KR20240097591A

KR20240097591A - 이미지 처리 장치 및 이의 동작 방법

Info

Publication number: KR20240097591A
Application number: KR1020220179809A
Authority: KR
Inventors: 조용준; 강선율; 정연환
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2022-12-20
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2024-06-27
Also published as: CN118233774A; US20240205566A1

Abstract

본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 이미지 센서에 있어서, 복수의 로우(row)들 및 복수의 칼럼(column)들로 배치되는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이로 제어 신호들을 전송하는 로우 드라이버; 및 상기 픽셀 어레이로부터 픽셀 신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 ADC 어레이를 포함하고, 상기 로우 드라이버는, 제1 주기 동안 상기 복수의 로우들 중 제1 로우에 배치된 제1 픽셀 그룹, 및 상기 복수의 로우들 중 제2 로우에 배치된 제2 픽셀 그룹이 픽셀 신호들을 출력하도록 제어 신호를 전송하고, 제2 주기 동안 상기 제1 로우에 배치된 제3 픽셀 그룹 및 상기 제2 로우에 배치된 제4 픽셀 그룹이 픽셀 신호들을 출력하도록 제어 신호를 전송할 수 있다.

Description

이미지 처리 장치 및 이의 동작 방법{AN IMAGE PROCESSING DEVICE AND METHOD OF OPERATION THEREOF}

본 개시의 기술적 사상은 이미지 처리 장치에 관한 것으로서, 자세하게는 이미지 데이터에서 발생하는 노이즈를 감소시키기 위한 이미지 처리 장치에 관한 것이다.

이미지 처리 장치는 대상물의 2차원적 또는 3차원적 이미지를 캡처하는 장치로서 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이미지 처리 장치는 대상물로부터 반사되는 빛의 세기에 따라 반응하는 광전 변환 소자를 이용해 대상물의 이미지를 생성한다. CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 기술이 발전하면서, CMOS를 이용한 CMOS 이미지 센서가 널리 사용되고 있다.

최근 이미지 처리 장치가 다양한 장치에 탑재되면서, 저조도 및 고조도에서 신호 대 노이즈 잡음 비(SNR)의 특성이 향상되는 이미지 처리 장치가 요구된다. 특히 이미지 처리 장치의 픽셀 어레이는 동일한 로우의 픽셀을 동시에 리드아웃(readout)되어 출력됨으로써 해당 시점에 발생한 일시적 잡음에 의한 가로줄 노이즈에 매우 취약한 문제점이 있다.

본 개시의 기술적 사상이 해결하려는 과제는, 로우 드라이버를 통해 픽셀 어레이에서 픽셀 신호가 리드아웃 되는 시점을 제어함으로써 가로줄 노이즈를 개선하고 향상된 신호 대 잡음비를 갖는 이미지 데이터를 생성하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공하는데 있다.

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

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 일측면에 따른 이미지 센서에 있어서, 복수의 로우(row)들 및 복수의 칼럼(column)들로 배치되는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이로 제어 신호들을 전송하는 로우 드라이버; 및 상기 픽셀 어레이로부터 픽셀 신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 ADC 어레이를 포함하고, 상기 로우 드라이버는, 제1 주기 동안 상기 복수의 로우들 중 제1 로우에 배치된 제1 픽셀 그룹, 및 상기 복수의 로우들 중 제2 로우에 배치된 제2 픽셀 그룹이 픽셀 신호들을 출력하도록 제어 신호를 전송하고, 제2 주기 동안 상기 제1 로우에 배치된 제3 픽셀 그룹 및 상기 제2 로우에 배치된 제4 픽셀 그룹이 픽셀 신호들을 출력하도록 제어 신호를 전송할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 일측면에 따른 이미지 센서의 동작 방법에 있어서, 제1 주기 동안 상기 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 로우들 중 제1 로우에 배치된 제1 픽셀 그룹, 및 상기 복수의 로우들 중 제2 로우에 배치된 제2 픽셀 그룹이 픽셀 신호들을 출력하는 단계, 및 제2 주기 동안 상기 제1 로우에 배치된 제3 픽셀 그룹 및 상기 제2 로우에 배치된 제4 픽셀 그룹이 픽셀 신호들을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 일측면에 따른 이미지 센서에 있어서, 복수의 로우(row)들 및 복수의 칼럼(column)들로 배치되는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 상기 픽셀 어레이로 제어 신호들을 전송하는 로우 드라이버; 및 상기 픽셀 어레이로부터 픽셀 신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 ADC 어레이를 포함하고, 상기 로우 드라이버는 하나의 리드아웃(readout) 주기 동안 상기 픽셀 어레이의 적어도 2개 이상의 픽셀 그룹들의 픽셀 신호들을 출력하도록 상기 적어도 2개 이상의 픽셀 그룹들로 제어 신호를 전송 하도록 구성되고, 상기 적어도 2개 이상의 픽셀 그룹들 각각은 상기 픽셀 어레이에서 인접한 위치의 서로 다른 로우들에 포함되도록 구성될 수 있다.

본 개시의 기술적 사상의 이미지 센서에 따르면, 생성된 이미지 데이터로부터 가로줄 노이즈의 영향을 최소화시킴으로써, SNR 특성이 향상되어 이미지 데이터의 화질이 향상되고 이미지 센서의 HDR(high dymamic range) 성능이 향상될 수 있다.

본 개시의 예시적 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 이하의 기재로부터 본 개시의 예시적 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 아니한 효과들 역시 본 개시의 예시적 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.

도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a는 비교 예에 따른 픽셀 어레이들에 대한 리드아웃 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이의 로우들에 대한 리드아웃 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 따른 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 픽셀 어레이에 대한 회로도이다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 픽셀 어레이에 대한 회로도이다.
도 8b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 픽셀 어레이에서 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위한 타이밍도이다.
도 8c는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 픽셀 어레이의 픽셀들에 대한 리드아웃 동작을 도시한 도면이다.
도 9a는 본 개시의 예시적인 다른 실시예에 따른 픽셀 어레이에서 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위한 타이밍도이다.
도 9b는 본 개시의 예시적인 다른 실시예에 따른 픽셀 어레이의 픽셀들에 대한 리드아웃 동작을 도시한 도면이다.
도 10는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서가 적용된 전자 장치를 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서(100)를 나타내는 블록도이다.

본 개시의 실시예에 따른 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)) 기기, 가전 기기, 태블릿 PC(Personal Computer), PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable Multimedia Player), 네비게이션(navigation), 드론(drone), 첨단 운전자 보조 시스템(Advanced Drivers Assistance System; ADAS) 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.

도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(110), 로우 드라이버(Row Driver, 120), 램프 신호 생성기(Ramp Signal Generator, 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 처리를 위한 신호 프로세서(170)를 더 포함할 수 있다.

픽셀 어레이(110)는 복수의 로우 라인(RL), 및 복수의 컬럼 라인(CL)과 접속되며, 행열로 배열된 복수의 픽셀(PX)을 포함한다. 복수의 픽셀(PX)은 APS(active pixel sensor)일 수 있다.

복수의 픽셀(PX) 각각은 적어도 하나의 광전 변환 소자를 포함할 수 있으며, 픽셀(PX)은 광전 변환 소자를 이용하여 빛을 감지하고, 감지된 빛에 따른 전기적 신호인 이미지 신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 광전 변환 소자는 포토(photo) 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photodiode) 등을 포함할 수 있다.

복수의 픽셀(PX) 각각은 특정 스펙트럼 영역의 빛을 감지할 수 있다. 예를 들어, 복수의 픽셀(PX)은 레드(red) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하는 레드 픽셀, 그린(green) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 그린 픽셀, 및 블루(blue) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 블루 픽셀을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 복수의 픽셀은 화이트 픽셀을 더 포함할 수 있다. 다른 예로서, 복수의 픽셀은 다른 색 구성으로 조합된 픽셀들, 예컨대 옐로우(Yellow) 픽셀, 사이언(Cyan) 픽셀 및 그린 픽셀을 포함할 수도 있다.

복수의 픽셀(PX) 상부에는 특정 스펙트럼 영역의 빛을 투과시키기 위한 컬러 필터 어레이가 배치될 수 있으며, 복수의 픽셀 각각의 상부에 배치된 컬러 필터에 따라 해당 픽셀이 감지할 수 있는 색상이 결정될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 실시예에 있어서, 특정 광전 변환 소자의 경우, 광전 변환 소자에 인가되는 전기 신호의 레벨에 따라서, 특정 파장대역의 빛을 전기적 신호로 변환할 수도 있다.

로우 드라이버(120)는 픽셀 어레이(110)를 로우(row) 단위로 구동한다. 로우 드라이버(120)는 타이밍 컨트롤러(160)로부터 수신되는 로우 제어 신호(예컨대, 어드레스 신호)를 디코딩하고, 디코딩된 로우 제어 신호에 응답하여 픽셀 어레이(110)를 구성하는 로우 라인들 중에서 적어도 어느 하나의 로우 라인을 선택할 수 있다. 예컨대, 로우 드라이버(120)는 복수의 로우 중 하나를 선택하는 선택 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 픽셀 어레이(110)는 로우 드라이버(120)로부터 제공된 선택 신호에 의해 선택되는 로우(row)로부터 픽셀 신호, 예컨대 픽셀 전압을 출력한다. 픽셀 신호는 리셋 신호와 이미지 신호를 포함할 수 있다.

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 대응하는 칼럼 라인(CL)을 통해 출력할 수 있다. 도 1에서는 동일한 로우에 배치된 픽셀(PX)들은 동일한 로우 라인(RL)에 연결되는 것으로 도시되었으나, 본 개시는 이에 한정되지는 않는다. 또한, 도 1에서는 동일한 칼럼에 배치된 픽셀(PX)들은 동일한 칼럼 라인(CL)에 연결되는 것으로 도시되었으나, 본 개시는 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에서 로우 드라이버(120)는 픽셀 어레이(110)를 리드아웃 하기 위한 제1 주기 동안 픽셀 어레이(110)의 제1 로우에 배치된 제1 픽셀 그룹 및 픽셀 어레이(110)의 제2 로우에 배치된 제2 픽셀 그룹의 픽셀 신호를 출력하기 위한 제어 신호를 픽셀 어레이(110)로 전송할 수 있다.

또한, 로우 드라이버(120)는 픽셀 어레이(110)를 리드아웃 하기 위한 제2 주기 동안 픽셀 어레이(110)의 제1 로우에 배치된 제3 픽셀 그룹 및 픽셀 어레이(110)의 제2 로우에 배치된 제4 픽셀 그룹의 픽셀 신호를 출력하기 위한 제어 신호를 픽셀 어레이(110)로 전송할 수 있다. 제1 픽셀 그룹 및 제3 픽셀 그룹은 서로 상이한 픽셀(PX)들을 포함할 수 있고, 제2 픽셀 그룹 및 제4 픽셀 그룹은 서로 상이한 픽셀(PX)들을 포함할 수 있다.

이에 따라, 픽셀 어레이(110)의 복수의 로우들(예: 제1 로우 및 제2 로우)은 도 3b, 8c, 9b를 참조하여 후술되는 바와 같이 동일한 로우의 픽셀에서 시점을 달리하여 리드아웃(readout) 될 수 있다.

램프 신호 생성기(130)는 타이밍 컨트롤러(160)의 제어에 따라 소정의 기울기로 레벨이 상승 또는 하강하는 램프 신호(예컨대 램프 전압, RAMP)를 생성하여 램프 신호(RAMP)를 ADC 회로(140)에 구비되는 복수의 비교기들(141)에 각각 제공할 수 있다.

ADC 회로(140)는 복수의 비교기들(141) 및 복수의 카운터 회로(142)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 컬럼 라인(CL) 각각을 통해 수신되는 각 픽셀 신호는 복수의 비교기들(141) 및 카운터 회로(142)에 의하여, 디지털 신호인 픽셀 값으로 변환된다.

복수의 비교기들(141)은 컬럼 라인(CL)을 통해 수신되는 픽셀 신호, 예컨대 픽셀 전압을 램프 신호(RAMP)와 비교하고, 비교 결과를 비교 결과 신호로서 출력할 수 있다.

예를 들어, 복수의 비교기들(141)은 램프 신호(RAMP)의 레벨과 픽셀 신호의 레벨이 동일할 때, 제1 레벨(예컨대 로직 하이)에서 제2 레벨(예컨대 로직 로우)로 천이하는 비교 신호를 출력할 수 있다. 비교 신호의 레벨이 천이되는 시점은 픽셀 신호의 레벨에 따라 결정될 수 있다.

복수의 비교기들(141)은 복수의 CDS(Correlated Double Sampling) 회로일 수 있다. CDS 회로는 상관 이중 샘플링 방식에 따라 픽셀(PX)로부터 제공되는 픽셀 신호를 샘플링할 수 있다. CDS 회로는 픽셀 신호로서 수신되는 리셋 신호를 샘플링하고 리셋 신호를 램프 신호(RAMP)와 비교하여 리셋 신호에 따른 비교 신호를 생성할 수 있다. CDS 회로는 리셋 신호를 저장할 수 있다. 이후 CDS 회로는, 리셋 신호에 상관된(correlated) 이미지 신호를 샘플링하고, 이미지 신호와 램프 신호(RAMP)를 비교하여 이미지 신호에 따른 비교 신호를 생성할 수 있다.

CDS 회로는 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling; CDS) 방식에 따라 픽셀(PX)로부터 제공되는 픽셀 신호를 샘플링 및 홀드할 수 있으며, 특정한 노이즈의 레벨, 예컨대 리셋 레벨과 이미지 신호 레벨을 이중으로 샘플링할 수 있다. CDS 회로는 리셋 레벨에 대응하는 비교 결과 신호 및 이미지 신호 레벨에 대응하는 비교 결과 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 리셋 레벨을 리드아웃한 후 이미지 신호 레벨을 리드아웃할 수도 있고, 또는, 이미지 신호 레벨을 리드아웃한 후 리셋 레벨을 리드아웃할 수도 있다.

카운터 회로(142)는 복수의 비교기들(141)로부터 출력되는 비교 결과 신호의 레벨 천이 시점을 카운트하고, 카운트 값을 출력할 수 있다. 실시예에 있어서, 카운터 회로(142)는 래치 회로 및 연산 회로를 포함할 수 있다.

데이터 출력 회로(150)는 ADC 회로(140)로부터 출력된 픽셀 값을 임시 저장한 후 출력할 수 있다. 데이터 출력 회로(150)는 복수의 컬럼 메모리(151), 및 컬럼 디코더(152)를 포함할 수 있다. 컬럼 메모리(151)는 카운터 회로(142)로부터 수신되는 픽셀 값을 저장한다. 실시예에 있어서, 복수의 컬럼 메모리(151) 각각은 카운터 회로(142)에 구비될 수도 있다. 복수의 컬럼 메모리(151)에 저장된 복수의 픽셀 값은 컬럼 디코더(152)의 제어 하에 이미지 데이터(IDTA)로서 출력될 수 있다.

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.

신호 프로세서(170)는 이미지 데이터에 대하여 노이즈 저감 처리, 게인 조정, 파형 정형화 처리, 보간 처리, 화이트밸런스 처리, 감마 처리, 에지 강조 처리, 비닝 등과 같은 다양한 신호 처리를 수행할 수 있다.

예를 들어, 신호 프로세서(160)는 수신되는 이미지 데이터에 대하여, 화질 보상, 비닝, 다운 사이징 등의 신호 처리를 수행할 수 있으며, 화질 보상은 예를 들어, 블랙 레벨 보상, 렌즈 쉐이딩 보상, 크로스 토크 보상 및 배드 픽셀 보정 등의 신호 처리를 포함할 수 있다.

도 1에서는 신호 프로세서(170)가 이미지 센서(100)에 포함된 구성으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며 신호 프로세서(170)는 이미지 센서(100) 외부 프로세서에 구비될 수도 있다. 일 실시예에서 신호 프로세서(170)는 복수의 디지털 신호들에 기초하여 최종 디지털 신호를 생성할 수 있다. 예시적으로, 신호 프로세서(170)는 복수의 디지털 신호들의 이진 값들에 대한 평균 연산을 수행할 수 있고, 디지털 신호들의 평균값을 최종 디지털 신호로 생성할 수 있다.

신호 프로세서(170)에서 출력되는 이미지 데이터는 외부 프로세서로 전송될 수 있다. 예를 들어, 외부 프로세서는 이미지 센서(100)가 탑재되는 전자 장치의 호스트 프로세서일 수 있다.

예를 들어, 외부 프로세서는, 모바일 단말의 어플리케이션 프로세서일 수 있다. 이미지 센서(100)는 설정된 인터페이스, 예컨대 MIPI(Mobile Industry Processor Interface)에 기반한 데이터 통신 방식에 따라 이미지 데이터를 외부 프로세서로 전송할 수 있다.

도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서의 구성을 나타내는 블록도(200)이다.

상세하게는, 도 2는 도 1의 이미지 센서(100)의 로우 드라이버(120)의 내부 구성을 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다. 도 2의 로우 드라이버(210)는 도 1의 로우 드라이버(120)에 대응하고, 도 2의 픽셀 어레이(220)는 도 1의 픽셀 어레이(110)에 대응하고, 도 2의 ADC 어레이(230)는 도 1의 ADC 어레이(140)에 대응할 수 있다.

도 2를 참조하면, 로우 드라이버(210)는 제어 로직(211)과 드라이버 어레이(212)를 포함하고, 픽셀 어레이(220)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서 로우 드라이버(210)의 제어 로직(211)은 이미지 센서의 다른 모듈(예: 타이밍 컨트롤러)로부터 수신되는 픽셀 어레이(220)에 대한 제어 신호(TG_INPUT) 및 픽셀 어레이(220)에 대한 부수적인 제어 신호인 동작 신호(RD_OPTION)를 수신할 수 있다.

예를 들어, 제어 신호(TG_INPUT)는 픽셀 어레이(220)에 포함된 복수의 로우들 각각의 주소(address) 신호, 및 픽셀 어레이(220)에 연결된 복수의 로우들 각각에 제공되는 전송 신호(TG), 리셋 신호(RST), 및 선택 신호(SEL)에 대한 제어 신호를 포함할 수 있다.

예를 들어, 동작 신호(RD_OPTION)는 사용자에 의해 선택된 옵션 또는 장치의 알고리즘에 따라 픽셀 어레이(220)에 포함된 복수의 로우들 각각에 대해 턴-온(turn-on) 여부를 부가적으로 지시하는 신호(예: 온/오프 신호)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서 제어 로직(211)은 제어 신호(TG_INPUT)를 이용하여 대상(target) 로우를 제어하기 위한 기본 제어 신호를 생성하여 드라이버 어레이(212)를 통해 픽셀 어레이(220)에 전송할 수 있다. 제어 로직(211)은 생성된 기본 제어 신호를 나머지 로우들에도 순차적으로 적용시켜 전체 픽셀 어레이(220)의 동작을 제어할 수 있다.

일 실시예에서 대상(target) 로우에 대한 동작 신호(RD_OPTION)가 오프(off) 신호인 경우, 제어 로직(211)은 제어 신호(TG_INPUT)에도 불구하고 대상 로우를 오프 시키도록 드라이버 어레이(212)를 통해 픽셀 어레이(220)를 제어할 수 있다.

로우 드라이버(210)의 드라이버 어레이(212)는 제어 로직(211) 및 픽셀 어레이(220)와 전기적으로 연결된 모듈로서, 제어 로직(211)으로부터 수신된 기본 제어 신호를 복제하여 주기마다 시프팅(shifting) 시킴으로써 픽셀 어레이(220)에 포함된 복수의 로우들 각각에 대응하는 제어 신호를 생성하여 픽셀 어레이(220)로 송신할 수 있다. 이때, 드라이버 어레이(212)에 포함된 복수의 로우들의 개수는 픽셀 어레이(220)의 포함된 복수의 로우들의 개수에 대응할 수 있다.

예를 들어, 픽셀 어레이(220)의 대상 로우로서 2n-1 번째 로우가 선택된 경우, 로우 드라이버(210)의 제어 로직(211)은 2n-1 번째 로우에 대한 주소 및 해당 로우에 대한 제어 정보를 매핑 시킨 기본 제어 신호(TG_2n-1, RST_2n-1, SEL_2n-1)를 드라이버 어레이(212)로 송신하고, 드라이버 어레이(212)는 수신된 기본 제어 신호(TG_2n-1, RST_2n-1, SEL_2n-1)를 복제하여 주기마다 시프팅시킴으로써 픽셀 어레이(220)에 포함된 복수의 로우들 중에서 2n-1 번째 로우와 관련된 로우들에 대응하는 제어 신호를 물리적으로 생성하여 픽셀 어레이(220)로 전송할 수 있다.

예를 들어, 픽셀 어레이(220)의 대상 로우로서 2n 번째 로우가 선택된 경우, 로우 드라이버(210)의 제어 로직(211)은 2n 번째 로우에 대한 주소 및 해당 로우에 대한 제어 정보를 매핑 시킨 기본 제어 신호(TG_2n, RST_2n, SEL_2n)를 드라이버 어레이(212)로 송신하고, 드라이버 어레이(212)는 수신된 기본 제어 신호(TG_2n, RST_2n, SEL_2n)를 복제하여 주기마다 시프팅시킴으로써 픽셀 어레이(220)에 포함된 복수의 로우들 중에서 2n 번째 로우와 관련된 로우들에 대응하는 제어 신호를 물리적으로 생성하여 픽셀 어레이(220)로 전송할 수 있다.

일 실시예에서 픽셀 어레이(220)는 수신된 제어 신호에 따라 선택된 로우에 대한 픽셀 신호(VOUT)를 출력하고, ADC 어레이(230)는 출력된 픽셀 신호(VOUT)를 디지털 신호로 변환할 수 있다.

도 3a는 비교 예에 따른 픽셀 어레이들에 대한 리드아웃 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 픽셀 어레이에 대한 리드아웃 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a 및 도 3b의 이미지 센서(310, 350)의 픽셀 어레이에서는 픽셀들 마다 하나의 포토 다이오드를 포함하고, 주기별로 선택된 픽셀들의 포토 다이오드에서 생성된 광전하를 픽셀 신호로 출력할 수 있다.

도 3a를 참조하면, 도 3a의 픽셀 어레이는 제1 로우(315) 및 제2 로우(325)를 포함하는 복수의 로우들에 배치되는 픽셀들을 포함할 수 있고, 픽셀 어레이의 복수의 픽셀들은 RGB 패턴 또는 베이어(bayer) 패턴으로 배치될 수 있다. 복수의 픽셀들 각각은 하나의 포토 다이오드를 포함하고, 주기(예: 리드아웃 주기)별로 선택된 로우에 포함된 전체 픽셀들의 포토 다이오드에서 생성된 광전하들을 픽셀 신호들로 출력할 수 있다.

일 실시예에서 도 3a의 이미지 센서(310)의 픽셀 어레이에서는 하나의 주기 동안 하나의 로우(row) 배치된 모든 픽셀들로부터 픽셀 신호(또는 픽셀 데이터)들이 리드아웃 될 수 있다.

도 3a의 이미지 센서(310)의 로우 드라이버는 제1 주기 동안 픽셀 어레이의 제1 로우(315)에 배치된 모든 픽셀들의 픽셀 신호를 리드아웃 하고, 제2 주기 동안 픽셀 어레이의 제2 로우(325)에 배치된 모든 픽셀들의 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위한 제어 신호를 픽셀 어레이에 송신할 수 있다.

도 3b를 참조하면, 본 개시에 따른 이미지 센서(350)의 픽셀 어레이는 제1 로우(365) 및 제2 로우(375)를 포함하는 복수의 로우들에 배치되는 픽셀들을 포함할 수 있고, 이미지 센서(350)의 픽셀 어레이의 복수의 픽셀들은 RGB 패턴 또는 베이어(bayer) 패턴으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 로우(365) 및 상기 제2 로우(375)는 픽셀 어레이 상에서 서로 인접한 로우일 수 있다.

이미지 센서(350)의 복수의 픽셀들 각각은 하나의 포토 다이오드를 포함하고, 주기별로 선택된 픽셀 그룹의 픽셀들의 포토 다이오드에서 생성된 광전하들을 픽셀 신호들로 출력할 수 있다.

일 실시예에서 도 3b의 이미지 센서(350)의 픽셀 어레이에서는 하나의 주기 동안 적어도 2개의 로우들에 포함된 픽셀 그룹들의 픽셀 신호(또는 픽셀 데이터)들이 리드아웃 될 수 있다.

일 실시예에서 도 3b의 이미지 센서(350)의 로우 드라이버는 제1 주기 동안 픽셀 어레이의 제1 로우(365)에 배치된 제1 픽셀 그룹(371)의 픽셀 신호 및 제2 로우(375)에 배치된 제2 픽셀 그룹(372)의 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위한 제어 신호를 픽셀 어레이로 전송할 수 있다. 예를 들어, 제1 주기 동안 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위해, 이미지 센서(350)의 로우 드라이버는 상기 제1 로우(365)의 상기 제1 픽셀 그룹(371)의 픽셀들 및 상기 제2 로우(375)의 상기 제2 픽셀 그룹(372)에 포함된 픽셀들에게 동일한 선택 신호 및 전송 신호를 송신할 수 있다.

일 실시예에서 도 3b의 이미지 센서(350)의 로우 드라이버는 제2 주기 동안 픽셀 어레이의 제1 로우(365)에 배치된 제3 픽셀 그룹(374)의 픽셀 신호 및 제2 로우(375)에 배치된 제4 픽셀 그룹(373)의 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위한 제어 신호를 픽셀 어레이로 전송할 수 있다. 예를 들어, 제2 주기 동안 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위해, 이미지 센서(350)의 로우 드라이버는 상기 제1 로우(365)의 상기 제3 픽셀 그룹(374)의 픽셀들 및 상기 제2 로우(375)의 상기 제4 픽셀 그룹(373)에 포함된 픽셀들에게 동일한 선택 신호 및 전송 신호를 송신할 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이에서 제1 픽셀 그룹(371) 및 제3 픽셀 그룹(374)은 제1 로우(365)에서 서로 인접하게 배치되는 2개의 픽셀들(예: 제1 로우(365)의 Gr 픽셀과 R 픽셀)을 포함할 수 있고, 제2 픽셀 그룹(372) 및 제4 픽셀 그룹(373)은 제2 로우(375)에서 서로 인접하게 배치되는 2개의 픽셀들(예: 제2 로우(375)의 B 픽셀과 Gb 픽셀)을 포함할 수 있다.

도 3a에 도시된 비교 예의 이미지 센서(310)는 하나의 주기 동안 하나의 로우에 포함된 모든 픽셀들이 동시에 리드아웃 됨에 따라, 상기 특정 리드아웃 타이밍에 발생한 노이즈는 상기 하나의 로우 전체의 공통된 가로줄 노이즈로 출력 데이터(예: 이미지 데이터)에 나타날 수 있다. 반면에, 도 3b에 도시된 본 개시에 따른 이미지 센서(350)는 하나의 로우에 포함된 픽셀들이 복수의 픽셀 그룹들로 나눠져 복수의 주기 동안 리드아웃 됨에 따라, 특정 리드아웃 타이밍에 발생한 노이즈를 분산시킬 수 있고, 분산된 노이즈로 인해 출력 데이터에서의 가로줄 노이즈를 감소시켜 출력 데이터의 해상도를 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 따른 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위한 타이밍도(400)이다. 도 5는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 픽셀 어레이(450)에 대한 회로도이다.

상세하게는 도 4는 도 5의 픽셀 어레이의 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위해 도 5의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀들(예를 들어, 도 5의 제1 픽셀(411) 내지 제8 픽셀(424)) 각각에 인가되는 제어 신호들에 대한 타이밍도(400)이다. 도 5는 도 4의 픽셀 어레이에서 픽셀 신호들을 리드아웃 하기위한 제어 신호들의 타이밍도에 기초하여, 상기 제어 신호들이 인가되는 픽셀 어레이(450)의 회로도를 도시한다.

도 4의 제어 신호들은 로우 드라이버로부터 픽셀 어레이(예: 제2n-1 선택 신호(SEL_(2n-1)), 또는 제2n 선택 신호(SEL_2n))로 송신되고, 선택 신호(예: SEL_(2n-1), SEL_2n) 및 전송 신호(예: 제2n-1 전송 신호(TG_(2n-1)), 또는 제2n 전송 신호(TG_2n))를 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 4의 선택 신호는 도 5의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀들 중에서 리드아웃 될 픽셀들(또는 픽셀 그룹)의 선택 트랜지스터(SX)에 인가될 수 있다.

예를 들어, 도 4의 전송 신호는 상기 선택된 픽셀들(또는 픽셀 그룹)의 포토 다이오드(photo diode, PD)에서 모인 광전하를 상기 픽셀들(또는 픽셀 그룹)의 플로팅 확산 영역(floating diffusion)으로 전송하기 위한 제어 신호로서, 상기 선택된 픽셀들(또는 픽셀 그룹)의 전송 트랜지스터(TX)에 인가될 수 있다. 이때, 플로팅 확산 영역은 픽셀 내 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX) 및 소스 팔로워(SF) 사이에 배치될 수 있으며, 이에 한정되지 않는 다양한 위치에 배치될 수 있다.

도 4에서는 픽셀 어레이의 픽셀 신호들을 리드아웃 하기 위한 주기가 제1 주기 및 제2 주기로 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며 본 개시의 실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이의 구성 또는 사용자 설정에 따라 다양한 주기에 기초하여 픽셀 어레이의 픽셀 신호를 리드아웃 할 수 있다.

도 5를 참조하면, 픽셀 어레이(450)는 제1 로우(410) 및 제2 로우(420)에 배치되는 복수의 픽셀들(411~414, 421~424)를 포함할 수 있고, 제1 로우(410)에는 제1 픽셀(411) 내지 제4 픽셀(414)이 배치될 수 있고, 제2 로우(420)에는 제5 픽셀(421) 내지 제8 픽셀(424)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 로우(410) 및 제2 로우(420)는 픽셀 어레이 내에서 서로 인접한 로우들 일 수 있다.

픽셀 어레이(450)에 포함된 픽셀들(예: 제1 픽셀(411) 내지 제8 픽셀(424)) 각각은 포토 다이오드(PD), 전송 트랜지스터(TX), 플로팅 확산 영역, 리셋 트랜지스터(RX), 소스 팔로워(SF), 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 포토 다이오드(PD)는 집적 시간(integration time) 동안 빛을 흡수하여 광전류를 발생시키고, 로우 드라이버의 제어 신호(예: 제2n-1 전송 신호(TG_(2n-1)), 또는 제2n 전송 신호(TG_2n))에 따라 포토 다이오드(PD)의 광전하(또는 광전류)는 플로팅 확산 영역으로 이동 후 소스 팔로워(SF)에서 증폭될 수 있고, 선택 트랜지스터(SX)에서 로우 드라이버의 제어 신호(예: 제2n-1 선택 신호(SEL_(2n-1)), 또는 제2n 선택 신호(SEL_2n))를 수신함에 따라 증폭된 광전하의 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력신호(VOUT)으로 출력할 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 확산 영역에 저장된 광전하를 초기화 시킬 수 있다. 여기서, 집적 시간은 빛의 세기를 감지하기 위하여 포토 다이오드에 빛이 입사되는 시간을 의미할 수 있다.

일 실시예에서 도 5의 픽셀 어레이의 제1 로우(410)의 제1 픽셀(411), 제2 픽셀(412), 및 제2 로우(420)의 제7 픽셀(423), 제8 픽셀(424)에는 로우 드라이버에 의해 동일한 제2n-1 선택 신호(SEL_(2n-1)) 및 동일한 제2n-1 전송 신호(TG_(2n-1))가 인가될 수 있다.

일 실시예에서 도 5의 픽셀 어레이의 제1 로우(410)의 제1 픽셀(411), 제2 픽셀(412), 및 제2 로우(420)의 제7 픽셀(423), 제8 픽셀(424)은 동일한 제1 주기 동안 함께 리드아웃 되므로 각 로우마다 하나의 픽셀 그룹으로 그룹핑(grouping)되어 제1 로우(410)의 제1 픽셀(411), 제2 픽셀(412)은 제1 픽셀 그룹을 형성하고, 제2 로우(420)의 제7 픽셀(423), 제8 픽셀(424)은 제2 픽셀 그룹을형성할 수 있다.

예를 들어, 도 4에서 제1 주기 동안 제2n-1 전송 신호(TG_(2n-1))이 온(on) 됨에 따라, 도 5의 픽셀 어레이의 제1 로우(410)의 제1 픽셀(411), 제2 픽셀(412) 및 2 로우(420)의 제7 픽셀(423), 제8 픽셀(424) 각각은 포토 다이오드(PD)에 저장된 전하를 플로팅 확산 영역로 전송할 수 있다.

또한, 도 4에서 제1 주기 동안 제2n-1 선택 신호(SEL_(2n-1))이 온(on) 됨에 따라, 도 5의 픽셀 어레이의 제1 로우(410)의 제1 픽셀(411), 제2 픽셀(412) 및 2 로우(420)의 제7 픽셀(423), 제8 픽셀(424) 각각은 플로팅 확산 영역에 저장된 전하의 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력 신호(VOUT)로서 ADC 어레이로 출력할 수 있다.

일 실시예에서 도 5의 픽셀 어레이의 제1 로우(410)의 제3 픽셀(413), 제4 픽셀(414), 및 제2 로우(420)의 제5 픽셀(421), 제6 픽셀(422)에는 로우 드라이버에 의해 동일한 제2n 선택 신호(SEL_2n) 및 동일한 제2n 전송 신호(TG_2n)이 인가될 수 있다.

일 실시예에서 도 5의 픽셀 어레이의 제1 로우(410)의 제3 픽셀(413), 제4 픽셀(414), 및 제2 로우(420)의 제5 픽셀(421), 제6 픽셀(422)은 동일한 제2 주기 동안 함께 리드아웃 되므로 각 로우 마다 하나의 픽셀 그룹으로 그룹핑(grouping)되어 제1 로우(410)의 제3 픽셀(413), 제4 픽셀(414)은 제3 픽셀 그룹을 형성하고, 제2 로우(420)의 제5 픽셀(421), 제6 픽셀(422)은 제4 픽셀 그룹을 형성할 수 있다.

예를 들어, 도 4에서 제2 주기 동안 제2n 전송 신호(TG_2n)이 온(on) 됨에 따라, 도 5의 픽셀 어레이의 제1 로우(410)의 제3 픽셀(413), 제4 픽셀(414), 및 제2 로우(420)의 제5 픽셀(421), 제6 픽셀(422) 각각은 포토 다이오드(PD)에 저장된 전하를 플로팅 확산 영역로 전송할 수 있다.

또한, 도 4에서 제2 주기 동안 제2n 선택 신호(SEL_2n)이 온(on) 됨에 따라, 도 5의 픽셀 어레이의 제1 로우(410)의 제3 픽셀(413), 제4 픽셀(414), 및 제2 로우(420)의 제5 픽셀(421), 제6 픽셀(422) 각각은 플로팅 확산 영역에 저장된 전하에 따른 픽셀 신호를 출력 신호(VOUT)로서 ADC 어레이로 출력할 수 있다.

도 5에서 본 개시의 실시예에 따른 픽셀 어레이에 포함된 픽셀은 하나의 포토 다이오드(PD)를 포함하는 구조로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며 본 개시의 실시예에 따른 픽셀 어레이에 포함된 픽셀은 사용 목적 및 기능에 따라 다양한 개수의 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다.

도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.

상세하게는, 도 1의 이미지 센서(100)의 로우 드라이버(120)에 의해 픽셀 어레이(110)에서 동일한 로우(row)에 포함된 픽셀(PX)들을 복수의 시점(timing)(또는 복수의 주기(period))에 나누어서 리드아웃 하기 위해 픽셀 어레이(110)를 제어하는 동작을 도시한다. 도 1의 로우 드라이버(120) 및 픽셀 어레이(110)는 도 6의 로우 드라이버 및 픽셀 어레이에 대응할 수 있다.

도 6을 참조하면, 픽셀 어레이에서 동일한 로우(row)에 포함된 픽셀(PX)들을 복수의 시기(timing)에 나누어서 리드아웃 하기 위한 제어 동작은 단계 (S610 및 S620)을 포함한다.

도 6의 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 픽셀들 각각은 도 5에서 설명된 픽셀들(411~414, 421~424)과 같이 포토 다이오드(PD), 전송 트랜지스터(TX), 플로팅 확산 영역, 리셋 트랜지스터(RX), 소스 팔로워(SF) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함하도록 구성될 수 있다.

단계 S610에서, 이미지 센서의 로우 드라이버는 제1 주기 동안 픽셀 어레이의 제1 로우에 배치된 제1 픽셀 그룹 및 픽셀 어레이의 제2 로우에 배치된 제2 픽셀 그룹이 픽셀 신호를 출력하기 위한 제어 신호를 전송할 수 있다.

일 실시예에서 픽셀 어레이의 제1 로우 및 제2 로우는 픽셀 어레이 상에서 서로 인접한 로우들 일 수 있고, 제1 픽셀 그룹은 제1 로우에서 서로 인접한 위치의 픽셀들로 구성되고, 제2 픽셀 그룹은 제2 로우에서 서로 인접한 위치의 픽셀들로 구성될 수 있다.

일 실시예에서 도 4 및 도 5에서 전술된 바와 같이, 픽셀 어레이의 제1 픽셀 그룹 및 제2 픽셀 그룹에 포함된 픽셀들은 로우 드라이버로부터 제1 주기 동안 동일한 제어 신호(예: 전송 신호(TG_(2n-1)) 및 선택 신호(SEL_(2n-1)))를 수신할 수 있다.

예를 들어, 제1 주기 동안 제1 픽셀 그룹 및 제2 픽셀 그룹은 상기 그룹들에 포함된 픽셀들의 전송 트랜지스터(TX)를 통해 동일한 전송 신호(TG_(2n-1))를 수신함에 따라, 제1 주기 동안 제1 픽셀 그룹 및 제2 픽셀 그룹에 포함된 각 픽셀들의 포토 다이오드에 모인 전하를 플로팅 확산 영역(예를 들어, 도 5의 플로팅 확산 영역)으로 전송할 수 있다.

예를 들어, 제1 주기 동안 제1 픽셀 그룹 및 제2 픽셀 그룹은 상기 그룹들에 포함된 픽셀들의 선택 트랜지스터(SX)를 통해 동일한 선택 신호(SEL_(2n-1))를 수신함에 따라, 제1 주기 동안 제1 픽셀 그룹 및 제2 픽셀 그룹에 포함된 각 픽셀들의 플로팅 확산 영역의 전압 레벨에 따른 픽셀 신호로 출력할 수 있다.

단계 S620에서, 로우 드라이버는 제2 주기 동안 픽셀 어레이의 제1 로우에 배치된 제3 픽셀 그룹 및 픽셀 어레이의 제2 로우에 배치된 제4 픽셀 그룹이 픽셀 신호를 출력하기 위한 제어 신호를 전송할 수 있다.

일 실시예에서 픽셀 어레이의 제1 로우 및 제2 로우는 픽셀 어레이 상에서 서로 인접한 로우들 일 수 있고, 제3 픽셀 그룹은 제1 로우에서 서로 인접한 위치의 픽셀들로 구성되고, 제4 픽셀 그룹은 제2 로우에서 서로 인접한 위치의 픽셀들로 구성될 수 있다.

일 실시예에서 도 4 및 도 5에서 전술된 바와 같이, 픽셀 어레이의 제3 픽셀 그룹 및 제4 픽셀 그룹에 포함된 픽셀들은 로우 드라이버로부터 제2 주기 동안 동일한 제어 신호(예: 전송 신호(TG_2n) 및 선택 신호(SEL_2n))를 수신할 수 있다.

예를 들어, 제2 주기 동안 제3 픽셀 그룹 및 제4 픽셀 그룹은 상기 그룹들에 포함된 픽셀들의 전송 트랜지스터(TX)를 통해 동일한 전송 신호(TG_2n)를 수신함에 따라, 제2 주기 동안 제3 픽셀 그룹 및 제4 픽셀 그룹에 포함된 각 픽셀들의 포토 다이오드에 모인 전하를 플로팅 확산 영역로 전송할 수 있다.

예를 들어, 제2 주기 동안 제3 픽셀 그룹 및 제4 픽셀 그룹은 상기 그룹들에 포함된 픽셀들의 선택 트랜지스터(SX)를 통해 동일한 선택 신호(SEL)를 수신함에 따라, 제2 주기 동안 제3 픽셀 그룹 및 제4 픽셀 그룹에 포함된 각 픽셀들의 플로팅 확산 영역의 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

본 개시의 실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이에서 동일한 로우에 포함된 픽셀(PX)들을 복수의 시점(또는 복수의 주기)에 나누어 리드아웃 되도록 제어함으로써, 이미지 센서의 출력 데이터에서 특정 리드아웃 시점의 노이즈가 전체 로우의 노이즈로 출력되는 가로줄 노이즈를 분산시켜 출력 데이터의 품질을 향상시킬 수 있다.

일 실시예에서 이미지 센서의 출력 데이터(예: 이미지 데이터)에서 발생되는 가로줄 노이즈(Row noise(dB))는 수학식 1에 기초하여 계산될 수 있다.

[수학식 1]

Row noise(dB) =

여기서, 는 픽셀 어레이에 연결된 복수의 로우들 각각에 배치된 픽셀들의 픽셀 신호들의 평균값들을 분산한 값의 제곱을 의미하고, N은 픽셀 어레이에 포함된 로우들의 개수를 의미하고, FSD는 픽셀 코드값에 대응할 수 있다.

예를 들어, 상기 수학식 1에 기초하여 하나의 로우에 배치된 픽셀들을 2개의 픽셀 그룹들로 나누어 2개의 리드아웃 주기에 걸쳐서 픽셀 신호들을 리드아웃 하는 경우의 가로줄 노이즈(dB)는, 하나의 로우에 배치된 픽셀들 전체를 1개의 리드아웃 주기에 리드아웃 하는 경우에 발생하는 가로줄 노이즈의 ''배로 감소할 수 있다.

도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.

상세하게는, 도 1의 이미지 센서(100)의 로우 드라이버(120)에 의해 픽셀 어레이(110)에서 동작 모드에 따라 픽셀 신호를 출력하는 동작을 도시한다. 도 1의 이미지 센서(100), 로우 드라이버(120) 및 픽셀 어레이(110)는 도 7의 이미지 센서, 로우 드라이버 및 픽셀 어레이에 대응할 수 있다.

도 7을 참조하면, 픽셀 어레이에서 동작 모드에 따라 픽셀 신호를 출력하는 동작은 단계 (S710, S720, S730)을 포함할 수 있다.

도 7의 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 픽셀들 각각은 도 8에 도시된 픽셀(예: 831-1~844-2)과 같이, 4개의 포토 다이오드(PD)들, 전송 트랜지스터(TX), 플로팅 확산 영역(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 소스 팔로워(SF) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함하도록 구성될 수 있다.

단계 S710에서, 이미지 센서는 제1 모드로 동작할지 여부를 결정할 수 있다. 이미지 센서의 동작 모드는, 픽셀 어레이에서의 수광량, 이미지 센서의 동작 주기, 또는 사용자에 의해 선택된 촬영 모드 중 어느 하나에 기초하여 결정될 수 있다.

일 실시예에서 이미지 센서의 제1 모드는 픽셀 어레이의 픽셀에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들 각각이 서로 다른 서브 픽셀들(예: 레드 컬러를 센싱하는 R 서브 픽셀, 그린 컬러를 센싱하는 Gb 서브 픽셀, 블루 컬러를 센싱하는 B 서브 픽셀, 그린 컬러를 센싱하는 Gr 서브 픽셀)로서 동작하여 서로 다른 픽셀 신호들을 출력하는 모드를 의미할 수 있다.

일 실시예에서 이미지 센서의 제2 모드는 픽셀 어레이의 픽셀에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들을 하나의 서브 픽셀 그룹으로 그룹핑(gruoping)하고, 상기 하나의 서브 픽셀 그룹에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들은 함께 하나의 픽셀로 동작하여 상기 하나의 서브 픽셀 그룹 단위로 픽셀 신호를 출력하는 모드를 의미할 수 있다.

예를 들어, 이미지 센서가 포함된 장치에서 사용자에 의해 선택된 촬영 모드가 '고해상 촬영 모드'인 경우, 이미지 센서는 주변의 광에 대한 정교한 센싱을 기반으로 이미지 데이터를 출력하기 위해 4개의 포토 다이오드(PD)들 각각이 하나의 서브 픽셀로 동작하고, 서브 픽셀 단위로 4개의 포토 다이오드(PD)들 각각으로부터 서브 픽셀 신호를 각각 출력하는 제1 모드로 동작할 수 있다.

예를 들어, 이미지 센서의 픽셀 어레이에서의 수광량이 임계값 미만인 경우, 이미지 센서는 주변으로부터 광량을 최대한 많이 수광하기 위해 4개의 포토 다이오드(PD)들을 결합시켜 생성된 서브 픽셀 그룹(예를 들어, 픽셀) 단위로 픽셀 신호를 출력하는 제2 모드로 동작할 수 있다.

예를 들어, 이미지 센서가 포함된 장치에서 사용자에 의해 선택된 촬영 모드가 '빠른 촬영 모드'인 경우, 이미지 센서는 빠른 촬영을 위해 단축된 리드아웃 주기 내에서 최대한 많은 양의 빛을 수광하기 위해 4개의 포토 다이오드들을 결합시켜 서브 픽셀 그룹을 생성하고, 서브 픽셀 그룹 단위(예를 들어, 픽셀)로 픽셀 신호를 출력하는 제2 모드로 동작할 수 있다.

이미지 센서가 제1 모드로 동작하는 경우, 단계 S720에서 이미지 센서는 서브 픽셀 단위로 픽셀 신호를 출력하는 제1 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 모드의 픽셀 신호는, 단계 S710에서 전술된 바와 같이, 하나의 픽셀에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들 각각에 대해 리드아웃 된 4개의 서브 픽셀 신호들을 의미할 수 있다.

이미지 센서가 제2 모드로 동작하는 경우, 단계 S730에서, 이미지 센서는 서브 픽셀 그룹 단위로 픽셀 신호를 출력하는 제2 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제2 모드의 픽셀 신호는, 단계 S710에서 전술된 바와 같이, 하나의 픽셀에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들을 결합(binning)시켜 생성된 서브 픽셀 그룹 단위(예를 들어, 픽셀)로 빛을 수광함으로써 생성된 하나의 픽셀 신호를 의미할 수 있다.

일 실시예에서 이미지 센서는 제2 모드의 픽셀 신호를 출력하기 위해 서브 픽셀 그룹을 생성할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 하나의 픽셀에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들을 그룹핑(grouping) 할 수 있다. 다만, 일실시예에 따라 서브 픽셀 그룹의 생성 방법은 이에 한정되지 않으며 픽셀 어레이 상에서 서로 인접한 위치의 포토 다이오드(PD)들을 그룹핑 함으로써, 서브 픽셀 그룹을 생성할 수 있다.

본 개시의 실시예에 따른 이미지 센서는 이미지 센서의 주변 환경 또는 사용자가 선택한 장치 옵션에 따라 동작 모드를 달리하는 경우에도 적용될 수 있고, 동작 모드 마다 픽셀 어레이의 동일한 로우에 포함된 픽셀들을 시점을 달리하여 서브 픽셀 신호들 또는 서브 픽셀 그룹의 픽셀 신호를 리드아웃 함으로써, 출력 이미지 데이터에서 가로줄 잡음의 영향을 감소시키고 출력 이미지 데이터의 품질을 개선할 수 있다.

도 8a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 픽셀 어레이에 대한 회로도(800)이다.

상세하게는, 도 8a는 후술되는 도 8b의 픽셀 신호들을 리드아웃 하기 위한 제어 신호들의 타이밍도를 기반으로 상기 제어 신호들이 인가되는 픽셀 어레이의 회로도(800)를 도시한다.

도 8a를 참조하면, 픽셀 어레이는 제1 로우(811), 제2 로우(812), 제3 로우(813), 및 제4 로우(814)에 배치되는 복수의 픽셀들(831-1~844-2)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서 제1 로우(811)에는 제1 픽셀(Gr(831-1)), 제2 픽셀(R (831-2)), 제3 픽셀(Gr(832-1)), 제4 픽셀(R(832-2))이 배치되고, 제2 로우(812)에는 제5 픽셀(B(833-1)), 제6 픽셀(Gb(833-2)), 제7 픽셀(B(834-1)), 제8 픽셀(Gb(834-2))이 배치될 수 있다. 제1 로우(811) 및 제2 로우(812)는 픽셀 어레이 내에서 서로 인접한 로우들 일 수 있다.

일 실시예에서 픽셀 그룹은 픽셀 어레이에서 서로 인접한 픽셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 픽셀 그룹(831)은 제1 로우(811)의 제1 픽셀(Gr(831-1)) 및 제2 픽셀(R(831-2))를 포함하고, 제2 픽셀 그룹(834)은 제2 로우(812)의 제7 픽셀(B(834-1)) 및 제2 픽셀(Gb(834-2))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 픽셀 그룹(832)은 제1 로우(811)의 제3 픽셀(Gr(832-1)) 및 제4 픽셀(R(832-2))를 포함하고, 제4 픽셀 그룹(833)은 제2 로우(812)의 제5 픽셀(B(833-1)) 및 제6 픽셀(Gb(833-2))를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제5 픽셀 그룹(841)은 제3 로우(813)의 제9 픽셀(Gr(841-1)) 및 제10 픽셀(R(841-2))를 포함하고, 제6 픽셀 그룹(844)은 제4 로우(814)의 제15 픽셀(B(844-1)) 및 제16 픽셀(Gb(844-2))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제7 픽셀 그룹(842)은 제3 로우(813)의 제11 픽셀(Gr(842-1)) 및 제12 픽셀(R(842-2))를 포함하고, 제8 픽셀 그룹(843)은 제4 로우(814)의 제13 픽셀(B(843-1)) 및 제14 픽셀(Gb(843-2))를 포함할 수 있다.

제3 로우(813) 및 제4 로우(814)에 대한 리드아웃 동작은 제1 로우(811) 및 제2 로우(812)에 대한 리드아웃 동작에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이에 포함된 픽셀들(예: 제1 픽셀(831-1) 내지 제8 픽셀(834-2)) 각각은 4개의 포토 다이오드(PD), 4개의 전송 트랜지스터(TX), 플로팅 확산 영역 (FD), 리셋 트랜지스터(RST), 소스 팔로워, 및 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다.

상기 4개의 포토 다이오드(PD)(예: 제1 포토 다이오드 내지 상기 제4 포토 다이오드)들 각각은 제1 전송 트랜지스터(TX1) 내지 제4 전송 트랜지스터(TX4) 각각에 전기적으로 연결되어 상기 각 픽셀에서 제1 서브 픽셀 내지 제4 서브 픽셀로 동작할 수 있다. 다만, 상기 4개의 포토 다이오드(PD)(예: 제1 포토 다이오드 내지 상기 제4 포토 다이오드)들은 상기 픽셀에 포함된 플로팅 확산 영역(FD), 리셋 트랜지스터(RST), 소스 팔로워, 및 선택 트랜지스터를 공유할 수 있다.

일 실시예에서 픽셀 어레이의 동일한 로우에 포함된 픽셀 그룹들을 복수의 주기에 나누어 리드아웃 하기 위해, 동일한 로우에 포함된 복수의 픽셀 그룹들 각각은 서로 다른 전송 신호(예: ΦTXn_O 또는 ΦTXn_E) 및 서로 다른 선택 신호(예: ΦSEL_O 또는 ΦSEL_E)를 수신할 수 있다.

따라서, 픽셀 어레이의 각 로우는, 픽셀 그룹들 마다 서로 다른 전송 신호(예: ΦTXn_O 또는 ΦTXn_E)를 수신하기 위해, 복수의 전송 신호 경로들을 통해 로우 드라이버와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 픽셀 어레이의 각 로우는, 각 픽셀 그룹마다 서로 다른 선택 신호(예: ΦSEL_O 또는 ΦSEL_E)를 수신하기 위해, 복수의 선택 신호 경로들을 통해 로우 드라이버와 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시예에서 픽셀 어레이의 제1 로우(811) 및 제2 로우(812)에 포함된 픽셀 그룹들(예: 제1 픽셀 그룹(831)~제4 픽셀 그룹(834))의 픽셀 신호는 출력 신호(VOUT_E)로 ADC 어레이로 전송(또는 출력)될 수 있고, 픽셀 어레이의 제3 로우(813) 및 제4 로우(814)에 포함된 픽셀 그룹들(예: 제5 픽셀 그룹(841)~제8 픽셀 그룹(844))의 픽셀 신호는 출력 신호(VOUT_O)로 ADC 어레이로 전송(또는 출력)될 수 있다.

본 개시의 실시예에 따라 동일한 로우에 포함된 픽셀 그룹들이, 서로 다른 전송 신호 및 서로 다른 선택 신호를 수신함에 따라, 복수의 주기로 나누어져 리드아웃 되는 동작은 후술되는 도 8b의 신호의 타이밍도 및 도 8c의 픽셀 어레이의 픽셀 그룹들에 대한 리드아웃 동작에 기초하여 구체적으로 설명한다.

도 8b는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 픽셀 어레이에서 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위한 타이밍도(850)이다.

상세하게는 도 8b는 도 8a의 픽셀 어레이의 픽셀 그룹별 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위해 도 8a의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀 그룹들(예를 들어, 도 8a의 제1 픽셀 픽셀 그룹(831) 내지 제8 픽셀 그룹(843)) 각각에 인가되는 제어 신호들에 대한 타이밍도(850)이다.

도 8b 및 도 8c의 이미지 센서는, 전술된 도 8a의 픽셀 어레이의 각 픽셀에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들 각각이 서로 다른 서브 픽셀들로 동작하여 각각의 픽셀 신호를 출력하는 동작(예: 도 7의 단계 S720에서 설명된 제1 모드의 동작)을 수행하는 것을 가정한다.

도 8b를 참조하면, 도 8a의 픽셀 어레이를 리드아웃 하기 위한 주기는 제1 주기 내지 제8 주기를 포함하고, 각 주기마다 로우 드라이버로부터 픽셀 어레이로 수신되는 제어 신호는 전송 신호(예: ΦTXn_E 또는 ΦTXn_O), 선택 신호(예: ΦSEL_E 또는 ΦSEL_O), 및 리셋 신호(예: ΦRST)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서 선택 신호(예: ΦSEL_E 또는 ΦSEL_O)는 도 8a의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀 그룹들 중에 해당 주기에 리드아웃 될 픽셀 그룹을 선택하기 위한 신호를 의미하고, 전송 신호(예: ΦTXn_E 또는 ΦTXn_O)는 상기 선택된 픽셀 그룹의 픽셀 내에서 해당 주기에 리드아웃 될 서브 픽셀(또는 포토 다이오드)을 지시하기 위한 신호를 의미할 수 있다. 리셋 신호(예: ΦRST)는 상기 선택된 픽셀 그룹에 포함된 플로팅 확산 영역을 전원 전압으로 리셋 시키는 신호를 의미할 수 있다.

예를 들어, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제1 주기(851) 내지 제4 주기(854)동안 제1 픽셀 그룹(831), 제2 픽셀 그룹(834), 제5 픽셀 그룹(841), 및 제6 픽셀 그룹(844)는 동일한 선택 신호(ΦSEL_E)를 수신하고, 제5 주기(855) 내지 제8 주기(858)동안 제3 픽셀 그룹(832), 제4 픽셀 그룹(833), 제7 픽셀 그룹(842), 및 제8 픽셀 그룹(843)는 동일한 선택 신호(ΦSEL_O)를 수신할 수 있다.

도 8c는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 픽셀 어레이(870)의 픽셀 그룹들에 대한 리드아웃 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는, 도 8a에 도시된 픽셀 어레이에서 도 8b에 도시된 제어 신호의 타이밍도를 기반으로 주기(예: 제1 주기(871) 내지 제8 주기(878))별로 픽셀 어레이(870)의 픽셀 그룹들에 대한 리드아웃 동작을 설명한다. 본 명세서에서 픽셀 어레이에 배치된 하나의 픽셀에 포함된 복수의 포토 다이오드들 각각 및 그에 연결된 전송 트랜지스터(TX)는 하나의 서브 픽셀로 동작할 수 있다.

도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 제1 주기(871) 내지 제4 주기(874)인 경우, 도 8b의 타이밍도(850)의 선택 신호(ΦSEL_E)가 '온(on)'됨에 따라, 도 8a의 제1 로우(811)의 제1 픽셀 그룹(831), 제2 로우(812)의 제2 픽셀 그룹(834), 제3 로우(813)의 제5 픽셀 그룹(841), 제4 로우(814)의 제6 픽셀 그룹(844)이 선택될 수 있다. 상기 선택된 픽셀 그룹들 내 픽셀에서 생성된 광전하에 기초하여 제1 주기(871) 내지 제4 주기(874)의 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

제1 주기(871)인 경우, 도 8b의 타이밍도(850)의 제1 전송 신호(ΦTX3_E(851))가'온'됨에 따라, 도 8a의 제1 픽셀 그룹(831)의 제1 픽셀(831-1) 및 제2 픽셀(831-2)에서 TX3에 전기적으로 연결된 제3 서브 픽셀(예: 제1 픽셀(831-1)의 제3 포토 다이오드 및 제2 픽셀(831-2)의 제3 포토 다이오드)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하고, 전송된 광전하를 증폭시킨 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

제1 주기(871) 동안 제1 픽셀(831-1) 및 제2 픽셀(831-2)에서의 픽셀 신호의 출력 과정은 제2 픽셀 그룹(834)의 제7 픽셀(834-1) 및 제8 픽셀(834-2)에서 TX3에 전기적으로 연결된 제3 서브 픽셀, 제5 픽셀 그룹(841)의 제9 픽셀(841-1) 및 제10 픽셀(841-2)에서 TX3에 전기적으로 연결된 제3 서브 픽셀, 제6 픽셀 그룹(844)의 제15 픽셀(844-1) 및 제16 픽셀(844-2)에서 TX3에 전기적으로 연결된 제3 서브 픽셀에도 동일하게 적용될 수 있다.

제2 주기(872)인 경우, 도 8b의 타이밍도(850)의 제2 전송 신호(ΦTX4_E(852))가'온'됨에 따라, 도 8a 및 도 8c의 제1 픽셀 그룹(831)의 제1 픽셀(831-1) 및 제2 픽셀(831-2)에서 TX4에 전기적으로 연결된 제4 서브 픽셀(예: 제1 픽셀(831-1)의 제4 포토 다이오드 및 제2 픽셀(831-2)의 제4 포토 다이오드)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하고, 전송된 광전하를 증폭시킨 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

제2 주기(872) 동안 제1 픽셀(831-1) 및 제2 픽셀(831-2)에서의 픽셀 신호의 출력 과정은, 제2 픽셀 그룹(834)의 제7 픽셀(834-1) 및 제8 픽셀(834-2)에서 TX4에 전기적으로 연결된 제4 서브 픽셀, 제5 픽셀 그룹(841)의 제9 픽셀(841-1) 및 제10 픽셀(841-2)에서 TX4에 전기적으로 연결된 제4 서브 픽셀, 제6 픽셀 그룹(844)의 제15 픽셀(844-1) 및 제16 픽셀(844-2)에서 TX4에 전기적으로 연결된 제4 서브 픽셀에도 동일하게 적용될 수 있다.

제3 주기(873)인 경우, 도 8b의 타이밍도(850)의 제3 전송 신호(ΦTX1_E(853))가'온'됨에 따라, 도 8a 및 도 8c의 제1 픽셀 그룹(831)의 제1 픽셀(831-1) 및 제2 픽셀(831-2)에서 TX1에 전기적으로 연결된 제1 서브 픽셀(예: 제1 픽셀(831-1)의 제1 포토 다이오드 및 제2 픽셀(831-2)의 제1 포토 다이오드)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하고, 전송된 광전하를 증폭시킨 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

제3 주기(873) 동안 제1 픽셀(831-1) 및 제2 픽셀(831-2)에서의 픽셀 신호의 출력 과정은, 제2 픽셀 그룹(834)의 제7 픽셀(834-1) 및 제8 픽셀(834-2)에서 TX1에 전기적으로 연결된 제1 서브 픽셀, 제5 픽셀 그룹(841)의 제9 픽셀(841-1) 및 제10 픽셀(841-2)에서 TX1에 전기적으로 연결된 제1 서브 픽셀, 제6 픽셀 그룹(844)의 제15 픽셀(844-1) 및 제16 픽셀(844-2)에서 TX1에 전기적으로 연결된 제1 서브 픽셀에도 동일하게 적용될 수 있다.

제4 주기(874)인 경우, 도 8b의 타이밍도(850)의 제4 전송 신호(ΦTX2_E(854))가'온'됨에 따라, 도 8a 및 도 8c의 제1 픽셀 그룹(831)의 제1 픽셀(831-1) 및 제2 픽셀(831-2)에서 TX2에 전기적으로 연결된 제2 서브 픽셀(예: 제1 픽셀(831-1)의 제2 포토 다이오드 및 제2 픽셀(831-2)의 제2 포토 다이오드)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하고, 전송된 광전하를 증폭시킨 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

제4 주기(874) 동안 제1 픽셀(831-1) 및 제2 픽셀(831-2)에서의 픽셀 신호의 출력 과정은, 제2 픽셀 그룹(834)의 제7 픽셀(834-1) 및 제8 픽셀(834-2)에서 TX2에 전기적으로 연결된 제2 서브 픽셀, 제5 픽셀 그룹(841)의 제9 픽셀(841-1) 및 제10 픽셀(841-2)에서 TX2에 전기적으로 연결된 제2 서브 픽셀, 제6 픽셀 그룹(844)의 제15 픽셀(844-1) 및 제16 픽셀(844-2)에서 TX2에 전기적으로 연결된 제2 서브 픽셀에서도 동일하게 적용될 수 있다.

도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 제5 주기(875) 내지 제8 주기(878)인 경우, 도 8b의 타이밍도(850)의 선택 신호(ΦSEL_O) 가 '온(on)'됨에 따라, 도 8a의 제1 로우(811)의 제3 픽셀 그룹(832), 제2 로우(812)의 제4 픽셀 그룹(833), 제3 로우(813)의 제7 픽셀 그룹(842), 제4 로우(814)의 제8 픽셀 그룹(843)이 선택될 수 있다. 상기 선택된 픽셀 그룹들 내 픽셀에서 생성된 광전하를 이용하여 제5 주기(875) 내지 제8 주기(878)의 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

제5 주기(875)인 경우, 도 8b의 타이밍도(850)의 제5 전송 신호(TX3_O(861))가'온'됨에 따라, 도 8a 및 도 8c의 제3 픽셀 그룹(832)의 제3 픽셀(832-1) 및 제4 픽셀(832-2)에서 TX3에 전기적으로 연결된 제3 서브 픽셀(예: 제3 픽셀(832-1)의 제3 포토 다이오드 및 제4 픽셀(832-2)의 제3 포토 다이오드)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하고, 전송된 광전하를 증폭시킨 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

제5 주기(875) 동안 제3 픽셀(832-1) 및 제4 픽셀(832-2)에서의 픽셀 신호의 출력 과정은, 제4 픽셀 그룹(833)의 제5 픽셀(833-1) 및 제6 픽셀(833-2)에서 TX3에 전기적으로 연결된 제3 서브 픽셀, 제7 픽셀 그룹(842)의 제11 픽셀(842-1) 및 제12 픽셀(842-2)에서 TX3에 전기적으로 연결된 제3 서브 픽셀, 제8 픽셀 그룹(843)의 제13 픽셀(843-1) 및 제14 픽셀(843-2)에서 TX3에 전기적으로 연결된 제3 서브 픽셀에도 동일하게 적용될 수 있다.

제6 주기(876)인 경우, 도 8b의 타이밍도(850)의 제6 전송 신호(TX4_O(862))가'온'됨에 따라, 도 8a 및 도 8c의 제3 픽셀 그룹(832)의 제3 픽셀(832-1) 및 제4 픽셀(832-2)에서 TX4에 전기적으로 연결된 제4 서브 픽셀(예: 제3 픽셀(832-1)의 제4 포토 다이오드 및 제4 픽셀(832-2)의 제4 포토 다이오드)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하고, 전송된 광전하를 증폭시킨 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

제6 주기(876) 동안 제3 픽셀(832-1) 및 제4 픽셀(832-2)에서의 픽셀 신호의 출력 과정은, 제4 픽셀 그룹(833)의 제5 픽셀(833-1) 및 제6 픽셀(833-2)에서 TX4에 전기적으로 연결된 제4 서브 픽셀, 제7 픽셀 그룹(842)의 제11 픽셀(842-1) 및 제12 픽셀(842-2)에서 TX4에 전기적으로 연결된 제4 서브 픽셀, 제8 픽셀 그룹(843)의 제13 픽셀(843-1) 및 제14 픽셀(843-2)에서 TX4에 전기적으로 연결된 제4 서브 픽셀에도 동일하게 적용될 수 있다.

제7 주기(877)인 경우, 도 8b의 타이밍도(850)의 제7 전송 신호(TX1_O(863))가'온'됨에 따라, 도 8a 및 도 8c의 제3 픽셀 그룹(832)의 제3 픽셀(832-1) 및 제4 픽셀(832-2)에서 TX1에 전기적으로 연결된 제1 서브 픽셀(예: 제3 픽셀(832-1)의 제1 포토 다이오드 및 제4 픽셀(832-2)의 제1 포토 다이오드)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하고, 전송된 광전하를 증폭시킨 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

제7 주기(877) 동안 제3 픽셀(832-1) 및 제4 픽셀(832-2)에서의 픽셀 신호의 출력 과정은, 제4 픽셀 그룹(833)의 제5 픽셀(833-1) 및 제6 픽셀(833-2)에서 TX1에 전기적으로 연결된 제1 서브 픽셀, 제7 픽셀 그룹(842)의 제11 픽셀(842-1) 및 제12 픽셀(842-2)에서 TX1에 전기적으로 연결된 제1 서브 픽셀, 제8 픽셀 그룹(843)의 제13 픽셀(843-1) 및 제14 픽셀(843-2)에서 TX1에 전기적으로 연결된 제1 서브 픽셀에서도 동일하게 적용될 수 있다.

제8 주기(878)인 경우, 도 8b의 타이밍도(850)의 제8 전송 신호(TX2_O(864))가'온'됨에 따라, 도 8a 및 도 8c의 제3 픽셀 그룹(832)의 제3 픽셀(832-1) 및 제4 픽셀(832-2)에서 TX2에 전기적으로 연결된 제2 서브 픽셀(예: 제3 픽셀(832-1)의 제2 포토 다이오드 및 제4 픽셀(832-2)의 제2 포토 다이오드)에서 생성된 광전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송하고, 전송된 광전하를 증폭시킨 전압 레벨에 따른 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

제8 주기(878) 동안 제3 픽셀(832-1) 및 제4 픽셀(832-2)에서의 픽셀 신호의 출력 과정은, 제4 픽셀 그룹(833)의 제5 픽셀(833-1) 및 제6 픽셀(833-2)에서 TX2에 전기적으로 연결된 제2 서브 픽셀, 제7 픽셀 그룹(842)의 제11 픽셀(842-1) 및 제12 픽셀(842-2)에서 TX2에 전기적으로 연결된 제2 서브 픽셀, 제8 픽셀 그룹(843)의 제13 픽셀(843-1) 및 제14 픽셀(843-2)에서 TX2에 전기적으로 연결된 제2 서브 픽셀에도 동일하게 적용될 수 있다.

도 9a는 본 개시의 예시적인 다른 실시예에 따른 픽셀 어레이에서 픽셀 신호를 리드아웃 하기 위한 타이밍도(900)이다. 도 9b는 본 개시의 예시적인 다른 실시예에 따른 픽셀 어레이의 픽셀들에 대한 리드아웃 동작을 도시한 도면(950)이다.

상세하게는, 도 9a 및 도 9b는, 전술된 도 8a의 픽셀 어레이의 각 픽셀에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들(또는 제1 서브 픽셀 내지 제4 서브 픽셀)이 하나의 서브 픽셀 그룹을 생성하고, 생성된 서브 픽셀 그룹 단위로 픽셀 신호를 출력하는 동작(예: 도 7의 단계 S730에서 설명된 제2 모드로 동작)을 수행하는 것으로 가정한다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 도 9b의 제1 주기(951)인 경우, 도 9a의 타이밍도(900)의 선택 신호(ΦSEL_E)가 '온(on)'됨에 따라, 도 9b의 제1 로우의 제1 픽셀 그룹(961), 제2 로우의 제2 픽셀 그룹(964), 제3 로우의 제5 픽셀 그룹(981), 제4 로우의 제6 픽셀 그룹(984)이 선택될 수 있다.

제1 주기(951)인 경우, 일 실시예에서 이미지 센서는 도 9a의 타이밍도(900)의 제1 전송 신호(ΦTX3_E), 제2 전송 신호(ΦTX4_E), 제3 전송 신호(ΦTX1_E), 및 제4 전송 신호(ΦTX2_E)가'온'됨에 따라, 도 9b의 제1 픽셀 그룹(961) 내에 제1 서브 픽셀 그룹(Gr)과 제2 서브 픽셀 그룹(R), 제2 픽셀 그룹(964) 내에 제7 서브 픽셀 그룹(B)과 제8 서브 픽셀 그룹(Gb), 제5 픽셀 그룹(981) 내에 제9 서브 픽셀 그룹(Gr)과 제10 서브 픽셀 그룹(R), 제6 픽셀 그룹(984)의 제15 서브 픽셀 그룹(B)과 제16 서브 픽셀 그룹(Gb)의 픽셀 신호를 출력할 수 있다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 도 9b의 제2 주기(971)인 경우, 도 9a의 타이밍도(900)의 선택 신호(ΦSEL_O)가 '온(on)'됨에 따라, 도 9b의 제1 로우의 제3 픽셀 그룹(962), 제2 로우의 제4 픽셀 그룹(963), 제3 로우의 제7 픽셀 그룹(982), 제4 로우의 제8 픽셀 그룹(983)이 선택될 수 있다.

제2 주기(952)인 경우, 일 실시예에서 이미지 센서는 도 9a의 타이밍도(900)의 제5 전송 신호(ΦTX3_O), 제6 전송 신호(ΦTX4_O), 제7 전송 신호(ΦTX1_O), 및 제8 전송 신호(ΦTX2_O)가'온'됨에 따라, 도 9b의 제3 픽셀 그룹(962) 내에 제3 서브 픽셀 그룹(Gr)과 제4 서브 픽셀 그룹(R), 제4 픽셀 그룹(963) 내에 제5 서브 픽셀 그룹(B)과 제6 서브 픽셀 그룹(Gb), 제7 픽셀 그룹(982) 내에 제11 서브 픽셀 그룹(Gr)과 제12 서브 픽셀 그룹(R), 제8 픽셀 그룹(983)의 제13 서브 픽셀 그룹(B)과 제14 서브 픽셀 그룹(Gb)의 픽셀 신호를 출력 할 수 있다.

본 개시의 실시예에 따른 이미지 센서는 동작 모드에 따라 픽셀에 포함된 복수의 서브 픽셀(또는 복수의 포토 다이오드)들을 결합시켜 서브 픽셀 그룹 단위로 픽셀 신호를 출력하는 경우에도 적용되어 가로줄 잡음의 영향을 감소시키고 출력 이미지 데이터의 품질을 개선할 수 있다.

도 10는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서가 적용된 전자 장치(1000)를 나타내는 블록도이다.

도 10을 참조하면, 전자 장치(1000)는 비전 센서(1100), 이미지 센서(1200), 메인 프로세서(1300), 워킹 메모리(1400), 스토리지(1500), 디스플레이 장치(1600), 유저 인터페이스(1700) 및 통신부(1800)를 포함할 수 있다. 한편, 본 개시는 이에 한하지 않으며, 전자 장치(1000)는 전술한 구성 요소들 중 적어도 일부가 생략되거나 별도의 구성 요소가 추가되도록 구현될 수 있다.

도 1 내지 도 9b를 참조하여 설명한 이미지 센서(100)가 이미지 센서(1200)로서 적용될 수 있다.

비전 센서(1100)는 오브젝트를 센싱하여 이벤트 신호들을 생성하고, 생성된 이벤트 신호들을 메인 프로세서(1300)로 전송할 수 있다.

이미지 센서(1200)는 수신되는 광 신호를 기초로 이미지 데이터, 예컨대 원시 이미지 데이터를 생성하고 이미지 데이터를 메인 프로세서(1300)에 제공할 수 있다.

메인 프로세서(1300)는 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며, 이미지 센서(1200)에 의해 픽셀 어레이에 대한 리드아웃 동작을 수행하는 경우, 이미지 센서(1200)가 픽셀 어레이의 동일한 로우에 포함된 복수의 픽셀 그룹들의 픽셀 신호를 복수의 주기로 나누어서 리드아웃 하도록 제어할 수 있다.

메인 프로세서(1300)는 픽셀 어레이에서의 수광량, 이미지 센서의 동작 주기, 또는 사용자에 의해 선택된 촬영 모드 중 어느 하나에 기초하여 이미지 센서(1200)의 동작 모드를 결정할 수 있다.

예를 들어, 메인 프로세서(1300)는 동작 모드에 따라 이미지 센서(1200)의 픽셀 그룹 내부의 픽셀에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들 각각이 서로 다른 서브 픽셀들(예: R 서브 픽셀, Gb 서브 픽셀, B 서브 픽셀, Gr 서브 픽셀)로 동작하여 서로 다른 픽셀 신호들을 출력하도록 제어할 수 있다.

예를 들어, 메인 프로세서(1300)는 동작 모드에 따라 이미지 센서(1200)의 픽셀 그룹 내부의 픽셀에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들을 하나의 서브 픽셀 그룹으로 그룹핑(gruoping)하고, 상기 하나의 서브 픽셀 그룹에 포함된 4개의 포토 다이오드(PD)들을 함께 하나의 픽셀로 동작하여 상기 하나의 서브 픽셀 그룹 단위로 픽셀 신호를 출력하도록 제어할 수 있다.

워킹 메모리(1400)는 전자 장치(1000)의 동작에 이용되는 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 워킹 메모리는(1400)는 메인 프로세서(1300)에 의해 처리된 패킷들 또는 프레임들을 일시적으로 저장할 수 있다.

예를 들어, 워킹 메모리(1400)는 DRAM (Dynamic RAM), SDRAM (Synchronous RAM) 등과 같은 휘발성 메모리, 및/또는 PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magneto-resistive RAM), ReRAM (Resistive RAM), FRAM (Ferro-electric RAM) 등과 같은 불휘발성 메모리를 포함할 수 있다.

스토리지(1500)는 메인 프로세서(1300) 또는 다른 구성들로부터 저장이 요청된 데이터를 저장할 수 있다. 스토리지(1500)는 플래시 메모리, PRAM, MRAM, ReRAM, FRAM 등과 같은 불휘발성 메모리를 포함할 수 있다.

디스플레이 장치(1600)는 디스플레이 패널, 디스플레이 구동 회로, 및 DSI (display serial interface)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널은 LCD (Liquid Crystal Display) 장치, LED (Light Emitting Diode) 표시 장치, OLED(Organic LED) 표시 장치, AMOLED (Active Matrix OLED) 표시 장치 등과 같은 다양한 장치로 구현될 수 있다. 디스플레이 구동 회로는 디스플레이 패널을 구동하는데 필요한 타이밍 컨트롤러, 소스 드라이버 등을 포함할 수 있다. 메인 프로세서(1300)에 내장된 DSI 호스트는 DSI를 통하여 디스플레이 패널과 시리얼 통신을 수행할 수 있다.

유저 인터페이스(1700)는 키보드, 마우스, 키패드, 버튼, 터치 패널, 터치 스크린, 터치 패드, 터치 볼, 자이로스코프 센서, 진동 센서, 가속 센서 등과 같은 입력 인터페이스들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

통신부(1800)는 안테나(1830)를 통해 외부 장치/시스템과 신호를 교환할 수 있다. 통신부(1800)의 송수신기(1810) 및 MODEM (Modulator/Demodulator, 1820)은 LTE (Long Term Evolution), WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), GSM (Global System for Mobile communication), CDMA (Code Division Multiple Access), Bluetooth, NFC (Near Field Communication), Wi-Fi (Wireless Fidelity), RFID(Radio Frequency Identification) 등과 같은 무선 통신 규약에 따라, 외부 장치/시스템과 교환되는 신호를 처리할 수 있다.

전자 장치(1000)의 구성 요소들, 예를 들어 비전 센서(1100), 이미지 센서(1200), 메인 프로세서(1200), 워킹 메모리(1400), 스토리지(1500), 디스플레이 장치(1600), 유저 인터페이스(1700) 및 통신부(1800)는 USB (Universal Serial Bus), SCSI (Small Computer System Interface), MIPI, I2C, PCIe (Peripheral Component Interconnect Express), M-PCIe (Mobile PCIe), ATA (Advanced Technology Attachment), PATA (Parallel ATA), SATA (Serial ATA), SAS (Serial Attached SCSI), IDE (Integrated Drive Electronics), EIDE (Enhanced IDE), NVMe (Nonvolatile Memory Express), UFS (Universal Flash Storage) 등과 같은 다양한 인터페이스 규약 중 하나 이상에 의거하여 데이터를 교환할 수 있다.

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 것이다.

Claims

이미지 센서에 있어서,
복수의 로우(row)들 및 복수의 칼럼(column)들로 배치되는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이;
상기 픽셀 어레이로 제어 신호들을 전송하는 로우 드라이버; 및
상기 픽셀 어레이로부터 픽셀 신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 ADC 어레이를 포함하고,
상기 로우 드라이버는,
제1 주기 동안 상기 복수의 로우들 중 제1 로우에 배치된 제1 픽셀 그룹, 및 상기 복수의 로우들 중 제2 로우에 배치된 제2 픽셀 그룹이 픽셀 신호들을 출력하도록 제어 신호를 전송하고,
제2 주기 동안 상기 제1 로우에 배치된 제3 픽셀 그룹 및 상기 제2 로우에 배치된 제4 픽셀 그룹이 픽셀 신호들을 출력하도록 제어 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 로우 드라이버로부터 수신되는 선택 신호는 상기 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀 그룹들 중에서 하나의 주기 동안 픽셀 신호를 출력할 선택 픽셀 그룹들을 지시하기 위한 신호를 의미하는 이미지 센서.
청구항 2에 있어서,
상기 로우 드라이버로부터 수신되는 전송 신호는 상기 선택 픽셀 그룹들에 포함된 복수의 포토 다이오드들 중에서 상기 하나의 주기 동안 픽셀 신호를 출력할 포토 다이오드를 지시하기 위한 신호를 나타내는 이미지 센서.
청구항 3에 있어서,
상기 로우 드라이버는,
상기 제1 주기 동안 상기 제1 로우의 상기 제1 픽셀 그룹과 상기 제2 로우의 상기 제2 픽셀 그룹에게 제1 선택 신호를 송신하고,
상기 제2 주기 동안 상기 제1 로우의 상기 제3 픽셀 그룹과 상기 제2 로우의 상기 제4 픽셀 그룹에게 제2 선택 신호를 송신하도록 구성되는 이미지 센서.
청구항 4에 있어서,
상기 로우 드라이버는,
상기 제1 주기 동안 상기 제1 로우의 상기 제1 픽셀 그룹과 상기 제2 로우의 상기 제2 픽셀 그룹에게 제1 전송 신호를 송신하고,
상기 제2 주기 동안 상기 제1 로우의 상기 제3 픽셀 그룹과 상기 제2 로우의 상기 제4 픽셀 그룹에게 제2 전송 신호를 송신하도록 구성되는 이미지 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 로우 및 제2 로우는 서로 인접한 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
청구항 3에 있어서,
상기 복수의 픽셀 그룹들에 포함된 픽셀은 제1 포토 다이오드 내지 제4 포토 다이오드를 포함하고,
상기 픽셀은 상기 하나의 주기 동안 상기 제1 포토 다이오드 내지 상기 제4 포토 다이오드 중에서 상기 전송 신호가 수신된 포토 다이오드에서 생성된 광전하에 따른 픽셀 신호를 출력하도록 구성되는 이미지 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 픽셀 그룹 및 상기 제3 픽셀 그룹은 상기 제1 로우에서 서로 인접하게 배치되는 2개의 픽셀들을 포함하고,
상기 제2 픽셀 그룹 및 상기 제4 픽셀 그룹은 상기 제2 로우에서 서로 인접하게 배치되는 2개의 픽셀들을 포함하도록 구성되는 이미지 센서.
이미지 센서의 동작 방법에 있어서,
제1 주기 동안 상기 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 로우들 중 제1 로우에 배치된 제1 픽셀 그룹, 및 상기 복수의 로우들 중 제2 로우에 배치된 제2 픽셀 그룹이 픽셀 신호들을 출력하는 단계, 및
제2 주기 동안 상기 제1 로우에 배치된 제3 픽셀 그룹 및 상기 제2 로우에 배치된 제4 픽셀 그룹이 픽셀 신호들을 출력하는 단계를 포함하는 방법.
이미지 센서에 있어서,
복수의 로우(row)들 및 복수의 칼럼(column)들로 배치되는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이;
상기 픽셀 어레이로 제어 신호들을 전송하는 로우 드라이버; 및
상기 픽셀 어레이로부터 픽셀 신호들을 수신하여 디지털 신호로 변환하는 ADC 어레이를 포함하고,
상기 로우 드라이버는 하나의 리드아웃(readout) 주기 동안 상기 픽셀 어레이의 적어도 2개 이상의 픽셀 그룹들의 픽셀 신호들을 출력하도록 상기 적어도 2개 이상의 픽셀 그룹들로 제어 신호를 전송 하도록 구성되고,
상기 적어도 2개 이상의 픽셀 그룹들 각각은 상기 픽셀 어레이에서 인접한 위치의 서로 다른 로우들에 포함되도록 구성되는 이미지 센서.