 로우 단위로 제어할 수 있다.
픽셀 어레이(100)는 로우 드라이버(420)로부터 제공되는 로우 선택 신호(SEL), 리셋 제어 신호(RST) 및 전송 제어 신호(TX)에 기초하여 리셋 성분을 나타내는 제1 아날로그 신호(AS1) 및 이미지 성분을 나타내는 제2 아날로그 신호(AS2)를 생성할 수 있다. 픽셀 어레이(100)에 포함되는 상기 복수의 단위 픽셀들(110) 각각은 픽셀 고유의 특성 차이 또는 각각의 단위 픽셀로부터 아날로그 신호(AS)를 출력하기 위한 로직의 특성 차이가 있기 때문에 동일한 입사광에 대해 상기 복수의 단위 픽셀들에서 생성되는 아날로그 신호(AS)의 크기에 편차가 발생할 수 있다. 따라서 각각의 단위 픽셀(110)에서 생성되는 리셋 성분과 상기 입사광에 따른 이미지 성분의 차를 취함으로써 상기 입사광의 유효 성분을 추출할 필요가 있다.
이를 위해 픽셀 어레이(100)에 포함되는 복수의 단위 픽셀들(110) 각각은 로우 드라이버(420)로부터 제공되는 선택 제어 신호(SEL), 리셋 제어 신호(RST) 및 전송 제어 신호(TX)에 기초하여 상기 리셋 성분을 나타내는 제1 아날로그 신호(AS1) 및 상기 입사광에 따른 이미지 성분을 나타내는 제2 아날로그 신호(AS2)를 순차적으로 생성하고, 변환 블록(300)은 제1 아날로그 신호(AS1)에 상응하는 제1 디지털 신호 및 제2 아날로그 신호(AS2)에 상응하는 제2 디지털 신호를 생성하고, 상기 제1 디지털 신호 및 상기 제2 디지털 신호의 차이를 디지털 신호(DGS)로서 출력할 수 있다. 따라서 디지털 신호(DGS)는 상기 입사광의 유효 성분을 나타낼 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 픽셀 어레이에 포함되는 단위 픽셀의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 단위 픽셀(110a)은 광 감지 소자(PD)(111), 전송 트랜지스터(113), 리셋 트랜지스터(115), 센싱 트랜지스터(117) 및 선택 트랜지스터(119)를 포함할 수 있다.
광 감지 소자(111)는 제1 단자가 접지 전압(GND)에 연결되고, 상기 입사광을 전기 신호로 변환한다. 전송 트랜지스터(113)는 광 감지 소자(111)의 제2 단자와 플로팅 확산 노드(FD)에 연결된다. 리셋 트랜지스터(115)는 전원 전압(VDD)과 플로팅 확산 노드(FD) 사이에 연결된다. 센싱 트랜지스터(117)는 전원 전압(VDD)에 연결되고, 상기 플로팅 확산 노드(FD)에 연결되는 게이트를 구비한다. 선택 트랜지스터(119)는 센싱 트랜지스터(117)와 상응하는 칼럼 라인(CL)에 연결된다.
도 4는 도 2에 도시된 픽셀 어레이에 포함되는 단위 픽셀의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 4의 단위 픽셀(110b)은 도 2의 단위 픽셀(110a)과는 트랜지스터(121)를 더 포함하는 점이 차이가 있고, 트랜지스터(121)는 전송 트랜지스터(113)의 게이트에 연결되는 제1 단자, 선택 트랜지스터(119)의 게이트에 연결되는 게이트 및 전송 제어 신호(TX)를 수신하는 제2 단자를 구비한다.
이하, 도 2 및 3을 참조하여 단위 픽셀(110a)의 동작에 대해 설명한다.
광 감지 소자(111)는 입사광을 감지하여 EHP(Electron Hole Pair)를 생성하고, 상기 생성된 EHP(즉 전기 신호)는 전송 트랜지스터(113)의 소스 노드에 축적된다.
로우 드라이버(420)는 픽셀 어레이(100)에 활성화된 선택 제어 신호(SEL)를 제공하여 선택 트랜지스터(119)를 턴온(turn-on)시킴으로써 픽셀 어레이(100)에 포함되는 복수의 로우들 중에서 하나의 로우를 선택하고, 상기 선택된 로우에 활성화된 리셋 제어 신호(RST)를 제공하여 리셋 트랜지스터(115)를 턴온시킨다. 따라서 플로팅 확산 노드(FD)의 전위는 전원 전압(VDD)이 되고 센싱 트랜지스터(117)가 턴온되어 상기 리셋 성분을 나타내는 제1 아날로그 신호(AS1)가 단위 픽셀(110)로부터 출력된다. 이후, 로우 드라이버(420)는 리셋 제어 신호(RST)를 비활성화시킨다.
한편, 로우 드라이버(420)는 픽셀 어레이(100)에 활성화된 전송 제어 신호(TX)를 제공하여 전송 트랜지스터(113)를 턴온시킴으로써 전송 트랜지스터(113)의 소스 노드에 축적된 EHP의 전자는 플로팅 확산 노드(FD)로 전달된다. 플로팅 확산 노드(FD)의 전위는 상기 전달된 EHP의 전자의 양에 따라 변하게 되고 이와 동시에 센싱 트랜지스터(117)의 게이트의 전위도 변하게 된다. 선택 트랜지스터(119)가 턴온 상태이면 플로팅 확산 노드(FD)의 전위에 상응하는 제2 아날로그 신호(AS2)가 단위 픽셀(110)로부터 출력된다.
이후 로우 드라이버(420)는 다음 로우들에 대해 상기와 같은 동작을 반복하면서 로우 단위로 제1 아날로그 신호(AS1) 및 제2 아날로그 신호(AS2)를 순차적으로 출력한다.
다시 도 2를 참조하면, 타이밍 컨트롤러(410)는 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)를 램프 신호 생성기(200)에 제공하여 램프 신호 생성기(200)의 동작을 제어할 수 있다. 램프 신호 생성기(200)는 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)가 인에이블(enable)되는 액티브 구간 동안 상기 일정한 크기의 기울기로 하강하는 램프 신호(VR)를 생성할 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 램프 신호 생성기의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 램프 신호 생성기(200)는 저항(210) 및 전류 생성부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
저항(210)은 전원 전압(VDD)과 전류 생성부(220) 사이에 연결되고, 일정한 크기의 저항값(R)을 가질 수 있다.
전류 생성부(220)는 저항(210)과 접지 전압(VDD) 사이에 연결될 수 있다. 전류 생성부(220)는 제어 회로(400)로부터 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)를 수신할 수 있다. 전류 생성부(220)는 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)가 인에이블되는 상기 액티브 구간 동안 일정한 속도로 증가하는 기준 전류(Iref)를 생성할 수 있다.
전류 생성부(220)는 정전류원(221), 전류 증폭부(230) 및 전류 제어부(CIU)(225)를 포함하여 구성될 수 있다.
정전류원(221)은 일정한 크기의 정전류(Io)를 생성할 수 있다. 전류 증폭부(230)는 전류 제어부(225)로부터 제공되는 증폭 제어 신호(SCS)에 기초하여 정전류(Io)의 크기를 증폭할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전류 증폭부(223)는 복수의 스위치들 및 복수의 전류 미러들을 포함할 수 있다.
전류 제어부(225)는 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)에 기초하여 증폭 제어 신호(SCS)를 생성하고, 증폭 제어 신호(SCS)를 상기 스위치들에 제공하여 상기 스위치들을 선택적으로 개폐함으로써 저항(210)을 흐르는 기준 전류(Iref)의 크기를 조절할 수 있다.
램프 신호 생성기(200)는 저항(210)과 전류 증폭부(230)가 연결되는 노드로부터 램프 신호(VR)를 출력할 수 있다.
전류 제어부(225)는 상기 스위치들을 모두 개방시킴으로써 최대값을 갖는 램프 신호(VR)를 출력하고, 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)가 인에이블되는 상기 액티브 구간 동안 상기 스위치들을 순차적으로 단락시킴으로써 램프 신호(VR)의 크기를 감소시킬 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 타이밍 컨트롤러(410)는 카운트 클럭 신호(CLKC)를 변환 블록(300)에 제공하여 변환 블록(300)의 동작을 제어할 수 있다. 카운트 클럭 신호(CLKC)는 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)가 인에이블되는 상기 액티브 구간 동안에만 토글링되는 신호일 수 있다.
변환 블록(300)은 픽셀 어레이(100)로부터 순차적으로 제공되는 제1 아날로그 신호(AS1) 및 제2 아날로그 신호(AS2)에 기초하여 상기 입사광의 유효 성분을 나타내는 디지털 신호(DGS)를 생성할 수 있다.
버퍼(190)는 타이밍 컨트롤러(410)로부터 제공되는 제4 제어 신호(CTL4)에 기초하여 변환 블록(300)으로부터 수신되는 하나의 로우에 상응하는 디지털 신호(DGS)들을 이미지 데이터(IDTA)로서 순차적으로 출력할 수 있다. 버퍼(190)로부터 순차적으로 출력되는 이미지 데이터(IDTA)는 디지털 신호 프로세서 등에 제공될 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 복수의 변환 회로들 중 하나의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 변환 회로(310)는 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS) 회로(320), 및 카운터(340)를 포함할 수 있다.
상관 이중 샘플링 회로(320)는 제1 아날로그(AS1) 및 제2 아날로그 신호(AS2) 각각에 대해 상관 이중 샘플링을 수행하여 리셋 성분에 해당하는 및 신호 성분에 해당하는 이미지 신호를 생성할 수 있다. 또한 상관 이중 샘플링 회로(320)는 리셋 신호(RSTS) 및 이미지 신호 각각과 램프 신호(VR)의 크기를 비교하여 비교 신호(CMP)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상관 이중 샘플링 회로(320)는 리셋 신호 또는 이미지 신호가 램프 신호(VR)보다 작은 경우 논리 하이 레벨을 갖는 비교 신호(CMP)를 출력하고, 리셋 신호 또는 이미지 신호가 램프 신호(VR)보다 크거나 같은 경우 논리 로우 레벨을 갖는 제2 비교 신호(CMP)를 출력할 수 있다.
카운터(340)는 비교 신호(CMP) 및 카운트 클럭 신호(CLKC)에 기초하여 디지털 신호(DGS)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 카운터(340)는 상관 이중 샘플링 회로(320)가 리셋 성분에 대한 상관 이중 샘플링 동작을 수행하여 비교 신호(CMP)를 출력하는 경우 비교 신호(CMP)가 논리 로우 레벨로 천이될 때 까지 카운트 클럭 신호(CLKC)에 동기되어 카운팅 동작을 수행하여 제1 카운트값을 생성하고, 상관 이중 샘플링 회로(320)가 이미지 성분에 대한 상관 이중 샘플링 동작을 수행하여 비교 신호(CMP)를 출력하는 경우 비교 신호(CMP)가 논리 로우 레벨로 천이될 때 까지 카운트 클럭 신호(CLKC)에 동기되어 카운팅 동작을 수행하여 제2 카운트값을 생성할 수 있다. 이후, 카운터(340)는 상기 제2 카운트값에서 상기 제1 카운트값을 감산하여 디지털 신호(DGS)를 생성할 수 있다.
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도 7은 도 2의 이미지 센서에서 로우 드라이버와 픽셀 어레이의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 2, 도 3 및 도 7을 참조하면, 로우 드라이버(420)는 제1 내부 제어 신호(ICTL1) 및 어드레스 신호(ADDR)에 기초하여 픽셀 어레이(100)의 복수의 단위 픽셀들(110)의 로우들을 순차적으로 스캐닝하고, 복수의 단위 픽셀들(110) 각각에 저장된 전기 신호를 리셋하는 전자 셔터 동작과 복수의 단위 픽셀들(110) 각각에 저장된 상기 전기 신호를 독출하는 독출 동작을 순차적으로 수행할 수 있다. 로우 드라이버(420)는 픽셀 어레이(100)에 전송 제어 신호(TX), 리셋 제어 신호(RST) 및 선택 제어 신호(SEL)를 인가하여 전자 셔터 동작과 독출 동작을 수행할 수 있다. 여기서 전자 셔터 동작은 하나의 로우에 대하여 순차적으로 수행되는 예비 셔터 동작과 메인 셔터 동작을 포함할 수 있다. 또한 로우 드라이버(420)는 복수의 로우들 중 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 복수의 로우들 중 제1 로우와 다른 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기시킬 수 있다. 로우 드라이버(420)는 독출 동작을 수행하기 전에 광 감지 소자에 그때까지 축적된 신호 전하를 제거하기(리셋하기) 위하여 전자 셔터 동작을 수행한다.
도 8에서 시간들(t11~t15) 사이의 간격은 로우 드라이버(420)가 하나의 로우를 스캐닝하는데 걸리는 단위 시간인 1H 시간(one horizontal scanning time)에 해당할 수 있다. 로우 드라이버(420)는 상기 하나의 로우에 대하여 예비 셔터 동작을 제1 1H 시간 내에서 수행하고,메인 셔터 동작을 제1 1H 시간 이후의 제2 1H 시간 내에서 수행할 수 있다.
도 7에서 시간들(t11~t13)은 전자 셔터 동작이 수행되는 전자 셔터 구간에 해당할 수 있고, 시간들(t13~t14)은 단위 픽셀(110)에 전기 신호를 축적하는 집적 구간(INT3)에 해당할 수 있고, 시간들(t14~t15)은 독출 동작이 수행되는 독출 구간(INT4)에 해당할 수 있다. 또한 전자 셔터 구간은 상기 예비 셔터 동작이 수행되는 예비 셔터 구간(INT1)과 상기 메인 셔터 동작이 수행되는 메인 셔터 구간(INT2)을 포함할 수 있다.
로우 드라이버(420)는 전송 트랜지스터(113)에 예비 셔터 구간(INT1) 내에서 활성화되는 전송 제어 신호(TX)를 예비 셔터 펄스(STX1)로서 인가하여 상기 예비 셔터 동작을 수행하고, 메인 셔터 구간(INT2) 내에 활성화되는 전송 제어 신호(TX)를 메인 셔터 펄스(STX2)로서 인가하여 상기 메인 셔터 동작을 수행하고, 독출 기간(INT4) 내에서 활성화되는 전송 제어 신호(TX)를 독출 펄스(RTX)로서 인가하여 상기 독출 동작을 수행할 수 있다.
로우 드라이버(420)는 예비 셔터 펄스(STX1)를 제1 1H 시간(t11~t12) 내에서 활성화시키고, 메인 셔터 펄스(STX2)를 제2 1H 시간(t12~t13) 내에서 활성화시키고, 독출 펄스(RTX)는 제3 1H 시간(t14~t15) 내에서 활성화시킬 수 있다. 여기서 제2 1H 시간(t12~t13)은 제1 1H 시간(t11~t12)에 연속하고, 제3 1H 시간(t14~t15)은 제2 1H 시간(t12~t13)으로부터 하나의 1H 시간 후일 수 있다. 또한 로우 드라이버(420)는 예비 셔터 구간(INT1) 동안 상기 리셋 제어 신호(RST)를 활성화시키고, 상기 메인 셔터 구간(INT2) 동안 상기 리셋 제어 신호(RST)를 비활성화시키고, 상기 독출 구간 동안(INT4) 상기 리셋 제어 신호(RST)를 비활성화시킬 수 있다. 또한 상기 로우 드라이버(420)는 기 독출 구간(INT4) 동안 상기 선택 제어 신호(SEL)를 활성화시킬 수 있다.
도 8은 도 2의 이미지 센서에서 로우 드라이버와 인접한 두 개의 로우들의 동작을 나타낸다.
도 8에서 시간들(t21~t24) 사이의 간격은 로우 드라이버(420)가 하나의 로우를 스캐닝하는데 걸리는 단위 시간인 1H 시간(one horizontal scanning time)에 해당할 수 있다.
도 2, 도 3 및 도 8을 참조하면, 로우 드라이버(420)는 시간들(t21~t22) 사이에서 제1 로우(k 번째 로우)의 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 예비 셔터 펄스(STX11)로서 인가하여 예비 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t21~t22) 사이에서 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 메인 셔터 펄스(STX12)로서 인가하여 메인 셔터 동작을 수행할 수 있다. 또한 로우 드라이버는 시간들(t22~t23) 사이에서 제2 로우(k+1 번째 로우)의 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 예비 셔터 펄스(STX21)로서 인가하여 예비 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t23~t24) 사이에서 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 메인 셔터 펄스(STX22)로서 인가하여 메인 셔터 동작을 수행할 수 있다. 즉 로우 드라이버(420)는 제1 로우에 대한 메인 셔터 동작과 제1 로우와 하나의 로우만큼 차이가 나는 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동시에 수행할(동기시킬) 수 있다. 따라서 1H 시간이 감소하여도 예비 셔터를 사용할 수 있으므로 셔터 노이즈를 감소시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2의 이미지 센서에서 칼럼 방향으로 인접한 제1 단위 픽셀과 제2 단위 픽셀을 나타내는 회로도이다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 픽셀 어레이(100)를 구성하는 복수의 단위 픽셀들(110)은 칼럼 방향으로 교번적으로 배치되는 제1 단위 픽셀(110c)과 제2 단위 픽셀(110d)을 포함할 수 있다.
제1 단위 픽셀(110c)은 제1 광 감지 소자(PD)(121), 제1 전송 트랜지스터(123), 리셋 트랜지스터(125), 센싱 트랜지스터(127) 및 선택 트랜지스터(129)를 포함할 수 있다.
제1 광 감지 소자(121)는 제1 단자가 접지 전압(GND)에 연결되고, 상기 입사광을 전기 신호로 변환한다. 제1 전송 트랜지스터(123)는 제1 광 감지 소자(121)의 제2 단자와 플로팅 확산 노드(FD)에 연결된다. 리셋 트랜지스터(125)는 전원 전압(VDD)과 플로팅 확산 노드(FD) 사이에 연결된다. 센싱 트랜지스터(127)는 전원 전압(VDD)에 연결되고, 상기 플로팅 확산 노드(FD)에 연결되는 게이트를 구비한다. 선택 트랜지스터(129)는 센싱 트랜지스터(127)와 상응하는 칼럼 라인(CL1)에 연결된다.
제2 단위 픽셀(110d)은 제2 광 감지 소자(PD)(131), 제1 전송 트랜지스터(133), 리셋 트랜지스터(125), 센싱 트랜지스터(127) 및 선택 트랜지스터(129)를 포함할 수 있다. 즉 제2 단위 픽셀(110d)은 리셋 트랜지스터(125), 센싱 트랜지스터(127) 및 선택 트랜지스터(129)를 제1 단위 픽셀(110c)와 공유할 수 있다.
제1 전송 제어 신호(TX1)에 의하여 제1 전송 트랜지스터(123)가 턴온되면 제1 단위 픽셀(110c)로부터 아날로그 신호들(AS11, AS12)이 칼럼 라인(CL1)을 통하여 도 2의 상응하는 변환 회로(310)로 제공되고, 제2 전송 제어 신호(TX2)에 의하여 제2 전송 트랜지스터(133)가 턴온되면 제2 단위 픽셀(110d)로부터 아날로그 신호들(AS21, AS22)이 칼럼 라인(CL1)을 통하여 도 2의 상응하는 변환 회로(310)로 제공될 수 있다.
도 10은 도 2의 이미지 센서에서 픽셀 어레이가 도 9와 같이 구성되는 경우에 제1 및 제2 단위 픽셀들의 동작을 나타낸다.
도 10에서 시간들(t31~t38) 사이의 간격은 로우 드라이버(420)가 하나의 로우를 스캐닝하는데 걸리는 단위 시간인 1H 시간(one horizontal scanning time)에 해당할 수 있다.
도 2, 도 9 및 도 10을 참조하면, 로우 드라이버(420)는 시간들(t31~t32) 사이에서 제1 단위 픽셀(110c)의 제1 전송 트랜지스터(123)에 제1 전송 제어 신호(TX1)를 예비 셔터 펄스(STX31)로서 인가하여 예비 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t33~t34) 사이에서 제1 단위 픽셀(110c)의 제1 전송 트랜지스터(123)에 제1 전송 제어 신호(TX1)를 메인 셔터 펄스(STX32)로서 인가하여 메인 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t37~t38) 사이에서 제1 단위 픽셀(110c)의 제1 전송 트랜지스터(123)에 제1 전송 제어 신호(TX1)를 독출 펄스(RTX31)로서 인가하여 독출 동작을 수행할 수 있다. 또한 로우 드라이버는 시간들(t32~t33) 사이에서 제2 단위 픽셀(110d)의 제1 전송 트랜지스터(133)에 제2 전송 제어 신호(TX2)를 예비 셔터 펄스(STX41)로서 인가하여 예비 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t34~t35) 사이에서 제2 단위 픽셀(110d)의 제1 전송 트랜지스터(133)에 제2 전송 제어 신호(TX2)를 메인 셔터 펄스(STX42)로서 인가하여 메인 셔터 동작을 수행할 수 있다.
또한 로우 드라이버(420)는 시간들(t31~t33) 사이의 예비 셔터 구간에서 제1 단위 픽셀(110c)과 제2 단위 픽셀(110d)의 리셋 트랜지스터(125)에 인가되는 리셋 제어 신호(RST)를 활성화시키고, 시간들(t33~t35) 사이의 메인 셔터 구간에서 리셋 제어 신호(RST)를 비활성화시키고, 시간들(t35~t36) 사이에서 리셋 제어 신호(RST)를 활성화시키고, 시간들(t33~t35) 사이의 독출 구간에서 리셋 제어 신호(RST)를 비활성화시킬 수 있다. 또한 로우 드라이버(420)는 시간들(t33~t35) 사이의 독출 구간에서 제1 단위 픽셀(110c)과 제2 단위 픽셀(110d)의 선택 트랜지스터(129)에 인가되는 선택 제어 신호(SEL)를 활성화시킬 수 있다.
도 10에서 하나의 로우에 인가되는 예비 셔터 펄스(STX31)는 제1 1H 시간 내에서 활성화될 수 있고, 메인 셔터 펄스(STX32)는 제1 1H 시간으로부터 두 개의 1H 시간 후인 제2 1H 시간 내에서 활성화될 수 있다.
도 11은 도 2의 이미지 센서에서 픽셀 어레이가 도 9와 같이 구성되는 경우에 로우 드라이버와 칼럼 방향으로 인접한 네 개의 로우들의 동작을 나타낸다.
도 11에서 시간들(t41~t47) 사이의 간격은 로우 드라이버(420)가 하나의 로우를 스캐닝하는데 걸리는 단위 시간인 1H 시간(one horizontal scanning time)에 해당할 수 있다.
도 2 및 도 9 내지 도 11를 참조하면, 로우 드라이버(420)는 시간들(t41~t42) 사이에서 제1 로우(k 번째 로우)의 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 예비 셔터 펄스(STX51)로서 인가하여 예비 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t43~t44) 사이에서 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 메인 셔터 펄스(STX52)로서 인가하여 메인 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t46~t47) 사이에서 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 독출 펄스(RTX51)로서 인가하여 독출 동작을 수행할 수 있다. 또한 로우 드라이버는 시간들(t42~t43) 사이에서 (k+1 번째 로우)의 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 예비 셔터 펄스(STX61)로서 인가하여 예비 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t44~t45) 사이에서 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 메인 셔터 펄스(STX62)로서 인가하여 메인 셔터 동작을 수행할 수 있다.
로우 드라이버(420)는 시간들(t43~t44) 사이에서 제2 로우(k+2 번째 로우)의 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 예비 셔터 펄스(STX71)로서 인가하여 예비 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t45~t46) 사이에서 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 메인 셔터 펄스(STX72)로서 인가하여 메인 셔터 동작을 수행할 수 있다. 또한 로우 드라이버는 시간들(t44~t45) 사이에서 (k+3 번째 로우)의 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 예비 셔터 펄스(STX81)로서 인가하여 예비 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t46~t47) 사이에서 단위 픽셀의 전송 트랜지스터에 전송 제어 신호(TX)를 메인 셔터 펄스(STX82)로서 인가하여 메인 셔터 동작을 수행할 수 있다.
즉 로우 드라이버(420)는 하나의 로우에 대한 예비 셔터 동작은 제1 1H 시간 내에서 수행하고 메인 셔터 동작은 제1 1H 시간으로부터 두 개의 1H 시간 후인 제2 1H 타임 시간 내에서 수행할 수 있다. 또한 로우 드라이버(420)는 제1 로우(p번째 로우)에 대한 메인 셔터 동작과 제1 로우와 두 개의 로우만큼 차이가 나는 제2 로우(p+2 번째)에 대한 예비 셔터 동작을 동시에 수행할(동기시킬) 수 있다.
도 11에서는 도 9와 같이 2-공유 구조의 단위 픽셀의 경우의 로우 드라이버(420)의 동작을 설명하였다. 실시예에 있어서, 칼럼 방향의 네 개의 단위 픽셀들 각각이 광 감지 소자와 전송 트랜지스터를 구비하고, 네 개의 단위 픽셀들이 리셋 트랜지스터, 센싱 트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 공유하는 4공유 구조를 가지는 경우에 로우 드라이버(420)는 제1 로우에 대한 메인 셔터 동작과 제1 로우와 네 개의 로우만큼 차이가 나는 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동시에 수행할(동기시킬) 수 있다.
도 12는 도 2의 이미지 센서에서 픽셀 어레이가 도 9와 같이 구성되는 경우에 제1 및 제2 단위 픽셀들의 동작을 나타낸다.
도 12에서 시간들(t51~t57) 사이의 간격은 로우 드라이버(420)가 하나의 로우를 스캐닝하는데 걸리는 단위 시간인 1H 시간(one horizontal scanning time)에 해당할 수 있다.
도 2, 도 9 및 도 12를 참조하면, 로우 드라이버(420)는 시간들(t51~t52) 사이에서 제1 단위 픽셀(110c)의 제1 전송 트랜지스터(123)에 제1 전송 제어 신호(TX1)를 예비 셔터 펄스(STX31')로서 인가하여 예비 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t52~t53) 사이에서 제1 단위 픽셀(110c)의 제1 전송 트랜지스터(123)에 제1 전송 제어 신호(TX1)를 메인 셔터 펄스(STX32')로서 인가하여 메인 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t56~t57) 사이에서 제1 단위 픽셀(110c)의 제1 전송 트랜지스터(123)에 제1 전송 제어 신호(TX1)를 독출 펄스(RTX31')로서 인가하여 독출 동작을 수행할 수 있다.
또한 로우 드라이버는 시간들(t52~t53) 사이에서 제2 단위 픽셀(110d)의 제1 전송 트랜지스터(133)에 제2 전송 제어 신호(TX2)를 예비 셔터 펄스(STX41')로서 인가하여 예비 셔터 동작을 수행하고, 시간들(t53~t54) 사이에서 제2 단위 픽셀(110d)의 제1 전송 트랜지스터(133)에 제2 전송 제어 신호(TX2)를 메인 셔터 펄스(STX42')로서 인가하여 메인 셔터 동작을 수행할 수 있다.
또한 로우 드라이버(420)는 시간들(t51~t52, t52~t53, t53~t54) 상에서 제1 전송 제어 신호(TX1)와 제2 전송 제어 신호(TX2)가 활성화되는 동안 제1 단위 픽셀(110c)과 제2 단위 픽셀(110d)의 리셋 트랜지스터(125)에 인가되는 리셋 제어 신호(RST)를 비활성화시키고, 시간들(t54~t55) 사이에서 리셋 제어 신호(RST)를 비활성화시키고, 시간들(t55~t57) 사이에서 리셋 제어 신호(RST)를 활성화시킬 수 있다. 또한 로우 드라이버(420)는 시간들(t55~t57) 사이의 독출 구간에서 제1 단위 픽셀(110c)과 제2 단위 픽셀(110d)의 선택 트랜지스터(129)에 인가되는 선택 제어 신호(SEL)를 활성화시킬 수 있다.
도 12에서 하나의 로우에 인가되는 예비 셔터 펄스(STX31)는 제1 1H 시간 내에서 활성화될 수 있고, 메인 셔터 펄스(STX32)는 제`1 1H 시간에 연속하는 제2 1H 시간 내에서 활성화될 수 있다. 이 경우, 예비 셔터 구간과 메인 셔터 구간에서 리셋 제어 신호(RST)는 동일한 로직 레벨을 가질 수 있다.
도 13은 도 6의 상관 이중 샘플링 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
이하, 도 1 내지 6 및 도 13을 참조하여 도 1에 도시된 이미지 센서(10)의 동작에 대해 설명한다.
시간 t61에서, 로우 드라이버(420)는 논리 하이 레벨로 활성화된 선택 제어 신호(SEL)를 픽셀 어레이(100)에 제공하여 픽셀 어레이(100)에 포함되는 복수의 로우들 중에서 하나의 로우를 선택한다.
시간 t62에서, 로우 드라이버(420)는 상기 선택된 로우에 리셋 제어 신호(RST)를 제공한다. 이 때 픽셀 어레이(100)가 출력하는 화소 전압 신호(Vpix)는 리셋 성분을 나타내는 제1 아날로그 신호(AS1)가 된다.
시간 t63에서, 타이밍 컨트롤러(410)는 논리 하이 레벨을 갖는 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)를 램프 신호 생성기(200)에 제공하고, 램프 신호 생성기(200)는 램프 신호(VR)의 전압 레벨을 일정한 크기의 기울기(a)로 감소시키기 시작한다. 또한 타이밍 컨트롤러(410)는 카운터(340)에 카운트 클럭 신호(CLKC)를 제공하고, 카운터(340)는 카운트 클럭 신호(CLKC)에 동기되어 카운팅 동작을 개시한다.
시간 t64에서, 램프 신호(VR)와 리셋 신호의 전압 레벨이 동일하게 되고, 비교기(330)에서 출력되는 비교 신호(CMP)는 논리 로우 레벨로 천이하여 카운팅 동작이 종료된다. 이 때 카운터(330)는 에는 리셋 신호에 상응하는 제1 카운트값(CNT1)을 생성한다.
시간 t65에서, 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)가 논리 로우 레벨로 비활성화되면, 램프 신호 생성기(200)는 디스에이블된다. 시간 t63에서 시간 t65의 구간은 리셋 신호를 카운팅하기 위한 최대 구간을 나타내며 이미지 센서(10)의 특성에 따라 적절한 클럭 사이클의 개수에 해당하도록 설정될 수 있다.
시간 t66에서, 로우 드라이버(420)는 상기 선택된 로우에 전달 제어 신호(TX)를 제공한다. 이 때 픽셀 어레이(100)가 출력하는 화소 전압 신호(Vpix)는 상기 입사광에 따른 이미지 성분을 나타내는 제2 아날로그 신호(AS2)가 된다.
시간 t67에서, 타이밍 컨트롤러(410)는 다시 논리 하이 레벨을 갖는 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)를 램프 신호 생성기(200)에 제공하고, 램프 신호 생성기(200)는 램프 신호(VR)의 전압 레벨을 시간 t63에서와 동일한 크기의 기울기(a)로 감소시키기 시작한다. 또한 타이밍 컨트롤러(410)는 카운터(340)에 카운트 클럭 신호(CLKC)를 제공하고, 카운터(340)는 카운트 클럭 신호(CLKC)에 동기되어 카운팅 동작을 개시한다.
시간 t68에서, 램프 신호(VR)와 이미지 신호의 전압 레벨이 동일하게 되고, 비교기(330)에서 출력되는 비교 신호(CMP)는 논리 로우 레벨로 천이하여 카운팅 동작이 종료된다. 이 때 카운터(340)는 이미지 신호에 상응하는 제2 카운트값(CNT2)을 생성한다. 카운터(340)는 제2 카운트값(CNT2)에서 제1 카운트값(CNT1)을 감산하여 상기 입사광의 유효 성분을 나타내는 디지털 신호(DGS)를 출력할 수 있다.
시간 t69에서, 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)가 논리 로우 레벨로 비활성화되면, 램프 신호 생성기(200)는 디스에이블된다. 시간 t67에서 시간 t69의 구간은 이미지 신호를 카운팅하기 위한 최대 구간을 나타내며 이미지 센서(10)의 특성에 따라 적절한 클럭 사이클의 개수에 해당하도록 설정될 수 있다.
시간 t70에서, 로우 드라이버(420)는 논리 로우 레벨로 비활성화된 선택 제어 신호(SEL)를 픽셀 어레이(100)에 제공하여 상기 선택된 로우의 선택을 해제한다.
이후, 이미지 센서(10)는 다른 로우들에 대해 상기 설명한 동작을 반복하면서 로우 단위로 디지털 신호(DGS)를 출력할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 동작 방법에서는 이미지 센서(10)는 복수의 로우들과 복수의 칼럼들로 구성되는 매트릭스 형태로 배열되며, 각각이 입사광을 전기 신호로 변환하여 저장하는 복수의 단위 픽셀들(110)을 구비하는 픽셀 어레이(100)를 포함한다. 상기 동작 방법에서는 상기 픽셀 어레이(100)에 연결된 로우 드라이버(420)에서 상기 복수의 단위 픽셀들(110) 각각에 저장된 상기 전기 신호를 리셋하는 전자 셔터 동작을 로우 단위로 순차적으로 수행한다(S110). 상기 로우 드라이버(420)에서 상기 복수의 단위 픽셀들(110) 각각에 저장된 상기 전기 신호를 독출하는 독출 동작을 상기 로우 단위로 순차적으로 수행한다(S130).
도 7 내지 도 12를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 전자 셔터 동작은 하나의 로우에 대하여 순차적으로 수행되는 예비 셔터 동작과 메인 셔터 동작을 포함할 수 있다. 상기 로우 드라이버(420)는 상기 복수의 로우들 중 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 복수의 로우들 중 제1 로우와 다른 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기시킬 수 있다. 상기 하나의 로우에 대한 상기 예비 셔터 동작은 제1 1H 시간 내에서 수행되고, 상기 메인 셔터 동작은 제1 1H 시간 이후의 제2 1H 시간 내에서 수행될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 카메라에 응용한 예를 나타내는 블록도이다.
도 15를 참조하면, 카메라(500)는 수광 렌즈(510), 이미지 센서 칩(505) 및 엔진부(540)를 포함할 수 있다. 이미지 센서 칩(505)은 이미지 센서(520) 및 광원 모듈(530)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서 (520) 및 광원 모듈(530)은 각각 별도의 장치로 구현되거나, 광원 모듈(530) 중 적어도 일부의 구성이 이미지 센서(520)에 포함되도록 구현될 수 있다. 또한 수광 렌즈(510)는 이미지 센서 칩(505)의 일부 구성 요소로서 포함될 수도 있다. 광원 모듈(530)은 광원(531) 및 렌즈(532)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(520)는 도 2의 이미지 센서(10)를 포함할 수 있다. 따라서 이미지 센서(520)는 픽셀 어레이와 로우 드라이버를 포함할 수 있다. 상기 픽셀 어레이는 복수의 로우들과 복수의 칼럼들로 구성되는 매트릭스 형태로 배열되며, 각각이 입사광을 전기 신호로 변환하여 저장하는 복수의 단위 픽셀들을 구비할 수 있고, 상기 로우 드라이버는 상기 복수의 로우들을 순차적으로 스캐닝하고 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 리셋하는 전자 셔터 동작과 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 독출하는 독출 동작을 순차적으로 수행할 수 있다. 상기 전자 셔터 동작은 하나의 로우에 대하여 순차적으로 수행되는 예비 셔터 동작과 메인 셔터 동작을 포함하고, 상기 로우 드라이버는 상기 복수의 로우들 중 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 복수의 로우들 중 제1 로우와 다른 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기시킬 수 있다. 따라서 카메라(500)에서는 1H 시간이 감소하여도 셔터 노이즈를 감소시킬 수 있다.
수광 렌즈(510)는 이미지 센서 칩(520)의 수광 영역(예를 들어, 도 7의 픽셀 어레이(111))으로 입사광을 집광시킬 수 있다. 이미지 센서 칩(520)은 수광 렌즈(510)를 통하여 입사된 광을 처리하여 컬러 및/또는 거리 정보를 포함하는 데이터(DATA1)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서 칩(520)에서 생성되는 데이터(DATA1)는 광원 모듈(530)에서 방출된 적외선 또는 근적외선을 이용하여 생성된 거리 데이터 및 외부 가시광선을 이용하여 생성된 베이어 패턴의 RGB 데이터를 포함할 수 있다. 이미지 센서 칩(520)은 클록 신호(CLK)에 기초하여 데이터(DATA1)를 엔진부(540)에 제공할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서 칩(520)은 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 및/또는 CSI(Camera Serial Interface)를 통하여 엔진부(540)와 인터페이싱할 수 있다.
엔진부(540)는 이미지 센서(505)를 제어한다. 또한, 엔진부(540)는 이미지 센서 칩(520)으로부터 수신된 데이터(DATA1)를 처리할 수 있다. 예를 들어, 엔진부(540)는 이미지 센서 칩(520)으로부터 수신된 데이터(DATA1)에 기초하여 컬러 데이터를 생성할 수 있다. 다른 예에서, 엔진부(540)는 데이터(DATA1)에 포함된 상기 RGB 데이터에 기초하여 휘도 성분, 상기 휘도 성분과 청색 성분의 차, 및 휘도 성분과 적색 성분의 차를 포함하는 YUV 데이터를 생성하거나, 압축 데이터, 예를 들어 JPEG(Joint Photography Experts Group) 데이터를 생성할 수 있다. 엔진부(540)는 호스트/어플리케이션(550)에 연결될 수 있으며, 엔진부(540)는 마스터 클록(MCLK)에 기초하여 데이터(DATA2)를 호스트/어플리케이션(550)에 제공할 수 있다. 또한, 엔진부(540)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 및/또는 I2C(Inter Integrated Circuit)를 통하여 호스트/어플리케이션(550)과 인터페이싱할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미징 시스템을 나타낸다.
도 16을 참조하면, 이미징 시스템(600)은 이미지 센서(700), 컨트롤러(800, 또는 프로세서) 및 디스플레이 장치(900)를 포함할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(700)는 컨트롤러(800)를 통하여 디스플레이 장치(900)와 연결될 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치(900)는 이미지 센서(700)에서 출력되는 이미지 신호에 기초하여 이미지를 표시할 수 있다. 이미지 센서(700)는 도 1의 이미지 센서(10)를 포함할 수 있다. 따라서 이미지 센서(700)는 복수의 단위 픽셀들 중 제1 로우에 대한 메인 셔터 동작과 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기시켜 1H 시간이 감소하여도 셔터 노이즈를 감소시킬 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 기기를 나타내는 블록도이고, 도 18은 도 17의 전자 기기가 스마트폰으로 구현되는 일 예를 나타내는 도면이며, 도 19는 도 17의 전자 기기가 디지털 카메라로 구현되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, 전자 기기(1000)는 프로세서(1010), 메모리 장치(1020), 저장 장치(1030), 입출력 장치(1040), 파워 서플라이(1050) 및 이미지 센서(1060)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 전자 기기(1000)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 전자 기기들과 통신할 수 있는 여러 포트(port)들을 더 포함할 수 있다. 한편, 도 18에 도시된 바와 같이, 전자 기기(1000)는 스마트폰으로 구현될 수도 있고, 도 19에 도시된 바와 같이, 전자 기기(1000)는 디지털 카메라로 구현될 수도 있다. 전자 기기(1000)에 포함되는 이미지 센서(1060)는 도 1의 이미지 센서(10)를 포함할 수 있다. 따라서 이미지 센서(1060)는 제1 로우에 대한 메인 셔터 동작과 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기시켜 1H 시간이 감소하여도 셔터 노이즈를 감소시킬 수 있다.
프로세서(1010)는 특정 계산들 또는 태스크(task)들을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(1010)는 마이크로프로세서(micro-processor), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP) 등일 수 있다. 프로세서(1010)는 어드레스 버스(address bus), 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus) 등을 통하여 다른 구성 요소들에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(1010)는 주변 구성 요소 상호 연결(Peripheral Component Interconnect; PCI) 버스와 같은 확장 버스에도 연결될 수 있다. 메모리 장치(1020)는 전자 기기(1000)의 동작에 필요한 데이터들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(1020)는 이피롬(Erasable Programmable Read-Only Memory; EPROM) 장치, 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory; EEPROM) 장치, 플래시 메모리 장치(flash memory device), 피램(Phase Change Random Access Memory; PRAM) 장치, 알램(Resistance Random Access Memory; RRAM) 장치, 엔에프지엠(Nano Floating Gate Memory; NFGM) 장치, 폴리머램(Polymer Random Access Memory; PoRAM) 장치, 엠램(Magnetic Random Access Memory; MRAM), 에프램(Ferroelectric Random Access Memory; FRAM) 장치 등과 같은 비휘발성 메모리 장치 및/또는 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM) 장치, 에스램(Static Random Access Memory; SRAM) 장치, 모바일 DRAM 장치 등과 같은 휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다. 저장 장치(1030)는 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive; HDD), 씨디롬(CD-ROM) 등을 포함할 수 있다.
입출력 장치(1040)는 키보드, 키패드, 터치패드, 터치스크린, 마우스 등과 같은 입력 수단, 및 디스플레이 장치, 스피커, 프린터 등과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 파워 서플라이(1050)는 전자 기기(1000)의 동작에 필요한 파워를 공급할 수 있다. 이미지 센서(1060)는 상기 버스들 또는 다른 통신 링크를 통해서 다른 구성 요소들에 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이,
한편, 이미지 센서(1060)는 다양한 형태들의 패키지로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1060)의 적어도 일부의 구성들은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.
이와 같이, 전자 기기(1000)는 이미지 센서(1060)를 포함함으로써 셔터 노이즈를 감소시킬 수 있다. 이미지 센서(1060)는 프로세서(1010)와 함께 하나의 칩에 집적될 수도 있고, 서로 다른 칩에 각각 집적될 수도 있다. 한편, 도 18에는 전자 기기(1000)가 스마트폰으로 구현된 예가 도시되어 있고, 도 19에는 전자 기기(1000)가 디지털 카메라(예를 들어, 미러리스(mirror-less) 카메라 등)로 구현된 예가 도시되어 있으나, 전자 기기(1000)의 구현이 그에 한정되는 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 전자 기기(1000)는 이미지 센서(1060)를 이용하는 다양한 형태의 모든 전자 기기로 해석되어야 한다. 예를 들어, 전자 기기(1000)는 휴대폰, 스마트패드, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP) 등으로 구현될 수 있다.
도 20은 도 17의 전자 기기에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 20을 참조하면, 전자 기기(1000)는 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치(예를 들어, 이동 전화기, 피디에이, 피엠피, 스마트폰 등)로 구현될 수 있고, 어플리케이션 프로세서(1110), 이미지 센서(1140) 및 디스플레이(1150) 등을 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 CSI 호스트(1112)는 카메라 시리얼 인터페이스(Camera Serial Interface; CSI)를 통하여 이미지 센서(1140)의 CSI 장치(1141)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, CSI 호스트(1112)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있고, CSI 장치(1141)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 DSI 호스트(1111)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(Display Serial Interface; DSI)를 통하여 디스플레이(1150)의 DSI 장치(1151)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, DSI 호스트(1111)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(1151)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다. 나아가, 전자 기기(1000)는 어플리케이션 프로세서(1110)와 통신을 수행할 수 있는 알에프(Radio Frequency; RF) 칩(1160)을 더 포함할 수 있다. 전자 기기(1000)의 PHY(1113)와 RF 칩(1160)의 PHY(1161)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) DigRF에 따라 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 또한, 어플리케이션 프로세서(1110)는 PHY(1161)의 MIPI DigRF에 따른 데이터 송수신을 제어하는 DigRF MASTER(1114)를 더 포함할 수 있다. 한편, 전자 기기(1000)는 지피에스(Global Positioning System; GPS)(1120), 스토리지(1170), 마이크(1180), 디램 장치(1185) 및 스피커(1190)를 포함할 수 있다. 또한, 전자 기기(1000)는 초광대역(Ultra WideBand; UWB)(1210), 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN)(1220) 및 와이맥스(Worldwide Interoperability for Microwave Access; WIMAX)(1230) 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 다만, 전자 기기(1000)에서 사용되는 인터페이스는 상술한 인터페이스로 한정되는 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 분야의 이미지 센서 및 이미지 시스템에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 휴대폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 캠코더(Camcoder), 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC), 서버 컴퓨터(Server Computer), 워크스테이션(Workstation), 노트북(Laptop), 디지털 TV(Digital Television), 셋-탑 박스(Set-Top Box), 음악 재생기(Music Player), 휴대용 게임 콘솔(Portable Game Console), 네비게이션(Navigation) 시스템, 스마트 카드(Smart Card), 프린터(Printer) 등에 유용하게 이용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 복수의 로우들과 복수의 칼럼들로 구성되는 매트릭스 형태로 배열되며, 각각이 입사광을 전기 신호로 변환하여 저장하는 복수의 단위 픽셀들을 구비하는 픽셀 어레이; 및
    상기 복수의 로우들을 순차적으로 스캐닝하고 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 리셋하는 전자 셔터 동작과 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 독출하는 독출 동작을 순차적으로 수행하는 로우 드라이버를 포함하고,
    상기 전자 셔터 동작은 하나의 로우에 대하여 순차적으로 수행되는 예비 셔터 동작과 메인 셔터 동작을 포함하고,
    상기 로우 드라이버는 상기 복수의 로우들 중 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 복수의 로우들 중 제1 로우와 다른 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기시키고,
    상기 복수의 단위 픽셀들은
    칼럼 방향으로 교번적으로 배치되는 제1 단위 픽셀 및 제2 단위 픽셀을 포함하고, 상기 제1 단위 픽셀은
    제1 단자가 접지 전압에 연결되고, 상기 입사광을 상기 전기 신호로 변환하는 제1 광 감지 소자; 및
    상기 광 감지 소자의 제2 단자와 플로팅 확산 노드에 연결되는 제1 전송 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 단위 픽셀은
    제1 단자가 상기 접지 전압에 연결되고, 상기 입사광을 상기 전기 신호로 변환하는 제2 광 감지 소자; 및
    상기 제2 광 감지 소자의 제2 단자와 상기 플로팅 확산 노드에 연결되는 제2 전송 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 단위 픽셀과 상기 제2 단위 픽셀은
    전원 전압과 상기 플로팅 확산 노드 사이에 연결되는 리셋 트랜지스터;
    상기 전원 전압에 연결되고, 상기 플로팅 확산 노드에 연결되는 게이트를 구비하는 센싱 트랜지스터; 및
    상기 센싱 트랜지스터와 상응하는 칼럼 라인에 연결되는 선택 트랜지스터를 공유하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 로우를 스캐닝하는데 걸리는 단위 시간은 1H 시간이고,
    상기 하나의 로우에 대한 상기 예비 셔터 동작은 제1 1H 시간 내에서 수행되고, 상기 메인 셔터 동작은 상기 제1 1H 시간 이후의 제2 1H 시간 내에서 수행되는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단위 픽셀들에 대한 상기 예비 셔터 동작은 상기 제2 단위 픽셀들에 대한 상기 예비 셔터 동작과 중첩되지 않는 이미지 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로우 드라이버는 상기 리셋 트랜지스터의 게이트에 리셋 제어 신호를 인가하고, 상기 선택 트랜지스터의 게이트에는 선택 제어 신호를 인가하고, 상기 제1 전송 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 전송 트랜지스터의 게이트에는 제1 전송 제어 신호와 제2 전송 제어 신호를 각각 인가하고,
    상기 로우 드라이버는 상기 제1 전송 트랜지스터에 예비 셔터 구간 내에서 활성화되는 상기 제1 전송 제어 신호를 예비 셔터 펄스로서 인가하여 상기 예비 셔터 동작을 수행하고, 메인 셔터 구간 내에 활성화되는 상기 제1 전송 제어 신호를 메인 셔터 펄스로서 인가하여 상기 메인 셔터 동작을 수행하고, 독출 기간 내에서 활성화되는 상기 제1 전송 제어 신호를 독출 펄스로서 인가하여 상기 독출 동작을 수행하고,
    상기 하나의 로우를 스캐닝하는데 걸리는 단위 시간은 1H 시간이고,
    상기 하나의 로우에 대한 상기 예비 셔터 동작은 제1 1H 시간 내에서 수행되고, 상기 메인 셔터 동작은 상기 제1 1H 시간 이후의 제2 1H 시간 내에서 수행되고,
    상기 제2 1H 시간은 상기 제1 1H 시간으로부터 하나의 1H 시간 간격 이후이고,
    상기 로우 드라이버는 어드레스 신호에 기초하여 상기 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 제2 로우에 대한 상기 예비 셔터 동작을 동기시키고, 상기 제1 로우와 상기 제2 로우는 칼럼 방향으로 두 개의 로우만큼 차이가 나는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 로우 드라이버는 상기 리셋 트랜지스터의 게이트에 리셋 제어 신호를 인가하고, 상기 선택 트랜지스터의 게이트에는 선택 제어 신호를 인가하고, 상기 제1 전송 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 전송 트랜지스터의 게이트에는 제1 전송 제어 신호와 제2 전송 제어 신호를 각각 인가하고,
    상기 로우 드라이버는 상기 제1 전송 트랜지스터에 예비 셔터 구간 내에서 활성화되는 상기 제1 전송 제어 신호를 예비 셔터 펄스로서 인가하여 상기 예비 셔터 동작을 수행하고, 메인 셔터 구간 내에 활성화되는 상기 제1 전송 제어 신호를 메인 셔터 펄스로서 인가하여 상기 메인 셔터 동작을 수행하고, 독출 기간 내에서 활성화되는 상기 제1 전송 제어 신호를 독출 펄스로서 인가하여 상기 독출 동작을 수행하고,
    상기 하나의 로우를 스캐닝하는데 걸리는 단위 시간은 1H 시간이고,
    상기 하나의 로우에 대한 상기 예비 셔터 동작은 제1 1H 시간 내에서 수행되고, 상기 메인 셔터 동작은 상기 제1 1H 시간 이후의 제2 1H 시간 내에서 수행되고,
    상기 제2 1H 시간은 상기 제1 1H 시간에 연속하고,
    상기 로우 드라이버는 상기 예비 셔터 펄스와 상기 메인 셔터 펄스가 인가되는 구간 동안 각각 상기 리셋 제어 신호를 비활성화시키고,
    상기 로우 드라이버는 어드레스 신호에 기초하여 상기 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 제2 로우에 대한 상기 예비 셔터 동작을 동기시키고, 상기 제1 로우와 상기 제2 로우는 칼럼 방향으로 하나의 로우만큼 차이가 나는 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 로우 드라이버는 상기 복수의 단위 픽셀들에 대하여 로우 단위로 상기 전자 셔터 동작을 수행하고, 상기 이미지 센서는 롤링 셔터 이미지 센서인 이미지 센서.
  10. 입사광에 상응하는 디지털 신호를 생성하는 이미지 센서;
    상기 디지털 신호를 저장하는 저장 장치; 및
    상기 이미지 센서 및 상기 저장 장치의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하고,
    상기 이미지 센서는
    복수의 로우들과 복수의 칼럼들로 구성되는 매트릭스 형태로 배열되며, 각각이 상기 입사광을 전기 신호로 변환하여 저장하는 복수의 단위 픽셀들을 구비하는 픽셀 어레이; 및
    상기 복수의 로우들을 순차적으로 스캐닝하고 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 리셋하는 전자 셔터 동작과 상기 복수의 단위 픽셀들 각각에 저장된 상기 전기 신호를 독출하는 독출 동작을 순차적으로 수행하는 로우 드라이버를 포함하고,
    상기 전자 셔터 동작은 하나의 로우에 대하여 순차적으로 수행되는 예비 셔터 동작과 메인 셔터 동작을 포함하고,
    상기 로우 드라이버는 상기 복수의 로우들 중 제1 로우에 대한 상기 메인 셔터 동작과 상기 복수의 로우들 중 제1 로우와 다른 제2 로우에 대한 예비 셔터 동작을 동기시키고,
    상기 복수의 단위 픽셀들은
    칼럼 방향으로 교번적으로 배치되는 제1 단위 픽셀 및 제2 단위 픽셀을 포함하고, 상기 제1 단위 픽셀은
    제1 단자가 접지 전압에 연결되고, 상기 입사광을 상기 전기 신호로 변환하는 제1 광 감지 소자; 및
    상기 광 감지 소자의 제2 단자와 플로팅 확산 노드에 연결되는 제1 전송 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 단위 픽셀은
    제1 단자가 상기 접지 전압에 연결되고, 상기 입사광을 상기 전기 신호로 변환하는 제2 광 감지 소자; 및
    상기 제2 광 감지 소자의 제2 단자와 상기 플로팅 확산 노드에 연결되는 제2 전송 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 단위 픽셀과 상기 제2 단위 픽셀은
    전원 전압과 상기 플로팅 확산 노드 사이에 연결되는 리셋 트랜지스터;
    상기 전원 전압에 연결되고, 상기 플로팅 확산 노드에 연결되는 게이트를 구비하는 센싱 트랜지스터; 및
    상기 센싱 트랜지스터와 상응하는 칼럼 라인에 연결되는 선택 트랜지스터를 공유하는 전자 기기.
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