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KR-20260061822-A - IMAGE SENSOR

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는, 복수의 픽셀 그룹들이 매트릭스로 위치하는 픽셀 어레이, 상기 복수의 픽셀 그룹들로 제어 신호를 전송하는 로우 드라이버, 및 상기 픽셀 어레이가 출력한 픽셀 신호에 기초하여 이미지 신호를 출력하는 독출 회로를 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 플로팅 확산 영역을 공유하는 복수의 픽셀들을 포함하고, 동일한 픽셀 그룹의 상기 복수의 픽셀들 각각은 제1 광전 변환 소자, 제2 광전 변환 소자, 제1 전송 트랜지스터, 제2 전송 트랜지스터, 및 스위칭 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 전송 트랜지스터, 및 상기 제2 전송 트랜지스터는 동일한 전송 제어 신호에 의하여 제어되고, 상기 제2 전송 트랜지스터는 상기 스위칭 트랜지스터를 통하여 상기 전송 제어 신호를 수신할 수 있다.

Inventors

  • 박지원

Assignees

  • 삼성전자주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (10)

  1. 복수의 픽셀 그룹들이 매트릭스로 위치하는 픽셀 어레이; 상기 복수의 픽셀 그룹들로 제어 신호를 전송하는 로우 드라이버; 및 상기 픽셀 어레이가 출력한 픽셀 신호에 기초하여 이미지 신호를 출력하는 독출 회로를 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 플로팅 확산 영역을 공유하는 복수의 픽셀들을 포함하고, 동일한 픽셀 그룹의 상기 복수의 픽셀들 각각은 제1 광전 변환 소자, 제2 광전 변환 소자, 제1 전송 트랜지스터, 제2 전송 트랜지스터, 및 스위칭 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 전송 트랜지스터, 및 상기 제2 전송 트랜지스터는 동일한 전송 제어 신호에 의하여 제어되고, 상기 제2 전송 트랜지스터는 상기 스위칭 트랜지스터를 통하여 상기 전송 제어 신호를 수신하는, 이미지 센서.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 상기 스위칭 트랜지스터를 제어하는 스위칭 제어 신호를 수신하는, 이미지 센서.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제2 전송 트랜지스터의 게이트 단자는, 상기 스위칭 제어 신호에 의하여 상기 스위칭 트랜지스터가 턴-온 상태에서, 상기 전송 제어 신호를 수신하는, 이미지 센서.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 복수의 픽셀 그룹들은 상기 매트릭스에서 로우 방향으로 서로 인접한 제1 픽셀 그룹과 제2 픽셀 그룹을 포함하고, 상기 스위칭 제어 신호는 제1 스위칭 제어 신호 및 제2 스위칭 제어 신호를 포함하고, 상기 제1 픽셀 그룹은 제1 신호 배선을 통하여 상기 제1 스위칭 제어 신호를 수신하고, 상기 제2 픽셀 그룹은 제2 신호 배선을 통하여 상기 제2 스위칭 제어 신호를 수신하는, 이미지 센서.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 픽셀 그룹 및 상기 제2 픽셀 그룹의 픽셀들 각각은 제1 서브 픽셀 및 제2 서브 픽셀을 포함하고, 상기 제1 픽셀 그룹의 픽셀들 각각의 제2 서브 픽셀들은 상기 제1 스위칭 제어 신호를 수신하고, 상기 제2 픽셀 그룹의 픽셀들 각각의 제2 서브 픽셀들은 상기 제2 스위칭 제어 신호를 수신하는, 이미지 센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 픽셀 그룹들은 상기 매트릭스에서 로우 방향으로 서로 인접한 제3 픽셀 그룹과 제4 픽셀 그룹을 더 포함하고, 상기 제3 픽셀 그룹의 픽셀들 각각은 제1 서브 픽셀 및 제2 서브 픽셀을 포함하고, 상기 제3 픽셀 그룹 및 상기 제4 픽셀 그룹의 픽셀들 각각은 제1 서브 픽셀 및 제2 서브 픽셀을 포함하고, 상기 제3 픽셀 그룹의 픽셀들 각각의 제1 서브 픽셀들은 제3 스위칭 제어 신호를 수신하고, 상기 제4 픽셀 그룹의 픽셀들 각각의 제2 서브 픽셀들은 제4 스위칭 제어 신호를 수신하고, 상기 제3 픽셀 그룹은, 상기 매트릭스에서 상기 제1 픽셀 그룹과 다른 컬럼에 위치한, 이미지 센서.
  7. 제4 항에 있어서, 상기 제1 픽셀 그룹은 로우 방향으로 인접한 제1 픽셀 및 제2 픽셀을 포함하고, 상기 제2 픽셀 그룹은 상기 로우 방향으로 인접한 제3 픽셀 및 제4 픽셀을 포함하고, 상기 제1 픽셀, 상기 제2 픽셀, 상기 제3 픽셀, 및 상기 제4 픽셀은 각각 동일한 로우에 위치하고, 각각 제1 서브 픽셀 및 제2 서브 픽셀을 포함하고, 상기 제1 픽셀 및 상기 제3 픽셀 각각의 제1 서브 픽셀은 제1 전송 제어 신호에 기초하여 픽셀 신호를 출력하고, 상기 제2 픽셀 및 상기 제4 픽셀 각각의 제1 서브 픽셀은 제2 전송 제어 신호에 기초하여 픽셀 신호를 출력하고, 상기 제1 픽셀, 상기 제2 픽셀, 상기 제3 픽셀, 및 상기 제4 픽셀 각각의 제2 서브 픽셀 각각은, 상기 제1 전송 제어 신호 및 상기 제2 전송 제어 신호 중 어느 하나와, 상기 제1 스위칭 제어 신호 및 상기 제2 스위칭 제어 신호 중 어느 하나에 기초하여 픽셀 신호를 출력하는, 이미지 센서.
  8. 제4 항에 있어서, 상기 픽셀 신호에 기초하여 위상 데이터를 출력하는 이미지 신호 처리 회로를 더 포함하고, 상기 이미지 신호 처리 회로는, 상기 제1 픽셀 그룹의 상기 픽셀 신호에 기초하여 위상 데이터를 생성하고, 상기 제2 픽셀 그룹의 상기 픽셀 신호는 위상 데이터에 사용하지 않는, 이미지 센서.
  9. 복수의 픽셀 그룹들이 매트릭스 형태로 위치하는 픽셀 어레이; 상기 복수의 픽셀 그룹들로 제어 신호를 전송하는 로우 드라이버; 및 상기 픽셀 어레이가 출력한 픽셀 신호에 기초하여 이미지 신호를 출력하는 독출 회로를 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 플로팅 확산 영역을 공유하는 복수의 픽셀들을 포함하고, 제1 픽셀 그룹의 상기 복수의 픽셀들 중, 제1 픽셀은, 제1 광전 변환 소자, 제2 광전 변환 소자, 제1 전송 제어 신호에 기초하여 상기 제1 광전 변환 소자 및 상기 제2 광전 변환 소자의 광전하를 각각 상기 플로팅 확산 영역으로 전송하는 제1 전송 트랜지스터 및 제2 전송 트랜지스터, 및 상기 제1 전송 제어 신호를 상기 제2 전송 트랜지스터에 제공하는 제1 스위칭 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 픽셀 그룹의 상기 복수의 픽셀들 중, 제2 픽셀은, 제3 광전 변환 소자, 제4 광전 변환 소자, 제2 전송 제어 신호에 기초하여 상기 제3 광전 변환 소자 및 상기 제4 광전 변환 소자의 광전하를 각각 상기 플로팅 확산 영역으로 전송하는 제3 전송 트랜지스터 및 제4 전송 트랜지스터, 및 상기 제2 전송 제어 신호를 상기 제4 전송 트랜지스터에 제공하는 제2 스위칭 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 스위칭 트랜지스터 및 상기 제2 스위칭 트랜지스터는 동일한 스위칭 제어 신호에 의해 제어되고, 상기 제1 전송 제어 신호와 상기 제2 전송 제어 신호는 서로 다른 신호 라인에 의하여 제공되고, 상기 제1 픽셀 및 상기 제2 픽셀은 로우 방향을 따라 서로 인접하게 위치하는, 이미지 센서.
  10. 복수의 픽셀 그룹들이 매트릭스 형태로 위치하는 픽셀 어레이; 상기 복수의 픽셀 그룹들로 제어 신호를 전송하는 로우 드라이버; 및 상기 픽셀 어레이가 출력한 픽셀 신호에 기초하여 이미지 신호를 출력하는 독출 회로를 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 플로팅 확산 영역을 공유하는 복수의 픽셀들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀들 각각은, 복수의 광전 변환 소자들, 및 상기 복수의 광전 변환 소자들 각각을 상기 플로팅 확산 영역과 연결하는 복수의 전송 트랜지스터들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀들 각각의 상기 복수의 전송 트랜지스터들은, 동일한 전송 제어 신호에 의하여 제어되고, 상기 복수의 픽셀들 각각의 상기 복수의 전송 트랜지스터들 중 어느 하나의 전송 트랜지스터는 스위칭 트랜지스터를 통하여 수신된 상기 전송 제어 신호에 의하여 제어되는, 이미지 센서.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR} 본 발명은 이미지 센서 및 이미지 센서의 동작 방법에 관한 것이다. 자세하게는, 오토 포커스를 지원하는 이미지 센서 및 이미지 센서의 동작 방법에 관한 것이다. 이미지 센서는 광 신호를 전기 신호로 변환시키는 장치로서, CCD(charge coupled device) 이미지 센서와 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서 등이 있다. 초점을 자동으로 검출하는 오토 포커싱(auto focusing; AF) 기능이 이미징 장치에서 활용되고 있다. 위상차 오토 포커싱(phase difference auto focusing; PAF)은 서로 다른 위치에서 검출된 광 신호의 위상 차이에 기반하여 초점 거리를 조절한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 그룹의 회로도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이의 일부 트랜지스터들과 배선의 연결을 도시한다. 도 4 내지 도 6은 도 3의 픽셀 어레이의 서로 다른 오토 포커싱 모드에서 픽셀 신호를 독출하기 위한 이미지 센서의 타이밍 도들을 도시한다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이의 일부 트랜지스터들과 배선의 연결을 도시한다. 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이를 도시한다. 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 간략화된 픽셀 어레이를 도시한다. 도 10는 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 그룹의 회로도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이의 일부 트랜지스터들과 배선의 연결을 도시한다. 도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다. 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 블록도이다. 이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(100)를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(100)는, 이미징 장치의 오토 포커싱 기능 수행에 따른 제어에 기초하여 픽셀 그룹(PXG)을 동작시킬 수 있다. 픽셀 그룹(PXG)은 복수의 서로 다른 오토 포커싱 모드에서 서로 다르게 동작할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(110), 로우 드라이버(120), 타이밍 컨트롤러(130), 램프 생성기(141), 클록 생성기(142), 독출 회로(150), 출력 버퍼(160), 및 이미지 신호 프로세서(170)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 복수의 픽셀 그룹들(PXGs)을 포함한다. 복수의 픽셀 그룹들(PXGs)은, 예를 들어, 매트릭스(matrix) 형태로 배열될 수 있다. 픽셀 그룹들(PXGs) 각각은 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들 각각은 두 개의 광전 변환 소자들을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 로우 드라이버(120)로부터 복수의 로우 라인들(RLn)을 통하여 선택 신호, 리셋 신호 및 전송 제어 신호 등의 복수의 픽셀 구동 신호들(CSn)을 수신할 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 수신된 픽셀 구동 신호들(CSn)의 제어에 따라 동작한다. 이미지 센서(100)의 픽셀들 각각은 광전 변환 소자를 통해 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 또한, 픽셀들 또는 픽셀 그룹들에 기초한 픽셀 신호(PXS)는 복수의 컬럼 라인들(CLm)을 통해서 독출 회로(150)에 전송될 수 있다. 독출 회로(150)는 아날로그-디지털 컨버터를 포함한다. 일 실시 예에서, 광전 변환 소자는 포토다이오드 (photodiode: PD)일 수 있다. 포토다이오드(PD)는 각 픽셀에 입사된 광 신호에 비례하여 전하들을 생성하고, 생성한 전하들을 축적하는 광전 변환 소자의 일종이다. 일 실시 예에서, 광전 변환 소자는 포토다이오드 (photodiode: PD), 포토커패시터(photocapacitor), 포토게이트(photogate), 핀드 포토다이오드(pinned photodiode:PPD), 부분적 핀드 포토다이오드(partially pinned photodiode), 유기 포토다이오드(Organic Photo Diode: OPD) 및 퀀텀닷(Quantum Dot: QD) 중 어느 하나이거나 이들의 조합 등일 수 있다. 본 명세서의 실시 예들은 광전 변환 소자가 포토다이오드(PD)인 것을 전제로 하여 설명하지만, 앞에서 기술한 다른 광전 변환 소자가 사용될 수 있으며 포토다이오드(PD)인 것으로 한정하지 않는다. 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서(100)의 픽셀들 각각은 복수의 광전 변환 소자들을 포함한다. 픽셀들 각각은 두 개의 광전 변환 소자들을 포함한다. 픽셀들 각각의 복수의 광전 변환 소자들은 픽셀 어레이(110)의 열 방향(열이 연장되는 방향) 또는 컬럼 방향(컬럼이 연장되는 방향) 중 어느 하나로 인접하여 배치될 수 있다. 본 명세서의 실시 예들은 각 픽셀의 복수의 광전 변환 소자들은 픽셀 어레이(110)의 열 방향을 따라서 서로 인접하여 배치된 것을 전제로 하여 설명된다. 하지만, 본 발명은 각 픽셀의 복수의 광전 변환 소자들이 픽셀 어레이(110)의 로우 방향을 따르거나, 다른 방향을 따라서 서로 인접하여 배치된 것을 배제하지 않는다. 각 픽셀의 적어도 두 개의 광전 변환 소자에 축적된 광전하들은 복수의 오토 포커싱 모드들 각각에 따라, 서로 독립적으로 광전하들을 플로팅 확산 영역으로 전송하거나, 같은 기간에 광전하들을 플로팅 확산 영역으로 전송할 수 있다. 일 실시 예에서, 복수의 픽셀들 각각은 하나의 마이크로 렌즈를 포함하고, 동일한 픽셀의 복수의 광전 변환 소자들은 하나의 마이크로 렌즈를 공유할 수 있다. 일 실시 예에서, 복수의 픽셀 그룹들(PXGs) 각각은 하나의 마이크로 렌즈를 포함하고, 동일한 픽셀 그룹(PXG)의 복수의 픽셀들은 하나의 마이크로 렌즈를 공유할 수 있다. 본 명세서의 실시 예들은 복수의 픽셀들 각각이 하나의 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 전제로 하여 설명된다. 하지만, 본 발명은 복수의 픽셀 그룹들(PXGs) 각각이 하나의 마이크로 렌즈를 공유하는 것을 배제하지 않는다. 로우 드라이버(120)는 타이밍 컨트롤러(130)의 제어에 따라 픽셀 어레이(110)의 적어도 어느 하나의 로우를 선택할 수 있다. 로우 드라이버(120)는 복수의 로우들 중 적어도 어느 하나의 로우를 선택하기 위해서 선택 신호를 생성할 수 있다. 로우 드라이버(120)는 선택된 로우에 대응하는 픽셀들을 활성화시킬 수 있다. 선택된 로우 픽셀들(또는 픽셀 그룹들)에서 샘플링된 픽셀 신호(PXS)가 독출 회로(150)의 아날로그-디지털 컨버터로 전송될 수 있다. 픽셀 신호(PXS)는 플로팅 확산 영역의 리셋 전압 레벨을 샘플링한 리셋 레벨의 픽셀 신호, 및 플로팅 확산 영역의 픽셀 전압 레벨을 샘플링한 픽셀 레벨 픽셀의 신호중 어느 하나일 수 있다. 독출 회로(150)의 아날로그-디지털 컨버터는 리셋 전압 레벨의 픽셀 신호(PXS) 및 픽셀 전압 레벨의 픽셀 신호(PXS)를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 본 명세서에서는, 리셋 전압 레벨의 픽셀 신호(PXS)는 리셋 레벨 신호와 혼용될 수 있고, 픽셀 전압 레벨의 픽셀 신호(PXS)는 픽셀 레벨 신호와 혼용될 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 상관 이중 샘플링 방식으로 리셋 레벨 신호 및 픽셀 레벨 신호를 샘플링한 후에 이를 디지털 신호인 이미지 데이터(IDT)로 변환할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터의 전단에는 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler: CDS)가 더 배치될 수 있다. 출력 버퍼(160)는 디지털 변환된 각각의 컬럼 단위의 이미지 데이터(IDT)를 래치하여 이미지 신호 처리 로직(1570)에 전송할 수 있다. 출력 버퍼(160)는 타이밍 컨트롤러(130)의 제어에 따라 이미지 데이터(IDT)를 일시 저장하고, 순차적으로 래치된 이미지 데이터(IDT)를 이미지 신호 처리 로직(170)에 제공할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(130)는 픽셀 어레이(110), 로우 드라이버(120), 독출 회로(150) 및 이미지 신호 처리 로직(150)을 제어할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(130)는 로우 드라이버(120)에 타이밍 컨트롤 신호(timing control signal)(TC)를 제공할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(130)는 독출 회로(150)에 참조 코드(reference code)를 제공할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(130)는 외부 장치로부터 제어 신호(AF_MOD)를 수신할 수 있다. 일 실시 예에서, 외부 장치는 전자 장치의 어플리케이션 프로세서일 수 있다. 타이밍 컨트롤러(130)는 이미지 신호 처리 로직(1570)에 제어 신호, 및 오토 포커싱 모드 제어 신호(MC)를 제공할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(130)는 로직 제어 회로(logic control circuit), 위상 고정 로프(phase lock loop: PLL) 회로 및/또는 타이밍 컨트롤 회로(timing control circuit) 등을 포함할 수 있다. 이미지 신호 처리 로직(170)은 오토 포커싱 모드 제어 신호(MC)에 기초하여, 이미지 데이터(IDT)를 처리하고, 처리된 이미지 데이터(pIDT)와 위상 데이터(Phase Data)(PD)를 생성할 수 있다. 이미지 신호 처리 로직(150)은 인터페이스 회로를 통하여 처리된 이미지 데이터(pIDT)와 위상 데이터(PD)를 출력할 수 있다. 이미징 장치의 어플리케이션 프로세서는 이미지 센서로부터 이미지 데이터 및 위상 데이터를 수신할 수 있다. 어플리케이션 프로세서는 이미지 데이터를 처리하여 디스플레이에 표시하거나 이미지 파일로 저장할 수 있다. 어플리케이션 프로세서는 위상 데이터에 기초한 위상차 연산을 수행하여 디스패리티(disparity)를 계산할 수 있다. 어플리케이션 프로세서는 디스패리티에 기초하여 카메라의 오토 포커싱을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서