KR20220047140A - Pixel array and image sensor comprising thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시의 기술적 사상은 이미지 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플로팅 확산 노드들을 공유하는 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다. The technical idea of the present disclosure relates to an image sensor, and more particularly, to a pixel array having pixels sharing floating diffusion nodes and an image sensor including the same.
이미지 센서는 대상물의 2차원적 또는 3차원적 이미지를 캡쳐(capture)하는 장치이다. 이미지 센서는 대상물로부터 반사되는 빛의 세기에 따라 반응하는 광전 변환 소자를 이용해 대상물의 이미지를 생성한다. 최근 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 기술이 발전하면서, CMOS를 이용한 CMOS 이미지 센서가 널리 사용되고 있다. 최근, 이미지 센서의 다이나믹 레인지(dynamic range) 증가를 위하여, 한 픽셀이 두 가지 컨버젼 게인(conversion gain)을 갖는 듀얼 컨버젼 게인 기술이 연구되고 있으며, 픽셀들 간 플로팅 디퓨전 노드를 공유하는 픽셀 어레이가 연구되고 있다.An image sensor is a device for capturing a two-dimensional or three-dimensional image of an object. The image sensor generates an image of an object using a photoelectric conversion element that responds to the intensity of light reflected from the object. Recently, with the development of complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) technology, a CMOS image sensor using CMOS has been widely used. Recently, in order to increase the dynamic range of an image sensor, a dual conversion gain technology in which one pixel has two conversion gains has been studied, and a pixel array sharing a floating diffusion node between pixels has been studied. is becoming
본 개시의 기술적 사상이 해결하려는 과제는, 픽셀들 간에 플로팅 디퓨전 노드를 공유하여 듀얼 컨버젼 게인을 갖는 픽셀 구조를 가지며, 향상된 화질의 이미지를 생성하는 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지 센서를 제공하는 데 있다. An object of the present disclosure is to provide a pixel array having a pixel structure having a dual conversion gain by sharing a floating diffusion node between pixels, and generating an image of improved image quality, and an image sensor including the same .
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상에 따른 이미지 센서에 구비되는 픽셀 어레이는, 제1 플로팅 디퓨전 노드, 및 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드의 전압에 따른 제1 픽셀 신호를 출력하는 제1 선택 트랜지스터를 포함하는 제1 픽셀, 제2 플로팅 디퓨전 노드 및 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드의 전압에 따른 제2 픽셀 신호를 출력하는 제2 선택 트랜지스터를 포함하는 제2 픽셀, 및 상기 제1 선택 트랜지스터 및 상기 제2 선택 트랜지스터에 연결되는 컬럼 라인을 포함하고, 로우 컨버젼 게인 모드에서 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드 및 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드가 전기적으로 연결되고, 상기 제1 선택 트랜지스터 및 상기 제2 선택 트랜지스터가 턴-온 되어 상기 컬럼 라인으로 상기 제1 픽셀 신호 및 상기 제2 픽셀 신호를 출력할 수 있다.In order to achieve the above object, the pixel array provided in the image sensor according to the technical idea of the present disclosure includes a first floating diffusion node and a first pixel signal outputting a first pixel signal according to a voltage of the first floating diffusion node. A first pixel including a first selection transistor, a second floating diffusion node and a second pixel including a second selection transistor outputting a second pixel signal according to a voltage of the second floating diffusion node, and the first selection transistor and a column line connected to the second selection transistor, wherein the first floating diffusion node and the second floating diffusion node are electrically connected to each other in a low conversion gain mode, the first selection transistor and the second selection transistor is turned on to output the first pixel signal and the second pixel signal to the column line.
본 개시의 기술적 사상에 따른 이미지 센서에 구비되는 픽셀 어레이는, 행열로 배치되는 복수의 픽셀 및 각각이 상기 복수의 픽셀 중 동일한 컬럼에 배치되는 픽셀들에 공통으로 연결되는 복수의 컬럼 라인을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 각각은, 수신되는 광신호를 전하로 변경하는 하나 이상의 광전 변환 소자, 상기 전하를 제1 플로팅 디퓨전 노드로 전송하는 하나 이상의 전송 트랜지스터, 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드와 제2 플로팅 디퓨전 노드 사이에 연결되는 게인 제어 트랜지스터, 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드의 전압에 따른 픽셀 신호를 생성하는 구동 트랜지스터 및 상기 복수의 컬럼 라인 중 대응하는 컬럼 라인에 연결되며, 상기 픽셀 신호를 상기 대응하는 컬럼 라인으로 출력하는 선택 트랜지스터를 포함하고, 로우 컨버젼 게인 모드에서, 상기 복수 픽셀 중 동일한 컬럼 라인에 연결되는 제1 픽셀 및 제2 픽셀의 제1 플로팅 디퓨전 노드들 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들이 전기적으로 연결되고, 상기 제1 픽셀 및 상기 제2 픽셀의 선택 트랜지스터들이 턴-온될 수 있다.The pixel array provided in the image sensor according to the technical spirit of the present disclosure includes a plurality of pixels arranged in a matrix and a plurality of column lines each of which is connected in common to pixels arranged in the same column among the plurality of pixels, , each of the plurality of pixels includes one or more photoelectric conversion elements for converting a received optical signal into electric charge, one or more transfer transistors for transferring the electric charge to a first floating diffusion node, and the first floating diffusion node and a second floating diffusion node. A gain control transistor connected between nodes, a driving transistor generating a pixel signal according to a voltage of the first floating diffusion node, and a corresponding column line among the plurality of column lines, the pixel signal is transmitted to the corresponding column line and a selection transistor that outputs , select transistors of the first pixel and the second pixel may be turned on.
본 개시의 기술적 사상에 따른 이미지 센서는, 행열로 배치되는 복수의 픽셀을 포함하며, 제1 컬럼 라인에 연결되는 제1 픽셀 및 제2 픽셀이 서로 연결되는 픽셀 어레이, 상기 복수의 픽셀을 구동하며, 로우 컨버젼 모드 시 상기 제1 픽셀의 플로팅 디퓨전 노드 및 상기 제2 픽셀의 플로팅 디퓨전 노드가 서로 연결되고, 상기 제1 픽셀 및 상기 제2 픽셀이 각각 픽셀 신호를 출력하도록 상기 제1 픽셀 및 제2 픽셀을 구동하는 로우 드라이버, 및 상기 픽셀 어레이의 복수의 컬럼 라인로부터 출력되는 복수의 픽셀 신호들을 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환 회로를 포함할 수 있다. An image sensor according to the technical spirit of the present disclosure includes a plurality of pixels arranged in a matrix, a pixel array in which a first pixel and a second pixel connected to a first column line are connected to each other, and drives the plurality of pixels, , in the low conversion mode, the floating diffusion node of the first pixel and the floating diffusion node of the second pixel are connected to each other, and the first pixel and the second pixel respectively output a pixel signal. It may include a row driver for driving a pixel, and an analog-to-digital conversion circuit for analog-to-digital conversion of a plurality of pixel signals output from a plurality of column lines of the pixel array.
본 개시의 기술적 사상에 따른 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지 센서에 따르면, 복수의 픽셀들이 컨버젼 게인을 제어하는 트랜지스터들을 통해 플로팅 디퓨전 노드들을 공유하며, 플로팅 디퓨전 노드들이 공유되는 로우 컨버젼 게인 모드에서 복수의 픽셀들의 소스 팔로워들이 동일한 컬럼 라인에 병렬 연결됨으로써, 소스 팔로워의 특성 편차가 감소될 수 있다. 이에 따라, 픽셀 어레이에서 생성되는 이미지의 PRNU(Pixel Response Non-Uniformity)가 감소되고, SNR(Signal to Noise Ratio)이 향상될 수 있다.According to the pixel array and the image sensor including the same according to the technical concept of the present disclosure, a plurality of pixels share floating diffusion nodes through transistors controlling a conversion gain, and a plurality of pixels in a low conversion gain mode in which the floating diffusion nodes are shared Since the source followers of the pixels are connected in parallel to the same column line, a characteristic deviation of the source follower may be reduced. Accordingly, a Pixel Response Non-Uniformity (PRNU) of an image generated in the pixel array may be reduced, and a Signal to Noise Ratio (SNR) may be improved.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 일 구현예를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 LCG 모드 동작을 설명하는 도면 및 타이밍도이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 타이밍도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 셔터 방식들에 따른 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 구현예들에 따른 수직 단면도이다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 일 구현예를 나타낸다.
도 9a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 일 구현예를 나타내고, 도 9b는 도 9a의 픽셀 어레이의 타이밍도이다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이를 나타낸다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 일 구현예를 나타낸다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이를 나타낸다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 일 구현예를 나타낸다.
도 14a, 도 14b, 및 도 14c는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이에 배치되는 컬러 필터를 나타낸다.
도 15는 멀티 카메라 모듈을 포함하는 전자 장치의 블록도이다.
도 16은 도 15의 카메라 모듈의 상세 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an image sensor according to an embodiment of the present disclosure.
2 illustrates a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
3A and 3B show one implementation of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
4A and 4B are diagrams and timing diagrams for explaining an LCG mode operation of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
5 is a timing diagram of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
6A and 6B are timing diagrams illustrating operations according to shutter methods of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
7A and 7B are vertical cross-sectional views according to implementations of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
8 shows an implementation of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
9A shows an implementation example of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and FIG. 9B is a timing diagram of the pixel array of FIG. 9A .
10 illustrates a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
11 shows an implementation of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
12 illustrates a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
13 shows an implementation of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
14A, 14B, and 14C illustrate color filters disposed in a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
15 is a block diagram of an electronic device including a multi-camera module.
16 is a detailed block diagram of the camera module of FIG. 15 .
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시의 다양한 실시예들에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating an image sensor according to an embodiment of the present disclosure.
이미지 센서(100)는 이미지 또는 광 센싱 기능을 갖는 전자 기기에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(100)는 카메라, 스마트폰, 웨어러블 기기, 사물 인터넷(Internet of Things(IoT)), 태블릿 PC(Personal Computer), PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable Multimedia Player), 네비게이션(navigation) 장치 등과 같은 전자 기기에 탑재될 수 있다. 또한 이미지 센서(100)는 차량, 가구, 제조 설비, 도어, 각종 계측 기기 등에 부품으로서 구비되는 전자 기기에 탑재될 수 있다.The
이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(110), 로우 드라이버(Row Driver, 120), 램프 신호 생성기(130), 아날로그-디지털 변환 회로(140)(이하, ADC 회로라고 함), 데이터 출력 회로(150) 및 타이밍 컨트롤러(160)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(100)는 신호 처리부(170)를 더 포함할 수 있다. The
픽셀 어레이(110)는 복수의 로우 라인(RL), 복수의 컬럼 라인(CL) 및 복수의 로우 라인(RL) 및 복수의 컬럼 라인(CL)과 접속되며, 행열로 배열된 복수의 픽셀(PX)을 포함한다. 동일한 컬럼에 배치된 픽셀(PX) 들은 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결될 수 있다. The
픽셀(PX)은 광전 변환 소자를 이용하여 빛을 감지하고, 감지된 빛에 따른 전기적 신호인 이미지 신호를 출력할 수 있다. 광전 변환 소자는 무기 포토(photo) 다이오드, 유기 포토 다이오드, 페로브 스카이트 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photodiode) 등과 같이, 유기 물질 또는 무기 물질로 구성되는 광 감지 소자일 수 있다.The pixel PX may sense light by using a photoelectric conversion element, and may output an image signal that is an electrical signal according to the sensed light. The photoelectric conversion element may be a photo-sensing element made of an organic material or an inorganic material, such as an inorganic photodiode, an organic photodiode, a perovskite photodiode, a phototransistor, a photogate, or a pinned photodiode. can
본 개시의 실시예에 따른 픽셀 어레이(110)에서 동일한 컬럼 라인에 연결되고 인접하게 배치되는 적어도 두 개의 픽셀(PX) 간에 적어도 두 개의 픽셀(PX) 각각에 구비되는 플로팅 디퓨전 노드들을 공유할 수 있다. 픽셀(PX)은 듀얼 컨버젼 게인을 가질 수 있으며, 적어도 두 개의 픽셀(PX)은 로우 컨버젼 게인 모드에서, 컨버젼 게인 제어를 위한 게인 제어 트랜지스터를 통해 플로팅 디퓨전 노드들을 공유할 수 있다. 이때, 적어도 두 개의 픽셀(PX) 각각에 구비되는 선택 트랜지스터가 턴-온 될 수 있다. 다시 말해서 적어도 두 개의 픽셀(PX)의 복수의 선택 트랜지스터가 턴-온 될 수 있다. 이에 따라, 적어도 두 개의 픽셀(PX)에 구비되는 적어도 두 개의 소스 팔로워들이 동작하며, 적어도 두 개의 소스 팔로워들에서 생성되는 적어도 두 개의 픽셀 신호가 동시에 컬럼 라인으로 제공될 수 있다. 적어도 두 개의 픽셀 신호의 평균값이 컬럼 라인(CL)을 통해 ADC 회로(140)로 출력될 수 있다. 이에 따라, 픽셀(PX)들 간에 소스 팔로워를 구성하는 트랜지스터의 픽셀(PX) 간 특성 편차(variation)에 따른 노이즈가 저감될 수 있으며 이미지 센서(100)에서 생성되는 이미지의 화질이 향상될 수 있다. In the
실시예에 있어서, 플로팅 디퓨전 노드들을 공유하는 적어도 두 개의 픽셀(PX)은 서로 상이한 로우들 및 동일한 컬럼에 배치될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 적어도 두 개의 픽셀(PX)은 동일한 로우 및 상이한 컬럼들에 배치될 수 있다. In an embodiment, at least two pixels PX sharing the floating diffusion nodes may be arranged in different rows and in the same column. However, the present invention is not limited thereto, and at least two pixels PX may be disposed in the same row and different columns.
실시예에 있어서, 적어도 두 개의 픽셀(PX) 상에는 동일한 색상의 컬러 필터들 또는 상이한 색상이 컬러 필터들이 배치될 수 있다. In an embodiment, color filters of the same color or color filters of different colors may be disposed on at least two pixels PX.
본 개시의 실시예에 따른 픽셀 어레이(110) 및 픽셀 어레이(110)에 구비되는 픽셀(PX)에 대하여는 도 2 내지 도 14b를 참조하여 상세히 후술하기로 한다. The
로우 드라이버(120)는 픽셀 어레이(110)를 로우(row) 단위로 구동한다. 로우 드라이버(120)는 타이밍 컨트롤러(190)로부터 수신되는 행 제어 신호(예컨대, 어드레스 신호)를 디코딩하고, 디코딩된 행 제어 신호에 응답하여 픽셀 어레이(110)를 구성하는 행 라인들 중에서 적어도 어느 하나의 행 라인을 선택할 수 있다. 예컨대, 로우 드라이버(120)는 복수의 행 중 하나를 선택하는 선택 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 픽셀 어레이(110)는 로우 드라이버(120)로부터 제공된 선택 신호에 의해 선택되는 로우으로부터 픽셀 신호, 예컨대 픽셀 전압을 출력한다. 픽셀 신호는 리셋 신호와 이미지 신호를 포함할 수 있다. The
로우 드라이버(120)는 픽셀 신호를 출력을 위한 제어 신호들을 픽셀 어레이(110)에 전송할 수 있으며, 픽셀(PX)은 제어 신호들에 응답하여 동작함으로써, 픽셀 신호를 출력할 수 있다. The
램프 신호 생성기(130)는 타이밍 컨트롤러(160)의 제어에 따라 소정의 기울기로 레벨이 상승 또는 하강하는 램프 신호(예컨대 램프 전압)를 생성할 수 있다. 램프 신호(RAMP)는 ADC 회로(140)에 구비되는 복수의 CDS 회로(141)에 각각 제공될 수 있다. The
ADC 회로(140)는 복수의 ADC(141)를 포함하며, 복수의 ADC(141) 각각은 CDS 회로(142)(Correlated Double Sampling 회로) 및 카운터 (143)를 포함할 수 있다. ADC 회로(140)는 픽셀 어레이(110)로부터 입력되는 픽셀 신호(예컨대 픽셀 전압)를 디지털 신호인 픽셀 값으로 변환할 수 있다. 복수의 칼럼 라인(CL) 각각을 통해 수신되는 각 픽셀 신호는 복수의 ADC(141) 중 대응하는 ADC(141)에서 신호인 픽셀 값으로 변환된다. The
CDS 회로(142)는 컬럼 라인(CL)을 통해 수신되는 픽셀 신호, 예컨대 픽셀 전압을 램프 신호(RAMP)와 비교하고, 비교 결과를 비교 결과 신호로서 출력할 수 있다. CDS 회로(142)는 램프 신호(RAMP)의 레벨과 픽셀 신호의 레벨이 동일할 때, 제1 레벨(예컨대 하이 레벨)에서 제2 레벨(예컨대 로우 레벨)로 천이하는 비교 신호를 출력할 수 있다. 비교 신호의 레벨이 천이되는 시점은 픽셀 신호의 레벨에 따라 결정될 수 있다. The
CDS 회로(142)는 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling; CDS) 방식에 따라 픽셀(PX)로부터 제공되는 픽셀 신호를 샘플링할 수 있다. CDS 회로(142)는 픽셀 신호로서 수신되는 리셋 신호를 샘플링하고 리셋 신호를 램프 신호(RAMP)와 비교하여 리셋 신호에 따른 비교 신호를 생성할 수 있다. CDS 회로(142)는 리셋 신호를 저장할 수 있다. 이후 CDS 회로(142)는, 리셋 신호에 상관된(correlated) 이미지 신호를 샘플링하고, 이미지 신호와 램프 신호(RAMP)를 비교하여 이미지 신호에 따른 비교 신호를 생성할 수 있다. The
카운터(143)는 CDS 회로(142)로부터 출력되는 비교 결과 신호의 레벨 천이 시점을 카운트하고, 카운트 값을 픽셀 값으로서 출력할 수 있다.The
실시예들에 있어서, 카운터(143)는는 타이밍 컨트롤러(160)로부터 제공되는 카운팅 클럭 신호를 기초로 카운트 값이 순차적으로 증가하는 업-카운터와 연산 회로, 업/다운 카운터, 또는 비트-와이즈 인버젼 카운터(bit-wise inversion counter)로 구현될 수도 있다. 실시예에 있어서, 이미지 센서(100)는 설정된 비트 수에 따른 해상도를 가지는 복수의 코드 값들을 카운팅 코드로서 생성하는 코드 생성기를 더 포함하고, 카운터(143)는 비교 결과 신호를 기초로 카운팅 코드의 값을 래치하는 래치 회로 및 연산 회로를 포함할 수 있다. In some embodiments, the
데이터 출력 회로(150)는 ADC 회로(140)로부터 출력된 픽셀 값을 임시 저장한 후 출력할 수 있다. 데이터 출력 회로(150)는 복수의 칼럼 메모리(151), 및 컬럼 디코더(152)를 포함할 수 있다. 칼럼 메모리(151)는 카운터(142)로부터 수신되는 픽셀 값을 저장한다. 실시예에 있어서, 복수의 칼럼 메모리(151) 각각은 카운터 (142)에 구비될 수도 있다. 복수의 컬럼 메모리(151)에 저장된 복수의 픽셀 값은 칼럼 디코더(152)의 제어 하에 이미지 데이터(IDT1)로서 출력될 수 있다.The
타이밍 컨트롤러(160)는 로우 드라이버(120), 램프 신호 생성기(130), ADC 회로(140), 및 데이터 출력 회로(150) 각각에 제어 신호를 출력하여, 로우 드라이버(120), 램프 신호 생성기(130), ADC 회로(140), 및 데이터 출력 회로(150)의 동작 또는 타이밍을 제어할 수 있다.The
신호 처리부(170)는 이미지 데이터(IDT1)에 대하여 이미지 처리, 예컨대 노이즈 저감 처리, 게인 조정, 파형 정형화 처리, 보간 처리, 화이트밸런스 처리, 감마 처리, 에지 강조 처리, 비닝 등을 수행할 수 있다. 실시예에 있어서, 신호 처리부(170)는 이미지 센서(100) 외부 프로세서에 구비될 수도 있다.The
이미지 처리된 이미지 데이터(IDT2)는 외부 프로세서, 예컨대 이미지 센서(100)가 구비되는 전자 장치의 CPU(central Processor Unit), GPU(Graphic Processing Unit), AP(Application Processor) 등에 제공될 수 있다, The image-processed image data IDT2 may be provided to an external processor, for example, a central processor unit (CPU), a graphic processing unit (GPU), an application processor (AP) of an electronic device provided with the
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이를 나타낸다. 도 2의 픽셀 어레이(110a)는 도 1의 이미지 센서(100)에 픽셀 어레이(110)로서 적용될 수 있다. 2 illustrates a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The
도 2를 참조하면, 픽셀 어레이(110a)는 행열로 배치된 복수의 픽셀(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀(PX)은 복수의 로우(row) 및 컬럼(column)에 배열될 수 있다. 예컨대 복수의 픽셀(PX)은 제1 내지 제m 로우(R1~Rm, m은 양의 정수) 그리고, 제1 내지 제n 컬럼(C1~Cn)에 배열될 수 있다. Referring to FIG. 2 , the
복수의 로우 라인(도 1의 RL)이 제1 방향, 예컨대 X축 방향으로 연장되며, 동일한 로우에 배치된 픽셀들은 동일한 로우 라인에 연결될 수 있다. 복수의 컬럼 라인(CL)이 제2 방향, 예컨대 Y축 방향으로 연장되며, 동일한 컬럼에 배치된 픽셀들은 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결될 수 있다. A plurality of row lines (RL in FIG. 1 ) may extend in a first direction, for example, an X-axis direction, and pixels disposed in the same row may be connected to the same row line. A plurality of column lines CL may extend in a second direction, for example, a Y-axis direction, and pixels disposed in the same column may be connected to the same column line CL.
복수의 컬럼 라인(CL) 각각에는 전류 소스(CS)가 연결되며, 전류 소스(CS)가 제공하는 구동 전류(IL)를 기초로 컬럼 라인(CL)에 연결된 픽셀들(PX) 중 선택된 적어도 하나의 픽셀, 예컨대 선택 트랜지스터가 턴-온된 적어도 하나의 픽셀(PX)로부터 픽셀 신호가 생성되고, 픽셀 신호는 컬럼 라인(CL)을 통해 ADC 회로(140)의 ADC(141)로 제공될 수 있다. A current source CS is connected to each of the plurality of column lines CL, and at least one of the pixels PX connected to the column line CL is selected based on the driving current I L provided by the current source CS. A pixel signal may be generated from one pixel, for example, at least one pixel PX in which a selection transistor is turned on, and the pixel signal may be provided to the
픽셀 어레이(110a)는 로우 단위로 구동되고 동일한 로우에 배치된 픽셀(PX)들에서 생성된 복수의 픽셀 신호가 동시에 복수의 컬럼 라인(CL)을 통해 ADC 회로(140)로 제공되어 ADC 변환될 수 있다.The
도 2의 픽셀 어레이(110a)에서, 동일한 컬럼에 배치되고 인접한 적어도 두 개의 픽셀(PX)은 내부 소자를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 로우(R1) 및 제2 로우(R2)에 배치된 두 개의 픽셀(PX)이 연결되고, 제3 로우(R3) 및 제4 로우(R4)에 배치된 두 개의 픽셀(PX)이 연결되며, 제m-1 로우(Rm-1) 및 제m로우(Rm)에 연결된 두 개의 픽셀(PX)이 연결될 수 있다. 이와 같이 각 두 개의 픽셀(PX)이 연결되어 플로팅 디퓨전 노드들을 공유할 수 있다. In the
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 일 구현예를 나타낸다. 도 3a 및 도 3b는 도 2의 픽셀 어레이(110a)의 구현 예이다. 설명의 편의를 위하여, 두 개의 픽셀(PX1, PX2)을 도시하기로 한다.3A and 3B show one implementation of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 3A and 3B are exemplary implementations of the
도 3a를 참조하면, 픽셀 어레이(110a)는 제1 로우(R1) 및 제2 로우(R2)에 각각 배치된 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)을 포함할 수 있다. 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 동일한 칼럼 라인(CL)에 연결될 수 있으며 내부적으로 서로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 3A , the
제1 픽셀(PX1)은 광전 변환 소자(PD1), 및 복수의 트랜지스터들, 예컨대 전송 트랜지스터(TX1), 리셋 트랜지스터(RX1), 게인 제어 트랜지스터(CGX1), 구동 트랜지스터(DX1), 및 선택 트랜지스터(SX1)를 포함할 수 있다. The first pixel PX1 includes a photoelectric conversion element PD1 and a plurality of transistors such as a transfer transistor TX1, a reset transistor RX1, a gain control transistor CGX1, a driving transistor DX1, and a selection transistor ( SX1) may be included.
광전 변환 소자(PD1)는 제1 픽셀(PX1)에 입사되는 빛을 전기 신호로 변환할 수 있다. 광전 변환 소자(PD1)는 예를 들어 포토 다이오드일 수 있다. 광전 변환 소자(PD1)는 빛의 세기 강도(light intensity)에 따라 전하를 발생시킨다. 대상체의 촬영 환경(저조도 또는 고조도)에 따라 광전 변환 소자(PD1)에서 생성되는 전하량은 가변적이다. 예를 들어, 고조도 환경에서 광전 변환 소자(PD1)에서 생성되는 전하량은 광전 변환 소자(PD1)의 FWC(full well capacity)에 도달할 수 있으나 저조도 환경에서는 그렇지 않을 것이다. The photoelectric conversion element PD1 may convert light incident on the first pixel PX1 into an electric signal. The photoelectric conversion element PD1 may be, for example, a photodiode. The photoelectric conversion element PD1 generates electric charges according to light intensity. The amount of electric charge generated by the photoelectric conversion element PD1 varies according to the photographing environment (low or high light) of the object. For example, the amount of charge generated by the photoelectric conversion element PD1 in a high illuminance environment may reach a full well capacity (FWC) of the photoelectric conversion element PD1, but this may not be the case in a low illuminance environment.
전송 트랜지스터(TX1), 리셋 트랜지스터(RX1), 구동 트랜지스터(DX1), 및 선택 트랜지스터(SX1), 게인 제어 트랜지스터(CGX1)는 각각 로우 드라이버(도 1의 120)로부터 제공되는 제어 신호들, 예컨대 리셋 제어 신호(RS1), 전송 제어 신호(TS1), 선택 신호(SEL1) 및 게인 제어 신호(CGS1)에 응답하여 동작할 수 있다. The transfer transistor TX1 , the reset transistor RX1 , the driving transistor DX1 , the selection transistor SX1 , and the gain control transistor CGX1 each receive control signals provided from the row driver ( 120 of FIG. 1 ), for example, reset It may operate in response to the control signal RS1 , the transmission control signal TS1 , the selection signal SEL1 , and the gain control signal CGS1 .
리셋 트랜지스터(RX1)는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12)를 리셋시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX1)가 게이트 단자에 인가되는 리셋 제어 신호(RS1)에 응답하여 턴-온되어, 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12)에 픽셀 전원 전압(VDDP)을 리셋 전압으로서 제공할 수 있다. 이때, 게인 제어 트랜지스터(CGX1)가 게이트 단자에 수신되는 게인 제어 신호(CGS1)를 기초로 함께 턴-온 됨으로써, 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)에 픽셀 전원 전압(VDDP)이 인가될 수 있다. 이에 따라 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12)가 리셋될 수 있다.The reset transistor RX1 may reset the first floating diffusion node FD11 and the second floating diffusion node FD12 . The reset transistor RX1 may be turned on in response to the reset control signal RS1 applied to the gate terminal to provide the pixel power voltage VDDP as a reset voltage to the second floating diffusion node FD12 . In this case, as the gain control transistor CGX1 is turned on together based on the gain control signal CGS1 received at the gate terminal, the pixel power voltage VDDP may be applied to the first floating diffusion node FD11 . Accordingly, the first floating diffusion node FD11 and the second floating diffusion node FD12 may be reset.
전송 트랜지스터(TX1)는 전송 신호(TS1)에 응답하여 턴-온 될 수 있으며, 광전 변환 소자(PD1)에서 생성된 전하를 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)에 전송할 수 있다. 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)에 전송된 전하가 저장될 수 있다. 다시 말해서, 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)에 커패시터(CH1)가 형성될 수 있으며, 전하가 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)의 커패시터(CH1)에 저장될 수 있다. 커패시터(CH1)에 전하가 축적됨에 따라서 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)의 전압이 낮아질 수 있다. 따라서, 광전 변환 소자(PD1)에서 생성되어 커패시터(CH1)에 저장되는 전하량에 따라 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)의 전압이 결정될 수 있다. 다시 말해서, 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)에 축적된 전하가 전압으로 변환(conversion)될 수 있다. 컨버젼 게인의 단위는 예를 들어 uV/e 일 수 있다.The transfer transistor TX1 may be turned on in response to the transfer signal TS1 , and may transfer charges generated in the photoelectric conversion element PD1 to the first floating diffusion node FD11 . Charges transferred to the first floating diffusion node FD11 may be stored. In other words, the capacitor C H1 may be formed in the first floating diffusion node FD11 , and electric charges may be stored in the capacitor C H1 of the first floating diffusion node FD11 . As charges are accumulated in the capacitor C H1 , the voltage of the first floating diffusion node FD11 may be lowered. Accordingly, the voltage of the first floating diffusion node FD11 may be determined according to the amount of charge generated by the photoelectric conversion element PD1 and stored in the capacitor C H1 . In other words, the charge accumulated in the first floating diffusion node FD11 may be converted into a voltage. The unit of the conversion gain may be, for example, uV/e.
컨버젼 게인은 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)의 커패시턴스에 의해 결정되며, 커패시턴스의 크기에 반비례할 수 있다. 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)의 커패시턴스가 증가하면 컨버젼 게인이 감소되고, 커패시턴스가 감소하면 컨버젼 게인이 증가하게 된다.The conversion gain is determined by the capacitance of the first floating diffusion node FD11 and may be inversely proportional to the capacitance. When the capacitance of the first floating diffusion node FD11 increases, the conversion gain decreases, and when the capacitance decreases, the conversion gain increases.
구동 트랜지스터(DX1)는 게이트에 인가되는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)의 전압을 기초로 픽셀 신호(예컨대 픽셀 전압)를 생성할 수 있다. 구동 트랜지스터(DX1)는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)의 전압을 증폭하여 픽셀 신호를 생성할 수 있다. 구동 트랜지스터(DX1)는 소스 팔로워로서 동작할 수 있다. The driving transistor DX1 may generate a pixel signal (eg, a pixel voltage) based on the voltage of the first floating diffusion node FD11 applied to the gate. The driving transistor DX1 may generate a pixel signal by amplifying the voltage of the first floating diffusion node FD11 . The driving transistor DX1 may operate as a source follower.
선택 트랜지스터(SX1)는 제1 픽셀(PX1)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX1)는 게이트 단자에 인가되는 선택 신호(SEL1)에 응답하여 턴-온 되어, 구동 트랜지스터(DX1)로부터 출력되는 픽셀 신호를 컬럼 라인(CL)으로 출력할 수 있다. The selection transistor SX1 may select the first pixel PX1 . The selection transistor SX1 is turned on in response to the selection signal SEL1 applied to the gate terminal, and may output the pixel signal output from the driving transistor DX1 to the column line CL.
게인 제어 트랜지스터(CGX1)는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)와 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12) 사이에 연결될 수 있다. 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12)에 커패시터(CL1)가 형성될 수 있다. 커패시터(CL1)는 고정 또는 가변 커패시턴스를 갖는 수동 소자이거나, 게인 제어 트랜지스터(CGX1)의 소스/드레인에 의하여 형성되는 기생 커패시터 또는 게인 제어 트랜지스터(CGX1)의 소스/드레인에 연결될 수 있는 다른 픽셀, 예컨대 제2 픽셀(PX)에 형성되는 기생 커패시터일 수 있다. 게인 제어 트랜지스터(CGX1)가 게인 제어 신호(CGS1)에 응답하여 턴-온되어 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)에 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12)를 연결할 수 있다. The gain control transistor CGX1 may be connected between the first floating diffusion node FD11 and the second floating diffusion node FD12 . A capacitor C L1 may be formed in the second floating diffusion node FD12 . The capacitor C L1 is a passive element having a fixed or variable capacitance, or a parasitic capacitor formed by the source/drain of the gain control transistor CGX1 or another pixel that may be connected to the source/drain of the gain control transistor CGX1, For example, it may be a parasitic capacitor formed in the second pixel PX. The gain control transistor CGX1 may be turned on in response to the gain control signal CGS1 to connect the second floating diffusion node FD12 to the first floating diffusion node FD11 .
제2 픽셀(PX2)은 광전 변환 소자(PD2), 및 복수의 트랜지스터들, 예컨대 전송 트랜지스터(TX2), 리셋 트랜지스터(RX2), 게인 제어 트랜지스터(CGX2), 구동 트랜지스터(DX2), 및 선택 트랜지스터(SX2)를 포함할 수 있다. The second pixel PX2 includes a photoelectric conversion element PD2, and a plurality of transistors such as a transfer transistor TX2, a reset transistor RX2, a gain control transistor CGX2, a driving transistor DX2, and a selection transistor ( SX2) may be included.
전송 트랜지스터(TX2), 리셋 트랜지스터(RX2), 구동 트랜지스터(DX2), 선택 트랜지스터(SX2), 및 게인 제어 트랜지스터(CGX1)는 각각 로우 드라이버(도 1의 120)로부터 제공되는 제어 신호들, 예컨대 리셋 제어 신호(RS2), 전송 제어 신호(TS2), 선택 신호(SEL2) 및 게인 제어 신호(CGS2)에 응답하여 동작할 수 있다. The transfer transistor TX2 , the reset transistor RX2 , the driving transistor DX2 , the selection transistor SX2 , and the gain control transistor CGX1 each receive control signals provided from the row driver ( 120 of FIG. 1 ), for example, reset The operation may be performed in response to the control signal RS2 , the transmission control signal TS2 , the selection signal SEL2 , and the gain control signal CGS2 .
제2 픽셀(PX2)의 전송 트랜지스터(TX2), 리셋 트랜지스터(RX2), 구동 트랜지스터(DX2), 선택 트랜지스터(SX2), 및 게인 제어 트랜지스터(CGX2)의 동작은 제1 픽셀(PX1)의 전송 트랜지스터(TX1), 리셋 트랜지스터(RX1), 구동 트랜지스터(DX1), 선택 트랜지스터(SX1), 및 게인 제어 트랜지스터(CGX1)의 동작과 동일하거나 또는 유사하다. The operation of the transfer transistor TX2 , the reset transistor RX2 , the driving transistor DX2 , the selection transistor SX2 , and the gain control transistor CGX2 of the second pixel PX2 is the transfer transistor of the first pixel PX1 . Operations of TX1, reset transistor RX1, driving transistor DX1, selection transistor SX1, and gain control transistor CGX1 are the same as or similar to those of operation.
도 3a에 도시돤 바와 같이, 제2 픽셀(PX2)의 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD22)는 제1 픽셀(PX1)의 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12)와 연결될 수 있다. 이에 따라서, 제1 픽셀(PX1)의 게인 제어 트랜지스터(CGX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 게인 제어 트랜지스터(CGX2)가 턴-온 되면, 제1 픽셀(PX1)의 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12), 및 제2 픽셀(PX2)의 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD21) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD22)가 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 픽셀(PX1)의 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11) 및 제2 픽셀(PX2)의 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD21) 커패시턴스가 증가되므로 컨버젼 게인이 증가될 수 있다. 제1 픽셀(PX1)의 게인 제어 트랜지스터(CGX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 게인 제어 트랜지스터(CGX2)가 턴-오프일 때를 하이 컨버젼 게인(HCG) 모드로 턴-온 상태를 로우 컨버젼 게인(LCG) 모드로 지칭할 수 있다. As illustrated in FIG. 3A , the second floating diffusion node FD22 of the second pixel PX2 may be connected to the second floating diffusion node FD12 of the first pixel PX1 . Accordingly, when the gain control transistor CGX1 of the first pixel PX1 and the gain control transistor CGX2 of the second pixel PX2 are turned on, the first floating diffusion node FD11 of the first pixel PX1 ) and the second floating diffusion node FD12 , and the first floating diffusion node FD21 and the second floating diffusion node FD22 of the second pixel PX2 may be electrically connected to each other. Since capacitances of the first floating diffusion node FD11 of the first pixel PX1 and the first floating diffusion node FD21 of the second pixel PX2 are increased, a conversion gain may be increased. When the gain control transistor CGX1 of the first pixel PX1 and the gain control transistor CGX2 of the second pixel PX2 are turned off, the high conversion gain (HCG) mode is turned on to the low conversion gain. (LCG) mode.
이와 같이, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 게인 제어 트랜지스터(CGX1, CGX2)의 턴-온 및 턴-오프에 따라 HCG 모드 및 LCG 모드 중 하나로 동작할 수 있다. HCG 모드에서는, 픽셀들, 예컨대 제1 픽셀(PX)의 컨버젼 게인이 증가할 수 있으므로, 제1 픽셀(PX)로부터 출력되는 픽셀 신호를 처리하기 위한 회로들(예컨대 ADC 회로(140))의 이득이 상대적을 감소할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(도 1의 100)의 SNR(signal to noise ratio)이 증가되어 감지 가능한 최저 광량이 낮아질 수 있으며 이미지 센서(100)의 저광량 감지 성능이 향상될 수 있다. LCG 모드에서는, 제1 픽셀(PX)의 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)의 커패시턴스가 증가되므로 FWC(full well capacity)가 증가될 수 있다. 따라서, 이미지 센서(100)의 고광량 감지 성능이 향상될 수 있다.As such, the first pixel PX1 and the second pixel PX2 may operate in one of the HCG mode and the LCG mode according to the turn-on and turn-off of the gain control transistors CGX1 and CGX2 . In the HCG mode, since the conversion gain of pixels, for example, the first pixel PX may increase, the gain of circuits (eg, the ADC circuit 140 ) for processing the pixel signal output from the first pixel PX This relative can be reduced. Accordingly, the signal to noise ratio (SNR) of the image sensor ( 100 of FIG. 1 ) may be increased, so that the minimum detectable light amount may be lowered, and the low light amount sensing performance of the
도 3b를 참조하면, 제1 픽셀(PX1a)은 복수의 광전 변환 소자, 예컨대 제1 및 제2 광전 변환 소자(PD1a, PD1b) 및 복수의 광전 변환 소자 각각에 연결된 복수의 전송 트랜지스터, 예컨대 제1 및 제2 전송 트랜지스터(TX1a, TX1b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전송 트랜지스터(TX1a, TX1b)는 제1 및 제2 전송 제어 신호(TS1a, TS1b)에 응탑하여 턴-온 또는 턴-오프될 수 있다. 제1 및 제2 전송 제어 신호(TS1a, TS1b)는 동일하거나 또는 상이한 신호일 수 있다. Referring to FIG. 3B , the first pixel PX1a includes a plurality of photoelectric conversion elements, for example, first and second photoelectric conversion elements PD1a and PD1b and a plurality of transfer transistors connected to each of the plurality of photoelectric conversion elements, for example, a first and second transfer transistors TX1a and TX1b. The first and second transfer transistors TX1a and TX1b may be turned on or off in response to the first and second transfer control signals TS1a and TS1b. The first and second transmission control signals TS1a and TS1b may be the same or different signals.
제2 픽셀(PX2a) 또한 제1 및 제2 광전 변환 소자(PD2a, PD2b) 및 제1 및 제2 전송 트랜지스터(TX2a, TX2b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전송 트랜지스터(TX2a, TX2b)는 제1 및 제2 전송 제어 신호(TS2a, TS2b)에 응탑하여 턴-온 또는 턴-오프될 수 있다.The second pixel PX2a may also include first and second photoelectric conversion elements PD2a and PD2b and first and second transfer transistors TX2a and TX2b. The first and second transfer transistors TX2a and TX2b may be turned on or off in response to the first and second transfer control signals TS2a and TS2b.
도 3b에서는 제1 픽셀(PX1a) 및 제2 픽셀(PX1a)이 각각 두 개의 광전 변환 소자 및 두 개의 전송 트랜지스터를 구비하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 픽셀(PX1a) 및 제2 픽셀(PX1a)은 각각 세 개 이상의 광전 변환 소자 및 세 개 이상의 전송 트랜지스터를 구비할 수 있다. In FIG. 3B , the first pixel PX1a and the second pixel PX1a are illustrated as including two photoelectric conversion elements and two transfer transistors, respectively, but are not limited thereto, and the first pixel PX1a and the second pixel PX1a are not limited thereto. Each of the pixels PX1a may include three or more photoelectric conversion elements and three or more transfer transistors.
도 4a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 LCG 모드 동작을 설명하는 도면이고, 도 4b는 도 4a의 타이밍도이다. 도 4a 및 도 4b는 제1 픽셀(PX1)로부터 픽셀 신호가 독출(readout)될 때의 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 동작을 나타낸다. 4A is a diagram for explaining an LCG mode operation of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and FIG. 4B is a timing diagram of FIG. 4A . 4A and 4B illustrate operations of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 when a pixel signal is read out from the first pixel PX1 .
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 게인 제어 트랜지스터들(CGX1, CGX2)는 비활성 레벨, 예컨대 하이 레벨(H)을 갖는 제어 신호들(CGS1, CGS2)에 응답하여 턴-온될 수 있다. 따라서, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 LCG 모드로 동작할 수 있다. 제2 픽셀(PX2)의 전송 트랜지스터(TX2)는 비활성 레벨, 예컨대 로우 레벨(L)을 갖는 전송 제어 신호(TS2)에 응답하여 턴-오프될 수 있다. 4A and 4B , the gain control transistors CGX1 and CGX2 of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 have an inactive level, for example, the control signals CGS1 having a high level H. It can be turned on in response to CGS2). Accordingly, the first pixel PX1 and the second pixel PX2 may operate in the LCG mode. The transfer transistor TX2 of the second pixel PX2 may be turned off in response to the transfer control signal TS2 having an inactive level, for example, a low level L.
리셋 기간(RST)에 하이 레벨의 리셋 제어 신호(RS1, RS2)에 응답하여 제1 및 제2 픽셀(PX1, PX2)의 리셋 트랜지스터들(RX1, RX2)이 턴-온 되며, 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11, FD21) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD12, FD22)에 픽셀 전원 전압(VDDP)이 인가됨으로써, 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11, FD21) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD12, FD22)이 리셋 될 수 있다. 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11, FD21) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD12, FD22)이 리셋되었다는 것은 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11, FD21) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD12, FD22)에 저장된(누적된) 전하가 방전되었음을 의미한다. In the reset period RST, the reset transistors RX1 and RX2 of the first and second pixels PX1 and PX2 are turned on in response to the high-level reset control signals RS1 and RS2, and the first floating diffusion The pixel power voltage VDDP is applied to the nodes FD11 and FD21 and the second floating diffusion nodes FD12 and FD22, so that the first floating diffusion nodes FD11 and FD21 and the second floating diffusion nodes FD12 and FD22 are applied. ) can be reset. The reset of the first floating diffusion nodes FD11 and FD21 and the second floating diffusion nodes FD12 and FD22 is stored in the first floating diffusion nodes FD11 and FD21 and the second floating diffusion nodes FD12 and FD22. It means that the (accumulated) charge has been discharged.
t1 시점에 제1 픽셀(PX1)에 인가되는 전송 제어 신호(TS1)가 비활성 레벨, 예컨대 로우 레벨에서, 활성 레벨, 예컨대 하이 레벨로 천이될 수 있다. 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 전송 제어 신호(TS1)에 응답하여 턴-온되어, 광전 변환 소자(PD1)에 남아있는 전하를 제1 플로팅 디퓨전 노드(PD1)로 전송(방전)할 수 있다. 이후, 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 로우 레벨의 전송 제어 신호(TS1)에 응답하여 턴-오프되고, 리셋 트랜지스터들(RX1, RX2)이 턴-온되어, 제1 플로팅 디퓨전 노드(PD1)의 전하가 방전될 수 있다. At a time t1 , the transmission control signal TS1 applied to the first pixel PX1 may transition from an inactive level, for example, a low level, to an active level, for example, a high level. The first transfer transistor TX1 may be turned on in response to the transfer control signal TS1 to transfer (discharge) the charge remaining in the photoelectric conversion element PD1 to the first floating diffusion node PD1 . Thereafter, the first transfer transistor TX1 is turned off in response to the low-level transfer control signal TS1 , and the reset transistors RX1 and RX2 are turned on, so that the first floating diffusion node PD1 An electric charge may be discharged.
광전 변환 소자(PD1)에서 입사되는 광에 따른 전하 생성 및 누적 동작이 시작될 수 있다. 노출 기간(EP) 동안 광전 변환 소자(PD1)에서 전하 생성 및 누적 동작이 수행될 수 있다. 구체적으로는, t2 시점에 선택 트랜지스터(SX1)가 턴-온 될때까지 광전 변환 소자(PD1)에서 전하 생성 및 누적 동작이 수행될 수 있다.A charge generation and accumulation operation according to light incident from the photoelectric conversion element PD1 may be started. During the exposure period EP, a charge generation and accumulation operation may be performed in the photoelectric conversion device PD1 . Specifically, charge generation and accumulation operations may be performed in the photoelectric conversion element PD1 until the selection transistor SX1 is turned on at time t2.
t2 시점에 제1 픽셀(PX1)의 선택 트랜지스터(SX1)가 하이 레벨의 선택 신호(SEL1)에 응답하여 턴-온될 수 있다. 선택 트랜지스터(SX1)는 독출 기간(RO)(또는 수평 독출 기간이라고 함)동안 턴-온 상태일 수 있다. 이때, 제2 픽셀(PX2)의 선택 트랜지스터(SX2) 또한, 하이 레벨의 선택 신호(SEL2)에 응답하여 턴-온될 수 있다. 다시 말해서, 제1 픽셀(PX1)에 대한 독출 기간(RO) 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 선택 트랜지스터들(SX1, SX2)이 턴-온될 수 있다. 독출 기간(RO) 동안 리셋 트랜지스터들(RX1, RX2)는 턴-오프될 수 있다. At time t2 , the selection transistor SX1 of the first pixel PX1 may be turned on in response to the high level selection signal SEL1 . The selection transistor SX1 may be turned on during the read period RO (or referred to as a horizontal read period). In this case, the selection transistor SX2 of the second pixel PX2 may also be turned on in response to the high level selection signal SEL2 . In other words, during the read period RO for the first pixel PX1 , the selection transistors SX1 and SX2 of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 may be turned on. During the read period RO, the reset transistors RX1 and RX2 may be turned off.
제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 선택 트랜지스터들(SX1, SX2)이 턴-온 되었으므로, 픽셀 신호들은 컬럼 라인(CL)으로 출력될 수 있다. 제1 픽셀(PX1)로부터 출력되는 픽셀 신호, Since the selection transistors SX1 and SX2 of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 are turned on, pixel signals may be output to the column line CL. a pixel signal output from the first pixel PX1;
t3 시점에 전송 트랜지스터(TX1)가 하이 레벨의 전송 제어 신호(TS1)에 응답하여 턴-온 될 수 있다. 노출 기간(EP) 동안 광전 변환 소자(PD1)에서 생성된 전하가 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)로 전송될 수 있다. 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)는 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12) 및 제2 픽셀의 제1 및 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD21, FD22)와 연결된 바, 전하는 제1 픽셀 및 제2 픽셀의 제1 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD11, FD12, FD21, FD22)에 저장될 수 있으며, 제1 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD11, FD12, FD21, FD22)은 동일한 전압을 가질 수 있다. At time t3 , the transfer transistor TX1 may be turned on in response to the high level transfer control signal TS1 . Charges generated in the photoelectric conversion element PD1 during the exposure period EP may be transferred to the first floating diffusion node FD11 . The first floating diffusion node FD11 is connected to the second floating diffusion node FD12 and the first and second floating diffusion nodes FD21 and FD22 of the second pixel, and electric charges are applied to the first pixel and the second pixel. and the second floating diffusion nodes FD11, FD12, FD21, and FD22, and the first and second floating diffusion nodes FD11, FD12, FD21, and FD22 may have the same voltage.
독출 기간(RO)에 제1 및 제2 픽셀(PX1, PX2)의 구동 트랜지스터(DX1)는 제1 플로팅 디퓨전 노드들(FD1, FD2)의 전압에 따른 픽셀 신호들, 예컨대 제1 픽셀 전압(Vpx1) 및 제2 픽셀 전압(Vpx2)을 출력할 수 있다. 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 선택 트랜지스터들(SX1, SX2)이 턴-온된 바, 제1 픽셀 전압(Vpx1) 및 제2 픽셀 전압(Vpx2)이 컬럼 라인(CL)으로 출력될 수 있다. In the read period RO, the driving transistors DX1 of the first and second pixels PX1 and PX2 transmit pixel signals according to voltages of the first floating diffusion nodes FD1 and FD2, for example, the first pixel voltage Vpx1 ) and the second pixel voltage Vpx2 may be output. When the selection transistors SX1 and SX2 of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 are turned on, the first pixel voltage Vpx1 and the second pixel voltage Vpx2 are transferred to the column line CL. can be output.
제1 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD11, FD12, FD21, FD22)의 전압이 동일하므로, 제1 픽셀 전압(Vpx1) 및 제2 픽셀 전압(Vpx2)은 동일할 수 있다. 그러나, 제1 픽셀(PX1)의 구동 트랜지스터(DX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 구동 트랜지스터(DX2)의 특성 편차로 인하여 제1 픽셀 전압(Vpx1) 및 제2 픽셀 전압(Vpx2)에 차이가 있을 수 있다. 컬럼 라인CL)에서 제1 픽셀 전압(Vpx1) 및 제2 픽셀 전압(Vpx2)이 평균되고, 제1 픽셀 전압(Vpx1) 및 제2 픽셀 전압(Vpx2)의 평균값에 해당하는 평균 픽셀 신호가 CDS 회로(도 1의 142)로 제공되고, CDS 회로(142)에서 평균 픽셀 신호가 샘플링될 수 있다. Since voltages of the first and second floating diffusion nodes FD11 , FD12 , FD21 , and FD22 are the same, the first pixel voltage Vpx1 and the second pixel voltage Vpx2 may be the same. However, due to a characteristic deviation between the driving transistor DX1 of the first pixel PX1 and the driving transistor DX2 of the second pixel PX2, there is a difference in the first pixel voltage Vpx1 and the second pixel voltage Vpx2. there may be In the column line CL), the first pixel voltage Vpx1 and the second pixel voltage Vpx2 are averaged, and the average pixel signal corresponding to the average value of the first pixel voltage Vpx1 and the second pixel voltage Vpx2 is generated by the CDS circuit (142 in FIG. 1), and the average pixel signal may be sampled in the
도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 픽셀 신호는 리셋 신호 및 이미지 신호를 포함할 수 있으며, 컬럼 라인(CL1)에 연결된 CDS 회로(도 1의 142)는 CDS 방식에 따라서 픽셀 신호를 두 번 샘플링함으로써, 리셋 신호 및 이미지 신호를 샘플링할 수 있다. t3 시점 이전에 리셋 신호(RL)(LCG 모드에서의 리셋 신호이며, 이후 LCG 리셋 신호라고 함)가 샘플링되고, t3 시점에 전송 트랜지스터(TX1)가 토글링된 이후, 이미지 신호(SL)(LCG 모드에서의 이미지 신호이며, 이후 LCG 이미지 신호라고 함)가 샘플링될 수 있다. As described above with reference to FIG. 1 , the pixel signal may include a reset signal and an image signal, and the CDS circuit ( 142 of FIG. 1 ) connected to the column line CL1 samples the pixel signal twice according to the CDS method. By doing so, the reset signal and the image signal can be sampled. Before time t3, the reset signal RL (which is a reset signal in the LCG mode, hereinafter referred to as the LCG reset signal) is sampled, and after the transfer transistor TX1 is toggled at time t3, the image signal SL (LCG) image signal in mode, hereinafter referred to as an LCG image signal) may be sampled.
전술한 바와 같이, 픽셀 어레이(110a)에서, 픽셀들, 예컨대 제1 및 제2 픽셀(PX1, PX2)의 구동 트랜지스터(DX1, DX2)의 특성 편차로 인하여 픽셀들의 출력 편차가 발생할 수 있다. 예컨대, 제1 픽셀(PX1)의 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11) 및 제2 픽셀(PX2)의 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD21)가 동일한 전압을 가져도 제1 및 제2 픽셀(PX1, PX2)에서 출력되는 제1 픽셀 전압(Vpx1) 및 제2 픽셀 전압(Vpx2)에 편차가 발생할 수 있다. 이러한 픽셀들 간의 출력 편차는 이미지 센서(도 1의 100)에서 생성되는 이미지에 노이즈를 발생하며, 이를 PRNU(Pixel Response Non-Uniformtiy)라고 한다. As described above, in the
그러나, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 픽셀 어레이(110a)에서는 픽셀 어레이(110a)가 LCG로 동작할 때, 동일한 컬럼 라인에 연결된 적어도 두 픽셀, 예컨대 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 플로팅 디퓨전 노드들이 서로 연결되고, 하나의 픽셀에서 픽셀 신호가 독출될 때 연결된 다른 적어도 하나의 픽셀에서 픽셀 신호가 출력되고, 적어도 두 픽셀 신호가 평균되어 평균된 픽셀 신호가 샘플링됨으로써, PRNU가 감소되고, 고조도 SNR이 향상될 수 있다. 따라서, LCG 모드에서 이미지 센서(100)에서 생성되는 이미지의 화질이 향상될 수 있다. However, as described with reference to FIGS. 4A and 4B , in the
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 타이밍도이다. 도 5는 한 프레임에서의 독출 기간에 픽셀 어레이(도 3a의 110a)의 픽셀, 예컨대 제1 픽셀(PX1)이 LCG 모드 및 HCG 모드로 동작하는 Intra Scene DCG(dual conversion gain) 모드 동작을 나타낸다. 5 is a timing diagram of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure. FIG. 5 shows an intra scene dual conversion gain (DCG) mode operation in which a pixel of a pixel array (110a in FIG. 3A ), eg, a first pixel PX1 , operates in an LCG mode and an HCG mode during a read period in one frame.
도 3a 및 도 5를 참조하면, 제2 픽셀(PX2)의 게인 제어 트랜지스터(CGX2)가 하이 레벨의 게인 제어 신호(CGS1)에 응답하여 턴-온되고, 제2 픽셀(PX2)의 전송 트랜지스터(TX2)는 하이 레벨의 전송 제어 신호(TS1)에 응답하여 턴-오프될 수 있다. 3A and 5 , the gain control transistor CGX2 of the second pixel PX2 is turned on in response to the high-level gain control signal CGS1, and the transfer transistor CGX2 of the second pixel PX2 is turned on. TX2) may be turned off in response to the high level transmission control signal TS1.
t1 시점에 제1 픽셀(PX1)의 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 하이 레벨의 전송 제어 신호(TS1)에 응답하여 턴-온되어, 광전 변환 소자(PD1)에 남아있는 전하를 제1 플로팅 디퓨전 노드(PD1)로 전송(방전)할 수 있다. 이후, 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 로우 레벨의 전송 제어 신호(TS1)에 응답하여 턴-오프되고, 리셋 트랜지스터들(RX1, RX2)이 턴-온되어, 제1 플로팅 디퓨전 노드(PD1)의 전하가 방전될 수 있다. At time t1 , the first transfer transistor TX1 of the first pixel PX1 is turned on in response to the high-level transfer control signal TS1 , so that the charge remaining in the photoelectric conversion element PD1 is transferred to the first floating diffusion It can transmit (discharge) to the node PD1. Thereafter, the first transfer transistor TX1 is turned off in response to the low-level transfer control signal TS1 , and the reset transistors RX1 and RX2 are turned on, so that the first floating diffusion node PD1 An electric charge may be discharged.
광전 변환 소자(PD1)에서 입사되는 광에 따른 전하 생성 및 누적 동작이 시작될 수 있다. 노출 기간(EP) 동안 광전 변환 소자(PD1)에서 전하 생성 및 누적 동작이 수행될 수 있다. A charge generation and accumulation operation according to light incident from the photoelectric conversion element PD1 may be started. During the exposure period EP, a charge generation and accumulation operation may be performed in the photoelectric conversion device PD1 .
t2 시점에 제1 픽셀(PX1)의 선택 트랜지스터(SX1)가 하이 레벨의 선택 신호(SEL1)에 응답하여 턴-온 될 수 있다. 제1 픽셀(PX1)의 선택 트랜지스터(SX1)는 독출 기간(RO)(또는 수평 독출 기간이라고 함)동안 턴-온 상태일 수 있다. 리셋 트랜지스터들(RX1, RX2) 또한 로우 레벨의 리셋 제어 신호(RS1, RS2)에 응답하여 독출 기간(RO)에 턴-오프 될 수 있다. t2 시점에 제2 픽셀(PX2)의 선택 트랜지스터(SX2) 또한 하이 레벨의 선택 신호(SEL2)에 응답하여 턴-온 될 수 있다. 제1 픽셀(PX2)의 게인 제어 트랜지스터(CSX1)는 하이 레벨의 게인 제어 신호(CGS1)에 응답하여 턴-온 될 수 있다. 제1 픽셀(PX1)은 LCG 모드일 수 있으며, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)이 각각 리셋 신호에 해당하는 제1 픽셀 전압(Vpx1) 및 제2 픽셀 전압(Vpx2)을 출력할 수 있다. t2 시점 이후, LCG 모드에서 LCG 리셋 신호(RL)가 샘플링될 수 있다. 샘플링 되는 LCG 리셋 신호(RL)는 제1 및 제2 픽셀(PX1, PX2)의 리셋 신호들의 평균 값에 해당할 수 있다. At time t2 , the selection transistor SX1 of the first pixel PX1 may be turned on in response to the high-level selection signal SEL1 . The selection transistor SX1 of the first pixel PX1 may be turned on during the read period RO (or referred to as a horizontal read period). The reset transistors RX1 and RX2 may also be turned off during the read period RO in response to the low-level reset control signals RS1 and RS2 . At time t2 , the selection transistor SX2 of the second pixel PX2 may also be turned on in response to the high level selection signal SEL2 . The gain control transistor CSX1 of the first pixel PX2 may be turned on in response to the high level gain control signal CGS1 . The first pixel PX1 may be in the LCG mode, and the first pixel PX1 and the second pixel PX2 output a first pixel voltage Vpx1 and a second pixel voltage Vpx2 corresponding to a reset signal, respectively. can do. After time t2, the LCG reset signal RL may be sampled in the LCG mode. The sampled LCG reset signal RL may correspond to an average value of the reset signals of the first and second pixels PX1 and PX2.
t3 시점에 제1 픽셀(PX2)의 게인 제어 트랜지스터(CSX1)는 로우 레벨의 게인 제어 신호(CGS1)에 응답하여 턴-오프 될 수 있다. 이에 따라 제1 픽셀(PX1)이 HCG 모드로 변경될 수 있다. 제2 픽셀(PX2)의 선택 트랜지스터(SX2) 또한 로우 레벨의 선택 신호(SEL2)에 응답하여 턴-오프 될 수 있다. 따라서, 제1 픽셀(PX1)이 리셋 신호에 해당하는 제1 픽셀 전압(PX1)을 칼럼 라인(CL)으로 출력할 수 있다. At time t3 , the gain control transistor CSX1 of the first pixel PX2 may be turned off in response to the low-level gain control signal CGS1 . Accordingly, the first pixel PX1 may be changed to the HCG mode. The selection transistor SX2 of the second pixel PX2 may also be turned off in response to the low-level selection signal SEL2 . Accordingly, the first pixel PX1 may output the first pixel voltage PX1 corresponding to the reset signal to the column line CL.
t3 시점 이후, HCG 모드에서 HCG 리셋 신호(RL)가 샘플링될 수 있다. 샘플링 되는 HCG 리셋 신호(RH)는 제1 픽셀(PX1)에서 출력되는 리셋 신호에 해당할 수 있다. After time t3, the HCG reset signal RL may be sampled in the HCG mode. The sampled HCG reset signal RH may correspond to a reset signal output from the first pixel PX1 .
t4 시점에 전송 트랜지스터(TX1)가 하이 레벨의 전송 제어 신호(TS1)에 응답하여 턴-온 될 수 있다. 노출 기간(EP) 동안 광전 변환 소자(PD1)에서 생성된 전하가 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)로 전송될 수 있다. 제1 픽셀(PX1)의 구동 트랜지스터(DX1)는 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)의 전압에 따른 픽셀 신호, 즉 이미지 신호를 생성할 수 있다. 제1 픽셀(PX1)은 이미지 신호에 해당하는 픽셀에 해당하는 예컨대 제1 픽셀 전압(Vpx1)을 생성할 수 있다. 제1 픽셀 전압(Vpx1)은 이미지 신호에 해당하는 제1 픽셀 전압(Vpx1)을 컬럼 라인(CL)으로 출력할 수 있다. At time t4 , the transfer transistor TX1 may be turned on in response to the high level transfer control signal TS1 . Charges generated in the photoelectric conversion element PD1 during the exposure period EP may be transferred to the first floating diffusion node FD11 . The driving transistor DX1 of the first pixel PX1 may generate a pixel signal according to the voltage of the first floating diffusion node FD11 , that is, an image signal. The first pixel PX1 may generate, for example, a first pixel voltage Vpx1 corresponding to a pixel corresponding to an image signal. The first pixel voltage Vpx1 may output the first pixel voltage Vpx1 corresponding to the image signal to the column line CL.
t4 시점 이후, HCG 모드에서 HCG 이미지 신호(SH)가 샘플링될 수 있다. 샘플링 되는 HCG 이미지 신호(SH)는 제1 픽셀(PX1)에서 출력되는 이미지 신호이다.After time t4, the HCG image signal SH may be sampled in the HCG mode. The sampled HCG image signal SH is an image signal output from the first pixel PX1 .
t5 시점에 제1 픽셀(PX2)의 게인 제어 트랜지스터(CSX1)는 하이 레벨의 게인 제어 신호(CGS1)에 응답하여 턴-온 될 수 있다. 이에 따라, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 플로팅 디퓨전 노드들(FD11, FD12, FD21, FD22)가 서로 연결될 수 있다. 제1 픽셀(PX1)의 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)의 커패시턴스가 증가될 수 있다. 제1 픽셀(PX1)이 LCG 모드로 변경될 수 있다. t5 시점에, 제2 픽셀(PX2)의 선택 트랜지스터(SX2) 또한 하이 레벨의 선택 신호(SEL2)에 응답하여 턴-온 될 수 있다. At time t5 , the gain control transistor CSX1 of the first pixel PX2 may be turned on in response to the high level gain control signal CGS1 . Accordingly, the floating diffusion nodes FD11 , FD12 , FD21 , and FD22 of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 may be connected to each other. The capacitance of the first floating diffusion node FD11 of the first pixel PX1 may be increased. The first pixel PX1 may be changed to the LCG mode. At time t5 , the selection transistor SX2 of the second pixel PX2 may also be turned on in response to the high level selection signal SEL2 .
t6 시점에 전송 트랜지스터(TX1)가 하이 레벨의 전송 제어 신호(TS1)에 응답하여 턴-온 될 수 있다. 광전 변환 소자(PD1)에 남아있는 전하가 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11)로 전송될 수 있다. At time t6, the transfer transistor TX1 may be turned on in response to the high-level transfer control signal TS1. Charges remaining in the photoelectric conversion element PD1 may be transferred to the first floating diffusion node FD11 .
t6 시점 이후, LCG 모드에서 LCG 이미지 신호(SL)가 샘플링될 수 있다. 이때, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)이 각각 이미지 신호에 해당하는 제1 픽셀 전압(Vpx1) 및 제2 픽셀 전압(Vpx2)을 출력할 수 있다. 따라서, LCG 이미지 신호(SL)는 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 이미지 신호들의 평균 값에 해당할 수 있다. After time t6, the LCG image signal SL may be sampled in the LCG mode. In this case, the first pixel PX1 and the second pixel PX2 may output a first pixel voltage Vpx1 and a second pixel voltage Vpx2 corresponding to an image signal, respectively. Accordingly, the LCG image signal SL may correspond to an average value of the image signals of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 .
이와 같이, 픽셀 어레이(110a)의 복수의 픽셀들(PX)에 대하여 독출 기간(RO)에 LCG 리셋 신호(RL), HCG 리셋 신호(RH), HCG 이미지 신호(SH) 및 LCG 이미지 신호(SL)이 차례로 샘플링될 수 있다. 복수의 픽셀들 (PX) 각각의 LCG 리셋 신호(RL) 및 LCG 이미지 신호(SL)를 기초로 LCG 이미지가 생성되고, 복수의 픽셀들 (PX) 각각의 HCG 리셋 신호(RH) 및 HCG 이미지 신호(SH)를 기초로 HCG 이미지가 생성될 수 있다. 이미지 센서(도 1의 100)의 신호 처리부(도 1의 170) 또는 외부 호스트의 신호 처리부가 LCG 이미지 및 HCG 이미지를 병합하여, 병합하여 높은 동작 범위(high dynamic range)를 갖는 이미지를 생성할 수 있다. In this way, the LCG reset signal RL, the HCG reset signal RH, the HCG image signal SH, and the LCG image signal SL for the plurality of pixels PX of the
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 셔터 방식들에 따른 동작을 나타내는 타이밍도이다. 6A and 6B are timing diagrams illustrating operations according to shutter methods of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
도 6a를 참조하면, 픽셀 어레이(도 1의 110)는 롤링 셔터 방식에 따라 동작할 수 있다. 한 프레임 기간(FRM) 동안 복수의 로우, 예컨대 제1 내지 제m 로우(R1~Rm) 각각에 대하여 리셋 기간(RST), 노출 기간(EP) 및 독출 기간(RO)에 각각 리셋 동작, 전하 생성 및 누적 동작 및 독출 동작이 수행될 수 있으며, 리셋, 노출 및 독출 동작은 제1 내지 제m 로우(R1~Rm)에 대하여 순차적으로 수행될 수 있다. 제1 내지 제m 로우(R1~Rm)의 독출 기간(RO)들은 오버랩되지 않는다. Referring to FIG. 6A , the pixel array ( 110 of FIG. 1 ) may operate according to a rolling shutter method. During one frame period FRM, a reset operation and charge generation are respectively performed in the reset period RST, the exposure period EP, and the read period RO for each of a plurality of rows, for example, the first to mth rows R1 to Rm. and an accumulation operation and a read operation may be performed, and a reset, exposure, and read operation may be sequentially performed with respect to the first to mth rows R1 to Rm. The read periods RO of the first to mth rows R1 to Rm do not overlap.
도 6b를 참조하면, 픽셀 어레이(도 1의 110)는 글로벌 셔터 방식에 따라 동작할 수 있다. 한 프레임 기간(FRM) 동안 복수의 로우, 예컨대 제1 내지 제m 로우(R1~Rm) 각각에 대하여 리셋 기간(RST), 노출 기간(EP) 및 독출 기간(RO)에 각각 리셋, 노출 및 독출 동작이 수행될 수 있으며, 제1 내지 제m 로우(R1~Rm)의 리셋 동작, 및 전하 생성 및 누적 동작은 동시에 수행될 수 있다. 제1 내지 제m 로우(R1~Rm)의 독출 동작은 차례로 수행될 수 있으며, 제1 내지 제m 로우(R1~Rm)의 독출 기간(RO)들은 오버랩되지 않는다.Referring to FIG. 6B , the pixel array ( 110 of FIG. 1 ) may operate according to a global shutter method. During one frame period FRM, reset, exposure, and readout are respectively performed in the reset period RST, the exposure period EP, and the read period RO for each of the plurality of rows, for example, the first to mth rows R1 to Rm. The operation may be performed, and the reset operation of the first to mth rows R1 to Rm and the charge generation and accumulation operation may be simultaneously performed. The read operations of the first to mth rows R1 to Rm may be sequentially performed, and the read periods RO of the first to mth rows R1 to Rm do not overlap.
도 6a 및 도 6b의 독출 기간(RO)에 인접한 두 로우, 예컨대 제1 로우(R1) 및 제2 로우(R2), 제3 로우(R3) 및 제4 로우(R4), 제m-1로우(Rm-1) 및 제m 로우(Rm)에 구비되며 동일한 컬럼 라인에 연결되는 두 픽셀(PX)의 동작은 도 4b 또는 도 5를 참조하여 설명한 도 4a의 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 동작과 동일할 수 있다. Two rows adjacent to the read period RO of FIGS. 6A and 6B , for example, the first row R1 and the second row R2 , the third row R3 and the fourth row R4 , and the m−1th row The operations of the two pixels PX provided in (Rm-1) and the mth row Rm and connected to the same column line are the first pixel PX1 and the second pixel PX1 of FIG. 4A described with reference to FIGS. 4B or 5 . The operation of the pixel PX2 may be the same.
예컨대 제1 로우(R1)의 독출 동작이 수행될 때, 제1 로우(R1)의 제1 픽셀(PX1) 및 제2 로우(R2)의 제2 픽셀(R2)의 동작은 도 4a의 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 동작과 각각 동일하고, 제2 로우(R1)의 독출 동작이 수행될 때, 제1 로우(R1)의 제1 픽셀(PX1) 및 제2 로우(R2)의 제2 픽셀(R2)의 동작은 도 4a의 제2 픽셀(PX2) 및 제1 픽셀(PX1)의 동작과 각각 동일할 수 있다. 제3 로우(R3)의 독출 동작이 수행될 때, 제3 로우(R3)의 제3 픽셀(PX3) 및 제4 로우(R4)의 제4픽셀(R4)의 동작은 도 4a의 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 동작과 각각 동일하고, 제3 로우(R1)의 독출 동작이 수행될 때, 제3 로우(R3)의 제1 픽셀(PX3) 및 제4 로우(R4)의 제4 픽셀(R4)의 동작은 도 4a의 제2 픽셀(PX2) 및 제1 픽셀(PX1)의 동작과 각각 동일할 수 있다.For example, when the read operation of the first row R1 is performed, the operations of the first pixel PX1 of the first row R1 and the second pixel R2 of the second row R2 are The operations of the pixel PX1 and the second pixel PX2 are the same, respectively, and when the read operation of the second row R1 is performed, the first pixel PX1 and the second row R1 of the first row R1 The operation of the second pixel R2 of R2 may be the same as that of the second pixel PX2 and the first pixel PX1 of FIG. 4A , respectively. When the read operation of the third row R3 is performed, the operation of the third pixel PX3 of the third row R3 and the fourth pixel R4 of the fourth row R4 is the first pixel of FIG. 4A . The operations of the PX1 and the second pixel PX2 are the same, respectively, and when the read operation of the third row R1 is performed, the first pixel PX3 and the fourth row R4 of the third row R3 are the same. ), the operation of the fourth pixel R4 may be the same as that of the second pixel PX2 and the first pixel PX1 of FIG. 4A , respectively.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 구현예들에 따른 수직 단면도이다. 7A and 7B are vertical cross-sectional views according to implementations of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
도 7a를 참조하면, 픽셀 어레이(110)는 서로 대향하는 제1 면(111B)과 제2 면(111F)을 가지는 반도체 기판(111)(이하 기판이라고 함), 기판(111)의 제1 면(111B) 상에 배치되는 입사층(112) 및 기판(111)의 제2 면(111F) 상에 배치되는 배선층(113)(또는 배선 구조체라고 함)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7A , the
기판(111)은 예를 들면, Si, Ge, SiGe, SiC, GaAs, InAs, 및 InP 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(111)에 제1 도전형의 불순물이 도핑될 수 있다. 예를 들면 제1 도전형은 P형이며 제1 도전형의 불순물은 붕소일 수 있다.The
기판(111)에는 깊은 소자 분리부(Deep Trench Isolation; DTI)(DTI)가 배치될 수 있다. DTI는 기판(111)을 관통하여 제1 면(111B)로부터 제2 면(111F)에 이를 수 있다. 제1 픽셀(PX1) 과 제2 픽셀(PX2) 사이에 배치되는 DTI는 제1 면(111B)로부터 제2 면(111F)쪽으로 연장되나 제2 면(111F)과는 이격될 수 있다. DTI는 실리콘 산화막, 하프늄산화막, 알루미늄산화막, 불순물이 도핑된 폴리실리콘막 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. DTI는 하나의 단일막 또는 다중막 구조를 가질 수 있다.A deep trench isolation (DTI) (DTI) may be disposed on the
DTI는 픽셀들, 예컨대 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)을 분리할 수 있다. DTI는 픽셀들, 예컨대 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2) 간 크로스 토크(cross-talk)를 방지할 수 있다.The DTI may separate the pixels, for example, the first pixel PX1 and the second pixel PX2 . The DTI may prevent cross-talk between the pixels, for example, the first pixel PX1 and the second pixel PX2 .
기판(111) 내에 광전 변환 소자들(PD1, PD2)이 배치될 수 있다. 광전 변환 소자들(PD1, PD2)은 각각 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형의 불순물이 도핑된 영역을 포함할 수 있으며. 예를 들면, 제2 도전형은 N형이고, 제2 도전형인 불순물은 인, 비소, 비스무스 및/또는 안티몬과 같은 불순물을 포함할 수 있다. 제2 도전형의 불순물이 도핑된 영역이 인접하는 기판(111)의 제1 도전형의 불순물이 도핑된 영역과 PN 접합을 이루어 광전 변환 소자들(PD11, PD12, PD21, PD22)을 구성할 수 있다. Photoelectric conversion elements PD1 and PD2 may be disposed in the
기판(111)의 제1 면(111B)은 광의 입사면일 수 있으며, 입사층(112) 및 제1 면(111B)을 통해 광이 입사될 수 있다. 입사층(112)은 마이크로 렌즈(ML), 컬러 필터(CF)를 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 기판(111)의 제1 면(111B)과 컬러 필터(CF) 사이에는 반사 방지층(AF)이 배치될 수 있다. 실시예들에서, 반사 방지층(AF), 컬러 필터(CF) 및 마이크로 렌즈(ML)는 반도체 기판(111)의 제1 면(110c) 상에 순차적으로 적층되어 배치될 수 있다. The
컬러 필터(CF)는 특정 스펙트럼 대역의 광, 다시 말해서 특정 컬러의 광을 투과시킬 수 있다. 복수의 컬러 필터(CF)가 컬러 필터 어레이를 구성할 수 있다. 실시예에 있어서, 컬러 필터 어레이는 베이어 패턴(bayer pattern)을 가질 수 있다. 복수의 컬러 필터는, 레드 필터, 블루 필터, 및 2개의 그린 필터를 포함할 수 있으며, 레드 필터, 블루 필터, 및 2개의 그린 필터가 2 X 2로 배치되고, 이때 2개의 그린 필터는 대각선으로 배치될 수 있다. 실시예에 있어서, 복수의 컬러 필터는, 2 X 2 로 배치되는 레드 필터, 블루 필터, 그린 필터 및 화이트 필터를 포함할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 복수의 컬러 필터는 다른 색상들로 조합된 필터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 컬러 필터는 옐로우 필터, 사이언(Cyan) 필터 및 그린 필터를 포함할 수도 있다. The color filter CF may transmit light of a specific spectrum band, that is, light of a specific color. A plurality of color filters CF may constitute a color filter array. In an embodiment, the color filter array may have a Bayer pattern. The plurality of color filters may include a red filter, a blue filter, and two green filters, wherein the red filter, the blue filter, and the two green filters are arranged in 2
제1 픽셀(PX1) 상에는 제1 컬러 필터(CF1)가 배치되고, 제2 픽셀(PX2) 상에는 제2 컬러 필터(CF2)가 배치될 수 있다. 제1 컬러 필터(CF1) 및 제2 컬러 필터(CF2)는 동일한 컬러 또는 상이한 컬러의 광을 투과시킬 수 있다. 컬러 필터(CF)가 투과시키는 광의 컬러에 따라 해당 픽셀(제1 픽셀(PX1) 또는 제2 픽셀(PX2))이 감지할 수 있는 색상이 결정될 수 있다. A first color filter CF1 may be disposed on the first pixel PX1 , and a second color filter CF2 may be disposed on the second pixel PX2 . The first color filter CF1 and the second color filter CF2 may transmit light of the same color or different colors. A color detectable by the corresponding pixel (the first pixel PX1 or the second pixel PX2 ) may be determined according to the color of the light transmitted by the color filter CF.
플로팅 디퓨전 영역, 예컨대 제1 플로팅 디퓨전 영역들(FD1, FD2)이 기판(111)의 제2 면(111F)에 인접하게 형성될 수 있따. 제1 플로팅 디퓨전 영역들(FD1, FD2)는 제2 도전형의 불순물로 도핑된 영역일 수 있다.A floating diffusion region, for example, the first floating diffusion regions FD1 and FD2 may be formed adjacent to the
배선층(113)내에 기판(111)의 제2 면(111F)에 인접하게 트랜지스터들의 게이트 단자, 예컨대 전송 게이트들(TG1, TG2), 및 게인 제어 게이트들(CGG1, CGG2)이 형성될 수 있다. 전송 게이트들(TG1, TG2), 및 게인 제어 게이트들(CGG1, CGG2)은 전송 트랜지스터들(도 3a의 TX1, TX2) 및 게인 제어 트랜지스터들(도 3a의 CGX1, CGX2)의 게이트 단자일 수 있다. Gate terminals of transistors, for example, transfer gates TG1 and TG2 and gain control gates CGG1 and CGG2 may be formed in the
전송 게이트들(TG1, TG2) 및 게인 제어 게이트들(CGG1, CGG2)은 제1 플로팅 디퓨전 영역들(FD1, FD2))에 인접하게 형성될 수 있다. 기판(111) 내에 제어 게이트들(CGG1, CGG2)에 인접하게 웰 영역(WLL)이 형성될 수 있으며, 웰 영역(WLL)은 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)에 공유될 수 있다. 웰 영역(WLL)은 게인 제어 트랜지스터들(CGX1, CGX2)의 드레인 단자이며 또한, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 제2 플로팅 디퓨전 영역들(FD12, FD22)일 수 있다. 도 7a에서, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 제2 플로팅 디퓨전 영역들(FD12, FD22)은 웰 영역(WLL)이 공유됨으로써 서로 연결될 수 있다. The transfer gates TG1 and TG2 and the gain control gates CGG1 and CGG2 may be formed adjacent to the first floating diffusion regions FD1 and FD2. A well region WLL may be formed in the
배선층(113)은 층간 절연막(113-1) 내에 배치되는 다층의 도전 라인들(113-2)을 포함할 수 있다. 도전 라인(113-2)은 각 트랜지스터에 공급되는 제어 신호 또는 픽셀과 외부 간의 신호를 전달할 수 있다. 도전 라인(111-2)은 예를 들어, 구리, 알루미늄과 같은 금속 물질을 포함하는 도전 물질을 패터닝하는 방식으로 형성될 수 있으며 제1 방향, 예컨대 X축 방향 및 제2 방향, 예컨대 Y축 방향으로 연장될 수 있다. The
도 7b를 참조하면, 기판(111) 내에 제어 게이트들(CGG1, CGG2)에 인접하게 웰 영역들(WLL1, WLL2)이 형성될 수 있으며, 웰 영역들(WLL1, WLL2)은 게인 제어 트랜지스터들(CGX1, CGX2)의 드레인 단자이며 또한, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 제2 플로팅 디퓨전 영역들(FD12, FD22)일 수 있다. 웰 영역들(WLL1, WLL2)은 컨택(CT) 및 도전 라인(113-1)을 통해 서로 연결될 수 있다. 이와 같이, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 제2 플로팅 디퓨전 영역들(FD12, FD22)은 배선층(113)에 형성되는 컨택(CT) 및 도전 라인(113-1)을 통해 서로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 7B , well regions WLL1 and WLL2 may be formed adjacent to the control gates CGG1 and CGG2 in the
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 일 구현예를 나타낸다.8 shows an implementation of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
도 8을 참조하면, 픽셀 어레이(110)에서, 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결되며, 서로 다른 로우, 예컨대 제1 내지 제4 로우(R1, R2, R3)에 배치되는 제1 픽셀(PX1), 제2 픽셀(PX2) 및 제3 픽셀(PX3)의 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD12, FD22, FD32)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. LCG 모드에서, 게인 제어 트랜지스터들(CGS1, CGS2, CGS3)이 턴-온되어, 제1 플로팅 디퓨전 노드들(FD11, FD21, FD31) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD12, FD22, FD32)이 전기적으로 연결될 수 있다. LCG 모드에서, 제1 픽셀(PX1)의 독출 동작 시, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 동작은 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 바와 동일하며, 제3 픽셀(PX3)의 동작은 제2 픽셀(PX2)의 동작과 동일하다. 제1 픽셀(PX1), 제2 픽셀(PX2) 및 제3 픽셀(PX3)의 선택 트랜지스터들(SX1, SX2, SX3)이 턴-온되어, 제1 픽셀(PX1), 제2 픽셀(PX2) 및 제3 픽셀(PX3)이 각각 픽셀 신호를 출력할 수 있으며, 컬럼 라인(CL)에서 제1 픽셀(PX1), 제2 픽셀(PX2) 및 제3 픽셀(PX3)의 픽셀 신호들이 평균되고, 평균 픽셀 신호가 ADC(도 1의 141)에서 아날로드-디지털 변환되어 제1 픽셀(PX1)에 대한 픽셀 값으로 변환될 수 있다. Referring to FIG. 8 , in the
한편, 도 8에서는 세 개의 픽셀, 예컨대 제1 픽셀(PX1), 제2 픽셀(PX2) 및 제3 픽셀(PX3)의 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD12, FD22, FD32)이 서로 전기적으로 연결되고, LCG 모드에서, 하나의 픽셀에 대한 독출 동작이 수행될 때, 1 픽셀(PX1), 제2 픽셀(PX2) 및 제3 픽셀(PX3) 각각이 픽셀 신호를 출력하는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결되는 네 개 이상의 픽셀들의 제2 플로팅 디퓨전 노드들이 서로 연결되고, LCG 모드에서 한 픽셀에 대한 독출 동작이 수행될 때, 네 개 이상의 픽셀들 각각이 픽셀 신호를 출력하고, 픽셀 신호들이 평균될 수 있다. Meanwhile, in FIG. 8 , the second floating diffusion nodes FD12 , FD22 , and FD32 of three pixels, for example, the first pixel PX1 , the second pixel PX2 and the third pixel PX3 are electrically connected to each other and , in the LCG mode, it has been described that each of the first pixel PX1 , the second pixel PX2 , and the third pixel PX3 outputs a pixel signal when a read operation is performed on one pixel. it is not The second floating diffusion nodes of four or more pixels connected to the same column line CL are connected to each other, and when a read operation for one pixel is performed in the LCG mode, each of the four or more pixels outputs a pixel signal, , the pixel signals may be averaged.
도 9a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 일 구현예를 나타내고, 도 9b는 도 9a의 픽셀 어레이의 타이밍도이다. 9A shows an implementation example of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and FIG. 9B is a timing diagram of the pixel array of FIG. 9A .
도 9a는 도 3a의 픽셀 어레이(110a)의 변형예이다. 따라서, 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.9A is a modified example of the
도 9a를 참조하면, 제1 픽셀(PX1)은 제2 플로팅 디퓨전 노드들(F12, FD22) 사이에 연결되는 연결 트랜지스터(CS)를 더 포함할 수 있다. 연결 트랜지스터(CS)는 로우 드라이버(도 1의 120)로부터 제공되는 연결 제어 신호(CS)에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있다. Referring to FIG. 9A , the first pixel PX1 may further include a connection transistor CS connected between the second floating diffusion nodes F12 and FD22. The connection transistor CS may be turned on or off in response to the connection control signal CS provided from the row driver ( 120 of FIG. 1 ).
도 9b는 LCG 모드에서 제1 픽셀(PX1)의 독출 기간(RO)의 제1 픽셀(PX) 및 제2 픽셀(PX)에 인가되는 제어 신호들을 나타낸다.9B illustrates control signals applied to the first pixel PX and the second pixel PX in the read period RO of the first pixel PX1 in the LCG mode.
도 9b를 참조하면, LCG 모드에서, 하이 레벨의 연결 신호(CS), 게인 제어 신호들(CGS1, CGS2)에 응답하여, 제어 트랜지스터(CX), 게인 제어 트랜지스터들(CGX1, CGX2)가 턴-온 될 수 있다. 이에 따라, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 플로팅 디퓨전 노드들(FD11, FD12, FD21, FD22)이 서로 연결될 수 있으며 동일한 전압 레벨을 갖는다. Referring to FIG. 9B , in the LCG mode, in response to the high-level connection signal CS and the gain control signals CGS1 and CGS2, the control transistor CX and the gain control transistors CGX1 and CGX2 are turn- can be come Accordingly, the floating diffusion nodes FD11 , FD12 , FD21 , and FD22 of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 may be connected to each other and have the same voltage level.
하이 레벨의 선택 신호들(SEL1, SEL2)에 응답하여, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 선택 트랜지스터들(SX1, SX2)가 턴-온 될 수 있다. 따라서, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2) 각각이 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 제1 픽셀(PX1)의 픽셀 신호 및 제2 픽셀(PX2)의 픽셀 신호는 컬럼 라인(CL)에서 평균될 수 있다. In response to the high-level selection signals SEL1 and SEL2 , the selection transistors SX1 and SX2 of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 may be turned on. Accordingly, each of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 may output a pixel signal. The pixel signal of the first pixel PX1 and the pixel signal of the second pixel PX2 may be averaged on the column line CL.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이를 나타낸다. 도 10의 픽셀 어레이(110d)는 도 1의 이미지 센서(100)에 픽셀 어레이(110)로서 적용될 수 있다10 illustrates a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The
도 10을 참조하면, 픽셀 어레이(110d)는 행열로 배치된 복수의 픽셀(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀(PX)은 복수의 로우(row) 및 컬럼(column)으로 배열될 수 있다. 예컨대 복수의 픽셀(PX)은 제1 내지 제m 로우(R1~Rm, m은 양의 정수) 그리고, 제1 내지 제n 컬럼(C1~Cn)으로 배열될 수 있다. Referring to FIG. 10 , the
인접한 적어도 두 개의 컬럼에 배치된 픽셀들(PX)이 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 컬럼(CL1) 및 제2 컬럼(CL2)에 배치된 픽셀들(PX)이 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 세 개 이상의 컬럼에 배치된 픽셀들이 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결될 수 있다. Pixels PX disposed in at least two adjacent columns may be connected to the same column line CL. For example, the pixels PX disposed in the first column CL1 and the second column CL2 may be connected to the same column line CL. However, the present invention is not limited thereto, and pixels arranged in three or more columns may be connected to the same column line CL.
동일한 로우에 배치되고 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결되는 적어도 두 개의 픽셀(PX)은 내부 소자를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 컬럼(C1) 및 제2 컬럼(C2)에 배치된 두 개의 픽셀(PX)이 연결되고, 제n-1 로우(Cn-1) 및 제n 로우(Cn)에 배치된 두 개의 픽셀(PX)이 연결될 수 있다. 이와 같이 각 두 개의 픽셀(PX)이 연결되어 플로팅 디퓨전 노드들을 공유할 수 있다.At least two pixels PX disposed in the same row and connected to the same column line CL may be electrically connected through an internal device. For example, as shown in FIG. 10 , two pixels PX disposed in the first column C1 and the second column C2 are connected, and the n−1th row Cn−1 and the n−th row Cn−1 and the second pixel PX are connected. Two pixels PX disposed in n rows Cn may be connected. In this way, each of the two pixels PX may be connected to share the floating diffusion nodes.
도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 바와 같이, 복수의 컬럼이 순차적으로 구동되고 복수의 컬럼이 순차적으로 독출 동작이 수행될 수 있다. 본 실시예에서, 두 개의 컬럼에 배치된 픽셀들(PX)이 동일한 컬럼에 연결된 바, 복수의 컬럼에 대하여 순차적으로 독출 동작이 수행될 뿐만 아니라, 하나의 컬럼에 대하여 독출 동작이 수행될 때, 두 개의 컬럼에 배치된 픽셀들(PX)에 대하여 순차적으로 독출 동작이 수행될 수 있다. As described with reference to FIGS. 6A and 6B , a plurality of columns may be sequentially driven and a read operation may be sequentially performed on the plurality of columns. In the present embodiment, since the pixels PX arranged in two columns are connected to the same column, when a read operation is sequentially performed on a plurality of columns and a read operation is performed on one column, A read operation may be sequentially performed on the pixels PX arranged in two columns.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 일 구현예를 나타낸다. 도 11은 도 10의 픽셀 어레이(110d)의 구현 예이다. 설명의 편의를 위하여, 두 개의 픽셀(PX1, PX2)을 도시하기로 한다.11 shows an implementation of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 11 is an implementation example of the
도 11을 참조하면, 픽셀 어레이(110d)는 제1 컬럼(C1) 및 제2 컬럼(C2)에 각각 배치된 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)을 포함할 수 있다. 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)은 동일한 칼럼 라인(CL)에 연결될 수 있으며 내부적으로 서로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 11 , the
제1 픽셀(PX1)은 광전 변환 소자(PD1), 및 복수의 트랜지스터들, 예컨대 전송 트랜지스터(TX1), 리셋 트랜지스터(RX1), 게인 제어 트랜지스터(CGX1), 구동 트랜지스터(DX1), 및 선택 트랜지스터(SX1)를 포함할 수 있다. The first pixel PX1 includes a photoelectric conversion element PD1, and a plurality of transistors, for example, a transfer transistor TX1, a reset transistor RX1, a gain control transistor CGX1, a driving transistor DX1, and a selection transistor ( SX1) may be included.
제2 픽셀(PX2)은 광전 변환 소자(PD2), 및 복수의 트랜지스터들, 예컨대 전송 트랜지스터(TX2), 리셋 트랜지스터(RX2), 게인 제어 트랜지스터(CGX2), 구동 트랜지스터(DX2), 및 선택 트랜지스터(SX2)를 포함할 수 있다. The second pixel PX2 includes a photoelectric conversion element PD2 and a plurality of transistors, for example, a transfer transistor TX2, a reset transistor RX2, a gain control transistor CGX2, a driving transistor DX2, and a selection transistor ( SX2) may be included.
제2 픽셀(PX2)의 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD22)는 제1 픽셀(PX1)의 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12)와 연결될 수 있다. 실시예에 있어서, 도 9a를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 픽셀(PX1) 또는 제2 픽셀(PX2)이 연결 트랜지스터(CS)를 더 포함할 수 있으며, LCG 모드에서 연결 트랜지스터(CS)가 턴-온될 수 있다. The second floating diffusion node FD22 of the second pixel PX2 may be connected to the second floating diffusion node FD12 of the first pixel PX1 . In an embodiment, as described with reference to FIG. 9A , the first pixel PX1 or the second pixel PX2 may further include a connection transistor CS, and the connection transistor CS is turned on in the LCG mode. - can be turned on
LCG 모드에서 제1 픽셀(PX1)의 게인 제어 트랜지스터(CGX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 게인 제어 트랜지스터(CGX2)가 턴-온 되면, 제1 픽셀(PX1)의 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD11) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD12), 및 제2 픽셀(PX2)의 제1 플로팅 디퓨전 노드(FD21) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드(FD22)가 전기적으로 연결될 수 있다. When the gain control transistor CGX1 of the first pixel PX1 and the gain control transistor CGX2 of the second pixel PX2 are turned on in the LCG mode, the first floating diffusion node FD11 of the first pixel PX1 ) and the second floating diffusion node FD12 , and the first floating diffusion node FD21 and the second floating diffusion node FD22 of the second pixel PX2 may be electrically connected to each other.
LCG 모드에서, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 선택 트랜지스터들(SX1, SX2)가 턴-온되어, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)이 각각 픽셀 신호들을 출력할 수 있고, 제1 픽셀(PX1) 및 제2 픽셀(PX2)의 픽셀 신호들은 컬럼 라인(CL)에서 평균되고, 평균 픽셀 신호가 ADC(도 1의 142)에서 아날로그-디지털 변환될 수 있다. In the LCG mode, the selection transistors SX1 and SX2 of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 are turned on, so that the first pixel PX1 and the second pixel PX2 receive pixel signals, respectively. may be output, the pixel signals of the first pixel PX1 and the second pixel PX2 may be averaged on the column line CL, and the average pixel signal may be analog-digital converted by the ADC ( 142 of FIG. 1 ) .
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이를 나타낸다. 도 12의 픽셀 어레이(110e)는 도 1의 이미지 센서(100)에 픽셀 어레이(110)로서 적용될 수 있다12 illustrates a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The
도 12를 참조하면, 픽셀 어레이(110e)는 행열로 배치된 복수의 픽셀(PX)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 12 , the
인접한 적어도 두 개의 컬럼에 배치된 픽셀들이 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 컬럼(CL1) 및 제2 컬럼(CL2)에 배치된 픽셀들(PX)이 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 세 개 이상의 컬럼에 배치된 픽셀들이 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결될 수 있다. Pixels disposed in at least two adjacent columns may be connected to the same column line CL. For example, the pixels PX disposed in the first column CL1 and the second column CL2 may be connected to the same column line CL. However, the present invention is not limited thereto, and pixels arranged in three or more columns may be connected to the same column line CL.
인접한 적어도 두 개의 로우에 배치되고 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결되는 적어도 4개의 픽셀(PX)은 내부 소자를 통해 전기적으로 연결되어 플로팅 디퓨전 노드들을 공유할 수 있다. At least four pixels PX disposed in at least two adjacent rows and connected to the same column line CL may be electrically connected through an internal device to share the floating diffusion nodes.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 일 구현예를 나타낸다. 도 13은 도 12의 픽셀 어레이(110e)의 구현 예이다. 설명의 편의를 위하여, 두 개의 픽셀(PX1, PX2)을 도시하기로 한다.13 shows an implementation of a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 13 is an implementation example of the
도 13을 참조하면, 픽셀 어레이(110e)는 제1 컬럼(C1) 및 제2 컬럼(C2), 그리고 제1 로우(R1) 및 제2 로우(R2)에 행열로 배치된 제1 내지 제4 픽셀(PX1~PX4)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 픽셀(PX1~PX4)은 동일한 칼럼 라인(CL)에 연결될 수 있으며 내부적으로 서로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 13 , the
제1 내지 제4 픽셀(PX1~PX4) 각각은 광전 변환 소자(PD1, PD2, PD3, PD4), 및 복수의 트랜지스터들, 예컨대 전송 트랜지스터(TX1, TX2, TX3, TX4), 리셋 트랜지스터(RX1, RX2, RX3, RX4), 게인 제어 트랜지스터(CGX1, CGX2, CGX3, CGX4), 구동 트랜지스터(DX1, DX2, DX2, DX3, DX4), 및 선택 트랜지스터(SX1, SX2, SX3, SX4)를 포함할 수 있다. Each of the first to fourth pixels PX1 to PX4 includes a photoelectric conversion element PD1, PD2, PD3, and PD4, and a plurality of transistors, for example, transfer transistors TX1, TX2, TX3, TX4, reset transistor RX1, RX2, RX3, RX4), gain control transistor (CGX1, CGX2, CGX3, CGX4), drive transistor (DX1, DX2, DX2, DX3, DX4), and select transistor (SX1, SX2, SX3, SX4) there is.
제1 내지 제4 픽셀(PX1~PX4)의 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD12, FD22, FD32, FD42)는 서로 연결될 수 있다. 실시예에 있어서, 도 9a를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 내지 제4 픽셀(PX1~PX4) 각각이 연결 트랜지스터(CS)를 더 포함할 수 있으며, LCG 모드에서 연결 트랜지스터(CS)가 턴-온 될 수 있다. The second floating diffusion nodes FD12 , FD22 , FD32 , and FD42 of the first to fourth pixels PX1 to PX4 may be connected to each other. In an embodiment, as described with reference to FIG. 9A , each of the first to fourth pixels PX1 to PX4 may further include a connection transistor CS, and in the LCG mode, the connection transistor CS is turned- can be come
LCG 모드에서 제1 내지 제4 픽셀(PX1~PXP4)의 게인 제어 트랜지스터들(CGX1, CGX2, CGX3, CGX4)이 턴-온 되면, 제1 내지 제4 픽셀(PX1~PXP4) 제1 플로팅 디퓨전 노드들(FD11, FD21, FD31, FD41) 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들(FD12, FD22, FD32, FD42)가 전기적으로 연결될 수 있다. When the gain control transistors CGX1 , CGX2 , CGX3 , and CGX4 of the first to fourth pixels PX1 to PXP4 are turned on in the LCG mode, the first to fourth pixels PX1 to PXP4 first floating diffusion node The nodes FD11 , FD21 , FD31 , and FD41 and the second floating diffusion nodes FD12 , FD22 , FD32 , and FD42 may be electrically connected to each other.
LCG 모드에서, 제1 내지 제4 픽셀(PX1~PX4)의 선택 트랜지스터들(SX1, SX2, SX3, SX4) 턴-온되어, 제1 내지 제4 픽셀(PX1~PX4) 각각이 픽셀 신호들을 출력할 수 있고, 제1 내지 제4 픽셀(PX1~PX4)의 픽셀 신호들은 컬럼 라인(CL)에서 평균되고, 평균 픽셀 신호가 ADC(도 1의 142)에서 아날로그-디지털 변환될 수 있다.In the LCG mode, the selection transistors SX1 , SX2 , SX3 , and SX4 of the first to fourth pixels PX1 to PX4 are turned on, so that each of the first to fourth pixels PX1 to PX4 outputs pixel signals The pixel signals of the first to fourth pixels PX1 to PX4 may be averaged on the column line CL, and the average pixel signal may be analog-digital converted by the ADC ( 142 of FIG. 1 ).
도 14a, 도 14b, 및 도 14c는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이에 배치되는 컬러 필터를 나타낸다. 14A, 14B, and 14C illustrate color filters disposed in a pixel array according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
도 14a를 참조하면, 픽셀 어레이(110a)에서, 인접한 두 개의 로우에 배치되고 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결되는 적어도 2 개의 픽셀(PX)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 2 X 2 행열로 배치된 4 개의 픽셀(PX)에 블루 컬러 필터(CF_B), 2개의 그린 컬러 필터(CF_R) 및 레드 컬러 필터(CF_R)가 배치될 수 있다. 2 X 2 행열로 배치된 4개의 픽셀(PX)에 배치되는 컬러 필터들의 패턴(PT)은 베이어(bayer) 패턴으로 지칭될 수 있으며, 픽셀 어레이(110)에서 베이어 패턴은 행열로 반복될 수 있다. Referring to FIG. 14A , in the
도 14b를 참조하면, 2 X 2 행열로 배치된 4 개의 픽셀(PX)에 동일한 색상의 컬러 필터가 배치될 수 있다. 이때, 전기적으로 연결되는 2 개의 픽셀(PX)에 동일한 색상의 컬러 필터가 배치될 수 있다. 예를 들어, 블루 컬러 필터(CF_B), 그린 컬러 필터(CF_R) 및 레드 컬러 필터(CF_R)가 2 X 2 행열로 배치된 4개의 픽셀(PX)에 각각 배치될 수 있다. 그린 컬러 필터(CF_R)는 대각선 방향으로 배치될 수 있다. 4 X 4 행열로 배치된 16개의 픽셀(PX)에 배치되는 컬러 필터들의 패턴(PT)은 테트라(Tetra) 패턴으로 지칭될 수 있으며, 픽셀 어레이(110)에서 테트라 패턴은 행열로 반복될 수 있다. Referring to FIG. 14B , color filters of the same color may be disposed in four pixels PX arranged in a 2×2 matrix. In this case, color filters of the same color may be disposed in the two electrically connected pixels PX. For example, the blue color filter CF_B, the green color filter CF_R, and the red color filter CF_R may be respectively disposed in four pixels PX arranged in a 2×2 matrix. The green color filter CF_R may be disposed in a diagonal direction. The pattern PT of the color filters arranged in the 16 pixels PX arranged in a 4
도 14c를 참조하면, 픽셀 어레이(110b)에서 인접한 3 개의 로우에 배치되고 동일한 컬럼 라인(CL)에 연결되는 적어도 3 개의 픽셀들(PX)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 3 X 3 행열로 배치된 9개의 픽셀(PX)에 동일한 색상의 컬러 필터가 배치될 수 있다. 이때, 전기적으로 연결되는 3 개의 픽셀(PX)에 동일한 색상의 컬러 필터가 배치될 수 있다. 예를 들어, 블루 컬러 필터(CF_B), 그린 컬러 필터(CF_R) 및 레드 컬러 필터(CF_R)가 3 X 3 행열로 배치된 9개의 픽셀(PX)에 각각 배치될 수 있다. 그린 컬러 필터(CF_R)는 대각선 방향으로 배치될 수 있다. 6 X 6 행열로 배치된 36개의 픽셀(PX)에 배치되는 컬러 필터들의 패턴(PT)은 노나(Nona) 패턴으로 지칭될 수 있으며, 픽셀 어레이(110)에서 노나 패턴은 행열로 반복될 수 있다. Referring to FIG. 14C , at least three pixels PX disposed in three adjacent rows in the
도 14a 내지 도 14c에서 블루 컬러 필터(CF_B), 그린 컬러 필터(CF_R) 및 레드 컬러 필터(CF_R)가 픽셀 어레이에 배치되는 것을 예를 들어 설명하였다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 컬러 필터들의 색상 조합은 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이에 블루 컬러 필터(CF_B), 그린 컬러 필터(CF_R), 레드 컬러 필터(CF_R) 및 화이트 컬러 필터가 배치될 수 있다. 또는 실시예에 있어서, 픽셀 어레이에는 블루 컬러 필터(CF_B), 옐로우 컬러 필터(CF_R), 및 레드 컬러 필터(CF_R)가 배치될 수도 있다. The arrangement of the blue color filter CF_B, the green color filter CF_R, and the red color filter CF_R in the pixel array has been described with reference to FIGS. 14A to 14C . However, the present invention is not limited thereto, and a color combination of the color filters may be variously changed. For example, a blue color filter CF_B, a green color filter CF_R, a red color filter CF_R, and a white color filter may be disposed in the pixel array. Alternatively, in an embodiment, a blue color filter CF_B, a yellow color filter CF_R, and a red color filter CF_R may be disposed in the pixel array.
도 15는 멀티 카메라 모듈을 포함하는 전자 장치의 블록도이다. 도 16은 도 15의 카메라 모듈의 상세 블록도이다.15 is a block diagram of an electronic device including a multi-camera module. 16 is a detailed block diagram of the camera module of FIG. 15 .
도 15를 참조하면, 전자 장치(1000)는 카메라 모듈 그룹(1100), 애플리케이션 프로세서(1200), PMIC(1300)(Power Management Integrated Circuit) 및 외부 메모리(1400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15 , the
카메라 모듈 그룹(1100)은 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)을 포함할 수 있다. 도 15에는 3개의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 배치된 실시예가 도시되어 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(1100)은 2개의 카메라 모듈만을 포함하도록 변형되어 실시될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(1100)은 k개(k는 4 이상의 자연수)의 카메라 모듈을 포함하도록 변형되어 실시될 수도 있다.The
이하, 도 16을 참조하여, 카메라 모듈(1100b)의 상세 구성에 대해 보다 구체적으로 설명할 것이나, 이하의 설명은 실시예에 따라 다른 카메라 모듈들(1100a, 1100b)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.Hereinafter, a detailed configuration of the
도 16을 참조하면, 카메라 모듈(1100b)은 프리즘(1105), 광학 경로 폴딩 요소(Optical Path Folding Element, 이하, ˝OPFE˝)(1110), 액츄에이터(1130), 이미지 센싱 장치(1140) 및 저장부(1150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 16 , the
프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 포함하여 외부로부터 입사되는 광(L)의 경로를 변형시킬 수 있다. The
몇몇 실시예에서, 프리즘(1105)은 제1 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 제1 방향(X)에 수직인 제2 방향(Y)으로 변경시킬 수 있다. 또한, 프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 중심축(1106)을 중심으로 A방향으로 회전시키거나, 중심축(1106)을 B방향으로 회전시켜 제1 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 수직인 제2 방향(Y)으로 변경시킬 수 있다. 이때, OPFE(1110)도 제1 방향(X)및 제2 방향(Y)과 수직인 제3 방향(Z)로 이동할 수 있다.In some embodiments, the
몇몇 실시예에서, 도시된 것과 같이, 프리즘(1105)의 A방향 최대 회전 각도는 플러스(+) A방향으로는 15도(degree)이하이고, 마이너스(-) A방향으로는 15도보다 클 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.In some embodiments, as shown, the maximum rotation angle of the
몇몇 실시예에서, 프리즘(1105)은 플러스(+) 또는 마이너스(-) B방향으로 20도 내외, 또는 10도에서 20도, 또는 15도에서 20도 사이로 움직일 수 있고, 여기서, 움직이는 각도는 플러스(+) 또는 마이너스(-) B방향으로 동일한 각도로 움직이거나, 1도 내외의 범위로 거의 유사한 각도까지 움직일 수 있다.In some embodiments, the
몇몇 실시예에서, 프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1106)을 중심축(1106)의 연장 방향과 평행한 제3 방향(예를 들어, Z방향)으로 이동할 수 있다.In some embodiments, the
OPFE(1110)는 예를 들어 m(여기서, m은 자연수)개의 그룹으로 이루어진 광학 렌즈를 포함할 수 있다. m개의 렌즈는 제2 방향(Y)으로 이동하여 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율(optical zoom ratio)을 변경할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100b)의 기본 광학 줌 배율을 Z라고할 때, OPFE(1110)에 포함된 m개의 광학 렌즈를 이동시킬 경우, 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율은 3Z 또는 5Z 또는 5Z 이상의 광학 줌 배율로 변경될 수 있다.The
액츄에이터(1130)는 OPFE(1110) 또는 광학 렌즈(이하, 광학 렌즈로 지칭)를 특정 위치로 이동시킬 수 있다. 예를 들어 액츄에이터(1130)는 정확한 센싱을 위해 이미지 센서(1142)가 광학 렌즈의 초점 거리(focal length)에 위치하도록 광학 렌즈의 위치를 조정할 수 있다.The
이미지 센싱 장치(1140)는 이미지 센서(1142), 제어 로직(1144) 및 메모리(1146)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(1142)는 광학 렌즈를 통해 제공되는 광(L)을 이용하여 센싱 대상의 이미지를 센싱할 수 있다. 도 1 내지 도 14b를 참조하여 설명한 픽셀 어레이가 이미지 센서(1142)에 적용될 수 있다. 동일한 컬럼 라인에 연결되는 복수의 픽셀이 서로 연결될 수 있으며, LCG 모드에서, 복수의 픽셀이 플로팅 디퓨전 노드들을 공유할 수 있다. LCG 모드에서 복수의 픽셀 중 하나의 픽셀의 픽셀 신호가 독출될 때, 복수의 픽셀 각각이 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 복수의 픽셀에서 출력되는 픽셀 신호는 평균되고, 평균 픽셀 신호가 아날로그-디지털 변환되어, 독출 대상의 픽셀에 대한 픽셀 값으로서 생성될 수 있다. 이에 따라 픽셀들 간의 구동 트랜지스터의 특성 편차에 따른 노이즈, 예컨대 PRNU가 감소될 수 있다. 이에 따라 LCG 모드에서 생성되는 이미지의 화질이 향상될 수 있다. The
제어 로직(1144)은 카메라 모듈(1100b)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직(1144)은 제어 신호 라인(CSLb)을 통해 제공된 제어 신호에 따라 카메라 모듈(1100b)의 동작을 제어할 수 있다. The
메모리(1146)는 캘리브레이션 데이터(1147)와 같은 카메라 모듈(1100b)의 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다. 캘리브레이션 데이터(1147)는 카메라 모듈(1100b)이 외부로부터 제공된 광(L)을 이용하여 이미지 데이터를 생성하는데 필요한 정보를 포함할 수 있다. 캘리브레이션 데이터(1147)는 예를 들어, 앞서 설명한 회전도(degree of rotation)에 관한 정보, 초점 거리(focal length)에 관한 정보, 광학 축(optical axis)에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(1100b)이 광학 렌즈의 위치에 따라 초점 거리가 변하는 멀티 스테이트(multi state) 카메라 형태로 구현될 경우, 캘리브레이션 데이터(1147)는 광학 렌즈의 각 위치별(또는 스테이트별) 초점 거리 값과 오토 포커싱(auto focusing)과 관련된 정보를 포함할 수 있다.The
저장부(1150)는 이미지 센서(1142)를 통해 센싱된 이미지 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(1150)는 이미지 센싱 장치(1140)의 외부에 배치될 수 있으며, 이미지 센싱 장치(1140)를 구성하는 센서 칩과 스택된(stacked) 형태로 구현될 수 있다. The
몇몇 실시예에서, 저장부(1150)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)으로 구현될 수 있으나 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 이미지 센서(1142)는 픽셀 어레이로 구성이 되어있고, 제어 로직(1144)은 아날로그 디지털 컨버터(Analog to digital converter) 및 센싱된 이미지 처리를 위한 이미지 신호 처리부를 포함할 수 있다.In some embodiments, the
도 15 및 도 16을 함께 참조하면, 몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 액추에이터(1130)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 그 내부에 포함된 액추에이터(1130)의 동작에 따른 서로 동일하거나 서로 다른 캘리브레이션 데이터(1147)를 포함할 수 있다. 15 and 16 together, in some embodiments, each of the plurality of
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어, 1100b)은 앞서 설명한 프리즘(1105)과 OPFE(1110)를 포함하는 폴디드 렌즈(folded lens) 형태의 카메라 모듈이고, 나머지 카메라 모듈들(예를 들어, 1100a, 1100b)은 프리즘(1105)과 OPFE(1110)가 포함되지 않은 버티칼(vertical) 형태의 카메라 모듈일 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.In some embodiments, one camera module (eg, 1100b) of the plurality of
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어, 1100c)은 예를 들어, IR(Infrared Ray)을 이용하여 깊이(depth) 정보를 추출하는 버티컬 형태의 깊이 카메라(depth camera)일 수 있다. 이 경우, 애플리케이션 프로세서(1200)는 이러한 깊이 카메라로부터 제공받은 이미지 데이터와 다른 카메라 모듈(예를 들어, 1100a 또는 1100b)로부터 제공받은 이미지 데이터를 병합(merge)하여 3차원 깊이 이미지(3D depth image)를 생성할 수 있다.In some embodiments, one camera module (eg, 1100c) of the plurality of
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어, 1100a, 1100b)은 서로 다른 관측 시야(Field of View, 시야각)를 가질 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어, 1100a, 1100b)의 광학 렌즈가 서로 다를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In some embodiments, at least two camera modules (eg, 1100a, 1100b) among the plurality of
또한, 몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 시야각은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)은 울트라 와이드(ultrawide) 카메라이고, 카메라 모듈(1100b)은 와이드(wide) 카메라이고, 카메라 모듈(1100c)은 텔레(tele) 카메라일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 경우, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 포함된 광학 렌즈 역시 서로 다를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Also, in some embodiments, a viewing angle of each of the plurality of
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 서로 물리적으로 분리되어 배치될 수 있다. 즉, 하나의 이미지 센서(1142)의 센싱 영역을 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 분할하여 사용하는 것이 아니라, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 내부에 독립적인 이미지 센서(1142)가 배치될 수 있다.In some embodiments, each of the plurality of
다시 도 15를 참조하면, 애플리케이션 프로세서(1200)는 이미지 처리 장치(1210), 메모리 컨트롤러(1220), 내부 메모리(1230)를 포함할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)과 분리되어 구현될 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션 프로세서(1200)와 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 별도의 반도체 칩으로 서로 분리되어 구현될 수 있다.Referring back to FIG. 15 , the
이미지 처리 장치(1210)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c), 이미지 생성기(1214) 및 카메라 모듈 컨트롤러(1216)를 포함할 수 있다.The
이미지 처리 장치(1210)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 개수에 대응하는 개수의 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)를 포함할 수 있다.The
각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 서로 분리된 이미지 신호 라인(ISLa, ISLb, ISLc)를 통해 대응되는 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLa)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212a)에 제공되고, 카메라 모듈(1100b)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLb)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212b)에 제공되고, 카메라 모듈(1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLc)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212c)에 제공될 수 있다. 이러한 이미지 데이터 전송은 예를 들어, MIPI(Mobile Industry Processor Interface)에 기반한 카메라 직렬 인터페이스(CSI; Camera Serial Interface)를 이용하여 수행될 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. Image data generated from each of the
한편, 몇몇 실시예에서, 하나의 서브 이미지 프로세서가 복수의 카메라 모듈에 대응되도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 서브 이미지 프로세서(1212a)와 서브 이미지 프로세서(1212c)가 도시된 것처럼 서로 분리되어 구현되는 것이 아니라 하나의 서브 이미지 프로세서로 통합되어 구현되고, 카메라 모듈(1100a)과 카메라 모듈(1100c)로부터 제공된 이미지 데이터는 선택 소자(예를 들어, 멀티플렉서) 등을 통해 선택된 후, 통합된 서브 이미지 프로세서에 제공될 수 있다. 이 때, 서브 이미지 프로세서(1212b)는 통합되지 않고, 카메라 모듈(1100b)로부터 이미지 데이터를 제공받을 수 있다.Meanwhile, in some embodiments, one sub-image processor may be arranged to correspond to a plurality of camera modules. For example, the
또한, 몇몇 실시예에서, 카메라 모듈(1100a)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLa)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212a)에 제공되고, 카메라 모듈(1100b)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLb)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212b)에 제공되고, 카메라 모듈(1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLc)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212c)에 제공될 수 있다. 그리고, 서브 이미지 프로세서(1212b)에서 처리된 이미지 데이터는 이미지 생성기(1214)에 바로 제공되나, 서브 이미지 프로세서(1212a)에서 처리된 이미지 데이터와 서브 이미지 프로세서 (1212c)에서 처리된 이미지 데이터는 선택소자(예를 들어, 멀티플렉서) 등을 통해 어느 하나가 선택된 후, 이미지 생성기(1214)에 제공될 수 있다.Also, in some embodiments, image data generated from the
각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 제공된 이미지 데이터에 대해, 불량 픽셀 보정(bad pixel correction), 3A 조정(Auto-focus correction, Auto-white balance, Auto-exposure), 노이즈 제거(noise reduction), 샤프닝(sharpening), 감마 조정(gamma control), 리모자익(remosaic) 등의 이미지 처리를 수행할 수 있다.Each of the
몇몇 실시예에서, 리모자익(remosaic) 신호 처리는 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에서 수행된 후, 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공될 수도 있다.In some embodiments, remosaic signal processing may be performed in each of the
각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에서 처리된 이미지 데이터는 이미지 생성기(1214)에 제공될 수 있다. 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보(Generating Information) 또는 모드 신호(Mode Signal)에 따라 각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)로부터 제공받은 이미지 데이터를 이용하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.Image data processed by each of the
구체적으로, 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 적어도 일부를 병합(merge)하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.Specifically, the
몇몇 실시예에서, 이미지 생성 정보는 줌 신호(zoom signal or zoom factor)를 포함할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 모드 신호는 예를 들어, 유저(user)로부터 선택된 모드에 기초한 신호일 수 있다.In some embodiments, the image generation information may include a zoom signal or zoom factor. Also, in some embodiments, the mode signal may be, for example, a signal based on a mode selected by a user.
이미지 생성 정보가 줌 신호(줌 팩터)이고, 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 서로 다른 관측 시야(시야각)를 갖는 경우, 이미지 생성기(1214)는 줌 신호의 종류에 따라 서로 다른 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 줌 신호가 제1 신호일 경우, 서브 이미지 프로세서(1212a)로부터 출력된 이미지 데이터와 서브 이미지 프로세서(1212c)로부터 출력된 이미지 데이터 중, 서브 이미지 프로세서(1212a)로부터 출력된 이미지 데이터와, 서브 이미지 프로세서(1212b)로부터 출력된 이미지 데이터를 이용하여, 출력 이미지를 생성할 수 있다. 만약, 줌 신호가 제1 신호와 다른 제2 신호일 경우, 이미지 생성기(1214)는 서브 이미지 프로세서(1212a)로부터 출력된 이미지 데이터와 서브 이미지 프로세서(1212c)로부터 출력된 이미지 데이터 중, 서브 이미지 프로세서(1212c)로부터 출력된 이미지 데이터와, 서브 이미지 프로세서(1212b)로부터 출력된 이미지 데이터를 이용하여, 출력 이미지를 생성할 수 있다. 만약, 줌 신호가 제1 및 제2 신호와 다른 제3 신호일 경우, 이미지 생성기(1214)는 이러한 이미지 데이터 병합을 수행하지 않고, 각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)로부터 출력된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 하지만 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 이미지 데이터를 처리하는 방법은 얼마든지 변형되어 실시될 수 있다.When the image generation information is a zoom signal (zoom factor), and each of the
몇몇 실시예에서, 이미지 처리 장치(1210)는 서브 이미지 프로세서들(1212a, 1212b, 1212c)의 출력을 선택하여 이미지 생성기(1214)에 전달하는 선택부(를 더 포함할 수 있다. 실시예에 있어서 선택부는 멀티플렉서, 예컨대 3 X 1 멀티플렉서 로 구현될 수 있다. In some embodiments, the
이 경우, 선택부는 줌 신호 또는 줌 팩터에 따라 서로 다른 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 선택부는 줌 신호가 제4 신호(예를 들어, 줌 배율이 제1 배율)일 경우, 서브 이미지 프로세서들(1212a, 1212b, 1212c)의 출력 중 어느 하나를 선택하여 이미지 생성기(1214)에 전달할 수 있다. In this case, the selector may perform different operations according to the zoom signal or the zoom factor. For example, when the zoom signal is the fourth signal (eg, the zoom magnification is the first magnification), the selector selects one of the outputs of the
또한, 선택부는 줌 신호가 제4 신호와 다른 제5 신호(예를 들어, 줌 배율이 제2 배율)일 경우, 서브 이미지 프로세서들(1212a, 1212b, 1212c)의 출력 중 p개(p는 2이상의 자연수)의 출력을 순차적으로 이미지 생성기(1214)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 선택부는 서브 이미지 프로세서(1212b)와 서브 이미지 프로세서(1212c)의 출력을 순차적으로 이미지 생성기(1214)에 전달할 수 있다. 또한, 선택부는 서브 이미지 프로세서(1212a)와 서브 이미지 프로세서(1212b)의 출력을 순차적으로 이미지 생성기(1214)에 전달할 수 있다. 이미지 생성기(1214)는 순차적으로 제공받은 p개의 출력을 병합하여 하나의 출력 이미지를 생성할 수 있다.Also, when the zoom signal is a fifth signal different from the fourth signal (eg, the zoom magnification is the second magnification), the selector p (p is 2) among the outputs of the
여기서, 디모자익(demosaic), 비디오/프리뷰(video/preview) 해상도 사이즈로 다운 스케일링(down scaling), 감마 보정, HDR(High Dynamic Range) 처리 등의 이미지 처리는 서브 이미지 프로세서들(1212a, 1212b, 1212c)에서 미리 수행된 후, 처리된 이미지 데이터가 이미지 생성기(1214)에 전달된다. 따라서, 처리된 이미지 데이터가 선택부(1213)를 통해 하나의 신호 라인으로 이미지 생성기(1214)에 제공되어도 이미지 생성기(1214)의 이미지 병합 동작이 고속으로 수행될 수 있다.Here, image processing such as demosaic, downscaling to a video/preview resolution size, gamma correction, and high dynamic range (HDR) processing is performed by the
몇몇 실시예에서, 이미지 생성기(1214)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c) 중 적어도 하나로부터 노출 시간이 상이한 복수의 이미지 데이터를 수신하고, 복수의 이미지 데이터에 대하여 HDR(high dynamic range) 처리를 수행함으로서, 다이나믹 레인지가 증가된 병합된 이미지 데이터를 생성할 수 있다.In some embodiments, the
카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제어 신호를 제공할 수 있다. 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 생성된 제어 신호는 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.The
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 어느 하나는 줌 신호를 포함하는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라 마스터(master) 카메라(예를 들어, 1100b)로 지정되고, 나머지 카메라 모듈들(예를 들어, 1100a, 1100c)은 슬레이브(slave) 카메라로 지정될 수 있다. 이러한 정보는 제어 신호에 포함되어, 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.Any one of the plurality of camera modules (1100a, 1100b, 1100c) is designated as a master camera (eg, 1100b) according to image generation information or a mode signal including a zoom signal, and the remaining camera modules (eg, For example, 1100a and 1100c may be designated as slave cameras. Such information may be included in the control signal and provided to the corresponding
줌 팩터 또는 동작 모드 신호에 따라 마스터 및 슬레이브로서 동작하는 카메라 모듈이 변경될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)의 시야각이 카메라 모듈(1100b)의 시야각보다 넓고, 줌 팩터가 낮은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100b)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100a)이 슬레이브로서 동작할 수 있다. 반대로, 줌 팩터가 높은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100a)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100b)이 슬레이브로서 동작할 수 있다.A camera module operating as a master and a slave may be changed according to a zoom factor or an operation mode signal. For example, when the viewing angle of the
몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 싱크 인에이블 신호(sync enable) 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100b)이 마스터 카메라이고, 카메라 모듈들(1100a, 1100c)이 슬레이브 카메라인 경우, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 카메라 모듈(1100b)에 싱크 인에이블 신호를 전송할 수 있다. 이러한 싱크 인에이블 신호를 제공받은 카메라 모듈(1100b)은 제공받은 싱크 인에이블 신호를 기초로 싱크 신호(sync signal)를 생성하고, 생성된 싱크 신호를 싱크 신호 라인(SSL)을 통해 카메라 모듈들(1100a, 1100c)에 제공할 수 있다. 카메라 모듈(1100b)과 카메라 모듈들(1100a, 1100c)은 이러한 싱크 신호에 동기화되어 이미지 데이터를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다.In some embodiments, the control signal provided from the
몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 모드 신호에 따른 모드 정보를 포함할 수 있다. 이러한 모드 정보에 기초하여 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 센싱 속도와 관련하여 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드로 동작할 수 있다. In some embodiments, the control signal provided from the
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 제1 동작 모드에서, 제1 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어, 제1 프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하여 이를 제1 속도보다 높은 제2 속도로 인코딩(예를 들어, 제1 프레임 레이트보다 높은 제2 프레임 레이트의 이미지 신호를 인코딩)하고, 인코딩된 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다. 이때, 제2 속도는 제1 속도의 30배 이하일 수 있다. The plurality of
애플리케이션 프로세서(1200)는 수신된 이미지 신호, 다시 말해서 인코딩된 이미지 신호를 내부에 구비되는 메모리(1230) 또는 애플리케이션 프로세서(1200) 외부의 스토리지(1400)에 저장하고, 이후, 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)로부터 인코딩된 이미지 신호를 독출하여 디코딩하고, 디코딩된 이미지 신호에 기초하여 생성되는 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 예컨대 이미지 처리 장치(1210)의 복수의 서브 프로세서들(1212a, 1212b, 1212c) 중 대응하는 서브 프로세서가 디코딩을 수행할 수 있으며, 또한 디코딩된 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행할 수 있다.The
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 제2 동작 모드에서, 제1 속도보다 낮은 제3 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어, 제1 프레임 레이트보다 낮은 제3 프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하고, 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)에 제공되는 이미지 신호는 인코딩되지 않은 신호일 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)는 수신되는 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행하거나 또는 이미지 신호를 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)에 저장할 수 있다. The plurality of
PMIC(1300)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 전력, 예컨대 전원 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, PMIC(1300)는 애플리케이션 프로세서(1200)의 제어 하에, 파워 신호 라인(PSLa)을 통해 카메라 모듈(1100a)에 제1 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLb)을 통해 카메라 모듈(1100b)에 제2 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLc)을 통해 카메라 모듈(1100c)에 제3 전력을 공급할 수 있다.The
PMIC(1300)는 애플리케이션 프로세서(1200)로부터의 전력 제어 신호(PCON)에 응답하여, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 대응하는 전력을 생성하고, 또한 전력의 레벨을 조정할 수 있다. 전력 제어 신호(PCON)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 동작 모드 별 전력 조정 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작 모드는 저전력 모드(low power mode)를 포함할 수 있으며, 이때, 전력 제어 신호(PCON)는 저전력 모드로 동작하는 카메라 모듈 및 설정되는 전력 레벨에 대한 정보를 포함할 수 있다. 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 제공되는 전력들의 레벨은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 또한, 전력의 레벨은 동적으로 변경될 수 있다.The
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다Exemplary embodiments have been disclosed in the drawings and specification as described above. Although embodiments have been described using specific terms in the present specification, these are used only for the purpose of explaining the technical spirit of the present disclosure and not used to limit the meaning or scope of the present disclosure described in the claims. . Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present disclosure should be defined by the technical spirit of the appended claims.
100: 이미지 센서 110, 110a, 110b, 110c, 110d: 픽셀 어레이
120: 로우 드라이버 140: 아날로그-디지털 변환 회로100:
120: low driver 140: analog-digital conversion circuit
Claims (20)
제1 플로팅 디퓨전 노드, 및 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드의 전압에 따른 제1 픽셀 신호를 출력하는 제1 선택 트랜지스터를 포함하는 제1 픽셀;
제2 플로팅 디퓨전 노드, 및 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드의 전압에 따른 제2 픽셀 신호를 출력하는 제2 선택 트랜지스터를 포함하는 제2 픽셀; 및
상기 제1 선택 트랜지스터 및 상기 제2 선택 트랜지스터에 연결되는 컬럼 라인을 포함하고,
로우 컨버젼 게인 모드에서, 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드 및 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드가 전기적으로 연결되고, 상기 제1 선택 트랜지스터 및 상기 제2 선택 트랜지스터가 턴-온 되어 상기 컬럼 라인으로 상기 제1 픽셀 신호 및 상기 제2 픽셀 신호를 출력하는, 픽셀 어레이. In the pixel array provided in the image sensor,
a first pixel including a first floating diffusion node and a first selection transistor for outputting a first pixel signal according to a voltage of the first floating diffusion node;
a second pixel including a second floating diffusion node and a second selection transistor for outputting a second pixel signal according to a voltage of the second floating diffusion node; and
a column line connected to the first selection transistor and the second selection transistor;
In the low conversion gain mode, the first floating diffusion node and the second floating diffusion node are electrically connected, and the first selection transistor and the second selection transistor are turned on to transmit the first pixel signal to the column line and outputting the second pixel signal.
상기 제1 픽셀은 상기 픽셀 어레이의 제1 로우에 배치되고,
상기 제2 픽셀은 상기 픽셀 어레이에서 상기 제1 로우에 가장 인접한 제2 로우에 배치되는 것을 특징으로 하는, 픽셀 어레이. According to claim 1,
the first pixel is disposed in a first row of the pixel array;
and the second pixel is disposed in a second row closest to the first row in the pixel array.
상기 제1 픽셀은,
상기 제1 픽셀에 입사된 광에 기초하여 제1 전하를 생성하는 제1 광전 변환 소자; 및
상기 제1 광전 변환 소자에서 생성되는 전하를 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드에 전송하는 제1 전송 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 제2 픽셀은,
상기 제2 픽셀에 입사된 광에 기초하여 제2 전하를 생성하는 제2 광전 변환소자; 및
상기 제2 광전 변환 소자에서 생성되는 전하를 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드에 전송하는 제2 전송 트랜지스터를 더 포함하고,
제1 수평 독출 기간에 상기 제1 전송 트랜지스터 및 상기 제2 전송 트랜지스터 중 상기 제1 전송 트랜지스터가 턴-온 되어 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드 및 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드에 상기 제1 전하를 저장하는 것을 특징으로 하는, 픽셀 어레이. According to claim 1,
The first pixel is
a first photoelectric conversion element generating a first charge based on the light incident on the first pixel; and
Further comprising a first transfer transistor for transferring the charge generated by the first photoelectric conversion element to the first floating diffusion node,
The second pixel is
a second photoelectric conversion element generating a second charge based on the light incident on the second pixel; and
Further comprising a second transfer transistor for transferring the charge generated by the second photoelectric conversion element to the second floating diffusion node,
Storing the first charge in the first floating diffusion node and the second floating diffusion node by turning on the first transfer transistor among the first transfer transistor and the second transfer transistor in the first horizontal read period Characterized in a pixel array.
상기 제1 픽셀은,
리셋 전압이 인가되는 제1 리셋 트랜지스터; 및
상기 제1 리셋 트랜지스터 및 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드 사이에 직렬 연결되는 제1 게인 제어 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 제2 픽셀은,
상기 리셋 전압이 인가되는 제2 리셋 트랜지스터; 및
상기 제2 리셋 트랜지스터 및 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드 사이에 직렬 연결되고, 상기 제1 게인 제어 트랜지스터와 연결되는 제2 게인 제어 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 로우 컨버젼 게인 모드에서, 상기 제1 게인 제어 트랜지스터 및 상기 제2 게인 제어 트랜지스터는 턴-온 되는 것을 특징으로 하는, 픽셀 어레이. According to claim 1,
The first pixel is
a first reset transistor to which a reset voltage is applied; and
a first gain control transistor connected in series between the first reset transistor and the first floating diffusion node;
The second pixel is
a second reset transistor to which the reset voltage is applied; and
a second gain control transistor coupled in series between the second reset transistor and the second floating diffusion node and coupled to the first gain control transistor;
and in the low conversion gain mode, the first gain control transistor and the second gain control transistor are turned on.
상기 제1 게인 제어 트랜지스터와 상기 제2 게인 제어 트랜지스터는 직접 연결되는 것을 특징으로 하는, 픽셀 어레이. 5. The method of claim 4,
and the first gain control transistor and the second gain control transistor are directly connected.
상기 제1 게인 제어 트랜지스터와 상기 제2 게인 제어 트랜지스터 사이에 연결되는 연결 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 로우 컨버젼 게인 모드에서, 상기 연결 트랜지스터가 턴-온 되는 것을특징으로 하는, 픽셀 어레이. The method of claim 4, wherein the first pixel comprises:
Further comprising a connection transistor connected between the first gain control transistor and the second gain control transistor,
and in the low conversion gain mode, the connecting transistor is turned on.
상기 제1 픽셀 및 제2 픽셀 각각은,
복수의 광전 변환 소자; 및
상기 복수의 광전 변환 소자 중 대응하는 광전 변환 소자에서 생성된 전하를 상기 제1 및 제2 플로팅 디퓨전 노드 중 대응하는 플로팅 디퓨전 노드에 전송하는 복수의 전송 트랜지스터를 더 포함하는, 픽셀 어레이. The method of claim 1 , wherein
Each of the first pixel and the second pixel,
a plurality of photoelectric conversion elements; and
and a plurality of transfer transistors for transferring charges generated by a corresponding one of the plurality of photoelectric conversion elements to a corresponding one of the first and second floating diffusion nodes.
상기 제1 픽셀에서 픽셀 신호가 독출되는 제1 수평 독출 기간에, 상기 제1픽셀은 상기 로우 컨버젼 게인 모드, 하이 컨버젼 게인 모드 및 상기 로우 컨버젼 게인 모드로 차례로 동작하며,
상기 하이컨 컨버젼 게인 모드에서, 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드 및 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드가 전기적으로 분리되고, 상기 제1 선택 트랜지스터는 턴-온 되고, 상기 제2 선택 트랜지스터는 턴-오프되는 것을 특징으로 하는, 픽셀 어레이. According to claim 1,
In a first horizontal read period in which a pixel signal is read from the first pixel, the first pixel sequentially operates in the low conversion gain mode, the high conversion gain mode, and the low conversion gain mode;
In the high conversion gain mode, the first floating diffusion node and the second floating diffusion node are electrically separated, the first selection transistor is turned on, and the second selection transistor is turned off. , which is a pixel array.
제3 플로팅 디퓨전 노드, 및 상기 제3 플로팅 디퓨전 노드의 전압에 따른 제3 픽셀 신호를 출력하는 제3 선택 트랜지스터를 포함하는 제3 픽셀을 더 포함하고,
상기 로우 컨버젼 게인 모드에서, 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드, 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드 및 상기 제3 플로팅 디퓨전 노드가 전기적으로 연결되고, 상기 제1 선택 트랜지스터, 상기 제2 선택 트랜지스터 및 상기 제3 선택 트랜지스터가 턴-온 되어 상기 컬럼 라인으로 상기 제1 픽셀 신호, 상기 제2 픽셀 신호 및 상기 제3 픽셀 신호를 출력하는, 픽셀 어레이. According to claim 1,
A third pixel comprising: a third floating diffusion node; and a third selection transistor for outputting a third pixel signal according to a voltage of the third floating diffusion node;
In the low conversion gain mode, the first floating diffusion node, the second floating diffusion node, and the third floating diffusion node are electrically connected to each other, and the first selection transistor, the second selection transistor, and the third selection transistor is turned on to output the first pixel signal, the second pixel signal, and the third pixel signal to the column line.
행열로 배치되는 복수의 픽셀; 및
각각이 상기 복수의 픽셀 중 동일한 컬럼에 배치되는 픽셀들에 공통으로 연결되는 복수의 컬럼 라인을 포함하고,
상기 복수의 픽셀 각각은,
수신되는 광신호를 전하로 변경하는 하나 이상의 광전 변환 소자;
상기 전하를 제1 플로팅 디퓨전 노드로 전송하는 하나 이상의 전송 트랜지스터;
상기 제1 플로팅 디퓨전 노드와 제2 플로팅 디퓨전 노드 사이에 연결되는 게인 제어 트랜지스터;
상기 제1 플로팅 디퓨전 노드의 전압에 따른 픽셀 신호를 생성하는 구동 트랜지스터; 및
상기 복수의 컬럼 라인 중 대응하는 컬럼 라인에 연결되며, 상기 픽셀 신호를 상기 대응하는 컬럼 라인으로 출력하는 선택 트랜지스터를 포함하고,
로우 컨버젼 게인 모드에서, 상기 복수 픽셀 중 동일한 컬럼 라인에 연결되는 제1 픽셀 및 제2 픽셀의 제1 플로팅 디퓨전 노드들 및 제2 플로팅 디퓨전 노드들이 전기적으로 연결되고, 상기 제1 픽셀 및 상기 제2 픽셀의 선택 트랜지스터들이 턴-온 되는, 픽셀 어레이. In the pixel array provided in the image sensor,
a plurality of pixels arranged in a matrix; and
Each of the plurality of pixels includes a plurality of column lines commonly connected to pixels disposed in the same column,
Each of the plurality of pixels,
one or more photoelectric conversion elements for converting a received optical signal into electric charge;
one or more transfer transistors to transfer the charge to a first floating diffusion node;
a gain control transistor coupled between the first floating diffusion node and the second floating diffusion node;
a driving transistor configured to generate a pixel signal according to a voltage of the first floating diffusion node; and
a selection transistor connected to a corresponding one of the plurality of column lines and outputting the pixel signal to the corresponding column line;
In the low conversion gain mode, first floating diffusion nodes and second floating diffusion nodes of a first pixel and a second pixel connected to the same column line among the plurality of pixels are electrically connected, and the first pixel and the second pixel are electrically connected. A pixel array, wherein the select transistors of the pixel are turned on.
상기 로우 컨버젼 게인 모드에서, 상기 복수 픽셀 중 상기 제1 픽셀 및 상기 제2 픽셀과 동일한 컬럼 라인에 연결되는 제3 픽셀 및 제4 픽셀의 제1 플로팅 디퓨전 노드들 및 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드들은 상기 제1 픽셀 및 제2 픽셀의 상기 제1 플로팅 디퓨전 노드들 및 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드들과 전기적으로 연결되고, 상기 제3 픽셀 및 상기 제4 픽셀의 선택 트랜지스터들이 턴-온 되는, 픽셀 어레이. 12. The method of claim 11,
In the low conversion gain mode, the first floating diffusion nodes and the second floating diffusion nodes of a third pixel and a fourth pixel connected to the same column line as the first pixel and the second pixel among the plurality of pixels are the and electrically connected to the first floating diffusion nodes and the second floating diffusion nodes of a first pixel and a second pixel, wherein select transistors of the third pixel and the fourth pixel are turned on.
행열로 배치되는 복수의 픽셀을 포함하며, 제1 컬럼 라인에 연결되는 제1 픽셀 및 제2 픽셀이 서로 연결되는 픽셀 어레이;
상기 복수의 픽셀을 구동하며, 로우 컨버젼 모드 시 상기 제1 픽셀의 플로팅 디퓨전 노드 및 상기 제2 픽셀의 플로팅 디퓨전 노드가 서로 연결되고, 상기 제1 픽셀 및 상기 제2 픽셀이 각각 픽셀 신호를 출력하도록 상기 제1 픽셀 및 제2 픽셀을 구동하는 로우 드라이버; 및
상기 픽셀 어레이의 복수의 컬럼 라인로부터 출력되는 복수의 픽셀 신호들을 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환 회로를 포함하는 이미지 센서.In the image sensor,
a pixel array including a plurality of pixels arranged in a matrix, wherein first and second pixels connected to a first column line are connected to each other;
drive the plurality of pixels, and in a row conversion mode, the floating diffusion node of the first pixel and the floating diffusion node of the second pixel are connected to each other, and the first pixel and the second pixel respectively output a pixel signal a row driver driving the first and second pixels; and
and an analog-to-digital conversion circuit for analog-to-digital conversion of a plurality of pixel signals output from a plurality of column lines of the pixel array.
수신되는 광신호를 전하로 변경하는 하나 이상의 광전 변환 소자;
상기 전하를 제1 플로팅 디퓨전 노드로 전송하는 하나 이상의 전송 트랜지스터;
상기 제1 플로팅 디퓨전 노드와 제2 플로팅 디퓨전 노드 사이에 연결되는 게인 제어 트랜지스터;
상기 제1 플로팅 디퓨전 노드 및 상기 제2 플로팅 디퓨전 노드에 리셋 전압을 제공하는 리셋 트랜지스터;
상기 제1 플로팅 디퓨전 노드의 전압에 따른 픽셀 신호를 생성하는 구동 트랜지스터; 및
상기 제1 컬럼 라인에 연결되며, 상기 픽셀 신호를 상기 제1 컬럼 라인으로 출력하는 선택 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이미지 센서. 17. The method of claim 16, wherein each of the first pixel and the second pixel,
one or more photoelectric conversion elements for converting a received optical signal into electric charge;
one or more transfer transistors to transfer the charge to a first floating diffusion node;
a gain control transistor coupled between the first floating diffusion node and the second floating diffusion node;
a reset transistor providing a reset voltage to the first floating diffusion node and the second floating diffusion node;
a driving transistor configured to generate a pixel signal according to a voltage of the first floating diffusion node; and
and a selection transistor connected to the first column line and configured to output the pixel signal to the first column line.
상기 제1 픽셀의 제2 플로팅 디퓨전 노드와 상기 제2 픽셀의 제2 플로팅 디퓨전 노드 사이에 연결되는 연결 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이미지 센서. The method of claim 18, wherein the first pixel comprises:
and a connection transistor connected between a second floating diffusion node of the first pixel and a second floating diffusion node of the second pixel.
The image sensor of claim 16 , wherein a color filter of the same color is disposed on the first pixel and the second pixel.
Priority Applications (2)
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KR20200130445 | 2020-10-08 |
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