KR20190089701A - Image sensor - Google Patents

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KR20190089701A
KR20190089701A KR1020180110823A KR20180110823A KR20190089701A KR 20190089701 A KR20190089701 A KR 20190089701A KR 1020180110823 A KR1020180110823 A KR 1020180110823A KR 20180110823 A KR20180110823 A KR 20180110823A KR 20190089701 A KR20190089701 A KR 20190089701A
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Abstract

An image sensor according to an embodiment of the present invention comprises: a first photodiode connected to a first floating diffusion through a first transmission transistor; a second photodiode included in the same pixel as the first photodiode and connected to a second floating diffusion through a second transmission transistor and a switch element; a pixel circuit having a first reset transistor connected between a power node and the second floating diffusion, and a second reset transistor connected between the first floating diffusion and the second floating diffusion; and a controller for detecting a first pixel voltage corresponding to charges of the first floating diffusion by turning off the second reset transistor for a first time, and detecting a second pixel voltage corresponding to charges of the first floating diffusion and the second floating diffusion by turning on the second reset transistor when a second time after the first time starts.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}Image sensor {IMAGE SENSOR}

본 발명은 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor.

이미지 센서는 빛을 받아들여 전기 신호를 생성하는 반도체 기반의 센서로서, 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이와, 픽셀 어레이를 구동하고 이미지를 생성하기 위한 회로 등을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들은, 이미지 센서는 외부의 빛에 반응하여 전하를 생성하는 포토 다이오드 및 포토 다이오드가 생성한 전하를 전기 신호로 변환하는 픽셀 회로 등을 포함할 수 있다. 이미지 센서는 사진이나 동영상을 촬영하기 위한 카메라 이외에, 스마트폰, 태블릿 PC, 랩톱 컴퓨터, 텔레비전, 자동차 등에 폭넓게 적용될 수 있다. 최근에는 이미지 센서의 다이나믹 레인지를 개선하기 위한 연구와 함께, 플리커 현상이 발생하는 광원의 빛을 정확히 감지하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.An image sensor is a semiconductor-based sensor that accepts light to produce an electrical signal, which may include a pixel array having a plurality of pixels, a circuit for driving the pixel array and generating an image, and so on. The plurality of pixels may include a photodiode that generates charges in response to external light, and a pixel circuit that converts charge generated by the photodiode into an electric signal. Image sensors can be widely applied to smart phones, tablet PCs, laptop computers, televisions, automobiles, and the like, in addition to cameras for taking pictures and moving images. Recently, in order to improve the dynamic range of an image sensor, studies have been actively conducted to accurately detect light of a light source in which a flicker phenomenon occurs.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 넓은 다이나믹 레인지(Dynamic Range)를 가지며, 반도체 발광소자(LED) 등과 같이 플리커 현상이 발생하는 외부 광원의 빛을 정확하게 감지하여 이미지를 생성할 수 있는 이미지 센서를 제공하고자 하는 데에 있다.One of the problems to be solved by the technical idea of the present invention is to provide a liquid crystal display device having a wide dynamic range and capable of accurately detecting light of an external light source such as a semiconductor light emitting device And to provide an image sensor.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 전하를 생성하여 제1 플로팅 디퓨전에 저장하는 제1 포토 다이오드, 상기 제1 포토 다이오드와 같은 픽셀에 포함되는 제2 포토 다이오드, 상기 제1 플로팅 디퓨전, 및 제2 플로팅 디퓨전을 갖는 픽셀 회로, 및 상기 제1 플로팅 디퓨전에 누적된 전하를 상기 제2 플로팅 디퓨전으로 이동시켜 제1 픽셀 전압을 검출한 후, 상기 제2 플로팅 디퓨전을 리셋하여 리셋 전압을 검출하고, 상기 제2 포토 다이오드에서 생성된 전하를 상기 제2 플로팅 디퓨전으로 이동시켜 제2 픽셀 전압을 검출하는 컨트롤러를 포함한다.An image sensor according to an embodiment of the present invention includes a first photodiode for generating and storing a charge in a first floating diffusion, a second photodiode included in a pixel such as the first photodiode, a first floating diffusion, And a pixel circuit having a first floating diffusion and a second floating diffusion, and after accumulating charge accumulated in the first floating diffusion to the second floating diffusion to detect a first pixel voltage, the second floating diffusion is reset to detect a reset voltage And a controller for moving the charge generated in the second photodiode to the second floating diffusion to detect the second pixel voltage.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 포토 다이오드, 상기 제1 포토 다이오드와 같은 픽셀에 포함되는 제2 포토 다이오드, 제1 전송 트랜지스터를 통해 상기 제1 포토 다이오드에 연결되는 제1 플로팅 디퓨전, 제1 리셋 트랜지스터를 통해 상기 제1 플로팅 디퓨전에 연결되는 제2 플로팅 디퓨전, 및 상기 제1 포토 다이오드와 전원 노드 사이에 연결되는 오버플로우 트랜지스터를 갖는 픽셀 회로, 및 상기 오버플로우 트랜지스터와 상기 제1 전송 트랜지스터를 교대로 복수 회 턴-온 및 턴-오프시켜 상기 제1 포토 다이오드가 생성한 전하를 상기 제1 플로팅 디퓨전에 저장하며, 상기 제2 플로팅 디퓨전을 리셋하여 제1 리셋 전압을 검출하고 상기 제1 리셋 트랜지스터를 턴-온시켜 상기 제2 플로팅 디퓨전으로부터 제1 픽셀 전압을 검출하는 컨트롤러를 포함한다.The image sensor according to an embodiment of the present invention includes a first photodiode, a second photodiode included in a pixel such as the first photodiode, a first photodiode connected to the first photodiode through a first transfer transistor, A pixel circuit having a first floating diffusion, a second floating diffusion coupled to the first floating diffusion through a first reset transistor, and an overflow transistor coupled between the first photodiode and a power node, One transfer transistor is alternately turned on and off multiple times to store the charge generated by the first photodiode in the first floating diffusion and the second floating diffusion is reset to detect the first reset voltage A controller for turning on the first reset transistor to detect a first pixel voltage from the second floating diffusion .

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 포토 다이오드, 상기 제1 포토 다이오드와 같은 픽셀에 포함되는 제2 포토 다이오드, 제1 전송 트랜지스터의 온/오프 동작에 의해 상기 제1 포토 다이오드가 생성하는 전하를 누적하는 제1 플로팅 디퓨전, 제2 전송 트랜지스터의 온/오프 동작에 의해 상기 제2 포토 다이오드가 생성하는 전하를 전달받는 제2 플로팅 디퓨전, 상기 제1 플로팅 디퓨전과 상기 제2 플로팅 디퓨전 사이에 연결되는 제1 리셋 트랜지스터, 전원 전압을 공급하는 전원 노드와 상기 제1 리셋 트랜지스터 사이에 연결되는 제2 리셋 트랜지스터, 및 상기 제1 포토 다이오드와 상기 전원 노드 사이에 연결되며, 상기 제1 포토 다이오드의 포화를 방지하는 오버플로우 트랜지스터를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an image sensor including: a first photodiode; a second photodiode included in a pixel such as the first photodiode; A second floating diffusion that receives charge generated by the second photodiode by the on / off operation of the second transfer transistor, a second floating diffusion which accumulates charge generated by the first floating diffusion, And a second reset transistor connected between the first photodiode and the power supply node, the first reset transistor being connected between the power supply node and the first reset transistor, And an overflow transistor for preventing saturation of the diode.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 센서의 복수의 픽셀들 각각에 포함되는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드에서 생성되는 전하를 이용하여, 플리커 현상이 발생하는 외부 광원의 빛을 정확히 검출할 수 있다. 또한, 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드의 노출 시간을 다르게 제어함으로써, 이미지 센서의 다이나믹 레인지를 증가시켜 이미지 센서가 생성하는 이미지의 품질을 개선할 수 있다According to an embodiment of the present invention, light from an external light source, which generates a flicker phenomenon, is accurately detected by using charges generated in the first photodiode and the second photodiode included in each of the plurality of pixels of the image sensor . In addition, by controlling the exposure time of the first photodiode and the second photodiode differently, the dynamic range of the image sensor can be increased to improve the quality of the image generated by the image sensor

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.The various and advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and can be more easily understood in the course of describing a specific embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 평면도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 회로를 나타낸 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 회로를 나타낸 회로도이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 회로를 나타낸 회로도이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 21 내지 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 간단하게 나타낸 블록도이다.
1 is a block diagram briefly showing an image sensor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 and 3 are simplified views of an image processing apparatus including an image sensor according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are simplified plan views illustrating a pixel array included in an image sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram showing a pixel circuit included in an image sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention.
8 and 9 are views for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention.
10 to 12 are views for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention.
13 is a circuit diagram showing a pixel circuit included in an image sensor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 14 through 17 are views for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention.
18 is a circuit diagram showing a pixel circuit included in an image sensor according to an embodiment of the present invention.
19 and 20 are views for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 21 to 27 are views for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention.
28 is a block diagram briefly showing an electronic device including an image sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram briefly showing an image processing apparatus including an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 처리 장치(1)는, 이미지 센서(10), 및 이미지 프로세서(20)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(10)는 픽셀 어레이(11), 로우 드라이버(12), 칼럼 드라이버(13), 리드아웃 회로(14), 및 타이밍 컨트롤러(15) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an image processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may include an image sensor 10, and an image processor 20. The image sensor 10 may include a pixel array 11, a row driver 12, a column driver 13, a lead-out circuit 14, a timing controller 15, and the like.

이미지 센서(10)는 이미지 프로세서(20)로부터 수신하는 제어 명령에 따라 동작할 수 있으며, 객체(object, 30)로부터 전달되는 빛을 전기 신호로 변환하여 이미지 프로세서(20)로 출력할 수 있다. 이미지 센서(10)에 포함되는 픽셀 어레이(11)는 복수의 픽셀(PX)을 포함할 수 있으며, 복수의 픽셀(PX)은 빛을 받아들여 전하를 생성하는 포토 다이오드(Photo Diode, PD)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 픽셀(PX) 각각은 둘 이상의 포토 다이오드들을 포함할 수 있다.The image sensor 10 may operate according to a control command received from the image processor 20 and may convert the light transmitted from the object 30 into an electric signal and output the electric signal to the image processor 20. [ The pixel array 11 included in the image sensor 10 may include a plurality of pixels PX and the plurality of pixels PX may include a photodiode PD for receiving light to generate charges . In one embodiment, each of the plurality of pixels PX may comprise two or more photodiodes.

한편 복수의 픽셀(PX) 각각은 포토 다이오드가 생성하는 전하로부터 전기 신호를 생성하기 위한 픽셀 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 픽셀 회로는 전송 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 및 리셋 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 하나의 픽셀(PX)이 둘 이상의 포토 다이오드들을 갖는 경우, 각 픽셀(PX)은 둘 이상의 포토 다이오드들 각각에서 생성된 전하를 처리하기 위한 픽셀 회로를 포함할 수 있다. 즉, 하나의 픽셀(PX)이 둘 이상의 포토 다이오드들을 갖는 경우, 픽셀 회로는 전송 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 및 리셋 트랜지스터 중 적어도 일부를 2개 이상 포함할 수 있다. Each of the plurality of pixels PX may include a pixel circuit for generating an electric signal from a charge generated by the photodiode. In one embodiment, the pixel circuit may include a transfer transistor, a drive transistor, a select transistor, a reset transistor, and the like. When one pixel PX has two or more photodiodes, each pixel PX may include a pixel circuit for processing the charge generated in each of the two or more photodiodes. That is, when one pixel PX has two or more photodiodes, the pixel circuit may include at least two of at least some of the transfer transistor, the driving transistor, the selection transistor, and the reset transistor.

본 발명의 일 실시예에서 하나의 픽셀(PX)은 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 하나의 픽셀(PX)은, 제1 포토 다이오드에서 생성된 전하를 처리하는 제1 픽셀 회로 및 제2 포토 다이오드에서 생성된 전하를 처리하는 제2 픽셀 회로를 포함할 수 있다. 제1 픽셀 회로와 제2 픽셀 회로 각각은 복수의 반도체 소자들을 포함할 수 있다. 제1 픽셀 회로는 제1 포토 다이오드에서 생성된 전하로부터 제1 픽셀 신호를 생성하여 제1 칼럼 라인으로 출력하고, 제2 회로는 제2 포토 다이오드에서 생성된 전하로부터 제2 픽셀 신호를 생성하여 제2 칼럼 라인으로 출력할 수 있다. 제1 픽셀 신호와 제2 픽셀 신호 각각은, 리셋 전압과 픽셀 전압을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, one pixel PX may include a first photodiode and a second photodiode. Further, in one embodiment of the present invention, one pixel PX includes a first pixel circuit for processing the charge generated in the first photodiode and a second pixel circuit for processing the charge generated in the second photodiode can do. Each of the first pixel circuit and the second pixel circuit may include a plurality of semiconductor elements. The first pixel circuit generates a first pixel signal from the charge generated in the first photodiode and outputs the first pixel signal to the first column line and the second circuit generates a second pixel signal from the charge generated in the second photodiode, 2 column lines. Each of the first pixel signal and the second pixel signal may include a reset voltage and a pixel voltage.

로우 드라이버(12)는 픽셀 어레이(11)를 행(row) 단위로 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(12)는 각 픽셀(PX)의 전송 트랜지스터를 제어하는 전송 제어 신호, 리셋 트랜지스터를 제어하는 리셋 제어 신호, 선택 트랜지스터를 제어하는 선택 제어 신호 등을 생성할 수 있다. The row driver 12 may drive the pixel array 11 in a row unit. For example, the row driver 12 can generate a transfer control signal for controlling the transfer transistor of each pixel PX, a reset control signal for controlling the reset transistor, a selection control signal for controlling the selection transistor, and the like.

칼럼 드라이버(13)는 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter, ADC) 등을 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플러는, 로우 드라이버(12)가 공급하는 행 선택 신호에 의해 선택되는 행에 포함되는 픽셀(PX)들에 연결된 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 획득하기 위한 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 상관 이중 샘플러의 출력을 디지털 신호로 변환하여 리드아웃 회로(14)에 전달할 수 있다.The column driver 13 may include a correlated double sampler (CDS), an analog-to-digital converter (ADC), and the like. The correlated dual sampler may perform correlated double sampling to obtain pixel signals through the column lines connected to the pixels PX included in the row selected by the row select signal supplied by the row driver 12. [ The analog-to-digital converter can convert the output of the correlated double sampler into a digital signal and deliver it to the lead-out circuit 14.

리드아웃 회로(14)는 디지털 신호를 임시로 저장할 수 있는 래치 또는 버퍼 회로와 증폭 회로 등을 포함할 수 있으며, 칼럼 드라이버(13)로부터 수신한 디지털 신호를 처리하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 로우 드라이버(12), 칼럼 드라이버(13) 및 리드아웃 회로(14)의 동작 타이밍은 타이밍 컨트롤러(15)에 의해 결정될 수 있으며, 타이밍 컨트롤러(15)는 이미지 프로세서(20)가 전송하는 제어 명령에 의해 동작할 수 있다. 이미지 프로세서(20)는 리드아웃 회로(14)가 출력하는 이미지 데이터를 신호 처리하여 디스플레이 장치 등에 출력하거나 메모리 등의 저장 장치에 저장할 수 있다. 또는, 이미지 처리 장치(1)가 자율 주행 차량에 탑재되는 경우, 이미지 프로세서(20)는 이미지 데이터를 신호 처리하여 자율 주행 차량을 제어하는 메인 컨트롤러 등에 전송할 수 있다.The lead-out circuit 14 may include a latch or buffer circuit capable of temporarily storing a digital signal, an amplification circuit, and the like, and may process the digital signal received from the column driver 13 to generate image data. The operation timings of the row driver 12, the column driver 13 and the lead-out circuit 14 can be determined by the timing controller 15 and the timing controller 15 can control the operation timings of the control commands . ≪ / RTI > The image processor 20 may process image data output from the lead-out circuit 14 and output it to a display device or the like, or may store the image data in a storage device such as a memory. Alternatively, when the image processing apparatus 1 is mounted on the autonomous driving vehicle, the image processor 20 may transmit the image data to the main controller for controlling the autonomous driving vehicle and the like.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치를 간단하게 나타낸 도면이다.2 is a simplified view of an image processing apparatus including an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 처리 장치(2)는 픽셀 어레이 영역(40), 픽셀 어레이 영역(40)의 하부에 마련되는 로직 회로 영역(50) 및 로직 회로 영역(50)의 하부에 마련되는 메모리 영역(60) 등을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이 영역(40)과 로직 회로 영역(50) 및 메모리 영역(60)은 서로 적층될 수 있다. 일 실시예에서, 픽셀 어레이 영역(40)과 로직 회로 영역(50)은 웨이퍼 레벨에서 서로 적층되고, 메모리 영역(60)은 칩 레벨에서 로직 회로 영역(50)의 하부에 부착될 수 있다.2, an image processing apparatus 2 according to an embodiment of the present invention includes a pixel array region 40, a logic circuit region 50 provided at a lower portion of the pixel array region 40, And a memory region 60 provided at a lower portion of the memory cell array 50. The pixel array region 40 and the logic circuit region 50 and the memory region 60 may be stacked on each other. In one embodiment, the pixel array region 40 and the logic circuit region 50 are stacked together at the wafer level, and the memory region 60 can be attached to the bottom of the logic circuit region 50 at the chip level.

픽셀 어레이 영역(40)은 복수의 픽셀들(PX)이 마련되는 센싱 영역(SA)과, 센싱 영역(SA) 주변에 마련되는 제1 패드 영역(PA1)을 포함할 수 있다. 제1 패드 영역(PA1)에는 복수의 상부 패드들(PAD)이 포함되며, 복수의 상부 패드들(PAD)은 비아(VIA) 등을 통해 로직 회로 영역(50)의 제2 패드 영역(PA2)에 마련된 패드들 및 로직 회로(LC)와 연결될 수 있다.The pixel array region 40 may include a sensing region SA where a plurality of pixels PX are provided and a first pad region PA1 provided around the sensing region SA. The first pad area PA1 includes a plurality of upper pads PAD and the plurality of upper pads PAD are connected to the second pad area PA2 of the logic circuit area 50 via a via VIA, And to the logic circuit LC.

복수의 픽셀들(PX) 각각은 빛을 받아들여 전하를 생성하는 포토 다이오드와, 포토 다이오드가 생성한 전하를 전기 신호로 변환하는 픽셀 회로 등을 포함할 수 있다. 포토 다이오드는 유기 포토 다이오드 또는 반도체 포토 다이오드 등을 포함할 수 있으며, 일 실시예에서 복수의 반도체 포토 다이오드들이 복수의 픽셀들(PX) 각각에 포함될 수 있다. 픽셀 회로는 포토 다이오드가 생성한 전하를 전기 신호로 변환하기 위한 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. Each of the plurality of pixels PX may include a photodiode for receiving light to generate charge, a pixel circuit for converting the charge generated by the photodiode into an electric signal, and the like. The photodiode may include an organic photodiode or a semiconductor photodiode, and in one embodiment, a plurality of semiconductor photodiodes may be included in each of the plurality of pixels PX. The pixel circuit may include a plurality of transistors for converting the charge generated by the photodiode into an electrical signal.

로직 회로 영역(50)은 로직 회로(LC)에 형성되는 복수의 회로 소자들을 포함할 수 있다. 로직 회로(LC)에 포함되는 복수의 회로 소자들은, 픽셀 어레이 영역(40)에 마련된 픽셀 회로를 구동하기 위한 회로들, 예를 들어 로우 드라이버, 칼럼 드라이버, 및 타이밍 컨트롤러 등을 제공할 수 있다. 로직 회로(LC)에 포함되는 복수의 회로 소자들은 제1 및 제2 패드 영역들(PA1, PA2)을 통해 픽셀 회로와 연결될 수 있다.The logic circuit region 50 may include a plurality of circuit elements formed in the logic circuit LC. The plurality of circuit elements included in the logic circuit LC may provide circuits, such as a row driver, a column driver, and a timing controller, for driving pixel circuits provided in the pixel array region 40, for example. A plurality of circuit elements included in the logic circuit LC may be connected to the pixel circuit through the first and second pad regions PA1 and PA2.

로직 회로 영역(50)의 하부에 마련되는 메모리 영역(60)은 메모리 칩(MC)과 더미 칩(DC), 및 메모리 칩(MC)과 더미 칩(DC)을 밀봉하는 보호층(EN)을 포함할 수 있다. 메모리 칩(MC)은 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 또는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)일 수 있으며, 더미 칩(DC)은 데이터를 실제로 저장하는 기능은 갖지 않을 수 있다. 메모리 칩(MC)은 범프에 의해 로직 회로 영역(50)에 포함된 회로 소자들 중 적어도 일부와 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서 상기 범프는 마이크로 범프일 수 있다. The memory region 60 provided at the lower portion of the logic circuit region 50 includes a protection layer EN sealing the memory chip MC and the dummy chip DC and the memory chip MC and the dummy chip DC . The memory chip MC may be a dynamic random access memory (DRAM) or a static random access memory (SRAM), and the dummy chip DC may not have the function of actually storing data. The memory chip MC may be electrically connected to at least some of the circuit elements included in the logic circuit region 50 by bumps. In one embodiment, the bumps may be micro-bumps.

다음으로 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(3)는 제1 레이어(70)와 제2 레이어(80)를 포함할 수 있다. 제1 레이어(70)는 복수의 픽셀들(PX)이 마련되는 센싱 영역(SA)과, 복수의 픽셀들(PX)을 구동하기 위한 소자들이 마련되는 컨트롤 로직 영역(LC), 및 센싱 영역(SA)과 컨트롤 로직 영역(LC)의 주변에 마련되는 제1 패드 영역(PA1)을 포함할 수 있다. 제1 패드 영역(PA1)에는 복수의 상부 패드들(PAD)이 포함되며, 복수의 상부 패드들(PAD)은 비아(VIA) 등을 통해 제2 레이어(80)에 마련된 메모리 칩(MC)과 연결될 수 있다. 제2 레이어(80)는 메모리 칩(MC)과 더미 칩(DC), 및 메모리 칩(MC)과 더미 칩(DC)을 밀봉하는 보호층(EN)을 포함할 수 있다.3, the image sensor 3 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a first layer 70 and a second layer 80. Referring to FIG. The first layer 70 includes a sensing region SA in which a plurality of pixels PX are provided, a control logic region LC in which elements for driving the plurality of pixels PX are provided, And a first pad region PA1 provided around the control logic region LC. The first pad area PA1 includes a plurality of upper pads PAD and the plurality of upper pads PAD includes a memory chip MC provided in the second layer 80 via a via VIA, Can be connected. The second layer 80 may include a memory layer MC and a dummy chip DC and a protective layer EN sealing the memory chip MC and the dummy chip DC.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 평면도들이다.4 and 5 are simplified plan views illustrating a pixel array included in an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 픽셀 어레이(100)는 복수의 픽셀들(110)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(110)은 X-Y 평면 상에서 복수의 행들과 열들을 따라 매트릭스 형태로 배치될 수 있으며, 복수의 픽셀들(110) 사이에는 크로스토크(cross-talk)를 방지하기 위하여 분리 영역(120)이 형성될 수 있다. 분리 영역(120)은 산화물 등의 절연 물질을 포함할 수 있으며, 깊은 소자 분리막(Deep Trench Isolation, DTI)으로 형성될 수 있다. 복수의 픽셀들(110)과 인접하는 분리 영역(120)의 측벽은 반사율이 높은 물질로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, the pixel array 100 may include a plurality of pixels 110. The plurality of pixels 110 may be arranged in a matrix form along a plurality of rows and columns on the XY plane and may include a plurality of pixels 110 in order to prevent cross- May be formed. The isolation region 120 may include an insulating material such as an oxide and may be formed by a deep trench isolation (DTI). The sidewall of the isolation region 120 adjacent to the plurality of pixels 110 may be formed of a material having high reflectivity.

복수의 픽셀들(110) 각각은 빛을 받아들여 전하를 생성하는 포토 다이오드, 및 포토 다이오드에서 생성되는 전하를 전기 신호로 변환하는 복수의 반도체 소자들을 포함할 수 있다. 일례로 복수의 픽셀들(110) 각각은 제1 포토 다이오드(111) 및 제2 포토 다이오드(112)를 포함할 수 있다. 제1 포토 다이오드(111)와 제2 포토 다이오드(112)는 X-Y 평면 상에서 서로 인접하도록 배치될 수 있다. Each of the plurality of pixels 110 may include a photodiode that accepts light to generate a charge, and a plurality of semiconductor elements that convert charge generated in the photodiode into an electrical signal. For example, each of the plurality of pixels 110 may include a first photodiode 111 and a second photodiode 112. The first photodiode 111 and the second photodiode 112 may be disposed adjacent to each other on the X-Y plane.

일 실시예에서, 제1 포토 다이오드(111)는 제2 포토 다이오드(112)보다 큰 수광 면적을 가질 수 있다. 따라서, 제2 포토 다이오드(112)가 제1 포토 다이오드(111)보다 더 쉽게, 빨리 포화될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 포토 다이오드(111)를 일반적인 이미지 생성 목적으로 이용하는 한편, 제2 포토 다이오드(112)는 외부 광원에서 발생하는 플리커 현상에 관계없이 외부 광원을 정확히 감지하기 위한 용도 또는 이미지 생성의 보조 목적으로 이용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서가 자율 주행 차량 등에 적용될 경우, 플리커 현상이 발생하는 LED를 광원으로 채용한 신호등 또는 주변 차량의 헤드램프 및 테일램프 등을 정확히 감지할 수 있다. In one embodiment, the first photodiode 111 may have a larger light receiving area than the second photodiode 112. Accordingly, the second photodiode 112 can be more easily and quickly saturated than the first photodiode 111. In an embodiment of the present invention, the first photodiode 111 is used for general image generation purposes, The second photodiode 112 can be used to accurately detect an external light source or assist in image generation regardless of a flicker phenomenon occurring in an external light source. When the image sensor according to an embodiment of the present invention is applied to an autonomous vehicle or the like, it is possible to accurately detect a signal lamp employing an LED in which a flicker phenomenon occurs as a light source, or a head lamp and a tail lamp of a nearby vehicle.

제2 포토 다이오드(112)가 제1 포토 다이오드(111)보다 작은 수광 면적을 가지므로, 쉽게 포화될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 제2 포토 다이오드(112)가 포화되어 LED를 광원으로 채용한 신호등 및/또는 주변 차량의 빛을 잘못 감지하지 않도록, 제2 포토 다이오드(112)의 포화를 방지하거나, 또는 제2 포토 다이오드(112)의 포화에도 불구하고 정확한 이미지 데이터를 생성하기 위한 수단이 마련될 수 있다.The second photodiode 112 has a light receiving area smaller than that of the first photodiode 111, so that it can be easily saturated. In an embodiment of the present invention, the second photodiode 112 may be saturated to prevent saturation of the second photodiode 112 or to prevent saturation of the second photodiode 112, Or means for generating accurate image data despite saturation of the second photodiode 112 may be provided.

제1 포토 다이오드(111)와 제2 포토 다이오드(112)의 배치는 반드시 도 4에 도시한 바와 같이 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다. 도 5에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(100A)에서는, 서로 인접한 4개의 픽셀들(110A)에서, 제2 포토 다이오드(112A)가 서로 인접하도록 배치될 수 있다. 제2 포토 다이오드(112A)는 제1 포토 다이오드(111A)보다 작은 수광 면적을 가지며, 픽셀들(110A) 사이에는 크로스토크 방지 등의 목적으로 분리 영역(120A)이 마련될 수 있다.The arrangement of the first photodiode 111 and the second photodiode 112 is not necessarily limited to that shown in FIG. 4, and may be variously modified. In the pixel array 100A according to the embodiment shown in Fig. 5, in the four pixels 110A adjacent to each other, the second photodiodes 112A may be arranged adjacent to each other. The second photodiode 112A has a light receiving area smaller than that of the first photodiode 111A and the isolation region 120A may be provided between the pixels 110A for the purpose of preventing crosstalk.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 회로를 나타낸 회로도이다.6 is a circuit diagram showing a pixel circuit included in an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 회로(200)는 제1 픽셀 회로(210)와 제2 픽셀 회로(220)를 포함할 수 있다. 제1 픽셀 회로(210)는 제1 포토 다이오드(PD1)가 생성하는 전하를 이용하여 전기 신호를 출력할 수 있으며, 제2 픽셀 회로(220)는 제2 포토 다이오드(PD2)가 생성하는 전하를 이용하여 전기 신호를 출력할 수 있다. 제1 포토 다이오드(PD1)는 제2 포토 다이오드(PD2)보다 큰 수광 면적을 가질 수 있다.Referring to FIG. 6, a pixel circuit 200 according to an embodiment of the present invention may include a first pixel circuit 210 and a second pixel circuit 220. The first pixel circuit 210 can output an electric signal using the charge generated by the first photodiode PD1 and the second pixel circuit 220 can charge the charge generated by the second photodiode PD2 So that an electric signal can be output. The first photodiode PD1 may have a larger light receiving area than the second photodiode PD2.

제1 픽셀 회로(210)는 제1 리셋 트랜지스터(RX1), 제1 전송 트랜지스터(TX1), 구동 트랜지스터(DX), 및 선택 트랜지스터(SX) 등을 포함할 수 있다. 제1 포토 다이오드(PD1)는 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 통해 제1 플로팅 디퓨전(FD1)에 연결될 수 있다. The first pixel circuit 210 may include a first reset transistor RX1, a first transfer transistor TX1, a driving transistor DX, and a selection transistor SX. The first photodiode PD1 may be connected to the first floating diffusion FD1 through the first transfer transistor TX1.

제1 전송 트랜지스터(TX1)는 로우 드라이버로부터 전달되는 제1 전송 제어 신호(TG1)에 기초하여 제1 포토 다이오드(PD1)에 누적된 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 전달할 수 있다. 제1 포토 다이오드(PD1)는 전자를 주 전하 캐리어로 생성할 수 있다. 구동 트랜지스터(DX)는 제1 플로팅 디퓨전(FD1)에 누적되는 전하에 의해 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier)로 동작할 수 있다. 구동 트랜지스터(DX)는 제1 플로팅 디퓨전(FD1)에 누적된 전하를 증폭시켜 선택 트랜지스터(SX)로 전달할 수 있다. The first transfer transistor TX1 may transfer the charge accumulated in the first photodiode PD1 to the first floating diffusion FD1 based on the first transfer control signal TG1 transmitted from the row driver. The first photodiode PD1 can generate electrons as a main charge carrier. The driving transistor DX can operate as a source follower buffer amplifier by charges accumulated in the first floating diffusion FD1. The driving transistor DX can amplify the charge accumulated in the first floating diffusion FD1 and transfer it to the selection transistor SX.

선택 트랜지스터(SX)는 로우 드라이버가 입력하는 선택 제어 신호(SEL)에 의해 동작할 수 있으며, 스위칭 및 어드레싱 동작을 수행할 수 있다. 로우 드라이버로부터 선택 제어 신호(SEL)가 인가되면, 선택 트랜지스터(SX)에 연결된 칼럼 라인(Col)으로 전압이 출력될 수 있다. 상기 전압을 칼럼 라인(Col)에 연결된 칼럼 드라이버 및 리드아웃 회로에 의해 검출될 수 있다. 칼럼 드라이버 및 리드아웃 회로는, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)에 전하가 누적되지 않은 상태에서 리셋 전압을 검출하고, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)에 전하가 누적된 상태에서 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 일 실시예에서 이미지 센서는, 상기 리셋 전압과 상기 픽셀 전압의 차이를 계산하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다.The selection transistor SX can be operated by the selection control signal SEL input by the row driver and can perform switching and addressing operations. When the selection control signal SEL is applied from the row driver, a voltage may be output to the column line Col connected to the selection transistor SX. The voltage can be detected by a column driver and a lead-out circuit connected to the column line Col. The column driver and the lead-out circuit can detect the reset voltage in the state in which no charge is accumulated in the first floating diffusion FD1 and detect the pixel voltage in the state in which charges are accumulated in the first floating diffusion FD1 . In one embodiment, the image sensor may calculate the difference between the reset voltage and the pixel voltage to generate image data.

제2 포토 다이오드(PD2)는 제2 픽셀 회로(220)의 오버플로우 트랜지스터(OX) 및 제2 전송 트랜지스터(TX2)에 연결될 수 있다. 제2 포토 다이오드(PD2) 역시 제1 포토 다이오드(PD1)와 마찬가지로, 전자를 주 전하 캐리어로 생성할 수 있다. 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하는, 제2 전송 트랜지스터(TX2)가 턴-온될 때 제2 플로팅 디퓨전(FD2)으로 이동할 수 있다. 제2 포토 다이오드(PD2)는 제2 전송 트랜지스터(TX2)가 턴-오프되어 있는 동안 빛에 반응하여 전하를 생성할 수 있으며, 제2 전송 트랜지스터(TX2)가 턴-온될 때마다 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)으로 이동하여 누적될 수 있다.The second photodiode PD2 may be coupled to the overflow transistor OX and the second transfer transistor TX2 of the second pixel circuit 220. Similarly to the first photodiode PD1, the second photodiode PD2 can generate electrons as a main charge carrier. The charge generated in the second photodiode PD2 can move to the second floating diffusion FD2 when the second transfer transistor TX2 is turned on. The second photodiode PD2 can generate charge in response to the light while the second transfer transistor TX2 is turned off and the second photodiode PD2 is turned on every time the second transfer transistor TX2 is turned on, The charge generated in the second floating diffusion PD2 can be transferred to the second floating diffusion FD2 and accumulated.

일 실시예에서, 오버플로우 트랜지스터(OX)는 제2 포토 다이오드(PD2)의 포화를 막기 위한 목적으로 제공될 수 있다. 오버플로우 트랜지스터(OX)는 주기적으로 턴-온 및 턴-오프를 반복하며 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하의 적어도 일부를 제거할 수 있으며, 제2 포토 다이오드(PD2)의 포화를 방지할 수 있다. 제2 전송 트랜지스터(TX2)는 오버플로우 트랜지스터(OX)가 턴-오프되어 있는 동안 턴-온되어 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하를 제2 플로팅 디퓨전(FD2)으로 옮길 수 있다. 제2 플로팅 디퓨전(FD2)의 의도치 않은 리셋을 방지하기 위해, 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 오버플로우 트랜지스터(OX)는 동시에 턴-온되지 않을 수 있다. 또한, 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하와 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 합쳐지지 않도록, 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하가 누적되는 동안 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-오프될 수 있다.In one embodiment, the overflow transistor OX may be provided for the purpose of preventing saturation of the second photodiode PD2. The overflow transistor OX repeatedly turns on and off periodically to remove at least part of the charge generated in the second photodiode PD2 and prevents saturation of the second photodiode PD2 can do. The second transfer transistor TX2 may be turned on while the overflow transistor OX is turned off to transfer the charge generated in the second photodiode PD2 to the second floating diffusion FD2. To prevent an unintended reset of the second floating diffusion FD2, the second transfer transistor TX2 and the overflow transistor OX may not be turned on at the same time. The charge of the second photodiode PD2 is accumulated in the second floating diffusion FD2 so that the charge generated in the first photodiode PD1 and the charge generated in the second photodiode PD2 are not combined The second reset transistor RX2 may be turned off.

도 6에 도시한 일 실시예에서, 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)는 칼럼 라인(Col)을 공유할 수 있다. 따라서, 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하에 대응하는 제1 픽셀 전압이 칼럼 라인(Col)으로 출력되는 동안, 제2 포토 다이오드(PD2)는 칼럼 라인(Col)과 분리될 수 있다. 도 6에 도시한 일 실시예에서는, 제1 픽셀 전압이 칼럼 라인(Col)으로 출력되는 동안, 제2 리셋 트랜지스터(RX2) 및 제2 전송 트랜지스터(TX2) 중 적어도 하나를 턴-오프시켜 제2 포토 다이오드(PD2)를 칼럼 라인(Col)과 분리할 수 있다. 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하를 이용하여 제1 픽셀 전압을 생성하고 칼럼 라인(Col)으로 출력하기 위해, 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-온되어 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하가 제1 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적될 수 있다. In the embodiment shown in FIG. 6, the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 may share a column line Col. Thus, while the first pixel voltage corresponding to the charge of the first photodiode PD1 is output to the column line Col, the second photodiode PD2 can be separated from the column line Col. In one embodiment shown in FIG. 6, at least one of the second reset transistor RX2 and the second transfer transistor TX2 is turned off while the first pixel voltage is output to the column line Col, The photodiode PD2 can be separated from the column line Col. The first transfer transistor TX1 is turned on and is generated in the first photodiode PD1 to generate the first pixel voltage using the charge of the first photodiode PD1 and output it to the column line Col The accumulated charge can be accumulated in the first floating diffusion FD1.

마찬가지로, 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하에 대응하는 제2 픽셀 전압을 칼럼 라인(Col)으로 출력하는 동안, 제1 포토 다이오드(PD1)는 칼럼 라인(Col)과 분리될 수 있다. 도 6에 도시한 일 실시예에서는, 제2 픽셀 전압이 칼럼 라인(Col)으로 출력되는 동안, 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-오프되어 제1 포토 다이오드(PD1)를 칼럼 라인(Col)과 분리할 수 있다. 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하를 이용하여 제2 픽셀 전압을 생성하고 칼럼 라인(Col)으로 출력하기 위해, 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)이 서로 연결될 수 있다. 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하는, 제1 플로팅 디퓨전(FD1) 및 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 축적되어 구동 트랜지스터(DX)에 의해 전압으로 변환될 수 있다.Similarly, while the second pixel voltage corresponding to the charge of the second photodiode PD2 is output to the column line Col, the first photodiode PD1 may be separated from the column line Col. 6, the first transfer transistor TX1 is turned off so that the first photodiode PD1 is connected to the column line Col while the second pixel voltage is output to the column line Col. . The second transfer transistor TX2 and the second reset transistor RX2 are turned on to generate the second pixel voltage using the charge of the second photodiode PD2 and output it to the column line Col, 1 floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 can be connected to each other. The charge of the second photodiode PD2 can be accumulated in the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 and converted into a voltage by the driving transistor DX.

일 실시예에서, 제2 포토 다이오드(PD2)는 플리커 현상이 나타나는 외부 광원을 감지하는 목적으로 이용되거나, 또는 이미지 센서의 다이내믹 레인지를 개선하고자 하는 목적으로 이용될 수 있다. 이미지 센서의 다이내믹 레인지를 개선하기 위하여, 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하로부터 생성된 제1 픽셀 전압이 복수 회 출력될 때, 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하로부터 생성된 제2 픽셀 전압은 한 번만 출력될 수 있다.In one embodiment, the second photodiode PD2 may be used for the purpose of sensing an external light source exhibiting a flicker phenomenon, or for improving the dynamic range of the image sensor. In order to improve the dynamic range of the image sensor, when the first pixel voltage generated from the charge of the first photodiode PD1 is output a plurality of times, the second pixel voltage generated from the charge of the second photodiode PD2 It can be output only once.

제1 포토 다이오드(PD1)는 제2 포토 다이오드(PD2)보다 상대적으로 큰 면적을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성되는 전하를 이용하여 플리커 현상이 나타나는 외부 광원을 정확히 표현하는 이미지를 생성하는 한편, 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성되는 전하는 일반적인 이미지를 생성하는 데에 이용할 수 있다. 또한, 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2) 각각이 빛을 받아들이는 노출 시간을 조절함으로써, 이미지 센서의 다이나믹 레인지 및 이미지 품질 등을 개선할 수 있다. 이하, 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. The first photodiode PD1 may have a relatively larger area than the second photodiode PD2. In an embodiment of the present invention, an image expressing an external light source exhibiting a flicker phenomenon is generated using charges generated in the second photodiode PD2, while an electric charge generated in the first photodiode PD1 is generated in a normal It can be used to generate images. In addition, the dynamic range and the image quality of the image sensor can be improved by adjusting the exposure time of the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2, respectively. The following description will be made with reference to Fig.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다. 일 실시예에서, 도 7은 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램일 수 있다.7 is a view for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention. In one embodiment, Figure 7 may be a timing diagram for illustrating the operation of the image sensor.

도 7에 도시한 일 실시예에 따른 동작 방법에 의해서, 이미지 센서의 다이나믹 레인지를 개선함과 동시에, 플리커 현상이 나타나는 외부 광원을 정확히 표현하는 이미지를 생성할 수 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작은, 제1 리셋 트랜지스터(RX1) 및 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)의 전압이 리셋되는 것으로 시작될 수 있다. 7, it is possible to improve the dynamic range of the image sensor and to generate an image that accurately represents the external light source in which the flicker phenomenon occurs. 7, the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention is such that the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 are turned on to turn on the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD1, The voltage of the floating diffusion FD2 can be started to be reset.

플로팅 디퓨전들(FD1, FD2)의 전압이 리셋되면, 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 오버플로우 트랜지스터(OX)가 번갈아서 턴-온 및 턴-오프되면서 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적될 수 있다. 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 쌓이는 전하가 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 누설되지 않도록 제2 리셋 트랜지스터(RX2)는 턴-오프 상태를 유지할 수 있다. 한편, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압이 충분히 리셋될 수 있도록, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)는 턴-온 상태를 유지할 수 있다.When the voltage of the floating diffusions FD1 and FD2 is reset, the second transfer transistor TX2 and the overflow transistor OX are alternately turned on and off so that the charge generated in the second photodiode PD2 Can be accumulated in the second floating diffusion FD2. The second reset transistor RX2 can maintain the turn-off state so that the charge accumulated in the second floating diffusion FD2 does not leak to the first floating diffusion FD1. On the other hand, the first reset transistor RX1 can maintain the turn-on state such that the voltage of the first floating diffusion FD1 can be sufficiently reset.

도 7에 도시한 일 실시예에서는 n 번(n은 자연수)에 걸쳐서 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하를 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적할 수 있다. 도 7을 참조하면, 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn) 동안 제2 포토 다이오드(PD2)가 빛에 노출되어 전하를 생성하며, 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하는 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn) 각각이 경과할 때마다 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적될 수 있다. 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn) 각각은 제2 포토 다이오드(PD2)가 포화되지 않는 조건에서 설정될 수 있다. 다만 실시예에 따라, 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하를 한 번에 제2 플로팅 디퓨전(FD2)으로 이동시킬 수도 있다.In the embodiment shown in FIG. 7, charges generated in the second photodiode PD2 over n times (n is a natural number) can be accumulated in the second floating diffusion FD2. Referring to FIG. 7, the second photodiode PD2 is exposed to light during a plurality of times d1, d2,? Dn-1, and dn to generate charges, and the second photodiode PD2 The charge can be accumulated in the second floating diffusion FD2 each time a plurality of times (d1, d2,? Dn-1, dn) elapse. Each of the plurality of times d1, d2,? Dn-1, dn may be set under a condition that the second photodiode PD2 is not saturated. However, according to the embodiment, charges generated in the second photodiode PD2 may be transferred to the second floating diffusion FD2 at a time.

복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn)의 개수 및 각각의 길이는 상용 LED의 동작 주파수 및 듀티 비 등을 고려하여 결정될 수 있다. 일례로, LED의 동작 주파수가 100Hz 내외이고 듀티 비가 10% 내외인 경우, 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn)의 총합은 10msec 이하이고, 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn) 개수인 n은 10 이상으로 결정될 수 있다. 상기와 같이 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn)을 설정함으로써, 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn) 중 적어도 한 번은 LED의 턴-온 시간과 중첩될 수 있다. 따라서, 제1 포토 다이오드(PD1)가 턴-온된 LED의 빛에 응답하여 전하를 생성할 수 있으며, 펄스-폭-변조 방식으로 동작하는 LED의 빛을 정확히 검출할 수 있다.The number of the plurality of times (d1, d2,? Dn-1, dn) and the respective lengths may be determined in consideration of the operating frequency and the duty ratio of the commercial LED. For example, when the operating frequency of the LED is about 100 Hz and the duty ratio is about 10% or less, the total sum of the plurality of times d1, d2,? Dn-1, dn is 10 msec or less and the plurality of times d1, d2 ,? dn-1, dn) number n can be determined to be 10 or more. By setting the plurality of times d1, d2,? Dn-1, dn as described above, at least one of the plurality of times d1, d2,? Dn-1, Can be overlapped. Accordingly, the first photodiode PD1 can generate charges in response to the light of the turned-on LED, and can accurately detect the light of the LED operating in the pulse-width-modulation manner.

마지막인 n 번째 시간 동안 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)으로 이동하기 전에, 이미지 센서는 제1 리셋 트랜지스터(RX1)를 턴-오프하고 선택 트랜지스터(SX)를 턴-온하여 제1 리셋 전압을 검출할 수 있다. 픽셀 회로의 칼럼 라인(Col)과 연결되는 칼럼 드라이버 및 리드아웃 회로는 칼럼 라인(Col)의 전압을 검출하기 위한 샘플링 회로를 포함할 수 있다. 샘플링 회로는 리셋 전압 검출 신호(SHR)가 하이(HIGH) 논리 값을 갖는 제1 샘플링 시간(t1) 동안, 제1 리셋 전압을 검출할 수 있다.  The image sensor turns off the first reset transistor RX1 and turns off the select transistor SX before the charge generated in the second photodiode PD2 is transferred to the second floating diffusion FD2 during the last nth time, So that the first reset voltage can be detected. The column driver and lead-out circuit connected to the column line (Col) of the pixel circuit may include a sampling circuit for detecting the voltage of the column line (Col). The sampling circuit can detect the first reset voltage during the first sampling time t1 when the reset voltage detection signal SHR has a HIGH logic value.

일례로, 제1 샘플링 시간(t1) 동안 샘플링 회로가 검출하는 리셋 전압은, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압일 수 있다. 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)은, 동작 초기에 제1 및 제2 리셋 트랜지스터들(RX1, RX2)이 동시에 턴-온됨에 따라 함께 리셋될 수 있다. 따라서, 제1 샘플링 시간(t1) 동안 검출되는 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압을 제1 리셋 전압으로 선택할 수 있다.In one example, the reset voltage detected by the sampling circuit during the first sampling time tl may be the voltage of the first floating diffusion FD1. The first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 can be reset together as the first and second reset transistors RX1 and RX2 are simultaneously turned on at the beginning of operation. Therefore, the voltage of the first floating diffusion FD1 detected during the first sampling time t1 can be selected as the first reset voltage.

제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 n 번째로 누적되면, 이미지 센서는 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-온시켜 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적된 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 이동시킬 수 있다. 동시에, 이미지 센서는 선택 트랜지스터(SX)를 턴-온시켜 칼럼 라인(Col)을 통해 제2 포토 다이오드(PD1)의 전하에 대응하는 제1 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 샘플링 회로는, 픽셀 전압 검출 신호(SHS)가 하이 논리 값을 갖는 제2 샘플링 시간(t2) 동안 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 이미지 센서는, 제1 샘플링 시간(t1) 및 제2 샘플링 시간(t2) 각각에서 검출한 제1 리셋 전압과 제1 픽셀 전압의 차이를 계산하여 이미지를 생성하는 데에 필요한 제1 로우(RAW) 데이터를 생성할 수 있다. 제1 로우 데이터는 제2 포토 다이오드(PD2)가 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn) 각각에서 빛에 노출되어 생성한 전하에 대응하는 데이터일 수 있다.When the charge generated in the second photodiode PD2 is accumulated n-th in the second floating diffusion FD2, the image sensor turns on the second reset transistor RX2 to accumulate in the second floating diffusion FD2 Lt; RTI ID = 0.0 > FD1. ≪ / RTI > At the same time, the image sensor can turn on the selection transistor SX to detect the first pixel voltage corresponding to the charge of the second photodiode PD1 through the column line Col. The sampling circuit can detect the pixel voltage during the second sampling time t2 when the pixel voltage detection signal SHS has a high logic value. The image sensor calculates the difference between the first reset voltage and the first pixel voltage detected in each of the first sampling time t1 and the second sampling time t2 to obtain a first row RAW necessary for generating an image, Data can be generated. The first row data may be data corresponding to charges generated by the second photodiode PD2 exposed to light in each of a plurality of times d1, d2,? Dn-1, dn.

한편, 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하를 복수 회에 걸쳐서 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적하는 동안, 제1 전송 트랜지스터(TX1)는 순서대로 턴-온 및 턴-오프될 수 있다. 일례로, 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-온되는 동안 제1 리셋 트랜지스터(RX1)가 함께 턴-온됨으로써 제1 포토 다이오드(PD1)에 존재하는 전하가 제거되고 제1 플로팅 디퓨전(FD1)이 리셋될 수 있다. 이후 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-오프되어 제1 포토 다이오드(PD1)와 제1 플로팅 디퓨전(FD1)이 서로 분리될 수 있다. 제1 전송 트랜지스터(TX1)는, 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하가 복수 회에 걸쳐서 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적되는 시간의 적어도 일부 동안 턴-오프될 수 있다. 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-오프되는 동안, 제1 포토 다이오드(PD1)가 빛에 노출될 수 있다. On the other hand, while the charges generated in the second photodiode PD2 are accumulated in the second floating diffusion FD2 a plurality of times, the first transfer transistor TX1 can be turned on and off in order . For example, when the first reset transistor RX1 is turned on while the first transfer transistor TX1 is turned on, the charge existing in the first photodiode PD1 is removed and the first floating diffusion FD1 is turned off, Can be reset. Thereafter, the first transfer transistor TX1 is turned off so that the first photodiode PD1 and the first floating diffusion FD1 can be separated from each other. The first transfer transistor TX1 may be turned off for at least a portion of the time that the charge of the second photodiode PD2 accumulates on the second floating diffusion FD2 a plurality of times. While the first transfer transistor TX1 is turned off, the first photodiode PD1 may be exposed to light.

일례로 제1 포토 다이오드(PD1)는, 제1 노출 시간(de1) 동안 빛에 노출되어 전하를 생성할 수 있다. 제1 포토 다이오드(PD1)는 제2 포토 다이오드(PD2)보다 상대적으로 큰 면적을 가질 수 있으며, 따라서 제1 노출 시간(de1)은 제2 포토 다이오드(PD2)가 빛에 노출되는 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn) 각각보다 길 수 있다. 일례로, 제1 노출 시간(de1)은 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn)의 합보다 긴 시간으로 설정될 수 있다.For example, the first photodiode PD1 may be exposed to light for generating the charge during the first exposure time de1. The first photodiode PD1 may have a relatively larger area than the second photodiode PD2 so that the first exposure time de1 is a time period during which the second photodiode PD2 is exposed to light for a plurality of times (d1, d2,? dn-1, dn), respectively. For example, the first exposure time de1 may be set to a time longer than the sum of the plurality of times d1, d2,? Dn-1, dn.

제1 노출 시간(de1)이 종료되기 전에, 리셋 전압 검출 신호(SHR)가 하이 논리 값을 갖는 제3 샘플링 시간(t3) 동안, 이미지 센서는 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압을 제2 리셋 전압으로 검출할 수 있다. 도 7을 참조하면, 제3 샘플링 시간(t3) 이전에 제1 리셋 트랜지스터(RX1)가 턴-온되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1)이 리셋될 수 있다. 제3 샘플링 시간(t3)은 제1 노출 시간(de1) 중의 시간으로 정의될 수 있으며, 제1 노출 시간(de1)이 종료되면 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 턴-온시켜 제1 포토 다이오드(PD1)가 제1 노출 시간(de1) 동안 생성한 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 옮길 수 있다. During the third sampling time t3 at which the reset voltage detection signal SHR has a high logic value before the first exposure time de1 ends, the image sensor sets the voltage of the first floating diffusion FD1 to the second reset Voltage can be detected. Referring to FIG. 7, the first reset transistor RX1 may be turned on before the third sampling time t3 so that the first floating diffusion FD1 may be reset. The third sampling time t3 may be defined as the time during the first exposure time de1. When the first exposure time de1 is ended, the first transfer transistor TX1 is turned on to turn on the first photodiode PD1 may transfer the charge generated during the first exposure time de1 to the first floating diffusion FD1.

이미지 센서는 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-오프된 후 제4 샘플링 시간(t4) 동안, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 이동한 전하에 대응하는 제2 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 이미지 센서는, 제3 샘플링 시간(t3) 및 제4 샘플링 시간(t4) 각각에서 검출한 제2 리셋 전압과 제2 픽셀 전압의 차이를 계산하여 이미지를 생성하는 데에 필요한 제2 로우 데이터를 생성할 수 있다. 제4 샘플링 시간(t4)이 종료되면, 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 턴-온시켜 제1 포토 다이오드(PD1)에 존재하는 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 이동시킴으로써, 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하를 제거할 수 있다. 이후, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)를 턴-온시켜 제1 플로팅 디퓨전(FD1)를 리셋할 수 있다. The image sensor can detect the second pixel voltage corresponding to the charge that has moved to the first floating diffusion FD1 during the fourth sampling time t4 after the first transfer transistor TX1 is turned off. The image sensor calculates the difference between the second reset voltage and the second pixel voltage detected in each of the third sampling time t3 and the fourth sampling time t4 to generate second row data necessary for generating an image can do. When the fourth sampling time t4 is ended, by turning on the first transfer transistor TX1 and transferring the charge present in the first photodiode PD1 to the first floating diffusion FD1, (PD1) can be removed. Thereafter, the first reset transistor RX1 may be turned on to reset the first floating diffusion FD1.

한편 이미지 센서는, 제4 샘플링 시간(t4)이 경과한 후, 제1 노출 시간(de1)보다 짧은 제2 노출 시간(de2) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)를 빛에 노출시킬 수 있으며, 제2 노출 시간(de2)에 포함되는 제5 샘플링 시간(t5) 동안, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압을 제3 리셋 전압으로 검출할 수 있다. 도 5를 참조하면, 제5 샘플링 시간(t5)이 시작되기 전에, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)를 턴-온시켜 제1 플로팅 디퓨전(FD1)을 리셋시킬 수 있다. 일례로, 제2 노출 시간(de2)은 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn)의 합보다 짧은 시간으로 설정될 수 있다. On the other hand, the image sensor can expose the first photodiode PD1 to light for a second exposure time de2 shorter than the first exposure time de1 after the fourth sampling time t4 elapses, During the fifth sampling time t5 included in the second exposure time de2, the voltage of the first floating diffusion FD1 can be detected as the third reset voltage. Referring to FIG. 5, before the fifth sampling time t5 starts, the first reset transistor RX1 may be turned on to reset the first floating diffusion FD1. For example, the second exposure time de2 may be set to a time shorter than the sum of the plurality of times (d1, d2,? Dn-1, dn).

제2 노출 시간(de2)이 종료되면, 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 턴-온시켜 제2 노출 시간(de2) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)가 생성한 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 옮길 수 있다. 이미지 센서는 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-오프된 후 제6 샘플링 시간(t6) 동안 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압을 제3 픽셀 전압으로 검출할 수 있다. 이미지 센서는, 제5 샘플링 시간(t5) 및 제6 샘플링 시간(t6) 각각에서 검출한 제3 리셋 전압과 제3 픽셀 전압의 차이를 계산하여 이미지를 생성하는 데에 필요한 제3 로우 데이터를 생성할 수 있다.When the second exposure time de2 is terminated, the first transfer transistor TX1 is turned on and the charge generated by the first photodiode PD1 during the second exposure time de2 is applied to the first floating diffusion FD1, . The image sensor may detect the voltage of the first floating diffusion FD1 as the third pixel voltage during the sixth sampling time t6 after the first transfer transistor TX1 is turned off. The image sensor calculates the difference between the third reset voltage and the third pixel voltage detected at each of the fifth sampling time t5 and the sixth sampling time t6 to generate third row data necessary for generating an image can do.

일 실시예에서, 이미지 센서는 복수의 픽셀들 각각에서 획득한 제1 내지 제3 로우 데이터들을 조합하여 하나의 이미지를 얻을 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 내지 제3 로우 데이터들은 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)를 서로 다른 노출 시간만큼 빛에 노출시켜 획득한 데이터들일 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 로우 데이터들을 조합하여 하나의 이미지를 획득함으로써, 이미지의 다이나믹 레인지 특성을 개선할 수 있다. In one embodiment, the image sensor may combine the first through third row data obtained in each of the plurality of pixels to obtain one image. As described above, the first to third row data may be data obtained by exposing the first and second photodiodes PD1 and PD2 to light for different exposure times. Thus, by combining the first through third row data to obtain one image, the dynamic range characteristic of the image can be improved.

도 7을 참조하여 설명한 일 실시예에서는, 제2 포토 다이오드(PD2)를 이용하여 중간 노출 시간에 대응하는 제1 로우 데이터를 얻고, 제1 포토 다이오드(PD1)를 이용하여 긴 노출 시간 및 짧은 노출 시간 각각에 대응하는 제2 및 제3 로우 데이터들을 얻는 것을 가정하였으나, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다. 즉, 다양한 변형 실시예들에서, 제2 포토 다이오드(PD2)를 이용하여 긴 노출 시간 또는 짧은 노출 시간에 대응하는 로우 데이터를 획득할 수도 있을 것이다.7, the first row data corresponding to the intermediate exposure time is obtained by using the second photodiode PD2, and the first photodiode PD1 is used to obtain the long exposure time and the short exposure It is assumed that the second and third row data corresponding to each time are obtained, but it is not necessarily limited to such a form. That is, in various alternative embodiments, the second photodiode PD2 may be used to obtain raw data corresponding to a long exposure time or a short exposure time.

또한, 제1 로우 데이터는 플리커 현상이 발생하는 LED 등의 광원을 이미지에 정확히 반영하기 위한 데이터로 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 오버플로우 트랜지스터(OX)를 이용하여 제2 포토 다이오드(PD2)가 포화되는 것을 방지할 수 있으므로 주변 조도가 낮은 경우에도 LED 등의 광원의 빛을 정확히 검출할 수 있다. 또한, 하나의 픽셀 내에 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)를 배치하여 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하를 이용하여 일반적인 이미지를 생성하고, LED 등의 광원의 빛을 검출하기 위한 목적으로 제1 포토 다이오드(PD1)를 이용하므로, LED 등의 광원의 빛을 검출하기 위해 이미지의 프레임 레이트를 희생해야 하는 문제를 해결할 수 있다.In addition, the first row data can be used as data for accurately reflecting a light source such as an LED or the like where a flicker phenomenon occurs in an image. In an embodiment of the present invention, since the second photodiode PD2 can be prevented from being saturated by using the overflow transistor OX, light of a light source such as an LED can be accurately detected even when the ambient illuminance is low . In addition, a first photodiode PD1 and a second photodiode PD2 are disposed in one pixel to generate a general image using the charges of the second photodiode PD2, and light of a light source such as an LED is detected The first photodiode PD1 is used for the purpose of solving the problem of sacrificing the frame rate of the image in order to detect light of a light source such as an LED.

도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.8 and 9 are views for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 8은 일반적인 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 도면일 수 있다. 일 실시예에서, LED는 펄스-폭-변조(Pulse Width Modulation, PWM) 방식으로 동작할 수 있다. 따라서 도 8에 도시한 바와 같이, LED는 턴-온 시간(Ton)과 턴-오프 시간(Toff)을 갖는 주기(T)에 따라 동작할 수 있다.8 is a diagram for explaining the operation of a general image sensor. In one embodiment, the LEDs may operate in a Pulse Width Modulation (PWM) fashion. Therefore, as shown in Fig. 8, the LED can operate according to a period T having a turn-on time Ton and a turn-off time Toff.

먼저 도 8의 제1 케이스(case1)를 참조하면, 이미지 센서에 포함되는 포토 다이오드가 빛에 노출되는 노출 시간이 LED의 턴-온 시간(Ton)과 중첩되는지 여부에 따라 이미지 센서의 LED 감지 여부가 결정될 수 있다. 일례로 제1 케이스(case1)는 이미지 센서가 촬영하고자 하는 환경의 조도가 높은 경우에 해당할 수 있으며, 따라서 포토 다이오드의 노출 시간이 짧게 설정될 수 있다. 제1 케이스(case1)에서 제1 노출 시간(ex1)은 LED의 턴-온 시간(Ton)과 중첩될 수 있으며, 제1 노출 시간(ex1) 동안 포토 다이오드에서 생성된 전하를 이용하여 LED의 빛을 정확히 감지할 수 있다.First, referring to the first case (case 1) of FIG. 8, it is determined whether or not the LED of the image sensor is detected based on whether the exposure time when the photodiode included in the image sensor is exposed to light overlaps with the turn- Can be determined. For example, the first case (case 1) may correspond to a case in which the image sensor is highly illuminated and thus the exposure time of the photodiode may be set short. The first exposure time ex1 in the first case case 1 may overlap with the turn-on time Ton of the LED, and the light emitted from the photodiode during the first exposure time ex1 may be used to light Can be accurately detected.

반면, 제1 케이스(case1)의 제2 노출 시간(ex2)은 LED의 턴-온 시간(Ton)과 중첩되지 않을 수 있다. LED를 구동하는 PWM 방식에서 전체 주기(T)에 대한 턴-온 시간(Ton)의 비율을 나타내는 듀티 비는 100%가 될 수 없다. 따라서 높은 조도로 인해 노출 시간들(ex1, ex2)이 짧게 설정되는 제1 케이스(case1)에서는 제2 노출 시간(ex2)과 같이 포토 다이오드의 노출 시간이 LED의 턴-온 샘플링 시간(t1)과 어긋나는 상황이 발생할 수 있다. 따라서, 제2 노출 시간(ex2) 동안 포토 다이오드에서 생성된 전하를 이용한 이미지로는, LED의 빛을 정확히 감지할 수가 없다.On the other hand, the second exposure time ex2 of the first case case1 may not overlap with the turn-on time Ton of the LED. The duty ratio representing the ratio of the turn-on time (Ton) to the whole period (T) in the PWM method for driving the LED can not be 100%. Therefore, in the first case (case 1) in which the exposure times ex1 and ex2 are set to be short due to high illuminance, the exposure time of the photodiode as the second exposure time ex2 is shorter than the turn-on sampling time t1 of the LED A situation in which an error occurs may occur. Accordingly, the light of the LED can not be accurately detected by the image using the charge generated in the photodiode during the second exposure time ex2.

다음으로 도 8의 제2 케이스(case2)는, 이미지 센서가 촬영하고자 하는 환경의 조도가 낮은 경우에 해당할 수 있다. 따라서, 도 8에 도시한 바와 같이 포토 다이오드의 노출 시간이 매우 길게 선택될 수 있다. 제2 케이스(case2)에서는 포토 다이오드가 길게 노출됨에 따라 포토 다이오드가 쉽게 포화될 수 있으며, 결과적으로 LED의 빛이 정확히 감지되지 않을 수 있다.Next, the second case (case 2) of FIG. 8 may correspond to a case where the illuminance of the environment to be photographed by the image sensor is low. Therefore, as shown in FIG. 8, the exposure time of the photodiode can be selected to be very long. In the second case (case 2), as the photodiode is exposed long, the photodiode can be easily saturated, and as a result, the light of the LED may not be accurately detected.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 도면일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀들을 포함하고, 복수의 픽셀들 각각이 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 제2 포토 다이오드는 제1 포토 다이오드에 비해 상대적으로 작은 면적을 가지며, LED 등과 같이 플리커 현상이 나타나는 광원을 감지하기 위한 목적으로 이용될 수 있다. 한편, 도 8에 도시한 일 실시예와 마찬가지로 LED는 펄스-폭-변조 방식으로 동작할 수 있으며, 하나의 주기(T) 내에서 턴-온 시간(Ton) 및 턴-오프 시간(Toff)을 가질 수 있다.9 is a view for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention. As described above, the image sensor according to an embodiment of the present invention includes a plurality of pixels, and each of the plurality of pixels may include a first photodiode and a second photodiode. The second photodiode has a relatively small area as compared with the first photodiode, and can be used for detecting a light source in which a flicker phenomenon occurs, such as an LED. 8, the LED may operate in a pulse-width-modulation manner, and a turn-on time Ton and a turn-off time Toff within one period T Lt; / RTI >

도 9를 참조하면, 제2 포토 다이오드(PD2)의 노출 시간은 LED의 턴-온 시간(Ton)보다 짧을 수 있다. 앞서 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 제2 포토 다이오드(PD2)는 전송 트랜지스터와 오버플로우 트랜지스터의 온/오프 동작에 의해 포화되지 않을 수 있으며, 복수 회에 걸쳐서 빛에 노출되어 전하를 생성할 수 있다. 제2 포토 다이오드(PD2)가 생성한 전하는, 노출 시간이 끝날 때마다 플로팅 디퓨전에 누적될 수 있다. 따라서, 이미지 센서가 촬영하고자 하는 외부 환경의 조도와 관계없이 제2 포토 다이오드(PD2)의 포화를 방지할 수 있다. 또한, 제2 포토 다이오드(PD2)를 복수 회의 짧은 노출 시간 동안 빛에 노출시킴으로써, LED의 턴-온 시간(Ton)과 제2 포토 다이오드(PD2)의 노출 시간이 어긋나지 않도록 하여 플리커 현상이 발생하는 LED 등의 빛을 정확히 감지할 수 있다.Referring to FIG. 9, the exposure time of the second photodiode PD2 may be shorter than the turn-on time Ton of the LED. As described above with reference to FIG. 7, the second photodiode PD2 may not be saturated by on / off operations of the transfer transistor and the overflow transistor, and may be exposed to light a plurality of times to generate charges have. The charge generated by the second photodiode PD2 can be accumulated in the floating diffusion every time the exposure time is completed. Therefore, the saturation of the second photodiode PD2 can be prevented regardless of the illuminance of the external environment to be photographed by the image sensor. The second photodiode PD2 is exposed to light for a plurality of short exposure times so that the turn-on time Ton of the LED and the exposure time of the second photodiode PD2 do not deviate from each other and a flicker phenomenon occurs LED light can be accurately detected.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다. 도 10 내지 도 12는, 도 6에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 회로를 갖는 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램들일 수 있다.10 to 12 are views for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention. 10 to 12 may be timing diagrams for explaining the operation of the image sensor having the pixel circuit according to the embodiment shown in Fig.

먼저 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작은, 제1 리셋 트랜지스터(RX1) 및 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)이 리셋되는 것으로 시작될 수 있다. 플로팅 디퓨전들(FD1, FD2)이 리셋되면, 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 오버플로우 트랜지스터(OX)가 번갈아서 턴-온 및 턴-오프되면서 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적될 수 있다. 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 쌓이는 전하가 누설되지 않도록 제2 리셋 트랜지스터(RX2)는 턴-오프 상태를 유지할 수 있다. 반면, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압이 충분히 리셋될 수 있도록, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)는 턴-온 상태를 유지할 수 있다.10, the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention is such that the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 are turned on to turn on the first floating diffusion FD1, 2 < / RTI > floating diffusion FD2 is reset. When the floating diffusions FD1 and FD2 are reset, the second transfer transistor TX2 and the overflow transistor OX are alternately turned on and off so that the charge generated in the second photodiode PD2 becomes the second Can be accumulated in the floating diffusion FD2. The second reset transistor RX2 can maintain the turn-off state so that the charge accumulated in the second floating diffusion FD2 is not leaked. On the other hand, the first reset transistor RX1 can maintain the turn-on state such that the voltage of the first floating diffusion FD1 can be sufficiently reset.

제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 전하가 누적되는 동안, 제1 전송 트랜지스터(TX1)는 턴-오프되고 제1 포토 다이오드(PD1)가 빛에 노출되어 전하를 생성할 수 있다. 제1 포토 다이오드(PD1)는 제1 노출 시간(de1) 동안 전하를 생성한 후, 제1 전송 트랜지스터(TX1)의 턴-온 동작에 응답하여 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 이동시킬 수 있다.While the charge is accumulated in the second floating diffusion FD2, the first transfer transistor TX1 is turned off and the first photodiode PD1 is exposed to light to generate charge. The first photodiode PD1 may generate charge for the first exposure time de1 and then move the charge to the first floating diffusion FD1 in response to the turn-on operation of the first transfer transistor TX1 have.

도 10에 도시한 일 실시예에서는, 컨트롤러가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적된 전하를 이용하여 제1 샘플링 시간(t1) 동안 제1 픽셀 전압을 획득할 수 있다. 컨트롤러는, 제1 샘플링 시간(t1) 동안 획득한 제1 픽셀 전압과, 제2 샘플링 시간(t2) 동안 획득한 리셋 전압의 차이를 이용하여 제1 로우 데이터를 생성할 수 있다. 또한 컨트롤러는, 제2 샘플링 시간(t2) 동안 획득한 리셋 전압과, 제3 샘플링 시간(t3) 동안 획득한 제2 픽셀 전압의 차이를 이용하여 제2 로우 데이터를 생성할 수 있다. 제2 샘플링 시간(t2)과 제3 샘플링 시간(t3) 사이에 턴-온되는 제1 전송 트랜지스터(TX1)에 의해 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하가 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 이동할 수 있으며, 컨트롤러는 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전하를 이용하여 제2 픽셀 전압을 획득할 수 있다. In the embodiment shown in FIG. 10, the controller can obtain the first pixel voltage during the first sampling time t1 using the charge accumulated in the second floating diffusion FD2. The controller can generate the first row data using the difference between the first pixel voltage acquired during the first sampling time t1 and the reset voltage acquired during the second sampling time t2. The controller may also generate the second row data using the difference between the reset voltage obtained during the second sampling time t2 and the second pixel voltage obtained during the third sampling time t3. The charge of the first photodiode PD1 can be moved to the first floating diffusion FD1 by the first transfer transistor TX1 that is turned on between the second sampling time t2 and the third sampling time t3 , And the controller can obtain the second pixel voltage using the charge of the first floating diffusion FD1.

도 10에 도시한 일 실시예에서는, 제1 로우 데이터를 생성하기 위한 리셋 전압과, 제2 로우 데이터를 생성하기 위한 리셋 전압이 공유될 수 있다. 컨트롤러는 제1 픽셀 전압을 획득하기 전에 따로 리셋 전압을 검출하지 않을 수 있으며, 제1 픽셀 전압을 획득한 이후에 검출한 리셋 전압을 이용하여 제1 로우 데이터를 생성할 수 있다.In the embodiment shown in Fig. 10, the reset voltage for generating the first row data and the reset voltage for generating the second row data may be shared. The controller may not separately detect the reset voltage before acquiring the first pixel voltage and may generate the first row data using the detected reset voltage after acquiring the first pixel voltage.

한편, 컨트롤러는, 제2 픽셀 전압을 획득하고 제1 포토 다이오드(PD1)를 리셋한 후, 제1 포토 다이오드(PD1)를 제2 노출 시간(de2) 동안 노출시킬 수 있다. 제2 노출 시간(de2) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하에 의해 제3 픽셀 전압이 제5 샘플링 시간(t5) 동안 검출될 수 있다. 컨트롤러는, 제5 샘플링 시간(t5)에 앞선 제4 샘플링 시간(t4) 동안 획득한 리셋 전압과 제3 픽셀 전압의 차이를 이용하여 제3 로우 데이터를 생성할 수 있다. 제4 샘플링 시간(t4) 동안 컨트롤러가 획득한 리셋 전압은, 제2 샘플링 시간(t2) 동안 컨트롤러가 획득한 리셋 전압과 다를 수 있다. 컨트롤러는, 제1 로우 데이터, 제2 로우 데이터, 및 제3 로우 데이터를 이용하여 하나의 이미지를 생성할 수 있다. On the other hand, the controller can expose the first photodiode PD1 for the second exposure time de2 after acquiring the second pixel voltage and resetting the first photodiode PD1. The third pixel voltage can be detected during the fifth sampling time t5 by the charge generated in the first photodiode PD1 during the second exposure time de2. The controller can generate the third row data using the difference between the reset voltage and the third pixel voltage obtained during the fourth sampling time t4 preceding the fifth sampling time t5. The reset voltage obtained by the controller during the fourth sampling time t4 may be different from the reset voltage obtained by the controller during the second sampling time t2. The controller can generate one image using the first row data, the second row data, and the third row data.

다음으로 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작은, 제1 리셋 트랜지스터(RX1) 및 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)의 전압이 리셋되는 것으로 시작될 수 있다. 도 11에 도시한 일 실시예에서는, 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-오프된 후의 제1 샘플링 시간(t1) 동안, 컨트롤러가 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로부터 제1 리셋 전압을 획득할 수 있다. 제1 샘플링 시간(t1)이 경과하면, 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 오버플로우 트랜지스터(OX)가 번갈아서 턴-온 및 턴-오프되면서 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적될 수 있다. 11, the operation of the image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention is such that the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 are turned on to turn on the first floating diffusion FD1, The voltage of the second floating diffusion FD2 can be started to be reset. 11, during the first sampling time t1 after the second reset transistor RX2 is turned off, the controller can acquire the first reset voltage from the first floating diffusion FD1 have. When the first sampling time t1 has elapsed, the second transfer transistor TX2 and the overflow transistor OX are alternately turned on and off so that the charge generated in the second photodiode PD2 becomes the second floating Diffusion FD2. ≪ / RTI >

즉, 도 11에 도시한 일 실시예에서는, 제2 포토 다이오드(PD2)가 빛에 노출되어 전하를 생성하기 이전에, 컨트롤러가 제1 리셋 전압을 획득할 수 있다. 제1 리셋 전압은 이미지 센서에 연결된 메모리에 저장될 수 있으며, 컨트롤러는 제2 샘플링 시간(t2) 동안 획득한 제1 픽셀 전압과 제1 리셋 전압의 차이를 계산하여 제1 로우 데이터를 획득할 수 있다. 일례로, 제1 리셋 전압은 라인 메모리(line memory)에 저장될 수 있다.That is, in the embodiment shown in Fig. 11, the controller can acquire the first reset voltage before the second photodiode PD2 is exposed to light to generate charge. The first reset voltage may be stored in a memory coupled to the image sensor and the controller may calculate the difference between the first pixel voltage and the first reset voltage acquired during the second sampling time t2 to obtain the first row data have. In one example, the first reset voltage may be stored in a line memory.

도 12에 도시한 일 실시예는, 이미지의 다이나믹 레인지 개선과 관계없이, 플리커 현상이 나타나는 광원의 빛을 정확히 검출하기 위한 목적으로만 제2 포토 다이오드(PD2)를 활용하는 일 실시예에 대응할 수 있다. 도 12를 참조하면, 도 7을 참조하여 설명한 바와 유사하게, 제1 플로팅 디퓨전(FD1) 및 제2 플로팅 디퓨전(FD2)를 리셋한 후, 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하를 복수 회에 걸쳐서 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적할 수 있다. 이때, 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 전하가 누적되는 동안, 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-오프시켜 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 분리시키며, 제1 포토 다이오드(PD1)를 빛에 노출시켜 전하를 생성할 수 있다. 일례로 제1 포토 다이오드(PD1)는 소정의 노출 시간(de) 동안 전하를 생성할 수 있다.12 may correspond to one embodiment that utilizes the second photodiode PD2 only for the purpose of accurately detecting the light of the light source in which the flicker phenomenon occurs, regardless of the dynamic range improvement of the image. have. Referring to FIG. 12, after resetting the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2, the charge generated in the second photodiode PD2 is reset a plurality of times To the second floating diffusion FD2. At this time, while the charge is accumulated in the second floating diffusion FD2, the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 are separated by turning off the second reset transistor RX2, The charge can be generated by exposing the diode PD1 to light. For example, the first photodiode PD1 may generate charge for a predetermined exposure time de.

제1 샘플링 시간(t1) 및 제2 샘플링 시간(t2) 각각에서 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로부터 검출되는 리셋 전압 및 픽셀 전압은, 제1 로우 데이터를 생성하는 데에 이용될 수 있다. 제1 로우 데이터는, 플리커 현상이 나타나는 광원의 빛을 정확히 검출하기 위한 목적으로 이용될 수 있다. 제2 샘플링 시간(t2) 동안, 또는 제2 샘플링 시간(t2)보다 앞서 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온되어 제2 포토 다이오드(PD2)가 생성하여 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적한 전하가 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 공유될 수 있다.The reset voltage and the pixel voltage detected from the first floating diffusion FD1 in each of the first sampling time t1 and the second sampling time t2 can be used to generate the first row data. The first row data can be used for the purpose of accurately detecting the light of the light source in which the flicker phenomenon appears. The second reset transistor RX2 is turned on for the second sampling time t2 or before the second sampling time t2 so that the second photodiode PD2 generates and accumulates in the second floating diffusion FD2 An electric charge can be shared with the first floating diffusion FD1.

한편 제2 샘플링 시간(t2)이 경과하면, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)를 턴-온시켜 제1 플로팅 디퓨전(FD1)을 리셋하고, 제3 샘플링 시간(t3) 및 제4 샘플링 시간(t4) 각각에서 리셋 전압과 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 제4 샘플링 시간(t4)에서 검출되는 픽셀 전압은, 노출 시간(de) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)에 누적된 전하의 양에 따른 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압일 수 있다. 이미지 센서는, 제3 샘플링 시간(t3) 및 제4 샘플링 시간(t4) 각각에서 검출한 리셋 전압과 픽셀 전압의 차이를 계산하여 제2 로우 데이터를 생성할 수 있다. 제2 로우 데이터는, 일반적인 이미지를 생성하는 데에 이용될 수 있다. 일례로, 이미지 센서가 제1 로우 데이터를 한 번 생성할 때, 제2 로우 데이터는 복수 회 생성될 수 있다. 따라서, 제1 로우 데이터 생성에 따른 이미지 프레임 레이트 저하를 최소화할 수 있다.On the other hand, when the second sampling time t2 elapses, the first reset transistor RX1 is turned on to reset the first floating diffusion FD1, and the third sampling time t3 and the fourth sampling time t4, It is possible to detect the reset voltage and the pixel voltage in each. The pixel voltage detected at the fourth sampling time t4 may be the voltage of the first floating diffusion FD1 according to the amount of charge accumulated in the first photodiode PD1 during the exposure time de. The image sensor can generate the second row data by calculating the difference between the reset voltage and the pixel voltage detected at each of the third sampling time t3 and the fourth sampling time t4. The second row data may be used to generate a generic image. In one example, when the image sensor generates the first row data once, the second row data may be generated a plurality of times. Therefore, it is possible to minimize the image frame rate degradation due to the generation of the first row data.

도 12에 도시한 일 실시예는, 플리커 현상이 나타나는 광원에 대한 고려 없이, 이미지의 다이나믹 레인지를 개선하기 위한 목적으로만 제2 포토 다이오드(PD2)를 활용하는 일 실시예에 대응할 수도 있다. 이때 제1 로우 데이터는 상대적으로 짧은 노출 시간 동안 생성된 이미지 데이터일 수 있으며, 제2 로우 데이터는 상대적으로 긴 노출 시간 동안 생성된 이미지 데이터일 수 있다. 이미지 센서의 컨트롤러는, 제1 로우 데이터와 제2 로우 데이터를 이용하여 하나의 이미지를 생성함으로써, 이미지의 다이나믹 레인지를 개선할 수 있다.The embodiment shown in Fig. 12 may correspond to an embodiment that utilizes the second photodiode PD2 only for the purpose of improving the dynamic range of the image, without considering the light source in which the flicker phenomenon appears. Wherein the first row data may be image data generated during a relatively short exposure time and the second row data may be image data generated during a relatively long exposure time. The controller of the image sensor can improve the dynamic range of the image by generating one image using the first row data and the second row data.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 회로를 나타낸 회로도이다.13 is a circuit diagram showing a pixel circuit included in an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 13에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 회로(300)는, 제1 픽셀 회로(310) 및 제2 픽셀 회로(320)를 포함할 수 있다. 제1 픽셀 회로(310)는 제1 포토 다이오드(PD1)가 생성하는 전하를 이용하여 전기 신호를 출력할 수 있으며, 제2 픽셀 회로(320)는 제2 포토 다이오드(PD2)가 생성하는 전하를 이용하여 전기 신호를 출력할 수 있다. 제1 픽셀 회로(310) 및 제2 픽셀 회로(320) 각각에 포함되는 트랜지스터들의 구성은, 도 6에 도시한 일 실시예와 유사할 수 있다.The pixel circuit 300 according to one embodiment shown in FIG. 13 may include a first pixel circuit 310 and a second pixel circuit 320. The first pixel circuit 310 may output an electric signal using the charge generated by the first photodiode PD1 and the second pixel circuit 320 may charge the charge generated by the second photodiode PD2 So that an electric signal can be output. The configuration of the transistors included in each of the first pixel circuit 310 and the second pixel circuit 320 may be similar to the embodiment shown in FIG.

다만, 도 6에 도시한 일 실시예와 달리, 도 13에 도시한 일 실시예에서는 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2) 사이에 연결될 수 있다. 즉, 제2 플로팅 디퓨전(FD2)이 제1 리셋 트랜지스터(RX1)와 제2 리셋 트랜지스터(RX2), 및 제2 전송 트랜지스터(TX2)에 연결될 수 있다. 이하, 도 14 내지 도 17을 참조하여, 도 13에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 회로(300)의 동작을 설명하기로 한다.However, unlike the embodiment shown in FIG. 6, in the embodiment shown in FIG. 13, the second reset transistor RX2 may be connected between the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 . That is, the second floating diffusion FD2 may be connected to the first reset transistor RX1, the second reset transistor RX2, and the second transfer transistor TX2. Hereinafter, the operation of the pixel circuit 300 according to the embodiment shown in FIG. 13 will be described with reference to FIGS. 14 to 17. FIG.

도 14 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.FIGS. 14 through 17 are views for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 14 내지 도 17에 도시한 실시예들에 따른 동작 방법에 의해서, 이미지 센서의 다이나믹 레인지를 개선함과 동시에, 플리커 현상이 나타나는 외부 광원을 정확히 표현하는 이미지를 생성할 수 있다. 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작은, 제1 리셋 트랜지스터(RX1) 및 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)의 전압이 리셋되는 것으로 시작될 수 있다.14 to 17, it is possible to improve the dynamic range of the image sensor and to generate an image that accurately represents an external light source in which a flicker phenomenon occurs. 14, the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention is such that the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 are turned on to turn on the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD1. The voltage of the floating diffusion FD2 can be started to be reset.

제1 및 제2 플로팅 디퓨전들(FD1, FD2)의 전압이 리셋되면, 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 오버플로우 트랜지스터(OX)가 번갈아서 턴-온 및 턴-오프되면서 제1 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적될 수 있다. 제2 플로팅 디퓨전(FD2)이 제1 리셋 트랜지스터(RX1)와 제2 리셋 트랜지스터(RX2) 사이에 배치되므로, 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 전하가 누적되는 동안 제1 리셋 트랜지스터(RX1)와 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-오프 상태를 유지할 수 있다. When the voltages of the first and second floating diffusions FD1 and FD2 are reset, the second transfer transistor TX2 and the overflow transistor OX are alternately turned on and off to turn on the first photodiode PD2, Can be accumulated in the second floating diffusion FD2. Since the second floating diffusion FD2 is disposed between the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2, the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 are turned off during charge accumulation in the second floating diffusion FD2. 2 reset transistor RX2 can be kept in the turn-off state.

제2 포토 다이오드(PD2)에 의해 생성된 전하에 대응하는 제1 로우 데이터를 생성하기 위하여, 이미지 센서는 제1 샘플링 시간(t1) 및 제2 샘플링 시간(t2) 각각에서 제1 리셋 전압 및 제1 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 제1 샘플링 시간(t1)과 제2 샘플링 시간(t2) 각각은, 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 n 번째로 누적되기 전후에 정의될 수 있다. 또한, 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적된 전하가 제1 플로팅 디퓨전(FD1)을 통해 구동 트랜지스터(DX)에서 전압으로 변환되어야 하므로, 제2 샘플링 시간(t2) 동안 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온될 수 있다.In order to generate the first row data corresponding to the charge generated by the second photodiode PD2, the image sensor supplies the first reset voltage and the second reset voltage at the first sampling time t1 and the second sampling time t2, One pixel voltage can be detected. Each of the first sampling time t1 and the second sampling time t2 may be defined before and after the charge generated in the second photodiode PD2 is accumulated nth in the second floating diffusion FD2. In addition, since the charge accumulated in the second floating diffusion FD2 must be converted from the driving transistor DX to the voltage through the first floating diffusion FD1, the second reset transistor RX2 is turned on during the second sampling period t2, Can be turned on.

도 13에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 회로(300)에서는, 제2 플로팅 디퓨전(FD2)이 제1 리셋 트랜지스터(RX1)와 제2 리셋 트랜지스터(RX2) 사이의 노드로 정의될 수 있다. 따라서, 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 복수 회에 걸쳐서 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적되는 동안, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)가 턴-오프 상태를 유지해야 하며, 제1 포토 다이오드(PD1)가 빛에 노출되어 전하를 생성할 수 없다. 제2 샘플링 시간(t2)이 경과하면, 제1 전송 트랜지스터(TX1)와 제1 리셋 트랜지스터(RX1) 및 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 함께 턴-온시켜 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제1 플로팅 디퓨전(FD1)을 리셋할 수 있다.In the pixel circuit 300 according to the embodiment shown in FIG. 13, the second floating diffusion FD2 may be defined as a node between the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2. Therefore, while the charges generated in the second photodiode PD2 accumulate in the second floating diffusion FD2 a plurality of times, the first reset transistor RX1 must maintain the turn-off state, The diode PD1 is exposed to light and can not generate electric charges. When the second sampling time t2 elapses, the first transfer transistor TX1 and the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 are turned on together to turn on the first photodiode PD1 and the first The floating diffusion FD1 can be reset.

제1 포토 다이오드(PD1) 및 제1 플로팅 디퓨전(FD1)이 리셋되면, 이미지 센서는 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 턴-오프시켜 제1 포토 다이오드(PD1)가 제1 노출 시간(de1) 동안 빛에 노출되어 전하를 생성하도록 제어할 수 있다. 제1 노출 시간(de1)이 종료하기 이전에, 이미지 센서는 제1 및 제2 리셋 트랜지스터들(RX1, RX2)을 턴-오프시키고 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로부터 제2 리셋 전압을 검출할 수 있다. 제2 리셋 전압은, 리셋 전압 검출 신호(SHR)가 하이 논리 값을 갖는 제3 샘플링 시간(t3) 동안 검출될 수 있다. 일례로, 제1 노출 시간(de1)은 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn)의 합보다 긴 시간으로 설정될 수 있다.When the first photodiode PD1 and the first floating diffusion FD1 are reset, the image sensor turns off the first transfer transistor TX1 so that the first photodiode PD1 is turned off during the first exposure time de1 It can be controlled to generate electric charges by being exposed to light. Before the first exposure time de1 ends, the image sensor can turn off the first and second reset transistors RX1 and RX2 and detect the second reset voltage from the first floating diffusion FD1 have. The second reset voltage can be detected during a third sampling time t3 at which the reset voltage detection signal SHR has a high logic value. For example, the first exposure time de1 may be set to a time longer than the sum of the plurality of times d1, d2,? Dn-1, dn.

제1 노출 시간(de1)이 경과하면, 이미지 센서는 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 턴-온시켜 제1 포토 다이오드(PD1)에 누적된 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 옮길 수 있다. 이미지 센서는 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-오프된 후 제4 샘플링 시간(t4) 동안 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압을 제2 픽셀 전압으로서 검출할 수 있다. 이미지 센서는, 제3 샘플링 시간(t3) 및 제4 샘플링 시간(t4) 각각에서 검출한 제2 리셋 전압과 제2 픽셀 전압의 차이를 계산하여 이미지를 생성하는 데에 필요한 제2 로우 데이터를 생성할 수 있다.When the first exposure time de1 elapses, the image sensor may turn on the first transfer transistor TX1 to transfer the charge accumulated in the first photodiode PD1 to the first floating diffusion FD1. The image sensor may detect the voltage of the first floating diffusion FD1 as the second pixel voltage for a fourth sampling time t4 after the first transfer transistor TX1 is turned off. The image sensor calculates the difference between the second reset voltage and the second pixel voltage detected in each of the third sampling time t3 and the fourth sampling time t4 to generate second row data necessary for generating an image can do.

제4 샘플링 시간(t4)이 종료되면, 이미지 센서는 제2 노출 시간(de2) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)를 빛에 노출시키고, 제5 샘플링 시간(t5) 및 제6 샘플링 시간(t6) 각각에서 제3 리셋 전압과 제3 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 제2 노출 시간(de2)은 복수의 시간들(d1, d2, ? dn-1, dn)의 합보다 짧은 시간으로 설정될 수 있다. 이미지 센서는 제5 샘플링 시간(t5) 및 제6 샘플링 시간(t6) 각각에서 검출한 제3 리셋 전압과 제3 픽셀 전압의 차이를 계산하여 이미지를 생성하는 데에 필요한 제3 로우 데이터를 생성할 수 있다.When the fourth sampling time t4 is ended, the image sensor exposes the first photodiode PD1 to the light during the second exposure time de2, and the fifth sampling time t5 and the sixth sampling time t6, It is possible to detect the third reset voltage and the third pixel voltage in each. The second exposure time de2 may be set to a time shorter than the sum of the plurality of times d1, d2,? Dn-1, dn. The image sensor calculates the difference between the third reset voltage and the third pixel voltage detected in each of the fifth sampling time t5 and the sixth sampling time t6 to generate third row data necessary for generating an image .

일 실시예에서, 이미지 센서는 복수의 픽셀들 각각에서 획득한 제1 내지 제3 로우 데이터들을 조합하여 하나의 이미지를 얻을 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 내지 제3 로우 데이터들은 제1 및 제2 포토 다이오드들(PD1, PD2)를 서로 다른 노출 시간만큼 빛에 노출시켜 획득한 데이터들일 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 로우 데이터들을 조합하여 하나의 이미지를 획득함으로써, 이미지의 다이나믹 레인지 특성을 개선할 수 있다. In one embodiment, the image sensor may combine the first through third row data obtained in each of the plurality of pixels to obtain one image. As described above, the first to third row data may be data obtained by exposing the first and second photodiodes PD1 and PD2 to light for different exposure times. Thus, by combining the first through third row data to obtain one image, the dynamic range characteristic of the image can be improved.

또한, 제1 로우 데이터는 플리커 현상이 발생하는 LED 등의 광원을 이미지에 정확히 반영하기 위한 데이터로 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 오버플로우 트랜지스터(OX)로 인해 제2 포토 다이오드(PD2)가 포화되는 것을 방지할 수 있으므로 주변 조도가 낮은 경우에도 LED 등의 광원의 빛을 정확히 검출할 수 있다. 또한, 하나의 픽셀 내에 LED 등의 광원의 빛을 검출하기 위한 목적으로 제2 포토 다이오드(PD2)를 마련하는 한편, 제1 포토 다이오드(PD1)를 이용하여 일반적인 이미지를 생성하므로, LED 등의 광원의 빛을 검출하기 위해 일반적인 이미지의 프레임 레이트를 희생해야 하는 문제를 해결할 수 있다.In addition, the first row data can be used as data for accurately reflecting a light source such as an LED or the like where a flicker phenomenon occurs in an image. In an embodiment of the present invention, the second photodiode PD2 can be prevented from being saturated due to the overflow transistor OX, so that light of a light source such as an LED can be accurately detected even when the ambient illuminance is low. In addition, a second photodiode PD2 is provided in one pixel for the purpose of detecting light of a light source such as an LED, and a general image is generated using the first photodiode PD1. Thus, It is possible to solve the problem of sacrificing the frame rate of a general image in order to detect the light of the image.

도 15에 도시한 일 실시예에서는, 도 14에 도시한 일 실시예와 달리 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적되는 동안 제1 리셋 전압이 검출되지 않을 수 있다. 컨트롤러는 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 n 번째로 누적된 후에 제1 샘플링 시간(t1) 동안 제1 픽셀 전압을 획득할 수 있다. 컨트롤러는 제2 샘플링 시간(t2) 동안 획득한 리셋 전압과, 제1 픽셀 전압의 차이를 계산하여 제1 로우 데이터를 획득할 수 있다. In the embodiment shown in Fig. 15, unlike the embodiment shown in Fig. 14, the first reset voltage may not be detected while the charge of the second photodiode PD2 is accumulated in the second floating diffusion FD2 have. The controller can obtain the first pixel voltage for a first sampling time t1 after the charges generated in the second photodiode PD2 are accumulated n-th in the second floating diffusion FD2. The controller can calculate the difference between the reset voltage obtained during the second sampling time t2 and the first pixel voltage to obtain the first row data.

또한 컨트롤러는, 제1 노출 시간(de1) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하에 대응하는 제2 픽셀 전압을 제3 샘플링 시간(t3) 동안 획득할 수 있다. 컨트롤러는 제2 샘플링 시간(t2) 동안 획득한 리셋 전압과 제2 픽셀 전압의 차이를 계산하여 제2 로우 데이터를 획득할 수 있다. 즉, 도 15에 도시한 일 실시예에서는, 제1 로우 데이터 및 제2 로우 데이터 각각을 획득하는 데에 필요한 리셋 전압이 하나일 수 있다.The controller may also obtain a second pixel voltage corresponding to the charge generated in the first photodiode PD1 during the first exposure time de1 for a third sampling time t3. The controller can calculate the difference between the reset voltage and the second pixel voltage obtained during the second sampling time t2 to obtain the second row data. That is, in the embodiment shown in Fig. 15, there may be one reset voltage necessary for acquiring each of the first row data and the second row data.

도 16에 도시한 일 실시예에서는, 도 14에 도시한 일 실시예와 달리 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적되기 전의 제1 샘플링 시간(t1) 동안, 컨트롤러가 제1 리셋 전압을 획득할 수 있다. 컨트롤러는 제1 샘플링 시간(t1) 동안 획득한 제1 리셋 전압을 별도의 메모리에 저장할 수 있으며, 이후 제2 샘플링 시간(t2) 동안 획득한 제1 픽셀 전압과, 제1 리셋 전압의 차이를 계산하여 제1 로우 데이터를 생성할 수 있다. 제2 로우 데이터 및 제3 로우 데이터를 생성하는 방법은 앞서 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한 실시예들과 같을 수 있다.16, during the first sampling time t1 before the charges of the second photodiode PD2 are accumulated in the second floating diffusion FD2, unlike the embodiment shown in Fig. 14, The controller can obtain the first reset voltage. The controller can store the first reset voltage obtained during the first sampling time t1 in a separate memory and then calculate the difference between the first pixel voltage obtained during the second sampling time t2 and the first reset voltage Thereby generating first row data. The method of generating the second row data and the third row data may be the same as the embodiments described with reference to Figs. 14 and 15 above.

다음으로 도 17에 도시한 일 실시예는, 이미지의 다이나믹 레인지 개선과 관계없이, 플리커 현상이 나타나는 광원의 빛을 정확히 검출하기 위한 목적으로만 제2 포토 다이오드(PD2)를 활용하는 일 실시예에 대응할 수 있다. 도 17을 참조하면, 제1 플로팅 디퓨전(FD1) 및 제2 플로팅 디퓨전(FD2)를 리셋한 후, 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하를 복수 회에 걸쳐서 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적할 수 있다. 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 누적된 전하는 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온됨에 따라 제1 플로팅 디퓨전(FD1)에 의해 공유될 수 있다.Next, one embodiment shown in FIG. 17 is an embodiment that utilizes the second photodiode PD2 only for the purpose of accurately detecting the light of the light source in which the flicker phenomenon occurs, regardless of the improvement of the dynamic range of the image Can respond. 17, after resetting the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2, the charges generated in the second photodiode PD2 are applied to the second floating diffusion FD2 a plurality of times Can accumulate. The charge accumulated in the second floating diffusion FD2 can be shared by the first floating diffusion FD1 as the second reset transistor RX2 is turned on.

제1 샘플링 시간(t1) 및 제2 샘플링 시간(t2) 각각에서 제2 플로팅 디퓨전(FD1)으로부터 검출되는 제1 리셋 전압 및 제1 픽셀 전압은, 제1 로우 데이터를 생성하는 데에 이용될 수 있다. 제1 로우 데이터는, 플리커 현상이 나타나는 광원의 빛을 정확히 검출하기 위한 목적으로 이용될 수 있다.The first reset voltage and the first pixel voltage detected from the second floating diffusion FD1 in each of the first sampling time t1 and the second sampling time t2 can be used to generate the first row data have. The first row data can be used for the purpose of accurately detecting the light of the light source in which the flicker phenomenon appears.

한편 제2 샘플링 시간(t2)이 종료되면, 제1 리셋 트랜지스터(RX1) 및 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-온시켜 제1 플로팅 디퓨전(FD1) 및 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 리셋하고, 제3 샘플링 시간(t3) 및 제4 샘플링 시간(t4) 각각에서 리셋 전압과 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 제4 샘플링 시간(t4)에서 검출되는 픽셀 전압은, 노출 시간(de) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)에 누적된 전하의 양에 따른 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압일 수 있다. 이미지 센서는, 제3 샘플링 시간(t3) 및 제4 샘플링 시간(t4) 각각에서 검출한 리셋 전압과 픽셀 전압의 차이를 계산하여 제2 로우 데이터를 생성할 수 있다. 제2 로우 데이터는, 일반적인 이미지를 생성하는 데에 이용될 수 있다. 일례로, 이미지 센서가 제1 로우 데이터를 한 번 생성할 때, 제2 로우 데이터는 복수 회 생성될 수 있다. 따라서, 제1 로우 데이터 생성에 따른 이미지 프레임 레이트 저하를 최소화할 수 있다.On the other hand, when the second sampling time t2 ends, the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 are reset by turning on the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 , The third sampling time (t3), and the fourth sampling time (t4), respectively. The pixel voltage detected at the fourth sampling time t4 may be the voltage of the first floating diffusion FD1 according to the amount of charge accumulated in the first photodiode PD1 during the exposure time de. The image sensor can generate the second row data by calculating the difference between the reset voltage and the pixel voltage detected at each of the third sampling time t3 and the fourth sampling time t4. The second row data may be used to generate a generic image. In one example, when the image sensor generates the first row data once, the second row data may be generated a plurality of times. Therefore, it is possible to minimize the image frame rate degradation due to the generation of the first row data.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 회로를 나타낸 회로도이다.18 is a circuit diagram showing a pixel circuit included in an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 픽셀 회로(400)는 제1 픽셀 회로(410) 및 제2 픽셀 회로(420)를 포함할 수 있다. 제1 픽셀 회로(410)는 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하를 처리하기 위한 회로일 수 있으며, 제2 픽셀 회로(420)는 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하를 처리하기 위한 회로일 수 있다.Referring to FIG. 18, a pixel circuit 400 according to an embodiment of the present invention may include a first pixel circuit 410 and a second pixel circuit 420. The first pixel circuit 410 may be a circuit for processing the charge generated in the first photodiode PD1 and the second pixel circuit 420 may be a circuit for processing the charge generated in the second photodiode PD2. Lt; / RTI >

제1 픽셀 회로(410)는 제1 플로팅 디퓨전(FD1), 제1 리셋 트랜지스터(RX1), 제1 전송 트랜지스터(TX1), 구동 트랜지스터(DX), 및 선택 트랜지스터(SX) 등을 포함할 수 있다. 제2 픽셀 회로(420)는 제2 플로팅 디퓨전(FD2), 제2 리셋 트랜지스터(RX2), 제2 전송 트랜지스터(TX2), 오버플로우 트랜지스터(OX), 스토리지 커패시터(SC), 및 스위치 소자(SW) 등을 포함할 수 있다. 제1 픽셀 회로(410)와 제2 픽셀 회로(420) 각각에 포함되는 능동 소자들의 동작은, 이미지 센서에 포함되는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.The first pixel circuit 410 may include a first floating diffusion FD1, a first reset transistor RX1, a first transfer transistor TX1, a driving transistor DX, a selection transistor SX, . The second pixel circuit 420 includes a second floating diffusion FD2, a second reset transistor RX2, a second transfer transistor TX2, an overflow transistor OX, a storage capacitor SC, ), And the like. The operation of the active elements included in each of the first pixel circuit 410 and the second pixel circuit 420 can be controlled by a controller included in the image sensor.

픽셀 회로(400)의 동작에 있어서, 제1 픽셀 회로(410)와 제2 픽셀 회로(420)는 적어도 일부의 회로 소자들을 공유할 수 있다. 일례로, 제2 픽셀 회로(420)는 제2 포토 다이오드(PD2)가 생성한 전하에 대응하는 픽셀 전압을 출력하기 위해, 구동 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 이용할 수 있다. 또한, 제1 픽셀 회로(410)는, 제1 포토 다이오드(PD1)가 생성한 전하의 변환 이득(Conversion Gain) 또는 픽셀의 용량을 조절하기 위해, 제2 리셋 트랜지스터(RX2) 및 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 이용할 수 있다.In operation of the pixel circuit 400, the first pixel circuit 410 and the second pixel circuit 420 may share at least some of the circuit elements. For example, the second pixel circuit 420 can use the driving transistor DX and the selection transistor SX to output the pixel voltage corresponding to the charge generated by the second photodiode PD2. The first pixel circuit 410 also includes a second reset transistor RX2 and a second floating diffusion RX2 for adjusting the conversion gain or the capacitance of the charge generated by the first photodiode PD1, (FD2) can be used.

도 18에 도시한 일 실시예에서, 제2 픽셀 회로(420)는 제2 포토 다이오드(PD2)가 생성한 전하를 저장하기 위한 스토리지 커패시터(SC)를 포함할 수 있다. 스토리지 커패시터(SC)는 MIM 커패시터 또는 액티브 커패시터 등으로 구현될 수 있다. 스토리지 커패시터(SC)는 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하량 및 제2 전송 트랜지스터(TX2)의 동작에 응답하여 전하를 저장할 수 있다. 스토리지 커패시터(SC)와 제2 플로팅 디퓨전(FD2) 사이에는 스위치 소자(SW)가 연결되며, 스위치 소자(SW)의 온/오프 동작에 의해 스토리지 커패시터(SC)의 전하가 제2 플로팅 디퓨전(FD2)으로 이동할 수 있다.In one embodiment shown in FIG. 18, the second pixel circuit 420 may include a storage capacitor SC for storing charges generated by the second photodiode PD2. The storage capacitor SC may be implemented as a MIM capacitor or an active capacitor or the like. The storage capacitor SC may store the charge in response to the amount of charge generated in the second photodiode PD2 and the operation of the second transfer transistor TX2. A switch element SW is connected between the storage capacitor SC and the second floating diffusion FD2 and the charge of the storage capacitor SC is electrically connected to the second floating diffusion FD2 ).

제2 포토 다이오드(PD2)는 제1 포토 다이오드(PD1)와 비교하여 상대적으로 작은 수광 면적을 가지며, 따라서 더 쉽게 빨리 포화될 수 있다. 도 18에 도시한 일 실시예에서는 오버플로우 트랜지스터(OX)를 이용하여 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하를 제거하거나, 또는 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하를 스토리지 커패시터(SC)에 옮겨 저장해 놓음으로써 제2 포토 다이오드(PD2)의 포화를 방지할 수 있다. 도 18에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 회로(400)를 포함하는 이미지 센서는, 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2) 각각에서 생성되는 전하를 이용하여 다이나믹 레인지를 개선함과 동시에, 플리커 현상이 발생하는 LED 등의 광원을 정확히 캡쳐할 수 있다. The second photodiode PD2 has a relatively small light receiving area as compared with the first photodiode PD1, and therefore can be saturated more easily. 18, the charge of the second photodiode PD2 is removed by using the overflow transistor OX or the charge of the second photodiode PD2 is transferred to the storage capacitor SC The saturation of the second photodiode PD2 can be prevented. The image sensor including the pixel circuit 400 according to the embodiment shown in FIG. 18 improves the dynamic range by using charges generated in each of the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 At the same time, a light source such as an LED, in which a flicker phenomenon occurs, can be accurately captured.

도 19 및 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.19 and 20 are views for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 19는 도 18에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 회로(400)를 갖는 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍 다이어그램일 수 있다. 도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작은, 제1 및 제2 리셋 트랜지스터(RX1, RX2)가 턴-온되어 제1 및 제2 플로팅 디퓨전(FD1, FD2)이 리셋되는 것으로 시작될 수 있다. 이때, 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 함께 턴-온되어 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하가 제거될 수 있다.First, Fig. 19 may be a timing diagram for explaining the operation of the image sensor having the pixel circuit 400 according to the embodiment shown in Fig. 19, the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention is such that the first and second reset transistors RX1 and RX2 are turned on and the first and second floating diffusions FD1 and FD2 are turned on Can be started by resetting. At this time, the charge of the first photodiode PD1 may be removed by turning on the first transfer transistor TX1.

제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-오프된 후 제1 노출 시간(de1) 동안, 제1 포토 다이오드(PD1)가 빛에 노출될 수 있다. 이후, 리셋 전압 및 픽셀 전압을 검출하기 위해 선택 제어 신호(SEL)에 의해 선택 트랜지스터(SX)가 턴-온될 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴-온되면, 제1 시간(D1) 동안 제1 리셋 전압과 제1 픽셀 전압이 순차로 검출될 수 있다. 일례로, 컨트롤러의 샘플링 회로는, 리셋 전압 검출 신호(SHR)가 하이 논리 값을 갖는 제1 샘플링 시간(t1) 동안, 제1 리셋 전압을 검출할 수 있다. 또한 컨트롤러는, 픽셀 전압 검출 신호(SHS)가 하이 논리 값을 갖는 제2 샘플링 시간(t2) 동안 제1 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 제1 샘플링 시간(t1)과 제2 샘플링 시간(t2) 사이에 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-온 및 턴-오프되어, 제1 노출 시간(de1) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)가 생성한 전하가 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 이동할 수 있다.During the first exposure time de1 after the first transfer transistor TX1 is turned off, the first photodiode PD1 may be exposed to light. Then, the selection transistor SX can be turned on by the selection control signal SEL to detect the reset voltage and the pixel voltage. When the selection transistor SX is turned on, the first reset voltage and the first pixel voltage can be sequentially detected during the first time period D1. In one example, the sampling circuit of the controller can detect the first reset voltage during the first sampling time t1 when the reset voltage detection signal SHR has a high logic value. The controller can also detect the first pixel voltage for a second sampling time t2 at which the pixel voltage detection signal SHS has a high logic value. The first transfer transistor TX1 is turned on and off between the first sampling time t1 and the second sampling time t2 so that the first photodiode PD1 is turned off during the first exposure time de1 And the generated charge can move to the first floating diffusion FD1.

도 19에 도시한 일 실시예에서는, 제1 시간(D1) 이후의 제2 시간(D2) 동안, 이미지 센서가 제1 포토 다이오드(PD1)로부터 픽셀 전압 및 리셋 전압을 한 번 더 검출할 수 있다. 도 19에 도시한 바와 같이 제2 시간(D2)이 시작되면 제1 리셋 트랜지스터(RX1)가 턴-오프되고 제2 리셋 트랜지스터(RX2)는 턴-온될 수 있다. 따라서, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2) 및 제2 리셋 트랜지스터(RX2)의 턴-온 용량의 합이 제1 포토 다이오드(PD1)에 대한 플로팅 디퓨전으로 제공될 수 있다. 결과적으로, 제2 시간(D2)에서는 제1 시간(D1)에서보다 더 넓은 면적의 플로팅 디퓨전에 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하가 저장될 수 있다. 따라서, 제2 시간(D2) 동안 픽셀의 변환 이득은 제1 시간(D1) 동안 픽셀 변환 이득보다 작을 수 있다.In the embodiment shown in Fig. 19, during the second time D2 after the first time D1, the image sensor can detect the pixel voltage and the reset voltage from the first photodiode PD1 once more . As shown in FIG. 19, when the second time D2 starts, the first reset transistor RX1 may be turned off and the second reset transistor RX2 may be turned on. Therefore, the sum of the first floating diffusion FD1, the second floating diffusion FD2 and the turn-on capacitance of the second reset transistor RX2 can be provided as a floating diffusion to the first photodiode PD1. As a result, in the second time D2, the charge of the first photodiode PD1 can be stored in the floating diffusion of a wider area than in the first time D1. Thus, the conversion gain of the pixel during the second time D2 may be less than the pixel conversion gain during the first time D1.

이미지 센서의 샘플링 회로는, 제3 샘플링 시간(t3) 및 제4 샘플링 시간(t4) 각각에서, 제2 픽셀 전압과 제2 리셋 전압을 검출할 수 있다. 즉, 제2 시간(D2)에서는 픽셀 전압이 리셋 전압보다 먼저 검출될 수 있다. 제2 픽셀 전압은 제1 노출 시간(de1) 및 제2 노출 시간(de2) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하에 대응하는 전압일 수 있다. 제2 노출 시간(de2)은 제1 노출 시간(de1)에 비해 짧을 수 있다.The sampling circuit of the image sensor can detect the second pixel voltage and the second reset voltage at each of the third sampling time t3 and the fourth sampling time t4. That is, at the second time D2, the pixel voltage can be detected before the reset voltage. The second pixel voltage may be a voltage corresponding to the charge generated in the first photodiode PD1 during the first exposure time de1 and the second exposure time de2. The second exposure time de2 may be shorter than the first exposure time de1.

제2 픽셀 전압을 검출하면, 컨트롤러는 제1 리셋 트랜지스터(RX1)를 턴-온 및 턴-오프시켜 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)의 전압을 리셋한 후에 제2 리셋 전압을 검출할 수 있다. 이때, 커플링 효과를 보상하기 위해, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)가 턴-온되어 있는 시간 동안, 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-오프할 수 있다. 도 19를 참조하면, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)의 턴-온 시간과, 제2 리셋 트랜지스터(RX2)의 턴-오프 시간의 적어도 일부가 제2 시간(D2) 내에서 서로 중첩될 수 있다.Upon detecting the second pixel voltage, the controller resets the voltages of the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 by turning on and off the first reset transistor RX1, Voltage can be detected. At this time, to compensate for the coupling effect, the second reset transistor RX2 may be turned off for a period of time in which the first reset transistor RX1 is turned on. Referring to FIG. 19, at least a part of the turn-on time of the first reset transistor RX1 and the turn-off time of the second reset transistor RX2 may overlap each other within the second time D2.

도 19에 도시한 일 실시예에서는, 서로 다른 변환 이득 조건에서 검출한 리셋 전압과 픽셀 전압을 이용하여 이미지 데이터가 생성될 수 있다. 따라서, 제1 포토 다이오드(PD1) 및 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 포화를 방지할 수 있으며, 이미지 센서가 동작하는 환경의 조도에 관계없이 최적화된 이미지를 사용자에게 제공할 수 있다. 일반적으로 제1 포토 다이오드(PD1)의 용량은 쉽게 포화될 수 있는 고조도 조건에 맞춰서 결정될 수 있다. 도 19에 도시한 일 실시예에서는, 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하에 의해 제1 플로팅 디퓨전(FD1)이 포화되지 않도록, 제2 시간(D1)에서 픽셀 전압과 리셋 전압을 읽어오기 전에 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-온시켜 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 연결할 수 있다. 따라서, 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하가 제1 플로팅 디퓨전(FD1) 및 제2 플로팅 디퓨전(FD2)에 충분히 축적될 수 있으며, 제1 포토 다이오드(PD1)의 용량보다 많은 양의 전하를 이용하여 이미지를 생성함과 동시에, 픽셀의 포화를 방지할 수 있다. 한편, 도 19에 도시한 일 실시예에 따른 동작에서, 제2 포토 다이오드(PD2)는 이용되지 않을 수 있다.In the embodiment shown in Fig. 19, image data can be generated using the reset voltage and pixel voltage detected under different conversion gain conditions. Therefore, saturation of the first photodiode PD1 and the first floating diffusion FD1 can be prevented, and the optimized image can be provided to the user irrespective of the illuminance of the environment in which the image sensor operates. In general, the capacitance of the first photodiode PD1 can be determined in accordance with the high-luminance condition that can be easily saturated. 19, before the pixel voltage and the reset voltage are read at the second time D1 so that the first floating diffusion FD1 is not saturated by the charge of the first photodiode PD1, 2 reset transistor RX2 to turn on the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2. Therefore, the charge generated in the first photodiode PD1 can be sufficiently accumulated in the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2, and the charges in the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 can be sufficiently accumulated, To generate an image, and to prevent saturation of the pixel. On the other hand, in the operation according to the embodiment shown in Fig. 19, the second photodiode PD2 may not be used.

도 20은 제1 포토 다이오드(PD1)와 플로팅 디퓨전의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다. 도 20(a)와 도 20(b)는 각각 높은 변환 이득 조건을 갖는 제1 시간(D1)과 낮은 변환 이득 조건을 갖는 제2 시간(D2)에서 제1 포토 다이오드(PD1)와 플로팅 디퓨전을 나타낸 도면일 수 있다.20 is a diagram provided to explain the operation of the first photodiode PD1 and the floating diffusion. 20 (a) and 20 (b) respectively show the first photodiode PD1 and the floating diffusion at a first time D1 having a high conversion gain condition and a second time period D2 having a low conversion gain condition As shown in FIG.

먼저 도 20(a)를 참조하면, 제1 시간(D1)에서는 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하가 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 이동할 수 있다. 제1 시간(D1) 동안에는 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-오프되므로, 제1 플로팅 디퓨전(FD1)에만 전하가 누적될 수 있다. 제1 포토 다이오드(PD1)의 용량은, 도 20(a)에 도시한 바와 같은 높은 변환 이득 조건을 고려하여 결정될 수 있으며, 따라서 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 용량과 제1 포토 다이오드(PD1)의 용량은 유사할 수 있다.Referring to FIG. 20A, the charges generated in the first photodiode PD1 can be transferred to the first floating diffusion FD1 at the first time D1. Since the second reset transistor RX2 is turned off during the first time D1, charges can accumulate only in the first floating diffusion FD1. The capacity of the first photodiode PD1 can be determined in consideration of a high conversion gain condition as shown in FIG. 20 (a), and therefore the capacity of the first floating diffusion FD1 and the capacity of the first photodiode PD1 can be determined, May be similar.

다음으로 도 20(b)를 참조하면, 제2 시간(D2)에서는 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-온하여 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)은 물론, 제2 리셋 트랜지스터(RX2)의 턴-온 용량까지 플로팅 디퓨전으로 이용할 수 있다. 따라서, 제1 포토 다이오드(PD1)의 용량을 초과하는 양의 전하가 플로팅 디퓨전에 누적되어 구동 트랜지스터(DX)를 통한 픽셀 전압에 반영될 수 있다. 즉, 도 19 및 도 20을 참조하여 설명한 실시예에 따라, 제1 포토 다이오드(PD1)의 용량보다 많은 양의 전하를 이용하여 이미지 데이터를 생성할 수 있으며, 결과적으로 픽셀의 포화가 방지함과 동시에 이미지 데이터의 품질을 개선할 수 있다.Next, referring to FIG. 20 (b), the second reset transistor RX2 is turned on at the second time D2 so that the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2, as well as the second floating diffusion FD2, The turn-on capacitance of the reset transistor RX2 can be used as a floating diffusion. Therefore, a positive charge exceeding the capacity of the first photodiode PD1 can be accumulated in the floating diffusion and reflected in the pixel voltage through the driving transistor DX. In other words, according to the embodiment described with reference to FIGS. 19 and 20, it is possible to generate image data using a charge amount larger than that of the first photodiode PD1, thereby preventing saturation of pixels At the same time, the quality of the image data can be improved.

도 21 내지 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다. 도 21 내지 도 27은 이미지 센서의 서로 다른 동작 모드들을 설명하기 위해 제공되는 도면들일 수 있으며, 이미지 센서는 도 18에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 회로(400)를 가질 수 있다.FIGS. 21 to 27 are views for explaining the operation of the image sensor according to an embodiment of the present invention. FIGS. 21-27 may be provided to illustrate different modes of operation of the image sensor, and the image sensor may have a pixel circuit 400 according to one embodiment shown in FIG.

도 21 및 도 22는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)를 이용하여 이미지 센서의 다이나믹 레인지를 개선할 수 있는 동작 모드를 설명하기 위한 도면들이다. 도 21을 참조하면, 다이나믹 레인지를 개선하기 위한 동작 모드에서, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)와 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 동시에 턴-온되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1) 및 제2 플로팅 디퓨전(FD2)이 리셋될 수 있다. 또한, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)와 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온되는 동안, 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-온 및 턴-오프되어 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하를 제거할 수 있다. 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-오프되면 제1 노출 시간(de1)이 시작될 수 있다.21 and 22 are diagrams for explaining an operation mode in which the dynamic range of the image sensor can be improved by using the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2. 21, in the operation mode for improving the dynamic range, the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 are simultaneously turned on and the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 can be reset. Also, while the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 are turned on, the first transfer transistor TX1 is turned on and off to charge the first photodiode PD1 Can be removed. The first exposure time de1 may start when the first transfer transistor TX1 is turned off.

제1 노출 시간(de1)이 경과하고 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 턴-온되면 제1 노출 시간(de1) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)에서 생성된 전하가 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 이동할 수 있다. 컨트롤러의 샘플링 회로는, 제1 시간(D1)의 제1 샘플링 시간(t1) 및 제2 샘플링 시간(t2) 각각에서 제1 리셋 전압과 제1 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 제1 샘플링 시간(t1)은 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하가 제1 플로팅 디퓨전으로 이동하기 이전의 시간이며, 제2 샘플링 시간(t1)은 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하가 제1 플로팅 디퓨전으로 이동한 이후의 시간일 수 있다. 제1 샘플링 시간(t1)과 제2 샘플링 시간(t2)이 속하는 제1 시간(D1)의 적어도 일부는, 제1 노출 시간(de1)과 중첩될 수 있다. 컨트롤러는, 제1 리셋 전압과 제1 픽셀 전압의 차이를 이용하여 이미지를 생성하기 위한 제1 로우 데이터를 생성할 수 있다.When the first exposure time de1 elapses and the first transfer transistor TX1 is turned on, the charge generated in the first photodiode PD1 during the first exposure time de1 is transferred to the first floating diffusion FD1 Can be moved. The sampling circuit of the controller can detect the first reset voltage and the first pixel voltage in each of the first sampling time t1 and the second sampling time t2 of the first time D1. The first sampling time t1 is a time before the charge of the first photodiode PD1 is shifted to the first floating diffusion and the second sampling time t1 is a time before the charge of the first photodiode PD1 is shifted to the first floating diffusion. Lt; RTI ID = 0.0 > floating diffusion. ≪ / RTI > At least a part of the first time D1 to which the first sampling time t1 and the second sampling time t2 belong may overlap with the first exposure time de1. The controller may generate the first row data for generating an image using the difference between the first reset voltage and the first pixel voltage.

컨트롤러는, 제1 시간(D1) 동안 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-오프하여 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 분리할 수 있다. 따라서, 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하는 제1 플로팅 디퓨전(FD1)에만 누적될 수 있다. 제1 시간(D1)이 경과하면, 컨트롤러는 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-온하여 제1 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압을 리셋할 수 있다.The controller can separate the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 by turning off the second reset transistor RX2 for the first time D1. Therefore, charges of the first photodiode PD1 can be accumulated only in the first floating diffusion FD1. When the first time D1 elapses, the controller can turn on the second reset transistor RX2 to reset the voltage of the first floating diffusion FD1.

도 21을 참조하면, 제1 노출 시간(de1) 도중에 제2 노출 시간(de2)이 시작될 수 있다. 제2 노출 시간(de2)은 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 스위치 소자(SW)가 턴-온 및 턴-오프되어 제2 플로팅 디퓨전(FD2), 스토리지 커패시터(SC) 및 제2 포토 다이오드(PD2)가 리셋됨으로써 시작될 수 있다. 제2 노출 시간(de2)은 제1 노출 시간(de1)보다 짧을 수 있다.Referring to FIG. 21, the second exposure time de2 may be started during the first exposure time de1. The second exposure time de2 is set such that the second transfer transistor TX2 and the switch element SW are turned on and off to turn on the second floating diffusion FD2, the storage capacitor SC, and the second photodiode PD2 May be reset. The second exposure time de2 may be shorter than the first exposure time de1.

제2 노출 시간(de2) 동안 제2 포토 다이오드(PD2)가 생성한 전하에 대응하는 제2 픽셀 전압은, 제2 시간(D2) 동안 검출될 수 있다. 제2 픽셀 전압을 검출하기 위해, 제1 리셋 트랜지스터(RX1)가 턴-오프되어 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 전원 노드와 분리할 수 있다. 또한, 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)이 연결될 수 있다.The second pixel voltage corresponding to the charge generated by the second photodiode PD2 during the second exposure time de2 may be detected during the second time period D2. To detect the second pixel voltage, the first reset transistor RXl may be turned off to isolate the second floating diffusion FD2 from the power supply node. In addition, the second reset transistor RX2 may be turned on to couple the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2.

제2 노출 시간(de2)이 경과하면, 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 스위치 소자(SW)가 턴-온되어 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1) 및 제2 플로팅 디퓨전(FD2)으로 이동시킬 수 있다. 이후 제2 시간(D2)의 제3 샘플링 시간(t3) 동안, 샘플링 회로가 제2 픽셀 전압을 검출할 수 있다.When the second exposure time de2 elapses, the second transfer transistor TX2 and the switch element SW are turned on to transfer the charge of the second photodiode PD2 to the first floating diffusion FD1 and the second floating Diffusion FD2. ≪ / RTI > Then, during the third sampling time t3 of the second time D2, the sampling circuit can detect the second pixel voltage.

제2 픽셀 전압이 검출되면, 이미지 센서의 컨트롤러는 제1 리셋 트랜지스터(RX1)를 턴-온하여 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)의 전압을 리셋하고, 제4 샘플링 시간(t4) 동안 제2 리셋 전압을 검출할 수 있다. 컨트롤러는 제2 픽셀 전압과 제2 리셋 전압의 차이를 계산하여 제2 로우 데이터를 생성할 수 있다. 제2 리셋 전압을 검출하는 제4 샘플링 시간(t4) 동안 제1 리셋 트랜지스터(RX)는 턴-오프될 수 있으며, 제2 리셋 전압이 검출되면 다시 턴-온될 수 있다.When the second pixel voltage is detected, the controller of the image sensor turns on the first reset transistor RX1 to reset the voltage of the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2, the second reset voltage can be detected during the time t4. The controller may calculate the difference between the second pixel voltage and the second reset voltage to generate the second row data. The first reset transistor RX may be turned off during a fourth sampling time t4 for detecting the second reset voltage, and may be turned on again when the second reset voltage is detected.

제2 리셋 전압을 검출하면, 컨트롤러는 제3 노출 시간(de3) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)를 빛에 노출시킬 수 있다. 제3 노출 시간(de3)은 제2 노출 시간(de2)보다 짧게 설정될 수 있으며, 컨트롤러는 제3 노출 시간(de3)이 시작되기 전에 제1 리셋 트랜지스터(RX1), 제2 리셋 트랜지스터(RX2), 및 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 턴-온하여 제1 플로팅 디퓨전(FD1)을 리셋할 수 있다.When the second reset voltage is detected, the controller can expose the first photodiode PD1 to light during the third exposure time de3. The third exposure time de3 may be set to be shorter than the second exposure time de2 and the controller may set the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 before the third exposure time de3 starts, , And the first transfer transistor (TX1) to reset the first floating diffusion (FD1).

컨트롤러는 제3 노출 시간(de3)에 속하는 제5 샘플링 시간(t5) 동안 제3 리셋 전압을 획득할 수 있다. 제3 노출 시간(de3)이 종료되면, 컨트롤러는 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 이동시킨 후 제6 샘플링 시간(t6) 동안 제3 픽셀 전압을 획득할 수 있다. 컨트롤러가 제3 리셋 전압 및 제3 픽셀 전압을 획득하는 제3 시간(D3) 동안, 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-오프되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 분리할 수 있다. 컨트롤러는, 제3 리셋 전압과 제3 픽셀 전압의 차이를 계산하여 제3 로우 데이터를 획득할 수 있다.The controller can obtain the third reset voltage during the fifth sampling time t5 belonging to the third exposure time de3. When the third exposure time de3 is ended, the controller can move the charge of the first photodiode PD1 to the first floating diffusion FD1 and acquire the third pixel voltage for the sixth sampling time t6 have. During the third time D3 during which the controller acquires the third reset voltage and the third pixel voltage, the second reset transistor RX2 is turned off to turn off the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 Can be separated. The controller can calculate the difference between the third reset voltage and the third pixel voltage to obtain the third row data.

컨트롤러는, 제1 내지 제3 로우 데이터들을 이용하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 제2 노출 시간(de2)이 제1 노출 시간(de1)보다 짧고 제3 노출 시간(de3)보다 길게 설정되므로, 제1 내지 제3 로우 데이터들은 서로 다른 노출 시간 동안 생성된 전하에 대응할 수 있다. 컨트롤러가 제1 내지 제3 로우 데이터들을 조합하여 이미지 데이터를 생성함으로써, 이미지 센서의 다이나믹 레인지가 증가할 수 있으며, 이미지의 품질을 개선할 수 있다.The controller can generate the image data using the first to third row data. Since the second exposure time de2 is set to be shorter than the first exposure time de1 and longer than the third exposure time de3, the first to third row data may correspond to charges generated during different exposure times. The controller combines the first through third row data to generate image data, whereby the dynamic range of the image sensor can be increased and the quality of the image can be improved.

도 22를 참조하면, 다른 동작은 도 21에 도시한 일 실시예와 모두 동일하나, 오버플로우 트랜지스터(OX)의 동작이 다를 수 있다. 도 21에 도시한 일 실시예에서는 오버플로우 트랜지스터(OX)의 디폴트 상태가 턴-오프인 반면, 도 22에 도시한 일 실시예에서는 오버플로우 트랜지스터(OX)의 디폴트 상태가 턴-온일 수 있다. 도 22에 도시한 일 실시예에서 오버플로우 트랜지스터(OX)는, 디폴트로 턴-온 상태를 유지하며, 제2 노출 시간(de2)에 대응하는 일부 시간 동안에 턴-오프될 수 있다. 제2 노출 시간(de2) 동안 제2 포토 다이오드(PD2)가 빛에 노출되어 전하를 생성하므로, 적어도 제2 노출 시간(de2) 동안 오버플로우 트랜지스터(OX)가 턴-오프될 수 있다.Referring to FIG. 22, the other operation is the same as that of the embodiment shown in FIG. 21, but the operation of the overflow transistor OX may be different. In the embodiment shown in FIG. 21, the default state of the overflow transistor OX is turned off whereas in the embodiment shown in FIG. 22, the overflow transistor OX default state may be turned on. In the embodiment shown in Fig. 22, the overflow transistor OX maintains the turn-on state by default, and can be turned off for some time corresponding to the second exposure time de2. The second photodiode PD2 is exposed to light to generate charge during the second exposure time de2 so that the overflow transistor OX can be turned off for at least the second exposure time de2.

다음으로 도 23 내지 도 27을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기로 한다. 도 23 내지 도 27에 도시한 실시예들에서, 이미지 센서는 제2 포토 다이오드(PD2)를 이용하여 다이나믹 레인지를 개선함과 동시에, 플리커 현상이 나타나는 외부 광원을 정확히 촬영하는 이미지를 생성할 수 있다.Next, the operation of the image sensor according to various embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 23 to 27. FIG. In the embodiments shown in FIGS. 23 to 27, the image sensor can improve the dynamic range by using the second photodiode PD2, and at the same time, generate an image that accurately captures an external light source in which a flicker phenomenon appears .

먼저 도 23을 참조하면, 이미지 센서의 컨트롤러는 제1 리셋 트랜지스터(RX1)와 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-온시켜 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)의 전압을 리셋할 수 있다. 또한 컨트롤러는, 오버플로우 트랜지스터(OX)와 제2 전송 트랜지스터(TX2)를 교대로 턴-온 및 턴-오프시켜 제2 포토 다이오드(PD2)가 전하를 생성하도록 제어할 수 있다. 제2 포토 다이오드(PD2)는, 복수 회에 걸친 제2 노출 시간(de2) 동안 전하를 생성할 수 있다. 오버플로우 트랜지스터(OX)와 제2 전송 트랜지스터(TX2)가 교대로 턴-온 및 턴-오프되는 동안 스위치 소자(SW)는 턴-오프될 수 있다. 따라서 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하는 제2 플로팅 디퓨전(FD2)까지 이동하지 못 하고 스토리지 커패시터(SC)에 저장될 수 있다.Referring to FIG. 23, the controller of the image sensor turns on the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 to turn on the voltage of the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 Can be reset. The controller can also control the second photodiode PD2 to generate charge by alternately turning on and off the overflow transistor OX and the second transfer transistor TX2. The second photodiode PD2 can generate charges during the second exposure time de2 for a plurality of times. The switch element SW can be turned off while the overflow transistor OX and the second transfer transistor TX2 are alternately turned on and off. Therefore, the charge of the second photodiode PD2 can not move to the second floating diffusion FD2 and can be stored in the storage capacitor SC.

제2 포토 다이오드(PD2)가 전하를 생성하는 동안, 컨트롤러는 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 턴-온 및 턴-오프하여 제1 포토 다이오드(PD1)에 대한 셔터 동작을 수행할 수 있다. 스위치 소자(SW)가 턴-오프되어 있으므로, 제1 포토 다이오드(PD1)에 대한 셔터 동작은 제2 포토 다이오드(PD2)에는 영향을 주지 않을 수 있다. 셔터 동작이 완료되면, 제1 포토 다이오드(PD1)는 제1 노출 시간(de1) 동안 전하를 생성할 수 있다.While the second photodiode PD2 generates charge, the controller can perform a shutter operation on the first photodiode PD1 by turning on and off the first transfer transistor TX1. Since the switch element SW is turned off, the shutter operation for the first photodiode PD1 may not affect the second photodiode PD2. When the shutter operation is completed, the first photodiode PD1 can generate charges for the first exposure time de1.

도 23에 도시한 일 실시예에서, 컨트롤러는 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 제어하여 플로팅 디퓨전의 면적을 바꾸면서 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하에 대응하는 제1 서브 픽셀 전압 및 제2 서브 픽셀 전압을 두 번에 걸쳐서 검출할 수 있다. 따라서, 제1 서브 픽셀 전압과 제2 서브 픽셀 전압은 서로 다른 변환 이득 조건에서 검출될 수 있다. 플로팅 디퓨전의 면적을 바꾸어 제1 서브 픽셀 전압과 제2 서브 픽셀 전압을 검출함으로써, 고조도 조건에서 제1 포토 다이오드(PD1)가 포화되어 이미지의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 컨트롤러는 제1 시간(D1)의 제1 서브 시간(DS1) 및 제2 서브 시간(DS2) 각각에서 제1 서브 픽셀 전압과 제2 서브 픽셀 전압을 획득할 수 있다.23, the controller controls the second reset transistor RX2 so that the first sub pixel voltage corresponding to the charge of the first photodiode PD1 and the second sub pixel voltage corresponding to the charge of the first photodiode PD1 while changing the area of the floating diffusion, The voltage can be detected over two times. Thus, the first subpixel voltage and the second subpixel voltage can be detected under different conversion gain conditions. By detecting the first subpixel voltage and the second subpixel voltage by changing the area of the floating diffusion, it is possible to prevent the first photodiode PD1 from being saturated and degrading the image quality under high light condition. The controller can obtain the first subpixel voltage and the second subpixel voltage in each of the first sub time DS1 and the second sub time DS2 of the first time D1.

우선 제1 노출 시간(de1) 중에 제1 서브 시간(DS1)이 시작되면, 컨트롤러는 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-오프하여 제1 플로팅 디퓨전(FD1)을 제2 플로팅 디퓨전(FD2)과 분리하고, 제1 샘플링 시간(t1) 동안 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로부터 제1 서브 리셋 전압을 획득할 수 있다. 제1 샘플링 시간(t1)이 경과하면, 컨트롤러는 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 턴-온하여 제1 포토 다이오드(PD1)가 제1 노출 시간(de1) 동안 생성한 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1)으로 이동시키고, 제2 샘플링 시간(t2) 동안 제1 서브 픽셀 전압을 검출할 수 있다.First, when the first sub time DS1 is started during the first exposure time de1, the controller turns off the second reset transistor RX2 to turn off the first floating diffusion FD1 to the second floating diffusion FD2 And obtain the first sub reset voltage from the first floating diffusion FD1 during the first sampling time tl. When the first sampling time t1 elapses, the controller turns on the first transfer transistor TX1 to charge the first photodiode PD1 during the first exposure time de1 to the first floating diffusion FD1, and can detect the first sub-pixel voltage during the second sampling time t2.

다음으로 제2 서브 시간(DS1)이 시작되면, 컨트롤러는 제1 리셋 트랜지스터(RX1)를 턴-오프하고 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-온하여 픽셀의 플로팅 디퓨전의 면적을 높이고 변환 이득을 낮출 수 있다. 따라서, 픽셀의 플로팅 디퓨전에는 더 많은 양의 전하가 저장될 수 있다. 컨트롤러는 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 턴-온하여 제1 포토 다이오드(PD1)의 전하를 제1 플로팅 디퓨전(FD1), 제2 플로팅 디퓨전(FD2), 및 턴-온된 제2 리셋 트랜지스터(RX2)의 등에 저장할 수 있다.Next, when the second sub time DS1 is started, the controller turns on the first reset transistor RX1 and turns on the second reset transistor RX2 to increase the area of the floating diffusion of the pixel, Can be lowered. Thus, a larger amount of charge can be stored in the floating diffusion of the pixel. The controller turns on the first transfer transistor TX1 to turn the charge of the first photodiode PD1 to the first floating diffusion FD1, the second floating diffusion FD2 and the turn-on second reset transistor RX2 ) Or the like.

컨트롤러는 제3 샘플링 시간(t3) 동안 제2 서브 픽셀 전압을 먼저 검출하고, 이후의 제4 샘플링 시간(t4) 동안 제2 서브 리셋 전압을 검출할 수 있다. 제3 샘플링 시간(t3)과 제4 샘플링 시간(t4) 사이에서 제1 리셋 트랜지스터(RX1)가 턴-온되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)의 전압이 리셋될 수 있다. 이때, 앞서 도 19를 참조하여 설명한 바와 같이, 커플링 효과를 상쇄하기 위해 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 일시적으로 턴-오프하는 동작이 더 실행될 수 있다. The controller can detect the second subpixel voltage first during the third sampling time t3 and detect the second sub reset voltage during the subsequent fourth sampling time t4. The first reset transistor RX1 is turned on between the third sampling time t3 and the fourth sampling time t4 so that the voltages of the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 can be reset have. At this time, as described above with reference to Fig. 19, an operation of temporarily turning off the second reset transistor RX2 to cancel the coupling effect can be further performed.

컨트롤러는, 제1 서브 리셋 전압과 제1 서브 픽셀 전압의 차이, 및 제2 서브 리셋 전압과 제2 서브 픽셀 전압의 차이를 이용하여 제1 로우 데이터를 생성할 수 있다. 제1 로우 데이터는, 가장 긴 제1 노출 시간(de1) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)가 생성하는 전하에 대응하는 이미지 데이터일 수 있다.The controller can generate the first row data using the difference between the first sub-reset voltage and the first sub-pixel voltage and the difference between the second sub-reset voltage and the second sub-pixel voltage. The first row data may be image data corresponding to charges generated by the first photodiode PD1 during the longest first exposure time de1.

제1 시간(D1) 이후 제2 시간(D2)에서, 컨트롤러는 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하에 대응하는 제2 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 제2 시간(D2)에서는 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온되고 제1 리셋 트랜지스터(RX1)가 턴-오프되어 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)이 연결될 수 있다. 복수 회의 제2 노출 시간(de2) 동안 제2 포토 다이오드(PD2)가 생성하여 스토리지 커패시터(SC)에 저장된 전하는, 스위치 소자(SW)의 턴-온 동작에 응답하여 제1 플로팅 디퓨전(FD1) 및 제2 플로팅 디퓨전(FD2)으로 이동할 수 있다. 전하 중 일부는 턴-온된 제2 리셋 트랜지스터(RX2)에 저장될 수도 있다. 일례로 스위치 소자(SW)는 마지막 제2 노출 시간(de2)이 경과한 후 턴-온될 수 있다. 도 23에 도시한 일 실시예에서는 스위치 소자(SW)가 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 함께 턴-온되는 것을 가정하였으나, 스위치 소자(SW)는 제2 전송 트랜지스터(TX2)보다 먼저 또는 그보다 늦게 턴-온될 수도 있다.At a second time D2 after the first time D1, the controller can detect the second pixel voltage corresponding to the charge of the second photodiode PD2. At the second time D2, the second reset transistor RX2 is turned on and the first reset transistor RX1 is turned off so that the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 can be connected . The charges generated by the second photodiode PD2 and stored in the storage capacitor SC during the second exposure time de2 for a plurality of times are applied to the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 in response to the turn- To the second floating diffusion FD2. Some of the charges may be stored in the second reset transistor RX2 turned on. For example, the switch element SW may be turned on after the last second exposure time de2 has elapsed. 23, it is assumed that the switch element SW is turned on with the second transfer transistor TX2. However, the switch element SW may be turned on before or after the second transfer transistor TX2 It may be turned on.

스위치 소자(SW)가 턴-온 상태를 유지하는 동안, 컨트롤러는 제2 전송 트랜지스터(TX2)를 턴-오프하고 오버플로우 트랜지스터(OX)를 턴-온하여 제2 포토 다이오드(PD2)의 전하를 제거할 수 있다. 또한 컨트롤러는 제5 샘플링 시간(t5) 동안 제2 픽셀 전압을 검출하고, 제5 샘플링 시간(t5) 이후의 제6 샘플링 시간(t6) 동안 제2 리셋 전압을 검출할 수 있다. 제5 샘플링 시간(t5)과 제6 샘플링 시간(t6) 사이에, 컨트롤러는 제1 리셋 트랜지스터(RX1)를 턴-온시켜 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 리셋할 수 있다. The controller turns off the second transfer transistor TX2 and turns on the overflow transistor OX to turn on the charge of the second photodiode PD2 while the switch element SW is kept in the turn- Can be removed. The controller can also detect the second pixel voltage during the fifth sampling time t5 and detect the second reset voltage during the sixth sampling time t6 after the fifth sampling time t5. Between the fifth sampling time t5 and the sixth sampling time t6, the controller turns on the first reset transistor RX1 to reset the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 .

컨트롤러는 제2 픽셀 전압과 제2 리셋 전압의 차이를 계산하여 제2 로우 데이터를 생성할 수 있다. 제2 로우 데이터는 제1 노출 시간(de1)보다 짧은 제2 노출 시간(de2) 동안 제2 포토 다이오드(PD2)에서 생성된 전하에 대응하는 데이터로, 중간 노출 시간에 대응하는 데이터일 수 있다. 또한, 복수 회에 걸친 제2 노출 시간(de2)을 설정하여 제2 포토 다이오드(PD2)가 전하를 생성하도록 제어하므로, 제2 로우 데이터를 이용하여 플리커 현상이 발생하는 LED 등의 외부 광원을 정확하게 캡쳐할 수 있다. 제2 노출 시간(de2)의 길이 및 횟수 등은, LED 등 외부 광원의 동작 주파수와 듀티 비 등을 고려하여 결정될 수 있다.The controller may calculate the difference between the second pixel voltage and the second reset voltage to generate the second row data. The second row data may be data corresponding to the charge generated in the second photodiode PD2 during the second exposure time de2 that is shorter than the first exposure time de1, and may correspond to the intermediate exposure time. Further, since the second photodiode PD2 controls the second photodiode PD2 to generate charges by setting the second exposure time de2 for a plurality of times, the external light source such as the LED, which generates the flicker phenomenon using the second row data, You can capture. The length and the number of times of the second exposure time de2 may be determined in consideration of the operating frequency and the duty ratio of the external light source such as an LED.

제2 시간(D2) 이후 제3 시간(D3)에 진입하면, 컨트롤러는 제1 포토 다이오드(PD1)를 제3 노출 시간(de3) 동안 빛에 노출시킬 수 있다. 제3 노출 시간(de3)은 제2 노출 시간(de2)보다 짧을 수 있다. 제1 시간(D1)과 마찬가지로 제3 시간(D3) 동안 제1 리셋 트랜지스터(RX1)가 턴-오프되고 제2 리셋 트랜지스터(RX2)는 턴-온되며, 컨트롤러는 제3 리셋 전압과 제3 픽셀 전압을 순서대로 획득할 수 있다. 컨트롤러는 제3 리셋 전압과 제3 픽셀 전압의 차이를 이용하여 제3 로우 데이터를 획득할 수 있다.When entering the third time D3 after the second time D2, the controller can expose the first photodiode PD1 to light during the third exposure time de3. The third exposure time de3 may be shorter than the second exposure time de2. The first reset transistor RX1 is turned off and the second reset transistor RX2 is turned on during the third time period D3 as in the first time period D1 and the controller turns on the third reset voltage and the third pixel Voltage can be obtained in order. The controller can obtain the third row data using the difference between the third reset voltage and the third pixel voltage.

컨트롤러는 제1 내지 제3 로우 데이터를 이용하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 서로 다른 노출 시간들(de1-de3) 동안 포토 다이오드들(PD1, PD2)이 생성한 전하를 이용하여 제1 내지 제3 로우 데이터를 얻을 수 있으므로, 제1 내지 제3 로우 데이터를 조합함으로써 이미지 센서의 다이나믹 레인지를 개선할 수 있다. 또한, 복수 회의 제2 노출 시간(de2)에 걸쳐서 제2 포토 다이오드(PD2)가 전하를 생성하도록 제어함으로써, 플리커 현상이 발생하는 외부 광원 역시 정확하게 캡쳐할 수 있다.The controller can generate the image data using the first to third row data. The first to third row data can be obtained using the charges generated by the photodiodes PD1 and PD2 during the different exposure times de1 to de3. Therefore, by combining the first to third row data, It is possible to improve the dynamic range. Also, by controlling the second photodiode PD2 to generate charges over the second exposure time de2 for a plurality of times, it is possible to accurately capture the external light source where the flicker phenomenon occurs.

도 24에 도시한 일 실시예에서 이미지 센서는, 도 23에 도시한 일 실시예와 유사하게 동작할 수 있다. 다만, 제1 시간(D1) 동안 컨트롤러가 제1 리셋 전압과 제1 픽셀 전압을 한 번씩 검출하여 제1 노출 시간(de1)에 대응하는 제1 로우 데이터를 생성할 수 있다. 따라서, 도 24에 도시한 일 실시예에서는 오버플로우 트랜지스터(OX)와 제2 전송 트랜지스터(TX2)가 교대로 턴-온 및 턴-오프되는 단위 적분 시간(Integration Time)이 도 23에 도시한 일 실시예보다 짧을 수 있다. 그 외에 제2 시간(D2) 및 제3 시간(D3) 각각에서의 동작은 도 23에 도시한 일 실시예와 유사할 수 있다.In the embodiment shown in Fig. 24, the image sensor can operate similarly to the embodiment shown in Fig. However, during the first time D1, the controller may detect the first reset voltage and the first pixel voltage once to generate the first row data corresponding to the first exposure time de1. 24, the unit integration time in which the overflow transistor OX and the second transfer transistor TX2 are alternately turned on and off is the same as that shown in FIG. 23 May be shorter than the embodiment. In addition, the operation in each of the second time D2 and the third time D3 may be similar to the embodiment shown in Fig.

도 25에 도시한 일 실시예에서 이미지 센서는, 도 24에 도시한 일 실시예와 유사하게 동작할 수 있다. 다만, 제2 노출 시간(de2)보다 제1 노출 시간(de1)이 먼저 시작될 수 있다. 즉, 도 25에 도시한 일 실시예에서는 제1 포토 다이오드(PD1)에 대한 셔터 동작이 제2 포토 다이오드(PD2)에 대한 셔터 동작보다 먼저 실행될 수 있다. 도 25에 도시한 일 실시예에서의 단위 적분 시간은, 도 24에 도시한 일 실시예와 같거나, 그보다 짧을 수 있다.In the embodiment shown in Fig. 25, the image sensor can operate similar to the embodiment shown in Fig. However, the first exposure time de1 may start earlier than the second exposure time de2. That is, in the embodiment shown in FIG. 25, the shutter operation for the first photodiode PD1 may be performed before the shutter operation for the second photodiode PD2. The unit integration time in the embodiment shown in Fig. 25 may be the same as or shorter than the embodiment shown in Fig.

또한 도 25에 도시한 일 실시예에서는, 도 23 및 도 24에 도시한 실시예들과 비교하여 제3 시간(D3)에서의 동작이 다를 수 있다. 도 25를 참조하면, 제3 시간(D3) 동안 제1 리셋 트랜지스터(RX1)가 턴-온되고 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-오프될 수 있다. 따라서, 제3 노출 시간(de3) 동안 제1 포토 다이오드(PD1)가 생성한 전하는 제1 플로팅 디퓨전(FD1)에만 누적될 수 있으며, 컨트롤러는 상대적으로 높은 변환 이득 조건에서 제3 픽셀 전압을 획득할 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 25, the operation in the third time D3 may be different from the embodiments shown in FIG. 23 and FIG. Referring to FIG. 25, the first reset transistor RX1 may be turned on and the second reset transistor RX2 may be turned off during a third time period D3. Thus, the charge generated by the first photodiode PD1 during the third exposure time de3 can only accumulate in the first floating diffusion FD1, and the controller acquires the third pixel voltage in a relatively high conversion gain condition .

도 23 내지 도 25를 참조하여 설명한 실시예들에서 제2 포토 다이오드(PD2)는, 오버플로우 트랜지스터(OX)와 제2 전송 트랜지스터(TX2)에 의해 복수 회에 걸쳐서 전하를 생성할 수 있다. 오버플로우 트랜지스터(OX)와 제2 전송 트랜지스터(TX2)의 턴-온 시간 비율과 횟수 등은 플리커 현상이 나타나는 외부 광원의 동작 주파수와 듀티 비 등을 고려해 결정될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예들에서는, 제2 포토 다이오드(PD2)가 전하를 생성하는 제2 노출 시간을 충분히 길게 설정하여 플리커 현상이 나타나는 외부 광원을 정확히 캡쳐할 수 있다. 이하, 도 26 및 도 27을 참조하여 설명하기로 한다.In the embodiments described with reference to FIGS. 23 to 25, the second photodiode PD2 can generate charges over a plurality of times by the overflow transistor OX and the second transfer transistor TX2. The ratio and number of turn-on times of the overflow transistor OX and the second transfer transistor TX2 can be determined in consideration of the operating frequency and the duty ratio of the external light source in which the flicker phenomenon occurs. Further, in another embodiment of the present invention, the second exposure time at which the second photodiode PD2 generates charge can be set sufficiently long to accurately capture the external light source in which the flicker phenomenon appears. The following description will be made with reference to Figs. 26 and 27. Fig.

먼저 도 26을 참조하면, 이미지 센서의 동작은 컨트롤러가 제1 리셋 트랜지스터(RX1)와 제2 리셋 트랜지스터(RX2)를 턴-온하여 제1 플로팅 디퓨전(FD1) 및 제2 플로팅 디퓨전(FD2)을 리셋하는 것으로 시작될 수 있다. 이후 컨트롤러는 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 스위치 소자(SW)를 함께 턴-온시켜 제2 포토 다이오드(PD2) 및 스토리지 커패시터(SC)를 리셋하는 셔터 동작을 실행할 수 있다. 셔터 동작이 완료되면, 제2 포토 다이오드(PD2)는 제2 노출 시간(de2) 동안 전하를 생성할 수 있다. 제2 포토 다이오드(PD2)가 제2 노출 시간(de2) 동안 생성한 전하는 오버플로우(Overflow) 현상에 의해 스토리지 커패시터(SC)에 저장될 수 있다.Referring to FIG. 26, the operation of the image sensor is such that the controller turns on the first reset transistor RX1 and the second reset transistor RX2 to turn on the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 Can be initiated by resetting. The controller can then perform a shutter operation to turn on the second photodiode PD2 and the storage capacitor SC by turning on the second transfer transistor TX2 and the switch element SW together. When the shutter operation is completed, the second photodiode PD2 can generate charges for the second exposure time de2. The charge generated by the second photodiode PD2 during the second exposure time de2 may be stored in the storage capacitor SC by an overflow phenomenon.

제2 노출 시간(de2) 동안, 제1 포토 다이오드(PD1) 역시 전하를 생성할 수 있다. 제1 포토 다이오드(PD1)는 제1 노출 시간(de1) 동안 전하를 생성하며, 컨트롤러는 제1 시간(D1) 동안 제1 로우 데이터를 생성하는 데에 필요한 전압들을 검출할 수 있다. 일례로, 제1 시간(D1)은 제1 서브 시간(DS1)과 제2 서브 시간(DS2)을 포함하며, 컨트롤러는 제1 서브 시간(DS1)의 제1 샘플링 시간(t1)과 제2 샘플링 시간(t2) 각각에서 제1 서브 리셋 전압과 제1 서브 픽셀 전압을 검출할 수 있다. 또한, 컨트롤러는 제2 서브 시간(DS2)의 제3 샘플링 시간(t3)과 제4 샘플링 시간(t4) 각각에서 제2 서브 픽셀 전압과 제2 서브 리셋 전압을 검출할 수 있다. 즉, 제1 시간(D1)에서 이미지 센서의 동작은, 도 23에 도시한 일 실시예와 유사할 수 있다. 마찬가지로, 제3 시간(D3)에서 이미지 센서의 동작 역시, 도 23에 도시한 일 실시예와 유사할 수 있다.During the second exposure time de2, the first photodiode PD1 may also generate charge. The first photodiode PD1 generates charge during the first exposure time de1 and the controller can detect the voltages necessary to generate the first row data during the first time D1. For example, the first time D1 includes a first sub-time DS1 and a second sub-time DS2, and the controller may compare the first sampling time t1 of the first sub- It is possible to detect the first sub reset voltage and the first sub pixel voltage at each time t2. In addition, the controller can detect the second sub-pixel voltage and the second sub-reset voltage in the third sampling time t3 and the fourth sampling time t4 of the second sub-time DS2, respectively. That is, the operation of the image sensor at the first time D1 may be similar to the embodiment shown in Fig. Similarly, the operation of the image sensor at the third time D3 may also be similar to the embodiment shown in Fig.

제2 노출 시간(de2)은, 제1 시간(D1) 이후의 제2 시간(D2)에서 종료될 수 있다. 제2 노출 시간(de2)은 제2 전송 트랜지스터(TX2)의 턴-온 동작에 의해 종료되며, 제2 전송 트랜지스터(TX2)와 함께 스위치 소자(SW)가 턴-온될 수 있다. 스위치 소자(SW)가 턴-온됨에 따라, 제2 노출 시간(de2) 동안 스토리지 커패시터(SC)에 저장된 전하가 플로팅 디퓨전으로 이동할 수 있다. 제2 시간(D2) 동안 제2 리셋 트랜지스터(RX2)가 턴-온되므로, 스토리지 커패시터(SC)의 전하는 제1 플로팅 디퓨전(FD1)과 제2 플로팅 디퓨전(FD2)으로 이동할 수 있다. 스토리지 커패시터(SC)의 전하 중 일부는, 제2 리셋 트랜지스터(RX2)의 턴-온 용량에 저장될 수도 있다.The second exposure time de2 may be terminated at a second time D2 after the first time D1. The second exposure time de2 is terminated by the turn-on operation of the second transfer transistor TX2 and the switch element SW can be turned on with the second transfer transistor TX2. As the switch element SW is turned on, the charge stored in the storage capacitor SC during the second exposure time de2 can move to the floating diffusion. Since the second reset transistor RX2 is turned on for the second time D2, the charge of the storage capacitor SC can move to the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2. Some of the charges of the storage capacitor SC may be stored in the turn-on capacitance of the second reset transistor RX2.

컨트롤러는 제2 시간(D2)의 제5 샘플링 시간(t5) 동안 제2 픽셀 전압을 검출하고, 제6 샘플링 시간(t6) 동안 제2 리셋 전압을 검출할 수 있다. 제2 노출 시간(de2)은 플리커 현상이 발생하는 광원의 동작 주파수를 고려하여 결정될 수 있다. 일례로, 제2 노출 시간(de2)은 플리커 현상이 발생하는 광원의 동작 주파수의 역수, 즉 동작 주기보다 길게 설정될 수 있다. 따라서, 플리커 현상에도 불구하고 광원을 정확히 캡쳐할 수 있다.The controller can detect the second pixel voltage during the fifth sampling time t5 of the second time D2 and detect the second reset voltage during the sixth sampling time t6. The second exposure time de2 may be determined in consideration of the operating frequency of the light source in which the flicker phenomenon occurs. For example, the second exposure time de2 may be set to be longer than the inverse number of the operation frequency of the light source in which the flicker phenomenon occurs, i.e., the operation period. Therefore, the light source can be accurately captured despite the flicker phenomenon.

도 26에 도시한 일 실시예에서, 컨트롤러는 제1 내지 제3 시간들(D1-D3) 각각에서 획득한 리셋 전압들과 픽셀 전압들의 차이를 이용하여 제1 내지 제3 로우 데이터들을 생성할 수 있다. 제2 로우 데이터는 플리커 현상이 나타나는 광원을 검출하기 위한 데이터로도 이용될 수 있다. 컨트롤러는 서로 다른 노출 시간들(de1-de3) 및 변환 이득 조건에서 생성된 제1 내지 제3 로우 데이터들을 조합하여 이미지 데이터를 생성할 수 있으며, 따라서 이미지 센서의 다이나믹 레인지를 개선할 수 있다.26, the controller can generate the first to third row data using the difference between the reset voltages and pixel voltages obtained in each of the first to third times D1 to D3 have. The second row data can also be used as data for detecting the light source in which the flicker phenomenon appears. The controller can combine the first through third row data generated at different exposure times de1-de3 and conversion gain conditions to generate image data, thereby improving the dynamic range of the image sensor.

도 27에 도시한 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작은 도 26에 도시한 일 실시예와 유사할 수 있다. 다만, 제1 시간(D1)에서 컨트롤러가 플로팅 디퓨전의 면적에 대한 변경없이 제1 리셋 전압과 제1 픽셀 전압을 한번씩만 검출할 수 있다. 또한, 제2 시간(D2)에서 제2 전송 트랜지스터(TX2)가 턴-온 및 턴-오프되어, 오버플로우 현상에 의해 스토리지 커패시터(SC)로 넘어가지 못한 전하들이 스토리지 커패시터(SC)로 이동한 후에 스위치 소자(SW)가 턴-온될 수 있다. 그 외의 동작들은 도 27에 도시한 일 실시예와 같을 수 있다.The operation of the image sensor according to the embodiment shown in FIG. 27 may be similar to the embodiment shown in FIG. However, at the first time D1, the controller can detect the first reset voltage and the first pixel voltage only once without changing the area of the floating diffusion. In the second time period D2, the second transfer transistor TX2 is turned on and off so that charges not transferred to the storage capacitor SC due to the overflow phenomenon are transferred to the storage capacitor SC The switch element SW can be turned on later. Other operations may be the same as the embodiment shown in Fig.

도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 간단하게 나타낸 블록도이다.28 is a block diagram briefly showing an electronic device including an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 28에 도시한 실시예에 따른 컴퓨터 장치(1000)는 디스플레이(1010), 이미지 센서(1020), 메모리(1030), 프로세서(1040), 및 포트(1050) 등을 포함할 수 있다. 이외에 컴퓨터 장치(1000)는 유무선 통신 장치, 전원 장치 등을 더 포함할 수 있다. 도 28에 도시된 구성 요소 가운데, 포트(1050)는 컴퓨터 장치(1000)가 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하기 위해 제공되는 장치일 수 있다. 컴퓨터 장치(1000)는 일반적인 데스크톱 컴퓨터나 랩톱 컴퓨터 외에 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 웨어러블 기기 등을 모두 포괄하는 개념일 수 있다.The computer device 1000 according to the embodiment shown in FIG. 28 may include a display 1010, an image sensor 1020, a memory 1030, a processor 1040, and a port 1050, and the like. In addition, the computer device 1000 may further include a wired / wireless communication device, a power supply device, and the like. Among the components shown in Fig. 28, the port 1050 may be a device in which the computer apparatus 1000 is provided for communicating with a video card, a sound card, a memory card, a USB device, and the like. The computer device 1000 may be a concept including both a general desktop computer and a laptop computer, as well as a smart phone, a tablet PC, and a smart wearable device.

프로세서(1040)는 특정 연산이나 명령어 및 태스크 등을 수행할 수 있다. 프로세서(1040)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 마이크로프로세서 유닛(MCU)일 수 있으며, 버스(1060)를 통해 디스플레이(1010), 이미지 센서(1020), 메모리 장치(1030)는 물론, 포트(1050)에 연결된 다른 장치들과 통신할 수 있다. The processor 1040 may perform particular operations, commands, tasks, and so on. The processor 1040 may be a central processing unit (CPU) or a microprocessor unit (MCU) and may be coupled to the display 1010, the image sensor 1020, the memory device 1030, Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI >

메모리(1030)는 컴퓨터 장치(1000)의 동작에 필요한 데이터, 또는 멀티미디어 데이터 등을 저장하는 저장 매체일 수 있다. 메모리(1030)는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 휘발성 메모리나, 또는 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한 메모리(1030)는 저장장치로서 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 하드 디스크 드라이브(HDD), 및 광학 드라이브(ODD) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 입출력 장치(1020)는 사용자에게 제공되는 키보드, 마우스, 터치스크린 등과 같은 입력 장치 및 디스플레이, 오디오 출력부 등과 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. The memory 1030 may be a storage medium for storing data necessary for the operation of the computer apparatus 1000, or multimedia data. Memory 1030 can include volatile memory, such as random access memory (RAM), or non-volatile memory, such as flash memory. The memory 1030 may also include at least one of a solid state drive (SSD), a hard disk drive (HDD), and an optical drive (ODD) as a storage device. The input / output device 1020 may include an input device such as a keyboard, a mouse, a touch screen, etc., and an output device, such as a display, an audio output, etc.,

이미지 센서(1010)는 패키지 기판에 실장되어 버스(1060) 또는 다른 통신 수단에 의해 프로세서(1040)와 연결될 수 있다. 이미지 센서(1010)는 도 1 내지 도 27을 참조하여 설명한 다양한 실시예들에 따른 형태로 컴퓨터 장치(1000)에 채용될 수 있다.The image sensor 1010 may be mounted on a package substrate and connected to the processor 1040 by a bus 1060 or other communication means. The image sensor 1010 may be employed in the computer apparatus 1000 in the form of various embodiments described with reference to FIGS.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.

1, 2: 이미지 처리 장치
10: 이미지 센서
100, 100A: 픽셀 어레이
110, 110A: 픽셀
111, 111A, PD1: 제1 포토 다이오드
112, 112A, PD2: 제2 포토 다이오드
FD1: 제1 플로팅 디퓨전
FD2: 제2 플로팅 디퓨전
OX: 오버플로우 트랜지스터
RX1: 제1 리셋 트랜지스터
RX2: 제2 리셋 트랜지스터
DX: 구동 트랜지스터
SX: 선택 트랜지스터
SW: 스위치 소자
SC: 스토리지 커패시터
210, 310, 410: 제1 픽셀 회로
220, 320, 420: 제2 픽셀 회로
1, 2: image processing device
10: Image sensor
100, 100A: pixel array
110, 110A: pixel
111, 111A, PD1: a first photodiode
112, 112A, PD2: a second photodiode
FD1: First Floating Diffusion
FD2: second floating diffusion
OX: Overflow transistor
RX1: first reset transistor
RX2: Second reset transistor
DX: driving transistor
SX: Select transistor
SW: Switch element
SC: storage capacitor
210, 310, 410: a first pixel circuit
220, 320, 420: a second pixel circuit

Claims (20)

제1 전송 트랜지스터를 통해 제1 플로팅 디퓨전에 연결되는 제1 포토 다이오드;
상기 제1 포토 다이오드와 같은 픽셀에 포함되며, 제2 전송 트랜지스터 및 스위치 소자를 통해 제2 플로팅 디퓨전에 연결되는 제2 포토 다이오드;
전원 노드와 상기 제2 플로팅 디퓨전 사이에 연결되는 제1 리셋 트랜지스터, 및 상기 제1 플로팅 디퓨전과 상기 제2 플로팅 디퓨전 사이에 연결되는 제2 리셋 트랜지스터를 갖는 픽셀 회로; 및
제1 시간 동안 상기 제2 리셋 트랜지스터를 턴-오프하여 상기 제1 플로팅 디퓨전의 전하에 대응하는 제1 픽셀 전압을 검출하고, 상기 제1 시간 이후의 제2 시간이 시작되면, 상기 제2 리셋 트랜지스터를 턴-온하여 상기 제1 플로팅 디퓨전 및 상기 제2 플로팅 디퓨전의 전하에 대응하는 제2 픽셀 전압을 검출하는 컨트롤러; 를 포함하는 이미지 센서.
A first photodiode coupled to the first floating diffusion through a first transfer transistor;
A second photodiode included in the same pixel as the first photodiode and connected to the second floating diffusion through a second transfer transistor and a switch element;
A pixel circuit having a first reset transistor coupled between the power node and the second floating diffusion, and a second reset transistor coupled between the first floating diffusion and the second floating diffusion; And
The second reset transistor is turned off for a first time to detect a first pixel voltage corresponding to the charge of the first floating diffusion, and when a second time after the first time starts, To detect a second pixel voltage corresponding to the charges of the first floating diffusion and the second floating diffusion; .
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 시간이 시작되기 전에 상기 제1 리셋 트랜지스터 및 상기 제2 리셋 트랜지스터를 턴-온하여 상기 제1 플로팅 디퓨전과 상기 제2 플로팅 디퓨전을 리셋하는 이미지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the controller turns on the first reset transistor and the second reset transistor to reset the first floating diffusion and the second floating diffusion before the first time begins.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 시간 동안 상기 제1 픽셀 전압을 검출하기 전에 제1 리셋 전압을 검출하고, 상기 제2 시간 동안 상기 제2 픽셀 전압을 검출한 후에 제2 리셋 전압을 검출하는 이미지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the controller detects a first reset voltage before detecting the first pixel voltage for the first time and detects a second reset voltage after detecting the second pixel voltage for the second time.
제3항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제2 픽셀 전압을 검출한 후, 상기 제1 리셋 트랜지스터를 턴-온하여 상기 제1 플로팅 디퓨전 및 상기 제2 플로팅 디퓨전을 리셋하는 이미지 센서.
The method of claim 3,
Wherein the controller detects the second pixel voltage and then turns on the first reset transistor to reset the first floating diffusion and the second floating diffusion.
제4항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 리셋 트랜지스터를 턴-온한 후, 상기 제2 리셋 트랜지스터를 턴-오프하는 이미지 센서.
5. The method of claim 4,
And the controller turns on the first reset transistor and then turns off the second reset transistor.
제5항에 있어서,
상기 제2 시간 내에서, 상기 제1 리셋 트랜지스터의 턴-온 시간과 상기 제2 리셋 트랜지스터의 턴-오프 시간 중 적어도 일부는 서로 중첩되는 이미지 센서.
6. The method of claim 5,
Wherein at least a part of the turn-on time of the first reset transistor and the turn-off time of the second reset transistor overlap each other within the second time period.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 포토 다이오드가 제1 노출 시간 동안 생성한 전하에 의해 생성되는 전압을 상기 제1 픽셀 전압으로 검출하고, 상기 제2 포토 다이오드가 상기 제1 노출 시간보다 짧은 제2 노출 시간 동안 생성한 전하에 의해 생성되는 전압을 상기 제2 픽셀 전압으로 검출하는 이미지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the controller detects the voltage generated by the charge generated during the first exposure time of the first photodiode with the first pixel voltage and the second photodiode detects the second exposure time when the second photodiode is shorter than the first exposure time Wherein the second pixel voltage is a voltage generated by the charge generated during the second pixel voltage.
제7항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제2 시간 이후에 제3 시간이 시작되면, 상기 제1 리셋 트랜지스터를 턴-온하고 상기 제2 리셋 트랜지스터를 턴-오프하여 상기 제1 플로팅 디퓨전의 전하에 대응하는 제3 픽셀 전압을 검출하는 이미지 센서.
8. The method of claim 7,
Wherein the controller is configured to: turn off the first reset transistor and turn off the second reset transistor when the third time begins after the second time to turn off the third pixel corresponding to the charge of the first floating diffusion, Image sensor for detecting voltage.
제8항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 포토 다이오드가 상기 제2 노출 시간보다 짧은 제3 노출 시간 동안 생성한 전하에 의해 생성되는 전압을 상기 제3 픽셀 전압으로 검출하는 이미지 센서.
9. The method of claim 8,
Wherein the controller detects, as the third pixel voltage, a voltage generated by the charge generated by the first photodiode during a third exposure time shorter than the second exposure time.
제7항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제2 시간 이후에 제3 시간이 시작되면, 상기 제1 리셋 트랜지스터를 턴-오프하고 상기 제2 리셋 트랜지스터를 턴-온하여 상기 제1 플로팅 디퓨전의 전하에 대응하는 제3 픽셀 전압을 검출하는 이미지 센서.
8. The method of claim 7,
Wherein the controller turns off the first reset transistor and turns on the second reset transistor when a third time begins after the second time to turn on the third pixel corresponding to the charge of the first floating diffusion, Image sensor for detecting voltage.
제10항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 포토 다이오드가 상기 제2 노출 시간보다 짧은 제3 노출 시간 동안 생성한 전하에 의해 생성되는 전압을 상기 제3 픽셀 전압으로 검출하는 이미지 센서.
11. The method of claim 10,
Wherein the controller detects, as the third pixel voltage, a voltage generated by the charge generated by the first photodiode during a third exposure time shorter than the second exposure time.
제10항에 있어서,
상기 제1 시간은 제1 서브 시간 및 제1 서브 시간 이후의 제2 서브 시간을 포함하며,
상기 컨트롤러는 상기 제1 서브 시간 동안 상기 제2 리셋 트랜지스터를 턴-오프하고 제1 서브 픽셀 전압을 검출하며, 상기 제2 서브 시간 동안 상기 제2 리셋 트랜지스터를 턴-온하고 제2 서브 픽셀 전압을 검출하는 이미지 센서.
11. The method of claim 10,
Wherein the first time comprises a first sub-time and a second sub-time after the first sub-time,
The controller turns off the second reset transistor and detects a first subpixel voltage during the first sub-time, turns on the second reset transistor during the second sub-time, and turns on the second sub- Image sensor to detect.
제12항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 서브 시간 동안 상기 제1 서브 픽셀 전압을 검출하기 전에 제1 서브 리셋 전압을 검출하고, 상기 제2 서브 시간 동안 상기 제2 서브 픽셀 전압을 검출한 후에 제2 서브 리셋 전압을 검출하는 이미지 센서.
13. The method of claim 12,
The controller detects a first sub-reset voltage before detecting the first sub-pixel voltage during the first sub-time, detects the second sub-pixel voltage during the second sub-time, Is detected.
제1항에 있어서,
상기 픽셀 회로는, 상기 제2 포토 다이오드와 상기 전원 노드 사이에 연결되는 오버플로우 트랜지스터, 및 상기 스위치 소자와 상기 제2 전송 트랜지스터 사이의 노드에 연결되는 스토리지 커패시터를 갖는 이미지 센서.
The method according to claim 1,
The pixel circuit having an overflow transistor coupled between the second photodiode and the power node, and a storage capacitor coupled to a node between the switch element and the second transfer transistor.
제14항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 오버플로우 트랜지스터와 상기 제2 전송 트랜지스터를 교대로 턴-온 및 턴-오프하여 상기 제2 포토 다이오드에서 생성된 전하를 상기 스토리지 커패시터에 저장하고,
상기 제2 시간 동안 상기 스위치 소자를 턴-온하여 상기 스토리지 커패시터에 저장된 전하에 대응하는 전압을 상기 제2 픽셀 전압으로 검출하는 이미지 센서.
15. The method of claim 14,
The controller may alternately turn on and off the overflow transistor and the second transfer transistor to store charges generated in the second photodiode in the storage capacitor,
And turns on the switch element for the second time to detect the voltage corresponding to the charge stored in the storage capacitor as the second pixel voltage.
제14항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 오버플로우 트랜지스터를 턴-오프하고 상기 제2 전송 트랜지스터를 턴-온 및 턴-오프하여 상기 제2 포토 다이오드에서 생성된 전하를 상기 스토리지 커패시터에 저장하고,
상기 제2 시간 동안 상기 스위치 소자를 턴-온하여 상기 스토리지 커패시터에 저장된 전하에 대응하는 전압을 상기 제2 픽셀 전압으로 검출하는 이미지 센서.
15. The method of claim 14,
Wherein the controller stores charges generated in the second photodiode in the storage capacitor by turning off the overflow transistor and turning the second transfer transistor on and off,
And turns on the switch element for the second time to detect the voltage corresponding to the charge stored in the storage capacitor as the second pixel voltage.
제16항에 있어서,
상기 제1 포토 다이오드가 전하를 생성하는 제1 노출 시간은, 상기 제2 포토 다이오드가 전하를 생성하는 제2 노출 시간보다 짧은 이미지 센서.
17. The method of claim 16,
Wherein the first exposure time at which the first photodiode generates charge is shorter than the second exposure time at which the second photodiode generates charge.
하나의 픽셀에 포함되는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드;
제1 전송 트랜지스터를 통해 상기 제1 포토 다이오드와 연결되는 제1 플로팅 디퓨전;
제2 전송 트랜지스터 및 스위치 소자를 통해 상기 제2 포토 다이오드와 연결되는 제2 플로팅 디퓨전;
상기 제2 전송 트랜지스터와 상기 스위치 소자 사이의 노드와, 전원 전압을 공급하는 전원 노드 사이에 연결되는 스토리지 커패시터;
상기 제2 플로팅 디퓨전과 상기 전원 노드 사이에 연결되는 제1 리셋 트랜지스터; 및
상기 제1 플로팅 디퓨전과 상기 제2 플로팅 디퓨전 사이에 연결되는 제2 리셋 트랜지스터; 를 포함하는 이미지 센서
A first photodiode and a second photodiode included in one pixel;
A first floating diffusion coupled to the first photodiode through a first transfer transistor;
A second floating diffusion coupled to the second photodiode through a second transfer transistor and a switch element;
A storage capacitor connected between a node between the second transfer transistor and the switch element and a power node supplying a power supply voltage;
A first reset transistor coupled between the second floating diffusion and the power supply node; And
A second reset transistor coupled between the first floating diffusion and the second floating diffusion; ≪ / RTI >
제1 포토 다이오드;
상기 제1 포토 다이오드와 같은 픽셀에 포함되는 제2 포토 다이오드;
상기 제1 포토 다이오드 및 상기 제2 포토 다이오드와 연결되며, 상기 제1 포토 다이오드 및 상기 제2 포토 다이오드의 전하에 대응하는 픽셀 전압을 생성하는 픽셀 회로; 및
제1 노출 시간 동안 상기 제1 포토 다이오드가 생성한 전하로부터 제1 픽셀 전압을 획득하고, 상기 제1 노출 시간보다 짧은 제2 노출 시간 동안 상기 제2 포토 다이오드가 생성한 전하로부터 제2 픽셀 전압을 획득하며, 상기 제2 노출 시간보다 짧은 제3 노출 시간 동안 상기 제1 포토 다이오드가 생성한 전하로부터 제3 픽셀 전압을 획득하고, 상기 제1 내지 제3 픽셀 전압들을 이용하여 상기 픽셀에 대한 이미지 데이터를 생성하는 컨트롤러; 를 포함하는 이미지 센서.
A first photodiode;
A second photodiode included in the same pixel as the first photodiode;
A pixel circuit coupled to the first photodiode and the second photodiode, the pixel circuit generating a pixel voltage corresponding to charges of the first photodiode and the second photodiode; And
Obtaining a first pixel voltage from the charge generated by the first photodiode during a first exposure time and generating a second pixel voltage from a charge generated by the second photodiode during a second exposure time that is less than the first exposure time Obtaining a third pixel voltage from the charge generated by the first photodiode during a third exposure time that is shorter than the second exposure time, and using the first through third pixel voltages to generate image data ; .
제19항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 노출 시간 동안 상기 제1 포토 다이오드가 생성한 전하에 제1 변환 이득 및 제2 변환 이득을 각각 적용하여 제1 서브 픽셀 전압과 제2 서브 픽셀 전압을 획득하는 이미지 센서.
20. The method of claim 19,
Wherein the controller obtains a first subpixel voltage and a second subpixel voltage by applying a first conversion gain and a second conversion gain to the charges generated by the first photodiode during the first exposure time, respectively.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040096124A1 (en) * 2002-11-15 2004-05-20 Junichi Nakamura Wide dynamic range pinned photodiode active pixel sensor (aps)
JP2010035168A (en) * 2008-07-25 2010-02-12 Samsung Electronics Co Ltd Imaging apparatus and method
KR20150047731A (en) * 2013-10-25 2015-05-06 삼성전자주식회사 Image sensor and device having the same
KR20150068740A (en) * 2013-12-12 2015-06-22 삼성전자주식회사 Image sensor for adjusting number of oversampling and image data processing system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040096124A1 (en) * 2002-11-15 2004-05-20 Junichi Nakamura Wide dynamic range pinned photodiode active pixel sensor (aps)
JP2010035168A (en) * 2008-07-25 2010-02-12 Samsung Electronics Co Ltd Imaging apparatus and method
KR20150047731A (en) * 2013-10-25 2015-05-06 삼성전자주식회사 Image sensor and device having the same
KR20150068740A (en) * 2013-12-12 2015-06-22 삼성전자주식회사 Image sensor for adjusting number of oversampling and image data processing system

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