KR20170056909A - 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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KR20170056909A
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수이치 시모카와
이상민
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 복수의 화소를 포함할 수 있고, 상기 복수의 화소 각각은, 빛을 전기적 신호로 변환하는 제1 내지 제4 포토다이오드(photodiode) 및 상기 제1 내지 제4 포토다이오드 각각이 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하는 전기적 회로를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 상기 이미지 센서를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치는 복수의 포토다이오드에서 변환 및 출력하는 신호를 제어하여 자동 초점(auto focusing) 기능을 제공할 수 있다. 이 밖의 다양한 실시예들이 가능하다.

Description

이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치{Image sensor and electronic device having the same}
본 발명의 다양한 실시예는, 복수의 포토다이오드(130)(photodiode)를 포함하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
정보통신 기술과 반도체 기술 등의 눈부신 발전에 힘입어 전자 장치의 보급과 이용이 급속도로 증가하고 있다. 또한, 최근의 전자 장치들은 각자의 전통적인 고유 영역에 머무르지 않고 다양한 단말기들과 컨버전스(convergence)되고 있다. 예를 들어, 이동통신 단말기의 경우 음성통화나 메시지 송수신과 같은 일반적인 통신 기능 외에도 TV 시청 및 라디오 청취 기능, 다양한 멀티미디어(영상, 음악 등)를 재생하는 기능, 인터넷 접속 기능, 메모 기능 등 다양한 기능들을 복합적으로 제공하고 있다.
특히, 최근의 전자 장치들은 피사체를 촬영하여 이미지 또는 동영상을 생성 및 저장할 수 있는 카메라 기능을 제공하고 있다. 최근에는 고품질의 정지 이미지(still image) 및/또는 동영상을 획득하고자 하는 소비자들의 욕구가 증대되고 있다. 이에 따라, 최근의 전자 장치는 고해상도의 카메라 모듈을 탑재하고 있는 추세이다.
특히, 최근의 카메라 모듈은 고품질의 이미지 또는 영상을 제공하기 위하여 초점을 자동으로 설정하는 자동 초점(Auto Focus: AF) 기능을 제공하고 있다. 이를 위하여, 카메라 모듈에 사용되는 이미지 센서의 경우, 자동 초점 기능을 제공하기 위하여 이미지에서 윤곽 정보를 추출하여 초점을 맞추는 콘트라스트 AF, 별도의 위상차 센서를 이용하는 위상차AF, 센서 상면에 위상차 연산을 위한 화소를 배치하여 초점을 검출하는 상면 위상차 AF방식 등 다양한 방식이 사용되고 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은, 단위 화소에 복수의 포토다이오드(130)(photodiode)를 포함하고, 단위 화소에서 얻은 신호로 수직 방향 또는 수평 방향의 위상차를 모두 검출할 수 있는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 화소를 포함할 수 있다. 상기 복수의 화소 각각은, 빛을 전기적 신호로 변환하는 제1 내지 제4 포토다이오드(photodiode); 및 상기 제1 내지 제4 포토다이오드 각각이 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하는 전기적 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는, 복수의 화소를 포함하는 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서의 동작을 제어하여 자동 초점(auto focusing, AF) 기능을 수행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서의 상기 복수의 화소 각각은, 빛을 전기적 신호로 변환하는 제1 내지 제4 포토다이오드(photodiode); 및 상기 제1 내지 제4 포토다이오드 각각이 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하는 전기적 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치는, 복수의 포토다이오드(130)의 신호 비교를 통하여 위상차를 계산함으로써, 정밀한 자동 초점 기능 및 고품질의 영상 또는 이미지를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이미지 센서는 및 이를 포함하는 전자 장치는, 복수의 포토다이오드(130)(photodiode) 사이에 연결된 트랜스퍼 게이트(transfer gate)를 이용하여 복수의 포토다이오드(130) 간의 연결을 제어함으로써, 1개의 단위 화소에서 얻은 신호로 수직 방향 또는 수평 방향의 위상차를 모두 검출할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이미지 센서는 및 이를 포함하는 전자 장치는, 1개의 단위 화소에서 얻은 신호로 수직 또는 수평 방향의 위상차를 모두 검출함으로써, 영상 또는 이미지의 특성에 구애 받지 않고 정확하고 신속한 자동 초점 기능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 개략적인 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소에서의 에너지 레벨을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 회로도이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소에서의 에너지 레벨을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 회로도이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 블록도이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 전자 장치는, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 홈 오토매이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 드론(drone), 금융 기관의 ATM, 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (예: 전구, 각종 센서, 스프링클러 장치, 화재 경보기, 온도조절기, 가로등, 토스터, 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 전자 장치는 가구, 건물/구조물 또는 자동차의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터, 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 플렉서블하거나, 또는 전술한 다양한 장치들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다. 본 문서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 이미지 센서는 마이크로 렌즈(micro lens) (110), 컬러 필터(color filter) (120) 및 복수의 포토다이오드(photodiode) (130)를 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈(110)는 외부의 빛(L)을 모아서 컬러 필터(120)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈(110)는 다양한 입사각에 따라 수신되는 빛(L)을 모아서 컬러 필터(120) 및 포토다이오드(130)로 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 마이크로 렌즈(110)는 하단에 배치된 컬러 필터(120) 및 복수의 포토다이오드(130)보다 넓은 면적으로 형성될 수 있다.
컬러 필터(120)는 수신된 빛(L) 중에서 특정 파장을 가지는 빛을 분리하여 포토다이오드(130)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(120)는 수신된 빛(L) 중에서 적어도 하나 이상의 파장에 대응하는 빛을 분리하여 포토다이오드(130)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(120)는 R(red), G(green), B(blue) 필터들이 일정한 패턴을 가지고 배치된 형태일 수 있다. 예를 들어, R 필터는 수신된 빛(L) 중에서 빨간색의 빛에 대응하는 파장의 빛만을 분리하여 포토다이오드(130)로 전달할 수 있다. G 필터는 수신된 빛(L) 중에서 녹색의 빛에 대응하는 파장의 빛만을 분리하여 포토다이오드(130)로 전달할 수 있다. B 필터는 수신된 빛(L) 중에서 파란색의 빛에 대응하는 파장의 빛만을 분리하여 포토다이오드(130)로 전달할 수 있다. 이 외에 다양한 색의 필터로도 구성이 가능하다. 예를 들자면 RGWB(Red, Green, White, Blue), CYM (Cyan, Yellow, Magenta), 이외에 파장 대역을 3원색이나 보색에 따라 나누지 않고 좁게 나누어 여러 색의 필터를 사용하는 것도 가능하다. 그리고 필터를 사용하지 않고, 실리콘 재질의 빛의 흡수 특성을 이용하여 파장별로 분리하여 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 복수의 포토다이오드(131, 133)를 포함할 수 있다. 복수의 포토다이오드(131, 133)는 컬러 필터(120) 하단에 일정한 배열로 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 컬러 필터(120) 하단에는 복수의 포토 다이오드가 격자 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(120) 하단에는 4개의 포토 다이오드가 2 X 2 배열로 배치될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 복수의 포토다이오드(131, 133)는 다양한 배열 및 패턴으로 배치될 수 있다. 포토다이오드(130)는 빛(L)을 전기적 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 빛샘을 방지하고, 이미지 센서로 들어온 빛(L)을 정해진 경로로 유도하는 광 가이드(light guide)(미도시), 포토다이오드(130)가 변환한 전기적 신호(예를 들어, 전기적 에너지)를 저장하는 플로팅 디퓨젼(floating diffusion) 영역(미도시), 이미지 센서에서 처리된 전기적 신호를 출력하는 소스 팔로워(source follower), 포토다이오드(130)가 변환한 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 컨버터(예를 들어, analog-to-digital convertor, ADC) 및 이미지 센서 내의 신호들을 제어하기 위한 트랜지스터(예를 들어, 트랜스퍼 게이트(transfer gate)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 도 1에 도시하지는 않았으나, 이미지 센서는 포토다이오드(130)를 구동 및 제어하기 위한 회로 구조 및 배선 구조(배선 층)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 포토다이오드(130)로부터 출력되는 신호를 처리하기 위한 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 처리 장치(digital signal processor, DSP) 또는, 이미지 처리 장치(image signal processor, ISP) 등)를 포함하거나, 또는, 신호를 처리하기 위한 프로세서와 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 이미지 센서는 널리 알려진 CMOS 이미지 센서의 구성 요소들을 더 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 개략적인 구조를 도시한 평면도이다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 이미지 센서를 위에서 내려다본 구조를 도시한다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예들에 따라, 원형의 마이크로 렌즈(210) 하단에는 사각형 형태의 컬러 필터(220)가 배치되고, 컬러 필터(220) 하단에는 복수의 포토다이오드(231a, 233a, 235a, 237a)가 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 포토다이오드(231a, 233a, 235a, 237a)는 일정한 배열로 배치될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 이미지 센서의 구성 및 목적에 따라, 컬러 필터(220)의 모양과 포토다이오드(231a, 233a, 235a, 237a)의 모양은 변경될 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(220) 또는 포토다이오드((231a, 233a, 235a, 237a)는 사각형 이외에도 원형, 육각형 또는 팔각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 포토다이오드(231a, 233a, 235a, 237a)는 상단, 좌, 우, 하단에 마름모꼴의 형태로 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 상단의 포토 다이오드(231a) 및 하단의 포토다이오드(237a)로부터 출력되는 신호를 비교할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 상단의 포토다이오드(231a) 및 하단의 포토다이오드(237a)로부터 출력되는 신호의 위상차를 비교 및 처리하여 자동 초점 기능을 제공할 수 있다. 이미지 센서는 좌측 포토다이오드(235a) 및 우측 포토다이오드(233a)로부터 출력되는 신호의 위상차를 비교 및 처리하여 자동 초점 기능을 제공할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 복수의 포토다이오드(231b, 233b, 235b, 237b)는 2X2 배열로 상단에 두 개, 하단에 두 개의 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 포토다이오드(231b, 233b, 235b, 237b)는 격자 형태로 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 복수의 포토다이오드(231b, 233b, 235b, 237b) 각각으로부터 출력되는 신호를 비교 및 처리할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 복수의 포토다이오드(231b, 233b, 235b, 237b) 각각으로부터 출력되는 신호의 위상차를 비교 및 처리하여 자동 초점 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 각 라인(line) 별로 합산된 신호를 비교하여, 좌우 또는 상하 방향의 위상차를 감지할 수 있는 데이터를 제공할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 좌상 및 좌우 포토다이오드(231b, 233b), 좌상 및 좌하 포토다이오드(231b, 235b), 우상 및 우하 포토다이오드(233b, 237b) 또는 좌하 및 우하 포토다이오드(235b, 237b)로부터 출력되는 전기적 신호를 합산할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 이미지 센서로부터 출력된, 합산된 신호를 비교 또는 처리하여 좌우 및 상하 위상차에 따른 자동 초점(auto focusing) 기능을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 이미지 센서는 4개 이상의 포토다이오드를 포함할 수 있으며, 복수의 포토다이오드는 도 2a 및 도 2b에 도시된 것에 한정되지 않고, 다양한 형태의 배열로 배치될 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 이미지 센서는 복수의 포토다이오드의 배치에 따라 다양한 형태의 배선 구조(배선 층)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 복수 개의 포토다이오드들 각각으로부터 신호를 출력하는 경우를 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 복수의 화소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 복수의 화소들로 구성된 화소 어레이를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서의 복수의 화소 각각(예를 들어, 단위 화소(300))은 빛은 전기적 신호로 변환하는 제1 내지 제4 포토다이오드(311, 313, 315, 317) 및 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(311, 313, 315, 317) 각각이 변환한 전기적 신호를 단위 화소(300) 외부로 출력하는 전기적 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 내지 제4 포토다이오드(311, 313, 315, 317)는 일정한 배열로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 포토다이오드(311, 313, 315, 317)는 단위 화소(300)의 중앙 부분에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(311)는 좌측 상단에 배치되고, 제2 포토다이오드(313)는 우측 상단에 배치되고, 제3 포토다이오드(315)는 좌측 하단에 배치되고, 제4 포토다이오드(317)는 우측 하단에 격자 형태로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 4개의 포토다이오드들(311, 313, 315, 317)은 각각 개별적으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 4개의 포토다이오드들(311, 313, 315, 317)은 각각 또는 적어도 일부는 전기적으로 분리되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(311)와 제2 포토다이오드(313)는 서로 전기적으로 분리되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 포토다이오드(315)와 제4 포토다이오드(317)는 서로 전기적으로 분리되어 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전기적 회로는 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(311, 313, 315, 317)가 변환한 전기적 신호를 단위 화소(300) 외부로 출력하는 복수의 플로팅 디퓨젼(floating diffusion) 영역(331, 333, 335, 337) 및 상기 제1 내지 제4 포토다이오드(311, 313, 315, 317)와 상기 복수 개의 플로팅 디퓨젼 영역(331, 333, 335, 337)의 전기적 연결을 온-오프(on-off)하는 복수의 트랜스퍼 게이트(transfer gate)(321, 323, 325, 327)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 플로팅 디퓨젼 영역(331, 333, 335, 337)은 제1 포토다이오드(311)가 변환한 전기적 신호를 저장 또는 출력하는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(331), 제2 포토다이오드(313)가 변환한 전기적 신호를 저장 또는 출력하는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(333), 제3 포토다이오드(315)가 변환한 전기적 신호를 저장 또는 출력하는 제3 플로팅 디퓨젼 영역(335) 및 제4 포토다이오드(317)가 변환한 전기적 신호를 저장 또는 출력하는 제4 플로팅 디퓨젼 영역(337)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 포토다이오드(311, 313, 315, 317) 각각의 일 단에는 트랜스퍼 게이트(transfer gate)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(311)와 제1 플로팅 디퓨전 영역(331) 사이에는 제1 트랜스퍼 게이트(321)가 연결되고, 제2 포토다이오드(313)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(333) 사이에는 제2 트랜스퍼 게이트(323)가 연결되고, 제3 포토다이오드(315)와 제3 플로팅 디퓨젼 영역(335) 사이에는 제3 트랜스퍼 게이트(325)가 연결되고, 제4 포토다이오드(317)와 제4 플로팅 디퓨젼 영역(337) 사이에는 제4 트랜스퍼 게이트(327)가 연결될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 트랜스퍼 게이트(321, 323, 325, 327)는 연결된 제1 내지 제4 포토다이오드(311, 313, 315, 317) 각각이 변환한 전기적 신호를 대응되는 제1 내지 제4 플로팅 디퓨젼 영역(331, 333, 335, 337)으로 전송하는 것을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜스퍼 게이트(321)는, 제1 포토다이오드(311)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(331)의 전기적 연결을 온-오프(on-off)제어함으로써, 제1 포토다이오드(311)에서 변환한 전기적 신호를 제1 플로팅 디퓨젼 영역(331)으로 전달시키거나, 전기적 신호의 전달을 방지할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 플로팅 디퓨젼 영역(331, 333, 335, 337) 각각의 일 단에는 전기적 신호를 화소(300) 외부로 출력하는 소스 팔로워(source follower)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 플로팅 디퓨젼 영역(331)의 일 단에는 제1 소스 팔로워(341)가 연결되고, 제2 플로팅 디퓨젼 영역(333)의 일 단에는 제2 소스 팔로워(343)가 연결되고, 제3 플로팅 디퓨젼 영역(335)의 일 단에는 제3 소스 팔로워(345)가 연결되고, 제4 플로팅 디퓨젼 영역(337)의 일 단에는 제4 소스 팔로워(347)가 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 소스 팔로워(341, 343, 345, 347) 각각은 대응되는 플로팅 디퓨젼 영역에 저장된 전기적 에너지(예를 들어, 복수의 포토다이오드(311, 313, 315, 317) 각각이 빛을 변환하여 생성한 전기적 에너지)에 대응되는 전기적 신호를 화소(300) 외부로 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 일 실시예에 따르면, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 복수 개의 포토다이오드(311, 313, 315, 317) 각각으로부터 출력되는 신호를 이용하여 자동 초점(auto focusing) 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 전자 장치의 프로세서(1210) 또는, 카메라 모듈(1291)에 포함된 이미지 시그널 프로세서(ISP)는 복수의 포토다이오드(311, 313, 315, 317) 각각으로부터 출력되는 신호를 이용하여 자동 초점(auto focusing) 기능을 제공할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 단위 화소(300)에서 출력되는 신호를 비교 및 처리할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 단위 화소(300)에서 출력되는 신호를 이용하여 영상의 위상차를 검출할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 단위 화소(300)에서 출력되는 신호를 합산할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 단위 화소(300)에서 출력되는 신호를 합산 및 처리하여 자동 초점 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 좌측의 포토다이오드(311, 315) 및 우측의 포토다이오드(313, 317)로부터 출력되는 전기적 신호를 이용하여 이미지의 좌우 방향의 초점을 조정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 상단의 포토다이오드(311, 313) 및 하단의 포토다이오드(315, 317)로부터 출력되는 전기적 신호를 이용하여 이미지의 상하 방향의 초점을 조정할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 이미지 센서는 1회에 제1 내지 제4 포토다이오드(311,313, 315, 317)가 변환하는 모든 신호를 출력 받아 처리하거나, 2회 또는 4회로 나누어 처리할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 단위 화소(300) 내의 제1 내지 제4 포토다이오드(341, 343, 345, 347)가 변환한 신호를 한 번에 모두 출력하도록 제어할 수 있다. 또는, 이미지 센서는 제1 내지 제4 포토다이오드(341, 343, 345, 347)가 라인(line) 별로 신호를 출력하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 상단의 포토다이오드(311, 313)으로부터 출력되는 신호를 먼저 처리하고, 하단의 포토다이오드(315, 317)로부터 출력되는 신호를 처리할 수 있다. 또는, 이미지 센서는 복수의 포토다이오드(341, 343, 345, 347) 각각이 순차적으로 4회에 걸쳐 출력되는 신호를 처리할 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서가 복수의 포토다이오드(341, 343, 345, 347)로부터 출력되는 모든 신호를 한 번에 처리하는 경우, 프로세서가 더 빠른 속도로 모든 신호를 얻을 수 있으나, 1회에 처리할 화소 수가 증가하여 처리 회로의 구성이 더 복잡해지고, 필요한 회로가 증가할 수 있다. 또한, 한 번에 전송하는 전송 신호가 증가하여 전송 선로의 부하가 커지고, 프로세서가 처리해야 할 연산량(예를 들어, 프로세서가 각 신호들을 비교 및 가산하는 연산 횟수 등)이 증가하여 프레임 율(frame rate)이 저하될 수 있다. 반면에, 모든 포토다이오드(341, 343, 345, 347)로부터 하나씩 순차적으로 신호를 출력하도록 하는 경우, 신호를 획득하는 속도가 저하될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서가 네 개의 포토다이오드(341, 343, 345, 347) 중 두 개씩의 포토다이오드들로부터 출력되는 신호를 처리할 경우, 처리 속도, 전송 부하, 및 프로세서의 연산량을 종합적으로 고려할 때 가장 효율적인 이미지 처리가 가능할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 이미지 센서는 다양한 상황 또는 원하는 조건에 따라 단위 화소에 포함된 복수의 포토다이오드(341, 343, 345, 347)들을 제어하여 상기 모든 방식을 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 나타낸 도면이다. 이하에서는, 상기 도 3에서 설명한 이미지 센서의 단위 화소의 구성과 구별되는 특징을 중점적으로 설명한다.
일 실시예예 따르면, 이미지 센서의 복수의 화소 각각은 제1 내지 제4 포토다이오드(411, 413, 415, 417), 복수의 트랜스퍼 게이트(421, 423, 425, 427), 복수의 플로팅 디퓨젼 영역(431, 433), 및 복수의 소스 팔로워(441, 443)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 4개의 포토다이오드들(411, 413, 415, 417)의 각각 또는 적어도 일부는 전기적으로 분리되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(411)와 제2 포토다이오드(413)는 서로 전기적으로 분리되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 포토다이오드(415)와 제4 포토다이오드(415)는 서로 전기적으로 분리되어 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단위 화소(400)는 제1 포토다이오드(411) 또는 제3 포토다이오드(415)가 변환한 전기적 신호를 단위 화소(400) 외부로 출력하는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(431) 및 제2 포토다이오드(413) 또는 제4 포토다이오드(415)가 변환한 전기적 신호를 단위 화소(400) 외부로 출력하는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(433)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 포토다이오드(411, 413, 415, 417) 각각의 일 단에는 트랜스퍼 게이트(transfer gate)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(411)와 제1 플로팅 디퓨전 영역 사이에는 제1 트랜스퍼 게이트(421)가 연결되고, 제2 포토다이오드(413)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(433) 사이에는 제2 트랜스퍼 게이트(423)가 연결되고, 제3 포토다이오드(415)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(431) 사이에는 제3 트랜스퍼 게이트(425)가 연결되고, 제4 포토다이오드(415)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(433) 사이에는 제4 트랜스퍼 게이트(427)가 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 플로팅 디퓨젼 영역(431)의 일 단에는 제1 소스 팔로워(441)가 연결되고, 제2 플로팅 디퓨젼 영역(433)의 일 단에는 제2 소스 팔로워(443)가 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서의 단위 화소(400)는 복수의 포토다이오드(411, 413, 415, 417)들 중에서 적어도 두 개의 포토다이오드가 플로팅 디퓨젼 영역 및 소스 팔로워를 공유할 수 있다.
예를 들어, 제1 포토다이오드(411) 또는 제3 포토다이오드(415)가 변환한 전기적 신호는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(431)에 저장(또는, 축적)되거나, 또는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(431) 및 제1 소스 팔로워(441)를 통하여 단위 화소(400) 외부로 출력될 수 있다. 제2 포토다이오드(413) 또는 제4 포토다이오드(415)가 변환한 전기적 신호는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(433)에 저장되거나, 또는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(433) 및 제2 소스 팔로워(443)를 통하여 단위 화소(400) 외부로 출력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 복수의 트랜스퍼 게이트(421, 423, 425, 427)를 제어하여, 복수의 포토다이오드(411, 413, 415, 417)가 변환한 전기적 신호를 라인 별로 처리할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜스퍼 게이트(421) 및 제2 트랜스퍼 게이트(423)는 동일한 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결되고, 제3 트랜스퍼 게이트(425) 및 상기 제4 트랜스퍼 게이트(427)는, 상기 제1 및 제2 트랜스퍼 게이트(423)의 제어 신호와는 다른, 동일한 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 제1 트랜스퍼 게이트(421)가 제1 포토다이오드(411)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(431)을 전기적으로 연결시킴과 동시에 제2 트랜스퍼 게이트(423)가 제2 포토다이오드(413)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(433)을 전기적으로 연결시키도록 제어할 수 있다. 또한, 이미지 센서는 제3 트랜스퍼 게이트(425) 및 제4 트랜스퍼 게이트(427)는 제3 포토다이오드(415) 및 제4 포토다이오드(415)는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(431) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(433)과 전기적으로 차단되게 함으로써, 상단의 제1 포토다이오드(411) 및 제2 포토다이오드(413)가 변환한 신호만이 단위 화소(400) 외부로 출력되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(411)가 변환한 전기적 신호가 제1 플로팅 디퓨젼 영역(431) 및 제1 소스 팔로워(441)를 통하여 출력되고, 제2 포토다이오드(413)가 변환한 전기적 신호가 제2 플로팅 디퓨젼 영역(433) 및 제2 소스 팔로워(443)를 통하여 출력될 수 있다.
동일한 방식으로, 이미지 센서는 제1 트랜스퍼 게이트(421) 및 제2 트랜스퍼 게이트(423)는 차단시키고, 제3 트랜스퍼 게이트(425) 및 제4 프랜스퍼 게이트를 연결시킴으로써, 하단의 제3 포토다이오드(415) 및 제4 포토다이오드(415)가 변환한 신호만이 단위 화소(400) 외부로 출력되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제3 포토다이오드(415)가 변환한 전기적 신호가 제1 플로팅 디퓨젼 영역(431) 및 제1 소스 팔로워(441)를 통하여 출력되고, 제4 포토다이오드(415)가 변환한 전기적 신호가 제2 플로팅 디퓨젼 영역(433) 및 제2 소스 팔로워(443)를 통하여 출력될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 이미지 센서는 복수의 트랜스퍼 게이트(421, 423, 425, 427)를 제어하여 단위 화소(400) 내의 복수의 포토다이오드(411, 413, 415, 417)들이 변환한 전기적 신호를 라인 별로 획득 및 처리할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 회로도이다. 도 5는 도 4에 도시된 단위 화소의 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 복수의 포토다이오드(PD1, PD2, PD3, PD4) 중에서 적어도 일부는 전기적으로 분리되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(PD1)와 제3 포토다이오드(PD3)가 포함된 좌측 회로와 제2 포토다이오드(PD2)와 제4 포토다이오드(PD4)가 포함된 우측 회로는 전기적으로 분리될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 포토다이오드(PD1, PD2, PD3, PD4) 각각의 일 단에는 대응되는 복수의 트랜스퍼 게이트 각각이 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(PD1)의 일 단에는 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)가 연결되고, 제3 포토다이오드(PD3)의 일 단에는 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)가 연결될 수 있다. 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)와 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)의 일 단은 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(PD1) 및 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)와 제3 포토다이오드(PD3) 및 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)는 서로 병렬로 연결될 수 있다.
제1 트랜스퍼 게이트(TG1)와 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)가 연결된 단에는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)이 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)와 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)가 연결된 단에는 제1 포토다이오드(PD1) 또는 제3 포토다이오드(PD3)가 변환한 전기적 에너지(전기적 신호)를 저장하기 위한 제1 플로팅 디퓨젼 캐패시터(CFD1)가 연결될 수 있다.
제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)에는 제1 소스 팔로워(541)가 연결될 수 있다. 제1 소스 팔로워(541)의 일 단에는 전원(VDD)이 연결될 수 있다. 제1 소스 팔로워(541)를 제어하기 위한 입력단(예를 들어, 제1 소스 팔로워(541)의 트랜지스터의 게이트 단)은 제1 트랜스퍼 게이트(TG1), 제3 트랜스퍼 게이트(TG3), 및 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)이 연결된 단과 연결될 수 있다. 제1 소스 팔로워(541)는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)에 저장된 전기적 에너지(전기적 신호)를 단위 화소 외부로 출력할 수 있다. 즉, 제1 소스 팔로워(541)는 제1 출력 신호(OUT1)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 소스 팔로워(541)는 출력 신호를 선택하기 위한 제1 선택 소자(S1)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 소스 팔로워(541)는 제1 선택 소자(S1)에 신호 출력을 위한 신호가 입력되는 경우에 제1 출력 신호(OUT1)를 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 소스 팔로워(541)를 제어하기 위한 입력단과 전원(VDD) 사이에는 제1 리셋 소자(R1)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 제1 리셋 소자(R1)를 제어하여, 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)에 전기적 에너지(전기적 신호)가 저장되기 전과 후에 회로를 리셋시켜서 오차를 줄이고, 더 정확한 자동 포커싱 기능을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 포토다이오드(PD2)의 일 단에는 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)가 연결되고, 제4 포토다이오드(PD4)의 일 단에는 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)가 연결될 수 있다. 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)와 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)의 일 단은 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 포토다이오드(PD2) 및 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)와 제4 포토다이오드(PD4) 및 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)는 서로 병렬로 연결될 수 있다.
제2 트랜스퍼 게이트(TG2)와 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)가 연결된 단에는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)이 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)와 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)가 연결된 단에는 제2 포토다이오드(PD2) 또는 제4 포토다이오드(PD4)가 변환한 전기적 에너지(전기적 신호)를 저장하기 위한 제2 플로팅 디퓨젼 캐패시터(CFD2)가 연결될 수 있다.
제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)에는 제2 소스 팔로워(543)가 연결될 수 있다. 제2 소스 팔로워(543)의 일 단에는 전원(VDD)이 연결될 수 있다. 제2 소스 팔로워(543)를 제어하기 위한 입력단(예를 들어, 제2 소스 팔로워(543)의 트랜지스터의 게이트 단)은 제2 트랜스퍼 게이트(TG2), 제4 트랜스퍼 게이트(TG4), 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)이 연결된 단과 연결될 수 있다. 제2 소스 팔로워(543)는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)에 저장된 전기적 에너지(전기적 신호)를 단위 화소 외부로 출력할 수 있다. 즉, 제2 소스 팔로워(543)는 제2 출력 신호(OUT2)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 소스 팔로워(543)는 출력 신호를 선택하기 위한 제2 선택 소자(S2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 소스 팔로워(543)는 제2 선택 소자(S2)에 신호 출력을 위한 신호가 입력되는 경우에 제2 출력 신호(OUT2)를 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 소스 팔로워(543)를 제어하기 위한 입력단과 전원(VDD) 사이에는 제2 리셋 소자(R2)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 제2 리셋 소자(R2)를 제어하여, 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)에 전기적 에너지(전기적 신호)가 저장되기 전과 후에 회로를 리셋시켜서 오차를 줄이고, 더 깨끗한 이미지를 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 나타낸 도면이다. 이하에서는, 도 4에서 설명한 이미지 센서의 단위 화소의 구성과 구별되는 특징을 중점적으로 설명한다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서의 단위 화소(600)는 복수의 포토다이오드(611, 613, 615, 617), 복수의 트랜스퍼 게이트(621, 623, 625, 627, 651, 653), 복수의 플로팅 디퓨젼 영역(631, 633) 및 복수의 소스 팔로워(641, 643)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단위 화소(600)는 트랜스퍼 게이트의 제어에 따라, 제1 포토다이오드(611) 내지 제4 포토다이오드(617)가 변환한 전기적 신호를 단위 화소(600) 외부로 출력하는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(631) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(633)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 포토다이오드(611, 613, 615, 617) 각각의 양 단에는 트랜스퍼 게이트가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(611)와 제1 플로팅 디퓨전 영역(631) 사이에는 제1 트랜스퍼 게이트(621)가 연결되고, 제2 포토다이오드(613)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(633) 사이에는 제2 트랜스퍼 게이트(623)가 연결되고, 제3 포토다이오드(615)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(631) 사이에는 제3 트랜스퍼 게이트(625)가 연결되고, 제4 포토다이오드(617)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(633) 사이에는 제4 트랜스퍼 게이트(627)가 연결될 수 있다. 제1 포토다이오드(611)와 제2 포토다이오드(613) 사이에는 제1 포토다이오드(611)와 제2 포토다이오드(613)의 전기적 연결을 온 오프 제어하는 제5 트랜스퍼 게이트(651)가 연결될 수 있다. 제3 포토다이오드(615)와 제4 포토다이오드(617) 사이에는 제3 포토다이오드(615)와 제4 포토다이오드(617)의 전기적 연결을 온 오프 제어하는 제6 트랜스퍼 게이트(653)가 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제5 트랜스퍼 게이트(651) 및 상기 제6 트랜스퍼 게이트(653)는 동일한 제1 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 트랜스퍼 게이트(621) 및 상기 제4 트랜스퍼 게이트(627)는 동일한 제2 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 트랜스퍼 게이트(623) 및 상기 제3 트랜스퍼 게이트(625)는 동일한 제3 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면 이미지 센서는, 상기 복수의 트랜스퍼 게이트(621, 623, 625, 627, 651, 653)를 제어함으로써, 단위 화소(600)가 상기 복수의 포토다이오드(611, 613, 615, 617)가 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하도록 제어할 수 있다.
이하, 제1 내지 제3 제어 신호가 대응되는 트랜스퍼 게이트를 온 또는 오프하기 위한 신호라고 가정하여 설명한다.
예를 들어, 제1 제어 신호가 온, 제2 제어 신호가 온, 제3 제어 신호가 오프 신호인 경우, 제5 트랜스퍼 게이트(651)가 제1 포토다이오드(611) 및 제2 포토다이오드(613)를 전기적으로 연결하여 제1 포토다이오드(611) 및 제2 포토다이오드(613)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 또한, 제6 트랜스퍼 게이트(653)가 제3 포토다이오드(615) 및 제4 포토다이오드(617)를 전기적으로 연결하여 제3 포토다이오드(615) 및 제4 포토다이오드(617)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 이 경우, 제2 제어신호에 따라 제1 트랜스퍼 게이트(621)가 제1 플로팅 디퓨젼 영역(631)과 제1 포토다이오드(611)를 전기적으로 연결함에 따라, 상단의 제1 포토다이오드(611) 및 제2 포토다이오드(613)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(631) 및 제1 소스 팔로워(641)를 통해 화소(600) 외부로 출력될 수 있다. 또한, 제2 제어신호에 따라 제4 트랜스퍼 게이트(627)가 제2 플로팅 디퓨젼 영역(633)과 제4 포토다이오드(617)를 전기적으로 연결함에 따라, 하단의 제3 포토다이오드(615) 및 제4 포토다이오드(617)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(633) 및 제2 소스 팔로워(643)를 통해 화소(600) 외부로 출력될 수 있다.
예를 들어, 제1 제어 신호가 온 신호, 제2 제어 신호 및 제3 제어 신호 중 하나가 온 신호, 제2 제어 신호 및 제3 제어 신호 중 하나가 오프 신호인 경우에, 상단의 포토다이오드(611, 613)가 변환한 신호들이 합산된 신호와 하단의 포토다이오드(615, 617)가 변환한 신호들이 합산된 신호가 각각 제1 플로팅 디퓨젼 영역(631) 또는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(633) 중 하나를 통하여 화소(600) 외부로 출력될 수 있다.
이 경우, 이미지 센서는 상부 및 하부의 합산 신호를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 상부 포토다이오드(611, 613) 및 하부 포토다이오드들(615, 617)이 변환한 전기적 신호를 비교 및 처리할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 상단 및 하단의 합산된 전기적 신호들의 위상차를 검출하고, 이를 처리함으로써 상하 방향의 초점을 조정하여 자동 포커싱 기능을 수행할 수 있다.
다른 예로, 제1 제어 신호가 오프, 제2 제어 신호 및 제3 제어 신호가 온인 경우, 제5 트랜스퍼 게이트(651)가 제1 포토다이오드(611) 및 제2 포토다이오드(613)를 전기적으로 분리시키고, 제6 트랜스퍼 게이트(653)가 제3 포토다이오드(615) 및 제4 포토다이오드(617)를 전기적으로 분리시킬 수 있다. 제1 트랜스퍼 게이트(621)는 제1 포토다이오드(611) 및 제1 플로팅 디퓨젼 영역(631)을 전기적으로 연결시키고, 제3 트랜스퍼 게이트(625)는 제3 포토다이오드(615) 및 제1 플로팅 디퓨젼 영역(631)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제2 트랜스퍼 게이트(623)는 제2 포토다이오드(613) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(633)을 전기적으로 연결시키고, 제4 트랜스퍼 게이트(627)는 제4 포토다이오드(617) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(633)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이 경우, 제1 포토다이오드(611)가 변환한 전기적 신호 및 제3 포토다이오드(615)가 변환한 전기적 신호는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(631)에서 합산되고, 제2 포토다이오드(613)가 변환한 전기적 신호 및 제4 포토다이오드(617)가 변환한 전기적 신호는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(633)에서 합산될 수 있다. 예를 들어, 좌측 포토다이오드(611, 615)가 변환한 신호들이 합산된 신호와 우측의 포토다이오드(613, 617)가 변환한 신호들이 합산된 신호가 각각 제1 플로팅 디퓨젼 영역(631) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(633)을 통하여 화소(600) 외부로 출력될 수 있다.
이 경우, 이미지 센서는 좌측 및 우측의 합산 신호를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 좌측 포토다이오드(611, 615) 및 우측 포토다이오드들(613, 617)이 변환한 전기적 신호를 비교 및 처리할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 좌측 및 우측의 합산된 전기적 신호들의 위상차를 검출하고, 이를 처리함으로써 좌우 방향의 초점을 조정하여 자동 포커싱 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 이미지 센서는 화소(600) 내의 복수의 포토다이오드(611, 613, 615, 617) 중 적어도 일부의 사이에 제어 가능한 트랜스퍼 게이트를 포함함으로써, 화소(600) 내의 상하 또는 좌우의 포토다이오드들이 변환한 전기적 신호를 합산하여 화소(600) 외부로 출력할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 복수의 트랜스퍼 게이트의 제어에 따라, 좌우 또는 상하 방향의 위상차를 모두 검출할 수 있는 신호를 출력할 수 있고, 이에 따라 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 사용자에게 좌우 방향 또는 상하 방향 모두에서 더 정확하고 신속한 자동 초점 기능을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이미지 센서는 적어도 두 개의 포토다이오드가 변환한 신호를 합산한 신호를 전송함으로써, 전송 부하를 감소시키고, 프로세서의 신호 연산량을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 복수의 트랜스퍼 게이트를 제어함으로써, 원하는 방향의 신호를 바로 획득할 수 있고, 신호의 합산으로 인하여 각각의 신호를 합산하는 연산 없이 바로 좌우 또는 상하 방향의 위상차를 연산할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서는, 프로세서의 연산량을 감소시키고, 상하 및 좌우 방향 모두의 신호를 획득함으로써, 사용자에게 보다 정확하고 신속한 자동 초점 기능을 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소에서의 에너지 레벨을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소에서 제1 포토다이오드(PD1) 및 제2 포토다이오드(PD2)에서 변환한 전기적 에너지(전기적 신호)가 합산되는 경우를 도시한다. 일 실시예에 따르면, 제1 포토다이오드(PD1)와 제2 포토다이오드(PD2) 사이에는 제1 포토다이오드(PD1)와 제2 포토다이오드(PD2)의 전기적 연결을 온 오프 제어하는 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 포토다이오드(PD1)의 일 단에는 제1 포토다이오드(PD1) 또는 제2 포토다이오드(PD2)가 변환한 신호를 합산하여 출력할 수 있는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)이 배치될 수 있다. 제2 포토다이오드(PD2)의 일 단에는 제1 포토다이오드(PD1) 또는 제2 포토다이오드(PD2)가 변환한 신호를 합산하여 출력할 수 있는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)이 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 포토다이오드(PD1)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1) 사이에는 제1 포토다이오드(PD1)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)의 전기적 연결을 온 오프 제어하는 제2 트랜스퍼 게이트(G1)가 배치될 수 있다. 제2 포토다이오드(PD2)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2) 사이에는 제2 포토다이오드(PD2)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(FD2)의 전기적 연결을 온 오프 제어하는 제3 트랜스퍼 게이트(G2)가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)를 제어하여(즉, 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)의 에너지 레벨을 낮춰) 제1 포토다이오드(PD1)가 빛을 변환하여 생성한 전기적 에너지와 제2 포토다이오드(PD2)가 빛을 변환하여 생성한 전기적 에너지(예를 들어, 전하)가 합산되도록 할 수 있다. 이미지 센서는 제2 트랜스퍼 게이트(G1)를 제어하여(즉, 제2 트랜스퍼 게이트(G1)의 에너지 레벨을 낮춰) 합산된 시호가 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)으로 이동하도록 제어할 수 있다. 즉, 이미지 센서는 복수의 트랜스퍼 게이트(TG1, G1, G2)를 제어함으로써, 복수의 포토다이오드(PD1, PD2)가 변환한 전기적 에너지를 합산하여 복수의 플로팅 디퓨젼 영역(FD1, FD2) 중 하나에 저장되도록 할 수 있다. 이미지 센서는 플로팅 디퓨젼 영역(FD1, FD2)을 통하여 복수의 포토다이오드(PD1, PD2)가 변환한 전기적 에너지를 합산하여 화소 외부로 출력되로록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 회로도이다.
일 실시예에 따르면, 복수의 포토다이오드(PD1, PD2, PD3, PD4) 각각의 일 단에는 대응되는 복수의 트랜스퍼 게이트(TG1, TG2, TG3, TG4) 각각이 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(PD1)의 일 단에는 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)가 연결되고, 제2 포토다이오드(PD2)의 일 단에는 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)가 연결되고, 제3 포토다이오드(PD3)의 일 단에는 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)가 연결되고, 제4 포토다이오드(PD4)의 일 단에는 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)가 연결될 수 있다. 제1 포토다이오드(PD1)와 제2 포토다이오드(PD2) 사이에는 제5 트랜스퍼 게이트(TG5)가 배치되고, 제3 포토다이오드(PD3)와 제4 포토다이오드(PD4) 사이에는 제6 트랜스퍼 게이트(TG6)가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제5 트랜스퍼 게이트(TG6) 및 상기 제6 트랜스퍼 게이트(TG6)는 동일한 제1 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 트랜스퍼 게이트(TG1) 및 상기 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)는 동일한 제2 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 트랜스퍼 게이트(TG2) 및 상기 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)는 동일한 제3 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)와 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)가 연결된 단에는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)이 연결될 수 있다. 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)와 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)가 연결된 단에는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)이 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2) 각각에는 제1 소스 팔로워(841) 및 제2 소스 팔로워(843)가 연결될 수 있다. 제1 소스 팔로워(841) 및 제2 소스 팔로워(843) 각각의 일 단에는 전원(VDD)이 연결될 수 있다.
제1 소스 팔로워(841)는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)에 저장된 전기적 에너지(전기적 신호)를 단위 화소 외부로 출력할 수 있다. 제2 소스 팔로워(843)는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)에 저장된 전기적 에너지를 단위 화소 외부로 출력할 수 있다. 즉, 제1 소스 팔로워(841)는 제1 출력 신호를, 제2 소스 팔로워(843)는 제2 출력 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 소스 팔로워(841) 및 제2 소스 팔로워(843) 각각은 출력 신호를 선택하기 위한 제1 선택 소자(S1) 및 제2 선택 소자(S2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 소스 팔로워(841)는 제1 선택 소자(S1)에 신호 출력을 위한 신호가 입력되는 경우에 제1 출력 신호를 출력할 수 있다. 제2 소스 팔로워(843)는 제2 선택 소자(S2)에 신호 출력을 위한 신호가 입력되는 경우에 제2 출력 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 소스 팔로워(841)를 제어하기 위한 입력단과 전원(VDD) 사이에는 제1 리셋 소자(R1)가 연결될 수 있다. 제2 소스 팔로워(843)를 제어하기 위한 입력단과 전원(VDD) 사이에는 제2 리셋 소자(R2)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 제1 리셋 소자(R1) 또는 제2 리셋 소자(R2)를 제어하여, 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)에 전기적 에너지가 저장되기 전과 후에 회로를 리셋시켜서 오차를 줄이고, 더 정확한 자동 포커싱 기능을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면 이미지 센서는, 복수의 트랜스퍼 게이트(TG1, TG2, TG3, TG4, TG5, TG6)를 제어함으로써, 단위 화소가 상기 제1 포토다이오드 내지 제4 포토다이오드(PD1, PD2, PD3, PD4)가 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 제5 트랜스퍼 게이트(TG5) 및 제6 트랜스퍼 게이트(TG6)를 제어하기 위한 제1 제어 신호, 제1 트랜스퍼 게이트(TG1) 및 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)를 제어하기 위한 제2 제어 신호 및 제2 트랜스퍼 게이트(TG2) 및 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)를 제어하기 위한 제3 제어 신호들의 조합을 통해 좌우 또는 상하 방향의 전기적 신호들을 합산하여 출력할 수 있다.
예를 들어, 제1 제어 신호가 온, 제2 제어 신호가 오프, 제3 제어 신호가 온 신호인 경우, 제1 포토다이오드(PD1) 및 제2 포토다이오드(PD2)가 변환한 전기적 신호가 합산되고, 제3 포토다이오드(PD3) 및 제4 포토다이오드(PD4)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 또한, 제3 제어신호에 따라 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)가 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)과 제2 포토다이오드(PD2)를 전기적으로 연결함에 따라, 상단의 제1 포토다이오드(PD1) 및 제2 포토다이오드(PD2)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1) 및 제2 소스 팔로워(843)를 통해 화소 외부로 출력될 수 있다. 또한, 제3 제어신호에 따라 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)가 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)과 제3 포토다이오드(PD3)를 전기적으로 연결함에 따라, 하단의 제3 포토다이오드(PD3) 및 제4 포토다이오드(PD4)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1) 및 제1 소스 팔로워(841)를 통해 화소 외부로 출력될 수 있다.
다른 예로, 제1 제어 신호가 오프, 제2 제어 신호 및 제3 제어 신호가 온인 경우, 제1 포토다이오드(PD1)가 변환한 전기적 신호 및 제3 포토다이오드(PD3)가 변환한 전기적 신호는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)에서 합산되고, 제2 포토다이오드(PD2)가 변환한 전기적 신호 및 제4 포토다이오드(PD4)가 변환한 전기적 신호는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)에서 합산될 수 있다. 예를 들어, 좌측 포토다이오드(PD1, PD3)가 변환한 신호들이 합산된 신호와 우측의 포토다이오드(PD2, PD4)가 변환한 신호들이 합산된 신호가 각각 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)을 통하여 화소 외부로 출력될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 구조를 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서의 단위 화소는 복수의 포토다이오드(911, 913, 915, 917), 복수의 트랜스퍼 게이트(921, 923, 951, 953, 955, 957), 복수의 플로팅 디퓨젼 영역(931, 933) 및 복수의 소스 팔로워(941, 943)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단위 화소는 트랜스퍼 게이트의 제어에 따라, 제1 포토다이오드 내지 제4 포토다이오드(911, 913, 915, 917)가 변환한 전기적 신호를 단위 화소 외부로 출력하는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(931) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(933)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 플로팅 디퓨젼 영역(931) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(933) 각각은 복수의 포토다이오드(911, 913, 915, 917) 중 하나와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 플로팅 디퓨젼 영역(931)은 제1 포토다이오드(911)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 플로팅 디퓨젼 영역(933)은 제4 포토다이오드(917)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 포토다이오드 각각의 사이는 트랜스퍼 게이트(951, 953, 955, 957)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(911)와 제2 포토다이오드(913) 사이에는 제1 트랜스퍼 게이트(951)가 연결되고, 제3 포토다이오드(915)와 제4 포토다이오드(917) 사이에는 제2 트랜스퍼 게이트(953)가 연결되고, 제1 포토다이오드(911)와 제3 포토다이오드(915) 사이에는 제3 트랜스퍼 게이트(955)가 연결되고, 제2 포토다이오드(913)와 제4 포토다이오드(917) 사이에는 제4 트랜스퍼 게이트(957)가 연결될 수 있다. 제1 포토다이오드(911)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(931) 사이에는 제5 트랜스퍼 게이트(921)가 연결될 수 있다. 제4 포토다이오드(917)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(933) 사이에는 제6 트랜스퍼 게이트(923)가 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 트랜스퍼 게이트(951) 및 상기 제2 트랜스퍼 게이트(953)는 동일한 제1 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3 트랜스퍼 게이트(955) 및 상기 제4 트랜스퍼 게이트(957)는 동일한 제2 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면 이미지 센서는, 상기 복수의 트랜스퍼 게이트(921, 923, 951, 953, 955, 957)를 제어함으로써, 단위 화소가 상기 복수의 포토다이오드(911, 913, 915, 917)가 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하도록 제어할 수 있다.
이하, 제1 제어신호 및 제2 제어 신호가 대응되는 트랜스퍼 게이트를 온 또는 오프하기 위한 신호라고 가정하여 설명한다.
예를 들어, 제1 제어 신호가 온 신호, 제2 제어 신호가 오프 신호인 경우, 제1 트랜스퍼 게이트(951)가 제1 포토다이오드(911) 및 제2 포토다이오드(913)를 전기적으로 연결하여 제1 포토다이오드(911) 및 제2 포토다이오드(913)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 또한, 제2 트랜스퍼 게이트(953)가 제3 포토다이오드(915) 및 제4 포토다이오드(917)를 전기적으로 연결하여 제3 포토다이오드(915) 및 제4 포토다이오드(917)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 제3 트랜스퍼 게이트(955) 및 제4 트랜스퍼 게이트(957)는 상단의 포토다이오드와 하단의 포토다이오드를 전기적으로 분리할 수 있다.
이 경우, 상단의 제1 포토다이오드(911) 및 제2 포토다이오드(913)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(931) 및 제1 소스 팔로워(941)를 통해 화소 외부로 출력될 수 있다. 또한, 하단의 제3 포토다이오드(915) 및 제4 포토다이오드(917)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(933) 및 제2 소스 팔로워(943)를 통해 화소 외부로 출력될 수 있다.
이 경우, 이미지 센서는 상부 및 하부의 합산 신호를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 상부 포토다이오드(911, 913) 및 하부 포토다이오드(915, 917)이 변환한 전기적 신호를 비교 및 처리할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 상단 및 하단의 합산된 전기적 신호들의 위상차를 검출하고, 이를 처리함으로써 상하 방향의 초점을 조정하여 자동 포커싱 기능을 수행할 수 있다.
다른 예로, 제1 제어 신호가 오프 신호이고, 제2 제어 신호 온 신호인 경우, 제3 트랜스퍼 게이트(955)가 제1 포토다이오드(911) 및 제3 포토다이오드(915)를 전기적으로 연결하여 제1 포토다이오드(911) 및 제3 포토다이오드(915)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 또한, 제4 트랜스퍼 게이트(957)가 제2 포토다이오드(913) 및 제4 포토다이오드(917)를 전기적으로 연결하여 제2 포토다이오드(913) 및 제4 포토다이오드(917)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 제1 트랜스퍼 게이트(951) 및 제2 트랜스퍼 게이트(953)는 좌측의 포토다이오드와 우측의 포토다이오드를 전기적으로 분리할 수 있다. 이 경우, 좌측의 제1 포토다이오드(911) 및 제3 포토다이오드(915)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(931) 및 제1 소스 팔로워(941)를 통해 화소 외부로 출력될 수 있다. 또한, 우측의 제2 포토다이오드(913) 및 제4 포토다이오드(917)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(933) 및 제2 소스 팔로워(943)를 통해 화소 외부로 출력될 수 있다.
이 경우, 이미지 센서는 좌측 및 우측의 합산 신호를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 좌측 포토다이오드(911, 915) 및 우측 포토다이오드(913, 917)이 변환한 전기적 신호를 비교 및 처리할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(예를 들어, 전자 장치의 프로세서 또는 이미지 센서와 전기적으로 연결된 이미지 시그널 프로세서(image signal processor, ISP) 등)는 좌측 및 우측의 합산된 전기적 신호들의 위상차를 검출하고, 이를 처리함으로써 좌우 방향의 초점을 조정하여 자동 포커싱 기능을 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소에서의 에너지 레벨을 도시한 도면이다. 도 11은 도 9에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 단위 화소에서 제1 포토다이오드 및 제2 포토다이오드에서 변환한 전기적 에너지(전기적 신호)가 합산되는 경우를 도시한다.
일 실시예에 따르면, 제1 포토다이오드(PD1)와 제2 포토다이오드(PD2) 사이에는 제1 포토다이오드(PD1)와 제2 포토다이오드(PD2)의 전기적 연결을 온 오프 제어하는 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 포토다이오드(PD1)의 일 단에는 제1 포토다이오드(PD1) 또는 제2 포토다이오드(PD2)가 변환한 신호를 합산하여 출력할 수 있는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)이 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 포토다이오드(PD1)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1) 사이에는 제1 포토다이오드(PD1)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)의 전기적 연결을 온 오프 제어하는 제5 트랜스퍼 게이트(G1)(G1)가 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)를 제어하여(즉, 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)의 에너지 레벨을 낮춰) 제1 포토다이오드(PD1)가 빛을 변환하여 생성한 전기적 에너지와 제2 포토다이오드(PD2)가 빛을 변환하여 생성한 전기적 에너지(예를 들어, 전하)가 합산되도록 할 수 있다. 이미지 센서는 제5 트랜스퍼 게이트(G1)를 제어하여(즉, 제5 트랜스퍼 게이트(G1)의 에너지 레벨을 낮춰) 합산된 신호가 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)으로 이동하도록 제어할 수 있다. 즉, 이미지 센서는 복수의 트랜스퍼 게이트(TG1, G1, G2)를 제어함으로써, 복수의 포토다이오드(PD1, PD2)가 변환한 전기적 에너지를 합산하여 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)에 저장되도록 할 수 있다. 이미지 센서는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(FD1)을 통하여 제1 포토다이오드(PD1) 및 제2 포토다이오드(PD2)가 변환한 전기적 에너지를 합산하여 화소 외부로 출력되도록 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 화소의 회로도이다.
일 실시예에 따르면, 복수의 포토다이오드(PD1, PD2, PD3, PD4) 사이에는 트랜스퍼 게이트(TG1, TG2, TG3, TG4)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 포토다이오드(PD1)와 제2 포토다이오드(PD2) 사이에는 제1 트랜스퍼 게이트(TG1)가 연결되고, 제3 포토다이오드(PD3)와 제4 포토다이오드(PD4) 사이에는 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)가 연결되고, 제1 포토다이오드(PD1)와 제3 포토다이오드(PD3) 사이에는 제3 트랜스퍼 게이트(TG3)가 연결되고, 제2 포토다이오드(PD2)와 제4 포토다이오드(PD4) 사이에는 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)가 연결될 수 있다. 제3 포토다이오드(PD3)와 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1) 사이에는 제5 트랜스퍼 게이트(G1)가 연결될 수 있다. 제2 포토다이오드(PD2)와 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2) 사이에는 제6 트랜스퍼 게이트(G2)가 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 트랜스퍼 게이트(TG1) 및 상기 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)는 동일한 제1 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3 트랜스퍼 게이트(TG3) 및 상기 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)는 동일한 제2 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2) 각각은 제1 포토다이오드(PD1) 내지 제4 포토다이오드(PD4) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)은 제3 포토다이오드(PD3)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)은 제2 포토다이오드(PD2)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 트랜스퍼 게이트(TG1) 및 상기 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)는 동일한 제1 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3 트랜스퍼 게이트(TG3) 및 상기 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)는 동일한 제2 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1) 및 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2) 각각에는 제1 소스 팔로워(1141) 및 제2 소스 팔로워(1143)가 연결될 수 있다. 제1 소스 팔로워(1141) 및 제2 소스 팔로워(1143) 각각의 일 단에는 전원(VDD)이 연결될 수 있다.
제1 소스 팔로워(1141)는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1)에 저장된 전기적 에너지(전기적 신호)를 단위 화소 외부로 출력할 수 있다. 제2 소스 팔로워(1143)는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2)에 저장된 전기적 에너지를 단위 화소 외부로 출력할 수 있다. 즉, 제1 소스 팔로워(1141)는 제1 출력 신호를, 제2 소스 팔로워(1143)는 제2 출력 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 소스 팔로워(1141) 및 제2 소스 팔로워(1143) 각각은 출력 신호를 선택하기 위한 제1 선택 소자(S1) 및 제2 선택 소자(S2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 소스 팔로워(1141)는 제1 선택 소자(S1)에 신호 출력을 위한 신호가 입력되는 경우에 제1 출력 신호를 출력할 수 있다. 제2 소스 팔로워(1143)는 제2 선택 소자(S2)에 신호 출력을 위한 신호가 입력되는 경우에 제2 출력 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 소스 팔로워(1141)를 제어하기 위한 입력단과 전원(VDD) 사이에는 제1 리셋 소자(R1)가 연결될 수 있다. 제2 소스 팔로워(1143)를 제어하기 위한 입력단과 전원(VDD) 사이에는 제2 리셋 소자(R2)가 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면 이미지 센서는, 복수의 트랜스퍼 게이트를 제어함으로써, 단위 화소가 상기 복수의 포토다이오드(PD1, PD2, PD3, PD4)가 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 제어 신호가 온 신호, 제2 제어 신호가 오프 신호인 경우, 제1 포토다이오드(PD1) 및 제2 포토다이오드(PD2)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 또한, 제3 포토다이오드(PD3) 및 제4 포토다이오드(PD4)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 제3 트랜스퍼 게이트(TG3) 및 제4 트랜스퍼 게이트(TG4)는 상단의 포토다이오드(PD1, PD2)와 하단의 포토다이오드(PD3, PD4)를 전기적으로 분리할 수 있다.
상단의 제1 포토다이오드(PD1) 및 제2 포토다이오드(PD2)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2) 및 제2 소스 팔로워(1143)를 통해 화소 외부로 출력될 수 있다. 또한, 하단의 제3 포토다이오드(PD3) 및 제4 포토다이오드(PD4)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1) 및 제1 소스 팔로워(1141)를 통해 화소 외부로 출력될 수 있다. 이 경우, 이미지 센서는 상부 및 하부 각각에서 합산된 신호를 획득할 수 있다.
다른 예로, 제1 제어 신호가 오프 신호이고, 제2 제어 신호 온 신호인 경우, 제1 포토다이오드(PD1) 및 제3 포토다이오드(PD3)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 또한, 제2 포토다이오드(PD2) 및 제4 포토다이오드(PD4)가 변환한 전기적 신호가 합산될 수 있다. 제1 트랜스퍼 게이트(TG1) 및 제2 트랜스퍼 게이트(TG2)는 좌측의 포토다이오드(PD1, PD3)와 우측의 포토다이오드(PD2, PD4)를 전기적으로 분리할 수 있다. 좌측의 제1 포토다이오드(PD1) 및 제3 포토다이오드(PD3)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제1 플로팅 디퓨젼 영역(CFD1) 및 제1 소스 팔로워(1141)를 통해 화소 외부로 출력될 수 있다. 또한, 우측의 제2 포토다이오드(PD2) 및 제4 포토다이오드(PD4)로부터 변환되어 합산된 전기적 신호는 제2 플로팅 디퓨젼 영역(CFD2) 및 제2 소스 팔로워(1143)를 통해 화소 외부로 출력될 수 있다. 이 경우, 이미지 센서는 좌측 및 우측의 합산 신호를 획득할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 블록도이다.
전자 장치(1201)는 하나 이상의 프로세서(예: AP)(1210), 통신 모듈(1220), (가입자 식별 모듈(1224), 메모리(1230), 센서 모듈(1240), 입력 장치(1250), 디스플레이(1260), 인터페이스(1270), 오디오 모듈(1280), 카메라 모듈(1291), 전력 관리 모듈(1295), 배터리(1296), 인디케이터(1297), 및 모터(1298) 를 포함할 수 있다. 프로세서(1210)는, 예를 들면, 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 프로세서(1210)에 연결된 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(1210)는, 예를 들면, SoC(system on chip) 로 구현될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 프로세서(1210)는 GPU(graphic processing unit) 및/또는 이미지 신호 프로세서를 더 포함할 수 있다. 프로세서(1210)는 도 12에 도시된 구성요소들 중 적어도 일부(예: 셀룰러 모듈(1221))를 포함할 수도 있다. 프로세서(1210) 는 다른 구성요소들(예: 비휘발성 메모리) 중 적어도 하나로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드)하여 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다.
통신 모듈(1220)은, 예를 들면, 셀룰러 모듈(1221), WiFi 모듈(1223), 블루투스 모듈(1225), GNSS 모듈(1227), NFC 모듈(1228) 및 RF 모듈(1229)를 포함할 수 있다. 셀룰러 모듈(1221)은, 예를 들면, 통신망을 통해서 음성 통화, 영상 통화, 문자 서비스, 또는 인터넷 서비스 등을 제공할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 셀룰러 모듈(1221)은 가입자 식별 모듈(예: SIM 카드)(1224)을 이용하여 통신 네트워크 내에서 전자 장치(1201)의 구별 및 인증을 수행할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 셀룰러 모듈(1221)은 프로세서(1210)가 제공할 수 있는 기능 중 적어도 일부 기능을 수행할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 셀룰러 모듈(1221)은 커뮤니케이션 프로세서(CP)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 셀룰러 모듈(1221), WiFi 모듈(1223), 블루투스 모듈(1225), GNSS 모듈(1227) 또는 NFC 모듈(1228) 중 적어도 일부(예: 두 개 이상)는 하나의 integrated chip(IC) 또는 IC 패키지 내에 포함될 수 있다. RF 모듈(1229)은, 예를 들면, 통신 신호(예: RF 신호)를 송수신할 수 있다. RF 모듈(1229)은, 예를 들면, 트랜시버, PAM(power amp module), 주파수 필터, LNA(low noise amplifier), 또는 안테나 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 셀룰러 모듈(1221), WiFi 모듈(1223), 블루투스 모듈(1225), GNSS 모듈(1227) 또는 NFC 모듈(1228) 중 적어도 하나는 별개의 RF 모듈을 통하여 RF 신호를 송수신할 수 있다. 가입자 식별 모듈(1224)은, 예를 들면, 가입자 식별 모듈을 포함하는 카드 또는 임베디드 SIM을 포함할 수 있으며, 고유한 식별 정보(예: ICCID(integrated circuit card identifier)) 또는 가입자 정보(예: IMSI(international mobile subscriber identity))를 포함할 수 있다.
메모리(1230)는, 예를 들면, 내장 메모리(1232) 또는 외장 메모리(1234)를 포함할 수 있다. 내장 메모리(1232)는, 예를 들면, 휘발성 메모리(예: DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등), 비휘발성 메모리(예: OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, 플래시 메모리, 하드 드라이브, 또는 솔리드 스테이트 드라이브 (SSD) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 외장 메모리(1234)는 플래시 드라이브(flash drive), 예를 들면, CF(compact flash), SD(secure digital), Micro-SD, Mini-SD, xD(extreme digital), MMC(multi-media card) 또는 메모리 스틱 등을 포함할 수 있다. 외장 메모리(1234)는 다양한 인터페이스를 통하여 전자 장치(1201)와 기능적으로 또는 물리적으로 연결될 수 있다.
센서 모듈(1240)은, 예를 들면, 물리량을 계측하거나 전자 장치(1201)의 작동 상태를 감지하여, 계측 또는 감지된 정보를 전기 신호로 변환할 수 있다. 센서 모듈(1240)은, 예를 들면, 제스처 센서(1240A), 자이로 센서(1240B), 기압 센서(1240C), 마그네틱 센서(1240D), 가속도 센서(1240E), 그립 센서(1240F), 근접 센서(1240G), 컬러(color) 센서(1240H)(예: RGB(red, green, blue) 센서), 생체 센서(1240I), 온/습도 센서(1240J), 조도 센서(1240K), 또는 UV(ultra violet) 센서(1240M) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 센서 모듈(1240)은, 예를 들면, 후각(e-nose) 센서, 일렉트로마이오그라피(EMG) 센서, 일렉트로엔씨팔로그램(EEG) 센서, 일렉트로카디오그램(ECG) 센서, IR(infrared) 센서, 홍채 센서 및/또는 지문 센서를 포함할 수 있다. 센서 모듈(1240)은 그 안에 속한 적어도 하나 이상의 센서들을 제어하기 위한 제어 회로를 더 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(1201)는 프로세서(1210)의 일부로서 또는 별도로, 센서 모듈(1240)을 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함하여, 프로세서(1210)가 슬립(sleep) 상태에 있는 동안, 센서 모듈(1240)을 제어할 수 있다.
입력 장치(1250)는, 예를 들면, 터치 패널(1252), (디지털) 펜 센서(1254), 키(1256), 또는 초음파 입력 장치(1258)를 포함할 수 있다. 터치 패널(1252)은, 예를 들면, 정전식, 감압식, 적외선 방식, 또는 초음파 방식 중 적어도 하나의 방식을 사용할 수 있다. 또한, 터치 패널(1252)은 제어 회로를 더 포함할 수도 있다. 터치 패널(1252)은 택타일 레이어(tactile layer)를 더 포함하여, 사용자에게 촉각 반응을 제공할 수 있다. (디지털) 펜 센서(1254)는, 예를 들면, 터치 패널의 일부이거나, 별도의 인식용 쉬트를 포함할 수 있다. 키(1256)는, 예를 들면, 물리적인 버튼, 광학식 키, 또는 키패드를 포함할 수 있다. 초음파 입력 장치(1258)는 마이크(예: 마이크(1288))를 통해, 입력 도구에서 발생된 초음파를 감지하여, 상기 감지된 초음파에 대응하는 데이터를 확인할 수 있다.
디스플레이(1260)는 패널(1262), 홀로그램 장치(1264), 프로젝터(1266), 및/또는 이들을 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 패널(1262)은, 예를 들면, 유연하게, 투명하게, 또는 착용할 수 있게 구현될 수 있다. 패널(1262)은 터치 패널(1252)과 하나 이상의 모듈로 구성될 수 있다. 홀로그램 장치(1264)는 빛의 간섭을 이용하여 입체 영상을 허공에 보여줄 수 있다. 프로젝터(1266)는 스크린에 빛을 투사하여 영상을 표시할 수 있다. 스크린은, 예를 들면, 전자 장치(1201)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 인터페이스(1270)는, 예를 들면, HDMI(1272), USB(1274), 광 인터페이스(optical interface)(1276), 또는 D-sub(D-subminiature)(1278)를 포함할 수 있다. 인터페이스(1270)는, 예를 들면, 도 1에 도시된 통신 인터페이스(170)에 포함될 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 인터페이스(1270)는, 예를 들면, MHL(mobile high-definition link) 인터페이스, SD카드/MMC(multi-media card) 인터페이스, 또는 IrDA(infrared data association) 규격 인터페이스를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(1280)은, 예를 들면, 소리와 전기 신호를 쌍방향으로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(1280)은, 예를 들면, 스피커(1282), 리시버(1284), 이어폰(1286), 또는 마이크(1288) 등을 통해 입력 또는 출력되는 소리 정보를 처리할 수 있다.
카메라 모듈(1291)은, 예를 들면, 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있는 장치로서, 한 실시예에 따르면, 하나 이상의 이미지 센서(예: 전면 센서 또는 후면 센서), 렌즈, 이미지 시그널 프로세서(ISP), 또는 플래시(예: LED 또는 xenon lamp 등)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 카메라 모듈(1291)은 이미지 센서를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 복수의 화소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 복수의 화소들로 구성된 화소 어레이(array)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 화소 각각은, 빛을 전기적 신호로 변환하는 제1 내지 제4 포토다이오드(photodiode) 및 상기 제1 내지 제4 포토다이오드 각각이 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하는 전기적 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 전기적 회로는 상기 제1 내지 제4 포토다이오드가 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하는 복수의 플로팅 디퓨젼(floating diffusion) 영역 및 상기 제1 내지 제4 포토다이오드와 상기 복수 개의 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프(on-off)하는 복수의 트랜스퍼 게이트(transfer gate)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 시그널 프로세서는 이미지 센서로부터 출력되는 합산 신호에 적어도 일부 기초하여 자동 초점(auto focusing, AF) 기능을 수행할 수 있다.
전력 관리 모듈(1295)은, 예를 들면, 전자 장치(1201)의 전력을 관리할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(1295)은 PMIC(power management integrated circuit), 충전 IC, 또는 배터리 또는 연료 게이지를 포함할 수 있다. PMIC는, 유선 및/또는 무선 충전 방식을 가질 수 있다. 무선 충전 방식은, 예를 들면, 자기공명 방식, 자기유도 방식 또는 전자기파 방식 등을 포함하며, 무선 충전을 위한 부가적인 회로, 예를 들면, 코일 루프, 공진 회로, 또는 정류기 등을 더 포함할 수 있다. 배터리 게이지는, 예를 들면, 배터리(1296)의 잔량, 충전 중 전압, 전류, 또는 온도를 측정할 수 있다. 배터리(1296)는, 예를 들면, 충전식 전지 및/또는 태양 전지를 포함할 수 있다.
인디케이터(1297)는 전자 장치(1201) 또는 그 일부(예: 프로세서(1210))의 특정 상태, 예를 들면, 부팅 상태, 메시지 상태 또는 충전 상태 등을 표시할 수 있다. 모터(1298)는 전기적 신호를 기계적 진동으로 변환할 수 있고, 진동, 또는 햅틱 효과 등을 발생시킬 수 있다. 전자 장치(1201)는, 예를 들면, DMB(digital multimedia broadcasting), DVB(digital video broadcasting), 또는 미디어플로(mediaFloTM) 등의 규격에 따른 미디어 데이터를 처리할 수 있는 모바일 TV 지원 장치(예: GPU)를 포함할 수 있다. 본 문서에서 기술된 구성요소들 각각은 하나 또는 그 이상의 부품(component)으로 구성될 수 있으며, 해당 구성요소의 명칭은 전자 장치의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치(예: 전자 장치(1201))는 일부 구성요소가 생략되거나, 추가적인 구성요소를 더 포함하거나, 또는, 구성요소들 중 일부가 결합되어 하나의 개체로 구성되되, 결합 이전의 해당 구성요소들의 기능을 동일하게 수행할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. "모듈"은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "모듈"은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있으며, 예를 들면, 어떤 동작들을 수행하는, 알려졌거나 앞으로 개발될, ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays), 또는 프로그램 가능 논리 장치를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서에 의해 실행될 경우, 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(예: 자기테이프), 광기록 매체(예: CD-ROM, DVD, 자기-광 매체 (예: 플롭티컬 디스크), 내장 메모리 등을 포함할 수 있다. 명령어는 컴파일러에 의해 만들어지는 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른, 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
110: 마이크로 렌즈(micro lens)
120: 컬러 필터(120)(color filter)
130: 포토다이오드(photodiode)

Claims (13)

  1. 복수의 화소를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 복수의 화소 각각은,
    빛을 전기적 신호로 변환하는 제1 내지 제4 포토다이오드(photodiode); 및
    상기 제1 내지 제4 포토다이오드 각각이 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하는 전기적 회로를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 포토다이오드는,
    상기 제1 포토다이오드가 좌측 상단, 제2 포토다이오드가 우측 상단, 제3 포토다이오드가 좌측 하단, 상기 제4 포토다이오드가 우측 하단에 배치된 격자 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기적 회로는
    상기 제1 내지 제4 포토다이오드가 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하는 복수의 플로팅 디퓨젼(floating diffusion) 영역; 및
    상기 제1 내지 제4 포토다이오드와 상기 복수 개의 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프(on-off)하는 복수의 트랜스퍼 게이트(transfer gate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 플로팅 디퓨젼 영역은
    상기 제1 포토다이오드 또는 상기 제3 포토다이오드를 통하여 수신한 전기적 신호를 합산하여 출력하는 제1 플로팅 디퓨젼 영역; 및
    상기 제2 포토다이오드 또는 상기 제4 포토다이오드를 통하여 수신한 전기적 신호를 합산하여 출력하는 제2 플로팅 디퓨젼 영역을 포함하고,
    상기 복수의 트랜스퍼 게이트는
    상기 제1 포토다이오드 및 상기 제1 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프하는 제1 트랜스퍼 게이트;
    상기 제2 포토다이오드 및 상기 제2 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프하는 제2 트랜스퍼 게이트;
    상기 제3 포토다이오드 및 상기 제1 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프하는 제3 트랜스퍼 게이트;
    상기 제4 포토다이오드 및 상기 제2 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프하는 제4 트랜스퍼 게이트;
    상기 제1 포토다이오드 및 상기 제2 포토다이오드의 전기적 연결을 온-오프하는 제5 트랜스퍼 게이트; 및
    상기 제3 포토다이오드 및 상기 제4 포토다이오드의 전기적 연결을 온-오프하는 제6 트랜스퍼 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 트랜스퍼 게이트 및 상기 제4 트랜스퍼 게이트는 동일한 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결되고, 상기 제2 트랜스퍼 게이트 및 상기 제3 트랜스퍼 게이트는 동일한 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결되고, 상기 제5 트랜스퍼 게이트 및 상기 제6 트랜스퍼 게이트는 동일한 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제3항에 있어서, 상기 복수의 플로팅 디퓨젼 영역은
    상기 제1 포토다이오드를 통하여 수신한 전기적 신호를 합산하여 출력하는 제1 플로팅 디퓨젼 영역; 및
    상기 제4 포토다이오드를 통하여 수신한 전기적 신호를 합산하여 출력하는 제2 플로팅 디퓨젼 영역을 포함하고,
    상기 복수의 트랜스퍼 게이트는
    상기 제1 포토다이오드 및 상기 제2 포토다이오드의 전기적 연결을 온-오프하는 제1 트랜스퍼 게이트;
    상기 제3 포토다이오드 및 상기 제4 포토다이오드의 전기적 연결을 온-오프하는 제2 트랜스퍼 게이트;
    상기 제1 포토다이오드 및 상기 제3 포토다이오드의 전기적 연결을 온-오프하는 제3 트랜스퍼 게이트; 및
    상기 제2 포토다이오드 및 상기 제4 포토다이오드의 전기적 연결을 온-오프하는 제4 트랜스퍼 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 트랜스퍼 게이트 및 상기 제2 트랜스퍼 게이트는 동일한 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결되고, 상기 제3 트랜스퍼 게이트 및 상기 제4 트랜스퍼 게이트는 동일한 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.

  8. 전자 장치에 있어서,
    복수의 화소를 포함하는 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서의 동작을 제어하여 자동 초점(auto focusing, AF) 기능을 수행하는 프로세서를 포함하고,
    상기 이미지 센서의 상기 복수의 화소 각각은,
    빛을 전기적 신호로 변환하는 제1 내지 제4 포토다이오드(photodiode); 및
    상기 제1 내지 제4 포토다이오드 각각이 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하는 전기적 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 포토다이오드는,
    상기 제1 포토다이오드가 좌측 상단, 상기 제2 포토다이오드가 우측 상단, 상기 제3 포토다이오드가 좌측 하단, 상기 제4 포토다이오드가 우측 하단에 배치된 격자 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전기적 회로는
    상기 제1 내지 제4 포토다이오드가 변환한 전기적 신호 중 적어도 두 개를 합산하여 출력하는 복수의 플로팅 디퓨젼(floating diffusion) 영역; 및
    상기 제1 내지 제4 포토다이오드와 상기 복수 개의 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프(on-off)하는 복수의 트랜스퍼 게이트(transfer gate)를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 복수의 트랜스퍼 게이트를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 플로팅 디퓨젼 영역은
    상기 제1 포토다이오드 또는 상기 제3 포토다이오드를 통하여 수신한 전기적 신호를 합산하여 출력하는 제1 플로팅 디퓨젼 영역; 및
    상기 제2 포토다이오드 또는 상기 제4 포토다이오드를 통하여 수신한 전기적 신호를 합산하여 출력하는 제2 플로팅 디퓨젼 영역을 포함하고,
    상기 복수의 트랜스퍼 게이트는
    상기 제1 포토다이오드 및 상기 제1 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프하는 제1 트랜스퍼 게이트;
    상기 제2 포토다이오드 및 상기 제2 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프하는 제2 트랜스퍼 게이트;
    상기 제3 포토다이오드 및 상기 제1 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프하는 제3 트랜스퍼 게이트;
    상기 제4 포토다이오드 및 상기 제2 플로팅 디퓨젼 영역의 전기적 연결을 온-오프하는 제4 트랜스퍼 게이트;
    상기 제1 포토다이오드 및 상기 제2 포토다이오드의 전기적 연결을 온-오프하는 제5 트랜스퍼 게이트; 및
    상기 제3 포토다이오드 및 상기 제4 포토다이오드의 전기적 연결을 온-오프하는 제6 트랜스퍼 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 트랜스퍼 게이트 및 상기 제4 트랜스퍼 게이트는 동일한 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결되고, 상기 제2 트랜스퍼 게이트 및 상기 제3 트랜스퍼 게이트는 동일한 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결되고, 상기 제5 트랜스퍼 게이트 및 상기 제6 트랜스퍼 게이트는 동일한 제어 신호에 따라 제어되도록 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 플로팅 디퓨젼 영역은
    상기 제1 포토다이오드를 통하여 수신한 전기적 신호를 합산하여 출력하는 제1 플로팅 디퓨젼 영역; 및
    상기 제4 포토다이오드를 통하여 수신한 전기적 신호를 합산하여 출력하는 제2 플로팅 디퓨젼 영역을 포함하고,
    상기 복수의 트랜스퍼 게이트는
    상기 제1 포토다이오드 및 상기 제2 포토다이오드의 전기적 연결을 온-오프하는 제1 트랜스퍼 게이트;
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