(57)【要約】【課題】  イメージセンサーを提供する。【解決手段】  本発明のイメージセンサーは、シグナル電圧を出力するピクセルを含むピクセルアレイであって、前記ピクセルは、第１及び第２光電素子と、前記第１及び第２光電素子にそれぞれ接続される第１及び第２転送トランジスタと、前記第１及び第２転送トランジスタが接続されるフローティング拡散ノードとを含むピクセルアレイ；ランプクロックに応じて一定に減少して、第１ゲイン（ｇａｉｎ）を有するランプ電圧を生成するランプ電圧生成器、前記ランプ電圧と前記シグナル電圧とを比較して比較信号を出力する相関二重サンプラー（Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｅｒ、ＣＤＳ）；前記比較信号をカウンタークロックに合わせてカウントしてデジタル信号を出力するカウンター；及び前記デジタル信号を第２ゲインでスケーリングするデジタルスケーリングユニット；を含む。【選択図】      図２
2018117351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シグナル電圧を出力するピクセルを含むピクセルアレイであって、前記ピクセルは、第１及び第２光電素子と、前記第１及び第２光電素子にそれぞれ接続される第１及び第２転送トランジスタと、前記第１及び第２転送トランジスタが接続されるフローティング拡散ノードとを含むピクセルアレイ；
ランプクロックに応じて一定に減少して、第１ゲイン（ｇａｉｎ）を有するランプ電圧を生成するランプ電圧生成器；
前記ランプ電圧と前記シグナル電圧とを比較して比較信号を出力する相関二重サンプラー（Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｅｒ、ＣＤＳ）；
前記比較信号をカウンタークロックに合わせてカウントしてデジタル信号を出力するカウンター；及び
前記デジタル信号を第２ゲインでスケーリングするデジタルスケーリングユニットを含んでなる、イメージセンサー。
【請求項２】
前記第１ゲイン及び前記第２ゲインを制御して、互いに異なるユーザーゲインを導出させるゲイン制御器をさらに含み、
前記ユーザーゲインは前記第１ゲインと前記第２ゲインとの積である、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記ゲイン制御器は、第１乃至第３動作モードを含む複数の動作モードで動作し、
前記第１乃至第３動作モードは、ユーザーゲインをそれぞれ１倍、２倍及び４倍にするモードであり、
前記第１動作モードにおける前記第２ゲインは、前記第２動作モードにおける前記第２ゲインの半分である、請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記第３動作モードにおける前記第２ゲインは、前記第２動作モードにおける前記第２ゲインと同一である、請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項５】
前記第１動作モードにおける前記第１ゲインは前記第２動作モードにおける前記第１ゲインと同一である、請求項３に記載のイメージセンサー。
【請求項６】
前記ランプクロックの周波数は前記カウンタークロックの周波数の半分である、請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項７】
第１及び第２光電素子を含み、リセット出力、第１出力及び第２出力を順次出力するピクセルであって、前記第１出力は前記第１光電素子による出力であり、前記第２出力は前記第１及び第２光電素子による出力であるピクセル；
ランプクロックに応じて一定に減少して、第１ゲインを有するランプ電圧を生成するランプ電圧生成器；
前記ランプ電圧と前記リセット出力、前記第１出力及び第２出力とを比較して比較信号を出力する相関二重サンプラー；
前記比較信号をカウンタークロックに合わせてカウントしてデジタル信号を出力するカウンター；
前記デジタル信号を第２ゲインでスケーリングするデジタルスケーリングユニット；及び
前記第１ゲイン及び前記第２ゲインを制御して、互いに異なるユーザーゲインを導出させるゲイン制御器を含んでなり、
前記ユーザーゲインは前記第１ゲインと前記第２ゲインとの積であり、
前記ゲイン制御器は第１乃至第３動作モードを含む複数の動作モードで動作し、
前記第１乃至第３動作モードはユーザーゲインをそれぞれ１倍、２倍及び４倍にするモードであり、
前記第１動作モードにおける前記第２ゲインは前記第２動作モードにおける前記第２ゲインの半分である、イメージセンサー。
【請求項８】
前記ランプ電圧は、前記リセット出力に対応する第１パルスと、
前記第１出力に対応する第２パルスと、
前記第２出力に対応する第３パルスとを含む、請求項7に記載のイメージセンサー。
【請求項９】
前記第１パルスの電圧降下の大きさは前記第２パルスの電圧降下の大きさよりも小さく、
前記第２パルスの電圧降下の大きさは前記第３パルスの電圧降下の大きさよりも小さい、請求項8に記載のイメージセンサー。
【請求項１０】
前記第１動作モードにおける前記第１ゲインは前記第２動作モードにおける前記第１ゲインと同一である、請求項7に記載のイメージセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のイメージセンサー（ｉｍａｇｅ  ｓｅｎｓｏｒ）は、光学映像を電気信号に変換させる素子である。イメージセンサーは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）型とＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型に分類される。ＣＭＯＳ型イメージセンサーは、ＣＩＳ（ＣＭＯＳ  ｉｍａｇｅ  ｓｅｎｓｏｒ）と略称される。ＣＩＳは、二次元的に配列された複数の画素を備える。画素のそれぞれはフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、ＰＤ）を含む。フォトダイオードは、入射する光を電気信号に変換する役割を果たす。
【０００３】
最近、コンピュータ産業及び通信産業の発達に伴い、デジタルカメラ、カムコーダー、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラ、ロボットなどの様々な分野で性能が向上したイメージセンサーの需要が増大している。また、半導体装置が高集積化するにつれてイメージセンサーも高集積化している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、飽和オートフォーカシング（ａｕｔｏ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ、ＡＦ）エラーを除去して動作特性を向上させたイメージセンサーを提供することにある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、上述した課題に限定されず、上述していない別の課題は、以降の記載から当業者に明確に理解できるだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーは、シグナル電圧を出力するピクセルを含むピクセルアレイであって、前記ピクセルは第１及び第２光電素子と、前記第１及び第２光電素子にそれぞれ接続される第１及び第２転送トランジスタと、前記第１及び第２転送トランジスタが接続されるフローティング拡散ノードとを含むピクセルアレイ；ランプクロックに応じて一定に減少して、第１ゲイン（ｇａｉｎ）を有するランプ電圧を生成するランプ電圧生成器；前記ランプ電圧と前記シグナル電圧とを比較して比較信号を出力する相関二重サンプラー（Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｅｒ、ＣＤＳ）；前記比較信号をカウンタークロックに合わせてカウントしてデジタル信号を出力するカウンター；及び前記デジタル信号を第２ゲインでスケーリングするデジタルスケーリングユニット；を含んでなる。
【０００７】
上記の課題を解決するための本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーは、第１及び第２光電素子を含み、リセット出力、第１出力及び第２出力を順次出力するピクセルであって、前記第１出力は前記第１光電素子による出力であり、前記第２出力は前記第１及び第２光電素子による出力であるピクセル；ランプクロックに応じて一定に減少して、第１ゲインを有するランプ電圧を生成するランプ電圧生成器；前記ランプ電圧と前記リセット出力、前記第１及び第２出力とを比較して比較信号を出力する相関二重サンプラー；前記比較信号をカウンタークロックに合わせてカウントしてデジタル信号を出力するカウンター；前記デジタル信号を第２ゲインでスケーリングするデジタルスケーリングユニット；及び前記第１ゲイン及び前記第２ゲインを制御して、互いに異なるユーザーゲインを導出させるゲイン制御器を含んでなり、前記ユーザーゲインは前記第１ゲインと前記第２ゲインとの積であり、前記ゲイン制御器は第１乃至第３動作モードを含む複数の動作モードで動作し、前記第１乃至第３動作モードはユーザーゲインをそれぞれ１倍、２倍及び４倍にするモードであり、前記第１動作モードにおける前記第２ゲインは前記第２動作モードにおける前記第２ゲインの半分である。
【０００８】
上記の課題を解決するための本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーは、シグナル電圧を出力するピクセルを含むピクセルアレイであって、前記ピクセルは、第１サブピクセル、第２サブピクセル、前記第１及び第２サブピクセルが共有するフローティング拡散ノード、リセットトランジスタ、及びドライブトランジスタを含み、前記第１サブピクセルは第１光電素子及び第２光電素子を含み、前記第２サブピクセルは第３光電素子及び第４光電素子を含み、前記第１乃至第４光電素子と前記フローティング拡散ノードとの間にそれぞれ位置する第１乃至第４転送トランジスタを含み、ランプクロックに応じて一定に減少して、第１ゲイン（ｇａｉｎ）を有するランプ電圧を生成するランプ電圧生成器；前記ランプ電圧と前記シグナル電圧とを比較して比較信号を出力する相関二重サンプラー（Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｅｒ、ＣＤＳ）；前記比較信号をカウンタークロックに合わせてカウントしてデジタル信号を出力するカウンター；前記デジタル信号を第２ゲインでスケーリングするデジタルスケーリングユニット；及び前記第１ゲイン及び前記第２ゲインを制御して、互いに異なるユーザーゲインを導出させるゲイン制御器を含み、前記ユーザーゲインは前記第１ゲインと第２ゲインとの積であり、前記ゲイン制御器は第１乃至第３動作モードを含む複数の動作モードで動作し、前記第１乃至第３動作モードはユーザーゲインをそれぞれ１倍、２倍及び４倍にするモードであり、前記第１動作モードにおける前記第１ゲインは前記第２動作モードにおける前記第１ゲインと同一であり、前記第１動作モードにおける前記第２ゲインは前記第２動作モードにおける前記第２ゲインの半分である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのブロック図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの詳細構造を説明するための部分ブロック図である。
【図３】図２のピクセルを詳細に説明するための等価回路図である。
【図４】図２のランプ電圧生成器を詳細に説明するための等価回路図である。
【図５】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのランプ電圧を説明するための波形図である。
【図６】図５のランプ電圧を生成するための中間段階を説明するための図である。
【図７】図５のランプ電圧を生成するための中間段階を説明するための図である。
【図８】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのデジタル信号を説明するためのグラフである。
【図９】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのクロックを説明するためのブロック図である。
【図１０】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのパラメータをまとめた表である。
【図１１】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのランプ電圧生成器を詳細に説明するための等価回路図である。
【図１２】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのパラメータをまとめた表である。
【図１３】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの動作モードによるアナログゲインとデジタルゲインを説明するための表である。
【図１４】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのユーザーゲインが２倍であるときのランプ電圧とクロックとの関係を説明するためのグラフである。
【図１５】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのユーザーゲインが２倍であるときのランプ電圧とクロックとの関係を説明するためのグラフである。
【図１６】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの詳細構造を説明するための部分ブロック図である。
【図１７】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのパラメータをまとめた表である。
【図１８】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの動作モードによるアナログゲインとデジタルゲインを説明するための表である。
【図１９】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの第２動作モードにおけるランプ電圧とクロックとの関係を説明するためのグラフである。
【図２０】本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの第３動作モードにおけるランプ電圧とクロックとの関係を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１乃至図１０を参照して、本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーについて説明する。
【００１１】
図１は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのブロック図、図２は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの詳細構造を説明するための部分ブロック図である。図３は図２のピクセルを詳細に説明するための等価回路図、図４は図２のランプ電圧生成器を詳細に説明するための等価回路図である。図５は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのランプ電圧を説明するための波形図、図６及び図７は図５のランプ電圧を生成するための中間段階を説明するための図である。図８は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのデジタル信号を説明するためのグラフ、図９は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのクロックを説明するためのブロック図である。図１０は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのパラメータをまとめた表である。
【００１２】
図１を参照すると、本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーは、光電素子を含むピクセルが二次元的に配列されてなるピクセルアレイ１０は、タイミング発生器（ｔｉｍｉｎｇ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０、行デコーダー（ｒｏｗ  ｄｅｃｏｄｅｒ）３０、行ドライバー（ｒｏｗ  ｄｒｉｖｅｒ）４０、相関二重サンプラー（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｅｒ、ＣＤＳ）５０、カウンター６０、デジタルスケールリングユニット６５、ゲイン制御器６３、ラッチ部（ｌａｔｃｈ）７０、及び列デコーダー（ｃｏｌｕｍｎｄｅｃｏｄｅｒ）８０などを含む。
【００１３】
ピクセルアレイ１０は、二次元的に配列された多数の単位ピクセルを含む。多数の単位ピクセルは、光学映像を電気的な出力信号に変換する役割を果たす。ピクセルアレイ１０は、行ドライバー４０から行選択信号、リセット信号、電荷転送信号などの多数の駆動信号を受信して駆動される。また、変換された電気的なシグナル電圧は垂直信号ラインを介して相関二重サンプラー５０に提供される。
【００１４】
タイミング発生器２０は、行デコーダー３０及び列デコーダー８０にタイミング（ｔｉｍｉｎｇ）信号及び制御信号を提供する。
【００１５】
行ドライバー４０は、行デコーダー３０でデコードされた結果に基づいて、多数の単位ピクセルを駆動するための多数の駆動信号をアクティブピクセルピクセルアレイ１０に提供する。一般に、マトリクス状に単位ピクセルが配列された場合には、各行別に駆動信号を提供する。
【００１６】
相関二重サンプラー５０は、アクティブピクセルピクセルアレイ１０に形成されたリセット電圧及びシグナル電圧を垂直信号ラインを介して受信してホールド（ｈｏｌｄ）及びサンプリングする。すなわち、リセット電圧とシグナル電圧をそれぞれランプ電圧と比較してバイナリ信号、すなわち比較信号を出力することができる。
【００１７】
カウンター６０は、前記比較信号をカウントしてデジタル信号を出力することができる。前記デジタル信号は、ピクセルに印加される入射光の照度と関連付けられる。すなわち、入射光の照度が高ければ高いほど、ピクセル内部の光電素子の電荷蓄積が多くなり、これによりリセット電圧とシグナル電圧の変化が大きくなることができる。よって、ランプ電圧とシグナル電圧との比較信号が長くなる可能性があり、これによりカウントされる回数が大きくなり、結果的にさらに大きいデジタル信号が生成され得る。
【００１８】
デジタルスケーリングユニット６５は、前記デジタル信号の大きさをスケーリングすることができる。例えば、スケーリング前の前記デジタル信号は、０乃至２０４８ＬＳＢ（ｌｅａｓｔ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  ｂｉｔ）の大きさを有することができる。ここで、ＬＳＢは入射光の明るさの単位であり得る。デジタルスケーリングユニット６５によって、前記デジタル信号は０乃至１０２４ＬＳＢの範囲でスケーリングできる。ただし、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００１９】
ラッチ部７０はデジタル信号をラッチ（ｌａｔｃｈ）し、ラッチされた信号はカラムデコーダー８０でデコードされた結果に基づいて順次映像信号処理部へ出力される。
【００２０】
図２を参照すると、ピクセルアレイ１０は複数のピクセルＰ（ｉ、ｊ）を含むことができる。複数のピクセルＰ（ｉ、ｊ）は複数の行ｉと複数の列ｊに整列できる。それぞれの複数の列ｊごとに垂直信号ラインが配置されてピクセルＰ（ｉ、ｊ）の出力、すなわちリセット電圧とシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌを出力することができる。
【００２１】
第１ランプ電圧生成器９０はランプ電圧Ｖｒａｍｐを生成することができる。ランプ電圧Ｖｒａｍｐは、アナログ信号をデジタル信号に変換するための信号であって、三角波の形態を持つことができる。第１ランプ電圧生成器９０は第２クロックＣＬＫ２を用いてランプ電圧Ｖｒａｍｐを生成することができる。
【００２２】
相関二重サンプラー５０は、ランプ電圧Ｖｒａｍｐとリセット電圧及びシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌとを比較することができる。相関二重サンプラー５０は複数の比較器を含むことができる。それぞれの比較器は一つのピクセルＰ（ｉ、ｊ）の垂直信号ラインに１対１で対応することができる。相関二重サンプラー５０は、ランプ電圧Ｖｒａｍｐとリセット電圧とを比較し、ランプ電圧Ｖｒａｍｐとシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌとを比較した比較信号を出力することができる。前記比較信号は、ランプ電圧Ｖｒａｍｐとシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌのうちどちらの方が大きいかをバイナリ信号で表わすことができる。例えば、ランプ電圧Ｖｒａｍｐが大きい場合には「１」を出力し、シグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌが大きい場合には「０」を出力することができる。或いは、上記と逆にして出力することができる。
【００２３】
カウンター６０は複数のカウンターを含むことができる。それぞれの複数のカウンターは、相関二重サンプラー５０の一つの比較器に１対１で対応することができる。すなわち、一つの比較信号が一つのカウンターによってカウントできる。ただし、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
カウンター６０は第１クロックＣＬＫ１を受信することができる。カウンター６０は、第１クロックＣＬＫ１の立ち上がりエッジ或いは立ち下がりエッジを基準に、前記比較信号がどれ程度同じ値を維持するかをカウントすることができる。例えば、「１」が出力される時間をカウントする場合、シグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌの大きさがどれくらいであるかによってカウント回数が変わり得る。これにより、カウント回数で表されるデジタル信号の値が決定できる。上述したように、前記デジタル信号は、シグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌの大きさに関連して入射光の照度を示すデジタル値であり得る。
【００２５】
デジタルスケーリングユニット６５は、前記デジタル信号を受信して大きさをスケーリングすることができる。このとき、スケーリングの大きさはゲイン制御器６３の制御によって決定できる。
【００２６】
ゲイン制御器６３は、第１ランプ電圧生成器９０及びデジタルスケーリングユニット６５のゲインを制御することができる。第１ランプ電圧生成器９０は、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのゲインをゲイン制御器６３によって決定することができる。デジタルスケーリングユニット６５は、前記デジタル信号のスケーリングの大きさをゲイン制御器６３の制御によって決定することができる。これについては詳細に後述する。
【００２７】
図３を参照すると、ピクセルＰ（ｉ、ｊ）はサブピクセルＰ１〜Ｐ４を含むことができる。具体的に、ピクセルＰ（ｉ、ｊ）は、第１サブピクセルＰ１、第２サブピクセルＰ２、第３サブピクセルＰ３及び第４サブピクセルＰ４を含むことができる。ただし、本実施形態はこれらに限定されるものではない。本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのピクセルは、必要に応じてより多い或いはより少ない数のサブピクセルを含むことができる。
【００２８】
第１サブピクセルＰ１及び第４サブピクセルＰ４は、その上部に緑色カラーフィルターが形成できる。第２サブピクセルＰ２の上部には赤色カラーフィルターが形成できる。第３サブピクセルＰ３の上部には青色カラーフィルターが形成できる。すなわち、第１乃至第４サブピクセルＰ１〜Ｐ４はベイヤーパターン（ｂａｙｅｒ  ｐａｔｔｅｒｎ）で配置できる。ただし、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
第１サブピクセルＰ１は二つの光電素子と二つの転送トランジスタを含むことができる。すなわち、第１サブピクセルＰ１は第１光電素子ＰＤ１及び第２光電素子ＰＤ２を含むことができる。第１光電素子ＰＤ１は第１サブピクセルＰ１の左側に配置できる。第２光電素子ＰＤ２は第２サブピクセルＰ２の右側に配置できる。第１光電素子ＰＤ１及び第２光電素子ＰＤ２は第１サブピクセルＰ１に入射された入射光に応じて電荷を蓄積することができる。
【００３０】
第１転送トランジスタＴＸ＿Ｌ１は第１光電素子ＰＤ１とフローティング拡散ノードＦＤとを接続することができる。すなわち、第１転送トランジスタＴＸ＿Ｌ１は、第１伝送ゲート信号ＴＧ＿Ｌ１によって、第１光電素子ＰＤ１に蓄積された電荷をフローティング拡散ノードＦＤへ転送することができる。第２転送トランジスタＴＸ＿Ｒ１は、第２光電素子ＰＤ２とフローティング拡散ノードＦＤとを接続することができる。すなわち、第２転送トランジスタＴＸ＿Ｒ１は、第２伝送ゲート信号ＴＧ＿Ｒ１によって、第２光電素子ＰＤ２に蓄積された電荷をフローティング拡散ノードＦＤへ転送することができる。第１転送トランジスタＴＸ＿Ｌ１及び第２転送トランジスタＴＸ＿Ｒ１は、互いにフローティング拡散ノードＦＤを介して接続できる。
【００３１】
第２サブピクセルＰ２では、第３光電素子ＰＤ３が第３転送トランジスタＴＸ＿Ｌ２を介してフローティング拡散ノードＦＤに接続され、第４光電素子ＰＤ４が第４転送トランジスタＴＸ＿Ｒ２を介してフローティング拡散ノードＦＤに接続され得る。第３転送トランジスタＴＸ＿Ｌ２は、第３伝送ゲート信号ＴＧ＿Ｌ２によって、第３光電素子ＰＤ３に蓄積された電荷をフローティング拡散ノードＦＤへ転送し、第４転送トランジスタＴＸ＿Ｒ２は、第４伝送ゲート信号ＴＧ＿Ｒ２によって、第４光電素子ＰＤ４に蓄積された電荷をフローティング拡散ノードＦＤへ転送することができる。
【００３２】
第３サブピクセルＰ３では、第５光電素子ＰＤ５が第５転送トランジスタＴＸ＿Ｌ３を介してフローティング拡散ノードＦＤに接続され、第６光電素子ＰＤ６が第６転送トランジスタＴＸ＿Ｒ３を介してフローティング拡散ノードＦＤに接続され得る。第５転送トランジスタＴＸ＿Ｌ３は、第５伝送ゲート信号ＴＧ＿Ｌ３によって、第５光電素子ＰＤ５に蓄積された電荷をフローティング拡散ノードＦＤへ転送し、第６転送トランジスタＴＸ＿Ｒ３は、第６伝送ゲート信号ＴＧ＿Ｒ３によって、第６光電素子ＰＤ６に蓄積された電荷をフローティング拡散ノードＦＤへ転送することができる。
【００３３】
第４サブピクセルＰ４では、第７光電素子ＰＤ７が第７転送トランジスタＴＸ＿Ｌ４を介してフローティング拡散ノードＦＤに接続され、第８光電素子ＰＤ８が第８転送トランジスタＴＸ＿Ｒ４を介してフローティング拡散ノードＦＤに接続され得る。第７転送トランジスタＴＸ＿Ｌ４は、第７伝送ゲート信号ＴＧ＿Ｌ４によって、第７光電素子ＰＤ７に蓄積された電荷をフローティング拡散ノードＦＤへ転送し、第８転送トランジスタＴＸ＿Ｒ４は、第８伝送ゲート信号ＴＧ＿Ｒ４によって、第８光電素子ＰＤ８に蓄積された電荷をフローティング拡散ノードＦＤへ転送することができる。
【００３４】
第１乃至第４サブピクセルＰ１〜Ｐ４はフローティング拡散ノードＦＤを共有することができる。フローティング拡散ノードＦＤは、リセット信号ＲＧによって制御されるリセットトランジスタＲＸに接続され、ソースフォロワー構成を有するドライブトランジスタＤＸのゲート端子に接続され得る。選択トランジスタＳＸは選択信号ＳＥＬによってピクセルＰ（ｉ、ｊ）の選択／非選択を決定することができる。これにより、ピクセルＰ（ｉ、ｊ）は受信信号ラインを介してシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌを出力することができる。
【００３５】
本実施形態において、ピクセルＰ（ｉ、ｊ）のサブピクセルが二つの光電素子を含むことは、高速のオートフォーカシング（ａｕｔｏ−ｆｏｃｕｓｉｎｇ）機能を活用するためである。すなわち、一つのサブピクセルで二つの光電素子がそれぞれ受光する場合、左眼と右眼のように焦点距離を高速で導出し易いためである。すなわち、第１サブピクセルＰ１の場合を例とすれば、第１サブピクセルＰ１の左側に位置した第１光電素子ＰＤ１がセンシングした光と、第１サブピクセルＰ１の右側に位置した第２光電素子ＰＤ２がセンシングした光との差を利用して、オートフォーカシング情報を取得することができる。
【００３６】
したがって、最終的に取得すべき情報は、前記二つの光電素子による出力の差、及び全体的に入射した光の大きさである前記二つの光電素子による出力の和が必要であり得る。
【００３７】
図４を参照すると、第１ランプ電圧生成器９０はランプ電流Ｉｒａｍｐ及びランプ抵抗Ｒｒａｍｐを含むことができる。
【００３８】
ランプ電流Ｉｒａｍｐは可変電流源によって生成できる。このとき、可変電流源は、ＶＤＤ端子ＶＤＤに接続され、ランプ抵抗Ｒｒａｍｐに直列に接続され得る。これにより、ランプ抵抗Ｒｒａｍｐにランプ電流Ｉｒａｍｐが流れながらランプ電圧Ｖｒａｍｐが生成され得る。
【００３９】
図４の等価回路図において、可変電流源が一つの回路素子で表現されているが、実際には、複数の電流セルを含むことができる。前記複数の電流セルの数は、カウンター６０が出力するデジタル信号の範囲に関連できる。すなわち、イメージセンサーのカウンター６０が、最大値として１０２４ＬＳＢを持つデジタル信号を出力するためには、前記複数の電流セルが１０２４個であり、イメージセンサーのカウンター６０が、最大値として２０４８ＬＳＢを持つデジタル信号を出力するためには、前記複数の電流セルが２０４８個であり得る。便宜上、複数の電流セルの数は１０２４個であると仮定して説明する。
【００４０】
ランプ電流Ｉｒａｍｐが流れる前記可変電流源は、初期には１０２４個の電流セルが全てオンになって最も大きな電流が流れ得る。このとき、ランプ電圧Ｖｒａｍｐは最大値を持つことができる。第１ランプ電圧生成器９０は、第２クロックＣＬＫ２を受信して動作し、第２クロックＣＬＫ２の一つのエッジが通るたびに、前記１０２４個の電流セルが一つずつオフになりながら可変電流源のランプ電流Ｉｒａｍｐの値が低くなることができる。
【００４１】
これにより、ランプ抵抗Ｒｒａｍｐにかかる電圧であるランプ電圧も順次低くなることができる。特定のレベルまでランプ電圧Ｖｒａｍｐが低くなると、一度に可変電流源の全ての電流セルがオンになりながらランプ電流Ｉｒａｍｐが大きくなり、これによりランプ電圧Ｖｒａｍｐも大きくなることができる。
【００４２】
図５を参照すると、ランプ電圧Ｖｒａｍｐは３つのパルスを含むことができる。それぞれのパルスは、上述した方式で順次減少してから、一度にさらに大きくなる三角波の形状であり得る。
【００４３】
具体的に、ランプ電圧Ｖｒａｍｐは第１パルスＲｅｓｅｔ、第２パルス及び第３パルスＰＤ１＋ＰＤ２＝ＳＵＭを含むことができる。それぞれのランプ電圧Ｖｒａｍｐは複数のサブピクセルにそれぞれ対応することができるが、便宜上、第１サブピクセルＰ１に対応する場合についてのみ説明する。第２乃至第４サブピクセルＰ２〜Ｐ４は第１サブピクセルＰ１と同様に取り扱われ得る。
【００４４】
第１パルスＲｅｓｅｔは、第１サブピクセルＰ１のリセット電圧に対応するパルスであり得る。リセット電圧は、相対的に変化する信号の大きさが小さいので、第１パルスＲｅｓｅｔは、第１電圧降下Ｖ１分だけ電圧が低くなってから回復できる。
【００４５】
第２パルスＰＤ１は、第１サブピクセルＰ１の第１光電素子ＰＤ１によるシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌに対応するパルスであり得る。すなわち、ピクセルＰ（ｉ、ｊ）の第１サブピクセルＰ１の第１光電素子ＰＤ１によるシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌに対応するパルスであり得る。シグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌはリセット電圧に電圧降下がさらに追加されるので、第２パルスＰＤ１は当然のことながら、第１電圧降下Ｖ１よりも大きい第２電圧降下Ｖ２分だけ低くなってから回復できる。
【００４６】
第３パルスＰＤ１＋ＰＤ２＝ＳＵＭは、第１サブピクセルＰ１の第１光電素子ＰＤ１及び第２光電素子ＰＤ２の両方ともによるシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌに対応するパルスであり得る。シグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌは、二つの光電素子による電圧降下が一つの光電素子による場合よりもさらい大きいので、第３パルスＰＤ１＋ＰＤ２＝ＳＵＭは、第２電圧降下Ｖ２よりも大きい第３電圧降下Ｖ３分だけ低くなってから回復できる。
【００４７】
このとき、第１パルスＲｅｓｅｔ、第２パルスＰＤ１及び第３パルスＰＤ１＋ＰＤ２＝ＳＵＭは、すべての電圧が降下する部分で第１傾きＳ１を有することができる。これは第２クロックＣＬＫ２の周期とランプ電流Ｉｒａｍｐの変化量に基づいて決定できる。
【００４８】
このようなランプ電圧Ｖｒａｍｐの形態は、ピクセルＰ（ｉ、ｊ）の出力の形態に起因することができる。すなわち、ピクセルＰ（ｉ、ｊ）の出力は、まずリセット電圧を出力し、次いで第１光電素子ＰＤ１によるシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌを出力し、その次に第１光電素子ＰＤ１及び第２光電素子ＰＤ２の両方ともによるシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌを出力するＲＳＳ（ｒｅｓｅｔ−ｓｉｇｎａｌ−ｓｉｇｎａｌ）リードアウト方式である。
【００４９】
前記ＲＳＳ方式は、ＲＳＲＳ（ｒｅｓｅｔ−ｓｉｇｎａｌ−ｒｅｓｅｔ−ｓｉｇｎａｌ）リードアウト方式に比べてノイズの面で利点がある。ＲＳＲＳリードアウト方式とは、リセット電圧を出力し、第１光電素子ＰＤ１によるシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌを出力し、さらにリセット電圧を出力し、次いで第２光電素子ＰＤ２によるシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌを出力する方式である。
【００５０】
上述したように、本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーは、イメージ情報のために、二つの光電素子による出力の和、及びオートフォーカシングのための出力の差の情報のみを取得すればよい。よって、ＲＳＲＳリードアウト方式は、それぞれの光電素子による出力を別々に求めてそれらを合わせ、また、それらの差を求める方式をとる。
【００５１】
このとき、それぞれの出力のノイズは、出力の和を求めるとき、固定ノイズの場合には２倍になり、ランダムノイズ、すなわち、互いに周波数が異なるノイズの場合には√２倍になることができる。すなわち、二つの出力の和のノイズが大きくなることができる。
【００５２】
これに対し、ＲＳＳリードアウト方式は、二つの出力の和自体が出力として出てくるので、このようなノイズの増幅が全くない。よって、固定ノイズは５０％改善され、ランダムノイズは３０％改善され得る。
【００５３】
ただし、二つの光電素子による出力の和と第１光電素子ＰＤ１による出力とが同一の範囲（例えば、０乃至１０２４ＬＳＢ）でセンシングされるので、飽和に対する問題が発生するおそれがある。例えば、二つの光電素子による出力の和ＰＤ１＋ＰＤ２＝ＳＵＭが１０２４ＬＳＢで飽和される場合には、第１光電素子ＰＤ１による出力ＰＤ１が高くなるにつれて、すなわち１０２４ＬＳＢに近づくにつれて、第２光電素子ＰＤ２による出力ＰＤ２は０ＬＳＢ（ＳＵＭ−ＰＤ１）として間違って導出されることがある。
【００５４】
図６及び図７を参照すると、本実施形態に係るイメージセンサーは、前記飽和によるエラーを防止するために、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのゲイン（ｇａｉｎ）を調節することができる。ランプ電圧Ｖｒａｍｐの「ゲイン」とは、信号を増幅する程度を意味することができる。すなわち、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのパルスのうち、電圧が低くなる部分の傾きが大きいければ大きいほどゲインが小さくなり、傾きが小さければ小さいほどゲインが大きくなることができる。なぜなら、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのパルスのうち、電圧が低くなる部分の傾きが大きいほど追ってのカウンター６０のカウント回数が小さくなってデジタル信号の大きさが小さくなり、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのパルスのうち、電圧が低くなる部分の傾きが小さいほど追ってのカウンター６０のカウント回数が大きくなってデジタル信号の大きさが大きくなる可能性があるためである。
【００５５】
ランプ電圧Ｖｒａｍｐのゲインを調節するためには、二つの段階が必要である。まず、図６を参照すると、第１段階として、可変電流源のランプ電流Ｉｒａｍｐを２倍にして各パルスの大きさを２倍に大きくする。ただし、第１電圧降下Ｖ１、第２電圧降下Ｖ２及び第３電圧降下Ｖ３の範囲は守られなければならないので、パルスは、三角波ではなく、下部が切り捨てられた三角波の形態を持つことができる。
【００５６】
このとき、各パルスの電圧が回復する部分における破線表示部分が基本的なゲインを有するグラフであり、第１段階を経た後、実線のようにパルスがすぐ回復せず、一定の時間が経過した後に回復できる。第１段階の処理前後とも、パルスの傾きは第２傾きＳ２であり得る。このとき、第１クロックＣＬＫ１及び第２クロックＣＬＫ２はいずれも同じ周波数を有することができる。
【００５７】
前記第１段階の後、第２段階では、ランプ電圧Ｖｒａｍｐの第２クロックＣＬＫ２をカウンター６０の第１クロックＣＬＫ１に比べて半分の周波数を有することができる。これにより、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのゲインが変わり得る。すなわち、第２傾きＳ２が半分になって第１傾きＳ１に変わり得る。これにより、ランプ電圧Ｖｒａｍｐは再び三角波の形状を有し、各パルスの第１電圧降下Ｖ１、第２電圧降下Ｖ２および第３電圧降下Ｖ３はそのまま維持できる。
【００５８】
第２クロックＣＬＫ２の周波数が半分になったというのは、ランプ電圧Ｖｒａｍｐの低くなる速度が半分になったことを意味し、一度低くなるとき（すなわち、一つの電流セルがオフになるとき）にカウンター６０がカウンティングを２回行うことを意味する。すなわち、１０２４個の電流セルがあれば、カウンティングの最大回数は２０４８になり、これによりデジタル信号の最大値は２０４８ＬＳＢになることができる。
【００５９】
すなわち、図８を参照すると、第１光電素子ＰＤ１によるシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌは、０乃至１０２４ＬＳＢの範囲でデジタル信号ＰＤ１として導出され、第１光電素子ＰＤ１および第２光電素子ＰＤ２の両方ともによるシグナル電圧Ｖｓｉｇｎａｌは、０乃至２０４８ＬＳＢの範囲でデジタル信号ＳＵＭとして導出され得る。これにより、第２光電素子ＰＤ２によるデジタル信号ＰＤ２は、二つの和によるデジタル信号ＳＵＭから第１光電素子ＰＤ１によるデジタル信号ＰＤ１を差し引いて求められる。
【００６０】
図９を参照すると、第１クロックＣＬＫ１は直ちにカウンター６０へ供給されるが、第１ランプ電圧生成器９０へ供給されるため、周波数制御器１００を介して、周波数が半分である第２クロックＣＬＫ２に変換できる。
【００６１】
これにより、第１ランプ電圧生成器９０は、ゲインが２倍であるランプ電圧Ｖｒａｍｐを生成することができる。このとき、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのゲインは、アナログ回路を介して実現したものなので、アナログゲイン（ａｎａｌｏｇ  ｇａｉｎ）として定義することができる。
【００６２】
本実施形態に係るイメージセンサーは、アナログゲインを増やすために追加の電流セルなどのリソースを必要とせず、単にクロックを調節することによりアナログゲインを２倍に増やすことができる。よって、アナログゲインを増やすために、イメージセンサーの全体面積が大きくならなくてもよく、追加のパワー消耗も考慮しなくてもよい。
【００６３】
図１０を参照すると、ユーザーゲイン（ｕｓｅｒ  ｇａｉｎ）は、最終的にユーザーに表示されるゲインを意味することができる。すなわち、ユーザーゲインが高ければ高いほど、ユーザーはさらに明るいイメージを取得することができる。前記ユーザーゲインは、前記アナログゲインとデジタルゲインとの積で表現できる。前記デジタルゲインとは、デジタルスケーリングユニット６５によってカウンター６０から出力されたデジタル信号が増幅される程度を意味することができる。デジタルスケーリングユニット６５は、デジタル信号をデジタル回路を介して増幅させるので、このときのゲインをデジタルゲインとして定義することができる。図１０では、ユーザーゲインが１倍、２倍、４倍、８倍及び１６倍で表示されたが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。すなわち、本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーでは、３２倍以上のさらに高いユーザーゲイン値も実現できる。
【００６４】
上述した図６及び図７の段階を経る場合には、アナログゲインが２倍になるので、デジタルゲインが１倍になる場合には、実際のイメージセンサーのユーザーゲインも２倍になることができる。ただし、明るさ表示の選択に応じて、ユーザーゲインが１倍になる動作モードも必要とされることがある。
【００６５】
つまり、本実施形態に係るイメージセンサーは、ユーザーゲインが１倍、２倍、４倍、８倍及び１６倍になる動作モードを含むことができる。このようなユーザーゲインが異なる動作モードは、図１及び図２のゲイン制御器６３で制御できる。
【００６６】
ゲイン制御器６３は、ユーザーゲインが１倍である動作モードを実現するために、デジタルスケーリングユニット６５のデジタルゲインを０．５に調節することができる。すなわち、デジタルスケーリングユニット６５は、カウンター６０によって出力されたデジタル信号の大きさを半分にスケーリングすることができる。これにより、例えば、カウンターによって出力されたデジタル信号が０乃至２０４８ＬＳＢの範囲内の大きさを持つ場合、デジタルスケーリングユニット６５によって、前記デジタル信号が０乃至１０２４ＬＳＢの範囲内の大きさを持つようにスケーリングできる。
【００６７】
すなわち、ゲイン制御器６３は、動作モードで要求するユーザーゲインがどれであるかを判断し、これによりアナログゲインとデジタルゲインを考慮して最終ユーザーゲインを調節することができる。アナログゲインを変更する方法によってランプ電流Ｉｒａｍｐを調節する方法があり得る。デジタルゲインを変更するために、デジタルスケーリングユニット６５にデジタルゲイン変更信号を印加することができる。
【００６８】
具体的に、イメージセンサーの動作モードの要求されるユーザーゲインが１倍であるときは、上述した図６及び図７の段階によってアナログゲインが既に２倍なので、ゲイン制御器６３は、デジタルスケーリングユニット６５にデジタルゲインを０．５とするように指示し、デジタルスケーリングユニット６５は、デジタルゲインを０．５にして最終ユーザーゲインが１倍となるように動作することができる。
【００６９】
イメージセンサーの動作モードの要求されるユーザーゲインが２倍であるときは、アナログゲインが既に２倍なので、デジタルゲインが１倍に設定されて実現できる。
【００７０】
イメージセンサーの動作モードの要求されるユーザーゲインが４倍、８倍及び１６倍であるときは、アナログゲインを調節するために、ランプ電流Ｉｒａｍｐを１／２倍、１／４倍及び１／８倍にすることができる。
【００７１】
以下、図１１及び図１２を参照して、本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーを説明する。上述した実施形態の説明と重複する部分は簡略化または省略する。
【００７２】
図１１は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのランプ電圧生成器を詳細に説明するための等価回路図であり、図１２は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのパラメータをまとめた表である。図１１を参照すると、本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーは、第２ランプ電圧生成器９１を含む。
【００７３】
第２ランプ電圧生成器９１は、可変電流源の代わりに可変抵抗を使用することができる。すなわち、第２ランプ電圧生成器９１は、ランプの抵抗Ｒｒａｍｐが可変的に調節できる。
【００７４】
図１２を参照すると、本実施形態のイメージセンサーの動作モードは、ユーザーゲインが１倍及び２倍であるときは、図１乃至図１０の実施形態と同一であり得る。ただし、ユーザーゲインが４倍、８倍及び１６倍であるときの動作モードでは、本実施形態のイメージセンサーは、ランプ電流Ｉｒａｍｐを減らす代わりに、ランプ抵抗Ｒｒａｍｐを１／２倍、１／４倍及び１／８倍に減らすことができる。ランプ電流Ｉｒａｍｐの代わりにランプ抵抗Ｒｒａｍｐを調節することは、回路の集積度や操作の容易性の面で利点があり得る。
【００７５】
図１３を参照すると、図１乃至図１２の実施形態に係るイメージセンサーのゲイン制御器６３は、動作モードに応じて、アナログゲインとデジタルゲインを同一に制御することができる。
【００７６】
具体的に、本実施形態に係るイメージセンサーは、ユーザーゲインが１倍である場合には、アナログゲインが２倍、デジタルゲインが０．５倍であり得る。これは、上述したように、出力飽和によるエラーを防止するためである。本実施形態に係るイメージセンサーの要求するユーザーゲインが２倍である場合には、アナログゲインが２倍、デジタルゲインが１倍であり得る。
【００７７】
本実施形態に係るイメージセンサーの要求するユーザーゲインが４倍、８倍及び１６倍である場合には、アナログゲインがそれぞれ４倍、８倍及び１６倍であり、デジタルゲインが１倍であり得る。ユーザーゲインが高くなるとき、デジタルゲインの代わりにアナログゲインを大きくすることはノイズと関連がある。
【００７８】
基本的に、アナログ回路の増幅は、信号に比べてノイズの増幅が相対的に大きくなく、デジタル回路の場合、信号とノイズがそのまま増幅できる。よって、ユーザーゲインが大きくなるときは、デジタルゲインの代わりにアナログゲインを調節してノイズの増幅を最小限に抑えることができる。
【００７９】
図１４は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのユーザーゲインが２倍であるときのランプ電圧とクロックとの関係を説明するためのグラフであり、図１５は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのユーザーゲインが２倍であるときのランプ電圧とクロックとの関係を説明するためのグラフである。
【００８０】
図１４を参照すると、図１乃至図１３による実施形態のユーザーゲインが２倍であるときのランプ電圧Ｖｒａｍｐとクロックとの関係を確認することができる。第１クロックＣＬＫ１の周波数は第２クロックＣＬＫ２の２倍であり、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのパルスの電圧が低くなるときの傾きは第１傾きＳ１を有することができる。
【００８１】
図１５を参照すると、図１乃至図１３による実施形態のユーザーゲインが４倍であるときのランプ電圧Ｖｒａｍｐとクロックとの関係を確認することができる。第１クロックＣＬＫ１の周波数は第２クロックＣＬＫ２の２倍であり、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのパルスの電圧が低くなるときの傾きは第３傾きＳ３を有することができる。このとき、第３傾きＳ３は第１傾きＳ１の半分であり得る。すなわち、アナログゲインが２倍になると、パルスの電圧が低くなる部分の傾きは１／２倍になることができる。よって、イメージセンサーにおけるアナログゲインが８倍及び１６倍になると、パルスの電圧が低くなる部分の傾きは１／４倍及び１／８倍になることができる。
【００８２】
以下、図１６乃至図２０を参照して本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーを説明する。上述した実施形態の説明と重複する部分は簡略化或いは省略する。
【００８３】
図１６は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの詳細構造を説明するための部分ブロック図であり、図１７は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのパラメータをまとめた表である。図１８は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの動作モードによるアナログゲインとデジタルゲインを説明するための表であり、図１９は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの第２動作モードにおけるランプ電圧とクロックとの関係を説明するためのグラフである。図２０は本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーの第３動作モードにおけるランプ電圧とクロックとの関係を説明するためのグラフである。
【００８４】
図１６を参照すると、本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーは、第１ランプ電圧生成器９０及びカウンター６０に同一の第１クロックＣＬＫ１が供給できる。すなわち、第１ランプ電圧生成器９０は、カウンター６０の第１クロックＣＬＫ１の周波数を１／２倍にしていない、同じ周波数の第１クロックＣＬＫ１をランプクロックとして使用することができる。
【００８５】
図１７を参照すると、本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーのゲイン制御器６３は、ユーザーゲインが１倍である動作モードを実現するために、第１ランプ電圧生成器９０のアナログゲインを１倍に合わせ、デジタルスケーリングユニット６５のデジタルゲインも１倍に合わせることができる。
【００８６】
本実施形態のイメージセンサーのゲイン制御器６３は、ユーザーゲインが２倍である動作モードを実現するために、第１ランプ電圧生成器９０のアナログゲインをそのまま１倍に合わせ、デジタルスケーリングユニット６５のデジタルゲインを２倍に合わせることができる。これは追加のハードウェアやパワー消費なしでも飽和問題を解決するためであり得る。すなわち、アナログゲインを増やす必要がないので、追加の電流セルなどのリソースがさらに必要ではない。
【００８７】
本実施形態のイメージセンサーの動作モードの要求されるユーザーゲインが４倍、８倍及び１６倍であるときは、アナログゲインを調節するために、ランプ抵抗Ｒｒａｍｐを１／２倍、１／４倍及び１／８倍にすることができる。本発明の幾つかの実施形態に係るイメージセンサーでは、ランプ抵抗Ｒｒａｍｐの代わりにランプ電流Ｉｒａｍｐを１／２倍、１／４倍及び１／８倍にすることもできる。
【００８８】
図１８を参照すると、本実施形態に係るイメージセンサーは、ユーザーゲインが１倍である場合には、アナログゲインが１倍、デジタルゲインが１倍であり得る。本実施形態に係るイメージセンサーの要求するユーザーゲインが２倍である場合には、アナログゲインが１倍、デジタルゲインが２倍であり得る。これは、アナログゲインを増幅するための追加リソースなしでユーザーゲインの増幅を取得するためである。これにより、本実施形態に係るイメージセンサーは、飽和エラーも防止し、追加リソースなしでユーザーゲインを増幅させることができる。
【００８９】
本実施形態に係るイメージセンサーの要求するユーザーゲインが４倍、８倍及び１６倍である場合には、アナログゲインがそれぞれ２倍、４倍及び８倍であり、デジタルゲインが２倍であり得る。基本的に、アナログ回路の増幅は信号に比べてノイズの増幅が相対的に大きくないので、ユーザーゲインが大きくなるときには、デジタルゲインの代わりにアナログゲインを調節してノイズの増幅を最小限に抑えることができる。
【００９０】
図１９を参照すると、図１６乃至図１８による実施形態のユーザーゲインが２倍であるときのランプ電圧Ｖｒａｍｐとクロックとの関係を確認することができる。カウンター６０のクロックと第１ランプ電圧生成器９０のクロックはすべて同じ周波数の第１クロックＣＬＫ１であり、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのパルスの電圧が低くなるときの傾きは第２傾きＳ２を有することができる。これは図１４の第１傾斜Ｓ１より２倍であり得る。これは、アナログゲインが半分であることを意味する。これに対し、デジタルゲインは２倍になって、図１４の実施形態と図１９の実施形態は同じユーザーゲインを有することができる。
【００９１】
図２０を参照すると、図１６乃至図１８による実施形態のユーザーゲインが４倍であるときのランプ電圧Ｖｒａｍｐとクロックとの関係を確認することができる。カウンター６０のクロックと第１ランプ電圧生成器９０のクロックはすべて同じ周波数の第１クロックＣＬＫ１であり、ランプ電圧Ｖｒａｍｐのパルスの電圧が低くなるときの傾きは第１傾きＳ１を有することができる。これは図１５の第３傾斜Ｓ３より２倍であり得る。これは、アナログゲインが半分であることを意味する。これに対し、デジタルゲインは２倍になり、図１５の実施形態と図２０の実施形態は同じユーザーゲインを有することができる。
【００９２】
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施できることを理解することができるだろう。よって、上述した実施形態は、あらゆる面で例示的なもので、限定的なものではないと理解すべきである。
【符号の説明】
【００９３】
１０    ピクセルアレイ
５０    相関二重サンプラー
６０    カウンター
６５    デジタルサンプリングユニット
６３    ゲイン制御器
【図１】
2018117351.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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