KR102668346B1

KR102668346B1 - 이미지 센서 및 그 동작 방법

Info

Publication number: KR102668346B1
Application number: KR1020190025504A
Authority: KR
Inventors: 정승훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2024-05-21
Also published as: US10999546B2; US20200288079A1; US11563912B2; KR20200107040A; US20210218922A1

Abstract

이미지 센서가 제공된다. 이미지 센서는, 복수의 픽셀들을 포함하고, 픽셀 신호를 생성하는 센서 어레이, 램프 활성 신호에 응답하여 램프 신호를 생성하는 램프 신호 발생기, 픽셀 신호와 램프 신호를 비교하는 비교기, 및 램프 신호가 제1 기울기로 감소하는 제1 시점부터 감소가 끝나는 제2 시점까지 활성화되는 카운터 활성 신호에 응답하여 카운팅을 하는 카운터부를 포함하되, 카운터부는 카운터 및 마스크 카운터를 포함하며, 마스크 카운터는 제1 시점부터 제3 시점까지의 제1 구간 동안 마스크 카운팅을 수행하고, 카운터는 상기 제3 시점부터, 램프 신호가 픽셀 신호와 첫번째로 같은 값을 갖는 제4 시점까지의 제2 구간 동안 카운팅을 수행한다.

Description

이미지 센서 및 그 동작 방법{Semiconductor package and method for fabricating the same}

본 발명은 이미지 센서 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 최근 들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다.

이미지 센서는 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device) 및 CMOS 이미지 센서를 포함한다. 이 중에서 CMOS 이미지 센서는 간편한 구동 방식을 가지고, 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화에 유리하다.

이미지 센서가 휴대전화 등의 휴대장치 및 동영상 촬영 등에 많이 사용되고 있다. 따라서, 높아진 해상도와 더불어 저전력이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 저전력 이미지 센서를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 이미지 센서의 저전력 동작 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서는, 복수의 픽셀들을 포함하고, 픽셀 신호를 생성하는 센서 어레이, 램프 활성 신호에 응답하여 램프 신호를 생성하는 램프 신호 발생기, 픽셀 신호와 램프 신호를 비교하는 비교기, 및 램프 신호가 제1 기울기로 감소하는 제1 시점부터 감소가 끝나는 제2 시점까지 활성화되는 카운터 활성 신호에 응답하여 카운팅을 하는 카운터부를 포함하되, 카운터부는 카운터 및 마스크 카운터를 포함하며, 마스크 카운터는 제1 시점부터 제3 시점까지의 제1 구간 동안 마스크 카운팅을 수행하고, 카운터는 상기 제3 시점부터, 램프 신호가 픽셀 신호와 첫번째로 같은 값을 갖는 제4 시점까지의 제2 구간 동안 카운팅을 수행한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법은, 센서 어레이가 픽셀 신호를 생성하고, 램프 신호 발생기가 램프 활성 신호에 응답하여 램프 신호를 생성하고, 비교기가 픽셀 신호와 램프 신호를 비교하여 비교값을 출력하고, 카운터 활성 신호에 응답하여, 복수의 카운터를 포함하는 카운터부가 비교값을 수신하여 카운팅하는 것을 포함하되, 카운터 활성 신호는 램프 신호가 제1 기울기로 감소하는 제1 시점부터 감소가 끝나는 제2 시점까지 활성화되며, 카운터부는 제1 시점부터, 픽셀 신호와 램프 신호가 첫번째로 같은 값을 갖는 제3 시점까지의 제1 구간 중 일부인 제1 서브 구간을 마스크 카운팅하고, 복수의 카운터는 제1 구간 중 제1 서브 구간을 제외한 제2 서브 구간 동안 카운팅을 수행한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 시스템은, 광을 디지털 신호로 변환하는 이미지 센서, 및 변환된 디지털 신호를 저장하는 메모리 장치를 포함하되, 이미지 센서가 광을 디지털 신호로 변환하는 것은, 픽셀 신호를 생성하고, 램프 활성 신호에 응답하여 램프 신호를 생성하고, 픽셀 신호와 램프 신호를 비교하여 비교값을 출력하고, 카운터 활성 신호에 응답하여, 비교값을 수신하여 카운팅을 하되, 카운터 활성 신호는 램프 신호가 제1 기울기로 감소하는 제1 시점부터 감소가 끝나는 제2 시점까지 활성화되며, 제1 시점부터 제3 시점까지 마스크 카운팅을 수행하고, 제3 시점부터 램프 신호가 픽셀 신호와 첫번째로 같은 값을 갖는 제4 시점까지 카운팅을 수행하는 것을 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 예시적인 도면이다.
도 2는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 이미지 센서의 비교기 및 카운터부의 예시적인 도면이다.
도 3은 카운터에서 카운팅하는 동작을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 4는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 5는 몇몇 실시예에 따른 리셋 신호와 시그널 구간을 포함하는 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 6은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 7은 몇몇 실시예에 따른 리셋 구간과 시그널 구간을 포함하는 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 8은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 9는 몇몇 실시예에 따른 리셋 구간과 시그널 구간을 포함하는 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.
도 10은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 예시적인 도면이다.
도 11은 몇몇 실시예에 따른 도 10의 이미지 센서의 비교기 및 카운터부의 예시적인 도면이다.
도 12는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 예시적인 도면이다.
도 13은 몇몇 실시예에 따른 도 12의 이미지 센서의 비교기 및 카운터부의 예시적인 도면이다.
도 14는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 디지털 카메라에 응용한 예를 나타내는 블록도이다.
도 15는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 이미지 시스템에 응용한 예를 나타내는 블록도이다.
도 16은 도 15의 이미지 시스템에서 사용되는 인터페이스를 예시적으로 나타내는 블록도이다.

도 1은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 예시적인 도면이다.

도 1을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서(100)는 타이밍 신호 발생기(110), 램프 신호 발생기(120), 행 구동기(130), 센서 어레이(140), 비교기(151), 및 카운터부(150)를 포함할 수 있다. 카운터부(150)는 복수의 카운터(153)를 포함할 수 있다.

타이밍 신호 발생기(110)는 행 구동기 제어 신호(RD_con)를 생성할 수 있다. 그리고, 타이밍 신호 발생기(110)는 램프 활성 신호(RMP_en)를 생성할 수 있다. 또한, 타이밍 신호 발생기(110)는 카운터 활성 신호(CNT_en)를 생성할 수 있다.

램프 신호 발생기(120)는 램프 활성 신호(RMP_en)에 응답하여 램프 신호(Vramp)를 생성할 수 있다. 램프 신호(Vramp)는 시간에 비례하여 전압이 증가하거나 감소하는 형태를 포함할 수 있다. 램프 신호(Vramp)는 비교기(151)에 전달되어 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는데 이용될 수 있다.

행 구동기(130)는 행 구동기 제어 신호(RD_con)에 응답하여 센서 어레이(140)의 복수의 행(Row)들을 순차적으로 구동시킬 수 있다. 행 구동기(130)는 센서 어레이(140)의 복수의 행들에 전기적으로 연결될 수 있다. 행 구동기(130)로부터 선택된 행의 픽셀들은 감지된 광을 전기 신호인 픽셀 신호(Vpixel)로 전환할 수 있다.

센서 어레이(140)는 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 센서 어레이(140)는 복수의 행들과 복수의 열(Column)들을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들은 예를 들어, 복수의 행들과 복수의 열들이 교차하는 곳에 위치할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 복수의 픽셀들은 포토 다이오드(Photo Diode), 포토 트랜지스터(Photo Transistor), 포토 게이트(Photo Gate), 핀드 포토 다이오드(Photo Diode), 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 복수의 픽셀들은 포토 다이오드, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 포함하는 4-트랜지스터 구조일 수 있다. 또한, 복수의 픽셀들은 1-트랜지스터 구조, 3-트랜지스터 구조 또는 5-트랜지스터 구조이거나 복수의 픽셀들이 일부 트랜지스터를 공유하는 구조일 수 있다. 센서 어레이(140)는 감지된 광을 픽셀 신호(Vpixel)로 변환하여 비교기(151)로 전달할 수 있다.

비교기(151)는 아날로그 신호인 픽셀 신호(Vpixel)를 수신할 수 있다. 비교기(151)는 램프 신호(Vramp)와 픽셀 신호(Vpixel)를 수신할 수 있다. 비교기(151)는 램프 신호(Vramp)와 픽셀 신호(Vpixel)를 비교하고 출력 신호를 카운터부(150)에 전송할 수 있다. 비교기(151)는 노이즈를 감소시키기 위한 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling, CDS) 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(100)는 기준 신호와 픽셀 신호(Vpixel)의 차이로부터 노이즈가 제거된 신호를 추출하는 CDS 회로를 더 포함할 수 있다.

카운터부(150)는 카운터 활성 신호(CNT_en)에 응답하여 램프 신호(Vramp)에 상응하는 카운팅 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 카운터부(150)는 램프 신호(Vramp)가 시작될 때, 카운팅 동작을 시작할 수 있다. 타이밍 신호 발생기(110)는 램프 신호(Vramp)의 지연을 고려하여 램프 활성 신호(RMP_en)와 다른 시점에서 시작되는 카운터 활성 신호(CNT_en)를 생성할 수 있다. 이하에서는 램프 활성 신호(RMP_en)와 카운터 활성 신호(CNT_en)가 동기화되어 같은 시점에서 시작되는 경우를 전제로 설명한다. 카운터부(150)는 비교기(151)로부터 수신된 출력 신호를 이용하여 카운팅을 할 수 있다. 비교기(151)는 카운팅 수를 이용하여 픽셀 데이터(Pixel Data)를 출력할 수 있다.

도 2는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 이미지 센서의 비교기 및 카운터부의 예시적인 도면이다.

도 2를 참조하면, 센서 어레이(140)는 복수의 열들을 포함할 수 있다. 비교기(151)는 센서 어레이(140)의 복수의 열들과 연결되는 복수의 비교기(Comp)들을 포함할 수 있다. 복수의 비교기(Comp)들은 램프 신호(Vramp)와 픽셀 신호(Vpixel)의 비교값을 카운터부(150)로 출력할 수 있다. 카운터부(150)는 복수의 비교기(Comp)들과 연결되는 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)을 포함할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 서로 간의 카운팅 정보를 교환할 수 있다. 센서 어레이(140)의 각각의 열에 하나의 비교기(comp)와 하나의 카운터(예를 들어, 제1 카운터(CNT 1))가 직렬로 연결될 수 있다. 램프 활성 신호(RMP_en)에 응답하여 램프 신호 발생기(120)에 의해 생성된 램프 신호(Vramp)는 각각의 비교기(151)에 공급될 수 있다.

센서 어레이(140)의 각각의 픽셀은 빛을 전기 신호로 변환하여 픽셀 신호(Vpixel)를 출력할 수 있다. 각각의 비교기(Comp)는 램프 신호(Vramp)와 픽셀 신호(Vpixel)를 비교하고, 램프 신호(Vramp)와 픽셀 신호(Vpixel)가 같아 지는 지점에서 출력 신호를 트리거링할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 각각은 카운터 활성 신호(CNT_en)에 응답하여, 카운터 활성 신호(CNT_en)가 활성된 시점부터 카운팅을 시작할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 각각은 램프 신호(Vramp)와 픽셀 신호(Vpixel)가 같아 지는 지점까지 카운팅을 할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 각각은 카운팅 수를 이용하여 픽셀 데이터(Pixel Data)를 출력할 수 있다. 이때, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 각각에서 수행하는 카운팅 동작이 많을수록 이미지 센서의 전력 소비는 더 많아질 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 각각에서 카운팅하는 동작을 도 2 및 도 3을 통해 설명한다.

도 3은 카운터에서 카운팅하는 동작을 설명하는 예시적인 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 비교기(151)는 램프 신호 발생기(120)로부터 램프 신호(Vramp)를 수신하고 센서 어레이(140)로부터 픽셀 신호(Vpixel)를 수신할 수 있다. 램프 신호(Vramp)는 제1 시점(t1)에서 제1 기울기(S1)로 하강을 시작하여 제3 시점(t3)에 하강을 끝낼 수 있다. 램프 신호(Vramp)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 픽셀 신호(Vpixel)는 센서 어레이(140)의 해당 픽셀에서 빛을 전기 신호로 변환한 신호이다. 픽셀 신호(Vpixel)의 파형은 이에 제한되지 않는다.

램프 활성 신호(RMP_en)와 카운터 활성 신호(CNT_en)는 같은 시점(예를 들어, 제1 시점(t1))에 하이 레벨(logical high level)이 되도록 생성될 수 있다. 비교기(151)는 램프 신호(Vramp)와 픽셀 신호(Vpixel)를 비교하여, 램프 신호(Vramp)와 픽셀 신호(Vpixel)가 같아지는 지점에 출력 신호를 트리거링하여 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)에 전송할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 카운터 활성 신호(CNT_en)가 활성화 되는 시점부터 카운팅을 시작할 수 있다. 예를 들어, 제1 카운터(CNT 1)는 카운터 활성 신호(CNT_en)가 활성화 되는 제1 시점(t1)부터 카운팅을 시작할 수 있다. 비교기(151)는 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제2 시점(t2)에서 출력 신호를 트리거링하여 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)에 전송할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 비교기(151)로부터 트리거링된 출력신호를 수신받고, 트리거링된 제2 시점(t2)까지 카운팅을 수행할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 카운팅 수를 이용하여 픽셀 데이터(Pixel Data)를 출력할 수 있다.

하지만, 카운터부(150)의 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 센서 어레이(140)의 복수의 열들만큼 존재할 수 있다. 즉, 카운터부(150)에서 카운팅하는 동작은 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, n개의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 각각에서 m개의 카운팅을 수행하면 이미지 센서는 총 n*m개의 카운팅을 수행하게 된다. 이때, 카운팅을 수행하는 동안 이미지 센서에서는 전력을 소비하게 된다.

그런데, 높은 해상도의 요구에 따라 센서 어레이(140)의 열들의 개수가 늘어나고, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)의 개수도 늘어남에 따라 이미지 센서에서 소비하는 전력은 더욱 더 높아지게 될 수 있다. 따라서, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)에서 수행하는 카운팅 동작 중, 중복되는 일부 카운팅 동작에 대해 독립적으로 마스크 카운팅을 수행하여 전력 소모를 줄일 수 있다.

자세하게는, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 하나의 카운터(예를 들어, 제1 카운터(CNT 1))에서 수행한 카운팅 동작 중 일부를 마스크 카운팅으로 지정하여, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 나머지 카운터들(CNT 2 내지 CNT n)에서는 마스크 카운팅 동작을 제외한 나머지 카운팅 동작만 수행할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 마스크 카운팅을 수행하는 카운터의 개수는 하나에 제한되지 않는다. 또한, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 마스크 카운팅을 수행하는 카운터의 종류는 제1 카운터(CNT 1)에 제한되지 않는다. 예를 들어, n개의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 하나의 카운터(예를 들어, 제1 카운터(CNT 1))에서만 m개의 카운팅을 수행하고, m개의 카운팅 중 k(m보다 작고 0보다 큰)개를 마스크 카운팅으로 지정할 수 있다. 그 후, n-1개의 카운터들(제2 카운터(CNT 2) 내지 제n 카운터(CNT n))는 m-k개의 카운팅만 수행할 수 있다. 따라서, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 하나의 카운터(예를 들어, 제1 카운터(CNT 1))에서만 m개의 카운팅을 수행하고, 나머지 n-1개의 카운터들(제2 카운터(CNT 2) 내지 제n 카운터(CNT n))에서는 m-k개의 카운팅을 수행할 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서에서 실제로 수행하는 카운팅 동작은 감소할 수 있으며, 이에 따라 이미지 센서에서 소비하는 전력 또한 감소할 수 있다.

이하에서, 몇몇 실시예에 따른 마스크 카운팅 동작을 이용한 이미지 센서의 동작 방법을 도 4 내지 도 9를 통해 설명한다.

도 4는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 램프 활성 신호(RMP_en)와 카운터 활성 신호(CNT_en)는 제1 시점(t1)에 상승하여 제3 시점(t3)에 하강할 수 있다. 램프 신호(Vramp)는 제1 시점(t1)부터 제1 기울기(S1)로 하강을 시작하여 제3 시점(t3)에 하강을 끝낼 수 있다. 램프 신호(Vramp)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 픽셀 신호(Vpixel)는 센서 어레이(140)의 해당 픽셀에서 빛을 전기 신호로 변환한 신호이다. 픽셀 신호(Vpixel)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 비교기(151)는 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제2 시점(t2)에 출력 신호를 트리거링하여 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)에 전송할 수 있다. 즉, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 카운터 활성 신호(CNT_en)가 활성화되는 제1 시점(t1)부터 카운팅을 시작하여, 비교기(151)로부터 출력 신호를 수신하여 트리거링된 제2 시점(t2)에 카운팅을 종료할 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부(예를 들어, 제1 카운터(CNT 1))는 제1 시점(t1)부터 제2 시점(t2)까지 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 개수는 한 개로 제한되지 않는다. 또한, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 종류는 제1 카운터(CNT 1)에 제한되지 않는다. 제1 카운터(CNT 1)의 카운팅 동작 중 제1 시점(t1)부터 제4 시점(t4)까지의 제1 구간(R1) 동안의 카운팅 동작을 마스크 카운팅(Mask Counting)으로 정할 수 있다. 즉, 마스크 카운팅(Mask Counting) 동작은 제1 카운터(CNT 1)에서만 수행될 수 있다. 제2 내지 제n 카운터들(CNT 2 내지 CNT n)은 마스크 카운팅(Mask Counting)을 제외한 제2 구간(R2) 동안 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 한 개의 카운터(제1 카운터(CNT 1))만 제1 및 제2 구간 동안 카운팅을 수행하고, 나머지 카운터(제2 카운터(CNT 2) 내지 제n 카운터(CNT n))들은 제2 구간(R2) 동안만 카운팅을 수행함으로써, 이미지 센서가 수행하는 카운팅 동작이 감소할 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서가 소모하는 전력이 줄어들 수 있다. 이미지 센서는 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)이 카운팅한 코드값을 픽셀 데이터(Pixel Data)로 출력할 수 있다.

도 4에 도시된 것과 다르게 제1 구간(R1)은 제2 구간(R2)보다 길 수 있다. 하지만, 제2 구간(R2)이 0이 될 수는 없다. 즉, 제1 구간(R1)은 제2 구간(R2)이 0이 되지 않게 만드는 범위에서 최대값을 가질 수 있다. 그런데 픽셀 신호(Vpixel)는 노이즈를 포함하여 위아래로 진동할 수 있다.

이상적인 픽셀 신호값(Vpixel 및 Vpixel1)을 중심으로 비이상적인 픽셀 신호(Vpixel', Vpixel'' 및 Vpixel1', Vpixel1'')에 따라 위아래로 진동할 수 있다. 이에 따라, 픽셀 신호와 램프 신호(Vramp)가 만나는 이상적인 제2 시점(t2)이 비이상적인 제2 시점(t2', t2'' 및 t21', t21'')과 같이 좌우로 움직일 수 있다. 예를 들어, 제2 시점(t2)이 다른 제2 시점(t2' 및 t21')으로 이동할 경우, 제2 구간(R2)은 각각 다른 제2 구간(R2') 및 또 다른 제2 구간(R2'')로 감소하고, 제1 구간(R1)의 최대값은 감소하게 된다. 제2 시점(t2)이 또 다른 제2 시점(t2'' 및 t21'')로 이동할 경우, 제2 구간(R2)은 증가하고, 제1 구간(R1)의 최대값은 증가하게 된다.

픽셀 신호(Vpixel)의 동일한 노이즈 폭(Vpixel'부터 Vpixel''까지)에서, 제1 기울기(S1)보다 완만한 제2 기울기(S2)에서 제2 시점(t2)이 좌우로 이동하는 폭은 더 커진다. 즉, 제1 기울기(S1)보다 완만한 기울기를 갖는 제2 기울기(S2)를 포함하는 램프 신호(Vramp)에서는, 비이상적인 제2 시점(t2')이 제4 시점(t4) 방향으로 더 많이 이동한 또다른 비이상적인 제2 시점(t21')으로 이동하기 때문에, 제1 구간(R1)이 갖는 최대값이 이전보다 더 작은 값을 가져야 한다.

도 5는 몇몇 실시예에 따른 리셋 구간과 시그널 구간을 포함하는 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.

도 2 및 도 5를 참조하면, 램프 신호(Vramp)는 리셋 구간(Reset)와 시그널 구간(Signal)를 포함할 수 있다. 리셋 구간(Reset)에서 이미지 센서의 동작은 도 4의 설명과 같으므로 생략한다. 램프 활성 신호(RMP_en)와 카운터 활성 신호(CNT_en)는 제5 시점(t5)에 상승하여 제7 시점(t7)에 하강할 수 있다. 시그널 구간(Signal)는 제5 시점(t5)부터 제2 기울기(S2)로 하강을 시작하여 제7 시점(t7)에 하강을 끝낼 수 있다. 램프 신호(Vramp)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 픽셀 신호(Vpixel)는 센서 어레이(140)의 해당 픽셀에서 빛을 전기 신호로 변환한 신호이다. 픽셀 신호(Vpixel)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 비교기(151)는 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제6 시점(t6)에서 트리거링한 출력 신호를 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)에 전송할 수 있다. 즉, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 카운터 활성 신호(CNT_en)가 활성화 되는 제5 시점(t5)부터 카운팅을 시작하여 비교기(151)가 출력 신호를 트리거링한 제6 시점(t6)까지 카운팅을 종료할 수 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부(예를 들어, 제1 카운터(CNT 1))는 제5 시점(t5)부터 제6 시점(t6)까지 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 개수는 한 개로 제한되지 않는다. 또한, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 종류는 제1 카운터(CNT 1)에 제한되지 않는다. 제1 카운터(CNT 1)의 카운팅 동작 중 제5 시점(t5)부터 제8 시점(t8)까지의 제3 구간(R3) 동안의 카운팅 동작을 마스크 카운팅(Mask Counting)으로 정할 수 있다. 즉, 마스크 카운팅(Mask Counting) 동작은 제1 카운터(CNT 1)에서만 수행될 수 있다. 제2 내지 제n 카운터들(CNT 2 내지 CNT n)은 마스크 카운팅(Mask Counting)을 제외한 제4 구간(R4) 동안 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 한 개의 카운터(제1 카운터(CNT 1))만 제1 및 제4 구간 동안 카운팅을 수행하고, 나머지 카운터(제2 카운터(CNT 2) 내지 제n 카운터(CNT n))들은 제4 구간 동안만 카운팅을 수행함으로써, 이미지 센서가 수행하는 카운팅 동작이 감소할 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서가 소모하는 전력이 줄어들 수 있다.

도 5에 도시된 것과는 다르게, 제3 구간(R3)은 제4 구간(R4)보다 길 수 있다. 하지만, 제4 구간(R4)이 0이 될 수는 없다. 도 4에서의 설명과 같이, 픽셀 신호(Vpixel)는 노이즈를 포함하여 위아래로 진동할 수 있다. 이에 따라, 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제6 시점(t6)이 좌우로 움직일 수 있다. 따라서, 제4 구간(R4)이 0이 되지 않는, 제3 구간(R3)의 최대값 역시 변할 수 있다. 동일한 픽셀 신호(Vpixel)의 노이즈에서, 제2 기울기(S2)가 완만할수록 제6 시점(t6)이 좌우로 이동하는 폭은 더 커진다. 즉, 제2 기울기(S2)보다 완만한 기울기를 갖는 램프 신호(Vramp)에서는, 제3 구간(R3)의 최대값이 이전보다 더 작은 값을 가져야 한다.

이미지 센서는 리셋 구간(Reset)에서 정확한 픽셀 데이터(Pixel Data)를 획득하기 위한 기준으로써 픽셀에 잔류하는 전압값을 측정할 수 있다. 리셋 구간(Reset)에서 측정되는 잔류 전압값은 픽셀마다 다를 수 있다. 이미지 센서는 시그널 구간(Signal)에서 카운팅한 시그널 카운팅 값에서, 리셋 구간(Reset)에서 카운팅한 리셋 카운팅 값을 뺀 코드 값을 픽셀 데이터(Pixel Data)로 출력할 수 있다.

도 6은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.

도 2 및 도 6을 참조하면, 램프 활성 신호(RMP_en)와 카운터 활성 신호(CNT_en)는 제1 시점(t1)에 상승하여 제5 시점(t5)에 하강할 수 있다. 램프 신호(Vramp)는 제1 시점(t1)부터 제1 기울기(S1)로 하강을 시작하여 제5 시점(t5)에 하강을 끝낼 수 있다. 램프 신호(Vramp)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 픽셀 신호(Vpixel)는 센서 어레이(140)의 해당 픽셀에서 빛을 전기 신호로 변환한 신호이다. 픽셀 신호(Vpixel)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 비교기(151)는 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제3 시점(t3)에 트리거링된 출력 신호를 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)에 전송할 수 있다. 즉, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 카운터 활성 신호(CNT_en)가 활성화된 제1 시점(t1)에 카운팅을 시작하여, 비교기(151)로부터 수신한 출력 신호가 트리거링된 제3 시점(t3)에 카운팅을 종료할 수 있다.

몇몇 실시예에 따른, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부(예를 들어, 제1 카운터(CNT 1))는 제1 시점(t1)부터 제3 시점(t3)까지 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 개수는 한 개에 제한되지 않는다. 또한, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 종류는 제1 카운터(CNT 1)에 제한되지 않는다. 제1 카운터(CNT 1)의 카운팅 동작 중 제4 시점(t4)부터 제2 시점(t2)까지의 제2 구간(R2) 동안의 카운팅 동작을 마스크 카운팅(Mask Counting)으로 정할 수 있다. 즉, 마스크 카운팅(Mask Counting) 동작은 제1 카운터(CNT 1)에서만 수행될 수 있다. 제2 내지 제n 카운터들(CNT 2 내지 CNT n)은 마스크 카운팅(Mask Counting)을 제외한 제1 및 제3 구간(R1 및 R3) 동안 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 한 개의 카운터(제1 카운터(CNT 1))만 제1 내지 제3 구간(R1 내지 R3) 동안 카운팅을 수행하고, 나머지 카운터(제2 카운터(CNT 2) 내지 제n 카운터(CNT n))들은 제1 및 제3 구간(R1 및 R3) 동안만 카운팅을 수행함으로써, 이미지 센서가 수행하는 카운팅 동작이 감소할 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서가 소모하는 전력이 줄어들 수 있다. 이미지 센서는 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)이 카운팅한 코드값을 픽셀 데이터(Pixel Data)로 출력할 수 있다.

도 6에 도시된 것과는 다르게, 제2 구간(R2)은 제1 및 제3 구간(R1 및 R3)을 합친 길이보다 길 수 있다. 하지만, 제1 및 제3 구간(R3)의 길이가 0이 될 수는 없다. 도 4에서 설명한 바와 같이, 픽셀 신호(Vpixel)는 노이즈를 포함하여 위아래로 진동할 수 있다. 이에 따라, 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제3 시점(t3)이 좌우로 움직일 수 있다. 따라서, 제1 및 제3 구간(R3)의 길이가 0이 되지 않는, 제2 구간(R2)의 최대값 역시 변할 수 있다. 동일한 픽셀 신호(Vpixel)의 노이즈에서, 제1 기울기(S1)가 완만할수록 제3 시점(t3)이 좌우로 이동하는 폭은 더 커진다. 즉, 제1 기울기(S1)보다 완만한 기울기를 갖는 램프 신호에서는, 제2 구간(R2)의 최대값이 이전보다 더 작은 값을 가져야 한다.

도 7은 몇몇 실시예에 따른 리셋 구간과 시그널 구간을 포함하는 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.

도 2 및 도 7를 참조하면, 램프 신호(Vramp)는 리셋 구간(Reset)와 시그널 구간(Signal)를 포함할 수 있다. 리셋 구간(Reset)에서 이미지 센서의 동작은 도 6의 설명과 같으므로 생략한다. 램프 활성 신호(RMP_en)와 카운터 활성 신호(CNT_en)는 제6 시점(t6)에 상승하여 제9 시점(t9)에 하강할 수 있다. 램프 신호(Vramp)는 제6 시점(t6)부터 제1 기울기(S1)로 하강을 시작하여 제9 시점(t9)에 하강을 끝낼 수 있다. 램프 신호(Vramp)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 픽셀 신호(Vpixel)는 센서 어레이(140)의 해당 픽셀에서 빛을 전기 신호로 변환한 신호이다. 픽셀 신호(Vpixel)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 비교기(151)는 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제8 시점(t8)에 출력 신호를 트리거링하여 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)에 전송할 수 있다. 즉, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 카운터 활성 신호(CNT_en)가 활성화되는 제6 시점(t6)에 카운팅을 시작하여, 비교기(151)로부터 수신한 출력 신호가 트리거링되는 제8 시점(t8)에 카운팅을 종료할 수 있다.

몇몇 실시예에 따른, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부(예를 들어, 제1 카운터(CNT 1))는 제6 시점(t6)부터 제8 시점(t8)까지 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 개수는 한 개에 제한되지 않는다. 또한, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 종류는 제1 카운터(CNT 1)에 제한되지 않는다. 제1 카운터(CNT 1)의 카운팅 동작 중 제10 시점(t10)부터 제7 시점(t7)까지의 제5 구간(R5) 동안의 카운팅 동작을 마스크 카운팅(Mask Counting)으로 정할 수 있다. 즉, 마스크 카운팅(Mask Counting) 동작은 제1 카운터(CNT 1)에서만 수행될 수 있다. 제2 내지 제n 카운터들(CNT 2 내지 CNT n)은 마스크 카운팅(Mask Counting)을 제외한 제4 및 제6 구간(R4 및 R6) 동안 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 한 개의 카운터(제1 카운터(CNT 1))만 제1 내지 제3 구간(R1 내지 R3) 동안 카운팅을 수행하고, 나머지 카운터(제2 카운터(CNT 2) 내지 제n 카운터(CNT n))들은 제4 및 제6 구간(R4 및 R6) 동안만 카운팅을 수행함으로써, 이미지 센서가 수행하는 카운팅 동작이 감소할 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서가 소모하는 전력이 줄어들 수 있다.

도 7에 도시된 것과는 다르게, 제5 구간(R5)은 제4 및 제6 구간(R4 및 R6)을 합친 길이보다 길 수 있다. 하지만, 제4 및 제6 구간(R6)의 길이가 0이 될 수는 없다. 도 4에서 설명한 바와 같이, 픽셀 신호(Vpixel)는 노이즈를 포함하여 위아래로 진동할 수 있다. 이에 따라, 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제8 시점(t8)이 좌우로 움직일 수 있다. 따라서, 제4 및 제6 구간(R6)의 길이가 0이 되지 않는, 제5 구간(R5)의 최대값 역시 변할 수 있다. 동일한 픽셀 신호(Vpixel)의 노이즈에서, 제1 기울기(S1)가 완만할수록 제8 시점(t8)이 좌우로 이동하는 폭은 더 커진다. 즉, 제1 기울기(S1)보다 완만한 기울기를 갖는 램프 신호(Vramp)에서는, 제5 구간(R5)의 최대값이 이전보다 더 작은 값을 가져야 한다.

도 8은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.

도 2 및 도 8를 참조하면, 램프 활성 신호(RMP_en)와 카운터 활성 신호(CNT_en)는 제1 시점(t1)에 상승하여 제3 시점(t3)에 하강할 수 있다. 램프 신호(Vramp)는 제1 시점(t1)부터 제1 기울기(S1)로 하강을 시작하여 제3 시점(t3)에 하강을 끝낼 수 있다. 램프 신호(Vramp)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 픽셀 신호(Vpixel)는 센서 어레이(140)의 해당 픽셀에서 빛을 전기 신호로 변환한 신호이다. 픽셀 신호(Vpixel)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 비교기(151)는 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제2 시점(t2)에서 트리거링된 출력 신호를 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)에 전송할 수 있다. 즉, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 카운터 활성 신호(CNT_en)가 활성화되는 제1 시점(t1)에 카운팅을 시작하여, 비교기(151)로부터 수신한 출력 신호가 트리거링되는 제2 시점(t2)에 카운팅을 종료할 수 있다.

몇몇 실시예에 따른, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부(예를 들어, 제1 카운터(CNT 1))는 제1 시점(t1)부터 제2 시점(t2)까지 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 개수는 한 개로 제한되지 않는다. 또한, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 종류는 제1 카운터(CNT 1)에 제한되지 않는다. 제1 카운터(CNT 1)의 카운팅 동작 중 제4 시점(t4)부터 제2 시점(t2)까지의 제2 구간(R2) 동안의 카운팅 동작을 마스크 카운팅(Mask Counting)으로 정할 수 있다. 즉, 마스크 카운팅(Mask Counting) 동작은 제1 카운터(CNT 1)에서만 수행될 수 있다. 제2 내지 제n 카운터들(CNT 2 내지 CNT n)은 마스크 카운팅(Mask Counting)을 제외한 제1 구간(R1) 동안 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 한 개의 카운터(제1 카운터(CNT 1))만 제1 및 제2 구간(R2) 동안 카운팅을 수행하고, 나머지 카운터(제2 카운터(CNT 2) 내지 제n 카운터(CNT n))들은 제1 구간(R1) 동안만 카운팅을 수행함으로써, 이미지 센서가 수행하는 카운팅 동작이 감소할 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서가 소모하는 전력이 줄어들 수 있다. 이미지 센서는 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)이 카운팅한 코드값을 픽셀 데이터(Pixel Data)로 출력할 수 있다.

도 8에 도시된 것과는 다르게, 제2 구간(R2)은 제1 구간(R1)보다 길 수 있다. 하지만, 제1 구간(R1)이 0이 될 수는 없다. 도 4에서 설명한 바와 같이, 픽셀 신호(Vpixel)는 노이즈를 포함하여 위아래로 진동할 수 있다. 이에 따라, 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제2 시점(t2)이 좌우로 움직일 수 있다. 따라서, 제1 구간(R1)이 0이 되지 않는, 제2 구간(R2)의 최대값 역시 변할 수 있다. 동일한 픽셀 신호(Vpixel)의 노이즈에서, 제1 기울기(S1)가 완만할수록 제2 시점(t2)이 좌우로 이동하는 폭은 더 커진다. 즉, 제1 기울기(S1)보다 완만한 기울기를 갖는 램프 신호에서는, 제2 구간(R2)의 최대값이 이전보다 더 작은 값을 가져야 한다.

도 9는 몇몇 실시예에 따른 리셋 구간과와 시그널 구간을 포함하는 이미지 센서의 동작 방법을 설명하는 예시적인 도면이다.

도 2 및 도 9를 참조하면, 램프 신호(Vramp)는 리셋 구간(Reset)와 시그널 구간(Signal)를 포함할 수 있다. 리셋 구간(Reset)에서 이미지 센서의 동작은 도 8의 설명과 같으므로 생략한다. 램프 활성 신호(RMP_en)와 카운터 활성 신호(CNT_en)는 제5 시점(t5)에 상승하여 제7 시점(t7)에 하강할 수 있다. 램프 신호(Vramp)는 제5 시점(t5)부터 제1 기울기(S1)로 하강을 시작하여 제7 시점(t7)에 하강을 끝낼 수 있다. 램프 신호(Vramp)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 픽셀 신호(Vpixel)는 센서 어레이(140)의 해당 픽셀에서 빛을 전기 신호로 변환한 신호이다. 픽셀 신호(Vpixel)의 파형은 이에 제한되지 않는다. 비교기(151)는 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제6 시점(t6)에 트리거링된 출력 신호를 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)에 전송할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 카운터 활성 신호(CNT_en)가 활성화되는 제5 시점(t5)에 카운팅을 시작하여, 비교기(151)로부터 수신한 출력 신호가 트리거링되는 제6 시점(t6)에 카운팅을 종료할 수 있다.

몇몇 실시예에 따른, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부(예를 들어, 제1 카운터(CNT 1))는 제5 시점(t5)부터 제6 시점(t6)까지 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 개수는 한 개에 제한되지 않는다. 또한, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n) 중 일부의 종류는 제1 카운터(CNT 1)에 제한되지 않는다. 제1 카운터(CNT 1)의 카운팅 동작 중 제8 시점(t8)부터 제6 시점(t6)까지의 제4 구간(R4) 동안의 카운팅 동작을 마스크 카운팅(Mask Counting)으로 정할 수 있다. 즉, 마스크 카운팅(Mask Counting) 동작은 제1 카운터(CNT 1)에서만 수행될 수 있다. 제2 내지 제n 카운터들(CNT 2 내지 CNT n)은 마스크 카운팅(Mask Counting)을 제외한 제3 구간(R3) 동안 카운팅 동작을 수행할 수 있다. 한 개의 카운터(제1 카운터(CNT 1))만 제1 및 제4 구간(R4) 동안 카운팅을 수행하고, 나머지 카운터(제2 카운터(CNT 2) 내지 제n 카운터(CNT n))들은 제3 구간(R3) 동안만 카운팅을 수행함으로써, 이미지 센서가 수행하는 카운팅 동작이 감소할 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서가 소모하는 전력이 줄어들 수 있다.

도 9에 도시된 것과는 다르게, 제4 구간(R4)은 제3 구간(R3)보다 길 수 있다. 하지만, 제3 구간(R3)이 0이 될 수는 없다. 도 4에서 설명한 바와 같이, 픽셀 신호(Vpixel)는 노이즈를 포함하여 위아래로 진동할 수 있다. 이에 따라, 픽셀 신호(Vpixel)와 램프 신호(Vramp)가 만나는 제6 시점(t6)이 좌우로 움직일 수 있다. 따라서, 제3 구간(R3)이 0이 되지 않는, 제4 구간(R4)의 최대값 역시 변할 수 있다. 동일한 픽셀 신호(Vpixel)의 노이즈에서, 제1 기울기(S1)가 완만할수록 제6 시점(t6)이 좌우로 이동하는 폭은 더 커진다. 즉, 제1 기울기(S1)보다 완만한 기울기를 갖는 램프 신호에서는, 제4 구간(R4)의 최대값이 이전보다 더 작은 값을 가져야 한다.

도 10은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 예시적인 도면이다. 도 1과 중복되는 부분은 생략하고, 차이점을 갖는 카운터부(150)만을 설명한다.

도 4 내지 도 9, 및 도 10을 참조하면, 카운터부(150)는 마스크 카운터(152)를 더 포함할 수 있다. 마스크 카운터(152)는 마스크 카운팅(Mask Counting) 동작을 수행할 수 있다. 즉, 마스크 카운터(152)가 독립적으로 마스크 카운팅(Mask Counting) 동작을 수행하고, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)은 마스크 카운팅(Mask Counting)을 제외한 나머지 카운팅 동작만 수행할 수 있다. 따라서, 이미지 센서가 수행하는 카운팅 동작이 감소할 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서가 소모하는 전력이 줄어들 수 있다.

도 11은 몇몇 실시예에 따른 도 10의 이미지 센서의 비교기 및 카운터부의 예시적인 도면이다. 도 2와 중복되는 부분은 생략하고, 차이점을 갖는 카운터부(150)만을 설명한다.

도 11을 참조하면, 마스크 카운터(152)는 카운터 활성 신호(CNT_en)에 응답하여 마스크 카운팅(Mask Counting)을 수행할 수 있다. 그리고, 마스크 카운터(152)는 수행한 마스크 카운팅(Mask Counting) 정보를 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)을 포함하는 카운터(153)와 주고 받을 수 있다.

도 12는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서의 예시적인 도면이다. 도 1과 중복되는 부분은 생략하고, 차이점을 갖는 카운터부(150)만을 설명한다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 카운터부(150)는 마스크 카운터(152)를 더 포함할 수 있다. 마스크 카운터(152)는 마스크 카운팅(Mask Counting) 동작을 수행할 수 있다. 즉, 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)이 카운팅을 수행하고, 마스크 카운터(152)가 독립적으로 마스크 카운팅(Mask Counting) 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 이미지 센서가 수행하는 카운팅 동작이 감소할 수 있다. 이를 통해, 이미지 센서가 소모하는 전력이 줄어들 수 있다.

도 13은 몇몇 실시예에 따른 도 12의 이미지 센서의 비교기 및 카운터부의 예시적인 도면이다. 도 2와 중복되는 부분은 생략하고, 차이점을 갖는 카운터부(150)만을 설명한다.

도 13을 참조하면, 카운터(153)는 카운터 활성 신호(CNT_en)에 응답하여 카운팅을 수행할 수 있다. 복수의 카운터들(CNT 1 내지 CNT n)을 포함하는 카운터(153)가 카운팅한 정보를 마스크 카운터(152)가 수신하여 마스크 카운팅을 수행할 수 있다. 마스크 카운터(152)는 카운터(153)가 카운팅한 정보와 마스크 카운터(152)가 마스크 카운팅한 정보를 바탕으로 픽셀 데이터(Pixel Data)를 출력할 수 있다.

도 14는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 디지털 카메라에 응용한 예를 나타내는 블록도이다.

도 14를 참조하면, 디지털 카메라(800)는 렌즈(810), 이미지 센서(820), 모터부(830), 및 엔진부(840)를 포함할 수 있다. 여기서, 이미지 센서(820)는 앞서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다.

렌즈(810)는, 이미지 센서(820)의 수광 영역으로 입사광을 집광시킨다. 이미지 센서(820)는 렌즈(810)를 통하여 입사된 광에 기초하여 베이어 패턴(Bayer pattern)의 RGB 데이터(RGB)를 생성할 수 있다. 이미지 센서(820)는 클럭 신호 (CLK)에 기초하여 RGB 데이터(RGB)를 제공할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 이미지 센서(820)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 및/또는 CSI(Camera Serial Interface)를 통하여 엔진부(840)와 인터페이싱할 수 있다.

모터부(830)는 엔진부(840)로부터 수신된 제어 신호(CTRL)에 응답하여 렌즈 (810)의 포커스를 조절하거나, 셔터링(Shuttering)을 수행할 수 있다. 엔진부(840)는 이미지 센서(820) 및 모터부(830)를 제어할 수 있다. 또한, 엔진부(840)는 이미지 센서(820)로부터 수신된 RGB 데이터(RGB)에 기초하여 휘도 성분, 상기 휘도 성분과 청색성분의 차, 및 상기 휘도 성분과 적색 성분의 차를 포함하는 YUV 데이터(YUV)를 생성하거나, 압축 데이터, 예를 들어 JPEG(Joint Photography Experts Group) 데이터를 생성할 수 있다.

엔진부(840)는 호스트/어플리케이션(850)에 연결될 수 있으며, 엔진부(840)는 마스터 클럭(MCLK)에 기초하여YUV 데이터(YUV) 또는 JPEG 데이터를 호스트/어플리케이션(850)에 제공할 수 있다. 또한, 엔진부(840)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 및/또는 I2C(Inter Integrated Circuit)를 통하여 호스트/어플리케이션(850)과 인터페이싱할 수 있다.

도 15는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서를 이미지 시스템에 응용한 예를 나타내는 블록도이다.

도 15를 참조하면, 이미지 시스템(1000)은, 프로세서(1010), 메모리 장치 (1020), 저장 장치(1030), 입출력 장치(1040), 파워 서플라이(1050), 및 이미지 센서(1060)를 포함할 수 있다.

여기서, 이미지 센서(1060)로는 앞서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서가 사용될 수 있다. 한편, 도 15에는 도시되지 않았지만, 이미지 시스템(1000)은 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 전자 기기들과 통신할 수 있는 포트(port)들을 더 포함할 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)일 수 있다.

프로세서(1010)는 어드레스 버스(address bus), 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus)를 통하여 메모리 장치(1020), 저장 장치(1030) 및 입출력 장치(1040)와 통신을 수행할 수 있다.

실시예에 따라, 프로세서(1010)는 주변 구성요소 상호 연결(Peripheral Component Interconnect; PCI) 버스와 같은 확장 버스에도 연결될 수 있다.

메모리 장치(1020)는 이미지 시스템(1000)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다.

예를 들어, 메모리 장치(1020)는 DRAM, 모바일 DRAM, SRAM, PRAM, FRAM, RRAM 및/또는 MRAM으로 구현될 수 있다. 저장 장치(1030)는 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive(SSD)), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive(HDD)), CD-ROM 등을 포함할 수 있다.

입출력 장치(1040)는 키보드, 키패드, 마우스 등과 같은 입력 수단, 및 프린터와 디스플레이 등과 같은 출력수단을 포함할 수 있다. 파워 서플라이(1050)는 전자 기기(1000)의 동작에 필요한 동작 전압을 공급할 수 있다.

이미지 센서(1060)는 버스들 또는 다른 통신 링크를 통해서 프로세서(1010)와 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 이미지 센서(1060)는 프로세서(1010)와 함께 하나의 칩에 집적될 수도 있고, 서로 다른 칩에 각각 집적될 수도 있다.

여기서, 이미지 시스템(1000)은 이미지 센서를 이용하는 모든 컴퓨팅 시스템으로 해석되어야 할 것이다. 예를 들어, 이미지 시스템(1000)은 디지털 카메라, 이동 전화기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 스마트폰(Smart Phone), 태블릿 PC 등을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 이미지 시스템(1000)은, UMPC (Ultra Mobile PC), 워크스테이션, 넷북(net-book), 포터블(portable) 컴퓨터, 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), e-북(e-book), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 블랙박스(black box), 3차원 수상기(3-dimensional television), 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등을 포함할 수도 있다.

도 16은 도 15의 이미지 시스템에서 사용되는 인터페이스를 예시적으로 나타내는 블록도이다.

도 16를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1100)은 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치로 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.

본 발명의 몇몇 실시예에서, CSI 호스트(1112)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있고, CSI 장치(1141)는 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.

본 발명의 몇몇 실시예에서, DSI 호스트(1111)는 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(1151)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다. 나아가, 컴퓨팅 시스템 (1100)은 어플리케이션 프로세서(1110)와 통신을 수행할 수 있는 알에프(Radio Frequency; RF) 칩(1160)을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1100)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, 컴퓨팅 시스템(1100)은 지피에스(Global Positioning System; GPS)(1120), 스토리지(1170), 마이크(1180), 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM)(1185) 및 스피커(1190)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 시스템(1100)은 초광대역(Ultra Wide Band; UWB)(1210), 무선 랜(Wireless Local Area Network; WLAN)(1220) 및 와이맥스(Worldwide Interoperability for Microwave Access; WIMAX)(1230) 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 다만, 이러한 컴퓨팅 시스템(1100)의 구조 및 인터페이스는 하나의 예시로서 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 이미지 센서 110: 타이밍 신호 발생기
120: 램프 신호 발생기 130: 행 구동기
140: 센서 어레이 151: 비교기
150: 카운터부 152: 마스크 카운터
153: 카운터

Claims

복수의 픽셀들을 포함하고, 픽셀 신호를 생성하는 센서 어레이;
램프 활성 신호에 응답하여 램프 신호를 생성하는 램프 신호 발생기;
상기 픽셀 신호와 상기 램프 신호를 비교하는 비교기; 및
상기 램프 신호가 제1 기울기로 감소하는 제1 시점부터 감소가 끝나는 제2 시점까지 활성화되는 카운터 활성 신호에 응답하여 카운팅을 하는 카운터부를 포함하되,
상기 카운터부는 카운터 및 마스크 카운터를 포함하며,
상기 마스크 카운터는 상기 제1 시점부터 제3 시점까지의 제1 구간 동안 마스크 카운팅을 수행하고,
상기 카운터는 상기 제3 시점부터, 상기 램프 신호가 상기 픽셀 신호와 첫번째로 같은 값을 갖는 제4 시점까지의 제2 구간 동안 카운팅을 수행하는 이미지 센서.
제 1항에 있어서,
상기 램프 활성 신호와 상기 카운터 활성 신호는 동기화되어 있는 이미지 센서.
제 1항에 있어서,
상기 제1 구간은 상기 제2 구간보다 긴 이미지 센서.
제 1항에 있어서,
상기 램프 신호가 제2 기울기로 감소하되, 상기 제2 기울기가 상기 제1 기울기보다 완만하면,
상기 마스크 카운터는 상기 제1 시점부터, 상기 제3 시점보다 빠른 제5 시점까지의 제3 구간 동안 마스크 카운팅을 수행하고,
상기 카운터는 상기 제5 시점부터 상기 제4 시점까지의 제4 구간 동안 카운팅을 하는 이미지 센서.
제 4항에 있어서,
상기 제3 구간은 상기 제4 구간보다 긴 이미지 센서.
센서 어레이가 픽셀 신호를 생성하고,
램프 신호 발생기가 램프 활성 신호에 응답하여 램프 신호를 생성하고,
비교기가 상기 픽셀 신호와 상기 램프 신호를 비교하여 비교값을 출력하고,
카운터 활성 신호에 응답하여, 복수의 카운터를 포함하는 카운터부가 상기 비교값을 수신하여 카운팅하는 것을 포함하되,
상기 카운터 활성 신호는 상기 램프 신호가 제1 기울기로 감소하는 제1 시점부터 감소가 끝나는 제2 시점까지 활성화되며,
상기 카운터부는 상기 제1 시점부터, 상기 픽셀 신호와 상기 램프 신호가 첫번째로 같은 값을 갖는 제3 시점까지의 제1 구간 중 일부인 제1 서브 구간을 마스크 카운팅하고,
상기 복수의 카운터는 상기 제1 구간 중 상기 제1 서브 구간을 제외한 제2 서브 구간 동안 카운팅을 수행하는 이미지 센서의 동작 방법.
제 6항에 있어서,
상기 카운터부는 마스크 카운터를 포함하고,
상기 마스크 카운터는 상기 제1 서브 구간 동안 마스크 카운팅을 수행하는 이미지 센서의 동작 방법.
제 6항에 있어서,
상기 카운터 활성 신호는 상기 램프 신호가 제3 기울기로 감소하는 제4 시점부터 감소가 끝나는 제5 시점까지 활성화되며,
상기 카운터부는 상기 제4 시점부터, 상기 픽셀 신호와 상기 램프 신호가 첫번째로 같은 값을 갖는 제6 시점까지의 제2 구간 중 일부를 마스크 카운팅하고,
상기 복수의 카운터는 상기 제2 구간 중 나머지 구간 동안 카운팅을 수행하는 이미지 센서의 동작 방법.
제 6항에 있어서,
상기 카운터부는 제4 시점부터 제5 시점까지의 제3 서브 구간 동안 마스크 카운팅을 수행하고,
상기 복수의 카운터는 상기 제1 시점부터 상기 제4 시점까지의 제4 서브 구간 및 상기 제5 시점부터 상기 제3 시점까지의 제5 서브 구간 동안 카운팅을 수행하는 이미지 센서의 동작 방법.
광을 디지털 신호로 변환하는 이미지 센서; 및
상기 변환된 디지털 신호를 저장하는 메모리 장치를 포함하되,
상기 이미지 센서가 상기 광을 디지털 신호로 변환하는 것은,
픽셀 신호를 생성하고,
램프 활성 신호에 응답하여 램프 신호를 생성하고,
상기 픽셀 신호와 상기 램프 신호를 비교하여 비교값을 출력하고,
카운터 활성 신호에 응답하여, 상기 비교값을 수신하여 카운팅을 하되,
상기 카운터 활성 신호는 상기 램프 신호가 제1 기울기로 감소하는 제1 시점부터 감소가 끝나는 제2 시점까지 활성화되며,
상기 제1 시점부터 제3 시점까지 마스크 카운팅을 수행하고,
상기 제3 시점부터 상기 램프 신호가 상기 픽셀 신호와 첫번째로 같은 값을 갖는 제4 시점까지 카운팅을 수행하는 것을 포함하는 이미지 시스템.