KR20140136291A - Imaging device and method for driving thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이미징 장치 및 그 구동방법에 대한 것으로써, 특히 저조도에서 높은 감도 특성(sensitivity)을 구현함과 동시에 고조도에서 높은 감도 특성(sensitivity)을 구현할 수 있는 이미징 장치 및 그 구동방법에 대한 것이다.The present invention relates to an imaging apparatus and a driving method thereof, and more particularly, to an imaging apparatus and a driving method thereof, which can achieve high sensitivity sensitivity at low illumination and at the same time realize high sensitivity sensitivity at a high degree of illumination .
아울러, 본 발명은 동일한 픽셀을 사용하면서도, 선택적으로 저조도 및 고조도에서도 높은 감도 특성을 나타내도록 구동시키거나 또는 움직임이 빠른 피사체의 촬상에 적합한 글로벌 셔터(global shutter)를 구현할 수 있도록 구동시킬 수 있는 이미징 장치 및 그 구동방법에 대한 것이다.
In addition, the present invention can be applied to an image pickup apparatus capable of selectively driving a high sensitivity characteristic even at a low light level and a high image level, or a global shutter suitable for image pickup of a fast moving subject, An imaging apparatus and a driving method thereof.
이미지 센서는 단위 픽셀이 입사광을 수광하여 전하로 변환하면, 그에 상응하는 전압 신호를 생성하여 출력하는 방식으로 동작한다. 예를 들어, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서의 성능을 나타내는 파라미터들 중 하나는 동적 범위(dynamic range; DR)이며, 이는 CMOS 이미지 센서를 포화시키지 않는 최대 입력 신호와 CMOS 이미지 센서가 감지할 수 있는 최소 입력 신호의 비율로 표현될 수 있다. The image sensor operates in such a manner that when a unit pixel receives incident light and converts it into charge, a voltage signal corresponding thereto is generated and output. For example, one of the parameters representing the performance of a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor is the dynamic range (DR), which is the maximum input signal that does not saturate the CMOS image sensor, Can be expressed as a ratio of the minimum input signal that can be obtained.
그러나 종래의 컬러 이미지 센서는 다이내믹 레인지가 좁아서 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue) 중 어느 하나 이상의 컬러가 포화상태인 경우 이미지 원래의 색을 잘 표현하지 못하는 단점이 있다. 이러한 다이내믹 레인지가 좁은 단점을 극복하기 위하여 광역 동적 범위(Wide Dynamic Range; WDR) 픽셀을 구현하는 방법이 제시되고 있다.However, the conventional color image sensor has a disadvantage in that it can not display the original color of the image well when the dynamic range is narrow and at least one of red, green, and blue is saturated. In order to overcome the disadvantage that the dynamic range is narrow, a method of implementing a wide dynamic range (WDR) pixel is proposed.
특히, 종래에는 CMOS 이미지 센서의 동적 범위를 증가시키기 위해 CMOS 이미지 센서에 포함된 광전 변환 영역의 전하 저장 능력, 즉 웰 커패시티(well capacity)를 증가시키거나, 암 전류(dark current) 및 고정 패턴 잡음(fixed pattern noise, FPN) 등과 같은 노이즈를 감소시키는 방법을 이용하였다.In particular, in order to increase the dynamic range of a CMOS image sensor in the related art, it is necessary to increase the charge storage capacity, i.e., the well capacity, of the photoelectric conversion region included in the CMOS image sensor, (FPN), and so on.
아울러, 이미지 센서로 움직이고 있는 피사체를 촬영할 때, 픽셀 어레이(pixel array)에 구비된 광전변환부(예를 들어, 포토다이오드)에 축적된 전하를 열단위 또는 행단위로 순차적으로 쉬프트 시키는 롤링 셔터(rolling shutter)를 이용하여 피사체를 촬영하게 되는 경우, 이미지의 왜곡현상이 발생하게 되는 문제가 있었다. 따라서, 이와 같이 움직임이 빠른 피사체의 촬영에는 픽셀 어레이에 구비된 광전변환부에 축적된 전하를 동시에 쉬프트시키는 글로벌 셔터(global shutter) 방식에 따라 피사체를 촬영하였다.In addition, when photographing a subject moving by an image sensor, a rolling shutter (not shown) for sequentially shifting charges accumulated in a photoelectric conversion unit (for example, a photodiode) provided in a pixel array in a column unit or row, when the subject is photographed using a shutter, the image is distorted. Therefore, in order to photograph a subject with such a fast motion, a subject is photographed according to a global shutter method which simultaneously shifts the charges accumulated in the photoelectric conversion unit provided in the pixel array.
그러나, 광역 동적 범위를 구현하기 위한 픽셀은 글로벌 셔터 방식에 따라 피사체를 촬영하는 데에 어려움이 있었다. 이에 따라, 기존에는 이미지 센서를 사용하게 되는 환경에 따라 글로벌 셔터 방식에 적합한 이미지 센서를 사용하거나 또는 광역 동적 범위를 구현하는 데에 적합한 이미지 센서를 사용하는 등 이원화된 방식으로 이미지 센서를 사용하고 있었다.
However, the pixels for realizing the wide dynamic range have difficulties in photographing the subject according to the global shutter method. Accordingly, image sensors have conventionally been used in a dual mode, such as using an image sensor suitable for a global shutter system or an image sensor suitable for realizing a wide dynamic range depending on an environment in which an image sensor is used .
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 광역 동적 범위를 구현하는 데 적합한 이미징 장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an imaging apparatus and a driving method thereof suitable for realizing a wide dynamic range.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 광역 동적 범위를 구현함과 동시에 글로벌 셔터에 적합한 이미징 장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide an imaging apparatus and a driving method thereof that are suitable for a global shutter while realizing a wide dynamic range.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치는, 광전 변환 소자, 상기 광전 변환 소자 일측에 배치되는 쉬프트 스위칭부, 상기 쉬프트 스위칭부 일측에 배치되는 제1 전하 저장부, 상기 제1 전하 저장부 일측에 배치되는 전달 스위칭부, 상기 전달 스위칭부 일측에 배치되는 제2 전하 저장부 및 상기 제2 전하 저장부 일측에 배치되는 리셋 스위칭부를 포함하는 픽셀; 및 상기 픽셀에 신호를 인가하는 제어회로를 포함하고, 상기 제어회로는, 상기 광전 변환 소자에 저장된 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작, 상기 광전 변환 소자로부터 상기 제1 전하 저장부로 오버플로우되어 상기 제1 전하 저장부에 저장된 전하량을 읽어내는 제2 읽기 동작 및 상기 제1 전하 저장부로부터 상기 제2 전하저장부로 오버플로우된 전하량을 읽어내는 제3 읽기 동작을 할 수 있다.An imaging apparatus according to an embodiment of the present invention includes a photoelectric conversion element, a shift switching unit disposed at one side of the photoelectric conversion element, a first charge storage unit disposed at one side of the shift switching unit, And a reset switching unit disposed at one side of the second charge storage unit, wherein the transfer switch unit is disposed on the first charge storage unit, the second charge storage unit is disposed on one side of the transfer switch unit, and the reset switch unit is disposed on one side of the second charge storage unit. And a control circuit for applying a signal to the pixel, wherein the control circuit includes: a first read operation for reading an amount of charge stored in the photoelectric conversion element; a second read operation for overflowing from the photoelectric conversion element to the first charge storage part, A second reading operation for reading the amount of charge stored in the one charge storage unit and a third reading operation for reading the amount of the overflow from the first charge storage unit to the second charge storage unit.
상기 제1 읽기 동작은, 상기 광전 변환 소자에 저장된 전하를 상기 제1 전하 저장부를 통해 상기 제2 전하 저장부로 이동시켜 읽어내는 동작을 포함할 수 있다.The first reading operation may include an operation of moving the charge stored in the photoelectric conversion element to the second charge storage portion through the first charge storage portion.
상기 제2 읽기 동작은, 상기 광전 변환 소자로부터 상기 제1 전하 저장부로 오버플로우 되어 상기 제1 전하 저장부에 저장된 전하들을 상기 제2 전하 저장부로 이동시켜 읽어내는 동작을 포함할 수 있다.The second read operation may include an operation of moving charges stored in the first charge storage unit overflow from the photoelectric conversion element to the first charge storage unit to the second charge storage unit and reading the same.
상기 제2 전하 저장부는 플로팅 확산 노드(floating diffusion node)일 수 있다.The second charge storage unit may be a floating diffusion node.
상기 제어회로는, 상기 광전 변환 소자 리셋 후,상기 제3 읽기 동작을 수행하기 전에, 상기 전송 스위칭부를 턴온시키지 않을 수 있다.The control circuit may not turn on the transfer switching unit before performing the third read operation after the photoelectric conversion element is reset.
상기 제어회로는, 상기 광전 변환 소자 리셋 후, 상기 제2 읽기 동작을 수행하기 전에, 상기 쉬프트 스위칭부를 동작시키지 않을 수 있다.The control circuit may not operate the shift switching unit before performing the second read operation after the photoelectric conversion element is reset.
상기 제어회로는, 상기 제3 읽기 동작을 수행한 후에 상기 제2 읽기 동작을 수행하고, 상기 제2 읽기 동작을 수행한 후에 상기 제1 읽기 동작을 수행할 수 있다.The control circuit may perform the second read operation after performing the third read operation and may perform the first read operation after performing the second read operation.
상기 제1 읽기 동작에 의해 읽어내는 전하량을 축적하는 제1 축적 시간은, 상기 제2 읽기 동작에 의해 읽어내는 전하량을 축적하는 제2 축적 시간 보다 더 길다. 이 때, 상기 제2 축적 시간은, 상기 제1 축적 시간의 1/5000 이상, 상기 제1 축적 시간의 1/5 이하의 범위에서 선택될 수 있다.The first accumulation time for accumulating the amount of charge read by the first reading operation is longer than the second accumulation time for accumulating the amount of charge read by the second reading operation. At this time, the second accumulation time may be selected in a range of 1/5000 or more of the first accumulation time and 1/5 or less of the first accumulation time.
상기 제2 읽기 동작에 의해 읽어내는 전하량을 축적하는 제2 축적 시간은, 상기 제3 읽기 동작에 의해 읽어내는 전하량을 축적하는 제3 축적 시간 보다 더 길다. 이 때, 상기 제3 축적 시간은, 상기 제2 축적 시간의 1/5000 이상, 상기 제1 축적 시간의 1/5 이하의 범위에서 선택될 수 있다.
The second accumulation time for accumulating the amount of charge read by the second reading operation is longer than the third accumulation time for accumulating the amount of charge read by the third reading operation. At this time, the third accumulation time may be selected in a range of 1/5000 or more of the second accumulation time and 1/5 or less of the first accumulation time.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 발생한다.According to the present invention, the following effects occur.
첫째, 오버플로우 제어부에 의해서 형성되는 포텐셜 배리어(potential barrier)와 쉬프트 스위칭부에 의해서 형성되는 포텐셜 배리어를 설정된 동작 모드에 따라 서로 다르게 적절히 제어함으로써, 동일한 픽셀 어레이를 이용하여 광역 동적 범위 구현을 위한 동작과 글로벌 셔터를 위한 동작이 선택적으로 구현될 수 있다.First, by controlling the potential barrier formed by the overflow control unit and the potential barrier formed by the shift switching unit differently according to the set operation mode, the operation for the wide dynamic range implementation using the same pixel array And the operation for the global shutter can be selectively implemented.
둘째, 광역 동적 범위의 구현 시, 광전 변환 소자로부터 제1 전하 저장부로 오버플로우 되는 전하들의 적어도 일부를 사용함으로써, 용이하게 광역 동적 범위를 구현할 수 있다. Second, in the implementation of the wide dynamic range, by using at least a part of the charges overflowing from the photoelectric conversion element to the first charge storage section, the wide dynamic range can be easily realized.
셋째, 광역 동적 범위의 구현 시, 광전 변환 소자로부터 제1 전하 저장부로 오버플로우 되는 전하들의 적어도 일부를 사용할 뿐만 아니라, 제1 전하 저장부로부터 플로팅 확산영역으로 오버플로우되는 전하들의 적어도 일부를 사용함으로써, 용이하게 광역 동적 범위를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 더 넓은 범위의 동적 범위에서 이미지를 촬영할 수 있게 된다.Third, by implementing at least a portion of the charges overflowing from the first charge storage to the floating diffusion region, as well as using at least some of the charges overflowing from the photoelectric conversion element to the first charge storage in the implementation of the wide dynamic range , It is possible not only to easily implement the wide dynamic range but also to photograph the image in a wider dynamic range.
넷째, 획득된 몇몇 이미지들에 기초하여, 자동으로 동작 모드를 선택/설정할 수 있게 되어 보다 용이하게 적합한 동작 모드를 설정할 수 있게 된다.
Fourth, it is possible to automatically set / set an operation mode based on some images obtained, so that an appropriate operation mode can be set more easily.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 단위 픽셀의 회로를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 구동방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀 내에서 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 동작 모드를 선택하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 동작 모드를 선택하는 방법을 설명하기 위한 이미지 히스토그램의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀 내에서 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.1 is a block diagram illustrating an imaging apparatus in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a circuit of a unit pixel of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart for explaining a driving method of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a timing chart for explaining a method of driving a pixel array of an imaging apparatus in a first mode according to an embodiment of the present invention.
5 is a timing diagram of control signals applied to the respective components of the unit pixel of the imaging apparatus in the first mode according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a potential barrier for explaining charge transfer of a unit pixel of an imaging apparatus in a first mode according to an embodiment of the present invention.
7 is a timing chart for explaining a method of driving a pixel array of an imaging apparatus in a second mode according to an embodiment of the present invention.
8 is a timing diagram of control signals applied to the respective components of the unit pixel of the imaging apparatus in the second mode according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram illustrating a potential barrier for describing charge transfer within a unit pixel of an imaging device in a second mode according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of selecting an operation mode according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing an example of an image histogram for explaining a method of selecting an operation mode according to an embodiment of the present invention.
12 is a timing chart for explaining a method of driving a pixel array of an imaging apparatus according to another embodiment of the present invention.
13 is a timing chart of control signals applied to the respective components of the unit pixel of the imaging apparatus according to another embodiment of the present invention.
14 is a diagram showing a potential barrier for explaining charge transfer in a unit pixel of an imaging apparatus according to another embodiment of the present invention.
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.
For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 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.
The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
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.
It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
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.
The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless otherwise defined, 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 commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
On the other hand, if an embodiment is otherwise feasible, the functions or operations specified in a particular block may occur differently from the order specified in the flowchart. For example, two consecutive blocks may actually be performed at substantially the same time, and depending on the associated function or operation, the blocks may be performed backwards.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.
1. 이미징 장치의 구조1. Structure of Imaging Device
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치를 도시하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an imaging apparatus in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)는 광전 변환부(110) 및 제어회로(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an
광전 변환부(110)는 입사광을 전기적 신호로 변환한다. 광전 변환부(110)는 단위 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이(111)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(111)에 포함된 상기 단위 픽셀들을 후술하기로 한다. 실시예에 따라서, 광전 변환부(110)는 적외선 필터 및/또는 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.The
제어회로(120)는 로우 드라이버(121), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)부(122), 아날로그-디지털 변환(analog-to-digital converting; ADC)부(123) 및 타이밍 컨트롤러(129)를 포함할 수 있다.The
로우 드라이버(121)는 픽셀 어레이(111)의 각 로우(row)에 연결되고, 상기 각 로우를 구동하는 구동 신호를 생성한다. 예를 들어, 로우 드라이버(121)는 픽셀 어레이(111)에 포함된 복수의 단위 픽셀들을 로우 단위로 구동할 수 있다.A
CDS부(122)는 커패시터, 스위치 등을 이용하여 상기 단위 픽셀들의 리셋 상태를 나타내는 기준 전압과 입사광에 상응하는 신호 성분을 나타내는 출력 전압의 차이를 구하여 상관 이중 샘플링을 수행하고 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 샘플링 신호를 출력한다. CDS부(122)는 픽셀 어레이(111)의 컬럼 라인들과 각각 연결된 복수의 CDS 회로들을 포함하고, 상기 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 샘플링 신호를 각 컬럼마다 출력할 수 있다.The
ADC부(123)는 상기 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 이미지 신호를 디지털 이미지 신호로 변환한다. ADC부(123)는 기준 신호 생성기(124), 비교부(125), 카운터(126) 및 버퍼부(127)를 포함한다. 기준 신호 생성기(124)는 기준 신호 예컨대, 일정한 기울기를 갖는 램프 신호를 생성하고, 상기 램프 신호를 비교부(125)에 기준 신호로서 제공한다. 비교부(125)는 CDS부(122)로부터 각 컬럼마다 출력되는 아날로그 샘플링 신호와 기준 신호 생성기(124)로부터 발생되는 램프 신호를 비교하여 유효한 신호 성분에 따른 각각의 천이 시점을 갖는 비교 신호들을 출력한다. 카운터(126)는 카운팅 동작을 수행하여 카운팅 신호를 생성하고, 상기 카운팅 신호를 버퍼부(127)에 제공한다. 버퍼부(127)는 컬럼 라인들과 각각 연결된 복수의 래치 회로들 예컨대, SRAM(static random access memory)들을 포함하고, 각 비교 신호의 천이에 응답하여 카운터(126)로부터 출력되는 카운팅 신호를 각 컬럼마다 래치하며, 래치된 카운팅 신호를 이미지 데이터로서 출력한다.The
실시예에 따라서, ADC부(123)는 CDS부(122)에서 출력된 샘플링 신호들을 가산하는 가산 회로를 더 포함할 수 있다. 또한 버퍼부(127)는 복수의 싱글 라인 버퍼(single line buffer)들을 더 포함할 수 있다.The
타이밍 컨트롤러(129)는 로우 드라이버(121), CDS부(122), 및 ADC부(123)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(129)는 로우 드라이버(121), CDS부(122), ADC부(123)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.
The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 단위 픽셀의 회로를 도시하는 도면이다.2 is a diagram showing a circuit of a unit pixel of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 픽셀은 광전 변환 소자(PD), 오버플로우 제어부(overflow control unit, OFC), 쉬프트 스위칭부(shift switching unit, SS), 제1 전하 저장부(first storage node, SN1), 전송 스위칭부(transfer switching unit, TS), 제2 전하 저장부(second storage node, SN2), 리셋 스위칭부(reset switching unit, RS), 드라이브 스위칭부(drive switching unit, DS) 및 선택 스위칭부(select switching unit, SL)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a pixel of an imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a photoelectric conversion element PD, an overflow control unit (OFC), a shift switching unit (SS) A first storage node (SN1), a transfer switching unit (TS), a second storage node (SN2), a reset switching unit (RS), a drive switching unit a drive switching unit (DS), and a select switching unit (SL).
광전 변환 소자(PD)는 광전 변환을 수행한다. 즉, 광전 변환 소자(PD)는 상기 광 집적 모드 동안 입사광을 변환하여 전하들을 생성한다. 일 실시예에서, 광전 변환 소자(PD)는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트 및 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode, PPD) 중 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 광전 변환 소자(PD)는 제1 단자 및 제2 단자를 포함할 수 있다.The photoelectric conversion element PD performs photoelectric conversion. That is, the photoelectric conversion element PD converts the incident light during the light integration mode to generate charges. In one embodiment, the photoelectric conversion element PD may be implemented with one or a combination of a photodiode, a phototransistor, a photogate, and a pinned photo diode (PPD). The photoelectric conversion element PD may include a first terminal and a second terminal.
오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)의 일측에 배치될 수 있다. 상기 오버플로우 제어부(OFC)는 상기 광전 변환 소자(PD)의 제1 단자측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 오버플로우 제어부(OFC)는 상기 제1 단자에 연결될 수 있다.The overflow control unit (OFC) may be disposed on one side of the photoelectric conversion element PD. The overflow control unit (OFC) may be disposed on the first terminal side of the photoelectric conversion element (PD). That is, the overflow controller (OFC) may be connected to the first terminal.
오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)와 연결되는 일 단자, 전원 전압이 인가되는 다른 단자 및 오버플로우 제어 신호(OFCx)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 오버플로우 제어부(OFC)의 게이트에 오버플로우 제어 신호(OFCx)가 인가되면 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 오버플로우 제어부(OFC)를 통해 이동할 수 있다. The overflow control unit OFC may include a terminal coupled to the photoelectric conversion element PD, another terminal to which a power supply voltage is applied, and a gate to which the overflow control signal OFCx is applied. When the overflow control signal OFCx is applied to the gate of the overflow control unit OFC, the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD can be moved through the overflow control unit OFC.
쉬프트 스위칭부(SS)는 광전 변환 소자(PD)의 다른 일측에 배치될 수 있다. 상기 쉬프트 스위칭부(SS)는 상기 광전 변환 소자(PD)의 제2 단자측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 쉬프트 스위칭부(SS)는 상기 제2 단자에 연결될 수 있다. The shift switching unit SS may be disposed on the other side of the photoelectric conversion element PD. The shift switching unit SS may be disposed on the second terminal side of the photoelectric conversion element PD. That is, the shift switching unit SS may be connected to the second terminal.
쉬프트 스위칭부(SS)의 일 단자는 광전 변환 소자(PD)와 연결될 수 있으며, 쉬프트 스위칭부(SS)는 쉬프트 신호(SSx)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 쉬프트 신호(SSx)가 인가되면, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1)로 이동할 수 있다.One terminal of the shift switching part SS may be connected to the photoelectric conversion element PD and the shift switching part SS may include a gate to which the shift signal SSx is applied. When the shift signal SSx is applied to the gate of the shift switching unit SS, the charges accumulated in the photoelectric conversion unit PD can move to the first charge storage unit SN1.
제1 전하 저장부(SN1)는 쉬프트 스위칭부(SS)의 일측에 배치될 수 있다. 제1 전하 저장부(SN1)는 전하 저장 신호(SN1x)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다.The first charge storage unit SN1 may be disposed at one side of the shift switching unit SS. The first charge storage unit SN1 may include a gate to which the charge storage signal SNlx is applied.
전송 스위칭부(TS)는 제1 전하 저장부(SN1)의 일측에 배치될 수 있다. 전송 스위칭부(TS)의 일 단자는 제2 전하 저장부(SN2)에 연결될 수 있으며, 전송 스위칭부(TS)는 전송 신호(TSx)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 전송 신호(TSx)가 인가되면, 제1 전하 저장부(SN1)에 저장된 전하들이 제2 전하 저장부(SN2)로 이동할 수 있다. 이 때, 제1 전하 저장부(SN1)에 저장된 전하들이 제2 전하 저장부(SN2)로 원활하게 이동할 수 있도록 상기 제1 전하 저장부(SN1)의 게이트에 인가되어 있던 전하 저장 신호(SN1x)가 제거될 수 있다.The transfer switching unit TS may be disposed at one side of the first charge storage unit SN1. One terminal of the transfer switching unit TS may be connected to the second charge storage unit SN2 and the transfer switching unit TS may include a gate to which the transfer signal TSx is applied. When the transfer signal TSx is applied to the gate of the transfer switching unit TS, the charges stored in the first charge storage unit SN1 can be transferred to the second charge storage unit SN2. At this time, the charge storage signal SN1x applied to the gate of the first charge storage unit SN1 so that the charges stored in the first charge storage unit SN1 can smoothly move to the second charge storage unit SN2, Can be removed.
제2 전하 저장부(SN2)는 플로팅 확산 노드(floating diffusion node)로 구현될 수 있다. 제2 전하 저장부(SN2)는 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하를 전달받아 축적할 수 있다. 제2 전하 저장부(SN2)는 제1 전하 저장부(SN1)의 게이트에 전하 저장 신호(SN1x)가 제거되고 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 전송 신호(TSx)가 인가됨에 따라 제1 전하 저장부(SN1)로부터 이동하게되는 전하들을 축적할 수도 있으며, 또는 제1 전하 저장부(SN1)로부터 오버플로우되는 전하들을 축적할 수 있다.The second charge storage unit SN2 may be implemented as a floating diffusion node. The second charge storage unit SN2 can accumulate the charge accumulated in the first charge storage unit SN1. The second charge storage unit SN2 is turned on when the charge storage signal SN1x is removed from the gate of the first charge storage unit SN1 and the transfer signal TSx is applied to the gate of the transfer switching unit TS, Accumulate the charges to be moved from the storage section SN1, or accumulate the charges that overflow from the first charge storage section SN1.
리셋 스위칭부(RS)는 전원 전압(VDD)이 인가되는 제1 단자, 제2 전하 저장부 (SN2)와 연결된 제2 단자 및 리셋 신호(RSx)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다.The reset switching unit RS may include a first terminal to which the power supply voltage VDD is applied, a second terminal connected to the second charge storage unit SN2, and a gate to which the reset signal RSx is applied.
드라이브 스위칭부(DS)는 전원 전압(VDD)이 인가되는 제1 단자, 제2 전하 저장부(SN2)와 연결된 게이트 및 제2 단자를 포함할 수 있다.The drive switching unit DS may include a first terminal to which a power supply voltage VDD is applied, a gate connected to the second charge storage unit SN2, and a second terminal.
선택 스위칭부(SL)는 상기 드라이브 스위칭부(DS)의 제2 단자와 연결된 제1 단자, 선택 신호(SLx)가 인가되는 게이트 및 출력 신호를 제공하는 제2 단자를 포함할 수 있다.
The selection switching unit SL may include a first terminal connected to the second terminal of the drive switching unit DS, a gate to which the selection signal SLx is applied, and a second terminal for providing an output signal.
이하에서, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 이미징 장치의 구동방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a method of driving an imaging apparatus according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
2. 이미징 장치의 구동방법2. Method of driving imaging device
본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법에 의하면, 이미징 장치에 설정된 동작 모드에 따라서, 오버플로우 제어부(OFC)의 게이트에 인가되는 오버플로우 제어 신호(OFCx)와 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 인가되는 쉬프트 신호(SSx)를 서로 다르게 적절히 제어함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치가 선택적으로 광역 동적 범위를 구현할 수 있도록 동작하게 하거나 글로벌 셔터를 구현할 수 있도록 동작하게 할 수 있다. The overflow control signal OFCx applied to the gate of the overflow control unit OFC and the shift switching unit SS applied to the gate of the overflow control unit OFC in accordance with the operation mode set in the imaging apparatus, By appropriately controlling the shift signals SSx applied to the gates of the imaging apparatuses according to the present invention so that the imaging apparatus according to an embodiment of the present invention selectively operates to implement the wide dynamic range or can implement the global shutter have.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법에 의하면, 오버플로우 제어부(OFC)에 의해서 형성되는 포텐셜 배리어(potential barrier)와 쉬프트 스위칭부(SS)에 의해서 형성되는 포텐셜 배리어를 설정된 동작 모드에 따라 서로 다르게 적절히 제어함으로써, 동일한 픽셀 어레이를 이용하여 광역 동적 범위와 글로벌 셔터를 선택적으로 구현할 수 있다.
That is, according to the driving method of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention, the potential barrier formed by the overflow control unit (OFC) and the potential barrier formed by the shift switching unit (SS) By appropriately controlling different modes depending on the mode, it is possible to selectively implement the wide dynamic range and the global shutter using the same pixel array.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 구동방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart for explaining a driving method of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법은, 설정된 동작 모드를 확인하는 단계(S100) 및 확인된 동작 모드에 따라 픽셀 어레이에 제어신호를 인가하는 단계(S110)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, a method of driving an imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a step S100 of confirming a set operation mode, a step S110 of applying a control signal to a pixel array in accordance with an identified operation mode, . ≪ / RTI >
상기 동작 모드는 픽셀 어레이(111)에서 입사광에 의해 각 픽셀에 구비된 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 각 픽셀에 구비된 전하 저장부(storage node)로 동시에 쉬프트시킬 것인지, 또는 각 픽셀에 구비된 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 각 픽셀에 구비된 전하 저장부로 순차적으로 쉬프트시킬 것인지에 대한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 동작 모드는 입사광을 전기적 신호로 변환하고 읽어내는 과정에서 글로벌 셔터 방식에 따라 신호를 변환/독출할 것인지 또는 롤링 셔터(rolling shutter) 방식에 따라 신호를 변환/독출할 것인지에 대한 것일 수 있다.In the operation mode, the charge stored in the photoelectric converter PD provided in each pixel is shifted to a charge storage node provided in each pixel by the incident light in the
이하에서는, 글로벌 셔터 방식에 따라 신호를 변환/독출하기 위한 동작 모드를 제1 모드라고 하며, 롤링 셔터 방식에 따라 신호를 변환/독출하기 위한 동작 모드를 제2 모드라고 하기로 한다. 또한, 설명의 편의를 위하여, 제1 모드는 글로벌 셔터 모드라고 할 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법에 의하면, 롤링 셔터 방식에 따라 신호를 변환/독출함에 있어서, 광역 동적 범위를 확보하기 위한 동작을 함께 수행할 수 있으므로, 제2 모드는 광역 동적 범위 모드라고 할 수도 있다.Hereinafter, an operation mode for converting / reading signals in accordance with the global shutter system will be referred to as a first mode, and an operation mode for converting / reading signals according to a rolling shutter system will be referred to as a second mode. For convenience of explanation, the first mode may be referred to as a global shutter mode. Further, according to the driving method of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention, since the operation for securing the wide dynamic range can be performed simultaneously in converting / reading signals according to the rolling shutter system, It may be called wide dynamic range mode.
상기 동작 모드는, 이미징 장치(100)에 의해서 자동으로 선택/설정될 수도 있으며, 이미징 장치(100)에 구비된 입력부(도면 미도시)에 의해 사용자로부터 입력된 바에 따라 선택/설정될 수도 있다.The operation mode may be automatically selected / set by the
전술한 바와 같은 동작 모드를 확인한 후(S100), 설정된 모드가 제1 모드인지 또는 제2 모드인지에 따라서 제어회로(120)는 서로 다른 방식에 따라 제어신호를 픽셀 어레이(111)에 인가할 수 있다(S110).After confirming the operation mode as described above (S100), depending on whether the set mode is the first mode or the second mode, the
상기 확인된 동작 모드가 제1 모드인 경우, 제어회로(120)는, 각 단위 픽셀을 제어함에 있어서, 제1 구간 동안에는 상기 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 상기 제1 전하 저장부(SN1)로 이동하도록 하고, 제2 구간 동안에는 상기 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 상기 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하도록 할 수 있다.When the determined operation mode is the first mode, the
반면, 상기 확인된 동작 모드가 제2 모드인 경우, 제어회로(120)는 각 단위 픽셀을 제어함에 있어서, 상기 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 상기 제1 전하 저장부(SN1)로 이동하도록 하고, 상기 오버플로우 제어부(OFC) 측으로는 이동하지 않도록 할 수 있다. 특히, 상기 광전 변환 소자(PD)의 용량(capacity)을 넘어선 과포화된 전하들이, 상기 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않고, 상기 제1 전하 저장부(SN1)로 이동하도록 할 수 있다. On the other hand, when the determined operation mode is the second mode, the
상기 제2 모드에서, 광전 변환 소자(PD)에 과포화된 전하들이 상기 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않고 상기 제1 전하 저장부(SN1)로 이동하도록, 상기 제어회로(120)는 상기 오버플로우 제어부(OFC)에 의해 형성되는 포텐셜 배리어가 상기 쉬프트 스위칭부(SS)에 의해 형성되는 포텐셜 배리어보다 더 높게 형성되도록 제어신호를 인가할 수 있다.In the second mode, the
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치(100)의 구동방법과 제2 모드에서의 이미징 장치(100)의 구동방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a method of driving the
2-1. 제1 모드(글로벌 셔터 모드)의 동작2-1. Operation of the first mode (global shutter mode)
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.4 is a timing diagram illustrating a method of driving a pixel array of an imaging apparatus in a first mode according to an embodiment of the present invention, 6 is a timing diagram of control signals applied to the respective components of a unit pixel of the imaging device in the first mode according to an embodiment of the present invention. Fig.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)를 이용하여 이미지를 획득하기 위해서, 픽셀 어레이(111)는 제1 구간(DR1) 동안 수행되는 축적 동작(integrating operation), 제2 구간(DR2) 동안 수행되는 쉬프트 동작(shifting operation) 및 제3 구간(DR3) 동안 수행되는 읽기 동작(reading operation)을 수행한다.4, in order to acquire an image using the
픽셀 어레이(111)는 축적 동작, 쉬프트 동작 및 읽기 동작을 순차적으로 반복 수행할 수 있으며, 상기 동작들의 한 세트가 수행되면 하나의 이미지가 획득될 수 있다.The
축적 동작은 광전 변환 소자(PD)에 의해 입사광이 전하로 변환되는 동작을 포함한다. 제1 구간(DR1)의 길이는 필요에 따라 가변될 수 있다.The accumulation operation includes an operation in which incident light is converted into electric charges by the photoelectric conversion element PD. The length of the first section DR1 can be varied as needed.
축적 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행될 수 있다. The accumulation operation can be performed simultaneously for all the valid pixels included in the
쉬프트 동작은 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 제1 전하 저장부(SN1)로 이동시키는 동작을 포함한다. 또한 쉬프트 동작은 제1 전하 저장부(SN1)에 이미 축적되어 있을 수 있는 전하들(불필요하게 축적되어 있는 전하들)을 제거하기 위한 클리어 동작(cleaning operation)을 포함할 수 있다. 이에 대해서는 이후에 보다 구체적으로 설명한다.The shifting operation includes an operation of moving the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1 by the incident light. In addition, the shifting operation may include a cleaning operation for removing charges (charges unnecessarily accumulated) that may have already accumulated in the first charge storage section SN1. This will be described in more detail later.
도 4에 도시된 바와 같이, 쉬프트 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행된다. 다만, 클리어 동작은 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행될 필요는 없으나, 클리어 동작도 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
As shown in Fig. 4, the shifting operation is performed simultaneously for all the effective pixels included in the
전술한 축적 동작 및 쉬프트 동작이 수행되는 동안, 오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않도록 할 수 있다. 이를 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)는 높은 포텐셜 배리어 상태를 유지하고 있을 수 있다. 예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC)가 트랜지스터로 구성되는 경우, 상기 트랜지스터는 오프 상태를 유지하고 있을 수 있다. While the accumulation operation and the shift operation are performed as described above, the overflow control unit (OFC) can prevent the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD from moving to the overflow control unit (OFC) side. To this end, the overflow controller (OFC) may maintain a high potential barrier state. For example, when the overflow controller (OFC) is composed of a transistor, the transistor may be kept off.
읽기 동작은 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 이동되어 축적된 전하를 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시키는 동작 및 제2 전하 저장부(SN2)로 이동되어 축적된 전하량의 값을 읽어내는 동작을 포함할 수 있다.The read operation is an operation of moving the accumulated charge moved from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1 to the second charge storage section SN2 and the operation of moving to the second charge storage section SN2, And reading the value of the amount of charge.
읽기 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효픽셀들에 대해서 동시에 수행될 수도 있으나, 모든 유효픽셀들에 대해서 동시에 수행되는 대신 라인별로 순차적으로 읽어내는 방식이 채택될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 동일한 열(row)에 배치된 픽셀들에 대하여 읽기 동작을 동시에 수행하며, 다른 열에 배치된 픽셀들에 대해서는 읽기 동작을 다른 시간에 수행하는 방식으로 읽기 동작이 수행될 수 있다.The read operation may be performed simultaneously for all the effective pixels included in the
이 때, 상기 제2 전하 저장부(SN2)는 플로팅 확산 노드일 수 있다. 즉, 상기 제2 전하 저장부(SN2)의 포텐셜 배리어는 능동적으로 변경하지 못할 수 있다.In this case, the second charge storage unit SN2 may be a floating diffusion node. That is, the potential barrier of the second charge storage unit SN2 may not be actively changed.
한편, 각각 축적 동작, 쉬프트 동작 및 읽기 동작을 포함하는 제1 주기 및 제2 주기는 서로 중첩될 수 있다. 즉, 제1 주기가 종료하는 제1 시각(t1)은 제2 주기가 시작하는 제2 시각(t2) 보다 더 늦을 수 있다. 즉, 제1 주기에 포함된 읽기 동작은 제2 주기에 포함된 축적 동작과 중첩되어 수행될 수 있다.
On the other hand, the first cycle and the second cycle including the accumulation operation, the shift operation and the read operation, respectively, may overlap each other. That is, the first time t1 at which the first period ends may be later than the second time t2 at which the second period starts. That is, the read operation included in the first period may be performed by overlapping with the accumulation operation included in the second period.
도 5 및 도 6을 참조하여, 각 단위 픽셀에서의 축적 동작, 쉬프트 동작 및 읽기 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.The accumulation operation, the shift operation and the read operation in each unit pixel will be described in more detail with reference to Figs. 5 and 6. Fig.
도 5 및 도 6에 도시되어 있는 (1) 구간은 전술한 축적 동작에 대응되고, (2) 구간 내지 (6) 구간은 전술한 쉬프트 동작에 대응되며, (7) 구간 내지 (14) 구간은 전술한 읽기 동작에 대응될 수 있다.The section (1) shown in FIGS. 5 and 6 corresponds to the above-described accumulation operation, the sections (2) to (6) correspond to the above-described shifting operation, and the sections (7) It can correspond to the above-described reading operation.
(1) 구간에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 오버플로우 제어부(OFC)와 쉬프트 스위칭부(SS)를 제어하여 오버플로우 제어부(OFC) 및 쉬프트 스위칭부(SS)에 의해 형성되는 포텐셜 배리어가 높은 상태로 유지된다. 즉, 오버플로우 제어부(OFC)와 쉬프트 스위칭부(SS)에 의해 형성되는 포텐셜 배리어는 광전 변환 소자(PD) 보다 더 높게 유지된다. 예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC) 및 쉬프트 스위칭부(SS)가 트랜지스터로 구현되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 오버플로우 제어부(OFC)의 게이트 및 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 제어신호(예를 들어, 오버플로우 신호(OFCx) 및 쉬프트 신호(SSx))가 인가되지 않을 수 있다. 이 때, 도 5 및 도 6에는 제1 전하 저장부(SN1) 및 리셋 스위칭부(RS)의 게이트에는 각각 저장 신호(SN1x) 및 리셋 신호(RSx)가 인가되어 있고, 전송 스위칭부(TS)의 게이트에는 전송 신호(TSx)가 인가되어 있지 않은 상태가 도시되어 있으나, (1) 구간에서 상기 제1 전하 저장부(SN1), 전송 스위칭 부(TS) 및 리셋 스위칭부(RS)에 인가되는 제어신호 및 이들에 의해 형성되는 포텐셜 배리어는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 제어될 필요는 없다. 다만, 설명의 편의를 위하여, 이하에서는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제어신호가 인가된 상태에 기초하여 설명하기로 한다.6, the overflow control unit OFC and the shift switching unit SS are controlled so that the potential barrier formed by the overflow control unit OFC and the shift switching unit SS becomes And remains high. That is, the potential barrier formed by the overflow control unit (OFC) and the shift switching unit (SS) is kept higher than the photoelectric conversion element (PD). For example, when the overflow control unit (OFC) and the shift switching unit SS are implemented as transistors, the gate of the overflow control unit (OFC) and the gate of the shift switching unit (SS) The control signals (for example, the overflow signal OFCx and the shift signal SSx) may not be applied. 5 and 6, the storage signal SN1x and the reset signal RSx are applied to the gates of the first charge storage unit SN1 and the reset switching unit RS, (TSx) is not applied to the gate of the first charge storage unit SN1, the transfer switch TS and the reset switch RS in the (1) The control signals and the potential barrier formed by them need not be controlled as shown in Figs. 5 and 6. Fig. However, for convenience of explanation, the following description will be made based on a state in which a control signal is applied as shown in Figs. 5 and 6. Fig.
(2) 구간 내지 (5) 구간은 전술한 클리어 동작에 대응될 수 있다. 즉, (2) 구간 내지 (5) 구간은, 광전 변환 소자(PD)에서 축적된 전하들의 값을 보다 정확하게 읽어낼 수 있도록, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들을 제거하기 위한 구간이다.(2) to (5) may correspond to the above-described clear operation. That is, the (2) to (5) periods remove charges unnecessarily accumulated in the first charge storage section SN1 so that the values of the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD can be read more accurately .
이러한 클리어 동작을 위하여, (2) 구간에서는, 쉬프트 스위칭부(SS)의 상태는 그대로 유지한 상태에서 전송 스위칭부(TS)를 제어하여, 전송 스위칭부(TS)에 의해 형성되어 있던 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 전환시킨다. 예를 들어, 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 전송 신호(TSx)가 인가될 수 있다. 이 때, 바람직하게는, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어가 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어이하가 되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들은 전송 스위칭부(TS) 측으로 이동할 수 있다. 이 때, 제2 전하 저장부(SN2)는 리셋 상태를 유지하고 있을 수 있으므로, 전송 스위칭부(TS) 측으로 이동된 전하들은 모두 리셋될 수 있으며, 이에 따라 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들은 제거될 수 있다. 다만, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들을 보다 더 확실하게 제거하기 위하여, (3) 구간 및 (4) 구간의 동작들이 추가적으로 더 수행될 수 있다. 즉, 제1 전하 저장부(SN1) 및 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 순차적으로 높은 상태로 전환할 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 저장부(SN1) 및 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 인가되어 있던 제어신호(예를 들어, 저장 신호(SN1x) 및 전송 신호(TSx))가 될 수 있다. 이로써, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들이 보다 더 확실하게 리셋 상태를 유지하고 있는 제2 전하 저장부(SN2) 측으로 이동하여 제거될 수 있다. 이어서, (5) 구간에서는, 제1 전하 저장부(SN1) 및 전송 스위칭부(TS)를 각각 제어하여, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어보다 쉬프트 스위칭부(SS) 및 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어가 높게 유지되는 상태로 만든다. 이에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)는 광전 변환 소자(PD)에 축적되어 있는 전하들을 전달받을 수 있는 상태가 된다.In order to perform such a clearing operation, in the section (2), the transfer switching section TS is controlled while maintaining the state of the shift switching section SS, and the potential barrier formed by the transfer switching section TS is set to To a low state. For example, the transfer signal TSx may be applied to the gate of the transfer switching unit TS. At this time, it is preferable to control the potential barrier of the transfer switching unit TS to be equal to or less than the potential barrier of the first charge storage unit SN1. Accordingly, charges unnecessarily accumulated in the first charge storage unit SN1 can move toward the transfer switching unit TS. At this time, since the second charge storage unit SN2 may be kept in the reset state, all the charges moved to the transfer switching unit TS side can be reset, and accordingly, the first charge storage unit SN1 is unnecessary The accumulated charges can be removed. However, in order to more reliably remove the charges unnecessarily accumulated in the first charge storage section SN1, operations of the (3) and (4) periods may be further performed. That is, the potential barriers of the first charge storage unit SN1 and the transfer switching unit TS can be sequentially switched to the high state. For example, control signals (for example, a storage signal SN1x and a transmission signal TSx) applied to the gates of the first charge storage unit SN1 and the transfer switching unit TS. As a result, the charges unnecessarily accumulated in the first charge storage section SN1 can be moved to the second charge storage section SN2 side which is more reliably maintained in the reset state and can be removed. Subsequently, in the period (5), the first charge storage section SN1 and the transfer switching section TS are controlled to control the shift switch SS and the transfer switching section SS, respectively, rather than the potential barrier of the first charge storage section SN1, (TS) is maintained at a high level. Accordingly, the first charge storage unit SN1 is in a state capable of receiving the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD.
전술한 바와 같이 클리어 동작이 완료되면, (6) 구간의 동작을 수행하여 광전 변환 소자(PD)에 축적되어 있던 전하들을 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 이동시킨다. 이를 위하여, 쉬프트 스위칭부(SS)를 제어하여, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 보다 낮아지도록 할 수 있다. 예를 들어, 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 쉬프트 신호(SSx)가 인가될 수 있다.When the clear operation is completed as described above, the operation of the (6) period is performed to move the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD toward the first charge storage section SN1. For this purpose, it is possible to control the shift switching unit SS so that the potential barrier of the shift switching unit SS becomes lower than the potential barrier of the photoelectric conversion element PD. For example, the shift signal SSx may be applied to the gate of the shift switching unit SS.
전술한 바와 같이, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 이동된 후, (7) 구간에서 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 이동된 전하들이 다시 광전 변환 소자(PD) 측으로 역류하지 못하도록 쉬프트 제어부(SS)를 제어하여 쉬프트 제어부(SS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 쉬프트 제어부(SS)에 인가되었던 쉬프트 신호(SSx)를 제거할 수 있다.As described above, after the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD are moved to the first charge storage portion SN1 side, the charges moved to the first charge storage portion SN1 side in the (7) It is possible to control the shift control unit SS so as to prevent the reverse flow to the device PD side so that the potential barrier of the shift control unit SS can be converted into a high state. For example, the shift signal SSx applied to the shift control unit SS can be removed.
이어서, (8) 구간에서, 광전 변환 소자(PD)에 계속하여 입사되는 광에 의하여 전하가 축적되고, 축적된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우 할 수 있는 가능성을 제거하기 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)를 적절히 제어할 수 있다. 즉, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어를 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 낮게 제어함으로써, 광전 변환 소자(PD)에 축적될 수 있는 전하들이 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 오버플로우될 수 있도록 할 수 있다. 다만, 광전 변환 소자(PD)는 다음 이미지의 획득을 위해 다시 축적 동작을 수행하여야 하며 또한 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적되는 전하들은 제거될 필요가 있으므로, 오버플로우 제어부(OFC)를 제어함에 있어서, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 오버플로우 제어부(OFC)를 제어하는 것이 바람직하다.Subsequently, in order to eliminate the possibility that charges are accumulated by the light incident to the photoelectric conversion element PD continuously in the period (8), and the accumulated charges can overflow to the first charge storage unit SN1 , The overflow control unit (OFC) can be properly controlled. That is, by controlling the potential barrier of the overflow control unit (OFC) to be lower than the potential barrier of the shift switching unit (SS), the charges that can be accumulated in the photoelectric conversion element (PD) can be overflowed to the overflow control unit . However, since the photoelectric conversion element PD must perform the accumulation operation again to acquire the next image, and the electric charges unnecessarily accumulated in the photoelectric conversion element PD need to be removed, the overflow control unit (OFC) It is preferable to control the overflow control unit (OFC) so that the potential barrier of the overflow control unit (OFC) becomes equal to or less than the potential barrier of the photoelectric conversion element (PD).
이어서, (9) 구간에서, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어를 다시 높은 상태로 변환할 수 있는데, (9) 구간 이후에서 광전 변환 소자(PD)에 축적되는 전하들은 다음 이미지의 획득을 위해 사용될 수 있다. 즉, 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이, 제1 주기에 포함된 읽기 동작과 제2 주기에 포함된 축적 동작이 서로 중첩되어 수행될 수 있다. Subsequently, in the period (9), the potential barrier of the overflow control unit (OFC) can be converted to a high state again. Charges accumulated in the photoelectric conversion element PD after the period (9) Can be used. That is, as described above with reference to FIG. 4, the read operation included in the first period and the accumulation operations included in the second period may be performed in a superimposed manner.
다만, (9) 구간에서와 같이, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어를 다시 높은 상태로 변환하여 제2 주기의 축적 동작을 시작하는 타이밍과, 후술할 (10) 구간 내지 (15) 구간 사이의 선후 관계는 반드시 도 5 및 도 6에 도시된 바에 한정되지 않는다. 이미 설명한 바 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치(100)의 구동방법에 의하면, 제1 모드로 동작 시, 쉬프트 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행되지만 읽기 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 픽셀들에 대해서 서로 다른 시점에 수행될 수 있기 때문에, 하나의 단위 픽셀에 대해서는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 제2 주기의 축적 동작과 제1 주기의 읽기 동작의 선후 관계가 적용될 수 있지만, 다른 단위 픽셀에 대해서는, (10) 구간과 (11) 구간 사이의 시점에 제2 주기의 축적 동작(예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환하는 동작)이 수행되기 시작할 수 있으며, 또 다른 단위 픽셀에 대해서는, (11) 구간과 (12) 구간 사이의 시점에 제2 주기의 축적 동작이 수행되기 시작할 수 있다.However, as in the section (9), the timing at which the potential barrier of the overflow control section (OFC) is converted back to a higher state to start the accumulation operation of the second period and the timing at which the accumulation operation starts between the Are not necessarily limited to those shown in Fig. 5 and Fig. As described above, according to the driving method of the
이어서, (10) 구간에서, 리셋 스위칭부(RS)를 제어하여, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있다. 이어서, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제1 출력 신호를 생성할 수 있다. Subsequently, in the section (10), the reset switch RS is controlled to convert the potential barrier of the reset switch RS into a high state. Subsequently, the potential of the second charge storage section SN2 may be sampled to generate a first output signal.
한편, (10) 구간에서, 선택 스위칭부(SL)는 온 상태로 전환될 수 있다. 예를 들어, 선택 스위칭부(SL)의 게이트에 선택 신호(SLx)가 인가될 수 있다. (10) 구간에서 온 상태로 전환된 선택 스위칭부(SL)의 상태는 (14) 구간까지 지속될 수 있다.On the other hand, in the period (10), the selection switching unit SL can be turned on. For example, the selection signal SLx may be applied to the gate of the selection switching unit SL. The state of the selection switching unit SL that has been switched from the ON state to the ON state can last up to the (14) period.
이어서, (11) 구간 내지 (13) 구간을 통하여, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들을 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시킬 수 있다. 이를 위하여, (11) 구간에서는, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 변환하여 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들이 제2 전하 저장부(SN2)로 이동할 수 있도록 한다. 예를 들어, 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 전송 신호(TSx)를 인가할 수 있다. 이 때, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들이 보다 더 확실하게 제2 전하 저장부(SN2)로 이동할 수 있도록 하기 위하여, (12) 구간 및 (13) 구간의 동작들이 추가적으로 더 수행될 수 있다. 즉, 제1 전하 저장부(SN1) 및 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 순차적으로 높은 상태로 전환할 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 저장부(SN1) 및 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 인가되어 있던 제어신호(예를 들어, 저장 신호(SN1x) 및 전송 신호(TSx))가 될 수 있다. 이로써, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들이 보다 더 확실하게 제2 전하 저장부(SN2) 측으로 이동될 수 있다. 이 때, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어는 (11) 구간 내지 (13) 구간 동안 계속하여 높은 상태를 유지하고 있기 때문에, 제1 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들은 제2 전하 저장부(SN2)로 이동되어 제2 전하 저장부(SN2)에 축적될 수 있다. 즉, (2) 구간 내지 (4) 구간에서의 동작과 달리, 제1 전하 저장부(SN1)에서 제2 전하 저장부(SN2)로 이동되어 온 전하들이, 제2 전하 저장부(SN2)는 리셋 상태에 있지 않기 때문에, 전원 전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나가지 않고 제2 전하 저장부(SN2)에 그대로 축적되어 있을 수 있다.Subsequently, charges accumulated in the first charge storage unit SN1 can be transferred to the second charge storage unit SN2 through the (11) to (13) periods. To this end, in the (11) period, the potential barrier of the transfer switching unit TS is changed to a low state so that the charges stored in the first charge storage unit SN1 can be moved to the second charge storage unit SN2 do. For example, the transmission signal TSx can be applied to the gate of the transfer switching unit TS. At this time, in order to more reliably move the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 to the second charge storage unit SN2, operations of the (12) and (13) . That is, the potential barriers of the first charge storage unit SN1 and the transfer switching unit TS can be sequentially switched to the high state. For example, control signals (for example, a storage signal SN1x and a transmission signal TSx) applied to the gates of the first charge storage unit SN1 and the transfer switching unit TS. As a result, the charges stored in the first charge storage section SN1 can be more reliably moved toward the second charge storage section SN2. At this time, since the potential barrier of the reset switching unit RS keeps the high state continuously for the period (11) to the period (13), the charges stored in the first charge storage unit SN2 become the second charge And may be transferred to the storage section SN2 and accumulated in the second charge storage section SN2. That is, unlike the operation in the period (2) to (4), the charges transferred from the first charge storage unit SN1 to the second charge storage unit SN2 and the second charge storage unit SN2 The power supply voltage VDD can be accumulated in the second charge storage section SN2 without escaping to the first terminal side of the reset switching section RS to which the power supply voltage VDD is applied.
이어서, (14) 구간에서, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제2 출력 신호를 생성할 수 있다. Then, in the period (14), the potential of the second charge storage section SN2 may be sampled to generate the second output signal.
이 때, 제2 출력 신호와 제1 출력 신호의 차이에 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하량을 판단할 수 있게 된다.At this time, it is possible to determine the amount of charge accumulated in the photoelectric conversion element PD by the incident light to the difference between the second output signal and the first output signal.
(14) 구간에서, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제2 출력신호를 생성한 후, 선택 스위칭부(SL)의 상태는 오프 상태로 전환된다.The potential of the second charge storage unit SN2 is sampled to generate the second output signal, and then the state of the selection switch unit SL is switched to the off state.
각 단위 픽셀은 전술한 바와 같은 동작을 계속하여 반복적으로 수행하게 된다. 보다 구체적으로, 각 단위 픽셀은 (14) 구간의 동작을 수행한 후, 픽셀 어레이(111)에 포함된 모든 유효 픽셀들에서 (14)구간의 동작이 완료될 때까지 대기하였다가(즉, 모든 유효픽셀에서 읽기 동작이 완료될 때까지 대기하였다가), 모든 유효픽셀들에서 읽기 동작이 완료되면, (1) 구간에서 (14) 구간까지의 동작을 반복적으로 수행하게 된다.Each unit pixel is repeatedly performed as described above. More specifically, each unit pixel waits until the operation of the section (14) is completed in all the effective pixels included in the
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)는, 동작 모드가 제1 모드로 설정되어 있는 경우, 오버플로우 제어부(OFC)를 특정 구간(예를 들어, 도 6에 도시된 (8) 구간)에서는 포텐셜 배리어가 낮은 상태로 변환된다. 낮은 상태로 변환된 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 바람직하게는 다음 주기의 축적 동작이 수행될 때까지 낮은 상태로 유지될 수 있다. 다만, 축적 동작이 수행되기 위해서는 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 높은 상태로 다시 전환되어어 하기 때문에, 오버플로우 제어부(OFC)의 상태는 적어도 축적 동작이 수행되기 전까지는 높은 상태로 변환되는 것이 바람직하다.
As described above, in the
2-2. 제2 모드(광역 동적 범위 모드)의 동작2-2. Operation of the second mode (wide dynamic range mode)
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀 내에서 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.
7 is a timing chart for explaining a method of driving a pixel array of an imaging apparatus in a second mode according to an embodiment of the present invention, 9 is a timing diagram of the control signals applied to the respective components of the unit pixel of the imaging device in the second mode according to an embodiment of the present invention, Fig.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)를 이용하여 이미지를 획득하기 위해서, 픽셀 어레이(111)는 제4 구간(DR4) 동안 수행되는 축적 동작(integrating operation) 및 제5 구간(DR5) 동안 수행되는 읽기 동작(reading operation)을 수행한다.Referring to FIG. 7, in order to acquire an image using the
픽셀 어레이(111)는 축적 동작 및 읽기 동작을 순차적으로 반복 수행할 수 있으며, 상기 동작들의 한 세트가 수행되면 하나의 이미지가 획득될 수 있다.The
다만, 제1 모드에서와 달리, 제2 모드에서는 축적 동작 및 읽기 동작이 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행되지 않는다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 동일한 컬럼에 포함되어 있는 유효 픽셀들에 대해서는, 축적 동작 및 읽기 동작이 동시에 수행될 수 있으나, 서로 다른 컬럼에 포함되어 있는 유효 픽셀들 사이에서는 축적 동작 및 읽기 동작이 서로 다른 시점에 수행될 수 있다. 즉, 제2 모드에서는 축적 동작 및 읽기 동작이 수행됨에 있어서, 모든 유효픽셀들에 대해서 동시에 수행되는 대신 라인별로 순차적으로 읽어내는 방식이 채택될 수 있다.
However, unlike in the first mode, in the second mode, the accumulation operation and the read operation are not performed simultaneously for all effective pixels. That is, as shown in FIG. 8, for the effective pixels included in the same column, the accumulation operation and the read operation can be performed at the same time, but between the effective pixels included in the different columns, The operation can be performed at different points in time. That is, in the second mode, the accumulation operation and the read operation are performed, and instead of performing all the effective pixels at the same time, a method of sequentially reading line by line may be adopted.
축적 동작은 광전 변환 소자(PD)에 의해 입사광이 전하로 변환되는 동작을 포함한다. 또한, 축적 동작은, 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)의 클리어 동작(이하, 제1 클리어 동작) 및 제1 전하 저장부(SN1)의 클리어 동작(이하, 제2 클리어 동작)을 포함한다. 축적 동작에 대한 보다 구체적인 내용은 후술한다.The accumulation operation includes an operation in which incident light is converted into electric charges by the photoelectric conversion element PD. In addition, the accumulation operation is performed by a clearing operation (hereinafter referred to as a first clearing operation) of the photoelectric conversion element PD and / or the first charge storage section SN1 and a clearing operation of the first charge
읽기 동작은 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우된 전하들의 적어도 일부의 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작 및 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하량을 읽어내는 제2 읽기 동작을 포함할 수 있다.The read operation includes a first read operation for reading the amount of charge of at least a part of the charges overflowing from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage part SN1 and a second read operation for reading the amount of charge accumulated in the photoelectric
제1 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 고조도 이미지의 획득을 위해 사용되며, 제2 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 저조도 이미지의 획득을 위해 사용될 수 있다. 이 때, 제1 읽기 동작은 제2 읽기 동작 보다 더 먼저 수행될 수 있다.The value of the amount of charge read by the first read operation is used for acquiring a high contrast image and the value of the charge read by the second read operation can be used for acquiring a low contrast image. At this time, the first read operation may be performed earlier than the second read operation.
제1 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간(제1 축적 시간, first integration time)은 제2 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간(제2 축적 시간, second integration time) 보다 더 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 축적 시간(T1)과 제2 축적 시간(T2)은 다음의 관계를 가질 수 있다.The time (first integration time) for accumulating the electric charge to be read by the first reading operation is shorter than the time for accumulating the electric charge to be read by the second reading operation (second integration time) . For example, the first accumulation time T1 and the second accumulation time T2 may have the following relationship.
1/5000 ≤ T1/T2 ≤ 1/5
1/5000? T1 / T2? 1/5
전술한 축적 동작 및 읽기 동작이 수행되는 동안, 오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않도록 한다. 즉, 제1 모드에서는 오버플로우 제어부(OFC)를 제어하여 특정 구간에서 선택적으로 광전 변환 소자(PD)에 축적되는 전하들을 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동시키는 동작을 수행하였으나, 제2 모드에서는 모든 구간에서 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 전하가 이동하지 못하도록 오버플로우 제어부(OFC)를 제어한다. 이를 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)는 높은 포텐셜 배리어 상태를 유지하도록 한다. 예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC)가 트랜지스터로 구성되는 경우, 상기 트랜지스터는 오프 상태를 유지하고 있을 수 있다. 특히, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 더 높게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
While the accumulation operation and the reading operation are performed as described above, the overflow control unit (OFC) prevents the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD from moving to the overflow control unit (OFC) side. That is, in the first mode, the overflow controller (OFC) is controlled to selectively move the charges accumulated in the photoelectric converter PD to the overflow controller (OFC) in a specific period. In the second mode, however, The OFC controller controls the overflow controller (OFC) to prevent the charge from moving to the overflow controller (OFC). To this end, the overflow controller (OFC) maintains a high potential barrier state. For example, when the overflow controller (OFC) is composed of a transistor, the transistor may be kept off. Particularly, it is desirable that the potential barrier of the overflow control unit (OFC) be kept higher than the potential barrier of the shift switching unit (SS).
도 8 및 도 9를 참조하여, 각 단위 픽셀에서의 축적 동작 및 읽기 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.The accumulation operation and the read operation in each unit pixel will be described in more detail with reference to Figs. 8 and 9. Fig.
도 8 및 도 9에 도시되어 있는 (1) 구간 내지 (9) 구간은 전술한 축적 동작에 대응되고, (10) 구간 내지 (22) 구간은 전술한 읽기 동작에 대응될 수 있다. 특히, (1) 구간 내지 (3) 구간은 전술한 제1 클리어 동작(광전 변환 소자(PD)를 클리어 하는 동작)에 대응될 수 있으며, (6) 구간 내지 (9) 구간은 제2 클리어 동작(제1 전하 저장부(SN1)를 클리어 하는 동작)에 대응될 수 있다. 또한, (10) 구간 내지 (15) 구간은 전술한 제1 읽기 동작에 대응될 수 있으며, (16) 구간 내지 (21) 구간은 전술한 제2 읽기 동작에 대응될 수 있다.
The sections (1) through (9) shown in FIGS. 8 and 9 correspond to the above-described storage operation, and the sections (10) through (22) correspond to the above-described reading operation. Particularly, the period (1) to (3) may correspond to the above-described first clear operation (operation to clear the photoelectric conversion element PD), and the period (6) (An operation of clearing the first charge storage section SN1). (10) to (15) may correspond to the first reading operation described above, and the (16) to (21) periods may correspond to the second reading operation described above.
(1) 구간에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 이전 주기에서 읽기 동작을 완료한 후, 광전 변환 소자(PD)와 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요한 전하들이 축적될 수 있다. 입사광에 대한 정확한 정보를 획득하기 위해, 입사광에 따른 전하량을 축적하는 축적 동작을 수행하기 전에 각 단위 픽셀들은 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적된 전하들을 클리어할 필요가 있다.9, unnecessary charges may be accumulated in the photoelectric conversion element PD and the first charge storage portion SN1 after the read operation is completed in the previous period. In order to obtain accurate information on the incident light, each unit pixel needs to clear charges unnecessarily accumulated in the photoelectric conversion element PD before performing the accumulation operation for accumulating the charge according to the incident light.
이에 따라, (2) 구간 내지 (4) 구간을 통하여, 제1 클리어 동작을 수행한다. (2) 구간에서는, 먼저 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적된 전하들을 제거하기 위하여, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 제어할 수 있다. 즉, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어가 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 전송 스위칭부(TS)가 제어될 수 있다. 예를 들어, 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 전송 신호(TSx)를 인가할 수 있다. 이에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들은, 리셋 상태를 유지하고 있는 제2 전하 저장부(SN2)를 통하여, 전원전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나갈 수 있다. 이어서, (3) 구간에서, 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적된 전하들을 제거하기 위하여, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어를 제어할 수 있다. 즉, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 쉬프트 스위칭부(SS)가 제어될 수 있다. 예를 들어, 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 쉬프트 신호(SSx)를 인가할 수 있다. 이에 따라, 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들은, 제1 전하 저장부(SN1)로 이동할 수 있으며, (2) 구간에서 제어된 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어는 계속하여 낮은 상태(예를 들어, 전송 신호(TSx)가 인가된 상태)를 유지하고 있기 때문에, 제1 전하 저장부(SN1)로 이동된 전하들은 리셋 상태를 유지하고 있는 제2 전하 저장부(SN2)를 통하여, 전원전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나갈 수 있다. Accordingly, the first clear operation is performed through the (2) period to (4) period. (2), the potential barrier of the transfer switching unit TS can be controlled in order to remove the unnecessary accumulated charges in the first charge storage unit SN1. That is, the transfer switching unit TS can be controlled so that the potential barrier of the transfer switching unit TS becomes equal to or less than the potential barrier of the first charge storage unit SN1. For example, the transmission signal TSx can be applied to the gate of the transfer switching unit TS. Accordingly, the charges unnecessarily accumulated in the first charge storage unit SN1 are supplied to the reset switch unit (VDD) to which the power supply voltage VDD is applied through the second charge storage unit SN2 maintaining the reset state RS to the first terminal side. Subsequently, in the (3) interval, the potential barrier of the shift switching unit SS can be controlled in order to remove charges unnecessarily accumulated in the photoelectric conversion element PD. That is, the shift switching unit SS can be controlled so that the potential barrier of the shift switching unit SS becomes equal to or smaller than the potential barrier of the photoelectric conversion element PD. For example, the shift signal SSx can be applied to the gate of the shift switching unit SS. Accordingly, the electric charges unnecessarily accumulated in the photoelectric conversion element PD can move to the first electric charge storage unit SN1, and the potential barrier of the transfer switch unit TS controlled in the (2) The charges transferred to the first charge storage section SN1 are stored in the second charge storage section SN2 that maintains the reset state because the low state (for example, the state in which the transfer signal TSx is applied) To the first terminal side of the reset switching part RS to which the power supply voltage VDD is applied.
이어서, (4) 구간을 통해, 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들이 모두 제거된 후, 쉬프트 스위칭부(SS) 의 포텐셜 배리어를 다시 높은 상태로 변환할 수 있다. 즉, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어 보다 더 높아지도록 쉬프트 스위칭부(SS)가 제어될 수 있다. 예를 들어, 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 인가되어 있던 쉬프트 신호(SSx)가 제거될 수 있다. 또한, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어도 다시 높은 상태로 변환할 수 있다. 예를 들어, 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 인가되어 있던 전송 신호(TSx)가 제거될 수 있다. 한편, 만약 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어가 높은 상태로 변환되어 있는 상태라면, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어는 낮은 상태로 변환될 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 저장부(SN1)의 게이트에 저장 신호(SN1x)가 인가될 수 있다. 이에 따라, 입사광에 의해 발생되는 전하를 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)에 저장할 수 있는 준비를 모두 마칠 수 있게 된다. 다만, (4) 구간에서 쉬프트 스위칭부(SS), 제1 전하 저장부(SN1) 및 전달 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어가 동시에 변환되어야 하는 것은 아니며, 이들은 서로 순차적으로 변환되어도 무방할 것이다.Subsequently, after the electric charges unnecessarily accumulated in the photoelectric conversion element PD and / or the first electric charge storage unit SN1 are removed through the (4) period, the potential barrier of the shift switching unit SS is reset again It can be converted into a high state. That is, the shift switching unit SS can be controlled such that the potential barrier of the shift switching unit SS is higher than the potential barrier of the photoelectric converter PD and / or the first charge storage unit SN1. For example, the shift signal SSx applied to the gate of the shift switching unit SS can be removed. Further, the potential barrier of the transfer switching unit TS can also be converted to a high state again. For example, the transmission signal TSx applied to the gate of the transfer switching unit TS can be removed. On the other hand, if the potential barrier of the first charge storage unit SN1 is in a high state, the potential barrier of the first charge storage unit SN1 can be converted to a low state. For example, the storage signal SN1x may be applied to the gate of the first charge storage unit SN1. Accordingly, it is possible to complete preparation for storing the charge generated by the incident light in the photoelectric converter PD and / or the first charge storage unit SN1. However, the potential barriers of the shift switching unit SS, the first charge storage unit SN1, and the transfer switching unit TS in the period (4) need not be simultaneously converted, and they may be sequentially converted from each other.
이와 같이, 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들이 제거될 수 있다. 다만, (2) 구간 내지 (4) 구간 사이에 도시된 동작들의 순서는 제1 클리어 동작을 설명하기 위한 일 예에 불과할 뿐이며, 제1 클리어 동작은 전술한 바와 같은 (2) 구간 내지 (4) 구간의 동작에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전술한 바에 의하면, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 먼저 수행한 후, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어를 제어하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어를 제어한 후에 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 제어하는 순서에 따라 제1 클리어 동작이 수행될 수 있으며, 또는 쉬프트 스위칭부(SS)와 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 동시에 제어함으로써 제1 클리어 동작이 수행될 수도 있을 것이다. 또한, (2) 구간 내지 (4) 구간에서는 항상 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어가 낮은 상태를 유지하고 있는 것으로 도시되어 있으나, 제1 클리어 동작이 수행되는 동안, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어가 높은 상태로 변환되었다 낮은 상태로 변환되어도 무방하다.In this way, charges unnecessarily accumulated in the photoelectric conversion element PD and / or the first charge storage section SN1 can be removed. However, the order of the operations shown between the (2) and (4) intervals is merely an example for explaining the first clear operation, and the first clear operation is performed in the order of (2) The present invention is not limited to the operation of the section. For example, according to the above description, the potential barrier of the shift switching unit SS is first controlled and then the potential barrier of the shift switching unit SS is controlled. However, the potential of the shift switching unit SS The first clear operation can be performed according to the order of controlling the potential barrier of the transfer switching unit TS after the barrier is controlled or the potential barrier of the transfer switch SS and the transfer switch TS can be simultaneously controlled The first clear operation may be performed. Also, although the potential barrier of the first charge storage unit SN1 is always kept low during the period (2) to (4), during the first clear operation, the first charge storage unit The potential barrier of SN1 may be converted to a high state and converted to a low state.
(5) 구간을 통하여, 광전 변환 소자(PD)는 입사광에 의해 발생되는 전하들을 축적할 수 있다. 이 때, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어는 높은 상태를 유지하되, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어는 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어 보다 낮은 상태를 유지하도록 상기 쉬프트 스위칭부(SS) 및 오버플로우 제어부(OFC)가 제어될 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(PD)의 용량(capacity)이 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 아닌 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어에 의해 결정될 수 있도록 할 수 있다. (5), the photoelectric conversion element PD can accumulate the charges generated by the incident light. At this time, the potential barrier of the shift switching unit SS is maintained at a high state, and the potential barrier of the shift switching unit SS is lower than the potential barrier of the overflow control unit OFC. And the overflow control section OFC can be controlled. That is, the capacity of the photoelectric conversion element PD can be determined by the potential barrier of the shift switching part SS, rather than the potential barrier of the overflow control part OFC.
일반적으로, 광전 변환 소자(PD)에 입사되는 광량에 따라 광전 변환 소자(PD)에 축적되는 전하량은 달라질 수 있다. 예를 들어, 입사광의 광량이 많으면 축적되는 전하량도 많아지며, 입사광의 광량이 적으면 축적되는 전하량도 적어지게 된다. 한편, 축적되는 전하량이 광전 변환 소자(PD)의 용량 보다 더 많아지게 되는 경우, 광전 변환 소자(PD)의 용량을 초과하여 광전 변환 소자(PD)에서 발생되는 전하들은 오버플로우 하게 된다. 이하에서는, 이와 같이 광전 변환 소자(PD)의 용량을 초과하여 오버플로우 하게 되는 전하들을 오버플로우 전하라고 하기로 한다.In general, the amount of charges accumulated in the photoelectric conversion element PD may vary depending on the amount of light incident on the photoelectric conversion element PD. For example, when the amount of incident light is large, the amount of charges accumulated increases. When the amount of incident light is small, the amount of charges accumulated is also decreased. On the other hand, when the accumulated charge amount becomes larger than the capacity of the photoelectric conversion element PD, the charges generated in the photoelectric conversion element PD exceeding the capacity of the photoelectric conversion element PD are overflowed. Hereinafter, it is assumed that charges overflowing in excess of the capacity of the photoelectric conversion element PD are transferred to the overflow.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따르면, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어 보다 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어가 더 낮도록 오버플로우 제어부(OFC) 및/또는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어를 제어하므로 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하들은 쉬프트 스위칭부(SS)측으로 오버플로우하게 된다. 도 9에 도시된 (5) 구간에는 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하가 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 오버플로우된 것을 도시하고 있다. 다만, (5) 구간에서 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 전하가 광전 변환 소자(PD)의 용량보다 더 적다면, 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우 되지 않을 수 있다.According to the
일반적으로, 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하들은 이미지 형성에 사용하지 않고 제거될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따르면, 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하들의 적어도 일부를 이용하여 이미지 형성에 사용하도록 한다.Generally, the overflow charges of the photoelectric conversion element PD can be removed without using the image formation, but according to the
(6) 구간 및 (7) 구간에서는, 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우 되어 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들의 일부를 제거하기 위한 제2 클리어 동작이 수행될 수 있다. 이를 위해, (6) 구간에서는, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 제어하여 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들이 제거될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들은 리셋 상태를 유지하고 제2 전하 저장부(SN2)를 통해 전원전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나갈 수 있다. 이 때, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들을 확실하게 제거하기 위하여, 추가적으로 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있다. 즉, 도 9에 도시되어 있는 (7) 구간과 같이, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 저장부(SN1)의 게이트에 인가되어 있는 저장 신호(SN1x)를 제거할 수 있다. A second clear operation for overflowing from the photoelectric conversion element PD and removing a part of the charges accumulated in the first charge storage section SN1 may be performed in the (6) and (7) periods. To this end, in the period (6), the potential barrier of the transfer switching part TS may be controlled to remove the charges accumulated in the first charge storage part SN1. That is, the potential barrier of the transfer switching unit TS can be controlled to be equal to or less than the potential barrier of the first charge storage unit SN1. Accordingly, the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 are maintained in the reset state and the first power supply voltage VDD is applied to the first charge storage unit SN2 through the second charge storage unit SN2. It is possible to escape to the terminal side. At this time, in order to reliably remove the charges accumulated in the first charge storage unit SN1, the potential barrier of the first charge storage unit SN1 can be further converted to a high state. That is, the potential barrier of the first charge storage section SN1 can be converted into a high state as in the section (7) shown in Fig. For example, the storage signal SN1x applied to the gate of the first charge storage unit SN1 may be removed.
이어서, (8) 구간 및 (9) 구간을 통해, 제1 전하 저장부(SN1)가 다시 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우 되는 전하들을 축적할 수 있는 상태를 만들 수 있다. 즉, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 다시 높은 상태로 변환할 수 있으며, 나아가, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어를 다시 낮은 상태로 변환할 수 있다.Subsequently, through the (8) period and the (9) period, the first charge storage section SN1 can again make a state capable of accumulating charges overflowing from the photoelectric conversion element PD. That is, the potential barrier of the transfer switching unit TS can be converted to a high state again, and further, the potential barrier of the first charge storage unit SN1 can be converted back to a low state.
다만, (6) 구간 내지 (9) 구간은 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우되는 전하들을 모두 사용하지 않고 일부만 사용하기 위하여 수행되는 동작들로써, 반드시, 도 9에 도시된 (6) 구간 내지 (9) 구간의 방식에 의해서 수행되어야만 하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 9에는 (4) 구간 내지 (5) 구간을 통하여 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환하여 유지하고 있는 것으로 도시하였으며, (6) 구간에서 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 변환함으로써 오버플로우 전하들 중 고조도 이미지의 형성에 필요하지 않은 일부를 제거하는 것으로 설명하였으나, (4) 구간 내지 (5) 구간을 통하여 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 계속해서 낮은 상태를 유지하도록 제어하여도 필요하지 않은 오버플로우 전하들의 일부는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자측으로 빠져나갈 수 있으므로 제2 클리어 동작의 목적을 달성할 수 있을 것이다.However, the period (6) to (9) are operations performed to use only a part of the charges overflowing from the photoelectric conversion element PD, 9) It should not be done by the way of section. For example, FIG. 9 shows that the potential barrier of the transmission switching unit TS is converted into a high state through the period (4) to (5) and is maintained. In the period (6) (4) through (5) of the transfer switching unit (TS) through the section of (4) to (5) Even if the potential barrier is kept to be kept low, a part of the unnecessary overflow charges can escape to the first terminal side of the reset switching unit RS, so that the object of the second clear operation can be achieved.
한편, (6) 구간 내지 (9) 구간은 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우되는 전하들을 모두 사용하지 않고 일부만 사용하기 위하여 수행하는 동작으로써, 만약 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우되는 전하들을 모두 사용하고자 하면 (6) 구간 내지 (9) 구간의 동작들은 생략될 수 있다. The period (6) to (9) is an operation performed to use only a part of the charges overflowing from the photoelectric conversion element PD, If all of them are desired to be used, the operations of the (6) to (9) sections may be omitted.
이어서, (10) 구간을 통해, 제1 읽기 동작에서 읽어낼 전하들을 제1 전하 저장부(SN1)에 축적한다. 즉, (10) 구간을 통해, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된다.Subsequently, charges to be read in the first read operation are accumulated in the first charge storage section SN1 through the section (10). That is, the charges overflowed from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1 are accumulated in the first charge storage section SN1 through the section (10).
(10) 구간의 동작이 수행되는 시간은, 제1 축적 시간(T1, 제1 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간)에 의해 결정될 수 있다. 다만, (10) 구간의 동작이 수행되는 시간은 제1 축적 시간과 일치하지 않을 수 있으며, 제1 축적 시간에는 이하에서 설명할 (11) 구간 및/또는 (12) 구간이 수행되는 시간의 일부가 포함될 수 있다.The time during which the operation of the
(11) 구간 내지 (15) 구간을 통해, 제1 읽기 동작이 수행될 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우 되어 축적된 전하들은 일련의 동작들에 의해 제2 전하 저장부(SN2)로 이동하게 되며, 이어서, 제2 전하 저장부(SN2)로 이동된 전하량을 읽어냄으로써 제1 읽기 동작이 수행될 수 있다. (11) 구간 내지 (15) 구간을 통해 수행되는 제1 읽기 동작은, 도 6을 참조하여 설명한 (10) 구간 내지(14) 구간에서 설명한 동작과 동일하거나 유사하다.A first read operation can be performed through a period (11) to (15). That is, the charges overflow from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1 are moved to the second charge storage section SN2 by a series of operations, and then, The first read operation can be performed by reading the amount of charge transferred to the portion SN2. The first read operation performed through the period (11) to (15) is the same as or similar to the operation described in the period (10) to (14) described with reference to FIG.
즉, (11) 구간에서, 리셋 스위칭부(RS)를 제어하여, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있으며, 이에 따라, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제3 출력 신호를 생성할 수 있다. 또한, (12) 구간 내지 (14) 구간을 통하여, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들을 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시킬 수 있으며, (15) 구간에서, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제4 출력 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 제2 출력 신호와 제1 출력 신호의 차이에 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우 되어 축적된 전하량(이하, 오버플로우 전하량)을 판단할 수 있게 된다. (11) 구간 내지 (15) 구간을 통해, 오버플로우 전하량을 획득하기 위하여, 전송 스위칭부(TS), 제1 전하 저장부(SN1) 및 리셋 스위칭부(RS)를 제어하는 방법은, 도 6을 참조하여 설명한 (10) 구간 내지 (14) 구간에서 설명한 방법과 동일하거나 유사하므로, 자세한 설명은 여기서 생략하기로 한다. That is, in the period (11), the potential barrier of the reset switching unit RS can be converted into a high state by controlling the reset switching unit RS, thereby changing the potential of the second charge storage unit SN2 to And generate a third output signal by sampling. Further, charges accumulated in the first charge storage unit SN1 can be transferred to the second charge storage unit SN2 through the period (12) to (14), and in the period (15) The fourth output signal can be generated by sampling the potential of the charge storage section SN2. At this time, the amount of charge accumulated overflow from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1 (hereinafter referred to as the overflow charge amount) by the incident light to the difference between the second output signal and the first output signal is determined . A method of controlling the transfer switching unit TS, the first charge storage unit SN1 and the reset switching unit RS to obtain the overflow charge amount through the period (11) to (15) (10) to (14) described above with reference to FIG. 6B, detailed description thereof will be omitted here.
상기 제1 읽기 동작에 의해 획득된 오버플로우 전하량은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 고조도 이미지를 획득하는데 사용되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.The amount of overflow charge obtained by the first read operation is used to obtain a high contrast image according to the
제1 읽기 동작에서 읽어낼 오버플로우 전하량을 축적하는 시간인 제1 축적 시간은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 높다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제1 조도임계값 이상인 경우), 상기 제1 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다. 반대로, 분석 결과, 조도가 크게 높지 않다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제2 조도임계값 이하인 경우), 상기 제1 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다.The first accumulation time, which is the time for accumulating the overflow charge amount to be read in the first reading operation, may be a constant value, but it may be a value that can be changed in real time or periodically by analyzing at least one image obtained have. For example, if it is determined that the illuminance is very high as a result of analysis of at least one image that has already been acquired (i.e., if the illuminance is equal to or greater than a preset first illumination threshold value), the first accumulation time Can be made shorter. Conversely, if the analysis determines that the illuminance is not significantly high (i.e., if the illuminance is below a preset second illumination threshold value), the first accumulation time may be longer than that used to acquire the previous image.
한편, 상기 제1 축적시간은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제1 축적 시간을 서로 다르게 설정할 수 있다.Meanwhile, the first accumulation time may be applied to all the effective pixels included in the
제1 축적 시간은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 동작 모드에서 구현하고자 하는 동적 범위(Dynamic Range)의 확장과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 전술한 바에 한정되지 않는 다양한 방식에 의해서 제어될 수 있을 것이다.The first accumulation time is closely related to the expansion of the dynamic range to be implemented in the second operation mode according to an embodiment of the present invention, so that it can be controlled by various methods not limited to the above will be.
이어서, (16) 구간 내지 (22) 구간을 통하여, 제2 읽기 동작이 수행될 수 있다. 즉, 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 생성되어 축적된 전하들은 제1 전하 저장부(SN1)를 거쳐 제2 전하 저장부(SN2)로 이동하게 되며, 이어서, 제2 전하 저장부(SN2)로 이동된 전하량을 읽어냄으로써 제2 읽기 동작이 수행될 수 있다. (16) 구간 내지 (22) 구간을 통해 수행되는 제2 읽기 동작은, 도 6을 참조하여 설명한 (6) 구간, (7) 구간 및 (9) 구간 내지 (13) 구간에서 설명한 동작과 동일하거나 유사하다.Then, a second read operation can be performed through the (16) to (22) sections. That is, the charges generated in the photoelectric converter PD by the incident light and accumulated are moved to the second charge storage unit SN2 via the first charge storage unit SN1, and then the second charge storage unit SN2 The second read operation can be performed. The second read operation performed through the period (16) to (22) is the same as the operation described in the section (6), the section (7) and the section (9) to section similar.
즉, (16) 구간 및 (17) 구간을 통해, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 제1 전하 저장부(SN1)로 이동시킬 수 있다. 이 때, 제1 읽기 동작을 위하여 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들은 제거될 수 있다. 즉, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 제어하여(즉, 낮은 상태로 변환하여) 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들이 전원전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나갈 수 있다. 이어서, (17) 구간에서, 리셋 스위칭부(RS)를 제어하여, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있고, 이에 따라, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제5 출력 신호를 생성할 수 있다. 또한, (18) 구간 내지 (20) 구간을 통하여, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들을 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시킬 수 있으며, (21) 구간에서, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제6 출력 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 제5 출력 신호와 제6 출력 신호의 차이에 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에서 생성되어 축적된 전하량(이하, 광전 변환 소자 전하량)을 판단할 수 있게 된다. 이어서, (22) 구간에서, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들을 리셋할 수 있다.That is, the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD can be transferred to the first charge storage section SN1 through the (16) period and the (17) period. At this time, the charges stored in the second charge storage unit SN2 for the first read operation can be removed. That is, the charge stored in the second charge storage unit SN2 is controlled by the reset switching unit (VDD) to which the power supply voltage VDD is applied by controlling the potential barrier of the reset switching unit RS RS to the first terminal side. Subsequently, in the section (17), the potential barrier of the reset switching part RS can be converted into a high state by controlling the reset switching part RS, thereby changing the potential of the second charge storage part SN2 to And generate a fifth output signal by sampling. Further, charges accumulated in the first charge storage unit SN1 can be transferred to the second charge storage unit SN2 through the interval (18) to (20), and in the interval (21) The sixth output signal can be generated by sampling the potential of the charge storage section SN2. At this time, it is possible to determine the amount of charge (hereinafter referred to as " photoelectric conversion element charge amount ") generated and accumulated in the photoelectric conversion element PD by the incident light to the difference between the fifth output signal and the sixth output signal. Subsequently, in the section (22), charges accumulated in the second charge storage section SN2 can be reset.
(16) 구간 내지 (22) 구간을 통해, 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 생성되고 축적된 전하량을 획득하기 위하여, 쉬프트 스위칭부(SS), 전송 스위칭부(TS), 제1 전하 저장부(SN1) 및 리셋 스위칭부(RS)를 제어하는 방법은, 도 6을 참조하여 설명한 (6) 구간, (7) 구간 및 (9) 구간 내지 (13) 구간에서 설명한 방법과 동일하거나 유사하므로, 자세한 설명은 여기서 생략하기로 한다. (TS), a first charge storage (TS), a second charge storage (TS), and a second charge storage (TS) in order to obtain the amount of charge generated and accumulated in the photoelectric converter PD by the incident light, The method of controlling the unit SN1 and the reset switching unit RS is the same as or similar to the method described in the section (6), the section (7), and the section (9) to section (13) , And a detailed description thereof will be omitted here.
상기 제2 읽기 동작에 의해 획득된 광전 변환 소자 전하량은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 저조도 이미지를 획득하는데 사용되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.The amount of photoelectric conversion element charge obtained by the second reading operation is used to acquire a low-illuminance image according to the
제2 읽기 동작에서 읽어낼 광전 변환 소자 전하량을 축적하는 시간인 제2 축적 시간은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 낮다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제3 조도임계값 이하인 경우), 상기 제1 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다. 반대로, 분석 결과, 조도가 크게 낮지 않다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제4 조도임계값 이상인 경우), 상기 제2 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다.The second accumulation time, which is the time for accumulating the charge quantity of the photoelectric conversion element to be read in the second read operation, may be a constant value, but it may be a value that can be changed in real time or periodically by analyzing at least one image It is possible. For example, if it is determined that the illuminance is very low as a result of analysis of at least one image that has already been obtained (i.e., if it is lower than a predetermined third illumination threshold value), the first accumulation time Can be longer than that. Conversely, if it is determined that the illuminance is not significantly low (i.e., the preset fourth illumination intensity threshold value or more) as a result of the analysis, the second accumulation time may be shorter than that used for acquiring the previous image.
한편, 상기 제2 축적시간은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제2 축적 시간을 서로 다르게 설정할 수 있다.Meanwhile, the second accumulation time may be the same for all the effective pixels included in the
제2 축적 시간은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 동작 모드에서 구현하고자 하는 동적 범위(Dynamic Range)의 확장과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 전술한 바에 한정되지 않는 다양한 방식에 의해서 제어될 수 있을 것이다.
The second accumulation time is closely related to the expansion of the dynamic range to be implemented in the second operation mode according to an embodiment of the present invention, so that it can be controlled by various methods not limited to the above will be.
각 단위 픽셀은 전술한 바와 같은 동작을 계속하여 반복적으로 수행하게 된다. 보다 구체적으로, 각 단위 픽셀은 (1) 구간 내지 (22) 구간의 동작을 수행한 후, 다시 (1) 구간 내지 (22) 구간의 동작을 다시 수행할 수 있다.Each unit pixel is repeatedly performed as described above. More specifically, after each of the unit pixels performs the operation of the (1) to (22) interval, the operation of the (1) to (22) interval may be performed again.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)는, 동작 모드가 제2 모드로 설정되어 있는 경우, 오버플로우 제어부(OFC)를 전구간에서 높은 상태로 유지할 수 있다. 특히, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 더 높게 유지될 수 있다. 왜냐하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 제2 모드의 동작에서는 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우되는 전하를 이미지 획득에 사용하기 때문에, 광전 변환 소자(PD)에서부터 오버플로우되는 전하가 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 오버플로우 되지 않고 전부 제1 전하 저장부(SN1)측으로 이동되어야 하기 때문이다.As described above, the
다만, 설명의 편의를 위하여 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 '전구간'에 대해서 항상 높은 상태(즉, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 높은 상태)를 유지하여야 한다고 설명하고 있으나, 본 발명의 목적을 달성하고자 하는 범위 내에서 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어와 동일하거나 낮은 상태로 변환되었다가 다시 높은 상태로 변환될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우 되는 전하의 모두를 이미지 획득에 사용하지 않을 수 있으므로(도 9의 (5) 구간 내지 (9) 구간 참조), 이러한 구간에서는, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어와 동일하거나 더 낮아지도록 제어할 수 있을 것이다.For the sake of convenience of explanation, it is explained that the potential barrier of the overflow control unit (OFC) should always be kept at a high state (that is, higher than the potential barrier of the shift switching unit SS) The potential barrier of the overflow control unit (OFC) may be converted to a state equal to or lower than the potential barrier of the shift switching unit (SS) and then converted to a higher state within a range to achieve the object of the invention. For example, according to the embodiment of the present invention, all of the charges overflowing from the photoelectric conversion element PD may not be used for image acquisition (see section (5) to section (9) of FIG. 9) In such a period, the potential barrier of the overflow control unit (OFC) may be controlled to be equal to or lower than the potential barrier of the shift switching unit (SS).
한편, 설명의 편의를 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 전구간에서 항상 동일한 값을 유지하는 것과 같이 설명하였으나, 본 발명의 목적을 달성하고자 하는 범우 내에서 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 변경될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 필요한 구간에서, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 더 높게 유지가 된다면, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 변경되고 있어도 무방할 것이다.
For the sake of convenience of explanation, the potential barrier of the overflow control unit (OFC) has been described as always maintaining the same value throughout the entire range. However, in order to achieve the object of the present invention, the potential of the overflow control unit The barrier can be changed. For example, the potential barrier of the overflow control unit (OFC) may be changed if it is maintained higher than the potential barrier of the shift switching unit SS in some required period.
전술한 바와 같이 획득된 오버플로우 전하량 및 광전 변환 소자 전하량에 기초하여, 동적 범위가 확장된 최종 이미지를 획득할 수 있게 된다. 즉, 획득된 오버플로우 전하량에 기초하여 획득될 수 있는 고조도 이미지 및 광전 변환 소자 전하량에 기초하여 획득될 수 있는 저조도 이미지에 기초하여 동적 범위가 확장된 최종 이미지가 획득될 수 있다.
It is possible to obtain a final image in which the dynamic range is expanded based on the amount of overflow charge and the amount of photoelectric converter charge obtained as described above. That is, a final image with an expanded dynamic range can be obtained based on the high-contrast image that can be obtained based on the obtained amount of overflow charge and the low-luminance image that can be obtained based on the amount of photoelectric conversion element charge.
3. 동작 모드의 자동 선택3. Automatic selection of operation mode
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 동작 모드를 선택하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 동작 모드를 선택하는 방법을 설명하기 위한 이미지 히스토그램의 일 예를 도시하는 도면이다.FIG. 10 is a flowchart for explaining a method of selecting an operation mode according to an embodiment of the present invention, FIG. 11 is an example of an image histogram for explaining a method of selecting an operation mode according to an embodiment of the present invention Fig.
본 발명의 일 실시예에 따라 동작 모드를 선택하는 것은 사용자 인터페이스(User Interface, UI) 등을 통하여 사용자로부터 입력된 값에 의해 수행될 수도 있으나, 이하에서 설명하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치(100)의 판단에 의해 자동으로 선택되는 것일 수도 있다.The selection of the operation mode according to an embodiment of the present invention may be performed by a value input from the user through a user interface (UI) or the like, but as described below, May be automatically selected by the judgment of the
이하에서, 설명하는 동작 모드의 선택을 위해 이미징 장치(100)는 모드 셀렉터(도면 미도시)를 구비할 수 있다. 즉, 이하에서 설명하는 자동으로 동작 모드를 선택하는 방법은 이미징 장치(100)에 구비된 모드 셀렉터에 의해 수행되는 것일 수 있다.In the following, the
이하에서는, 이미징 장치(100)가 자동으로 동작 모드를 선택하는 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of automatically selecting an operation mode by the
먼저, 이미징 장치(100)는 동작 모드 선택을 위한 이미지를 획득할 수 있다(S200).First, the
단계 S200에서 획득되는 이미지는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라 획득된 것일 수 있다. 예를 들어, 단계 S200이 수행될 때, 이미 이미징 장치(100)에 설정되어 있는 동작 모드에 따라 획득된 이미지일 수 있다. 만약, 이미 설정되어 있는 동작 모드가 제2 모드인 경우, 단계 S200에서 획되는 이미지는 오버플로우 전하량에 기초하여 획득한 고조도 이미지, 광전 변환 소자 전하량에 기초하여 획득한 저조도 이미지 및 고조도 이미지와 저조도 이미지에 기초하여 획득한 최종 이미지 중 적어도 하나일 수 있다.The image obtained in step S200 may be obtained according to the above-described
그러나, 단계 200에서 획득되는 이미지는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라 획득된 것에 한정되지 않는다.However, the image obtained in step 200 is not limited to that obtained in accordance with the above-described
단계 S200에서 이미지를 획득하는 시기는 이하에서 설명할 단계 S210에 의해 동작 모드가 선택/설정되는 시기와 미리 정해져 있는 시간 범위 내에 수행된다. 예를 들어, 단계 S200은 단계 S210가 수행되는 시점 보다 미리 정해져 있는 시간(예를 들어, 1초 전, 2초 전, 0.5초 전 등) 이전에 수행될 수 있다. The timing at which the image is acquired in step S200 is performed within a predetermined time range when the operation mode is selected / set by the step S210 described below. For example, the step S200 may be performed before a predetermined time (for example, one second before, two seconds before, one half second, etc.) before the step S210 is performed.
이미징 장치(100)를 통해, 동화상을 촬영하고자 하는 경우, 바람직하게는, 상기 미리 정해진 시간은, 이미징 장치(100)에 설정되어 있는 프레임과 프레임 간의 시간 간격일 수 있다. 즉, 동화상에 포함되는 제1 이미지(제1 프레임) 및 제2 이미지(제2 프레임, 제1 프레임의 바로 다음 프레임)를 가정할 때, 제1 이미지는 동작 모드를 자동으로 선택/설정하기 위한 이미지로 사용되고 제1 이미지에 기초하여 설정된 동작 모드에 따라서 제2 이미지가 촬영될 수 있다. 그러나, 이는 바람직한 실시예일 뿐이며, 자동 동작 모드 설정에 사용되는 이미지는 바로 직전 이미지(프레임)이 아닌 몇몇 프레임 이전의 프레임이 사용될 수도 있을 것이다.When a moving image is to be photographed through the
이미징 장치(100)를 통해, 정지화상을 촬영하고자 하는 경우, 바람직하게는, 상기 정지화상을 촬영하기 위한 신호(예를 들어, 사용자의 셔터 누름에 의해 발생하는 신호)의 발생 바로 직후 또는 바로 직전에 획득될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 셔터 누름에 의해 정지화상을 촬영하게 되는 경우, 반셔터와 같이, 실제 셔터가 완전히 눌리기 전의 시점에 단계 S200에 의한 이미지가 획득될 수 있으며, 이에 의해 획득된 이미지에 기초하여 동작 모드가 선택/설정된 후에, 셔터가 완전히 눌리게 되면 그 시점에 설정된 동작 모드에 따라 상기 정지 화상이 획득될 수 있다.
In the case where a still image is to be photographed through the
이어서, 이미징 장치(100)는 획득된 이미지에 기초하여 동작 모드를 선택/설정한다(S210).Subsequently, the
단계 S210에서 동작 모드를 설정/선택하기 위하여, 이하에서 설명할 방법들 중 하나의 방법 또는 이들의 조합에 의한 방법이 사용될 수 있다.
In order to set / select the operation mode in step S210, a method by one of the methods described below or a combination thereof may be used.
첫째, 이미징 장치(100)는 획득된 이미지의 히스토그램을 확인하고, 확인된 히스토그램에 기초하여 획득된 이미지의 속성이 미리 설정된 기준에 부합되는 경우 동작 모드를 제2 모드(광역 동적 범위 모드)로 설정할 수 있다.First, the
예를 들어, 이미징 장치(100)는 단계 S200에서 획득된 이미지를 분석하여 히스토그램을 획득할 수 있으며, 이에 따라 획득된 이미지의 인트라신 동적 범위(intra-scene dynamic range)가 결정될 수 있다. 즉, 획득된 이미지의 히스토그램이 도 11에 도시된 바와 같은 경우, 각 히스토그램 (a), (b) 및 (c)에 대해 획득된 이미지의 인트라신 동적 범위가 결정될 수 있다. 도 11의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 경우, 히스토그램이 넓은 조도 범위에 걸쳐서 형성되어 있는 것을 알 수 있으며, 이에 따라, 획득된 이미지의 인트라신 동적 범위는 넓다고 판단할 수 있는 반면, 도 11의 (c)에 도시된 바와 같은 경우, 히스토그램이 상대적으로 좁은 조도 범위에 걸쳐서 형성되어 있는 것을 알 수 있으며, 이에 따라, 획득된 이미지의 인트라신 동적 범위는 좁다고 판단할 수 있다. 이와 같은 경우, 이미징 장치(100)는 인트라신 동적 범위에 대한 임계값을 미리 설정해 두고, 단계 S200에서 획득된 인트라신 동적 범위의 값이 미리 설정된 임계값 이상이 되는 경우, 동작 모드를 제2 모드로 설정할 수 있다.For example, the
전술한 예에서는, 이미징 장치(100)는 획득된 이미지의 속성 중 인트라신 동적 범위만을 고려하여 동작 모드를 선택/설정하는 것으로 설명하였으나, 이미지의 속성 중 인트라신 동적 범위 외에 다른 속성을 고려하여도 무방할 것이다.
In the above-described example, the
둘째, 이미징 장치(100)는 단계 S200에서 적어도 둘 이상의 이미지를 획득하고, 상기 획득된 둘 이상의 이미지들 간의 차이(difference)를 확인하고, 상기 확인된 차이에 따라 동작 모드를 선택/설정할 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 획득된 둘 이상의 이미지는 순차적으로 획득된 이미지들이다.Second, the
일반적으로 글로벌 셔터(global shutter)는 빠르게 움직이는 피사체에 대한 이미지를 획득하고자 할 때, 이미지의 왜곡 없이 이미지를 획득하기 위하여 사용되는 방식이다.In general, a global shutter is a method used to acquire an image without image distortion when acquiring an image of a fast-moving subject.
한편, 동영상의 촬영 시, 순차적으로 획득된 둘 이상의 이미지들(서로 연속된 프레임들) 사이의 차이가 큰 경우에는 피사체의 움직임이 빠른 것으로 판단할 수 있다.On the other hand, when the difference between the two or more images (consecutive frames) sequentially obtained at the time of shooting the moving picture is large, it can be determined that the movement of the subject is fast.
따라서, 이미징 장치(100)는 이미지들 간의 차이에 대한 임계값을 미리 설정해 두고, 확인된 적어도 둘 이상의 이미지들 간의 차이가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 이미징 장치(100)는 동작 모드를 제1 모드(글로벌 셔터 모드)로 설정할 수 있다. 이 때, 이미징 장치(100)는 두 개의 이미지를 획득하여 상기 차이를 확인할 수도 있으나, 세 개 이상의 이미지를 획득하여 세 개 이상의 이미지들 간의 차이를 확인하여 동작 모드를 선택/설정하는 데 사용할 수 있을 것이다.Thus, the
사용자가 본 발명에 따른 이미징 장치(100)를 이용하여 동화상이 아닌 정지화상을 촬영하고자 할 때에도, 단계 S200을 통해 적어도 둘 이상의 이미지를 상기 정지화상의 촬영 직전에 획득할 수 있을 것이다.Even when the user wants to capture a still image other than a moving image by using the
전술한 바와 같이, 이미징 장치(100)가 자동으로 동작 모드를 설정하고 나면 이미징 장치(100)는 설정된 동작 모드에 따라 동작할 수 있다.As described above, after the
이미징 장치(100)는 동작 모드 설정을 위한 상기와 같은 동작들을 주기적으로 또는 실시간으로 계속하여 수행할 수 있다. 또는, 이미징 장치(100)는 사용자로부터 특별한 요청이 있는 경우에만 전술한 바와 같은 동작 모드 설정을 위한 동작들을 수행할 수도 있을 것이다.
The
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 모드 선택을 위해 획득된 이미지를 사용하는 것에 대해서 설명하였다. 이 때, 이미지 획득을 위해 사용되는 센서와 자동 모드 선택을 위해 사용되는 센서가 동일한 것을 가정하여 설명하였으나 두 센서는 서로 동일하지 않아도 무방할 것이다. 즉, 자동 모드 선택을 위한 이미지를 획득하기 위한 센서가 별도로 구비되어도 될 것이다.
As described above, the use of the acquired image for the automatic mode selection according to the embodiment of the present invention has been described. In this case, it is assumed that the sensor used for image acquisition and the sensor used for automatic mode selection are the same, but the two sensors may not be identical to each other. That is, a sensor for acquiring an image for automatic mode selection may be separately provided.
4. 광역 동적 범위 모드 구동방법의 다른 실시예4. Another embodiment of the wide dynamic range mode driving method
도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한 이미징 장치의 구동 방법은 광역 동적 범위를 구현하기 위한 구동 방법의 일예이다. 이하에서 설명할 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법 또한 광역 동적 범위를 구현하기 위한 구동방법에 관한 것이다. 즉, 이하에서 설명할 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법은 전술한 제2 모드의 동작을 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법을 대체할 수도 있으나, 이하의 방법은 독자적으로 광역 동적 범위를 구현하기 위한 구동방법으로 사용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.The driving method of the imaging apparatus described with reference to Figs. 7 to 9 is an example of a driving method for realizing the wide dynamic range. A driving method of an imaging apparatus according to another embodiment of the present invention to be described below also relates to a driving method for implementing a wide dynamic range. That is, the method of driving an imaging apparatus according to another embodiment to be described below may replace the method of driving an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention for the operation of the second mode described above. However, It can be used as a driving method for realizing a wide dynamic range.
또한, 이하에서 설명할 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100)의 구동방법은 도 2를 참조하여 설명한 픽셀 어레이(111)에서 구현될 수도 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100)의 구동방법이 독자적으로 사용되는 경우, 오버플로우 제어부(OFC)는 포함되지 않을 수 있다.
The method of driving the
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이며, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이며, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀 내에서 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.
FIG. 12 is a timing chart for explaining a method of driving a pixel array of an imaging apparatus according to another embodiment of the present invention. FIG. 13 is a timing chart Fig. 14 is a diagram showing a potential barrier for explaining charge transfer in a unit pixel of an imaging apparatus according to another embodiment of the present invention. Fig.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)를 이용하여 이미지를 획득하기 위해서, 픽셀 어레이(111)는 제6 구간(DR6) 동안 수행되는 축적 동작(integrating operation) 및 제7 구간(DR7) 동안 수행되는 읽기 동작(reading operation)을 수행한다.12, in order to acquire an image using the
픽셀 어레이(111)는 축적 동작 및 읽기 동작을 순차적으로 반복 수행할 수 있으며, 상기 동작들의 한 세트가 수행되면 하나의 이미지가 획득될 수 있다.The
축적 동작 및 읽기 동작은 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행되지 않을 수 있다. 즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 동일한 컬럼에 포함되어 있는 유효 픽셀들에 대해서는, 축적 동작 및 읽기 동작이 동시에 수행될 수 있으나, 서로 다른 컬럼에 포함되어 있는 유효 픽셀들 사이에서는 축적 동작 및 읽기 동작이 서로 다른 시점에 수행될 수 있다. 즉, 모든 유효픽셀들에 대해서 동시에 수행되는 대신 라인별로 순차적으로 읽어내는 방식이 채택될 수 있다.
The accumulation and read operations may not be performed simultaneously for all valid pixels. That is, as shown in FIG. 12, for the effective pixels included in the same column, the accumulation operation and the read operation can be performed at the same time, but between the effective pixels included in the different columns, The operation can be performed at different points in time. That is, instead of performing all the effective pixels at the same time, a method of sequentially reading line by line may be adopted.
축적 동작은 광전 변환 소자(PD)에 의해 입사광이 전하로 변환되는 동작을 포함한다. 또한, 축적 동작은, 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)의 클리어 동작(이하, 제3 클리어 동작), 제1 전하 저장부(SN1)의 클리어 동작(이하, 제4 클리어 동작) 및 제2 전하 저장부(SN2)의 클리어 동작(이하, 제5 클리어 동작)을 포함한다. 축적 동작에 대한 보다 구체적인 내용은 후술한다.The accumulation operation includes an operation in which incident light is converted into electric charges by the photoelectric conversion element PD. In addition, the accumulation operation is performed by a clearing operation (hereinafter referred to as a third clearing operation) of the photoelectric conversion element PD and / or the first charge storage section SN1, a clearing operation of the first charge
읽기 동작은 제1 전하 저장부(SN1)로부터 제2 전하 저장부(SN2)로 오버플로우된 전하들의 적어도 일부의 전하량을 읽어내는 제3 읽기 동작, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우된 전하들의 적어도 일부의 전하량을 읽어내는 제4 읽기 동작 및 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하량을 읽어내는 제5 읽기 동작을 포함할 수 있다.The read operation is a third read operation for reading the amount of charge of at least a part of the charges overflowing from the first charge storage unit SN1 to the second charge storage unit SN2, And a fifth reading operation for reading the amount of charge accumulated in the photoelectric conversion element PD.
제3 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 고조도 이미지의 획득을 위해 사용되며, 제4 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 중조도 이미지의 획득을 위해 사용될 수 있고, 제5 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 저조도 이미지의 획득을 위해 사용될 수 있다. 이 때, 제3 읽기 동작은 제4 읽기 동작 보다 더 먼저 수행될 수 있으며, 제4 읽기 동작은 제5 읽기 동작 보다 더 먼저 수행될 수 있다.The value of the charge amount read by the third read operation is used for acquiring the high contrast image, the value of the charge read by the fourth read operation can be used for acquiring the contrast image, The value of the charge read out can be used to obtain a low-illuminance image. At this time, the third read operation may be performed earlier than the fourth read operation, and the fourth read operation may be performed earlier than the fifth read operation.
제3 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간(제3 축적 시간, third integration time)은 제4 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간(제4 축적 시간, fourth integration time) 보다 더 짧을 수 있으며, 제4 축적 시간은 제5 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간(제5 축적 시간, fifth integration time) 보다 더 짧을 수 있다. 예를 들어, 제3 축적 시간(T3), 제4 축적 시간(T4) 및 제5 축적 시간(T5)은 다음의 관계를 가질 수 있다.The time (third accumulation time, third integration time) for accumulating the electric charge to be read by the third reading operation is shorter than the time for accumulating the electric charge to be read by the fourth reading operation (fourth accumulation time) And the fourth accumulation time may be shorter than the fifth accumulation time (fifth accumulation time) by the fifth reading operation. For example, the third accumulation time T3, the fourth accumulation time T4, and the fifth accumulation time T5 may have the following relationship.
1/5000 ≤ T3/T4 ≤ 1/51/5000? T3 / T4? 1/5
1/5000 ≤ T4/T5 ≤ 1/5
1/5000? T4 / T5? 1/5
만약, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100)의 구동방법이 전술한 제2 모드에 따른 구동방법을 대체하여 적용되는 경우, 전술한 축적 동작 및 읽기 동작이 수행되는 동안, 오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않도록 한다. 즉, 모든 구간에서 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 전하가 이동하지 못하도록 오버플로우 제어부(OFC)를 제어한다. 이를 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)는 높은 포텐셜 배리어 상태를 유지하도록 한다. 예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC)가 트랜지스터로 구성되는 경우, 상기 트랜지스터는 오프 상태를 유지하고 있을 수 있다. 특히, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 더 높게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
If the driving method of the
도 13 및 도 14를 참조하여, 각 단위 픽셀에서의 축적 동작 및 읽기 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
The accumulation operation and the read operation in each unit pixel will be described in more detail with reference to Figs. 13 and 14. Fig.
(1) 구간 내지 (4) 구간은, 제3 클리어 동작에 대응되는 구간으로써, 입사광에 대한 정확한 정보를 획득하기 위해, 입사광에 따른 전하량을 축적하는 축적 동작을 수행하기 전에 각 단위 픽셀들은 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적된 전하들을 클리어하기 위한 구간이다. 이에 대한 동작은, 도 9를 참조하여 설명한 (1) 구간 내지 (4) 구간에서 설명한 바와 동일하거나 유사하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.(1) to (4) is a section corresponding to the third clear operation. In order to obtain accurate information on the incident light, each unit pixel is subjected to photoelectric conversion This is a period for clearing charges unnecessarily accumulated in the element PD. The operations therefor are the same as or similar to those described in the section (1) to (4) described with reference to FIG. 9, and therefore a detailed description thereof will be omitted.
(5) 구간을 통하여, 광전 변환 소자(PD)는 입사광에 의해 발생되는 전하들을 축적할 수 있다. 이 때, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어는 높은 상태를 유지할 수 있다. 즉, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어는 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 보다 높은 상태가 되도록 제어될 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동방법이 전술한 제2 모드에 적용될 경우, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어는 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어 보다 낮은 상태를 유지하도록 상기 쉬프트 스위칭부(SS) 및 오버플로우 제어부(OFC)가 제어될 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(PD)의 용량(capacity)이 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 아닌 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어에 의해 결정될 수 있도록 할 수 있다. (5), the photoelectric conversion element PD can accumulate the charges generated by the incident light. At this time, the potential barrier of the shift switching unit SS can maintain a high state. That is, the potential barrier of the shift switching unit SS can be controlled to be higher than the potential barrier of the photoelectric conversion element PD. However, when the driving method according to another embodiment of the present invention is applied to the second mode described above, the potential barrier of the shift switching unit SS is shifted to a lower state than the potential barrier of the overflow control unit (OFC) The SS and the overflow control unit OFC can be controlled. That is, the capacity of the photoelectric conversion element PD can be determined by the potential barrier of the shift switching part SS, rather than the potential barrier of the overflow control part OFC.
도 14에 도시된 (5) 구간에는 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하가 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 오버플로우된 것을 도시하고 있으나, (5) 구간에서 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 전하가 광전 변환 소자(PD)의 용량보다 더 적다면, 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우 되지 않을 수 있다.Although the overflow charge of the photoelectric conversion element PD overflows to the first charge storage section SN1 side in the section (5) shown in FIG. 14, in the section (5) If the generated charge is smaller than the capacity of the photoelectric conversion element PD, it may not overflow to the first charge storage section SN1.
일반적으로, 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하들은 이미지 형성에 사용하지 않고 제거될 수 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따르면, 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하들의 적어도 일부를 이용하여 이미지 형성에 사용하도록 한다.Generally, the overflow charges of the photoelectric conversion element PD can be removed without using image formation, but according to the
(6) 구간 및 (7) 구간에서는, 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우 되어 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들의 일부를 제거하기 위한 제4 클리어 동작 및 제5 클리어 동작이 수행될 수 있다. 이어서, (8) 구간 및 (9) 구간을 통해, 제1 전하 저장부(SN1)가 다시 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우 되는 전하들을 축적할 수 있는 상태를 만들 수 있다. (6) 구간 내지 (9) 구간에 대한 설명은 도 9의 (6) 구간 내지 (9) 구간에 대한 설명으로 갈음한다.The fourth clear operation and the fifth clear operation for removing a part of the charges accumulated in the first charge storage portion SN1 overflow from the photoelectric conversion element PD are performed in the (6) and (7) . Subsequently, through the (8) period and the (9) period, the first charge storage section SN1 can again make a state capable of accumulating charges overflowing from the photoelectric conversion element PD. The explanation of the section (6) to (9) is replaced with the description of the section (6) to (9) of FIG.
이어서, (10) 구간을 통해, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된다. 만약, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우된 전하량이 제1 전하 저장부(SN1)의 용량보다 더 많은 경우, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들도 오버플로우될 수 있다. 이 때, 제1 전하 저장부(SN1)로부터 오버플로우 되는 전하들이 제2 전하 저장부(SN2)측으로 오버플로우될 수 있도록 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어와 동일하거나 더 낮게 제어될 수 있다.Subsequently, charges overflowing from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1 are accumulated in the first charge storage section SN1 through the section (10). If the amount of charge overflowed from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1 is larger than that of the first charge storage section SN1, the charge accumulated in the first charge storage section SN1 Can also be overflowed. At this time, the potential barrier of the transfer switching part TS is set so that the potential barrier of the shift switching part SS can be set to the potential barrier of the transfer switch part SS so that the charges overflowing from the first charge storage part SN1 can overflow to the second charge storage part SN2 side. Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >
(11) 구간에서는, 제1 전하 저장부(SN1)로부터 오버플로우되는 전하들을 제2 전하 저장부(SN2)에 축적하기 위하여, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있다. 즉, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어가 제2 전하 저장부(SN2)의 포텐셜 배리어 보다 더 크도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 리셋 스위칭부(RS)에 인가되어 있던 리셋 신호(RSx)가 제거될 수 있다.The potential barrier of the reset switching unit RS can be converted into a high state in order to store the charges overflowing from the first charge storage unit SN1 in the second charge storage unit SN2 . That is, the potential barrier of the reset switching unit RS can be controlled to be larger than the potential barrier of the second charge storage unit SN2. For example, the reset signal RSx applied to the reset switching unit RS can be removed.
(11) 구간의 동작이 수행되는 시간은, 제3 축적 시간(T3, 제3 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간)에 의해 결정될 수 있다. The time during which the operation of the
아울러, (11) 구간에서 제3 읽기 동작이 수행될 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우되고, 제1 전하 저장부(SN1)에서도 제2 전하 저장부(SN2)로 오버플로우되는 전하량을 제3 읽기 동작에 의해 읽어낼 수 있다.In addition, a third read operation may be performed in the (11) interval. That is, the amount of charge that overflows from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1 and overflows from the first charge storage section SN1 to the second charge storage section SN2 is referred to as a third read operation Can be read by.
상기 제3 읽기 동작에 의해 획득된 오버플로우 전하량은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 고조도 이미지를 획득하는데 사용되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.The amount of overflow charge obtained by the third reading operation is used to obtain a high-contrast image according to the
제3 읽기 동작에서 읽어낼 오버플로우 전하량을 축적하는 시간인 제3 축적 시간은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 높다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제5 조도임계값 이상인 경우), 상기 제3 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다. 반대로, 분석 결과, 조도가 크게 높지 않다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제6 조도임계값 이하인 경우), 상기 제3 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다.The third accumulation time, which is the time for accumulating the overflow charge amount to be read in the third reading operation, may be a constant value, but it may be a value that can be changed in real time or periodically by analyzing at least one image already obtained have. For example, if it is determined that the illuminance is very high as a result of the analysis of at least one image that has already been obtained (i.e., the illuminance is equal to or greater than a preset fifth illuminance threshold), the third accumulation time Can be made shorter. Conversely, if the analysis determines that the illumination is not significantly high (i.e., if the preset sixth illumination threshold value is less than or equal to the predetermined sixth illumination threshold value), the third accumulation time may be longer than that used for acquiring the previous image.
한편, 상기 제3 축적시간은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제3 축적 시간을 서로 다르게 설정할 수 있다.Meanwhile, the third accumulation time may be the same for all the effective pixels included in the
제3 축적 시간은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구현하고자 하는 동적 범위(Dynamic Range)의 확장과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 전술한 바에 한정되지 않는 다양한 방식에 의해서 제어될 수 있을 것이다.The third accumulation time is closely related to the expansion of the dynamic range to be implemented according to another embodiment of the present invention, so that it can be controlled by various methods not limited to the above.
이어서, (12) 구간을 통해, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들을 리셋시킬 수 있다. 즉, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 변환함으로써, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들이 전원전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나갈 수 있도록 할 수 있다. Subsequently, the charges stored in the second charge storage unit SN2 can be reset through the period (12). That is, by converting the potential barrier of the reset switching part RS into a low state, the charges accumulated in the second charge storage part SN2 are supplied to the first switch SW of the reset switching part RS to which the power supply voltage VDD is applied It can be made to be able to escape to the terminal side.
이어서, (13) 구간 내지 (17) 구간을 통해, 제4 읽기 동작이 수행될 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(PD)에서부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우되어 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하량을 읽어낼 수 있다. 이를 위해, (14) 구간 내지 (16) 구간을 통해 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들을 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시킬 수 있으며, 이어서, (17) 구간에서 제2 전하 저장부(SN2)에 축적된 전하량을 읽어낼 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은, 도 9를 참조하여 설명한 (10) 구간 내지 (15) 구간에 대한 설명으로 갈음한다.Then, a fourth read operation can be performed through the (13) to (17) intervals. That is, the amount of charge accumulated in the first charge storage section SN1 can be read by overflowing from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage section SN1. To this end, the charges stored in the first charge storage unit SN1 can be transferred to the second charge storage unit SN2 through the (14) to (16) The amount of charge accumulated in the charge storage section SN2 can be read. A detailed description thereof will be replaced with a description of the section (10) to (15) described with reference to FIG.
상기 제4 읽기 동작에 의해 획득된 광전 변환 소자 전하량은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 중조도 이미지를 획득하는데 사용되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.The amount of photoelectric conversion element charge obtained by the fourth read operation is used to acquire a contrast enhancement image according to the
제4 읽기 동작에서 읽어낼 오버플로우 전하량을 축적하는 시간인 제4 축적 시간은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 높다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제7 조도임계값 이상인 경우), 상기 제4 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다. 반대로, 분석 결과, 조도가 크게 높지 않다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제8 조도임계값 이하인 경우), 상기 제4 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다.The fourth accumulation time, which is the time for accumulating the overflow charge amount to be read in the fourth read operation, may be a constant value, but it may be a value that can be changed in real time or periodically by analyzing at least one image obtained have. For example, if it is determined that the illuminance is very high as a result of analysis of at least one image that has already been obtained (i.e., the preset seventh illumination threshold value or more), the fourth accumulation time is the one used for acquiring the previous image Can be made shorter. Conversely, if it is determined that the illuminance is not significantly high (i.e., the preset eighth illumination threshold value or less) as a result of the analysis, the fourth accumulation time may be longer than that used for acquiring the previous image.
한편, 상기 제4 축적시간은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제4 축적 시간을 서로 다르게 설정할 수 있다.Meanwhile, the fourth accumulation time may be the same for all the effective pixels included in the
제4 축적 시간은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구현하고자 하는 동적 범위(Dynamic Range)의 확장과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 전술한 바에 한정되지 않는 다양한 방식에 의해서 제어될 수 있을 것이다.The fourth accumulation time is closely related to the expansion of the dynamic range to be implemented according to another embodiment of the present invention, so that it can be controlled by various methods not limited to the above.
이어서, (18) 구간 내지 (23) 구간을 통하여, 제5 읽기 동작이 수행될 수 있다. 즉, 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 생성되어 축적된 전하들은 제1 전하 저장부(SN1)를 거쳐 제2 전하 저장부(SN2)로 이동하게 되며, 이어서, 제2 전하 저장부(SN2)로 이동된 전하량을 읽어냄으로써 제5 읽기 동작이 수행될 수 있다. (18) 구간 내지 (23) 구간을 통해 수행되는 제5 읽기 동작은, 도 9를 참조하여 설명한 (16) 구간 내지 (22) 구간에서 설명한 동작과 동일하거나 유사하다.Then, a fifth read operation can be performed through the (18) to (23) sections. That is, the charges generated in the photoelectric converter PD by the incident light and accumulated are moved to the second charge storage unit SN2 via the first charge storage unit SN1, and then the second charge storage unit SN2 The fifth read operation can be performed. The fifth read operation performed through the (18) to (23) sections is the same as or similar to the operation described in the section (16) to (22) described with reference to FIG.
상기 제5 읽기 동작에 의해 획득된 오버플로우 전하량은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 저조도 이미지를 획득하는데 사용되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.The overflow charge amount obtained by the fifth read operation is used to acquire a low-illuminance image according to the
제5 읽기 동작에서 읽어낼 오버플로우 전하량을 축적하는 시간인 제5 축적 시간은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 높다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제9 조도임계값 이상인 경우), 상기 제5 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다. 반대로, 분석 결과, 조도가 크게 높지 않다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제10 조도임계값 이하인 경우), 상기 제5 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다.The fifth accumulation time, which is the time for accumulating the overflow charge amount to be read in the fifth read operation, may be a constant value, but it may be a value that can be changed in real time or periodically by analyzing at least one image obtained have. For example, if it is determined that the illuminance is very high as a result of analysis of at least one image that has already been obtained (i.e., the preset ninth illumination is above the threshold value), the fifth accumulation time may be the one used for acquiring the previous image Can be made shorter. Conversely, if the analysis determines that the illuminance is not significantly high (i.e., the preset tenth dimension is below the threshold value), the fifth accumulation time may be longer than that used for acquiring the previous image.
한편, 상기 제5 축적시간은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제5 축적 시간을 서로 다르게 설정할 수 있다.Meanwhile, the fifth accumulation time may be applied to all the effective pixels included in the
제5 축적 시간은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구현하고자 하는 동적 범위(Dynamic Range)의 확장과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 전술한 바에 한정되지 않는 다양한 방식에 의해서 제어될 수 있을 것이다.
The fifth accumulation time is closely related to the expansion of the dynamic range to be implemented in accordance with another embodiment of the present invention, and thus it can be controlled by various methods not limited to the above.
각 단위 픽셀은 전술한 바와 같은 동작을 계속하여 반복적으로 수행하게 된다. 보다 구체적으로, 각 단위 픽셀은 (1) 구간 내지 (23) 구간의 동작을 수행한 후, 다시 (1) 구간 내지 (23) 구간의 동작을 다시 수행할 수 있다.Each unit pixel is repeatedly performed as described above. More specifically, after each of the unit pixels performs the operation of the (1) to (23) interval, the operation of the (1) to (23) interval may be performed again.
전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100)의 구동방법에 의하면, 제1 전하 저장부(SN1)에서 오버플로우 되는 전하들의 적어도 일부를 이미지 획득에 사용할 수 있게 됨으로써, 도 9를 참조하여 설명한 구동방법 보다 더 넓은 동적 범위를 이미징 장치(100)가 가질 수 있도록 할 수 있게 된다.
As described above, according to the driving method of the
Claims (11)
상기 픽셀에 신호를 인가하는 제어회로를 포함하고,
상기 제어회로는, 상기 광전 변환 소자에 저장된 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작, 상기 광전 변환 소자로부터 상기 제1 전하 저장부로 오버플로우되어 상기 제1 전하 저장부에 저장된 전하량을 읽어내는 제2 읽기 동작 및 상기 제1 전하 저장부로부터 상기 제2 전하저장부로 오버플로우된 전하량을 읽어내는 제3 읽기 동작을 하는
이미징 장치.
A shift switching unit disposed at one side of the photoelectric conversion element, a first charge storage unit disposed at one side of the shift switching unit, a transfer switching unit disposed at one side of the first charge storage unit, A pixel including a second charge storage portion disposed therein and a reset switching portion disposed on one side of the second charge storage portion; And
And a control circuit for applying a signal to the pixel,
The control circuit includes a first reading operation for reading the amount of charge stored in the photoelectric conversion element, a second reading operation for overflowing from the photoelectric conversion element to the first charge storage section and reading the amount of charge stored in the first charge storage section And a third reading operation for reading the amount of charge overflow from the first charge storage unit to the second charge storage unit
Imaging device.
상기 제1 읽기 동작은, 상기 광전 변환 소자에 저장된 전하를 상기 제1 전하 저장부를 통해 상기 제2 전하 저장부로 이동시켜 읽어내는 동작을 포함하는
이미징 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first reading operation includes an operation of moving the charge stored in the photoelectric conversion element to the second charge storage portion through the first charge storage portion and reading out
Imaging device.
상기 제2 읽기 동작은, 상기 광전 변환 소자로부터 상기 제1 전하 저장부로 오버플로우 되어 상기 제1 전하 저장부에 저장된 전하들을 상기 제2 전하 저장부로 이동시켜 읽어내는 동작을 포함하는
이미징 장치.
The method according to claim 1,
And the second read operation includes an operation of moving charges stored in the first charge storage unit overflow from the photoelectric conversion element to the first charge storage unit to the second charge storage unit and reading out
Imaging device.
상기 제2 전하 저장부는 플로팅 확산 노드(floating diffusion node)인 것을 특징으로 하는
이미징 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the second charge storage portion is a floating diffusion node
Imaging device.
상기 광전 변환 소자 리셋 후,상기 제3 읽기 동작을 수행하기 전에, 상기 전송 스위칭부를 턴온시키지 않는
이미징 장치.
2. The control circuit according to claim 1,
After the photoelectric conversion element is reset, before the third read operation is performed, the transfer switching unit is not turned on
Imaging device.
상기 광전 변환 소자 리셋 후, 상기 제2 읽기 동작을 수행하기 전에, 상기 쉬프트 스위칭부를 동작시키지 않는
이미징 장치.
2. The control circuit according to claim 1,
After resetting the photoelectric conversion element, before performing the second read operation, the shift switching unit
Imaging device.
상기 제3 읽기 동작을 수행한 후에 상기 제2 읽기 동작을 수행하고,
상기 제2 읽기 동작을 수행한 후에 상기 제1 읽기 동작을 수행하는
이미징 장치.
2. The control circuit according to claim 1,
Performing the second read operation after performing the third read operation,
And performs the first read operation after performing the second read operation
Imaging device.
상기 제1 읽기 동작에 의해 읽어내는 전하량을 축적하는 제1 축적 시간은, 상기 제2 읽기 동작에 의해 읽어내는 전하량을 축적하는 제2 축적 시간 보다 더 긴 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first accumulation time for accumulating the amount of charge read by the first reading operation is longer than the second accumulation time for accumulating the amount of charge read by the second reading operation.
상기 제2 축적 시간은, 상기 제1 축적 시간의 1/5000 이상, 상기 제1 축적 시간의 1/5 이하의 범위에서 선택되는
이미징 장치.
9. The method of claim 8,
The second accumulation time is selected in a range of 1/5000 or more of the first accumulation time and 1/5 or less of the first accumulation time
Imaging device.
상기 제2 읽기 동작에 의해 읽어내는 전하량을 축적하는 제2 축적 시간은, 상기 제3 읽기 동작에 의해 읽어내는 전하량을 축적하는 제3 축적 시간 보다 더 긴 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the second accumulation time for accumulating the amount of charge read by the second reading operation is longer than the third accumulation time for accumulating the amount of charge read by the third reading operation.
상기 제3 축적 시간은, 상기 제2 축적 시간의 1/5000 이상, 상기 제1 축적 시간의 1/5 이하의 범위에서 선택되는
이미징 장치.
11. The method of claim 10,
The third accumulation time is selected in a range of 1/5000 or more of the second accumulation time and 1/5 or less of the first accumulation time
Imaging device.
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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US14/282,109 US9602742B2 (en) | 2013-05-20 | 2014-05-20 | Imaging device and method for achieving wide dynamic range |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020130056641A KR20140136291A (en) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | Imaging device and method for driving thereof |
Publications (1)
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---|---|
KR20140136291A true KR20140136291A (en) | 2014-11-28 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR20140136291A (en) |
-
2013
- 2013-05-20 KR KR1020130056641A patent/KR20140136291A/en not_active Application Discontinuation
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