KR20220092488A - 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기 - Google Patents

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KR20220092488A
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이지현
권영만
김원균
이재훈
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 영역의 제1 광량을 검출하는 제1 광량 검출용 픽셀과, 제1 영역의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제1 센서 픽셀과, 제2 영역의 제2 광량을 검출하는 제2 광량 검출용 픽셀과, 제2 영역의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제2 센서 픽셀을 포함하며, 제1 센서 픽셀의 다이나믹 레인지와, 제2 센서 픽셀의 다이나믹 레인지가 다르다. 이에 따라, 한 프레임 내에서 하이 다이나믹 레인지를 구현할 수 있게 된다.

Description

이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기
본 발명은 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 한 프레임 내에서 하이 다이나믹 레인지를 구현할 수 있는 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기에 관한 것이다.
카메라는, 이미지를 촬영하기 위한 장치이다. 이미지 촬영을 위해, 카메라 내에 이미지 센서가 활용되고 있다.
한편, 최근, 하이 다이나믹 레인지(High Dynamic Range; HDR)의 이미지 촬영 등을 위해, 카메라가, 하이 다이나믹 레인지 기반의 이미지를 촬영하는 방안이 연구되고 있다.
미국 등록 특허 US9160936호(이하 '선행 문헌' 이라 함)는, 최소 2개의 노출값을 가지는 픽셀 데이터를 이용하여 믹싱(mixing) 과정을 거쳐, 하이 다이나믹 레인지를 구현한다.
그러나, 이에 의하면, 하이 다이나믹 레인지를 구현하기 위해, 높은 감도 이미지와, 낮은 감도 이미지의 취득이 필요하며, 결국, 2 프레임(frame) 이상의 데이터 취득 시간이 필요하다는 단점이 있다.
특히, 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분의 리미트(limit)로 인해 2 프레임 이상의 여러 프레임이 요구되는 상황이 빈번하게 발생한다.
그리고, 선행 문헌에 의하면, 물체의 빠른 움직임이 있는 경우, 영상 합성 시 왜곡 발생 가능성이 있게 되어, 화질에 영향이 있을 수 있다.
본 발명의 목적은, 한 프레임 내에서 하이 다이나믹 레인지를 구현할 수 있는 슬림 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 한 프레임 내에서 영역 별로 서로 다른 컨버젼 게인을 구현할 수 있는 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 한 프레임 내에서 영역 별로 서로 다른 감도를 구현할 수 있는 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 한 프레임 내에서 영역 별로 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기를 달리 구현할 수 있는 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기는, 제1 영역의 제1 광량을 검출하는 제1 광량 검출용 픽셀과, 제1 영역의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제1 센서 픽셀과, 제2 영역의 제2 광량을 검출하는 제2 광량 검출용 픽셀과, 제2 영역의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제2 센서 픽셀을 포함하며, 제1 센서 픽셀의 다이나믹 레인지와, 제2 센서 픽셀의 다이나믹 레인지가 다르다.
한편, 제1 센서 픽셀의 컨버젼 게인(conversion gain)과, 제2 센서 픽셀의 컨버젼 게인이 다르다.
한편, 제1 센서 픽셀의 감도와, 제2 센서 픽셀의 감도가 다르다.
한편, 제1 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기와, 제2 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기가 다르다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀의 다이나믹 레인지가 제1 센서 픽셀의 다이나믹 레인지 보다 작다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀의 컨버젼 게인(conversion gain)이, 제1 센서 픽셀의 컨버젼 게인 보다 작다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀의 감도가, 제1 센서 픽셀의 감도 보다 더 작아진다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기의 크기 보다, 제1 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기의 크기가 더 작다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기는, 제1 광량 검출용 픽셀로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여 제1 기준 레벨을 결정하는 제1 기준 레벨 결정부와, 제2 광량 검출용 픽셀로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여 제2 기준 레벨을 결정하는 제2 기준 레벨 결정부를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 센서 픽셀은, 제1 기준 레벨 결정부에서 결정된 제1 기준 레벨에 따라, 제1 센서 픽셀의 다이나믹 레인지를 가변하며, 제2 센서 픽셀은, 제2 기준 레벨 결정부에서 결정된 제2 기준 레벨에 따라, 제2 센서 픽셀의 다이나믹 레인지를 가변할 수 있다.
한편, 제1 센서 픽셀은, 제1 기준 레벨 결정부에서 결정된 제1 기준 레벨에 따라, 제1 센서 픽셀의 감도를 가변하며, 제2 센서 픽셀은, 제2 기준 레벨 결정부에서 결정된 제2 기준 레벨에 따라, 제2 센서 픽셀의 감도를 가변할 수 있다.
한편, 제1 광량 검출용 픽셀은, 광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드와, 포토 다이오드의 양단과 기준 전압에 기초하여 펄스 신호를 출력하는 비교기와, 비교기로부터의 펄스 신호의 펄스의 개수를 카운트하는 카운터를 포함할 수 있다.
한편, 제1 광량 검출용 픽셀은, 포토 다이오드의 양단의 전압을 리셋하는 리셋 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기는, 비교기의 출력을 피드백하여 피드백 신호를 리셋 스위칭 소자에 출력하는 피드백 회로를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 센서 픽셀은, 광을 전기 신호로 변환하는 제2 포토 다이오드와,
제1 기준 레벨 결정부로부터의 신호에 기초하여 스위칭을 수행하는 스위칭 소자와, 스위칭 소자의 일단에 일단이 접속되는 커패시터를 포함할 수 있다.
한편, 제1 센서 픽셀은, 스위칭 소자의 타단에 일단이 접속되는 리셋 스위칭 소자와, 리셋 스위칭 소자의 타단에 일단이 접속되는 제1 출력 스위칭 소자와, 제1 출력 스위칭 소자에 일단이 접속되는 제2 출력 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기는, 광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드와,외부로부터의 게인 변경 신호에 기초하여, 턴 온되거나 턴 오프되는 스위칭 소자와, 스위칭 소자의 일단에 일단이 접속되는 커패시터를 포함하며, 스위칭 소자는, 제1 프레임 구간 중 제1 시점까지 턴 오프되며, 외부로부터의 게인 변경 신호에 기초하여, 제1 프레임 구간 중 제1 시점 부터 제2 시점까지 턴 온되는 스위칭을 수행할 수 있다.
한편, 제1 시점 이전에, 포토 다이오드의 전압 변화 기울기는 제1 기울기이며, 제1 시점 부터 제2 시점까지의 포토 다이오드의 전압 변화 기울기는, 제1 기울기 보다 변화율이 더 작은 제2 기울기이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기는, 광을 전기 신호로 변환하는 제2 포토 다이오드와, 제2 포토 다이오드의 양단과 기준 전압에 기초하여 펄스 신호를 출력하는 비교기와, 비교기로부터의 펄스 신호의 펄스의 개수를 카운트하는 카운터를 더 포함하고, 제2 포토 다이오드에 입사되는 광의 광량이 커질수록, 비교기에서 출력되는 펄스 신호의 펄스 간격이 작아진다.
한편, 카운터로부터의 카운트 값이 소정치 이상인 경우, 게인 변경 신호를 출력하는 기준 레벨 결정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기는, 제1 영역의 제1 광량을 검출하는 제1 광량 검출용 픽셀과, 제1 영역의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제1 센서 픽셀과, 제2 영역의 제2 광량을 검출하는 제2 광량 검출용 픽셀과, 제2 영역의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제2 센서 픽셀을 포함하며, 제1 센서 픽셀의 다이나믹 레인지와, 제2 센서 픽셀의 다이나믹 레인지가 다르다. 이에 따라, 한 프레임 내에서 하이 다이나믹 레인지를 구현할 수 있게 된다. 특히, 한 프레임 내에서 영역 별로 다른 다이나믹 레인지를 구현할 수 있게 된다.
한편, 제1 센서 픽셀의 컨버젼 게인(conversion gain)과, 제2 센서 픽셀의 컨버젼 게인이 다르다. 이에 따라, 한 프레임 내에서 영역 별로 서로 다른 컨버젼 게인을 구현할 수 있게 된다.
한편, 제1 센서 픽셀의 감도와, 제2 센서 픽셀의 감도가 다르다. 이에 따라, 한 프레임 내에서 영역 별로 서로 다른 감도를 구현할 수 있게 된다.
한편, 제1 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기와, 제2 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기가 다르다. 이에 따라, 한 프레임 내에서 영역 별로 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기를 달리 구현할 수 있게 된다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀의 다이나믹 레인지가 제1 센서 픽셀의 다이나믹 레인지 보다 작다. 이에 따라, 광량이 커질수록, 다이나믹 레인지가 작아지도록 설정할 수 있다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀의 컨버젼 게인(conversion gain)이, 제1 센서 픽셀의 컨버젼 게인 보다 작다. 이에 따라, 광량이 커질수록, 컨버젼 게인이 작아지도록 설정할 수 있다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀의 감도가, 제1 센서 픽셀의 감도 보다 더 작아진다. 이에 따라, 광량이 커질수록, 센서 픽셀의 감도가 작아지도록 설정할 수 있다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기의 크기 보다, 제1 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기의 크기가 더 작다. 이에 따라, 광량이 커질수록, 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기의 크기가 커지도록 설정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기는, 제1 광량 검출용 픽셀로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여 제1 기준 레벨을 결정하는 제1 기준 레벨 결정부와, 제2 광량 검출용 픽셀로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여 제2 기준 레벨을 결정하는 제2 기준 레벨 결정부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 광량 또는 카운터 개수에 기초하여, 스위칭 제어를 위한 제2 기준 레벨을 결정할 수 있게 되며, 결국 다단의 감도 레벨의 조정이 가능하게 된다. 그리고, 카운트 동작에 의해, 이미지 픽셀의 포화를 방지할 수 있게 된다.
한편, 제1 센서 픽셀은, 제1 기준 레벨 결정부에서 결정된 제1 기준 레벨에 따라, 제1 센서 픽셀의 다이나믹 레인지를 가변하며, 제2 센서 픽셀은, 제2 기준 레벨 결정부에서 결정된 제2 기준 레벨에 따라, 제2 센서 픽셀의 다이나믹 레인지를 가변할 수 있다. 이에 따라, 한 프레임 내에서 영역 별로 다이나믹 레인지를 가변할 수 있게 된다.
한편, 제1 센서 픽셀은, 제1 기준 레벨 결정부에서 결정된 제1 기준 레벨에 따라, 제1 센서 픽셀의 감도를 가변하며, 제2 센서 픽셀은, 제2 기준 레벨 결정부에서 결정된 제2 기준 레벨에 따라, 제2 센서 픽셀의 감도를 가변할 수 있다. 이에 따라, 한 프레임 내에서 영역 별로 센서 픽셀의 감도를 가변할 수 있게 된다.
한편, 제1 광량 검출용 픽셀은, 광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드와, 포토 다이오드의 양단과 기준 전압에 기초하여 펄스 신호를 출력하는 비교기와, 비교기로부터의 펄스 신호의 펄스의 개수를 카운트하는 카운터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 카운트 동작에 의해, 이미지 픽셀의 포화를 방지할 수 있게 된다.
한편, 제1 광량 검출용 픽셀은, 포토 다이오드의 양단의 전압을 리셋하는 리셋 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 광량 검출용 픽셀에 기반한 카운팅을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기는, 비교기의 출력을 피드백하여 피드백 신호를 리셋 스위칭 소자에 출력하는 피드백 회로를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 광량 검출용 픽셀에 기반한 카운팅을 수행할 수 있게 된다.
한편, 제1 센서 픽셀은, 광을 전기 신호로 변환하는 제2 포토 다이오드와, 제1 기준 레벨 결정부로부터의 신호에 기초하여 스위칭을 수행하는 스위칭 소자와, 스위칭 소자의 일단에 일단이 접속되는 커패시터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 커패시터의 용량 기반의 컨버젼 게인을 설정할 수 있게 된다.
한편, 제1 센서 픽셀은, 스위칭 소자의 타단에 일단이 접속되는 리셋 스위칭 소자와, 리셋 스위칭 소자의 타단에 일단이 접속되는 제1 출력 스위칭 소자와, 제1 출력 스위칭 소자에 일단이 접속되는 제2 출력 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 다단의 감도 레벨 조정을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기는, 광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드와,외부로부터의 게인 변경 신호에 기초하여, 턴 온되거나 턴 오프되는 스위칭 소자와, 스위칭 소자의 일단에 일단이 접속되는 커패시터를 포함하며, 스위칭 소자는, 제1 프레임 구간 중 제1 시점까지 턴 오프되며, 외부로부터의 게인 변경 신호에 기초하여, 제1 프레임 구간 중 제1 시점 부터 제2 시점까지 턴 온되는 스위칭을 수행할 수 있다. 이에 따라, 한 프레임 내에서, 실시간으로, 픽셀의 감도를 변화시킬 수 있게 된다. 또한, 함 프레임의 노출 시간 전에 전압 포화 발생을 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 시점 이전에, 포토 다이오드의 전압 변화 기울기는 제1 기울기이며, 제1 시점 부터 제2 시점까지의 포토 다이오드의 전압 변화 기울기는, 제1 기울기 보다 변화율이 더 작은 제2 기울기이다. 이에 따라, 한 프레임 내에서, 실시간으로, 픽셀의 감도를 변화시킬 수 있게 된다. 또한, 함 프레임의 노출 시간 전에 전압 포화 발생을 저감할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기는, 광을 전기 신호로 변환하는 제2 포토 다이오드와, 제2 포토 다이오드의 양단과 기준 전압에 기초하여 펄스 신호를 출력하는 비교기와, 비교기로부터의 펄스 신호의 펄스의 개수를 카운트하는 카운터를 더 포함하고, 제2 포토 다이오드에 입사되는 광의 광량이 커질수록, 비교기에서 출력되는 펄스 신호의 펄스 간격이 작아진다. 이에 따라, 광량에 따른 카운트를 정확하게 수행할 수 있게 된다.
한편, 카운터로부터의 카운트 값이 소정치 이상인 경우, 게인 변경 신호를 출력하는 기준 레벨 결정부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 광량 또는 카운터 개수에 기초하여, 스위칭 제어를 위한 기준 레벨을 결정할 수 있게 되며, 결국 다단의 감도 레벨의 조정이 가능하게 된다. 그리고, 카운트 동작에 의해, 이미지 픽셀의 포화를 방지할 수 있게 된다.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기의 일예인 이동 단말기를 전면에서 바라본 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시한 이동 단말기의 후면 사시도이다.
도 2는 도 1의 이동 단말기의 블럭도이다.
도 3a는 도 2의 카메라의 내부 단면도이다.
도 3b는 도 2의 카메라의 내부 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5e는 도 4의 설명에 참조되는 도면이다.
도 6a는 도 4의 이미지 센서의 내부 회로도의 일예이다.
도 6b는 도 4의 이미지 센서의 내부 회로도의 다른 예이다.
도 7a 내지 도 13c는 도 6a 또는 도 6b의 이미지 센서의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 14는 도 4의 이미지 센서의 내부 회로도의 또 다른 예이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기의 일예인 이동 단말기를 전면에서 바라본 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시한 이동 단말기의 후면 사시도이다.
도 1a을 참조하면, 이동 단말기(100)의 외관을 이루는 케이스는, 프론트 케이스(100-1)와 리어 케이스(100-2)에 의해 형성된다. 프론트 케이스(100-1)와 리어 케이스(100-2)에 의해 형성된 공간에는 각종 전자부품들이 내장될 수 있다.
구체적으로 프론트 케이스(100-1)에는 디스플레이(180), 제1 음향출력모듈(153a), 제1 카메라(195a), 제2 카메라(195o), 및 제1 내지 제3 사용자 입력부(130a, 130b, 130c)가 배치될 수 있다. 그리고, 리어 케이스(100-2)의 측면에는 제4 사용자 입력부(130d), 제5 사용자 입력부(130e), 및 제1 내지 제3 마이크(123a, 123b, 123c)가 배치될 수 있다.
디스플레이(180)는 터치패드가 레이어 구조로 중첩됨으로써, 디스플레이(180)가 터치스크린으로 동작할 수 있다.
제1 음향출력 모듈(153a)은 리시버 또는 스피커의 형태로 구현될 수 있다. 제1 카메라(195a)는 사용자 등에 대한 이미지 또는 동영상을 촬영하기에 적절한 형태로 구현될 수 있다. 그리고, 마이크(123)는 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력받기 적절한 형태로 구현될 수 있다.
제1 내지 제5 사용자 입력부(130a, 130b, 130c, 130d, 130e)와 후술하는 제6 및 제7 사용자 입력부(130f, 130g)는 사용자 입력부(130)라 통칭할 수 있다.
제1 내지 제2 마이크(123a, 123b)는, 리어 케이스(100-2)의 상측, 즉, 이동 단말기(100)의 상측에, 오디오 신호 수집을 위해 배치되며, 제3 마이크(123c)는, 리어 케이스(100-2)의 하측, 즉, 이동 단말기(100)의 하측에, 오디오 신호 수집을 위해 배치될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 리어 케이스(100-2)의 후면에는 제3 카메라(195b), 제4 카메라(195d), 및 제4 마이크(미도시)가 추가로 장착될 수 있으며, 리어 케이스(100-2)의 측면에는 제6 및 제7 사용자 입력부(130f, 130g)와, 인터페이스부(175)가 배치될 수 있다.
제3 카메라(195b)는 제1 카메라(195a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지며, 제1 카메라(195a)와 서로 다른 화소를 가질 수 있다. 제3 카메라(195b)에 인접하게는 플래쉬(미도시)와 거울(미도시)이 추가로 배치될 수도 있다. 또한, 제3 카메라(195b) 인접하게 다른 카메라를 더 설치하여 3차원 입체 영상의 촬영을 위해 사용할 수도 있다.
리어 케이스(100-2)에는 제2 음향출력 모듈(미도시)가 추가로 배치될 수도 있다. 제2 음향출력 모듈은 제1 음향출력 모듈(153a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 스피커폰 모드로 통화를 위해 사용될 수도 있다.
리어 케이스(100-2) 측에는 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(190)가 장착될 수 있다. 전원공급부(190)는, 예를 들어 충전 가능한 배터리로서, 충전 등을 위하여 리어 케이스(100-2)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
제4 마이크(123d)는, 리어 케이스(100-2)의 전면, 즉, 이동 단말기(100)의 뒷면에, 오디오 신호 수집을 위해 배치될 수 있다.
도 2는 도 1의 이동 단말기의 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 이동 단말기(100)는 무선 통신부(110), A/V(Audio/Video) 입력부(120), 사용자 입력부(130), 센싱부(140), 출력부(150), 메모리(160), 인터페이스부(175), 제어부(170), 및 전원 공급부(190)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다.
무선 통신부(110)는 방송수신 모듈(111), 이동통신 모듈(113), 무선 인터넷 모듈(115), 근거리 통신 모듈(117), 및 GPS 모듈(119) 등을 포함할 수 있다.
방송수신 모듈(111)은 방송 채널을 통하여 외부의 방송관리 서버로부터 방송 신호 및 방송관련 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 방송수신 모듈(111)을 통해 수신된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보는 메모리(160)에 저장될 수 있다.
이동통신 모듈(113)은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호, 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
무선 인터넷 모듈(115)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 무선 인터넷 모듈(115)은 이동 단말기(100)에 내장되거나 외장될 수 있다.
근거리 통신 모듈(117)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee), NFC(Near Field Communication) 등이 이용될 수 있다.
GPS(Global Position System) 모듈(119)은 복수 개의 GPS 인공위성으로부터 위치 정보를 수신한다.
A/V(Audio/Video) 입력부(120)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(195)와 마이크(123) 등이 포함될 수 있다.
카메라(195)는 화상 통화모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리할 수 있다. 그리고, 처리된 화상 프레임은 디스플레이(180)에 표시될 수 있다.
카메라(195)에서 처리된 화상 프레임은 메모리(160)에 저장되거나 무선 통신부(110)를 통하여 외부로 전송될 수 있다. 카메라(195)는 전자 기기의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수도 있다.
마이크(123)는, 디스플레이 오프 모드, 예를 들어, 통화모드, 녹음모드, 또는 음성인식 모드 등에서 마이크로폰(Microphone)에 의해 외부의 오디오 신호를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 처리할 수 있다.
한편, 마이크(123)는, 서로 다른 위치에, 복수개로서 배치될 수 있다. 각 마이크에서 수신되는 오디오 신호는 제어부(170) 등에서 오디오 신호 처리될 수 있다.
사용자 입력부(130)는 사용자가 전자 기기의 동작 제어를 위하여 입력하는 키 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(130)는 사용자의 누름 또는 터치 조작에 의해 명령 또는 정보를 입력받을 수 있는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(정압/정전) 등으로 구성될 수 있다. 특히, 터치 패드가 후술하는 디스플레이(180)와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치스크린(touch screen)이라 부를 수 있다.
센싱부(140)는 이동 단말기(100)의 개폐 상태, 이동 단말기(100)의 위치, 사용자 접촉 유무 등과 같이 이동 단말기(100)의 현 상태를 감지하여 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킬 수 있다.
센싱부(140)는 근접센서(141), 압력센서(143), 및 모션 센서(145), 터치 센서(146) 등을 포함할 수 있다.
근접센서(141)는 이동 단말기(100)로 접근하는 물체나, 이동 단말기(100)의 근방에 존재하는 물체의 유무 등을 기계적 접촉이 없이 검출할 수 있다. 특히, 근접센서(141)는, 교류자계의 변화나 정자계의 변화를 이용하거나, 혹은 정전용량의 변화율 등을 이용하여 근접물체를 검출할 수 있다.
압력센서(143)는 이동 단말기(100)에 압력이 가해지는지 여부와, 그 압력의 크기 등을 검출할 수 있다.
모션 센서(145)는 가속도 센서, 자이로 센서 등을 이용하여 이동 단말기(100)의 위치나 움직임 등을 감지할 수 있다.
터치 센서(146)는, 사용자의 손가락에 의한 터치 입력 또는 특정 펜에 의한 터치 입력을 감지할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(180) 상에 터치 스크린 패널이 배치되는 경우, 터치 스크린 패널은, 터치 입력의 위치 정보, 세기 정보 등을 감지하기 위한 터치 센서(146)를 구비할 수 있다. 터치 센서(146)에서 감지된 센싱 신호는, 제어부(170)로 전달될 수 있다.
출력부(150)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 또는 알람(alarm) 신호의 출력을 위한 것이다. 출력부(150)에는 디스플레이(180), 음향출력 모듈(153), 알람부(155), 및 햅틱 모듈(157) 등이 포함될 수 있다.
디스플레이(180)는 이동 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시 출력한다. 예를 들어 이동 단말기(100)가 통화 모드인 경우 통화와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 그리고 이동 단말기(100)가 화상 통화 모드 또는 촬영 모드인 경우, 촬영되거나 수신된 영상을 각각 혹은 동시에 표시할 수 있으며, UI, GUI를 표시한다.
한편, 전술한 바와 같이, 디스플레이(180)와 터치패드가 상호 레이어 구조를 이루어 터치스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이(180)는 출력 장치 이외에 사용자의 터치에 의한 정보의 입력이 가능한 입력 장치로도 사용될 수 있다.
음향출력 모듈(153)은 호 신호 수신, 통화 모드 또는 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(160)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 또한, 음향출력 모듈(153)은 이동 단말기(100)에서 수행되는 기능, 예를 들어, 호 신호 수신음, 메시지 수신음 등과 관련된 오디오 신호를 출력한다. 이러한 음향출력 모듈(153)에는 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
알람부(155)는 이동 단말기(100)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 알람부(155)는 오디오 신호나 비디오 신호 이외에 다른 형태로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 예를 들면, 진동 형태로 신호를 출력할 수 있다.
햅틱 모듈(haptic module)(157)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(157)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동 효과가 있다. 햅틱 모듈(157)이 촉각 효과로 진동을 발생시키는 경우, 햅택 모듈(157)이 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 변환가능하며, 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다.
메모리(160)는 제어부(170)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입력되거나 출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다.
인터페이스부(175)는 이동 단말기(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행한다. 인터페이스부(175)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 이동 단말기(100) 내부의 각 구성 요소에 전달할 수 있고, 이동 단말기(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 할 수 있다.
제어부(170)는 통상적으로 상기 각부의 동작을 제어하여 이동 단말기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 재생 모듈(181)을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 재생 모듈(181)은 제어부(170) 내에 하드웨어로 구성될 수도 있고, 제어부(170)와 별도로 소프트웨어로 구성될 수도 있다. 한편, 제어부(170)는, 애플리케이션 구동을 위한 애플리케이션 프로세서(미도시)를 구비할 수 있다. 또는 애플리케이션 프로세서(미도시)는 제어부(170)와 별도로 마련되는 것도 가능하다.
그리고, 전원 공급부(190)는 제어부(170)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
도 3a는 도 2의 카메라의 내부 단면도이다.
도면을 참조하면, 도 3a는, 카메라(195)에 대한 단면도의 일예이다.
카메라(195)는, 조리개(194), 렌즈 장치(193), 이미지 센서(820)를 구비할 수 있다.
조리개(194)는, 렌즈 장치(193)로 입사되는 광을 개폐할 수 있다.
이미지 센서(820)는, RGB 색상을 센싱하기 위해, RGB 필터(915)와, 광 신호를 전기 신호로 변환하는 센서 어레이(911)를 구비할 수 있다.
이에 따라, 이미지 센서(820)는, 각각 RGB 이미지를 센싱하여, 출력할 수 있다.
도 3b는 도 2의 카메라의 내부 블록도이다.
도면을 참조하면, 도 3b는, 카메라(195)에 대한 블록도의 일예이다.
카메라(195)는, 조리개(194), 렌즈 장치(193), 이미지 센서(820), 이미지 프로세서(830)를 구비할 수 있다.
조리개(194)는, 렌즈 장치(193)로 입사되는 광을 개폐할 수 있다.
렌즈 장치(193)는, 조리개(194)로부터의 입사광을 수신하며, 가변 초점을 위해 조정되는 복수의 렌즈를 구비할 수 있다.
이미지 프로세서(830)는, 이미지 센서(820)로부터의, 전기 신호에 기초하여, RGB 이미지를 생성할 수 있다.
특히, 이미지 프로세서(830)는, 렌즈 장치(193)를 통과한, 입사광에 기초하여 화상 신호를 생성할 수 있다.
한편, 이미지 센서(820)는, 전기 신호에 기초하여, 노출 시간이 조절될 수 있다.
한편, 이미지 프로세서(830)로부터의 RGB 이미지는 이동 단말기(100)의 제어부(170)로 전달될 수 있다.
한편, 이동 단말기(100)의 제어부(170)는, 렌즈 장치(193) 내의 렌즈의 이동 등을 위해, 제어 신호를, 렌즈 장치(193)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 오토 포커싱을 위한 제어 신호를 렌즈 장치(193)로 출력할 수 있다.
한편, 이동 단말기(100)의 제어부(170)는, 조리개(194)의 걔폐 등의 제어를 위한 조리개 제어 신호를, 조리개(194)로 출력할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 도면이고, 도 5a 내지 도 5e는 도 4의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(PAC)는, 복수의 센서 픽셀을 구비할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(PAC)는, 제1 영역(Arm)의 제1 광량을 검출하는 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)과, 제1 영역(Arm)의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제1 센서 픽셀(Spa)과,제2 영역(Arn)의 제2 광량을 검출하는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)과, 제2 영역(Arn)의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제2 센서 픽셀(Spa2)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도면과 같이, 이미지 센서(PAC)의 중앙 영역인 제2 영역(Arn)과, 에지 영역인 제1 영역(Arm)에, 서로 다른 광량이 입사되는 경우, 제1 영역(Arm)과 제2 영역(Arn)은 서로 다른 광량에 따른 픽셀 데이터를 출력하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(PAC)는, 한 프레임 내에 하이 다이나믹 레인지의 구현을 위해, 제1 영역(Arm)의 제1 광량을 검출하는 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)과, 제2 영역(Arn)의 제2 광량을 검출하는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)을 구비하는 것이 바람직하다.
도 5a는, 제1 영역(Arma) 내에, 제1 광량을 검출하는 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)과, 제1 영역(Arma)의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제1 센서 픽셀(Spa)을 예시한다.
특히, 도 5a에서는, 제1 영역(Arma) 내의 중앙 영역에, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)이 배치되고, 그 외의 영역에, 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제1 센서 픽셀(Spa)들이 배치되는 것을 예시한다.
도 5b는, 도 5a와 달리, 제1 영역(Armb) 내의 우측 하단 영역에, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)이 배치되고, 그 외의 영역에, 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제1 센서 픽셀(Spa)들이 배치되는 것을 예시한다.
도 5c는, 제2 영역(Arna) 내에, 제2 광량을 검출하는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)과, 제2 영역(Arna)의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제2 센서 픽셀(Spa2)을 예시한다.
특히, 도 5c에서는, 제2 영역(Arna) 내의 중앙 영역에, 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)이 배치되고, 그 외의 영역에, 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제2 센서 픽셀(Spa2)들이 배치되는 것을 예시한다.
도 5d는, 도 5c와 달리, 제2 영역(Arnb) 내의 우측 하단 영역에, 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)이 배치되고, 그 외의 영역에, 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제2 센서 픽셀(Spa2)들이 배치되는 것을 예시한다.
도 5e는 제1 영역(Arm) 내의 제1 센서 픽셀(Spa)의 일예를 도시한 도면이다.
제1 센서 픽셀(Spa)은, 광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드(PD), 전송 스위칭 소자(SWt), 리셋 스위칭 소자(SWr), 스위칭 소자(SW), 커패시터(C), 제1 출력 스위칭 소자(SWa), 제2 출력 스위칭 소자(SWb), 저항 소자(RL)를 포함할 수 있다.
포토 다이오드(PD)의 일단(캐소드)에, 전송 스위칭 소자(SWt)의 일단이 접속되며, 포토 다이오드(PD)의 타단(애노드)에, 접지단이 접속될 수 있다.
전송 스위칭 소자(SWt)는, 전송 신호(Tx)에 의해 스위칭하며, 전송 스위칭 소자(SWt)의 타단은, nda 노드에 접속될 수 있다.
전송 스위칭 소자(SWt)의 타단은, 리셋 스위칭 소자(SWr)의 일단에 접속되며, 리셋 스위칭 소자(SWr)의 타단은 ndb 노드에 접속될 수 있다.
리셋 스위칭 소자(SWr)는, 리셋 신호(Reset)에 의해, 턴 온될 수 있다.
전송 스위칭 소자(SWt)의 타단인, nda 노드에 스위칭 소자(SW)의 일단이 접속되며, 스위칭 소자(SW)의 타단과 접지단 사이에, 커패시터(C)가 접속된다.
리셋 스위칭 소자(SWr)의 타단인 ndb 노드에, 제1 출력 스위칭 소자(SWa)의 일단이 접속되며, 제1 출력 스위칭 소자(SWa)의 타단에, 제2 출력 스위칭 소자(SWb)의 일단이 접속되며, 제2 출력 스위칭 소자(SWb)의 타단과 접지단 사이에, 저항 소자(RL)가 접속된다.
한편, 스위칭 소자(SW)의 일단인, nda 노드에, 제1 출력 스위칭 소자(SWa)의 게이트 단자가 접속될 수 있다.
도면에서의 제1 센서 픽셀(Spa)은, 제1 영역(Arm)의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력할 수 있다.
특히, 도면에서의 제1 센서 픽셀(Spa)은, 듀얼 컨버젼 게인(dual conversion gain) 기반의 센서 픽셀로서, 커패시터(C)를 이용하여 감도 조절이 가능하며, 조저도, 고감도에서의 신호대잡음비(SNR) 열화를 방지할 수 있다.
특히, 포토 다이오드(PD) 양단의 내부 커패시턴스와, 커패시터(C)를 이용하여, 커패시턴스를 증가시킬 수 있게 된다.
도 5f는 제1 영역(Arm) 내의 제1 센서 픽셀(Spaa)의 다른 예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 제1 영역(Arm) 내의 제1 센서 픽셀(Spaa)은, 광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드(PD), 전송 스위칭 소자(SWt), 리셋 스위칭 소자(SWr), 제1 스위칭 소자(SW1), 제2 스위칭 소자(SW2), 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제1 출력 스위칭 소자(SWa), 제2 출력 스위칭 소자(SWb), 저항 소자(RL)를 포함할 수 있다.
도 5e와 비교하여, nda 노드에, 서로 병렬 접속되는 제1 스위칭 소자(SW1), 제2 스위칭 소자(SW2)가 접속된다.
그리고, 제1 스위칭 소자(SW1)와 접지단 사이에, 제1 커패시터(C1)가 접속되며, 제2 스위칭 소자(SW2)와 접지단 사이에, 제2 커패시터(C2)가 접속된다.
따라서, 포토 다이오드(PD) 양단의 내부 커패시턴스와, 제1 커패시터(C1)와, 제2 커패시터(C2)를 이용하여, 커패시턴스를 더욱 증가시킬 수 있게 된다.
도 6a는 도 4의 이미지 센서의 내부 회로도의 일예이다. 특히, 도 6a는 제1 영역(Arm) 기반의 이미지 센서(PACa)의 내부 회로도의 일예이다.
도면을 참조하면, 제1 영역(Arm) 기반의 이미지 센서(PACa)는, 제1 영역(Arm)의 제1 광량을 검출하는 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)과, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여 제1 기준 레벨을 결정하는 제1 기준 레벨 결정부(LCU)와, 제1 영역(Arm)의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제1 센서 픽셀(Spa)을 포함할 수 있다.
제1 영역(Arm)의 제1 광량을 검출하는 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)은, 광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드(PD)와, 포토 다이오드(PD)의 양단과 기준 전압에 기초하여 펄스 신호를 출력하는 비교기(COM)와, 비교기(COM)로부터의 펄스 신호의 펄스의 개수를 카운트하는 카운터(COT)를 포함할 수 있다.
한편, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)은, 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압을 리셋하는 리셋 스위칭 소자(Srs)를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)은, 비교기(COM)의 출력을 피드백하여 피드백 신호를 리셋 스위칭 소자(Srs)에 출력하는 피드백 회로(FBK)를 더 포함할 수 있다.
구동 전압원(VDD)과 포토 다이오드(PD) 사이에, 리셋 스위칭 소자(Srs)가 접속된다.
포토 다이오드(PD)의 일단(캐소드)에 비교기(COM)의 제1 입력단이 접속되며, 비교기(COM)의 제2 입력단에, 기준 전압원(Vref)이 접속된다.
비교기(COM)는, 포토 다이오드(PD)의 양단 전압과, 기준 전압원(Vref)을 비교하여, 비교 결과에 따른 펄스 신호를 출력단을 통해 출력한다.
한편, 카운터(COT)는, 비교기(COM)로부터의 펄스 신호의 펄스의 개수를 카운트한다.
한편, 피드백 회로(FBK)는, 비교기(COM)로부터의 펄스 신호를 피드백하여, 피드백 신호(VFB)를 출력하며, 피드백 신호(VFB)는, 리셋 스위칭 소자(Srs)에 입력된다.
즉, 리셋 스위칭 소자(Srs)는, 피드백 신호(VFB)에 기초하여 리셋되게 된다.
한편, 제1 기준 레벨 결정부(LCU)는, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여 제1 기준 레벨을 결정할 수 있다.
즉, 제1 기준 레벨 결정부(LCU)는, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여, 설정된 레벨 신호를 출력할 수 있다.
설정된 레벨 신호는, 제1 센서 픽셀(Spa) 내의 스위칭 소자(SW)의 게이트 단자에 입력되며, 따라서, 제1 센서 픽셀(Spa) 내의 스위칭 소자(SW)는, 제1 기준 레벨 결정부(LCU)에서 설정된 레벨 신호에 따라, 스위칭을 수행하게 된다.
제1 센서 픽셀(Spa)에 대한 설명은, 도 5e의 설명을 참조하여 생략한다.
도 6b는 도 4의 이미지 센서의 내부 회로도의 다른 예이다. 특히, 도 6b는 제2 영역(Arn) 기반의 이미지 센서(PACa2)의 내부 회로도의 다른 예이다.
도면을 참조하면, 제2 영역(Arn) 기반의 이미지 센서(PACa2)는, 제2 영역(Arn)의 제2 광량을 검출하는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)과, 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여 제2 기준 레벨을 결정하는 제2 기준 레벨 결정부(LCU2)와, 제2 영역(Arn)의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제2 센서 픽셀(Spa2)을 포함할 수 있다.
제2 영역(Arn)의 제2 광량을 검출하는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)은, 광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드(PD)와, 포토 다이오드(PD)의 양단과 기준 전압에 기초하여 펄스 신호를 출력하는 비교기(COM)와, 비교기(COM)로부터의 펄스 신호의 펄스의 개수를 카운트하는 카운터(COT)를 포함할 수 있다.
한편, 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)은, 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압을 리셋하는 리셋 스위칭 소자(Srs)를 더 포함할 수 있다.
한편, 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)은, 비교기(COM)의 출력을 피드백하여 피드백 신호를 리셋 스위칭 소자(Srs)에 출력하는 피드백 회로(FBK)를 더 포함할 수 있다.
구동 전압원(VDD)과 포토 다이오드(PD) 사이에, 리셋 스위칭 소자(Srs)가 접속된다.
포토 다이오드(PD)의 일단(캐소드)에 비교기(COM)의 제2 입력단이 접속되며, 비교기(COM)의 제2 입력단에, 기준 전압원(Vref)이 접속된다.
비교기(COM)는, 포토 다이오드(PD)의 양단 전압과, 기준 전압원(Vref)을 비교하여, 비교 결과에 따른 펄스 신호를 출력단을 통해 출력한다.
한편, 카운터(COT)는, 비교기(COM)로부터의 펄스 신호의 펄스의 개수를 카운트한다.
한편, 피드백 회로(FBK)는, 비교기(COM)로부터의 펄스 신호를 피드백하여, 피드백 신호(VFB)를 출력하며, 피드백 신호(VFB)는, 리셋 스위칭 소자(Srs)에 입력된다.
즉, 리셋 스위칭 소자(Srs)는, 피드백 신호(VFB)에 기초하여 리셋되게 된다.
한편, 제2 기준 레벨 결정부(LCU2)는, 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여 제2 기준 레벨을 결정할 수 있다.
즉, 제2 기준 레벨 결정부(LCU2)는, 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여, 설정된 레벨 신호를 출력할 수 있다.
설정된 레벨 신호는, 제2 센서 픽셀(Spa2) 내의 스위칭 소자(SW)의 게이트 단자에 입력되며, 따라서, 제2 센서 픽셀(Spa2) 내의 스위칭 소자(SW)는, 제2 기준 레벨 결정부(LCU2)에서 설정된 레벨 신호에 따라, 스위칭을 수행하게 된다.
제2 센서 픽셀(Spa2)에 대한 설명은, 도 5e의 설명을 참조하여 생략한다.
한편, 도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(PAC)는, 제1 영역(Arm)의 제1 광량을 검출하는 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)과, 제1 영역(Arm)의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제1 센서 픽셀(Spa)과, 제2 영역(Arn)의 제2 광량을 검출하는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)과, 제2 영역(Arn)의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제2 센서 픽셀(Spa2)을 포함하며, 제1 센서 픽셀(Spa)의 다이나믹 레인지와, 제2 센서 픽셀(Spa2)의 다이나믹 레인지가 다르다. 이에 따라, 한 프레임 에서 하이 다이나믹 레인지를 구현할 수 있게 된다. 특히, 한 프레임 내에서 영역 별로 다른 다이나믹 레인지를 구현할 수 있게 된다.
한편, 제1 센서 픽셀(Spa)의 컨버젼 게인(conversion gain)과, 제2 센서 픽셀(Spa2)의 컨버젼 게인이 다르다. 이에 따라, 한 프레임 내에서 영역 별로 서로 다른 컨버젼 게인을 구현할 수 있게 된다.
한편, 제1 센서 픽셀(Spa)의 감도와, 제2 센서 픽셀(Spa2)의 감도가 다르다. 이에 따라, 한 프레임 내에서 영역 별로 서로 다른 감도를 구현할 수 있게 된다.
한편, 제1 센서 픽셀(Spa) 내의 포토 다이오드(PD) 양단의 전압 변화 기울기와, 제2 센서 픽셀(Spa2) 내의 포토 다이오드(PD) 양단의 전압 변화 기울기가 다르다. 이에 따라, 한 프레임 내에서 영역 별로 포토 다이오드(PD) 양단의 전압 변화 기울기를 달리 구현할 수 있게 된다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀(Spa2)의 다이나믹 레인지가 제1 센서 픽셀(Spa)의 다이나믹 레인지 보다 작다. 이에 따라, 광량이 커질수록, 다이나믹 레인지가 작아지도록 설정할 수 있다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀(Spa2)의 컨버젼 게인(conversion gain)이, 제1 센서 픽셀(Spa)의 컨버젼 게인 보다 작다. 이에 따라, 광량이 커질수록, 컨버젼 게인이 작아지도록 설정할 수 있다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀(Spa2)의 감도가, 제1 센서 픽셀(Spa)의 감도 보다 더 작아진다. 이에 따라, 광량이 커질수록, 센서 픽셀의 감도가 작아지도록 설정할 수 있다.
한편, 제2 광량이 제1 광량 보다 큰 경우, 제2 센서 픽셀(Spa2) 내의 포토 다이오드(PD) 양단의 전압 변화 기울기의 크기 보다, 제1 센서 픽셀(Spa) 내의 포토 다이오드(PD) 양단의 전압 변화 기울기의 크기가 더 작다. 이에 따라, 광량이 커질수록, 포토 다이오드(PD) 양단의 전압 변화 기울기의 크기가 커지도록 설정할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서(PAC),는, 광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드(PD)와,외부로부터의 게인 변경 신호에 기초하여, 턴 온되거나 턴 오프되는 스위칭 소자(SW)와, 스위칭 소자의 일단에 일단이 접속되는 커패시터(C)를 포함하며, 스위칭 소자는, 제1 프레임 구간 중 제1 시점(T2e)까지 턴 오프되며, 외부로부터의 게인 변경 신호에 기초하여, 제1 프레임 구간 중 제1 시점(T2e) 부터 제2 시점(T2c)까지 턴 온되는 스위칭을 수행할 수 있다. 이에 따라, 한 프레임 내에서, 실시간으로, 픽셀의 감도를 변화시킬 수 있게 된다. 또한, 함 프레임의 노출 시간 전에 전압 포화 발생을 저감할 수 있게 된다.
한편, 제1 시점(T2e) 이전에, 포토 다이오드(PD)의 전압 변화 기울기는 제1 기울기(Sla)이며, 제1 시점(T2e) 부터 제2 시점(T2c)까지의 포토 다이오드(PD)의 전압 변화 기울기는, 제1 기울기(Sla) 보다 변화율이 더 작은 제2 기울기(Slb)이다. 이에 따라, 한 프레임 내에서, 실시간으로, 픽셀의 감도를 변화시킬 수 있게 된다. 또한, 함 프레임의 노출 시간 전에 전압 포화 발생을 저감할 수 있게 된다.
도 7a 내지 도 13c는 도 6a 또는 도 6b의 이미지 센서의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 7a는 제1 광량 검출용 픽셀(Spb)과 제1 센서 픽셀(Spa)의 동작 또는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)과 제2 센서 픽셀(Spa2)의 동작을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, Ta 시점에, 리셋 스위칭 소자(Srs)가 동작하여, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb) 또는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)이 리셋 된다.
그리고, Ta 시점 이후의 Tb 시점 부터, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb) 또는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2) 내의 포토 다이오드(PD)가 동작한다.
그리고, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb) 또는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2) 내의 비교기(COM), 카운터(COT), 레벨 결정부(LCU,LCU2) 등이 동작하여, Tc 시점부터, 제1 센서 픽셀(Spa) 또는 제2 센서 픽셀(Spa2)이 동작한다.
구체적으로, Tc 시점부터, 제1 센서 픽셀(Spa) 또는 제2 센서 픽셀(Spa2) 내의 스위칭 소자(SW)가 턴 온되며, 제1 센서 픽셀(Spa) 또는 제2 센서 픽셀(Spa2) 내의 포토 다이오드(PD)가 입사되는 광에 따라 전하를 수집하게 된다.
한편, Tc 시점부터, Pn 구간 동안, 제1 센서 픽셀(Spa) 또는 제2 센서 픽셀(Spa2) 내의 포토 다이오드(PD)가 입사되는 광에 따라 전하를 수집하게 된다.
한편, Tc 시점부터, Pm 구간은, 한 프레임을 구성하며, 한 프레임 구간 동안, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb) 또는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)의 리셋, 포토 다이오드(PD)의 동작, 그리고, 제1 센서 픽셀(Spa) 또는 제2 센서 픽셀(Spa2)의 동작이 수행된다.
도 7b는 포토 다이오드(PD)의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
리셋 스위칭 소자(Srs)의 동작에 따라, 리셋이 수행되며, 리셋 이후, 입사되는 광에 따라 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압이 가변되게 된다.
도면에서는, 포토 다이오드(PD)의 양단에, 내부 커패시터(C)가 접속되는 것을 도시한다.
도 7c는 광량에 따른 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압 기울기 변화를 예시하는 도면이다.
예를 들어, 리셋에 따라, 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압은 Vreset을 유지하다가, to 시점 부터 t1 시점까지 순차적으로 하강할 수 있다.
이때, 광량이 커질수록, 전압 기울기의 변화량 또는 전압 기울기의 크기는 더 클 수 있다.
즉, Sla의 경우, Slb의 경우 보다 광량이 더 큰 경우의 전압 기울기를 나타낸다.
한편, 도 7d는 도 7b와 도 7c의 포토 다이오드의 특성을 이용하여, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb) 또는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)의 동작을 설명하는 도면이다.
이하에서는, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb) 위주로 기술한다.
도면을 참조하면, 도 7d의 (a)와 같이, 리셋 스위칭 소자(Srs)의 동작에 따라, 주기적으로 리셋이 수행된다. 따라서, 리셋시, 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압은 VDD이며, 리셋 이후, 포토 다이오드(PD)에 입사되는 광에 따라, 포토 다이오드(PD) 양단의 전압은, 도 7d의 (b)와 같이, 순차적으로 하강하게 된다.
한편, 순차적으로 하강하는 포토 다이오드(PD) 양단의 전압이, 비교기(COM)의 제2 입력단의 전압인 Vref와 동일한 경우, 피드백 회로(FBK)는, 도 7d의 (c)와 같이, 하이 레벨(VFB)에서 로우 레벨로 전환된다.
피드백 회로(FBK)에서 출력되는 피드백 신호(VFB)가, 하이 레벨(VFB)에서 로우 레벨로 전환되는 경우, 다시, 리셋 스위칭 소자(Srs)가 동작하여 리셋이 수행된다. 그리고, 이러한 동작을 반복한다.
결국, 리셋 스위칭 소자(Srs), 비교기(COM), 피드백 회로(FBK)의 동작에 따라, 주기적으로 하강하는, 도 7d의 (b)와 같은 파형(Gra)이 발생되게 된다.
한편, 도 7d의 (c)와 같은 파형(Grb)은, 비교기(COM)에서 출력되는 펄스 신호에 대응할 수 있다.
한편, 도 7d에서는 입사되는 광량이 일정한 것으로 하였으나, 입사되는 광량에 따라, 도 7c와 같이, 포토 다이오드(PD) 양단의 전압은, 달리 하강하게 된다.
도 8은, 한 프레임 내에, 입사되는 광량이 가변되는 경우의, 비교기(COM)에서 출력되는 펄스 신호에 따른 카운터의 동작 및 기준 레벨 결정부에서 출력되는 레벨 신호를 예시한 도면이다.
도 8의 (a)는, 한 프레임 내의 광량 변화 곡선(CVa)을 예시한다.
특히, T2c 시점까지를 한 프레임이라 할 때, 광량이 T2a 시점까지 증가하다가, T2a 시점부터 T2b 시점까지 하강하며, 다시 T2b 시점부터 T2c 시점까지 상승하는 것을 예시한다.
이에 따라, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb) 또는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2) 내의 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압은, 도 8의 (b)와 같은 그래프(CVb)로 나타날 수 있다.
그리고, 도 8의 (b)와 같은, 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압(CVb)에 따라, 도 8의 (c)와 같이, 피드백 회로(FBK)에서 출력되는 피드백 신호(VFB)가 출력될 수 있다.
또는, 도 8의 (b)와 같은, 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압에 따라, 도 8의 (c)와 같이, 비교기(COM)에서 출력되는 펄스 신호(CVc)가 출력될 수 있다.
그리고, 카운터(COT)는, 도 8의 (c)의 펄스 신호(CVc)에 기초하여, 카운팅을 수행할 수 있다.
도면을 참조하면, T2시점까지는 일정 범위 내에서 대략 일정하게 카운트가 수행되며, T2a 시점부터 T2b 시점까지 광량이 하강하는 경우에는, 상당히 긴 시간 이후에 카운트가 수행되며, 그 이후, T2b 시점부터 T2c 시점까지 급격히 광량이 증가하는 경우, 카운트가 짧은 시간 내에 수행되게 된다.
한편, 제1 기준 레벨 결정부(LCU) 또는 제2 기준 레벨 결정부(LCUb)는, 카운트 값이, 일정 횟수 이상인 경우, 하이 레벨을 출력할 수 있다.
도 8의 (e)에서는, 대략 10회 이상의 카운트가 되는 경우, 제1 기준 레벨 결정부(LCU) 또는 제2 기준 레벨 결정부(LCUb)에서 하이 레벨의 레벨 신호(CVe)를 출력하는 것을 예시한다.
결국, 광량이 많을수록, 한 프레임 내에서, 하이 레벨의 레벨 신호(CVe)의 출력 시점이 빨라지며, 광량이 적을수록, 한 프레임 내에서, 하이 레벨의 레벨 신호(CVe)의 출력 시점이 늦어지거나, 아예 레벨 신호가 출력되지 않을 수도 있다.
도 9는 도 8의 광량과 레벨 신호에 기초하여, 제1 센서 픽셀(Spa) 또는 제2 센서 픽셀(Spa2)이 동작하는 것을 예시한다.
도면을 참조하면, 도 9의 (a)는, 한 프레임 내의 광량 변화 곡선(CVa)을 예시한다.
다음, 도 9의 (b)는, T2e 시점 부터 T2c 시점 까지, 레벨 신호(CVe)가 하이 레벨인 것을 예시한다.
한편, 도 9의 (d)는, 센서 픽셀 내의 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압 곡선(CVg)을 예시한다.
예를 들어, 광량 검출용 픽셀 없이, 도 5e 또는 도 5f의 센서 픽셀을 단독으로 사용하는 경우, 한 프레임 내에서, 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압은, 도 9의 (d)와 같이 나타날 수 있다.
특히, 광량이 많아지는 경우, Slc의 급격한 기울기로 하강하여, 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압이, 한 프레임 구간 이전에, 포화되게 된다.
이에, 본 발명에서는, 광량이 많아짐에 따라, 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압이, 한 프레임 내에, 포화되는 것을 방지하기 위해, 제1 광량 검출용 픽셀(Spb) 또는 제2 광량 검출용 픽셀(Spb2)과, 제1 기준 레벨 결정부(LCU) 또는 제2 기준 레벨 결정부(LCUb)를 사용한다.
예를 들어, 제1 기준 레벨 결정부(LCU) 또는 제2 기준 레벨 결정부(LCUb)에서, 도 9의 (b)와 같은, 레벨 신호(CVe)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 제1 센서 픽셀(Spa) 또는 제2 센서 픽셀(Spa2) 내의 스위칭 소자(SW)는, 제1 프레임 구간 중 제1 시점(T2e)까지 턴 오프되며, 외부로부터의 게인 변경 신호 또는 레벨 신호에 기초하여, 제1 프레임 구간 중 제1 시점(T2e) 부터 제2 시점(T2c)까지 턴 온되는 스위칭을 수행할 수 있다.
그리고, 제1 센서 픽셀(Spa) 또는 제2 센서 픽셀(Spa2) 내의 포토 다이오드(PD)의 전압은, T2e 시점에, Sla의 기울기로 하강하다가, 도 9의 (c)와 같이, T2e 시점부터 T2c 시점 동안, Sla의 기울기 보다, 변화율이 더 작은 Slb의 기울기로 하강하게 된다.
따라서, 도 9의 (d)와 달리, 도 9의 (c)의 포토 다이오드(PD)의 양단의 전압은, 한 프레임 구간 이전에, 포화되지 않게 된다.
도 10은 한 프레임 내에서 가장 어두운 영역인 제1 영역(Ar1)과, 가장 밝은 영역인 제3 영역(Ar3)과, 중간 영역인 제2 영역(Ar2)를 예시하는 도면이다.
도 11a 내지 도 13c는 도 5f의 센서 픽셀(Spam)을 이용하여 동작 설명을 수행한다.
먼저, 도 11a와 같이, 가장 어두운 영역인 제1 영역(Ar1)인 경우(S1010), 가장 어두운 영역인 제1 영역(Ar1) 내의 광량 검출용 픽셀이 동작한다.
그리고, 제1 영역(Ar1) 내의 광량 검출용 픽셀 내의 카운터(COT)는, 기준 횟수, 예를 들어 10회 초과인지 여부를 판단하고(S1012), 해당하지 않는 경우, 도 5f의 센서 픽셀(Spam) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)를 모두 오프시킬 수 있다(S1014).
도 11b는 도 5f의 센서 픽셀(Spam) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)가 모두 오프인 것을 예시한다.
다음, 도 12a와 같이, 중간 영역인 제2 영역(Ar2)인 경우(S1020), 중간 영역인 제2 영역(Ar2) 내의 광량 검출용 픽셀이 동작한다.
그리고, 제2 영역(Ar2) 내의 광량 검출용 픽셀 내의 카운터(COT)는, 기준 횟수, 예를 들어 10회 초과인지 여부를 판단하고(S1022), 해당하지 않는 경우, 도 5f의 센서 픽셀(Spam) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)를 온 시키고, 제2 스위칭 소자(SW2)를 오프시킬 수 있다(S1024).
도 12b는 도 5f의 센서 픽셀(Spam) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)를 온 시키고, 제2 스위칭 소자(SW2)를 오프인 것을 예시한다. 이에 따라, 제1 스위칭 소자(SW1)에 Ipath1의 전류 패쓰가 형성될 수 있다.
다음, 도 13a와 같이, 가장 밝은 영역인 제3 영역(Ar3)인 경우(S1030), 가장 밝은 영역인 제3 영역(Ar3) 내의 광량 검출용 픽셀이 동작한다.
그리고, 제3 영역(Ar3) 내의 광량 검출용 픽셀 내의 카운터(COT)는, 기준 횟수, 예를 들어 10회 초과인지 여부를 판단하고(S1032), 해당하지 않는 경우, 도 5f의 센서 픽셀(Spam) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)를 온 시키고, 제2 스위칭 소자(SW2)를 오프시킬 수 있다(S1034).
도 13b는 도 5f의 센서 픽셀(Spam) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)를 온 시키고, 제2 스위칭 소자(SW2)를 오프인 것을 예시한다. 이에 따라, 제1 스위칭 소자(SW1)에 Ipath1의 전류 패쓰가 형성될 수 있다.
한편, 제1 스위칭 소자(SW1)의 온, 제2 스위칭 소자(SW2)의 오프 이후, 3 영역(Ar3) 내의 광량 검출용 픽셀 내의 카운터(COT)는, 기준 횟수 보다 큰 제2 기준 횟수, 예를 들어 20회 초과인지 여부를 판단하고(S1035), 해당하는 경우, 도 5f의 센서 픽셀(Spam) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)를 오프 시키고, 제2 스위칭 소자(SW2)를 온 시킬 수 있다(S1036).
도 13bc는 도 5f의 센서 픽셀(Spam) 내의 제1 스위칭 소자(SW1)를 오프 시키고, 제2 스위칭 소자(SW2)를 온 시킨 것을 예시한다. 이에 따라, 제2 스위칭 소자(SW2)에 Ipath2의 전류 패쓰가 형성될 수 있다.
도 14는 도 4의 이미지 센서의 내부 회로도의 또 다른 예이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(PACb)는, 광량 검출용 픽셀(Spb), 레벨 결정부(LCU), 및 센서 픽셀(Spam)을 구비할 수 있다.
광량 검출용 픽셀(Spb)은, 도 6a 또는 도 6b의 광량 검출용 픽셀에 대응할 수 있으며, 레벨 결정부(LCU)는, 도 6a 또는 도 6b의 레벨 결정부에 대응할 수 있다.
한편, 센서 픽셀(Spam)은, 도 6a 또는 도 6b와 달리, 도 5f의 센서 픽셀에 대응할 수 있다.
이에 따라, 센서 픽셀(Spam)은, 도 5e에 비해, 복수의 스위칭 소자(SW1,SW2)와 복수의 커패시터(C1,C2)를 구비하므로, 광량 증가에 따른, 포화를 저감할 수 있게 된다.
특히, 광량 증가에 따라, 복수의 스위칭 소자(SW1,SW2)의 온 타이밍이 증가하더라도, 한 프레임 내에서, 포토 다이오드 양단의 전압에 포화가 저감되므로, 감도를 더 낮출 수 있게 된다.
결국, 한 프레임 내에서, 다양한 감도 설정, 다양한 다이나믹 레인지, 다양한 컨버젼 게인 등의 구현이 가능하게 된다. 따라서, 한 프레임 내에서 하이 다이나믹 레인지를 구현할 수 있게 된다.
한편, 도 4 내지 도 16에서 설명한 이미지 센서는, 도 2의 이동 단말기(100), 차량, TV, 드론, 로봇, 로봇 청소기, 출입문 등의 카메라 장치 내에 채용 가능하며, 결국 다양한 전자 기기에 채용 가능하다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 영역의 제1 광량을 검출하는 제1 광량 검출용 픽셀;
    상기 제1 영역의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제1 센서 픽셀;
    제2 영역의 제2 광량을 검출하는 제2 광량 검출용 픽셀;
    상기 제2 영역의 광을 전기 신호로 변환하여 픽셀 데이터를 출력하는 제2 센서 픽셀;을 포함하며,
    상기 제1 센서 픽셀의 다이나믹 레인지와, 상기 제2 센서 픽셀의 다이나믹 레인지가 다른 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서 픽셀의 컨버젼 게인(conversion gain)과, 상기 제2 센서 픽셀의 컨버젼 게인이 다른 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서 픽셀의 감도와, 상기 제2 센서 픽셀의 감도가 다른 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기와, 상기 제2 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기가 다른 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광량이 상기 제1 광량 보다 큰 경우, 상기 제2 센서 픽셀의 다이나믹 레인지가 상기 제1 센서 픽셀의 다이나믹 레인지 보다 작은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 광량이 상기 제1 광량 보다 큰 경우,
    상기 제2 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기의 크기 보다, 상기 제1 센서 픽셀 내의 포토 다이오드 양단의 전압 변화 기울기의 크기가 더 작은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광량 검출용 픽셀로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여 제1 기준 레벨을 결정하는 제1 기준 레벨 결정부;
    상기 제2 광량 검출용 픽셀로부터의 픽셀 신호 또는 카운트 값에 기초하여 제2 기준 레벨을 결정하는 제2 기준 레벨 결정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 센서 픽셀은,
    상기 제1 기준 레벨 결정부에서 결정된 제1 기준 레벨에 따라, 상기 제1 센서 픽셀의 다이나믹 레인지를 가변하며,
    상기 제2 센서 픽셀은,
    상기 제2 기준 레벨 결정부에서 결정된 제2 기준 레벨에 따라, 상기 제2 센서 픽셀의 다이나믹 레인지를 가변하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 센서 픽셀은,
    상기 제1 기준 레벨 결정부에서 결정된 제1 기준 레벨에 따라, 상기 제1 센서 픽셀의 감도를 가변하며,
    상기 제2 센서 픽셀은,
    상기 제2 기준 레벨 결정부에서 결정된 제2 기준 레벨에 따라, 상기 제2 센서 픽셀의 감도를 가변하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광량 검출용 픽셀은,
    광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드;
    상기 포토 다이오드의 양단과 기준 전압에 기초하여 펄스 신호를 출력하는 비교기;
    상기 비교기로부터의 펄스 신호의 펄스의 개수를 카운트하는 카운터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 광량 검출용 픽셀은,
    상기 포토 다이오드의 양단의 전압을 리셋하는 리셋 스위칭 소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 광량 검출용 픽셀은,
    상기 비교기의 출력을 피드백하여 피드백 신호를 상기 리셋 스위칭 소자에 출력하는 피드백 회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 센서 픽셀은,
    광을 전기 신호로 변환하는 제2 포토 다이오드;
    상기 제1 기준 레벨 결정부로부터의 신호에 기초하여 스위칭을 수행하는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 일단에 일단이 접속되는 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 센서 픽셀은,
    상기 스위칭 소자의 타단에 일단이 접속되는 리셋 스위칭 소자;
    상기 리셋 스위칭 소자의 타단에 일단이 접속되는 제1 출력 스위칭 소자;
    상기 제1 출력 스위칭 소자에 일단이 접속되는 제2 출력 스위칭 소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  15. 광을 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드;
    외부로부터의 게인 변경 신호에 기초하여, 턴 온되거나 턴 오프되는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자의 일단에 일단이 접속되는 커패시터;를 포함하며,
    상기 스위칭 소자는,
    제1 프레임 구간 중 제1 시점까지 턴 오프되며, 외부로부터의 게인 변경 신호에 기초하여, 상기 제1 프레임 구간 중 상기 제1 시점 부터 제2 시점까지 턴 온되는 스위칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 시점 이전에, 상기 포토 다이오드의 전압 변화 기울기는 제1 기울기이며, 상기 제1 시점 부터 상기 제2 시점까지의 상기 포토 다이오드의 전압 변화 기울기는, 상기 제1 기울기 보다 변화율이 더 작은 제2 기울기인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  17. 제15항에 있어서,
    광을 전기 신호로 변환하는 제2 포토 다이오드;
    상기 제2 포토 다이오드의 양단과 기준 전압에 기초하여 펄스 신호를 출력하는 비교기;
    상기 비교기로부터의 펄스 신호의 펄스의 개수를 카운트하는 카운터;를 더 포함하고,
    상기 제2 포토 다이오드에 입사되는 광의 광량이 커질수록, 상기 비교기에서 출력되는 펄스 신호의 펄스 간격이 작아지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 카운터로부터의 카운트 값이 소정치 이상인 경우, 상기 게인 변경 신호를 출력하는 기준 레벨 결정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 이미지 센서를 포함하는 카메라 장치.
  20. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 이미지 센서를 구비하는 전자 기기.
KR1020227005852A 2019-11-01 2019-11-01 이미지 센서, 및 이를 구비하는 카메라, 전자 기기 KR20220092488A (ko)

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