KR102047136B1 - Imaging device and method for driving thereof - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 광전 변환 소자, 상기 광전 변환 소자 일측에 배치되는 쉬프트 스위칭부, 상기 광전 변환 소자의 다른 일측에 배치되는 오버플로우 제어부, 상기 쉬프트 스위칭부 일측에 배치되는 제1 전하 저장부, 상기 제1 전하 저장부 일측에 배치되는 전송 스위칭부, 상기 전송 스위칭부 일측에 배치되는 제2 전하 저장부 및 상기 제2 전하 저장부 일측에 배치되는 리셋 스위칭부를 포함하는 복수의 픽셀; 상기 복수의 픽셀에 신호를 인가하는 제어회로; 및 글로벌 셔터를 위한 제1 모드 및 광역 동적 범위(Wide Dynamic Range, WDR)를 위한 제2 모드 중 하나를 선택하는 모드 셀렉터를 구비하는 이미징 장치가 개시된다.According to the present invention, a photoelectric conversion element, a shift switching unit disposed on one side of the photoelectric conversion element, an overflow control unit disposed on the other side of the photoelectric conversion element, a first charge storage unit disposed on one side of the shift switching unit, A plurality of pixels including a transfer switching unit disposed on one side of a first charge storage unit, a second charge storage unit disposed on one side of the transfer switching unit, and a reset switching unit disposed on one side of the second charge storage unit; A control circuit for applying a signal to the plurality of pixels; And a mode selector for selecting one of a first mode for a global shutter and a second mode for a wide dynamic range (WDR).

Description

이미징 장치 및 그 구동방법{IMAGING DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}Imaging device and its driving method {IMAGING DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}

본 발명은 이미징 장치 및 그 구동방법에 대한 것으로써, 특히 저조도에서 높은 감도 특성(sensitivity)을 구현함과 동시에 고조도에서 높은 감도 특성(sensitivity)을 구현할 수 있는 이미징 장치 및 그 구동방법에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an imaging apparatus and a driving method thereof, and more particularly, to an imaging apparatus and a driving method thereof capable of realizing high sensitivity at low illumination and high sensitivity at high illumination. .

아울러, 본 발명은 동일한 픽셀을 사용하면서도, 선택적으로 저조도 및 고조도에서도 높은 감도 특성을 나타내도록 구동시키거나 또는 움직임이 빠른 피사체의 촬상에 적합한 글로벌 셔터(global shutter)를 구현할 수 있도록 구동시킬 수 있는 이미징 장치 및 그 구동방법에 대한 것이다.
In addition, the present invention can be driven to exhibit a high sensitivity even at low and high illumination, or to implement a global shutter suitable for imaging a fast-moving subject while using the same pixel. An imaging device and a driving method thereof.

이미지 센서는 단위 픽셀이 입사광을 수광하여 전하로 변환하면, 그에 상응하는 전압 신호를 생성하여 출력하는 방식으로 동작한다. 예를 들어, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서의 성능을 나타내는 파라미터들 중 하나는 동적 범위(dynamic range; DR)이며, 이는 CMOS 이미지 센서를 포화시키지 않는 최대 입력 신호와 CMOS 이미지 센서가 감지할 수 있는 최소 입력 신호의 비율로 표현될 수 있다. When the unit pixel receives incident light and converts the incident light into electric charges, the image sensor generates and outputs a voltage signal corresponding thereto. For example, one of the parameters that indicate the performance of a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor is dynamic range (DR), which is the maximum input signal that does not saturate the CMOS image sensor and the CMOS image sensor will detect. It can be expressed as the ratio of the minimum input signal that can be.

그러나 종래의 컬러 이미지 센서는 다이내믹 레인지가 좁아서 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue) 중 어느 하나 이상의 컬러가 포화상태인 경우 이미지 원래의 색을 잘 표현하지 못하는 단점이 있다. 이러한 다이내믹 레인지가 좁은 단점을 극복하기 위하여 광역 동적 범위(Wide Dynamic Range; WDR) 픽셀을 구현하는 방법이 제시되고 있다.However, the conventional color image sensor has a disadvantage in that the original color of the image may not be well represented when the dynamic range is narrow and any one or more of red, green, and blue colors are saturated. In order to overcome the shortcomings of the narrow dynamic range, a method of implementing a wide dynamic range (WDR) pixel has been proposed.

특히, 종래에는 CMOS 이미지 센서의 동적 범위를 증가시키기 위해 CMOS 이미지 센서에 포함된 광전 변환 영역의 전하 저장 능력, 즉 웰 커패시티(well capacity)를 증가시키거나, 암 전류(dark current) 및 고정 패턴 잡음(fixed pattern noise, FPN) 등과 같은 노이즈를 감소시키는 방법을 이용하였다.In particular, conventionally, to increase the dynamic range of the CMOS image sensor, the charge storage capability of the photoelectric conversion region included in the CMOS image sensor, that is, the well capacity, or the dark current and the fixed pattern is increased. A method for reducing noise such as fixed pattern noise (FPN) is used.

아울러, 이미지 센서로 움직이고 있는 피사체를 촬영할 때, 픽셀 어레이(pixel array)에 구비된 광전변환부(예를 들어, 포토다이오드)에 축적된 전하를 열단위 또는 행단위로 순차적으로 쉬프트 시키는 롤링 셔터(rolling shutter)를 이용하여 피사체를 촬영하게 되는 경우, 이미지의 왜곡현상이 발생하게 되는 문제가 있었다. 따라서, 이와 같이 움직임이 빠른 피사체의 촬영에는 픽셀 어레이에 구비된 광전변환부에 축적된 전하를 동시에 쉬프트시키는 글로벌 셔터(global shutter) 방식에 따라 피사체를 촬영하였다.In addition, when photographing a moving subject with an image sensor, a rolling shutter for sequentially shifting charges accumulated in a photoelectric conversion unit (for example, a photodiode) included in a pixel array in units of columns or rows. When photographing a subject by using a shutter, there is a problem that distortion of an image occurs. Accordingly, the subject is photographed according to the global shutter method of simultaneously shifting the charge accumulated in the photoelectric conversion unit of the pixel array.

그러나, 광역 동적 범위를 구현하기 위한 픽셀은 글로벌 셔터 방식에 따라 피사체를 촬영하는 데에 어려움이 있었다. 이에 따라, 기존에는 이미지 센서를 사용하게 되는 환경에 따라 글로벌 셔터 방식에 적합한 이미지 센서를 사용하거나 또는 광역 동적 범위를 구현하는 데에 적합한 이미지 센서를 사용하는 등 이원화된 방식으로 이미지 센서를 사용하고 있었다.
However, pixels for realizing a wide dynamic range have difficulty in photographing a subject according to a global shutter method. Therefore, in the past, image sensors were used in a dual manner such as using an image sensor suitable for global shutter method or an image sensor suitable for realizing a wide dynamic range depending on the environment in which the image sensor is to be used. .

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 광역 동적 범위를 구현하는 데 적합한 이미징 장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an imaging apparatus and a driving method thereof suitable for implementing a wide dynamic range.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 광역 동적 범위를 구현함과 동시에 글로벌 셔터에 적합한 이미징 장치 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide an imaging device and a driving method thereof suitable for a global shutter while implementing a wide dynamic range.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치는, 광전 변환 소자, 상기 광전 변환 소자 일측에 배치되는 쉬프트 스위칭부, 상기 광전 변환 소자의 다른 일측에 배치되는 오버플로우 제어부, 상기 쉬프트 스위칭부 일측에 배치되는 제1 전하 저장부, 상기 제1 전하 저장부 일측에 배치되는 전송 스위칭부, 상기 전송 스위칭부 일측에 배치되는 제2 전하 저장부 및 상기 제2 전하 저장부 일측에 배치되는 리셋 스위칭부를 포함하는 복수의 픽셀; 상기 복수의 픽셀에 신호를 인가하는 제어회로; 및 글로벌 셔터를 위한 제1 모드 및 광역 동적 범위(Wide Dynamic Range, WDR)를 위한 제2 모드 중 하나를 선택하는 모드 셀렉터를 포함할 수 있다.An imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, a photoelectric conversion element, a shift switching unit disposed on one side of the photoelectric conversion element, an overflow control unit disposed on the other side of the photoelectric conversion element, disposed on one side of the shift switching unit A plurality of charge including a first charge storage unit, a transfer switching unit disposed on one side of the first charge storage unit, a second charge storage unit disposed on one side of the transfer switching unit and a reset switching unit disposed on one side of the second charge storage unit Pixel; A control circuit for applying a signal to the plurality of pixels; And a mode selector for selecting one of a first mode for a global shutter and a second mode for a wide dynamic range (WDR).

상기 제어회로는, 상기 제1 모드가 선택된 경우, 구간에 따라, 상기 오버플로우 제어부에 의해 형성되는 포텐셜 베리어를 변경시키고, 상기 제2 모드가 선택된 경우, 상기 오버플로우 제어부에 의해 형성되는 포텬셀 베리어를 높게 유지할 수 있다.The control circuit changes the potential barrier formed by the overflow controller according to the section when the first mode is selected, and the fore cell barrier formed by the overflow controller when the second mode is selected. Can be kept high.

상기 제어회로는, 상기 제1 모드가 선택된 경우, 제1 구간에서는, 상기 오버플로우 제어부의 포텐셜 배리어를 상기 쉬프트 스위칭부의 포텐셜 배리어 보다 더 높게 유지하되, 제2 구간에서는, 상기 오버플로우 제어부의 포텐셜 배리어를 상기 쉬프트 스위칭부의 포텐셜 배리어 보다 더 낮게 유지하며, 상기 제2 모드가 선택된 경우, 상기 오버플로우 제어부의 포텐셜 배리어는 항상 상기 쉬프트 스위칭부의 포텐셜 배리어보다 더 높게 유지할 수 있다.When the first mode is selected, the control circuit maintains the potential barrier of the overflow control unit higher than the potential barrier of the shift switching unit in the first section, but in the second section, the potential barrier of the overflow control section. Is kept lower than the potential barrier of the shift switching unit, and when the second mode is selected, the potential barrier of the overflow control unit may always be higher than the potential barrier of the shift switching unit.

상기 모드 셀렉터는, 피사체의 움직임 및 동적 범위(dynamic range) 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드 중 하나를 선택할 수 있다. 이 때, 상기 모드 셀렉터는, 적어도 2개 이상의 연속하여 촬영된 이미지들 사이의 차이(difference)에 기초하여, 상기 피사체의 움직임의 정도를 판단할 수 있다.The mode selector may select one of the first mode and the second mode based on at least one of a movement of a subject and a dynamic range. In this case, the mode selector may determine the degree of movement of the subject based on a difference between at least two consecutively taken images.

상기 모드 셀렉터는, 상기 차이(difference)가 미리 정해진 기준보다 큰 경우, 상기 제1 모드를 선택할 수 있다. The mode selector may select the first mode when the difference is greater than a predetermined reference.

상기 동적 범위는 인트라신 동적 범위(intra-scene dynamic range)일 수 있다.The dynamic range may be an intra-scene dynamic range.

상기 모드 셀렉터는, 적어도 하나의 촬영된 이미지의 히스토그램 분포에 기초하여 상기 동적 범위를 결정할 수 있다. 이 때, 상기 적어도 하나의 촬영된 이미지는, 현재 활영하고자 하는 이미지 보다 미리 정해진 시간 이전에 촬영된 것일 수 있다. The mode selector may determine the dynamic range based on a histogram distribution of at least one captured image. In this case, the at least one photographed image may be photographed before a predetermined time than an image to be currently played.

상기 모드 셀렉터는, 상기 동적 범위가 미리 정해진 기준보다 큰 경우, 상기 제2 모드를 선택할 수 있다.The mode selector may select the second mode when the dynamic range is larger than a predetermined reference.

상기 제어회로는, 상기 제1 모드로 설정되어 있는 경우, 상기 복수의 픽셀들에 구비된 광전 변환 소자에 축적된 전하를 상기 제1 전하 저장부로 동시에 쉬프트시킬 수 있다.When the control circuit is set to the first mode, the control circuit may simultaneously shift charges accumulated in the photoelectric conversion elements included in the plurality of pixels to the first charge storage unit.

상기 제어회로는, 상기 제1 전하 저장부로 쉬프트된 전하를 순차적으로 읽어내는 제1 읽기 동작을 수행할 수 있다.The control circuit may perform a first read operation of sequentially reading the shifted charges to the first charge storage unit.

상기 제어회로는, 상기 제2 모드로 설정되어 있는 경우, 상기 복수의 픽셀들에 구비된 광전 변환 소자에 축적된 전하를 상기 제1 전하 저장부 및/또는 상기 제2 전하 저장부로 순차적으로 쉬프트시킬 수 있다.When the control circuit is set to the second mode, the control circuit may sequentially shift charges accumulated in the photoelectric conversion elements included in the plurality of pixels to the first charge storage unit and / or the second charge storage unit. Can be.

상기 제어회로는, 상기 제2 모드로 설정되어 있는 경우, 상기 쉬프트 스위칭부의 동작과 무관하게 상기 광전 변환 소자로부터 상기 제1 전하 저장부로 오버플로우된 전하들의 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작 및 상기 광전 변환 소자에 축적된 전하량을 읽어내는 제2 읽기 동작을 할 수 있다.
When the control circuit is set to the second mode, the first read operation and the photoelectricity of reading the amount of charges overflowed from the photoelectric conversion element to the first charge storage unit irrespective of the operation of the shift switching unit. A second read operation for reading out the amount of charge accumulated in the conversion element can be performed.

본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 발생한다.According to the present invention, the following effects occur.

첫째, 오버플로우 제어부에 의해서 형성되는 포텐셜 배리어(potential barrier)와 쉬프트 스위칭부에 의해서 형성되는 포텐셜 배리어를 설정된 동작 모드에 따라 서로 다르게 적절히 제어함으로써, 동일한 픽셀 어레이를 이용하여 광역 동적 범위 구현을 위한 동작과 글로벌 셔터를 위한 동작이 선택적으로 구현될 수 있다.First, by controlling the potential barrier formed by the overflow control part and the potential barrier formed by the shift switching part differently according to the set operation mode, an operation for realizing a wide dynamic range using the same pixel array is performed. And operations for global shutters may optionally be implemented.

둘째, 광역 동적 범위의 구현 시, 광전 변환 소자로부터 제1 전하 저장부로 오버플로우 되는 전하들의 적어도 일부를 사용함으로써, 용이하게 광역 동적 범위를 구현할 수 있다. Second, when implementing the wide dynamic range, by using at least some of the charges that overflow from the photoelectric conversion element to the first charge storage, it is possible to easily implement a wide dynamic range.

셋째, 광역 동적 범위의 구현 시, 광전 변환 소자로부터 제1 전하 저장부로 오버플로우 되는 전하들의 적어도 일부를 사용할 뿐만 아니라, 제1 전하 저장부로부터 플로팅 확산영역으로 오버플로우되는 전하들의 적어도 일부를 사용함으로써, 용이하게 광역 동적 범위를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 더 넓은 범위의 동적 범위에서 이미지를 촬영할 수 있게 된다.Third, in the implementation of the wide dynamic range, not only by using at least some of the charges overflowing from the photoelectric conversion element to the first charge storage, but also by using at least some of the charges overflowing from the first charge storage to the floating diffusion region. Not only does it make it possible to easily implement a wide dynamic range, but also to capture an image in a wider dynamic range.

넷째, 획득된 몇몇 이미지들에 기초하여, 자동으로 동작 모드를 선택/설정할 수 있게 되어 보다 용이하게 적합한 동작 모드를 설정할 수 있게 된다.
Fourth, based on some acquired images, it is possible to automatically select / set an operation mode, so that an appropriate operation mode can be set more easily.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 단위 픽셀의 회로를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 구동방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀 내에서 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 동작 모드를 선택하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 동작 모드를 선택하는 방법을 설명하기 위한 이미지 히스토그램의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀 내에서 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.1 is a block diagram illustrating an imaging device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a circuit of unit pixels of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of driving an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a timing diagram illustrating a method of driving a pixel array of an imaging apparatus in a first mode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a timing diagram of control signals applied to components of a unit pixel of an imaging apparatus in a first mode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a potential barrier for describing charge transfer of a unit pixel of an imaging apparatus in a first mode according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a timing diagram illustrating a method of driving a pixel array of an imaging apparatus in a second mode according to an embodiment of the present invention.
8 is a timing diagram of control signals applied to each component of a unit pixel of an imaging apparatus in a second mode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 illustrates a potential barrier for describing charge transfer in a unit pixel of an imaging device in a second mode according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of selecting an operation mode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an image histogram for describing a method of selecting an operation mode according to an embodiment of the present invention.
12 is a timing diagram illustrating a method of driving a pixel array of an imaging apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.
13 is a timing diagram of control signals applied to each component of a unit pixel of an imaging apparatus according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
FIG. 14 illustrates a potential barrier for describing charge transfer in a unit pixel of an imaging device according to another exemplary embodiment.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
With respect to the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural to functional descriptions are merely illustrated for the purpose of describing embodiments of the present invention, embodiments of the present invention may be implemented in various forms and It should not be construed as limited to the embodiments described in.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
As the inventive concept allows for various changes and numerous modifications, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between," or "neighboring to," and "directly neighboring to" should be interpreted as well.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is described, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. .

한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
On the other hand, when an embodiment is otherwise implemented, a function or operation specified in a specific block may occur out of the order specified in the flowchart. For example, two consecutive blocks may actually be performed substantially simultaneously, and the blocks may be performed upside down depending on the function or operation involved.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions of the same elements are omitted.

1. 이미징 장치의 구조1. Structure of Imaging Device

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치를 도시하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an imaging device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)는 광전 변환부(110) 및 제어회로(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an imaging apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a photoelectric converter 110 and a control circuit 120.

광전 변환부(110)는 입사광을 전기적 신호로 변환한다. 광전 변환부(110)는 단위 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이(111)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(111)에 포함된 상기 단위 픽셀들을 후술하기로 한다. 실시예에 따라서, 광전 변환부(110)는 적외선 필터 및/또는 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.The photoelectric converter 110 converts incident light into an electrical signal. The photoelectric converter 110 may include a pixel array 111 in which unit pixels are arranged in a matrix. The unit pixels included in the pixel array 111 will be described later. According to an embodiment, the photoelectric conversion unit 110 may further include an infrared filter and / or a color filter.

제어회로(120)는 로우 드라이버(121), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)부(122), 아날로그-디지털 변환(analog-to-digital converting; ADC)부(123) 및 타이밍 컨트롤러(129)를 포함할 수 있다.The control circuit 120 includes a row driver 121, a correlated double sampling (CDS) unit 122, an analog-to-digital converting (ADC) unit 123, and a timing controller 129. ) May be included.

로우 드라이버(121)는 픽셀 어레이(111)의 각 로우(row)에 연결되고, 상기 각 로우를 구동하는 구동 신호를 생성한다. 예를 들어, 로우 드라이버(121)는 픽셀 어레이(111)에 포함된 복수의 단위 픽셀들을 로우 단위로 구동할 수 있다.The row driver 121 is connected to each row of the pixel array 111 and generates a driving signal for driving each row. For example, the row driver 121 may drive the plurality of unit pixels included in the pixel array 111 in row units.

CDS부(122)는 커패시터, 스위치 등을 이용하여 상기 단위 픽셀들의 리셋 상태를 나타내는 기준 전압과 입사광에 상응하는 신호 성분을 나타내는 출력 전압의 차이를 구하여 상관 이중 샘플링을 수행하고 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 샘플링 신호를 출력한다. CDS부(122)는 픽셀 어레이(111)의 컬럼 라인들과 각각 연결된 복수의 CDS 회로들을 포함하고, 상기 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 샘플링 신호를 각 컬럼마다 출력할 수 있다.The CDS unit 122 performs correlation double sampling by obtaining a difference between a reference voltage indicating a reset state of the unit pixels and an output voltage indicating a signal component corresponding to incident light by using a capacitor, a switch, or the like, and performing a correlated double sampling. Outputs an analog sampling signal. The CDS unit 122 may include a plurality of CDS circuits connected to the column lines of the pixel array 111, respectively, and may output an analog sampling signal corresponding to the valid signal component for each column.

ADC부(123)는 상기 유효한 신호 성분에 상응하는 아날로그 이미지 신호를 디지털 이미지 신호로 변환한다. ADC부(123)는 기준 신호 생성기(124), 비교부(125), 카운터(126) 및 버퍼부(127)를 포함한다. 기준 신호 생성기(124)는 기준 신호 예컨대, 일정한 기울기를 갖는 램프 신호를 생성하고, 상기 램프 신호를 비교부(125)에 기준 신호로서 제공한다. 비교부(125)는 CDS부(122)로부터 각 컬럼마다 출력되는 아날로그 샘플링 신호와 기준 신호 생성기(124)로부터 발생되는 램프 신호를 비교하여 유효한 신호 성분에 따른 각각의 천이 시점을 갖는 비교 신호들을 출력한다. 카운터(126)는 카운팅 동작을 수행하여 카운팅 신호를 생성하고, 상기 카운팅 신호를 버퍼부(127)에 제공한다. 버퍼부(127)는 컬럼 라인들과 각각 연결된 복수의 래치 회로들 예컨대, SRAM(static random access memory)들을 포함하고, 각 비교 신호의 천이에 응답하여 카운터(126)로부터 출력되는 카운팅 신호를 각 컬럼마다 래치하며, 래치된 카운팅 신호를 이미지 데이터로서 출력한다.The ADC unit 123 converts an analog image signal corresponding to the valid signal component into a digital image signal. The ADC unit 123 includes a reference signal generator 124, a comparison unit 125, a counter 126, and a buffer unit 127. The reference signal generator 124 generates a reference signal, for example, a ramp signal having a constant slope, and provides the ramp signal to the comparator 125 as a reference signal. The comparison unit 125 compares the analog sampling signal output for each column from the CDS unit 122 with the ramp signal generated from the reference signal generator 124 and outputs comparison signals having respective transition points according to valid signal components. do. The counter 126 generates a counting signal by performing a counting operation, and provides the counting signal to the buffer unit 127. The buffer unit 127 includes a plurality of latch circuits, for example, static random access memories (SRAMs) connected to the column lines, respectively, and counts a counting signal output from the counter 126 in response to a transition of each comparison signal. Each latch is output, and the latched counting signal is output as image data.

실시예에 따라서, ADC부(123)는 CDS부(122)에서 출력된 샘플링 신호들을 가산하는 가산 회로를 더 포함할 수 있다. 또한 버퍼부(127)는 복수의 싱글 라인 버퍼(single line buffer)들을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the ADC unit 123 may further include an adding circuit for adding the sampling signals output from the CDS unit 122. In addition, the buffer unit 127 may further include a plurality of single line buffers.

타이밍 컨트롤러(129)는 로우 드라이버(121), CDS부(122), 및 ADC부(123)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(129)는 로우 드라이버(121), CDS부(122), ADC부(123)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.
The timing controller 129 may control operation timings of the row driver 121, the CDS unit 122, and the ADC unit 123. The timing controller 129 may provide a timing signal and a control signal to the row driver 121, the CDS unit 122, and the ADC unit 123.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 단위 픽셀의 회로를 도시하는 도면이다.2 is a diagram illustrating a circuit of unit pixels of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 픽셀은 광전 변환 소자(PD), 오버플로우 제어부(overflow control unit, OFC), 쉬프트 스위칭부(shift switching unit, SS), 제1 전하 저장부(first storage node, SN1), 전송 스위칭부(transfer switching unit, TS), 제2 전하 저장부(second storage node, SN2), 리셋 스위칭부(reset switching unit, RS), 드라이브 스위칭부(drive switching unit, DS) 및 선택 스위칭부(select switching unit, SL)을 포함할 수 있다.2, a pixel of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention may include a photoelectric conversion device PD, an overflow control unit (OFC), a shift switching unit (SS), and a first pixel. First storage node (SN1), transfer switching unit (TS), second charge storage unit (SN2), reset switching unit (RS), drive switching unit ( drive switching unit (DS) and select switching unit (SL).

광전 변환 소자(PD)는 광전 변환을 수행한다. 즉, 광전 변환 소자(PD)는 상기 광 집적 모드 동안 입사광을 변환하여 전하들을 생성한다. 일 실시예에서, 광전 변환 소자(PD)는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트 및 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode, PPD) 중 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 광전 변환 소자(PD)는 제1 단자 및 제2 단자를 포함할 수 있다.The photoelectric conversion element PD performs photoelectric conversion. That is, the photoelectric conversion element PD converts incident light during the light integration mode to generate charges. In one embodiment, the photoelectric conversion element PD may be implemented with one or a combination of a photo diode, a photo transistor, a photo gate, and a pinned photo diode (PPD). The photoelectric conversion element PD may include a first terminal and a second terminal.

오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)의 일측에 배치될 수 있다. 상기 오버플로우 제어부(OFC)는 상기 광전 변환 소자(PD)의 제1 단자측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 오버플로우 제어부(OFC)는 상기 제1 단자에 연결될 수 있다.The overflow control unit OFC may be disposed on one side of the photoelectric conversion element PD. The overflow control unit OFC may be disposed on the first terminal side of the photoelectric conversion element PD. That is, the overflow control unit OFC may be connected to the first terminal.

오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)와 연결되는 일 단자, 전원 전압이 인가되는 다른 단자 및 오버플로우 제어 신호(OFCx)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 오버플로우 제어부(OFC)의 게이트에 오버플로우 제어 신호(OFCx)가 인가되면 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 오버플로우 제어부(OFC)를 통해 이동할 수 있다. The overflow control unit OFC may include one terminal connected to the photoelectric conversion element PD, another terminal to which a power supply voltage is applied, and a gate to which the overflow control signal OFCx is applied. When the overflow control signal OFCx is applied to the gate of the overflow control unit OFC, the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD may move through the overflow control unit OFC.

쉬프트 스위칭부(SS)는 광전 변환 소자(PD)의 다른 일측에 배치될 수 있다. 상기 쉬프트 스위칭부(SS)는 상기 광전 변환 소자(PD)의 제2 단자측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 쉬프트 스위칭부(SS)는 상기 제2 단자에 연결될 수 있다. The shift switching unit SS may be disposed on the other side of the photoelectric conversion element PD. The shift switching unit SS may be disposed on the second terminal side of the photoelectric conversion element PD. That is, the shift switching unit SS may be connected to the second terminal.

쉬프트 스위칭부(SS)의 일 단자는 광전 변환 소자(PD)와 연결될 수 있으며, 쉬프트 스위칭부(SS)는 쉬프트 신호(SSx)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 쉬프트 신호(SSx)가 인가되면, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1)로 이동할 수 있다.One terminal of the shift switching unit SS may be connected to the photoelectric conversion element PD, and the shift switching unit SS may include a gate to which the shift signal SSx is applied. When the shift signal SSx is applied to the gate of the shift switching unit SS, charges accumulated in the photoelectric conversion element PD may move to the first charge storage unit SN1.

제1 전하 저장부(SN1)는 쉬프트 스위칭부(SS)의 일측에 배치될 수 있다. 제1 전하 저장부(SN1)는 전하 저장 신호(SN1x)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다.The first charge storage unit SN1 may be disposed on one side of the shift switching unit SS. The first charge storage unit SN1 may include a gate to which the charge storage signal SN1x is applied.

전송 스위칭부(TS)는 제1 전하 저장부(SN1)의 일측에 배치될 수 있다. 전송 스위칭부(TS)의 일 단자는 제2 전하 저장부(SN2)에 연결될 수 있으며, 전송 스위칭부(TS)는 전송 신호(TSx)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다. 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 전송 신호(TSx)가 인가되면, 제1 전하 저장부(SN1)에 저장된 전하들이 제2 전하 저장부(SN2)로 이동할 수 있다. 이 때, 제1 전하 저장부(SN1)에 저장된 전하들이 제2 전하 저장부(SN2)로 원활하게 이동할 수 있도록 상기 제1 전하 저장부(SN1)의 게이트에 인가되어 있던 전하 저장 신호(SN1x)가 제거될 수 있다.The transfer switching unit TS may be disposed on one side of the first charge storage unit SN1. One terminal of the transfer switching unit TS may be connected to the second charge storage unit SN2, and the transfer switching unit TS may include a gate to which the transmission signal TSx is applied. When the transfer signal TSx is applied to the gate of the transfer switching unit TS, the charges stored in the first charge storage unit SN1 may move to the second charge storage unit SN2. At this time, the charge storage signal SN1x applied to the gate of the first charge storage unit SN1 so that the charges stored in the first charge storage unit SN1 may smoothly move to the second charge storage unit SN2. Can be removed.

제2 전하 저장부(SN2)는 플로팅 확산 노드(floating diffusion node)로 구현될 수 있다. 제2 전하 저장부(SN2)는 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하를 전달받아 축적할 수 있다. 제2 전하 저장부(SN2)는 제1 전하 저장부(SN1)의 게이트에 전하 저장 신호(SN1x)가 제거되고 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 전송 신호(TSx)가 인가됨에 따라 제1 전하 저장부(SN1)로부터 이동하게되는 전하들을 축적할 수도 있으며, 또는 제1 전하 저장부(SN1)로부터 오버플로우되는 전하들을 축적할 수 있다.The second charge storage unit SN2 may be implemented as a floating diffusion node. The second charge storage unit SN2 may receive and accumulate charges stored in the first charge storage unit SN1. The second charge storage unit SN2 has the first charge as the charge storage signal SN1x is removed from the gate of the first charge storage unit SN1 and the transfer signal TSx is applied to the gate of the transfer switching unit TS. Charges that are moved from the storage unit SN1 may be accumulated, or charges that overflow from the first charge storage unit SN1 may be accumulated.

리셋 스위칭부(RS)는 전원 전압(VDD)이 인가되는 제1 단자, 제2 전하 저장부 (SN2)와 연결된 제2 단자 및 리셋 신호(RSx)가 인가되는 게이트를 포함할 수 있다.The reset switching unit RS may include a first terminal to which the power supply voltage VDD is applied, a second terminal connected to the second charge storage unit SN2, and a gate to which the reset signal RSx is applied.

드라이브 스위칭부(DS)는 전원 전압(VDD)이 인가되는 제1 단자, 제2 전하 저장부(SN2)와 연결된 게이트 및 제2 단자를 포함할 수 있다.The drive switching unit DS may include a first terminal to which a power supply voltage VDD is applied, a gate connected to the second charge storage unit SN2, and a second terminal.

선택 스위칭부(SL)는 상기 드라이브 스위칭부(DS)의 제2 단자와 연결된 제1 단자, 선택 신호(SLx)가 인가되는 게이트 및 출력 신호를 제공하는 제2 단자를 포함할 수 있다.
The selection switching unit SL may include a first terminal connected to the second terminal of the drive switching unit DS, a gate to which the selection signal SLx is applied, and a second terminal providing an output signal.

이하에서, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 이미징 장치의 구동방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a driving method of an imaging apparatus according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

2. 이미징 장치의 구동방법2. Driving Method of Imaging Device

본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법에 의하면, 이미징 장치에 설정된 동작 모드에 따라서, 오버플로우 제어부(OFC)의 게이트에 인가되는 오버플로우 제어 신호(OFCx)와 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 인가되는 쉬프트 신호(SSx)를 서로 다르게 적절히 제어함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치가 선택적으로 광역 동적 범위를 구현할 수 있도록 동작하게 하거나 글로벌 셔터를 구현할 수 있도록 동작하게 할 수 있다. According to the driving method of the imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, the overflow control signal OFCx and the shift switching unit SS applied to the gate of the overflow control unit OFC according to an operation mode set in the imaging apparatus. By appropriately differently controlling the shift signal SSx applied to the gate of the imaging device, the imaging apparatus according to an embodiment of the present invention can be operated to selectively implement a wide dynamic range or to implement a global shutter. have.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법에 의하면, 오버플로우 제어부(OFC)에 의해서 형성되는 포텐셜 배리어(potential barrier)와 쉬프트 스위칭부(SS)에 의해서 형성되는 포텐셜 배리어를 설정된 동작 모드에 따라 서로 다르게 적절히 제어함으로써, 동일한 픽셀 어레이를 이용하여 광역 동적 범위와 글로벌 셔터를 선택적으로 구현할 수 있다.
That is, according to the driving method of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention, the potential barrier formed by the overflow control unit OFC and the potential barrier formed by the shift switching unit SS are set. By appropriately controlling different modes, the wide dynamic range and global shutter can be selectively implemented using the same pixel array.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치의 구동방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of driving an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법은, 설정된 동작 모드를 확인하는 단계(S100) 및 확인된 동작 모드에 따라 픽셀 어레이에 제어신호를 인가하는 단계(S110)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, in the method of driving an imaging apparatus according to an embodiment of the present disclosure, the method may include: checking a set operation mode (S100) and applying a control signal to a pixel array according to the checked operation mode (S110). It may include.

상기 동작 모드는 픽셀 어레이(111)에서 입사광에 의해 각 픽셀에 구비된 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 각 픽셀에 구비된 전하 저장부(storage node)로 동시에 쉬프트시킬 것인지, 또는 각 픽셀에 구비된 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 각 픽셀에 구비된 전하 저장부로 순차적으로 쉬프트시킬 것인지에 대한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 동작 모드는 입사광을 전기적 신호로 변환하고 읽어내는 과정에서 글로벌 셔터 방식에 따라 신호를 변환/독출할 것인지 또는 롤링 셔터(rolling shutter) 방식에 따라 신호를 변환/독출할 것인지에 대한 것일 수 있다.In the operation mode, whether or not the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD included in each pixel by the incident light in the pixel array 111 is simultaneously shifted to the storage node included in each pixel, or each pixel The charge stored in the photoelectric conversion element PD may be shifted sequentially to the charge storage unit included in each pixel. For example, the operation mode may be for converting / reading a signal according to a global shutter method or converting / reading a signal according to a rolling shutter method in the process of converting and reading incident light into an electrical signal. Can be.

이하에서는, 글로벌 셔터 방식에 따라 신호를 변환/독출하기 위한 동작 모드를 제1 모드라고 하며, 롤링 셔터 방식에 따라 신호를 변환/독출하기 위한 동작 모드를 제2 모드라고 하기로 한다. 또한, 설명의 편의를 위하여, 제1 모드는 글로벌 셔터 모드라고 할 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법에 의하면, 롤링 셔터 방식에 따라 신호를 변환/독출함에 있어서, 광역 동적 범위를 확보하기 위한 동작을 함께 수행할 수 있으므로, 제2 모드는 광역 동적 범위 모드라고 할 수도 있다.Hereinafter, an operation mode for converting / reading a signal according to the global shutter method will be referred to as a first mode, and an operation mode for converting / reading a signal according to the rolling shutter method will be referred to as a second mode. In addition, for convenience of description, the first mode may be referred to as a global shutter mode. Furthermore, according to the driving method of the imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, in converting / reading a signal according to a rolling shutter method, an operation for securing a wide dynamic range may be performed together, and thus, the second mode may be used. It may also be referred to as a wide dynamic range mode.

상기 동작 모드는, 이미징 장치(100)에 의해서 자동으로 선택/설정될 수도 있으며, 이미징 장치(100)에 구비된 입력부(도면 미도시)에 의해 사용자로부터 입력된 바에 따라 선택/설정될 수도 있다.The operation mode may be automatically selected / set by the imaging apparatus 100, or may be selected / set based on input from a user by an input unit (not shown) provided in the imaging apparatus 100.

전술한 바와 같은 동작 모드를 확인한 후(S100), 설정된 모드가 제1 모드인지 또는 제2 모드인지에 따라서 제어회로(120)는 서로 다른 방식에 따라 제어신호를 픽셀 어레이(111)에 인가할 수 있다(S110).After checking the operation mode as described above (S100), the control circuit 120 may apply the control signal to the pixel array 111 according to different methods depending on whether the set mode is the first mode or the second mode. There is (S110).

상기 확인된 동작 모드가 제1 모드인 경우, 제어회로(120)는, 각 단위 픽셀을 제어함에 있어서, 제1 구간 동안에는 상기 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 상기 제1 전하 저장부(SN1)로 이동하도록 하고, 제2 구간 동안에는 상기 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 상기 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하도록 할 수 있다.When the checked operation mode is the first mode, the control circuit 120 controls the unit pixels so that the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is stored in the first charge storage unit during the first period. SN1), and the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD may move to the overflow control unit OFC during the second period.

반면, 상기 확인된 동작 모드가 제2 모드인 경우, 제어회로(120)는 각 단위 픽셀을 제어함에 있어서, 상기 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 상기 제1 전하 저장부(SN1)로 이동하도록 하고, 상기 오버플로우 제어부(OFC) 측으로는 이동하지 않도록 할 수 있다. 특히, 상기 광전 변환 소자(PD)의 용량(capacity)을 넘어선 과포화된 전하들이, 상기 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않고, 상기 제1 전하 저장부(SN1)로 이동하도록 할 수 있다. On the other hand, when the identified operation mode is the second mode, the control circuit 120 controls each unit pixel so that the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is transferred to the first charge storage unit SN1. It is possible to move, and not to move toward the overflow control unit (OFC) side. In particular, the supersaturated charges beyond the capacity of the photoelectric conversion element PD may be moved to the first charge storage unit SN1 without moving to the overflow control unit OFC.

상기 제2 모드에서, 광전 변환 소자(PD)에 과포화된 전하들이 상기 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않고 상기 제1 전하 저장부(SN1)로 이동하도록, 상기 제어회로(120)는 상기 오버플로우 제어부(OFC)에 의해 형성되는 포텐셜 배리어가 상기 쉬프트 스위칭부(SS)에 의해 형성되는 포텐셜 배리어보다 더 높게 형성되도록 제어신호를 인가할 수 있다.In the second mode, the control circuit 120 causes the charges supersaturated in the photoelectric conversion element PD to move to the first charge storage unit SN1 without moving to the overflow control unit OFC. The control signal may be applied such that the potential barrier formed by the flow control unit OFC is higher than the potential barrier formed by the shift switching unit SS.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치(100)의 구동방법과 제2 모드에서의 이미징 장치(100)의 구동방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a driving method of the imaging apparatus 100 in the first mode and a driving method of the imaging apparatus 100 in the second mode according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

2-1. 제1 모드(글로벌 셔터 모드)의 동작2-1. Operation of the first mode (global shutter mode)

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.4 is a timing diagram illustrating a method of driving a pixel array of an imaging apparatus in a first mode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an imaging apparatus in a first mode according to an embodiment of the present invention. 6 is a timing diagram of control signals applied to components of a unit pixel of FIG. 6, and FIG. 6 illustrates a potential barrier for explaining charge transfer of a unit pixel of an imaging device in a first mode according to an exemplary embodiment of the present invention. One drawing.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)를 이용하여 이미지를 획득하기 위해서, 픽셀 어레이(111)는 제1 구간(DR1) 동안 수행되는 축적 동작(integrating operation), 제2 구간(DR2) 동안 수행되는 쉬프트 동작(shifting operation) 및 제3 구간(DR3) 동안 수행되는 읽기 동작(reading operation)을 수행한다.Referring to FIG. 4, in order to acquire an image using the imaging apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the pixel array 111 performs an integration operation performed during the first period DR1, A shifting operation performed during the second period DR2 and a reading operation performed during the third period DR3 are performed.

픽셀 어레이(111)는 축적 동작, 쉬프트 동작 및 읽기 동작을 순차적으로 반복 수행할 수 있으며, 상기 동작들의 한 세트가 수행되면 하나의 이미지가 획득될 수 있다.The pixel array 111 may sequentially repeat the accumulation operation, the shift operation, and the read operation, and one image may be obtained when one set of the operations is performed.

축적 동작은 광전 변환 소자(PD)에 의해 입사광이 전하로 변환되는 동작을 포함한다. 제1 구간(DR1)의 길이는 필요에 따라 가변될 수 있다.The accumulation operation includes an operation in which incident light is converted into electric charge by the photoelectric conversion element PD. The length of the first section DR1 may vary as necessary.

축적 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행될 수 있다. The accumulation operation may be performed simultaneously on all valid pixels included in the pixel array 111.

쉬프트 동작은 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 제1 전하 저장부(SN1)로 이동시키는 동작을 포함한다. 또한 쉬프트 동작은 제1 전하 저장부(SN1)에 이미 축적되어 있을 수 있는 전하들(불필요하게 축적되어 있는 전하들)을 제거하기 위한 클리어 동작(cleaning operation)을 포함할 수 있다. 이에 대해서는 이후에 보다 구체적으로 설명한다.The shift operation includes an operation of moving the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD by the incident light to the first charge storage unit SN1. In addition, the shift operation may include a cleaning operation for removing charges (charges that have been accumulated unnecessarily) that may have already accumulated in the first charge storage unit SN1. This will be described in more detail later.

도 4에 도시된 바와 같이, 쉬프트 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행된다. 다만, 클리어 동작은 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행될 필요는 없으나, 클리어 동작도 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
As shown in FIG. 4, the shift operation is performed simultaneously on all valid pixels included in the pixel array 111. However, the clear operation does not need to be performed on all valid pixels at the same time, but the clear operation is preferably performed on all valid pixels at the same time.

전술한 축적 동작 및 쉬프트 동작이 수행되는 동안, 오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않도록 할 수 있다. 이를 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)는 높은 포텐셜 배리어 상태를 유지하고 있을 수 있다. 예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC)가 트랜지스터로 구성되는 경우, 상기 트랜지스터는 오프 상태를 유지하고 있을 수 있다. During the above-described accumulation operation and the shift operation, the overflow control unit OFC may prevent the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD from moving to the overflow control unit OFC. To this end, the overflow control unit OFC may maintain a high potential barrier state. For example, when the overflow control unit OFC includes a transistor, the transistor may be in an off state.

읽기 동작은 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 이동되어 축적된 전하를 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시키는 동작 및 제2 전하 저장부(SN2)로 이동되어 축적된 전하량의 값을 읽어내는 동작을 포함할 수 있다.The read operation is performed to move the accumulated charge from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage unit SN1 to the second charge storage unit SN2 and to move to and accumulate to the second charge storage unit SN2. It may include the operation of reading the value of the charge amount.

읽기 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효픽셀들에 대해서 동시에 수행될 수도 있으나, 모든 유효픽셀들에 대해서 동시에 수행되는 대신 라인별로 순차적으로 읽어내는 방식이 채택될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 동일한 열(row)에 배치된 픽셀들에 대하여 읽기 동작을 동시에 수행하며, 다른 열에 배치된 픽셀들에 대해서는 읽기 동작을 다른 시간에 수행하는 방식으로 읽기 동작이 수행될 수 있다.The read operation may be simultaneously performed on all valid pixels included in the pixel array 111, but a method of sequentially reading lines by lines may be adopted instead of being simultaneously performed on all valid pixels. For example, as shown in FIG. 4, a read operation is simultaneously performed on pixels arranged in the same row, and a read operation is performed at different times for pixels arranged in another column. The operation can be performed.

이 때, 상기 제2 전하 저장부(SN2)는 플로팅 확산 노드일 수 있다. 즉, 상기 제2 전하 저장부(SN2)의 포텐셜 배리어는 능동적으로 변경하지 못할 수 있다.In this case, the second charge storage unit SN2 may be a floating diffusion node. That is, the potential barrier of the second charge storage unit SN2 may not be actively changed.

한편, 각각 축적 동작, 쉬프트 동작 및 읽기 동작을 포함하는 제1 주기 및 제2 주기는 서로 중첩될 수 있다. 즉, 제1 주기가 종료하는 제1 시각(t1)은 제2 주기가 시작하는 제2 시각(t2) 보다 더 늦을 수 있다. 즉, 제1 주기에 포함된 읽기 동작은 제2 주기에 포함된 축적 동작과 중첩되어 수행될 수 있다.
Meanwhile, the first period and the second period including the accumulation operation, the shift operation, and the read operation, respectively, may overlap each other. That is, the first time t1 at which the first period ends may be later than the second time t2 at which the second period begins. That is, the read operation included in the first period may be performed to overlap with the accumulation operation included in the second period.

도 5 및 도 6을 참조하여, 각 단위 픽셀에서의 축적 동작, 쉬프트 동작 및 읽기 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.5 and 6, the accumulation operation, the shift operation and the read operation in each unit pixel will be described in more detail.

도 5 및 도 6에 도시되어 있는 (1) 구간은 전술한 축적 동작에 대응되고, (2) 구간 내지 (6) 구간은 전술한 쉬프트 동작에 대응되며, (7) 구간 내지 (14) 구간은 전술한 읽기 동작에 대응될 수 있다.Sections (1) shown in FIGS. 5 and 6 correspond to the above-described accumulation operation, sections (2) to (6) correspond to the shift operation described above, and sections (7) to (14) It may correspond to the above-described read operation.

(1) 구간에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 오버플로우 제어부(OFC)와 쉬프트 스위칭부(SS)를 제어하여 오버플로우 제어부(OFC) 및 쉬프트 스위칭부(SS)에 의해 형성되는 포텐셜 배리어가 높은 상태로 유지된다. 즉, 오버플로우 제어부(OFC)와 쉬프트 스위칭부(SS)에 의해 형성되는 포텐셜 배리어는 광전 변환 소자(PD) 보다 더 높게 유지된다. 예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC) 및 쉬프트 스위칭부(SS)가 트랜지스터로 구현되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 오버플로우 제어부(OFC)의 게이트 및 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 제어신호(예를 들어, 오버플로우 신호(OFCx) 및 쉬프트 신호(SSx))가 인가되지 않을 수 있다. 이 때, 도 5 및 도 6에는 제1 전하 저장부(SN1) 및 리셋 스위칭부(RS)의 게이트에는 각각 저장 신호(SN1x) 및 리셋 신호(RSx)가 인가되어 있고, 전송 스위칭부(TS)의 게이트에는 전송 신호(TSx)가 인가되어 있지 않은 상태가 도시되어 있으나, (1) 구간에서 상기 제1 전하 저장부(SN1), 전송 스위칭 부(TS) 및 리셋 스위칭부(RS)에 인가되는 제어신호 및 이들에 의해 형성되는 포텐셜 배리어는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 제어될 필요는 없다. 다만, 설명의 편의를 위하여, 이하에서는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제어신호가 인가된 상태에 기초하여 설명하기로 한다.In the section (1), as shown in FIG. 6, the potential barrier formed by the overflow control unit OFC and the shift switching unit SS is controlled by controlling the overflow control unit OFC and the shift switching unit SS. It stays high. That is, the potential barrier formed by the overflow control unit OFC and the shift switching unit SS is kept higher than the photoelectric conversion element PD. For example, when the overflow control unit OFC and the shift switching unit SS are implemented as transistors, as shown in FIG. 5, the gates of the overflow control unit OFC and the gate of the shift switching unit SS are shown in FIG. 5. The control signal (for example, the overflow signal OFCx and the shift signal SSx) may not be applied. 5 and 6, the storage signal SN1x and the reset signal RSx are applied to the gates of the first charge storage unit SN1 and the reset switching unit RS, respectively, and the transfer switching unit TS is applied to the gates of the first charge storage unit SN1 and the reset switching unit RS. Although the state in which the transmission signal TSx is not applied is shown in the gate of FIG. 1, the transfer signal TSx is applied to the first charge storage unit SN1, the transfer switching unit TS, and the reset switching unit RS in the interval (1). The control signals and the potential barriers formed by them need not be controlled as shown in FIGS. 5 and 6. However, for convenience of description, the following description will be made based on the state in which the control signal is applied, as shown in FIGS. 5 and 6.

(2) 구간 내지 (5) 구간은 전술한 클리어 동작에 대응될 수 있다. 즉, (2) 구간 내지 (5) 구간은, 광전 변환 소자(PD)에서 축적된 전하들의 값을 보다 정확하게 읽어낼 수 있도록, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들을 제거하기 위한 구간이다.Intervals (2) to (5) may correspond to the above-described clear operation. That is, in sections (2) to (5), unnecessary charges accumulated in the first charge storage unit SN1 may be removed to more accurately read the values of the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD. This section is for

이러한 클리어 동작을 위하여, (2) 구간에서는, 쉬프트 스위칭부(SS)의 상태는 그대로 유지한 상태에서 전송 스위칭부(TS)를 제어하여, 전송 스위칭부(TS)에 의해 형성되어 있던 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 전환시킨다. 예를 들어, 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 전송 신호(TSx)가 인가될 수 있다. 이 때, 바람직하게는, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어가 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어이하가 되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들은 전송 스위칭부(TS) 측으로 이동할 수 있다. 이 때, 제2 전하 저장부(SN2)는 리셋 상태를 유지하고 있을 수 있으므로, 전송 스위칭부(TS) 측으로 이동된 전하들은 모두 리셋될 수 있으며, 이에 따라 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들은 제거될 수 있다. 다만, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있는 전하들을 보다 더 확실하게 제거하기 위하여, (3) 구간 및 (4) 구간의 동작들이 추가적으로 더 수행될 수 있다. 즉, 제1 전하 저장부(SN1) 및 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 순차적으로 높은 상태로 전환할 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 저장부(SN1) 및 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 인가되어 있던 제어신호(예를 들어, 저장 신호(SN1x) 및 전송 신호(TSx))가 될 수 있다. 이로써, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들이 보다 더 확실하게 리셋 상태를 유지하고 있는 제2 전하 저장부(SN2) 측으로 이동하여 제거될 수 있다. 이어서, (5) 구간에서는, 제1 전하 저장부(SN1) 및 전송 스위칭부(TS)를 각각 제어하여, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어보다 쉬프트 스위칭부(SS) 및 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어가 높게 유지되는 상태로 만든다. 이에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)는 광전 변환 소자(PD)에 축적되어 있는 전하들을 전달받을 수 있는 상태가 된다.For such a clear operation, in the section (2), the transfer switching unit TS is controlled while the state of the shift switching unit SS is maintained so that the potential barrier formed by the transfer switching unit TS is removed. Switch to the low state. For example, the transmission signal TSx may be applied to the gate of the transmission switching unit TS. At this time, preferably, the potential barrier of the transfer switching unit TS may be controlled to be equal to or less than the potential barrier of the first charge storage unit SN1. As a result, the charges that are unnecessarily accumulated in the first charge storage unit SN1 may move toward the transfer switching unit TS. In this case, since the second charge storage unit SN2 may maintain the reset state, all of the charges transferred to the transfer switching unit TS may be reset, and thus, the first charge storage unit SN1 may be unnecessary. Accumulated charges can be removed. However, in order to more reliably remove unnecessary charges accumulated in the first charge storage unit SN1, operations of the sections (3) and (4) may be further performed. That is, the potential barriers of the first charge storage unit SN1 and the transfer switching unit TS may be sequentially switched to a high state. For example, the control signal (for example, the storage signal SN1x and the transmission signal TSx) applied to the gates of the first charge storage unit SN1 and the transfer switching unit TS may be used. As a result, the charges that have been stored in the first charge storage unit SN1 unnecessarily may be removed and moved to the second charge storage unit SN2 that maintains the reset state more reliably. Subsequently, in the section (5), the shift control unit SS and the transfer switching unit are controlled by controlling the first charge storage unit SN1 and the transfer switching unit TS, respectively, than the potential barriers of the first charge storage unit SN1. The potential barrier of TS is kept high. Accordingly, the first charge storage unit SN1 may be in a state capable of receiving charges stored in the photoelectric conversion element PD.

전술한 바와 같이 클리어 동작이 완료되면, (6) 구간의 동작을 수행하여 광전 변환 소자(PD)에 축적되어 있던 전하들을 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 이동시킨다. 이를 위하여, 쉬프트 스위칭부(SS)를 제어하여, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 보다 낮아지도록 할 수 있다. 예를 들어, 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 쉬프트 신호(SSx)가 인가될 수 있다.When the clear operation is completed as described above, the operation in the section (6) is performed to move the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD to the first charge storage unit SN1. For this purpose, the shift switching unit SS may be controlled so that the potential barrier of the shift switching unit SS may be lower than that of the photoelectric conversion element PD. For example, the shift signal SSx may be applied to the gate of the shift switching unit SS.

전술한 바와 같이, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 이동된 후, (7) 구간에서 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 이동된 전하들이 다시 광전 변환 소자(PD) 측으로 역류하지 못하도록 쉬프트 제어부(SS)를 제어하여 쉬프트 제어부(SS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 쉬프트 제어부(SS)에 인가되었던 쉬프트 신호(SSx)를 제거할 수 있다.As described above, after the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD are moved to the first charge storage unit SN1, the charges transferred to the first charge storage unit SN1 in the section (7) are again photoelectric converted. The shift controller SS may be controlled to prevent the flow back to the device PD so that the potential barrier of the shift controller SS may be changed to a high state. For example, the shift signal SSx applied to the shift controller SS may be removed.

이어서, (8) 구간에서, 광전 변환 소자(PD)에 계속하여 입사되는 광에 의하여 전하가 축적되고, 축적된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우 할 수 있는 가능성을 제거하기 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)를 적절히 제어할 수 있다. 즉, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어를 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 낮게 제어함으로써, 광전 변환 소자(PD)에 축적될 수 있는 전하들이 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 오버플로우될 수 있도록 할 수 있다. 다만, 광전 변환 소자(PD)는 다음 이미지의 획득을 위해 다시 축적 동작을 수행하여야 하며 또한 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적되는 전하들은 제거될 필요가 있으므로, 오버플로우 제어부(OFC)를 제어함에 있어서, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 오버플로우 제어부(OFC)를 제어하는 것이 바람직하다.Subsequently, in the section (8), in order to remove the possibility that charges are accumulated by the light incident on the photoelectric conversion element PD and the accumulated charges may overflow to the first charge storage unit SN1. The overflow control unit OFC can be appropriately controlled. That is, by controlling the potential barrier of the overflow control unit OFC to be lower than the potential barrier of the shift switching unit SS, charges that may accumulate in the photoelectric conversion element PD may overflow to the overflow control unit OFC. You can do that. However, since the photoelectric conversion element PD must perform the accumulation operation again to acquire the next image, and the unnecessary accumulation of charges in the photoelectric conversion element PD needs to be removed, the overflow control unit OFC is controlled. In addition, it is preferable to control the overflow control unit OFC so that the potential barrier of the overflow control unit OFC is equal to or less than the potential barrier of the photoelectric conversion element PD.

이어서, (9) 구간에서, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어를 다시 높은 상태로 변환할 수 있는데, (9) 구간 이후에서 광전 변환 소자(PD)에 축적되는 전하들은 다음 이미지의 획득을 위해 사용될 수 있다. 즉, 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이, 제1 주기에 포함된 읽기 동작과 제2 주기에 포함된 축적 동작이 서로 중첩되어 수행될 수 있다. Subsequently, in the section (9), the potential barrier of the overflow control unit (OFC) can be converted back to a high state, and the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD after the section (9) are used to acquire the next image. Can be used. That is, as described above with reference to FIG. 4, the read operation included in the first period and the accumulation operation included in the second period may overlap each other.

다만, (9) 구간에서와 같이, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어를 다시 높은 상태로 변환하여 제2 주기의 축적 동작을 시작하는 타이밍과, 후술할 (10) 구간 내지 (15) 구간 사이의 선후 관계는 반드시 도 5 및 도 6에 도시된 바에 한정되지 않는다. 이미 설명한 바 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치(100)의 구동방법에 의하면, 제1 모드로 동작 시, 쉬프트 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행되지만 읽기 동작은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 픽셀들에 대해서 서로 다른 시점에 수행될 수 있기 때문에, 하나의 단위 픽셀에 대해서는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 제2 주기의 축적 동작과 제1 주기의 읽기 동작의 선후 관계가 적용될 수 있지만, 다른 단위 픽셀에 대해서는, (10) 구간과 (11) 구간 사이의 시점에 제2 주기의 축적 동작(예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환하는 동작)이 수행되기 시작할 수 있으며, 또 다른 단위 픽셀에 대해서는, (11) 구간과 (12) 구간 사이의 시점에 제2 주기의 축적 동작이 수행되기 시작할 수 있다.However, as in section (9), between the timing at which the potential barrier of the overflow control unit (OFC) is converted to a high state again to start the accumulation operation of the second cycle, and sections (10) to (15) to be described later. The posterior relationship of is not necessarily limited to that shown in FIGS. 5 and 6. As described above, according to the driving method of the imaging apparatus 100 according to the exemplary embodiment of the present invention, when operating in the first mode, the shift operation is simultaneously performed on all valid pixels included in the pixel array 111. Although a read operation may be performed at different points in time for the pixels included in the pixel array 111, for one unit pixel, accumulation of a second period as shown in FIGS. 5 and 6 is performed. The procedural relationship between the operation and the read operation of the first period may be applied, but for other unit pixels, an accumulation operation of the second period (for example, an overflow control unit (2) at a time between the interval (10) and the interval (11)). (The operation of converting the potential barrier of OFC) to a high state) may be started, and for another unit pixel, the accumulation operation of the second period may be performed at a time point between the intervals (11) and (12). Can be done.

이어서, (10) 구간에서, 리셋 스위칭부(RS)를 제어하여, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있다. 이어서, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제1 출력 신호를 생성할 수 있다. Subsequently, in the section (10), the reset switching unit RS may be controlled to change the potential barrier of the reset switching unit RS to a high state. Subsequently, a potential of the second charge storage unit SN2 may be sampled to generate a first output signal.

한편, (10) 구간에서, 선택 스위칭부(SL)는 온 상태로 전환될 수 있다. 예를 들어, 선택 스위칭부(SL)의 게이트에 선택 신호(SLx)가 인가될 수 있다. (10) 구간에서 온 상태로 전환된 선택 스위칭부(SL)의 상태는 (14) 구간까지 지속될 수 있다.On the other hand, in the section (10), the selection switching unit SL may be switched to the on state. For example, the selection signal SLx may be applied to the gate of the selection switching unit SL. The state of the selection switching unit SL switched to the on state in the section (10) may continue to the section (14).

이어서, (11) 구간 내지 (13) 구간을 통하여, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들을 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시킬 수 있다. 이를 위하여, (11) 구간에서는, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 변환하여 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들이 제2 전하 저장부(SN2)로 이동할 수 있도록 한다. 예를 들어, 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 전송 신호(TSx)를 인가할 수 있다. 이 때, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들이 보다 더 확실하게 제2 전하 저장부(SN2)로 이동할 수 있도록 하기 위하여, (12) 구간 및 (13) 구간의 동작들이 추가적으로 더 수행될 수 있다. 즉, 제1 전하 저장부(SN1) 및 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 순차적으로 높은 상태로 전환할 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 저장부(SN1) 및 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 인가되어 있던 제어신호(예를 들어, 저장 신호(SN1x) 및 전송 신호(TSx))가 될 수 있다. 이로써, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들이 보다 더 확실하게 제2 전하 저장부(SN2) 측으로 이동될 수 있다. 이 때, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어는 (11) 구간 내지 (13) 구간 동안 계속하여 높은 상태를 유지하고 있기 때문에, 제1 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들은 제2 전하 저장부(SN2)로 이동되어 제2 전하 저장부(SN2)에 축적될 수 있다. 즉, (2) 구간 내지 (4) 구간에서의 동작과 달리, 제1 전하 저장부(SN1)에서 제2 전하 저장부(SN2)로 이동되어 온 전하들이, 제2 전하 저장부(SN2)는 리셋 상태에 있지 않기 때문에, 전원 전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나가지 않고 제2 전하 저장부(SN2)에 그대로 축적되어 있을 수 있다.Subsequently, charges accumulated in the first charge storage unit SN1 may be transferred to the second charge storage unit SN2 through the sections (11) to (13). To this end, in the section (11), the potential barrier of the transfer switching unit TS is converted to a low state so that the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 may move to the second charge storage unit SN2. do. For example, the transmission signal TSx may be applied to the gate of the transmission switching unit TS. At this time, in order to more reliably move the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 to the second charge storage unit SN2, the operations of the sections (12) and (13) are additionally performed. Can be. That is, the potential barriers of the first charge storage unit SN1 and the transfer switching unit TS may be sequentially switched to a high state. For example, the control signal (for example, the storage signal SN1x and the transmission signal TSx) applied to the gates of the first charge storage unit SN1 and the transfer switching unit TS may be used. Thus, the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 can be more reliably moved to the second charge storage unit SN2. At this time, since the potential barrier of the reset switching unit RS continues to be high for the periods (11) to (13), the charges accumulated in the first charge storage unit SN2 are the second charges. It may be moved to the storage unit SN2 and accumulated in the second charge storage unit SN2. That is, unlike operations in the sections (2) to (4), the charges transferred from the first charge storage unit SN1 to the second charge storage unit SN2 are not included in the second charge storage unit SN2. Since it is not in the reset state, the power supply voltage VDD may be accumulated as it is in the second charge storage unit SN2 without exiting to the first terminal side of the reset switching unit RS.

이어서, (14) 구간에서, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제2 출력 신호를 생성할 수 있다. In operation 14, the second output signal may be generated by sampling a potential of the second charge storage unit SN2.

이 때, 제2 출력 신호와 제1 출력 신호의 차이에 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하량을 판단할 수 있게 된다.At this time, it is possible to determine the amount of charge accumulated in the photoelectric conversion element PD by the incident light in the difference between the second output signal and the first output signal.

(14) 구간에서, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제2 출력신호를 생성한 후, 선택 스위칭부(SL)의 상태는 오프 상태로 전환된다.In the period (14), after the potential of the second charge storage unit SN2 is sampled to generate the second output signal, the state of the selection switching unit SL is switched to the off state.

각 단위 픽셀은 전술한 바와 같은 동작을 계속하여 반복적으로 수행하게 된다. 보다 구체적으로, 각 단위 픽셀은 (14) 구간의 동작을 수행한 후, 픽셀 어레이(111)에 포함된 모든 유효 픽셀들에서 (14)구간의 동작이 완료될 때까지 대기하였다가(즉, 모든 유효픽셀에서 읽기 동작이 완료될 때까지 대기하였다가), 모든 유효픽셀들에서 읽기 동작이 완료되면, (1) 구간에서 (14) 구간까지의 동작을 반복적으로 수행하게 된다.Each unit pixel continues to perform the above-described operation repeatedly. More specifically, each unit pixel waits until the operation of the section (14) is completed in all valid pixels included in the pixel array 111 after performing the operation of the section (14) (that is, all the pixels). After the read operation is completed in all valid pixels, the operation from section (1) to section (14) is repeatedly performed.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)는, 동작 모드가 제1 모드로 설정되어 있는 경우, 오버플로우 제어부(OFC)를 특정 구간(예를 들어, 도 6에 도시된 (8) 구간)에서는 포텐셜 배리어가 낮은 상태로 변환된다. 낮은 상태로 변환된 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 바람직하게는 다음 주기의 축적 동작이 수행될 때까지 낮은 상태로 유지될 수 있다. 다만, 축적 동작이 수행되기 위해서는 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 높은 상태로 다시 전환되어어 하기 때문에, 오버플로우 제어부(OFC)의 상태는 적어도 축적 동작이 수행되기 전까지는 높은 상태로 변환되는 것이 바람직하다.
As described above, when the operation mode is set to the first mode, the imaging apparatus 100 according to the embodiment of the present invention shows the overflow control unit OFC in a specific section (for example, in FIG. 6). In (8), the potential barrier is converted to a low state. The potential barrier of the overflow control unit OFC converted to the low state may preferably be kept low until the accumulation operation of the next period is performed. However, since the potential barrier of the overflow control unit OFC needs to be switched back to a high state in order to perform the accumulation operation, the state of the overflow control unit OFC is changed to a high state at least until the accumulation operation is performed. It is preferable.

2-2. 제2 모드(광역 동적 범위 모드)의 동작2-2. Operation of the second mode (wide dynamic range mode)

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 이미징 장치의 단위 픽셀 내에서 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.
7 is a timing diagram illustrating a method of driving a pixel array of an imaging apparatus in a second mode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an imaging apparatus in a second mode according to an embodiment of the present invention. 9 is a timing diagram of control signals applied to components of a unit pixel of FIG. 9. FIG. 9 illustrates a potential barrier for explaining charge transfer within a unit pixel of an imaging device in a second mode according to an embodiment of the present invention. The figure is shown.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)를 이용하여 이미지를 획득하기 위해서, 픽셀 어레이(111)는 제4 구간(DR4) 동안 수행되는 축적 동작(integrating operation) 및 제5 구간(DR5) 동안 수행되는 읽기 동작(reading operation)을 수행한다.Referring to FIG. 7, in order to acquire an image using the imaging apparatus 100 according to an embodiment of the present disclosure, the pixel array 111 may include an integration operation performed during the fourth period DR4, and A reading operation performed during the fifth section DR5 is performed.

픽셀 어레이(111)는 축적 동작 및 읽기 동작을 순차적으로 반복 수행할 수 있으며, 상기 동작들의 한 세트가 수행되면 하나의 이미지가 획득될 수 있다.The pixel array 111 may sequentially repeat the accumulation operation and the read operation, and one image may be obtained when one set of the operations is performed.

다만, 제1 모드에서와 달리, 제2 모드에서는 축적 동작 및 읽기 동작이 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행되지 않는다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 동일한 컬럼에 포함되어 있는 유효 픽셀들에 대해서는, 축적 동작 및 읽기 동작이 동시에 수행될 수 있으나, 서로 다른 컬럼에 포함되어 있는 유효 픽셀들 사이에서는 축적 동작 및 읽기 동작이 서로 다른 시점에 수행될 수 있다. 즉, 제2 모드에서는 축적 동작 및 읽기 동작이 수행됨에 있어서, 모든 유효픽셀들에 대해서 동시에 수행되는 대신 라인별로 순차적으로 읽어내는 방식이 채택될 수 있다.
However, unlike in the first mode, in the second mode, the accumulation operation and the read operation are not simultaneously performed on all valid pixels. That is, as illustrated in FIG. 8, the accumulation operation and the read operation may be simultaneously performed on the effective pixels included in the same column, but the accumulation operation and the read operation may be performed between the effective pixels included in different columns. The operations may be performed at different times. That is, in the accumulation mode and the read operation in the second mode, a method of sequentially reading lines by lines may be adopted instead of simultaneously performing all the effective pixels.

축적 동작은 광전 변환 소자(PD)에 의해 입사광이 전하로 변환되는 동작을 포함한다. 또한, 축적 동작은, 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)의 클리어 동작(이하, 제1 클리어 동작) 및 제1 전하 저장부(SN1)의 클리어 동작(이하, 제2 클리어 동작)을 포함한다. 축적 동작에 대한 보다 구체적인 내용은 후술한다.The accumulation operation includes an operation in which incident light is converted into electric charge by the photoelectric conversion element PD. In addition, the accumulation operation includes the clear operation of the photoelectric conversion element PD and / or the first charge storage unit SN1 (hereinafter, referred to as a first clear operation) and the clear operation of the first charge storage unit SN1 (hereinafter, referred to as “first”. 2 clear operation). More details on the accumulation operation will be described later.

읽기 동작은 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우된 전하들의 적어도 일부의 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작 및 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하량을 읽어내는 제2 읽기 동작을 포함할 수 있다.The read operation includes a first read operation for reading at least a portion of charges of the charges overflowed from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage unit SN1 and a readout amount of the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD. It may include two read operations.

제1 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 고조도 이미지의 획득을 위해 사용되며, 제2 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 저조도 이미지의 획득을 위해 사용될 수 있다. 이 때, 제1 읽기 동작은 제2 읽기 동작 보다 더 먼저 수행될 수 있다.The value of the charge amount read by the first read operation may be used for obtaining the high illuminance image, and the value of the charge amount read by the second read operation may be used for the acquisition of the low illuminance image. In this case, the first read operation may be performed earlier than the second read operation.

제1 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간(제1 축적 시간, first integration time)은 제2 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간(제2 축적 시간, second integration time) 보다 더 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 축적 시간(T1)과 제2 축적 시간(T2)은 다음의 관계를 가질 수 있다.The time for accumulating charges to be read by the first read operation (first integration time) may be shorter than the time to accumulate charges to be read by the second read operation (second integration time). Can be. For example, the first accumulation time T1 and the second accumulation time T2 may have the following relationship.

1/5000 ≤ T1/T2 ≤ 1/5
1/5000 ≤ T1 / T2 ≤ 1/5

전술한 축적 동작 및 읽기 동작이 수행되는 동안, 오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않도록 한다. 즉, 제1 모드에서는 오버플로우 제어부(OFC)를 제어하여 특정 구간에서 선택적으로 광전 변환 소자(PD)에 축적되는 전하들을 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동시키는 동작을 수행하였으나, 제2 모드에서는 모든 구간에서 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 전하가 이동하지 못하도록 오버플로우 제어부(OFC)를 제어한다. 이를 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)는 높은 포텐셜 배리어 상태를 유지하도록 한다. 예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC)가 트랜지스터로 구성되는 경우, 상기 트랜지스터는 오프 상태를 유지하고 있을 수 있다. 특히, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 더 높게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
While the above-described accumulation operation and read operation are performed, the overflow control unit OFC prevents the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD from moving to the overflow control unit OFC. That is, in the first mode, the overflow control unit OFC is controlled to selectively move charges accumulated in the photoelectric conversion element PD to the overflow control unit OFC in a specific section. The overflow control unit OFC is controlled to prevent the charge from moving toward the overflow control unit OFC in the section. To this end, the overflow control unit OFC maintains a high potential barrier state. For example, when the overflow control unit OFC includes a transistor, the transistor may be in an off state. In particular, the potential barrier of the overflow control unit OFC is preferably maintained higher than the potential barrier of the shift switching unit SS.

도 8 및 도 9를 참조하여, 각 단위 픽셀에서의 축적 동작 및 읽기 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.8 and 9, the accumulation operation and the read operation in each unit pixel will be described in more detail.

도 8 및 도 9에 도시되어 있는 (1) 구간 내지 (9) 구간은 전술한 축적 동작에 대응되고, (10) 구간 내지 (22) 구간은 전술한 읽기 동작에 대응될 수 있다. 특히, (1) 구간 내지 (3) 구간은 전술한 제1 클리어 동작(광전 변환 소자(PD)를 클리어 하는 동작)에 대응될 수 있으며, (6) 구간 내지 (9) 구간은 제2 클리어 동작(제1 전하 저장부(SN1)를 클리어 하는 동작)에 대응될 수 있다. 또한, (10) 구간 내지 (15) 구간은 전술한 제1 읽기 동작에 대응될 수 있으며, (16) 구간 내지 (21) 구간은 전술한 제2 읽기 동작에 대응될 수 있다.
Sections (1) to (9) illustrated in FIGS. 8 and 9 may correspond to the above-described accumulation operation, and sections (10) to (22) may correspond to the above-described read operation. In particular, the intervals (1) to (3) may correspond to the aforementioned first clear operation (operation for clearing the photoelectric conversion element PD), and the intervals (6) to (9) are the second clear operation. (The operation of clearing the first charge storage unit SN1). In addition, sections (10) to (15) may correspond to the first read operation described above, and sections (16) to (21) may correspond to the second read operation described above.

(1) 구간에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 이전 주기에서 읽기 동작을 완료한 후, 광전 변환 소자(PD)와 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요한 전하들이 축적될 수 있다. 입사광에 대한 정확한 정보를 획득하기 위해, 입사광에 따른 전하량을 축적하는 축적 동작을 수행하기 전에 각 단위 픽셀들은 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적된 전하들을 클리어할 필요가 있다.In the section (1), as shown in FIG. 9, after the read operation is completed in the previous period, unnecessary charges may accumulate in the photoelectric conversion element PD and the first charge storage unit SN1. In order to obtain accurate information on the incident light, each unit pixel needs to clear unnecessarily accumulated charges in the photoelectric conversion element PD before performing an accumulation operation for accumulating the charge amount according to the incident light.

이에 따라, (2) 구간 내지 (4) 구간을 통하여, 제1 클리어 동작을 수행한다. (2) 구간에서는, 먼저 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적된 전하들을 제거하기 위하여, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 제어할 수 있다. 즉, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어가 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 전송 스위칭부(TS)가 제어될 수 있다. 예를 들어, 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 전송 신호(TSx)를 인가할 수 있다. 이에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들은, 리셋 상태를 유지하고 있는 제2 전하 저장부(SN2)를 통하여, 전원전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나갈 수 있다. 이어서, (3) 구간에서, 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적된 전하들을 제거하기 위하여, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어를 제어할 수 있다. 즉, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 쉬프트 스위칭부(SS)가 제어될 수 있다. 예를 들어, 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 쉬프트 신호(SSx)를 인가할 수 있다. 이에 따라, 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들은, 제1 전하 저장부(SN1)로 이동할 수 있으며, (2) 구간에서 제어된 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어는 계속하여 낮은 상태(예를 들어, 전송 신호(TSx)가 인가된 상태)를 유지하고 있기 때문에, 제1 전하 저장부(SN1)로 이동된 전하들은 리셋 상태를 유지하고 있는 제2 전하 저장부(SN2)를 통하여, 전원전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나갈 수 있다. Accordingly, the first clear operation is performed through the sections (2) to (4). In the section (2), first, the potential barrier of the transfer switching unit TS may be controlled to remove unnecessary charges accumulated in the first charge storage unit SN1. That is, the transfer switching unit TS may be controlled such that the potential barrier of the transfer switching unit TS is less than or equal to the potential barrier of the first charge storage unit SN1. For example, the transmission signal TSx may be applied to the gate of the transmission switching unit TS. As a result, the unneeded charges accumulated in the first charge storage unit SN1 are reset switch unit to which the power supply voltage VDD is applied through the second charge storage unit SN2 maintaining the reset state. Can exit to the first terminal side of RS). Subsequently, in the section (3), the potential barrier of the shift switching unit SS may be controlled to remove unnecessarily accumulated charges in the photoelectric conversion element PD. That is, the shift switching unit SS may be controlled such that the potential barrier of the shift switching unit SS is less than or equal to the potential barrier of the photoelectric conversion element PD. For example, the shift signal SSx may be applied to the gate of the shift switching unit SS. As a result, the charges that have been unnecessarily accumulated in the photoelectric conversion element PD may move to the first charge storage unit SN1, and the potential barrier of the transfer switching unit TS controlled in the section (2) continues. Since the low state (for example, the state in which the transmission signal TSx is applied) is maintained, the charges transferred to the first charge storage unit SN1 are maintained in the reset state of the second charge storage unit SN2. Through this, the power supply voltage VDD may exit to the first terminal side of the reset switching unit RS to which the power supply voltage VDD is applied.

이어서, (4) 구간을 통해, 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들이 모두 제거된 후, 쉬프트 스위칭부(SS) 의 포텐셜 배리어를 다시 높은 상태로 변환할 수 있다. 즉, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어가 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어 보다 더 높아지도록 쉬프트 스위칭부(SS)가 제어될 수 있다. 예를 들어, 쉬프트 스위칭부(SS)의 게이트에 인가되어 있던 쉬프트 신호(SSx)가 제거될 수 있다. 또한, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어도 다시 높은 상태로 변환할 수 있다. 예를 들어, 전송 스위칭부(TS)의 게이트에 인가되어 있던 전송 신호(TSx)가 제거될 수 있다. 한편, 만약 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어가 높은 상태로 변환되어 있는 상태라면, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어는 낮은 상태로 변환될 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 저장부(SN1)의 게이트에 저장 신호(SN1x)가 인가될 수 있다. 이에 따라, 입사광에 의해 발생되는 전하를 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)에 저장할 수 있는 준비를 모두 마칠 수 있게 된다. 다만, (4) 구간에서 쉬프트 스위칭부(SS), 제1 전하 저장부(SN1) 및 전달 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어가 동시에 변환되어야 하는 것은 아니며, 이들은 서로 순차적으로 변환되어도 무방할 것이다.Subsequently, after all of the charges that have been stored in the photoelectric conversion element PD and / or the first charge storage unit SN1 are removed through the section (4), the potential barrier of the shift switching unit SS is reset. Can be converted to high state. That is, the shift switching unit SS may be controlled such that the potential barrier of the shift switching unit SS is higher than the potential barrier of the photoelectric conversion element PD and / or the first charge storage unit SN1. For example, the shift signal SSx applied to the gate of the shift switching unit SS may be removed. In addition, the potential barrier of the transmission switching unit TS may be converted to a high state again. For example, the transmission signal TSx applied to the gate of the transmission switching unit TS may be removed. If the potential barrier of the first charge storage unit SN1 is converted to a high state, the potential barrier of the first charge storage unit SN1 may be converted to a low state. For example, the storage signal SN1x may be applied to the gate of the first charge storage unit SN1. As a result, preparations for storing the charges generated by the incident light in the photoelectric conversion element PD and / or the first charge storage unit SN1 may be completed. However, in the period (4), the potential barriers of the shift switching unit SS, the first charge storage unit SN1, and the transfer switching unit TS do not need to be simultaneously converted, and they may be sequentially converted to each other.

이와 같이, 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)에 불필요하게 축적되어 있던 전하들이 제거될 수 있다. 다만, (2) 구간 내지 (4) 구간 사이에 도시된 동작들의 순서는 제1 클리어 동작을 설명하기 위한 일 예에 불과할 뿐이며, 제1 클리어 동작은 전술한 바와 같은 (2) 구간 내지 (4) 구간의 동작에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전술한 바에 의하면, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 먼저 수행한 후, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어를 제어하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어를 제어한 후에 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 제어하는 순서에 따라 제1 클리어 동작이 수행될 수 있으며, 또는 쉬프트 스위칭부(SS)와 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 동시에 제어함으로써 제1 클리어 동작이 수행될 수도 있을 것이다. 또한, (2) 구간 내지 (4) 구간에서는 항상 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어가 낮은 상태를 유지하고 있는 것으로 도시되어 있으나, 제1 클리어 동작이 수행되는 동안, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어가 높은 상태로 변환되었다 낮은 상태로 변환되어도 무방하다.In this manner, charges that are unnecessarily accumulated in the photoelectric conversion element PD and / or the first charge storage unit SN1 may be removed. However, the order of the operations shown between the sections (2) to (4) is merely an example for explaining the first clear operation, and the first clear operation may be performed as described above in the sections (2) to (4). It is not limited to the operation of the section. For example, as described above, the potential barrier of the transfer switching unit TS is first performed, and then the potential barrier of the shift switching unit SS is described as an example. However, the potential of the shift switching unit SS is described. After the barrier is controlled, the first clear operation may be performed according to the order of controlling the potential barrier of the transmission switching unit TS, or simultaneously controlling the potential barriers of the shift switching unit SS and the transmission switching unit TS. By doing so, the first clear operation may be performed. In addition, although the potential barrier of the first charge storage unit SN1 is always maintained in a low state in the intervals (2) to (4), the first charge storage unit is performed while the first clear operation is performed. The potential barrier of (SN1) may be converted to a high state and to a low state.

(5) 구간을 통하여, 광전 변환 소자(PD)는 입사광에 의해 발생되는 전하들을 축적할 수 있다. 이 때, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어는 높은 상태를 유지하되, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어는 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어 보다 낮은 상태를 유지하도록 상기 쉬프트 스위칭부(SS) 및 오버플로우 제어부(OFC)가 제어될 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(PD)의 용량(capacity)이 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 아닌 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어에 의해 결정될 수 있도록 할 수 있다. Through the section (5), the photoelectric conversion element PD may accumulate charges generated by incident light. In this case, the potential barrier of the shift switching unit SS maintains a high state, but the potential barrier of the shift switching unit SS maintains a state lower than that of the overflow control unit OFC. ) And the overflow control unit (OFC) can be controlled. That is, the capacitance of the photoelectric conversion element PD may be determined by the potential barrier of the shift switching unit SS, not the potential barrier of the overflow control unit OFC.

일반적으로, 광전 변환 소자(PD)에 입사되는 광량에 따라 광전 변환 소자(PD)에 축적되는 전하량은 달라질 수 있다. 예를 들어, 입사광의 광량이 많으면 축적되는 전하량도 많아지며, 입사광의 광량이 적으면 축적되는 전하량도 적어지게 된다. 한편, 축적되는 전하량이 광전 변환 소자(PD)의 용량 보다 더 많아지게 되는 경우, 광전 변환 소자(PD)의 용량을 초과하여 광전 변환 소자(PD)에서 발생되는 전하들은 오버플로우 하게 된다. 이하에서는, 이와 같이 광전 변환 소자(PD)의 용량을 초과하여 오버플로우 하게 되는 전하들을 오버플로우 전하라고 하기로 한다.In general, the amount of charge accumulated in the photoelectric conversion element PD may vary depending on the amount of light incident on the photoelectric conversion element PD. For example, when the amount of incident light is large, the amount of charge accumulated also increases. When the amount of incident light is small, the amount of accumulated charge also decreases. On the other hand, when the amount of charge accumulated becomes larger than the capacity of the photoelectric conversion element PD, the charges generated in the photoelectric conversion element PD overflow the capacity of the photoelectric conversion element PD. Hereinafter, the electric charges overflowing beyond the capacity of the photoelectric conversion element PD will be referred to as an overflow charge.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따르면, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어 보다 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어가 더 낮도록 오버플로우 제어부(OFC) 및/또는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어를 제어하므로 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하들은 쉬프트 스위칭부(SS)측으로 오버플로우하게 된다. 도 9에 도시된 (5) 구간에는 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하가 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 오버플로우된 것을 도시하고 있다. 다만, (5) 구간에서 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 전하가 광전 변환 소자(PD)의 용량보다 더 적다면, 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우 되지 않을 수 있다.According to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to an embodiment of the present invention, the overflow control unit OFC and the potential barrier of the shift switching unit SS are lower than the potential barrier of the overflow control unit OFC. Since the potential barrier of the shift switching unit SS is controlled, the overflow charges of the photoelectric conversion element PD may overflow to the shift switching unit SS side. In section (5) illustrated in FIG. 9, the overflow charge of the photoelectric conversion element PD is overflowed to the first charge storage unit SN1. However, if the charge generated in the photoelectric conversion element PD in the section (5) is less than the capacity of the photoelectric conversion element PD, it may not overflow to the first charge storage unit SN1.

일반적으로, 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하들은 이미지 형성에 사용하지 않고 제거될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따르면, 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하들의 적어도 일부를 이용하여 이미지 형성에 사용하도록 한다.In general, the overflow charges of the photoelectric conversion element PD may be removed without being used for image formation, but according to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to an embodiment of the present invention, the photoelectric conversion element PD At least a portion of the overflow charges) are used to form the image.

(6) 구간 및 (7) 구간에서는, 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우 되어 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들의 일부를 제거하기 위한 제2 클리어 동작이 수행될 수 있다. 이를 위해, (6) 구간에서는, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 제어하여 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들이 제거될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어 이하가 되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들은 리셋 상태를 유지하고 제2 전하 저장부(SN2)를 통해 전원전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나갈 수 있다. 이 때, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들을 확실하게 제거하기 위하여, 추가적으로 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있다. 즉, 도 9에 도시되어 있는 (7) 구간과 같이, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제1 전하 저장부(SN1)의 게이트에 인가되어 있는 저장 신호(SN1x)를 제거할 수 있다. In sections (6) and (7), a second clear operation may be performed to remove some of the electric charges overflowing from the photoelectric conversion element PD and accumulated in the first charge storage unit SN1. To this end, in the section (6), the potential barrier of the transfer switching unit TS may be controlled so that the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 may be removed. That is, the potential barrier of the transfer switching unit TS may be controlled to be equal to or less than the potential barrier of the first charge storage unit SN1. Accordingly, the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 are maintained in the reset state and the first of the reset switching unit RS to which the power supply voltage VDD is applied through the second charge storage unit SN2. You can exit to the terminal side. In this case, in order to reliably remove the charges accumulated in the first charge storage unit SN1, the potential barrier of the first charge storage unit SN1 may be further changed to a high state. That is, as in the section (7) illustrated in FIG. 9, the potential barrier of the first charge storage unit SN1 may be changed to a high state. For example, the storage signal SN1x applied to the gate of the first charge storage unit SN1 may be removed.

이어서, (8) 구간 및 (9) 구간을 통해, 제1 전하 저장부(SN1)가 다시 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우 되는 전하들을 축적할 수 있는 상태를 만들 수 있다. 즉, 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 다시 높은 상태로 변환할 수 있으며, 나아가, 제1 전하 저장부(SN1)의 포텐셜 배리어를 다시 낮은 상태로 변환할 수 있다.Subsequently, through the sections (8) and (9), it is possible to create a state in which the first charge storage unit SN1 may again accumulate charges overflowing from the photoelectric conversion element PD. That is, the potential barrier of the transfer switching unit TS may be converted to a high state again, and further, the potential barrier of the first charge storage unit SN1 may be converted to a low state again.

다만, (6) 구간 내지 (9) 구간은 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우되는 전하들을 모두 사용하지 않고 일부만 사용하기 위하여 수행되는 동작들로써, 반드시, 도 9에 도시된 (6) 구간 내지 (9) 구간의 방식에 의해서 수행되어야만 하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 9에는 (4) 구간 내지 (5) 구간을 통하여 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환하여 유지하고 있는 것으로 도시하였으며, (6) 구간에서 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 변환함으로써 오버플로우 전하들 중 고조도 이미지의 형성에 필요하지 않은 일부를 제거하는 것으로 설명하였으나, (4) 구간 내지 (5) 구간을 통하여 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어를 계속해서 낮은 상태를 유지하도록 제어하여도 필요하지 않은 오버플로우 전하들의 일부는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자측으로 빠져나갈 수 있으므로 제2 클리어 동작의 목적을 달성할 수 있을 것이다.However, the intervals (6) to (9) are operations performed to use only some of the charges overflowing from the photoelectric conversion element PD, and not necessarily all of them. 9) It does not have to be performed by way of intervals. For example, FIG. 9 illustrates that the potential barrier of the transmission switching unit TS is converted to and maintained at a high state through the sections (4) to (5), and the transmission switching unit TS in the section (6). It is described that the potential barrier of the transistor is reduced to a low state to remove a portion of the overflow charges that are not necessary for the formation of the high illuminance image, but the (4) through (5) sections of the transfer switching unit TS Even if the potential barrier is continuously controlled to maintain a low state, some of the overflow charges that are not necessary may escape to the first terminal side of the reset switching unit RS, thereby achieving the purpose of the second clear operation.

한편, (6) 구간 내지 (9) 구간은 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우되는 전하들을 모두 사용하지 않고 일부만 사용하기 위하여 수행하는 동작으로써, 만약 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우되는 전하들을 모두 사용하고자 하면 (6) 구간 내지 (9) 구간의 동작들은 생략될 수 있다. On the other hand, intervals (6) to (9) are operations performed to use only some of the charges that overflow from the photoelectric conversion element PD, and thus, if the charges overflow from the photoelectric conversion element PD. If you want to use all of the operations in the section (6) to (9) can be omitted.

이어서, (10) 구간을 통해, 제1 읽기 동작에서 읽어낼 전하들을 제1 전하 저장부(SN1)에 축적한다. 즉, (10) 구간을 통해, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된다.Subsequently, charges to be read in the first read operation are accumulated in the first charge storage unit SN1 through the section (10). That is, charges that overflow from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage unit SN1 are accumulated in the first charge storage unit SN1 through the section (10).

(10) 구간의 동작이 수행되는 시간은, 제1 축적 시간(T1, 제1 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간)에 의해 결정될 수 있다. 다만, (10) 구간의 동작이 수행되는 시간은 제1 축적 시간과 일치하지 않을 수 있으며, 제1 축적 시간에는 이하에서 설명할 (11) 구간 및/또는 (12) 구간이 수행되는 시간의 일부가 포함될 수 있다.The time at which the operation of the section 10 is performed may be determined by the first accumulation time T1 (time to accumulate charge to be read by the first read operation). However, the time at which the operation of the section (10) is performed may not coincide with the first accumulation time, and the first accumulation time is a part of the time at which the sections (11) and / or (12) are performed below. May be included.

(11) 구간 내지 (15) 구간을 통해, 제1 읽기 동작이 수행될 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우 되어 축적된 전하들은 일련의 동작들에 의해 제2 전하 저장부(SN2)로 이동하게 되며, 이어서, 제2 전하 저장부(SN2)로 이동된 전하량을 읽어냄으로써 제1 읽기 동작이 수행될 수 있다. (11) 구간 내지 (15) 구간을 통해 수행되는 제1 읽기 동작은, 도 6을 참조하여 설명한 (10) 구간 내지(14) 구간에서 설명한 동작과 동일하거나 유사하다.Through periods (11) to (15), the first read operation may be performed. That is, the charges accumulated by overflowing from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage unit SN1 are transferred to the second charge storage unit SN2 by a series of operations, and then, the second charge storage unit. The first read operation may be performed by reading the amount of charge transferred to the part SN2. The first read operation performed through the sections (11) to (15) is the same as or similar to the operation described in the sections (10) to (14) described with reference to FIG. 6.

즉, (11) 구간에서, 리셋 스위칭부(RS)를 제어하여, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있으며, 이에 따라, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제3 출력 신호를 생성할 수 있다. 또한, (12) 구간 내지 (14) 구간을 통하여, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들을 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시킬 수 있으며, (15) 구간에서, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제4 출력 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 제2 출력 신호와 제1 출력 신호의 차이에 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우 되어 축적된 전하량(이하, 오버플로우 전하량)을 판단할 수 있게 된다. (11) 구간 내지 (15) 구간을 통해, 오버플로우 전하량을 획득하기 위하여, 전송 스위칭부(TS), 제1 전하 저장부(SN1) 및 리셋 스위칭부(RS)를 제어하는 방법은, 도 6을 참조하여 설명한 (10) 구간 내지 (14) 구간에서 설명한 방법과 동일하거나 유사하므로, 자세한 설명은 여기서 생략하기로 한다. That is, in the section (11), the reset switching unit RS may be controlled to change the potential barrier of the reset switching unit RS to a high state, thereby changing the potential of the second charge storage unit SN2. Sampling may generate a third output signal. In addition, charges accumulated in the first charge storage unit SN1 may be transferred to the second charge storage unit SN2 through the sections (12) to (14), and in the section (15), the second The fourth output signal may be generated by sampling the potential of the charge storage unit SN2. At this time, the amount of charge (hereinafter, referred to as the amount of overflow charge) accumulated by overflowing the photoelectric conversion element PD from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage part SN1 due to incident light due to the difference between the second output signal and the first output signal may be determined. It becomes possible. A method of controlling the transfer switching unit TS, the first charge storage unit SN1, and the reset switching unit RS to obtain the overflow charge amount through the periods (11) to (15) is shown in FIG. 6. Since it is the same as or similar to the method described in the sections (10) to (14) described with reference to, the detailed description will be omitted here.

상기 제1 읽기 동작에 의해 획득된 오버플로우 전하량은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 고조도 이미지를 획득하는데 사용되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.The overflow charge amount obtained by the first read operation is used to acquire a high illuminance image according to the imaging apparatus 100 and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention, and accordingly, a wide dynamic range (WDR) ) Can be implemented.

제1 읽기 동작에서 읽어낼 오버플로우 전하량을 축적하는 시간인 제1 축적 시간은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 높다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제1 조도임계값 이상인 경우), 상기 제1 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다. 반대로, 분석 결과, 조도가 크게 높지 않다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제2 조도임계값 이하인 경우), 상기 제1 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다.The first accumulation time, which is a time for accumulating the overflow charge amount to be read in the first read operation, may always be a constant value, but may also be a value that may be changed in real time or periodically by analyzing at least one image that has already been acquired. have. For example, if the analysis result of at least one image acquired already, it is determined that the roughness is very high (that is, more than the preset first roughness threshold value), the first accumulation time is used to acquire the previous image Can be shorter than Conversely, if the analysis determines that the illuminance is not significantly high (i.e., below the preset second illuminance threshold), the first accumulation time may be longer than that used to acquire the previous image.

한편, 상기 제1 축적시간은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제1 축적 시간을 서로 다르게 설정할 수 있다.The first accumulation time may be equally applied to all valid pixels included in the pixel array 111, but may be set differently for the valid pixels. For example, by analyzing at least one image that has already been acquired, the illuminance distribution for each valid pixel can be identified and applied to each pixel similarly to the above, based on the illuminance distribution for each valid pixel. It is possible to set different first accumulation times to be different.

제1 축적 시간은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 동작 모드에서 구현하고자 하는 동적 범위(Dynamic Range)의 확장과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 전술한 바에 한정되지 않는 다양한 방식에 의해서 제어될 수 있을 것이다.Since the first accumulation time is very closely related to the extension of the dynamic range to be implemented in the second operation mode according to an embodiment of the present invention, the first accumulation time may be controlled by various methods not limited to the above. will be.

이어서, (16) 구간 내지 (22) 구간을 통하여, 제2 읽기 동작이 수행될 수 있다. 즉, 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 생성되어 축적된 전하들은 제1 전하 저장부(SN1)를 거쳐 제2 전하 저장부(SN2)로 이동하게 되며, 이어서, 제2 전하 저장부(SN2)로 이동된 전하량을 읽어냄으로써 제2 읽기 동작이 수행될 수 있다. (16) 구간 내지 (22) 구간을 통해 수행되는 제2 읽기 동작은, 도 6을 참조하여 설명한 (6) 구간, (7) 구간 및 (9) 구간 내지 (13) 구간에서 설명한 동작과 동일하거나 유사하다.Subsequently, a second read operation may be performed through the sections (16) to (22). That is, the charges generated and accumulated in the photoelectric conversion element PD by the incident light are transferred to the second charge storage unit SN2 through the first charge storage unit SN1, and then the second charge storage unit SN2. The second read operation may be performed by reading the amount of charge transferred to). The second read operation performed through the sections (16) to (22) may be the same as the operations described in sections (6), (7) and (9) to (13) described with reference to FIG. similar.

즉, (16) 구간 및 (17) 구간을 통해, 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하를 제1 전하 저장부(SN1)로 이동시킬 수 있다. 이 때, 제1 읽기 동작을 위하여 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들은 제거될 수 있다. 즉, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 제어하여(즉, 낮은 상태로 변환하여) 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들이 전원전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나갈 수 있다. 이어서, (17) 구간에서, 리셋 스위칭부(RS)를 제어하여, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있고, 이에 따라, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제5 출력 신호를 생성할 수 있다. 또한, (18) 구간 내지 (20) 구간을 통하여, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적되어 있던 전하들을 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시킬 수 있으며, (21) 구간에서, 제2 전하 저장부(SN2)의 전위를 샘플링하여 제6 출력 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 제5 출력 신호와 제6 출력 신호의 차이에 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에서 생성되어 축적된 전하량(이하, 광전 변환 소자 전하량)을 판단할 수 있게 된다. 이어서, (22) 구간에서, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들을 리셋할 수 있다.That is, the charges accumulated in the photoelectric conversion element PD may be transferred to the first charge storage unit SN1 through the sections (16) and (17). At this time, the charges accumulated in the second charge storage unit SN2 for the first read operation may be removed. That is, the charges accumulated in the second charge storage unit SN2 by controlling the potential barrier of the reset switching unit RS (that is, being converted to a low state) are applied to the reset switching unit in which the power supply voltage VDD is applied. Can exit to the first terminal side of RS). Subsequently, in the section (17), the reset switching unit RS may be controlled to change the potential barrier of the reset switching unit RS to a high state, thereby changing the potential of the second charge storage unit SN2. The fifth output signal may be generated by sampling. In addition, the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 may be transferred to the second charge storage unit SN2 through the sections (18) to (20), and in the section (21), the second The sixth output signal may be generated by sampling the potential of the charge storage unit SN2. At this time, it is possible to determine the amount of charge (hereinafter, referred to as the amount of photoelectric conversion element charge) generated and accumulated in the photoelectric conversion element PD by incident light in the difference between the fifth output signal and the sixth output signal. Subsequently, in the section 22, the charges accumulated in the second charge storage unit SN2 may be reset.

(16) 구간 내지 (22) 구간을 통해, 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 생성되고 축적된 전하량을 획득하기 위하여, 쉬프트 스위칭부(SS), 전송 스위칭부(TS), 제1 전하 저장부(SN1) 및 리셋 스위칭부(RS)를 제어하는 방법은, 도 6을 참조하여 설명한 (6) 구간, (7) 구간 및 (9) 구간 내지 (13) 구간에서 설명한 방법과 동일하거나 유사하므로, 자세한 설명은 여기서 생략하기로 한다. In order to obtain the amount of charge generated and accumulated in the photoelectric conversion element PD by the incident light through the periods (16) to (22), the shift switching unit SS, the transfer switching unit TS, and the first electric charge storage The method of controlling the unit SN1 and the reset switching unit RS is the same as or similar to the method described in the sections (6), (7) and (9) to (13) described with reference to FIG. 6. , Detailed description will be omitted here.

상기 제2 읽기 동작에 의해 획득된 광전 변환 소자 전하량은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 저조도 이미지를 획득하는데 사용되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.The amount of charge of the photoelectric conversion element obtained by the second read operation is used to acquire a low light image according to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to an embodiment of the present invention, and thus, the wide dynamic range WDR ) Can be implemented.

제2 읽기 동작에서 읽어낼 광전 변환 소자 전하량을 축적하는 시간인 제2 축적 시간은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 낮다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제3 조도임계값 이하인 경우), 상기 제1 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다. 반대로, 분석 결과, 조도가 크게 낮지 않다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제4 조도임계값 이상인 경우), 상기 제2 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다.The second accumulation time, which is a time for accumulating the amount of charge of the photoelectric conversion element to be read in the second read operation, may always be a constant value, but may be a value that may be changed by receiving feedback in real time or periodically by analyzing at least one image already acquired It may be. For example, if the analysis result of at least one image acquired already, it is determined that the illuminance is very low (that is, less than or equal to the third preset illuminance threshold), the first accumulation time is used to acquire the previous image It can be longer than Conversely, if the analysis results that it is determined that the illuminance is not significantly low (i.e., greater than or equal to the preset fourth illuminance threshold value), the second accumulation time may be shorter than that used to acquire the previous image.

한편, 상기 제2 축적시간은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제2 축적 시간을 서로 다르게 설정할 수 있다.The second accumulation time may be equally applied to all valid pixels included in the pixel array 111, but may be set differently for the valid pixels. For example, by analyzing at least one image that has already been acquired, the illuminance distribution for each valid pixel can be identified and applied to each pixel similarly to the above, based on the illuminance distribution for each valid pixel. It is possible to set different second accumulation times to be different.

제2 축적 시간은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 동작 모드에서 구현하고자 하는 동적 범위(Dynamic Range)의 확장과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 전술한 바에 한정되지 않는 다양한 방식에 의해서 제어될 수 있을 것이다.
Since the second accumulation time is very closely related to the extension of the dynamic range to be implemented in the second operation mode according to an embodiment of the present invention, the second accumulation time may be controlled by various methods not limited to the above. will be.

각 단위 픽셀은 전술한 바와 같은 동작을 계속하여 반복적으로 수행하게 된다. 보다 구체적으로, 각 단위 픽셀은 (1) 구간 내지 (22) 구간의 동작을 수행한 후, 다시 (1) 구간 내지 (22) 구간의 동작을 다시 수행할 수 있다.Each unit pixel continues to perform the above-described operation repeatedly. More specifically, each unit pixel may perform operations in the intervals (1) to (22) and then again perform the operations in the intervals (1) to (22).

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)는, 동작 모드가 제2 모드로 설정되어 있는 경우, 오버플로우 제어부(OFC)를 전구간에서 높은 상태로 유지할 수 있다. 특히, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 더 높게 유지될 수 있다. 왜냐하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 제2 모드의 동작에서는 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우되는 전하를 이미지 획득에 사용하기 때문에, 광전 변환 소자(PD)에서부터 오버플로우되는 전하가 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 오버플로우 되지 않고 전부 제1 전하 저장부(SN1)측으로 이동되어야 하기 때문이다.As described above, when the operation mode is set to the second mode, the imaging apparatus 100 according to the embodiment of the present invention may maintain the overflow control unit OFC in a high state in all the sections. In particular, the potential barrier of the overflow control unit OFC may be kept higher than the potential barrier of the shift switching unit SS. In the second mode of operation according to the embodiment of the present invention, since the charge overflowed from the photoelectric conversion element PD is used to acquire an image, the charge overflowing from the photoelectric conversion element PD is an overflow control unit. This is because all of them must be moved to the first charge storage unit SN1 without overflowing to the (OFC) side.

다만, 설명의 편의를 위하여 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 '전구간'에 대해서 항상 높은 상태(즉, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 높은 상태)를 유지하여야 한다고 설명하고 있으나, 본 발명의 목적을 달성하고자 하는 범위 내에서 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어와 동일하거나 낮은 상태로 변환되었다가 다시 높은 상태로 변환될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우 되는 전하의 모두를 이미지 획득에 사용하지 않을 수 있으므로(도 9의 (5) 구간 내지 (9) 구간 참조), 이러한 구간에서는, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어와 동일하거나 더 낮아지도록 제어할 수 있을 것이다.However, for convenience of description, it is explained that the potential barrier of the overflow control unit (OFC) should always be kept high (ie, higher than the potential barrier of the shift switching unit SS) with respect to the 'all section'. The potential barrier of the overflow control unit OFC may be converted to the same or lower state than the potential barrier of the shift switching unit SS and then converted to a high state within a range to achieve the object of the present invention. For example, according to one embodiment of the present invention, since all of the charges overflowing from the photoelectric conversion element PD may not be used for image acquisition (see (5) to (9) in FIG. 9), In this section, the potential barrier of the overflow control unit OFC may be controlled to be equal to or lower than the potential barrier of the shift switching unit SS.

한편, 설명의 편의를 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 전구간에서 항상 동일한 값을 유지하는 것과 같이 설명하였으나, 본 발명의 목적을 달성하고자 하는 범우 내에서 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 변경될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 필요한 구간에서, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 더 높게 유지가 된다면, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 변경되고 있어도 무방할 것이다.
On the other hand, for convenience of description, the potential barrier of the overflow control unit (OFC) has been described as maintaining the same value at all times, but the potential of the overflow control unit (OFC) in the range to achieve the object of the present invention The barrier can be changed. For example, in some necessary periods, if the potential barrier of the shift control unit SS is kept higher than the potential barrier of the overflow control unit OFC, the potential barrier may be changed.

전술한 바와 같이 획득된 오버플로우 전하량 및 광전 변환 소자 전하량에 기초하여, 동적 범위가 확장된 최종 이미지를 획득할 수 있게 된다. 즉, 획득된 오버플로우 전하량에 기초하여 획득될 수 있는 고조도 이미지 및 광전 변환 소자 전하량에 기초하여 획득될 수 있는 저조도 이미지에 기초하여 동적 범위가 확장된 최종 이미지가 획득될 수 있다.
Based on the overflow charge amount and the photoelectric conversion element charge amount obtained as described above, it is possible to obtain a final image having an extended dynamic range. That is, a final image having an extended dynamic range may be obtained based on the high illuminance image that may be obtained based on the obtained overflow charge amount and the low illuminance image that may be obtained based on the photoelectric conversion element charge amount.

3. 동작 모드의 자동 선택3. Automatic selection of operation mode

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 동작 모드를 선택하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 동작 모드를 선택하는 방법을 설명하기 위한 이미지 히스토그램의 일 예를 도시하는 도면이다.10 is a flowchart illustrating a method of selecting an operation mode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is an example of an image histogram for explaining a method of selecting an operation mode according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows.

본 발명의 일 실시예에 따라 동작 모드를 선택하는 것은 사용자 인터페이스(User Interface, UI) 등을 통하여 사용자로부터 입력된 값에 의해 수행될 수도 있으나, 이하에서 설명하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이미징 장치(100)의 판단에 의해 자동으로 선택되는 것일 수도 있다.Selecting an operation mode according to an embodiment of the present invention may be performed by a value input from a user through a user interface (UI), etc. As described below, an embodiment of the present invention It may be selected automatically by the determination of the imaging apparatus 100 according to.

이하에서, 설명하는 동작 모드의 선택을 위해 이미징 장치(100)는 모드 셀렉터(도면 미도시)를 구비할 수 있다. 즉, 이하에서 설명하는 자동으로 동작 모드를 선택하는 방법은 이미징 장치(100)에 구비된 모드 셀렉터에 의해 수행되는 것일 수 있다.Hereinafter, the imaging apparatus 100 may include a mode selector (not shown) to select an operation mode to be described. That is, the method of automatically selecting the operation mode described below may be performed by the mode selector included in the imaging apparatus 100.

이하에서는, 이미징 장치(100)가 자동으로 동작 모드를 선택하는 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of automatically selecting an operation mode by the imaging apparatus 100 will be described.

먼저, 이미징 장치(100)는 동작 모드 선택을 위한 이미지를 획득할 수 있다(S200).First, the imaging apparatus 100 may acquire an image for selecting an operation mode (S200).

단계 S200에서 획득되는 이미지는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라 획득된 것일 수 있다. 예를 들어, 단계 S200이 수행될 때, 이미 이미징 장치(100)에 설정되어 있는 동작 모드에 따라 획득된 이미지일 수 있다. 만약, 이미 설정되어 있는 동작 모드가 제2 모드인 경우, 단계 S200에서 획되는 이미지는 오버플로우 전하량에 기초하여 획득한 고조도 이미지, 광전 변환 소자 전하량에 기초하여 획득한 저조도 이미지 및 고조도 이미지와 저조도 이미지에 기초하여 획득한 최종 이미지 중 적어도 하나일 수 있다.The image acquired in step S200 may be obtained according to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to the embodiment of the present invention described above. For example, when step S200 is performed, the image may be an image acquired according to an operation mode that is already set in the imaging apparatus 100. If the operation mode that is already set is the second mode, the image captured in step S200 includes a high illuminance image obtained based on the overflow charge amount, a low illuminance image obtained based on the photoelectric conversion element charge amount, and a high illuminance image. It may be at least one of the final image obtained based on the low light image.

그러나, 단계 200에서 획득되는 이미지는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라 획득된 것에 한정되지 않는다.However, the image acquired in step 200 is not limited to the one acquired according to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to the embodiment of the present invention described above.

단계 S200에서 이미지를 획득하는 시기는 이하에서 설명할 단계 S210에 의해 동작 모드가 선택/설정되는 시기와 미리 정해져 있는 시간 범위 내에 수행된다. 예를 들어, 단계 S200은 단계 S210가 수행되는 시점 보다 미리 정해져 있는 시간(예를 들어, 1초 전, 2초 전, 0.5초 전 등) 이전에 수행될 수 있다. The time for acquiring the image in step S200 is performed within a predetermined time range with the time when the operation mode is selected / set by step S210 to be described below. For example, step S200 may be performed before a predetermined time (for example, 1 second ago, 2 seconds ago, 0.5 seconds ago, etc.) than a time point when step S210 is performed.

이미징 장치(100)를 통해, 동화상을 촬영하고자 하는 경우, 바람직하게는, 상기 미리 정해진 시간은, 이미징 장치(100)에 설정되어 있는 프레임과 프레임 간의 시간 간격일 수 있다. 즉, 동화상에 포함되는 제1 이미지(제1 프레임) 및 제2 이미지(제2 프레임, 제1 프레임의 바로 다음 프레임)를 가정할 때, 제1 이미지는 동작 모드를 자동으로 선택/설정하기 위한 이미지로 사용되고 제1 이미지에 기초하여 설정된 동작 모드에 따라서 제2 이미지가 촬영될 수 있다. 그러나, 이는 바람직한 실시예일 뿐이며, 자동 동작 모드 설정에 사용되는 이미지는 바로 직전 이미지(프레임)이 아닌 몇몇 프레임 이전의 프레임이 사용될 수도 있을 것이다.In the case where a moving image is to be captured by the imaging apparatus 100, the predetermined time may be a time interval between a frame set in the imaging apparatus 100 and a frame. That is, assuming a first image (first frame) and a second image (second frame, the next frame after the first frame) included in the moving picture, the first image is used to automatically select / set an operation mode. The second image may be captured according to an operation mode used as an image and set based on the first image. However, this is only a preferred embodiment, and an image used to set the automatic operation mode may use a frame before some frames other than the immediately preceding image (frame).

이미징 장치(100)를 통해, 정지화상을 촬영하고자 하는 경우, 바람직하게는, 상기 정지화상을 촬영하기 위한 신호(예를 들어, 사용자의 셔터 누름에 의해 발생하는 신호)의 발생 바로 직후 또는 바로 직전에 획득될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 셔터 누름에 의해 정지화상을 촬영하게 되는 경우, 반셔터와 같이, 실제 셔터가 완전히 눌리기 전의 시점에 단계 S200에 의한 이미지가 획득될 수 있으며, 이에 의해 획득된 이미지에 기초하여 동작 모드가 선택/설정된 후에, 셔터가 완전히 눌리게 되면 그 시점에 설정된 동작 모드에 따라 상기 정지 화상이 획득될 수 있다.
In the case where a still image is to be captured by the imaging apparatus 100, preferably, immediately after or immediately before the occurrence of a signal for photographing the still image (for example, a signal generated by a user pressing a shutter). Can be obtained. For example, when shooting a still image by pressing the user's shutter, the image of step S200 may be obtained at a time point before the actual shutter is completely pressed, such as a half shutter, and based on the obtained image After the operation mode is selected / set, when the shutter is completely pressed, the still image can be obtained according to the operation mode set at that time.

이어서, 이미징 장치(100)는 획득된 이미지에 기초하여 동작 모드를 선택/설정한다(S210).Next, the imaging apparatus 100 selects / sets an operation mode based on the acquired image (S210).

단계 S210에서 동작 모드를 설정/선택하기 위하여, 이하에서 설명할 방법들 중 하나의 방법 또는 이들의 조합에 의한 방법이 사용될 수 있다.
In order to set / select the operation mode in step S210, one of the methods described below, or a combination thereof may be used.

첫째, 이미징 장치(100)는 획득된 이미지의 히스토그램을 확인하고, 확인된 히스토그램에 기초하여 획득된 이미지의 속성이 미리 설정된 기준에 부합되는 경우 동작 모드를 제2 모드(광역 동적 범위 모드)로 설정할 수 있다.First, the imaging apparatus 100 checks the histogram of the acquired image, and sets the operation mode to the second mode (wide dynamic range mode) when the properties of the acquired image meet the preset criteria based on the confirmed histogram. Can be.

예를 들어, 이미징 장치(100)는 단계 S200에서 획득된 이미지를 분석하여 히스토그램을 획득할 수 있으며, 이에 따라 획득된 이미지의 인트라신 동적 범위(intra-scene dynamic range)가 결정될 수 있다. 즉, 획득된 이미지의 히스토그램이 도 11에 도시된 바와 같은 경우, 각 히스토그램 (a), (b) 및 (c)에 대해 획득된 이미지의 인트라신 동적 범위가 결정될 수 있다. 도 11의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 경우, 히스토그램이 넓은 조도 범위에 걸쳐서 형성되어 있는 것을 알 수 있으며, 이에 따라, 획득된 이미지의 인트라신 동적 범위는 넓다고 판단할 수 있는 반면, 도 11의 (c)에 도시된 바와 같은 경우, 히스토그램이 상대적으로 좁은 조도 범위에 걸쳐서 형성되어 있는 것을 알 수 있으며, 이에 따라, 획득된 이미지의 인트라신 동적 범위는 좁다고 판단할 수 있다. 이와 같은 경우, 이미징 장치(100)는 인트라신 동적 범위에 대한 임계값을 미리 설정해 두고, 단계 S200에서 획득된 인트라신 동적 범위의 값이 미리 설정된 임계값 이상이 되는 경우, 동작 모드를 제2 모드로 설정할 수 있다.For example, the imaging apparatus 100 may obtain a histogram by analyzing the image acquired in step S200, and thus an intra-scene dynamic range of the acquired image may be determined. That is, when the histogram of the acquired image is as shown in FIG. 11, the intracin dynamic range of the obtained image may be determined for each histogram (a), (b) and (c). As shown in (a) and (b) of FIG. 11, it can be seen that the histogram is formed over a wide illuminance range, and thus, it can be determined that the intracin dynamic range of the acquired image is wide. 11, (c), it can be seen that the histogram is formed over a relatively narrow illuminance range, and thus, it may be determined that the intracin dynamic range of the acquired image is narrow. In this case, the imaging apparatus 100 sets a threshold value for the intracin dynamic range in advance, and when the value of the intracin dynamic range obtained in step S200 becomes equal to or greater than the preset threshold, sets the operation mode to the second mode. Can be set to

전술한 예에서는, 이미징 장치(100)는 획득된 이미지의 속성 중 인트라신 동적 범위만을 고려하여 동작 모드를 선택/설정하는 것으로 설명하였으나, 이미지의 속성 중 인트라신 동적 범위 외에 다른 속성을 고려하여도 무방할 것이다.
In the above-described example, the imaging apparatus 100 is described as selecting / setting an operation mode in consideration of only the intracine dynamic range among the acquired attributes of the image, but considering other attributes other than the intracine dynamic range among the attributes of the image. It will be alright.

둘째, 이미징 장치(100)는 단계 S200에서 적어도 둘 이상의 이미지를 획득하고, 상기 획득된 둘 이상의 이미지들 간의 차이(difference)를 확인하고, 상기 확인된 차이에 따라 동작 모드를 선택/설정할 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 획득된 둘 이상의 이미지는 순차적으로 획득된 이미지들이다.Second, the imaging apparatus 100 may acquire at least two or more images in step S200, identify differences between the obtained two or more images, and select / set an operation mode according to the identified differences. More preferably, the obtained two or more images are images obtained sequentially.

일반적으로 글로벌 셔터(global shutter)는 빠르게 움직이는 피사체에 대한 이미지를 획득하고자 할 때, 이미지의 왜곡 없이 이미지를 획득하기 위하여 사용되는 방식이다.In general, a global shutter is a method used to acquire an image without distorting the image when an image of a fast moving subject is to be acquired.

한편, 동영상의 촬영 시, 순차적으로 획득된 둘 이상의 이미지들(서로 연속된 프레임들) 사이의 차이가 큰 경우에는 피사체의 움직임이 빠른 것으로 판단할 수 있다.Meanwhile, when capturing a video, when the difference between two or more images (sequential frames) sequentially obtained is large, it may be determined that the movement of the subject is fast.

따라서, 이미징 장치(100)는 이미지들 간의 차이에 대한 임계값을 미리 설정해 두고, 확인된 적어도 둘 이상의 이미지들 간의 차이가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 이미징 장치(100)는 동작 모드를 제1 모드(글로벌 셔터 모드)로 설정할 수 있다. 이 때, 이미징 장치(100)는 두 개의 이미지를 획득하여 상기 차이를 확인할 수도 있으나, 세 개 이상의 이미지를 획득하여 세 개 이상의 이미지들 간의 차이를 확인하여 동작 모드를 선택/설정하는 데 사용할 수 있을 것이다.Accordingly, the imaging apparatus 100 presets a threshold for the difference between the images, and when the difference between the at least two or more identified images is greater than or equal to the threshold, the imaging apparatus 100 sets the operation mode to the first mode. Can be set to (Global Shutter Mode). In this case, the imaging apparatus 100 may acquire the two images to check the difference, but may acquire the three or more images and check the difference between the three or more images, and may be used to select / set the operation mode. will be.

사용자가 본 발명에 따른 이미징 장치(100)를 이용하여 동화상이 아닌 정지화상을 촬영하고자 할 때에도, 단계 S200을 통해 적어도 둘 이상의 이미지를 상기 정지화상의 촬영 직전에 획득할 수 있을 것이다.Even when a user wants to capture a still image instead of a moving image using the imaging apparatus 100 according to the present invention, at least two or more images may be acquired immediately before the still image is captured through step S200.

전술한 바와 같이, 이미징 장치(100)가 자동으로 동작 모드를 설정하고 나면 이미징 장치(100)는 설정된 동작 모드에 따라 동작할 수 있다.As described above, after the imaging apparatus 100 automatically sets the operation mode, the imaging apparatus 100 may operate according to the set operation mode.

이미징 장치(100)는 동작 모드 설정을 위한 상기와 같은 동작들을 주기적으로 또는 실시간으로 계속하여 수행할 수 있다. 또는, 이미징 장치(100)는 사용자로부터 특별한 요청이 있는 경우에만 전술한 바와 같은 동작 모드 설정을 위한 동작들을 수행할 수도 있을 것이다.
The imaging apparatus 100 may continuously perform the above operations for setting an operation mode periodically or in real time. Alternatively, the imaging apparatus 100 may perform operations for setting the operation mode as described above only when there is a special request from the user.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 모드 선택을 위해 획득된 이미지를 사용하는 것에 대해서 설명하였다. 이 때, 이미지 획득을 위해 사용되는 센서와 자동 모드 선택을 위해 사용되는 센서가 동일한 것을 가정하여 설명하였으나 두 센서는 서로 동일하지 않아도 무방할 것이다. 즉, 자동 모드 선택을 위한 이미지를 획득하기 위한 센서가 별도로 구비되어도 될 것이다.
In the above, the use of the acquired image for automatic mode selection according to an embodiment of the present invention has been described. In this case, the sensor used for image acquisition and the sensor used for automatic mode selection are assumed to be the same, but the two sensors may not be identical to each other. That is, a sensor for acquiring an image for automatic mode selection may be separately provided.

4. 광역 동적 범위 모드 구동방법의 다른 실시예4. Another embodiment of the wide dynamic range mode driving method

도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한 이미징 장치의 구동 방법은 광역 동적 범위를 구현하기 위한 구동 방법의 일예이다. 이하에서 설명할 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법 또한 광역 동적 범위를 구현하기 위한 구동방법에 관한 것이다. 즉, 이하에서 설명할 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법은 전술한 제2 모드의 동작을 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구동방법을 대체할 수도 있으나, 이하의 방법은 독자적으로 광역 동적 범위를 구현하기 위한 구동방법으로 사용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.The driving method of the imaging apparatus described with reference to FIGS. 7 to 9 is an example of a driving method for implementing a wide dynamic range. A driving method of an imaging apparatus according to another embodiment of the present invention to be described below also relates to a driving method for implementing a wide dynamic range. That is, the driving method of the imaging apparatus according to another embodiment to be described below may replace the driving method of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention for the operation of the above-described second mode, but the following method is independent It can be known that it can be used as a driving method for implementing a wide dynamic range.

또한, 이하에서 설명할 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100)의 구동방법은 도 2를 참조하여 설명한 픽셀 어레이(111)에서 구현될 수도 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100)의 구동방법이 독자적으로 사용되는 경우, 오버플로우 제어부(OFC)는 포함되지 않을 수 있다.
In addition, the driving method of the imaging apparatus 100 according to another embodiment to be described below may be implemented in the pixel array 111 described with reference to FIG. 2, but the imaging apparatus 100 according to another embodiment of the present invention. When the driving method of is used independently, the overflow control unit (OFC) may not be included.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 픽셀 어레이의 구동방법을 설명하기 위한 타이밍도이며, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀의 각 구성요소들에 인가되는 제어신호들의 타이밍도이며, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치의 단위 픽셀 내에서 전하이동을 설명하기 위한 포텐셜 배리어를 도시한 도면이다.
12 is a timing diagram illustrating a method of driving a pixel array of an imaging apparatus according to another exemplary embodiment. FIG. 13 is applied to each component of a unit pixel of the imaging apparatus according to another exemplary embodiment. FIG. 14 is a diagram illustrating a potential barrier for explaining charge transfer in a unit pixel of an imaging apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치(100)를 이용하여 이미지를 획득하기 위해서, 픽셀 어레이(111)는 제6 구간(DR6) 동안 수행되는 축적 동작(integrating operation) 및 제7 구간(DR7) 동안 수행되는 읽기 동작(reading operation)을 수행한다.Referring to FIG. 12, in order to acquire an image using the imaging apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the pixel array 111 may include an integration operation performed during the sixth period DR6, and A reading operation performed during the seventh period DR7 is performed.

픽셀 어레이(111)는 축적 동작 및 읽기 동작을 순차적으로 반복 수행할 수 있으며, 상기 동작들의 한 세트가 수행되면 하나의 이미지가 획득될 수 있다.The pixel array 111 may sequentially repeat the accumulation operation and the read operation, and one image may be obtained when one set of the operations is performed.

축적 동작 및 읽기 동작은 모든 유효 픽셀들에 대해서 동시에 수행되지 않을 수 있다. 즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 동일한 컬럼에 포함되어 있는 유효 픽셀들에 대해서는, 축적 동작 및 읽기 동작이 동시에 수행될 수 있으나, 서로 다른 컬럼에 포함되어 있는 유효 픽셀들 사이에서는 축적 동작 및 읽기 동작이 서로 다른 시점에 수행될 수 있다. 즉, 모든 유효픽셀들에 대해서 동시에 수행되는 대신 라인별로 순차적으로 읽어내는 방식이 채택될 수 있다.
The accumulation operation and the read operation may not be performed simultaneously for all valid pixels. That is, as illustrated in FIG. 12, the accumulation operation and the read operation may be simultaneously performed on the valid pixels included in the same column, but the accumulation operation and the read operation may be performed between the effective pixels included in different columns. The operations may be performed at different times. That is, instead of being performed simultaneously for all valid pixels, a method of sequentially reading each line may be adopted.

축적 동작은 광전 변환 소자(PD)에 의해 입사광이 전하로 변환되는 동작을 포함한다. 또한, 축적 동작은, 광전 변환 소자(PD) 및/또는 제1 전하 저장부(SN1)의 클리어 동작(이하, 제3 클리어 동작), 제1 전하 저장부(SN1)의 클리어 동작(이하, 제4 클리어 동작) 및 제2 전하 저장부(SN2)의 클리어 동작(이하, 제5 클리어 동작)을 포함한다. 축적 동작에 대한 보다 구체적인 내용은 후술한다.The accumulation operation includes an operation in which incident light is converted into electric charge by the photoelectric conversion element PD. In addition, the accumulation operation includes the clear operation (hereinafter referred to as the third clear operation) of the photoelectric conversion element PD and / or the first charge storage unit SN1 and the clear operation of the first charge storage unit SN1 (hereinafter, referred to as 4 clear operation) and a clear operation of the second charge storage unit SN2 (hereinafter, referred to as a fifth clear operation). More details on the accumulation operation will be described later.

읽기 동작은 제1 전하 저장부(SN1)로부터 제2 전하 저장부(SN2)로 오버플로우된 전하들의 적어도 일부의 전하량을 읽어내는 제3 읽기 동작, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우된 전하들의 적어도 일부의 전하량을 읽어내는 제4 읽기 동작 및 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하량을 읽어내는 제5 읽기 동작을 포함할 수 있다.The read operation may include a third read operation of reading at least a portion of the charges of the charges overflowed from the first charge storage unit SN1 to the second charge storage unit SN2, and the first charge storage unit from the photoelectric conversion element PD. A fourth read operation of reading the charge amount of at least a portion of the charges overflowed to SN1 and a fifth read operation of reading the charge amount accumulated in the photoelectric conversion element PD may be included.

제3 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 고조도 이미지의 획득을 위해 사용되며, 제4 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 중조도 이미지의 획득을 위해 사용될 수 있고, 제5 읽기 동작에 의해 읽어낸 전하량의 값은 저조도 이미지의 획득을 위해 사용될 수 있다. 이 때, 제3 읽기 동작은 제4 읽기 동작 보다 더 먼저 수행될 수 있으며, 제4 읽기 동작은 제5 읽기 동작 보다 더 먼저 수행될 수 있다.The value of the charge amount read by the third read operation is used for obtaining the high illuminance image, and the value of the charge amount read by the fourth read operation may be used for the acquisition of the medium illuminance image, The value of the amount of charge read out can be used for the acquisition of a low light image. In this case, the third read operation may be performed earlier than the fourth read operation, and the fourth read operation may be performed earlier than the fifth read operation.

제3 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간(제3 축적 시간, third integration time)은 제4 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간(제4 축적 시간, fourth integration time) 보다 더 짧을 수 있으며, 제4 축적 시간은 제5 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간(제5 축적 시간, fifth integration time) 보다 더 짧을 수 있다. 예를 들어, 제3 축적 시간(T3), 제4 축적 시간(T4) 및 제5 축적 시간(T5)은 다음의 관계를 가질 수 있다.The time for accumulating charges to be read by the third read operation (third integration time) may be shorter than the time to accumulate charges to be read by the fourth read operation (fourth integration time). The fourth accumulation time may be shorter than the time of accumulating charges to be read by the fifth read operation (a fifth integration time). For example, the third accumulation time T3, the fourth accumulation time T4, and the fifth accumulation time T5 may have the following relationship.

1/5000 ≤ T3/T4 ≤ 1/51/5000 ≤ T3 / T4 ≤ 1/5

1/5000 ≤ T4/T5 ≤ 1/5
1/5000 ≤ T4 / T5 ≤ 1/5

만약, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100)의 구동방법이 전술한 제2 모드에 따른 구동방법을 대체하여 적용되는 경우, 전술한 축적 동작 및 읽기 동작이 수행되는 동안, 오버플로우 제어부(OFC)는 광전 변환 소자(PD)에 축적된 전하가 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 이동하지 않도록 한다. 즉, 모든 구간에서 오버플로우 제어부(OFC) 측으로 전하가 이동하지 못하도록 오버플로우 제어부(OFC)를 제어한다. 이를 위하여, 오버플로우 제어부(OFC)는 높은 포텐셜 배리어 상태를 유지하도록 한다. 예를 들어, 오버플로우 제어부(OFC)가 트랜지스터로 구성되는 경우, 상기 트랜지스터는 오프 상태를 유지하고 있을 수 있다. 특히, 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어보다 더 높게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
If the driving method of the imaging apparatus 100 according to another embodiment of the present invention is applied in place of the driving method according to the second mode described above, the overflow control unit during the above-described accumulation operation and the read operation is performed. (OFC) prevents the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD from moving to the overflow control unit OFC. That is, the overflow control unit OFC is controlled to prevent the charge from moving toward the overflow control unit OFC in all sections. To this end, the overflow control unit OFC maintains a high potential barrier state. For example, when the overflow control unit OFC includes a transistor, the transistor may be in an off state. In particular, the potential barrier of the overflow control unit OFC is preferably maintained higher than the potential barrier of the shift switching unit SS.

도 13 및 도 14를 참조하여, 각 단위 픽셀에서의 축적 동작 및 읽기 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
13 and 14, the accumulation operation and the read operation in each unit pixel will be described in more detail.

(1) 구간 내지 (4) 구간은, 제3 클리어 동작에 대응되는 구간으로써, 입사광에 대한 정확한 정보를 획득하기 위해, 입사광에 따른 전하량을 축적하는 축적 동작을 수행하기 전에 각 단위 픽셀들은 광전 변환 소자(PD)에 불필요하게 축적된 전하들을 클리어하기 위한 구간이다. 이에 대한 동작은, 도 9를 참조하여 설명한 (1) 구간 내지 (4) 구간에서 설명한 바와 동일하거나 유사하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.Sections (1) to (4) are sections corresponding to the third clear operation, and each unit pixel is subjected to photoelectric conversion before performing an accumulation operation for accumulating the charge amount according to the incident light, in order to obtain accurate information about the incident light. This is a section for clearing unnecessary charges accumulated in the device PD. Since the operation thereof is the same as or similar to that described in the sections (1) to (4) described with reference to FIG. 9, a detailed description thereof will be omitted.

(5) 구간을 통하여, 광전 변환 소자(PD)는 입사광에 의해 발생되는 전하들을 축적할 수 있다. 이 때, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어는 높은 상태를 유지할 수 있다. 즉, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어는 광전 변환 소자(PD)의 포텐셜 배리어 보다 높은 상태가 되도록 제어될 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동방법이 전술한 제2 모드에 적용될 경우, 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어는 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어 보다 낮은 상태를 유지하도록 상기 쉬프트 스위칭부(SS) 및 오버플로우 제어부(OFC)가 제어될 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(PD)의 용량(capacity)이 오버플로우 제어부(OFC)의 포텐셜 배리어가 아닌 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어에 의해 결정될 수 있도록 할 수 있다. Through the section (5), the photoelectric conversion element PD may accumulate charges generated by incident light. In this case, the potential barrier of the shift switching unit SS may maintain a high state. That is, the potential barrier of the shift switching unit SS may be controlled to be higher than the potential barrier of the photoelectric conversion element PD. However, when the driving method according to another embodiment of the present invention is applied to the above-described second mode, the shift switching unit SS maintains the potential barrier lower than the potential barrier of the overflow control unit OFC. The unit SS and the overflow control unit OFC may be controlled. That is, the capacitance of the photoelectric conversion element PD may be determined by the potential barrier of the shift switching unit SS, not the potential barrier of the overflow control unit OFC.

도 14에 도시된 (5) 구간에는 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하가 제1 전하 저장부(SN1) 측으로 오버플로우된 것을 도시하고 있으나, (5) 구간에서 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 전하가 광전 변환 소자(PD)의 용량보다 더 적다면, 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우 되지 않을 수 있다.In FIG. 14, the overflow charge of the photoelectric conversion element PD overflows to the first charge storage part SN1, but in the section (5), the photoelectric conversion element PD If the generated charge is less than the capacity of the photoelectric conversion element PD, it may not overflow to the first charge storage unit SN1.

일반적으로, 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하들은 이미지 형성에 사용하지 않고 제거될 수 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따르면, 광전 변환 소자(PD)의 오버플로우 전하들의 적어도 일부를 이용하여 이미지 형성에 사용하도록 한다.In general, the overflow charges of the photoelectric conversion element PD may be removed without being used for image formation, but according to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to another embodiment of the present invention, the photoelectric conversion element PD At least a portion of the overflow charges) are used to form the image.

(6) 구간 및 (7) 구간에서는, 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우 되어 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들의 일부를 제거하기 위한 제4 클리어 동작 및 제5 클리어 동작이 수행될 수 있다. 이어서, (8) 구간 및 (9) 구간을 통해, 제1 전하 저장부(SN1)가 다시 광전 변환 소자(PD)로부터 오버플로우 되는 전하들을 축적할 수 있는 상태를 만들 수 있다. (6) 구간 내지 (9) 구간에 대한 설명은 도 9의 (6) 구간 내지 (9) 구간에 대한 설명으로 갈음한다.In sections (6) and (7), a fourth clear operation and a fifth clear operation are performed to remove some of the electric charges overflowed from the photoelectric conversion element PD and accumulated in the first charge storage unit SN1. Can be. Subsequently, through the sections (8) and (9), it is possible to create a state in which the first charge storage unit SN1 may again accumulate charges overflowing from the photoelectric conversion element PD. The description of the sections (6) to (9) is replaced with the description of the sections (6) to (9) of FIG. 9.

이어서, (10) 구간을 통해, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우된 전하들이 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된다. 만약, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우된 전하량이 제1 전하 저장부(SN1)의 용량보다 더 많은 경우, 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들도 오버플로우될 수 있다. 이 때, 제1 전하 저장부(SN1)로부터 오버플로우 되는 전하들이 제2 전하 저장부(SN2)측으로 오버플로우될 수 있도록 전송 스위칭부(TS)의 포텐셜 배리어는 쉬프트 스위칭부(SS)의 포텐셜 배리어와 동일하거나 더 낮게 제어될 수 있다.Subsequently, charges overflowed from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage unit SN1 are accumulated in the first charge storage unit SN1 through the section (10). If the amount of charges overflowed from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage unit SN1 is greater than the capacity of the first charge storage unit SN1, the charge accumulated in the first charge storage unit SN1 is increased. Can also overflow. At this time, the potential barrier of the transfer switching unit TS is the potential barrier of the shift switching unit SS so that the charges overflowing from the first charge storage unit SN1 may overflow to the second charge storage unit SN2. Can be controlled equal to or lower than

(11) 구간에서는, 제1 전하 저장부(SN1)로부터 오버플로우되는 전하들을 제2 전하 저장부(SN2)에 축적하기 위하여, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 높은 상태로 변환할 수 있다. 즉, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어가 제2 전하 저장부(SN2)의 포텐셜 배리어 보다 더 크도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 리셋 스위칭부(RS)에 인가되어 있던 리셋 신호(RSx)가 제거될 수 있다.In the section (11), in order to accumulate charges overflowing from the first charge storage unit SN1 in the second charge storage unit SN2, the potential barrier of the reset switching unit RS may be changed to a high state. . That is, the potential barrier of the reset switching unit RS may be larger than the potential barrier of the second charge storage unit SN2. For example, the reset signal RSx applied to the reset switching unit RS may be removed.

(11) 구간의 동작이 수행되는 시간은, 제3 축적 시간(T3, 제3 읽기 동작에 의해 읽어낼 전하를 축적하는 시간)에 의해 결정될 수 있다. The time for which the operation of the section (11) is performed may be determined by the third accumulation time (T3, the time for accumulating the charge to be read by the third read operation).

아울러, (11) 구간에서 제3 읽기 동작이 수행될 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(PD)로부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우되고, 제1 전하 저장부(SN1)에서도 제2 전하 저장부(SN2)로 오버플로우되는 전하량을 제3 읽기 동작에 의해 읽어낼 수 있다.In addition, a third read operation may be performed in section (11). That is, the amount of charge that overflows from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage unit SN1 and also overflows from the first charge storage unit SN1 to the second charge storage unit SN2 in the third read operation. Can be read by

상기 제3 읽기 동작에 의해 획득된 오버플로우 전하량은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 고조도 이미지를 획득하는데 사용되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.The overflow charge amount obtained by the third read operation is used to acquire a high illuminance image according to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to another embodiment of the present invention, and thus, the wide dynamic range WDR ) Can be implemented.

제3 읽기 동작에서 읽어낼 오버플로우 전하량을 축적하는 시간인 제3 축적 시간은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 높다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제5 조도임계값 이상인 경우), 상기 제3 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다. 반대로, 분석 결과, 조도가 크게 높지 않다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제6 조도임계값 이하인 경우), 상기 제3 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다.The third accumulation time, which is a time for accumulating the amount of overflow charge to be read in the third read operation, may always be a constant value, but may also be a value that may be changed in real time or periodically by analyzing at least one image that has already been acquired. have. For example, if the analysis result of at least one image acquired already, it is determined that the roughness is very high (that is, more than the fifth preset illuminance threshold), the third accumulation time is used to acquire the previous image Can be shorter than On the contrary, if the analysis results that it is determined that the illuminance is not very high (ie, below the preset sixth illuminance threshold value), the third accumulation time may be longer than that used to acquire the previous image.

한편, 상기 제3 축적시간은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제3 축적 시간을 서로 다르게 설정할 수 있다.Meanwhile, the third accumulation time may be equally applied to all valid pixels included in the pixel array 111, but may be set differently for the valid pixels. For example, by analyzing at least one image that has already been acquired, the illuminance distribution for each valid pixel can be identified and applied to each pixel similarly to the above, based on the illuminance distribution for each valid pixel. The third accumulation time to be set can be set differently.

제3 축적 시간은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구현하고자 하는 동적 범위(Dynamic Range)의 확장과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 전술한 바에 한정되지 않는 다양한 방식에 의해서 제어될 수 있을 것이다.Since the third accumulation time is very closely related to the extension of the dynamic range to be implemented according to another embodiment of the present invention, the third accumulation time may be controlled by various methods not limited to the above.

이어서, (12) 구간을 통해, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들을 리셋시킬 수 있다. 즉, 리셋 스위칭부(RS)의 포텐셜 배리어를 낮은 상태로 변환함으로써, 제2 전하 저장부(SN2)에 축적되어 있던 전하들이 전원전압(VDD)이 인가되고 있는 리셋 스위칭부(RS)의 제1 단자 측으로 빠져나갈 수 있도록 할 수 있다. Subsequently, the charges accumulated in the second charge storage unit SN2 may be reset through the section (12). That is, by converting the potential barrier of the reset switching unit RS to a low state, the charges accumulated in the second charge storage unit SN2 are applied to the first of the reset switching unit RS to which the power supply voltage VDD is applied. It can be pulled out to the terminal side.

이어서, (13) 구간 내지 (17) 구간을 통해, 제4 읽기 동작이 수행될 수 있다. 즉, 광전 변환 소자(PD)에서부터 제1 전하 저장부(SN1)로 오버플로우되어 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하량을 읽어낼 수 있다. 이를 위해, (14) 구간 내지 (16) 구간을 통해 제1 전하 저장부(SN1)에 축적된 전하들을 제2 전하 저장부(SN2)로 이동시킬 수 있으며, 이어서, (17) 구간에서 제2 전하 저장부(SN2)에 축적된 전하량을 읽어낼 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은, 도 9를 참조하여 설명한 (10) 구간 내지 (15) 구간에 대한 설명으로 갈음한다.Subsequently, a fourth read operation may be performed through the sections (13) to (17). That is, the amount of charge accumulated in the first charge storage unit SN1 due to overflow from the photoelectric conversion element PD to the first charge storage unit SN1 may be read. To this end, the charges accumulated in the first charge storage unit SN1 may be transferred to the second charge storage unit SN2 through the sections (14) to (16), and then, in the section (17), the second may be moved. The amount of charge accumulated in the charge storage unit SN2 can be read. Detailed description thereof will be replaced with the description of the section (10) to the section (15) described with reference to FIG.

상기 제4 읽기 동작에 의해 획득된 광전 변환 소자 전하량은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 중조도 이미지를 획득하는데 사용되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.The amount of charge of the photoelectric conversion element obtained by the fourth read operation is used to acquire the light intensity image according to the imaging apparatus 100 and the driving method thereof according to another embodiment of the present invention, and thus WDR) can be implemented.

제4 읽기 동작에서 읽어낼 오버플로우 전하량을 축적하는 시간인 제4 축적 시간은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 높다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제7 조도임계값 이상인 경우), 상기 제4 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다. 반대로, 분석 결과, 조도가 크게 높지 않다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제8 조도임계값 이하인 경우), 상기 제4 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다.The fourth accumulation time, which is a time for accumulating the overflow charge amount to be read in the fourth read operation, may always be a constant value, but may also be a value that may be changed in real time or periodically by analyzing at least one image that has already been acquired. have. For example, if the analysis result of at least one image acquired already, it is determined that the illuminance is very high (that is, more than the preset seventh illuminance threshold value), the fourth accumulation time is used to acquire the previous image Can be shorter than On the contrary, if it is determined that the illuminance is not significantly high (that is, less than or equal to the preset eighth illuminance threshold), the fourth accumulation time may be longer than that used to acquire the previous image.

한편, 상기 제4 축적시간은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제4 축적 시간을 서로 다르게 설정할 수 있다.The fourth accumulation time may be equally applied to all valid pixels included in the pixel array 111, but may be set differently for the valid pixels. For example, by analyzing at least one image that has already been acquired, the illuminance distribution for each valid pixel can be identified and applied to each pixel similarly to the above, based on the illuminance distribution for each valid pixel. The fourth accumulation time to be set can be set differently.

제4 축적 시간은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구현하고자 하는 동적 범위(Dynamic Range)의 확장과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 전술한 바에 한정되지 않는 다양한 방식에 의해서 제어될 수 있을 것이다.Since the fourth accumulation time is very closely related to the extension of the dynamic range to be implemented according to another embodiment of the present invention, it may be controlled by various methods not limited to the above.

이어서, (18) 구간 내지 (23) 구간을 통하여, 제5 읽기 동작이 수행될 수 있다. 즉, 입사광에 의해 광전 변환 소자(PD)에 생성되어 축적된 전하들은 제1 전하 저장부(SN1)를 거쳐 제2 전하 저장부(SN2)로 이동하게 되며, 이어서, 제2 전하 저장부(SN2)로 이동된 전하량을 읽어냄으로써 제5 읽기 동작이 수행될 수 있다. (18) 구간 내지 (23) 구간을 통해 수행되는 제5 읽기 동작은, 도 9를 참조하여 설명한 (16) 구간 내지 (22) 구간에서 설명한 동작과 동일하거나 유사하다.Subsequently, a fifth read operation may be performed through the sections (18) to (23). That is, charges generated and accumulated in the photoelectric conversion element PD by the incident light are transferred to the second charge storage unit SN2 through the first charge storage unit SN1, and then, the second charge storage unit SN2. The fifth read operation may be performed by reading the amount of charge transferred to). The fifth read operation performed through the sections (18) to (23) is the same as or similar to the operation described in the sections (16) to (22) described with reference to FIG. 9.

상기 제5 읽기 동작에 의해 획득된 오버플로우 전하량은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100) 및 그 구동방법에 따라, 저조도 이미지를 획득하는데 사용되며, 이에 따라 광역 동적 범위(WDR)을 구현할 수 있게 된다.The overflow charge amount obtained by the fifth read operation is used to acquire a low light image according to the imaging apparatus 100 and a driving method thereof according to another embodiment of the present invention, and thus, a wide dynamic range (WDR) Can be implemented.

제5 읽기 동작에서 읽어낼 오버플로우 전하량을 축적하는 시간인 제5 축적 시간은 항상 일정한 값일 수도 있으나, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써 실시간으로 또는 주기적으로 피드백을 받아 변경될 수 있는 값일 수도 있다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지의 분석 결과, 조도가 매우 높다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제9 조도임계값 이상인 경우), 상기 제5 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 짧아질 수 있다. 반대로, 분석 결과, 조도가 크게 높지 않다고 판단되는 경우(즉, 미리 설정된 제10 조도임계값 이하인 경우), 상기 제5 축적 시간은 이전 이미지의 획득에 사용된 것보다 더 길어질 수 있다.The fifth accumulation time, which is a time for accumulating the overflow charge amount to be read in the fifth read operation, may always be a constant value, but may also be a value that may be changed in real time or periodically by analyzing at least one image acquired. have. For example, if the analysis result of at least one image already acquired, the illuminance is determined to be very high (that is, more than the preset ninth illuminance threshold), the fifth accumulation time is used to acquire the previous image Can be shorter than On the contrary, when the analysis results that it is determined that the illuminance is not significantly high (that is, less than or equal to the preset tenth illuminance threshold), the fifth accumulation time may be longer than that used to acquire the previous image.

한편, 상기 제5 축적시간은 픽셀 어레이(111)에 포함되어 있는 모든 유효 픽셀들에 대해서 모두 동일하게 적용될 수 있으나, 유효 픽셀들에 대해서 서로 다르게 설정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이미 획득된 적어도 하나의 이미지를 분석함으로써, 각 유효 픽셀들에 대한 조도 분포를 확인할 수 있으며, 각 유효픽셀들에 대한 조도 분포에 기초하여, 전술한 바와 유사하게 각 픽셀들에 적용할 제5 축적 시간을 서로 다르게 설정할 수 있다.Meanwhile, the fifth accumulation time may be equally applied to all valid pixels included in the pixel array 111, but may be set differently for the valid pixels. For example, by analyzing at least one image that has already been acquired, the illuminance distribution for each valid pixel can be identified and applied to each pixel similarly to the above, based on the illuminance distribution for each valid pixel. The fifth accumulation time to be set can be set differently.

제5 축적 시간은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구현하고자 하는 동적 범위(Dynamic Range)의 확장과 매우 밀접한 관련이 있으므로, 전술한 바에 한정되지 않는 다양한 방식에 의해서 제어될 수 있을 것이다.
Since the fifth accumulation time is very closely related to the extension of the dynamic range to be implemented according to another embodiment of the present invention, the fifth accumulation time may be controlled by various methods not limited to the above.

각 단위 픽셀은 전술한 바와 같은 동작을 계속하여 반복적으로 수행하게 된다. 보다 구체적으로, 각 단위 픽셀은 (1) 구간 내지 (23) 구간의 동작을 수행한 후, 다시 (1) 구간 내지 (23) 구간의 동작을 다시 수행할 수 있다.Each unit pixel continues to perform the above-described operation repeatedly. More specifically, each unit pixel may perform operations in the intervals (1) to (23) and then again perform the operations in the (1) to (23) intervals.

전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 장치(100)의 구동방법에 의하면, 제1 전하 저장부(SN1)에서 오버플로우 되는 전하들의 적어도 일부를 이미지 획득에 사용할 수 있게 됨으로써, 도 9를 참조하여 설명한 구동방법 보다 더 넓은 동적 범위를 이미징 장치(100)가 가질 수 있도록 할 수 있게 된다.
As described above, according to the driving method of the imaging apparatus 100 according to another embodiment of the present invention, at least some of the electric charges overflowed in the first charge storage unit SN1 may be used for image acquisition. The imaging apparatus 100 may have a wider dynamic range than the driving method described with reference to FIG. 9.

Claims (14)

광전 변환 소자, 상기 광전 변환 소자 일측에 배치되는 쉬프트 스위칭부, 상기 광전 변환 소자의 다른 일측에 배치되는 오버플로우 제어부, 상기 쉬프트 스위칭부 일측에 배치되는 제1 전하 저장부, 상기 제1 전하 저장부 일측에 배치되는 전송 스위칭부, 상기 전송 스위칭부 일측에 배치되는 제2 전하 저장부 및 상기 제2 전하 저장부 일측에 배치되는 리셋 스위칭부를 포함하는 복수의 픽셀;
상기 복수의 픽셀에 신호를 인가하는 제어회로; 및
피사체의 움직임 및 동적 범위(dynamic range) 중 적어도 하나에 기초하여, 글로벌 셔터를 위한 제1 모드 및 광역 동적 범위(Wide Dynamic Range, WDR)를 위한 제2 모드 중 하나를 선택하는 모드 셀렉터를 포함하고,
상기 모드 셀렉터는,
적어도 2개 이상의 연속하여 촬영된 이미지들 사이의 차이(difference)에 기초하여, 상기 피사체의 움직임의 정도를 판단하는
이미징 장치.
A photoelectric conversion element, a shift switching unit disposed on one side of the photoelectric conversion element, an overflow control unit disposed on the other side of the photoelectric conversion element, a first charge storage unit disposed on one side of the shift switching unit, and the first charge storage unit A plurality of pixels including a transfer switching unit disposed at one side, a second charge storage unit disposed at one side of the transfer switching unit, and a reset switching unit disposed at one side of the second charge storage unit;
A control circuit for applying a signal to the plurality of pixels; And
A mode selector for selecting one of a first mode for a global shutter and a second mode for a wide dynamic range (WDR) based on at least one of the subject's movement and dynamic range; ,
The mode selector is,
Determining the degree of movement of the subject based on a difference between at least two consecutively taken images
Imaging device.
제 1 항에 있어서, 상기 제어회로는,
상기 제1 모드가 선택된 경우, 구간에 따라, 상기 오버플로우 제어부에 의해 형성되는 포텐셜 베리어를 변경시키고,
상기 제2 모드가 선택된 경우, 상기 오버플로우 제어부에 의해 형성되는 포텬셀 베리어를 높게 유지하는
이미징 장치.
The method of claim 1, wherein the control circuit,
When the first mode is selected, the potential barrier formed by the overflow control unit is changed according to the section.
When the second mode is selected, maintaining the fortune cell barrier formed by the overflow controller is high.
Imaging device.
제 1 항에 있어서, 상기 제어회로는,
상기 제1 모드가 선택된 경우, 제1 구간에서는, 상기 오버플로우 제어부의 포텐셜 배리어를 상기 쉬프트 스위칭부의 포텐셜 배리어 보다 더 높게 유지하되, 제2 구간에서는, 상기 오버플로우 제어부의 포텐셜 배리어를 상기 쉬프트 스위칭부의 포텐셜 배리어 보다 더 낮게 유지하며,
상기 제2 모드가 선택된 경우, 상기 오버플로우 제어부의 포텐셜 배리어는 항상 상기 쉬프트 스위칭부의 포텐셜 배리어보다 더 높게 유지하는
이미징 장치.
The method of claim 1, wherein the control circuit,
When the first mode is selected, the potential barrier of the overflow controller is maintained higher than the potential barrier of the shift switch in the first section. In the second section, the potential barrier of the overflow controller is set in the shift switch. Keep it lower than the potential barrier,
When the second mode is selected, the potential barrier of the overflow controller is always kept higher than the potential barrier of the shift switching unit.
Imaging device.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 모드 셀렉터는,
상기 차이(difference)가 미리 정해진 기준보다 큰 경우, 상기 제1 모드를 선택하는
이미징 장치.
The method of claim 1, wherein the mode selector is
If the difference is greater than a predetermined criterion, selecting the first mode
Imaging device.
제 1 항에 있어서,
상기 동적 범위는 인트라신 동적 범위(intra-scene dynamic range)인
이미징 장치.
The method of claim 1,
The dynamic range is intra-scene dynamic range
Imaging device.
제 1 항에 있어서, 상기 모드 셀렉터는,
적어도 하나의 촬영된 이미지의 히스토그램 분포에 기초하여 상기 동적 범위를 결정하는
이미징 장치.
The method of claim 1, wherein the mode selector is
Determining the dynamic range based on a histogram distribution of at least one captured image
Imaging device.
제 8 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 촬영된 이미지는, 현재 활영하고자 하는 이미지 보다 미리 정해진 시간 이전에 촬영된 것인
이미징 장치.
The method of claim 8,
The at least one photographed image is taken before a predetermined time prior to an image currently being played.
Imaging device.
제 8 항에 있어서, 상기 모드 셀렉터는,
상기 동적 범위가 미리 정해진 기준보다 큰 경우, 상기 제2 모드를 선택하는
이미징 장치.
The method of claim 8, wherein the mode selector,
Selecting the second mode when the dynamic range is greater than a predetermined criterion
Imaging device.
제 1 항에 있어서, 상기 제어회로는,
상기 제1 모드로 설정되어 있는 경우, 상기 복수의 픽셀들에 구비된 광전 변환 소자에 축적된 전하를 상기 제1 전하 저장부로 동시에 쉬프트시키는
이미징 장치.
The method of claim 1, wherein the control circuit,
When set to the first mode, the charges accumulated in the photoelectric conversion elements included in the plurality of pixels are simultaneously shifted to the first charge storage unit.
Imaging device.
제 11 항에 있어서, 상기 제어회로는,
상기 제1 전하 저장부로 쉬프트된 전하를 순차적으로 읽어내는 제1 읽기 동작을 수행하는
이미징 장치.
The method of claim 11, wherein the control circuit,
Performing a first read operation of sequentially reading the shifted charges into the first charge storage unit;
Imaging device.
제 1 항에 있어서, 상기 제어회로는,
상기 제2 모드로 설정되어 있는 경우, 상기 복수의 픽셀들에 구비된 광전 변환 소자에 축적된 전하를 상기 제1 전하 저장부 및/또는 상기 제2 전하 저장부로 순차적으로 쉬프트시키는
이미징 장치.
The method of claim 1, wherein the control circuit,
When set to the second mode, the charges accumulated in the photoelectric conversion elements included in the plurality of pixels are sequentially shifted to the first charge storage unit and / or the second charge storage unit.
Imaging device.
제 13 항에 있어서, 상기 제어회로는,
상기 제2 모드로 설정되어 있는 경우,
상기 쉬프트 스위칭부의 동작과 무관하게 상기 광전 변환 소자로부터 상기 제1 전하 저장부로 오버플로우된 전하들의 전하량을 읽어내는 제1 읽기 동작 및 상기 광전 변환 소자에 축적된 전하량을 읽어내는 제2 읽기 동작을 하는
이미징 장치.The method of claim 13, wherein the control circuit,
When set to the second mode,
Regardless of an operation of the shift switching unit, a first read operation of reading the amount of charges overflowed from the photoelectric conversion element to the first charge storage unit and a second read operation of reading the amount of charge accumulated in the photoelectric conversion element are performed.
Imaging device.

Images