KR20150145537A

KR20150145537A - 이미지 센서 구동 방법, 이를 채용한 이미지 센서 및 이를 포함하는 휴대용 전자 기기

Info

Publication number: KR20150145537A
Application number: KR1020140075558A
Authority: KR
Inventors: 오민석; 김영찬; 심은섭; 임무섭
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2015-12-30
Also published as: KR102191245B1; US20150373291A1; US10136082B2

Abstract

이미지 센서는 픽셀 어레이, 상관 이중 샘플링부, 아날로그-디지털 변환부 및 이미지 보상부를 포함한다. 픽셀 어레이는 광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀을 구비한다. 상관 이중 샘플링부는 단위 픽셀에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행하되, 제 1 리드 아웃 구간에서 이미지 신호를 리드 아웃하고, 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간에서 광 노이즈 신호를 리드 아웃한다. 아날로그-디지털 변환부는 이미지 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하고, 광 노이즈 신호를 제 2 디지털 신호로 변환한다. 이미지 보상부는 제 1 디지털 신호로부터 제 2 디지털 신호를 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성한다.

Description

이미지 센서 구동 방법, 이를 채용한 이미지 센서 및 이를 포함하는 휴대용 전자 기기{METHOD OF DRIVING AN IMAGE SENSOR, IMAGE SENSOR EMPLOYING THE SAME, AND PORTABLE ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 글로벌 셔터(global shutter) 방식의 이미지 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 이미지 센서 구동 방법, 이를 채용한 이미지 센서 및 이를 포함하는 휴대용 전자 기기에 관한 것이다.

이미지 센서는 피사체에 의해 반사된 광을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 반도체 소자로서 디지털 카메라, 휴대폰 등과 같은 휴대용 전자 기기에 광범위하게 사용되고 있다. 일반적으로, 이미지 센서는 씨씨디(Charged Coupled Device; CCD) 이미지 센서와 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS) 이미지 센서로 구분되는데, 최근에는 제조 비용이 저렴하고, 전력 소모가 적으며, 주변 회로와의 집적이 용이한 씨모스 이미지 센서가 상대적으로 보다 주목을 받고 있다. 나아가, 씨모스 이미지 센서는 롤링 셔터(rolling shutter) 방식의 씨모스 이미지 센서와 글로벌 셔터(global shutter) 방식의 씨모스 이미지 센서로 구분되는데, 모션 블러(motion blur), 젤로 효과(jello effect) 등의 이미지 왜곡이 적은 글로벌 셔터 방식의 씨모스 이미지 센서에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 글로벌 셔터 방식의 씨모스 이미지 센서에서는 광전 변환 소자에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 누설(light leakage), 암 전류(dark current) 등(이하, 광 노이즈(light noise)로 명명함)에 의해 이미지 품질 저하가 야기될 수 있다.

본 발명의 일 목적은 글로벌 셔터 방식의 씨모스 이미지 센서에서 광전 변환 소자에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 노이즈에 의해 이미지 품질 저하가 야기되는 것을 방지할 수 있는 이미지 센서 구동 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 이미지 센서 구동 방법에 의해 구동되는 이미지 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이미지 센서를 포함하는 휴대용 전자 기기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 구동 방법은 단위 픽셀들 각각이 광전 변환 소자에 의해 생성된 축적 전하들을 전하 저장 소자를 거쳐 플로팅 확산 노드로 전달하는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서를 구동할 수 있다. 구체적으로, 상기 이미지 세서 구동 방법은 광전 변환 구간에서 상기 단위 픽셀들로 하여금 상기 축적 전하들을 상기 광전 변환 소자에서 상기 전하 저장 소자로 동시에 전달하도록 제어하는 단계, 제 1 리드 아웃(read-out) 구간에서 상기 단위 픽셀들에 대해 제 1 상관 이중 샘플링(correlated double sampling) 동작을 상기 단위 픽셀들의 스캔(scan) 위치에 따라 순차적으로 수행하여 이미지 신호를 리드 아웃하는 단계, 상기 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간에서 상기 단위 픽셀들에 대해 제 2 상관 이중 샘플링 동작을 상기 스캔 위치에 따라 순차적으로 수행하여 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 단계, 및 상기 이미지 신호로부터 상기 광 노이즈 신호를 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 보상된 이미지 신호는 상기 광 노이즈 신호에 상기 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 상기 이미지 신호로부터 감산함으로써 생성될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 보상 비율은 일 프레임(frame) 내에서 스캔 순서가 늦을수록 커질 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 보상 비율은 상기 제 1 리드 아웃 구간에서 하나의 스캔 라인에 대해 상기 제 1 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 1 시간을 상기 스캔 라인에 대해 상기 제 1 상관 이중 샘플링 동작이 종료된 후부터 상기 제 2 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 2 시간으로 나눈 값일 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 2 리드 아웃 구간은 상기 제 1 리드 아웃 구간보다 짧게 설정될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 1 상관 이중 샘플링 동작은 상기 이미지 신호를 리드 아웃하기 위한 제 1 리셋 성분 출력 동작과 제 1 신호 성분 출력 동작을 포함하고, 상기 제 2 상관 이중 샘플링 동작은 상기 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 제 2 리셋 성분 출력 동작과 제 2 신호 성분 출력 동작을 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 2 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 구간은 상기 제 1 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 구간보다 짧게 설정될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 2 신호 성분 출력 동작이 수행되는 제 2 신호 성분 출력 구간은 상기 제 1 신호 성분 출력 동작이 수행되는 제 1 신호 성분 출력 구간보다 짧게 설정될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 2 신호 성분 출력 구간은, 상기 이미지 센서가 동작하는 초당 프레임 수(frame per second)가 많을수록 짧게 설정되고, 상기 이미지 센서가 동작하는 상기 초당 프레임 수가 적을수록 길게 설정될 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀을 구비한 픽셀 어레이, 상기 단위 픽셀에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행하되 제 1 리드 아웃 구간에서 이미지 신호를 리드 아웃하고 상기 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간에서 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 상관 이중 샘플링부, 상기 이미지 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하고 상기 광 노이즈 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부, 및 상기 제 1 디지털 신호로부터 상기 제 2 디지털 신호를 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성하는 이미지 보상부를 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 픽셀 어레이, 상기 상관 이중 샘플링부, 상기 아날로그-디지털 변환부 및 상기 이미지 보상부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 보상된 이미지 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 최종 이미지 신호를 출력하는 디지털 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 상관 이중 샘플링부는 상기 아날로그-디지털 변환부의 내부에 위치할 수 있고, 상기 이미지 보상부는 상기 디지털 신호 처리부의 내부에 위치할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 단위 픽셀은 상기 입사광을 수신하여 전하들로 변환하고 상기 전하들을 축적하여 상기 축적 전하들을 생성하는 광전 변환 소자, 상기 축적 전하들을 저장하는 전하 저장 소자, 상기 광전 변환 소자와 상기 전하 저장 소자 사이에 연결되고 제 1 트랜스퍼 신호에 기초하여 동작하는 제 1 트랜스퍼 트랜지스터, 상기 전하 저장 소자와 플로팅 확산 노드 사이에 연결되고 제 2 트랜스퍼 신호에 기초하여 동작하는 제 2 트랜스퍼 트랜지스터, 상기 플로팅 확산 노드와 고전원 전압 사이에 연결되고 리셋 신호에 기초하여 동작하는 리셋 트랜지스터, 상기 고전원 전압에 연결되고 상기 플로팅 확산 노드로 전달된 상기 축적 전하들에 기초하여 동작하는 센싱 트랜지스터, 및 상기 센싱 트랜지스터와 출력 단자 사이에 연결되고 로우 셀렉트 신호에 기초하여 동작하는 셀렉트 트랜지스터를 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 단위 픽셀은 상기 고전원 전압과 상기 광전 변환 소자 사이에 연결되고 오버플로우 신호에 기초하여 동작하는 오버플로우 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 광전 변환 소자는 포토다이오드, 포토트랜지스터, 또는 핀드 포토다이오드이고, 상기 전하 저장 소자는 스토리지 다이오드일 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 이미지 보상부는 상기 제 2 디지털 신호에 상기 단위 픽셀의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 상기 제 1 디지털 신호로부터 감산함으로써 상기 보상된 이미지 신호를 생성할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 보상 비율은 일 프레임 내에서 스캔 순서가 늦을수록 커질 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 보상 비율은 상기 제 1 리드 아웃 구간에서 하나의 스캔 라인에 대해 상기 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 1 시간을 상기 제 1 리드 아웃 구간에서의 상기 상관 이중 샘플링 동작이 종료된 후부터 상기 스캔 라인에 대해 상기 제 2 리드 아웃 구간에서의 상기 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 2 시간으로 나눈 값일 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 2 리드 아웃 구간은 상기 제 1 리드 아웃 구간보다 짧게 설정되고, 상기 제 2 리드 아웃 구간에서 상기 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 구간은 상기 제 1 리드 아웃 구간에서 상기 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 구간보다 짧게 설정될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 2 리드 아웃 구간에서 상기 신호 성분이 출력되는 제 2 신호 성분 출력 구간은 상기 제 1 리드 아웃 구간에서 상기 신호 성분이 출력되는 제 1 신호 성분 출력 구간보다 짧게 설정될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 제 2 신호 성분 출력 구간은, 상기 이미지 센서가 동작하는 초당 프레임 수가 많을수록 짧게 설정되고, 상기 이미지 센서가 동작하는 상기 초당 프레임 수가 적을수록 길게 설정될 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀을 구비한 픽셀 어레이, 상기 단위 픽셀에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행하되 제 1 리드 아웃 구간에서 이미지 신호를 리드 아웃하고 상기 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간에서 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 상관 이중 샘플링부, 상기 광 노이즈 신호에 상기 단위 픽셀의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 상기 이미지 신호로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성하는 이미지 보상부, 및 상기 보상된 이미지 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부를 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 픽셀 어레이, 상기 상관 이중 샘플링부, 상기 이미지 보상부 및 상기 아날로그-디지털 변환부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 상기 디지털 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 최종 이미지 신호를 출력하는 디지털 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 상관 이중 샘플링부 또는 상기 이미지 보상부 중에서 적어도 하나 이상은 상기 아날로그-디지털 변환부의 내부에 위치할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 이미지 보상부는 상기 광 노이즈 신호에 상기 단위 픽셀의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 상기 이미지 신호로부터 감산함으로써 상기 보상된 이미지 신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 휴대용 전자 기기는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서, 상기 이미지 센서로부터 입력되는 최종 이미지 신호에 기초하여 이미지를 표시하는 디스플레이 장치, 및 상기 이미지 센서와 상기 디스플레이 장치를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 이미지 센서는 광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀을 구비한 픽셀 어레이, 상기 단위 픽셀에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행하되 제 1 리드 아웃 구간에서 이미지 신호를 리드 아웃하고 상기 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간에서 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 상관 이중 샘플링부, 상기 이미지 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하고 상기 광 노이즈 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부, 상기 제 1 디지털 신호로부터 상기 제 2 디지털 신호를 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성하는 이미지 보상부, 및 상기 보상된 이미지 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 상기 최종 이미지 신호를 출력하는 디지털 신호 처리부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 휴대용 전자 기기는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서, 상기 이미지 센서로부터 입력되는 최종 이미지 신호에 기초하여 이미지를 표시하는 디스플레이 장치, 및 상기 이미지 센서와 상기 디스플레이 장치를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 이미지 센서는 광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀을 구비한 픽셀 어레이, 상기 단위 픽셀에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행하되 제 1 리드 아웃 구간에서 이미지 신호를 리드 아웃하고 상기 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간에서 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 상관 이중 샘플링부, 상기 이미지 신호로부터 상기 광 노이즈 신호를 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성하는 이미지 보상부, 상기 보상된 이미지 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부, 및 상기 디지털 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 최종 이미지 신호를 출력하는 디지털 신호 처리부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 휴대용 전자 기기는 이미지 신호를 리드 아웃하는 제 1 상관 이중 샘플링 동작만을 수행하는 싱글 상관 이중 샘플링 모드 또는 상기 제 1 상관 이중 샘플링 동작 외에 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 제 2 상관 이중 샘플링 동작을 추가적으로 수행하는 멀티 상관 이중 샘플링 모드 중에서 하나로 선택적으로 동작하는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서, 상기 이미지 센서로부터 입력되는 최종 이미지 신호에 기초하여 이미지를 표시하는 디스플레이 장치, 및 상기 이미지 센서와 상기 디스플레이 장치를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 이미지 센서는 사용자 입력 또는 기 설정된 알고리즘에 기초하여 상기 싱글 상관 이중 샘플링 모드 또는 상기 멀티 상관 이중 샘플링 모드로 동작할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 사용자 입력에 의해 상기 휴대용 전자 기기의 이미지 촬상 모드가 광 노이즈 제거 모드로 선택되거나 또는 상기 알고리즘에 의해 이미지 촬상 환경이 광 노이즈가 많이 발생하는 환경으로 판단되면, 상기 이미지 센서는 상기 멀티 상관 이중 샘플링 모드로 동작할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 구동 방법은 단위 픽셀들 각각이 광전 변환 소자(예를 들어, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 핀드 포토다이오드 등)에 의해 생성된 축적 전하들을 전하 저장 소자(예를 들어, 스토리지 다이오드 등)를 거쳐 플로팅 확산 노드로 전달하는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서를 구동함에 있어서, 이미지 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작 이외에 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작을 추가적으로 수행하고, 광 노이즈 신호에 단위 픽셀의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 이미지 신호로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성함으로써, 광전 변환 소자에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 노이즈(예를 들어, 광 누설, 암 전류 등)에 의해 이미지 품질 저하가 야기되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 이미지 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작 이외에 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작을 추가적으로 수행하고, 광 노이즈 신호에 단위 픽셀의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 이미지 신호로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성함으로써, 광전 변환 소자에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 노이즈(예를 들어, 광 누설, 암 전류 등)에 의해 이미지 품질 저하가 야기되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 휴대용 전자 기기는 상기 이미지 센서를 포함함으로써 고품질의 이미지를 출력할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서에 구비되는 단위 픽셀을 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1의 단위 픽셀에서 광 노이즈가 발생하는 일 예를 나타내는 타이밍도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 단위 픽셀에서 광 노이즈에 의해 이미지 품질 저하가 발생하는 일 예를 나타내는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 이미지 센서 구동 방법에 의해 수행되는 광전 변환 구간, 제 1 리드 아웃 구간 및 제 2 리드 아웃 구간을 나타내는 타이밍도이다.
도 6은 도 4의 이미지 센서 구동 방법에 의해 광 노이즈가 제거되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 4의 이미지 센서 구동 방법에서 제 2 상관 이중 샘플링 구간이 결정되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 8은 도 4의 이미지 센서 구동 방법에서 제 2 상관 이중 샘플링 구간이 결정되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9의 이미지 센서가 컨트롤러를 통해 디스플레이 장치와 연결되는 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 11은 도 9의 이미지 센서의 동작 모드를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 휴대용 전자 기기를 나타내는 블록도이다.
도 14a는 도 13의 휴대용 전자 기기가 스마트폰으로 구현되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 14b는 도 13의 휴대용 전자 기기가 디지털 카메라로 구현되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 13의 휴대용 전자 기기에서 이미지 센서의 동작 모드가 결정되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 16은 도 13의 휴대용 전자 기기에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.

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.

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.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

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, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 동일한 구성 요소에 대해서는 중복된 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서에 구비되는 단위 픽셀을 나타내는 회로도이다.

도 1을 참조하면, 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서에 구비되는 단위 픽셀(100)의 일 예가 도시되어 있다. 단위 픽셀(100)은 광전 변환 소자(PD), 전하 저장 소자(SD), 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1), 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2), 리셋 트랜지스터(RX), 센싱 트랜지스터(SFX) 및 셀렉트 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 단위 픽셀(100)은 오버플로우 트랜지스터(OX)를 더 포함할 수 있다.

광전 변환 소자(PD)는 입사광을 수신하여 전하들로 변환하고, 상기 전하들을 축적하여 축적 전하들을 생성할 수 있다. 광전 변환 소자(PD)의 제 1 단자는 저전원 전압(GND)에 연결될 수 있고, 광전 변환 소자(PD)의 제 2 단자는 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)의 제 1 단자에 연결될 수 있다. 예를 들어, 저전원 전압(GND)은 접지 전압일 수 있으나, 그에 한정되지는 않는다. 일 실시예에서, 광전 변환 소자(PD)는 포토다이오드(photodiode), 포토트랜지스터(phototransistor), 핀드 포토다이오드(pinned photodiode) 등일 수 있다. 실시예에 따라, 단위 픽셀(100)이 오버플로우 트랜지스터(OX)를 더 포함하는 경우, 광전 변환 소자(PD)의 제 2 단자는 오버플로우 트랜지스터(OX)의 제 1 단자에 연결될 수 있다. 전하 저장 소자(SD)는 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 축적 전하들을 저장할 수 있다. 즉, 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)가 턴온되어 광전 변환 소자(PD)에서 전하 저장 소자(SD)로 축적 전하들이 전달되면, 전하 저장 소자(SD)는 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)가 턴온될 때까지 축적 전하들을 저장할 수 있다. 전하 저장 소자(SD)의 제 1 단자는 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)의 제 2 단자와 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)의 제 1 단자에 연결될 수 있고, 전하 저장 소자(SD)의 제 2 단자는 저전원 전압(GND)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 전하 저장 소자(SD)는 스토리지 다이오드(storage diode) 등일 수 있다.

제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)는 광전 변환 소자(PD)와 전하 저장 소자(SD) 사이에 연결되고, 제 1 트랜스퍼 신호(TG1)에 기초하여 동작할 수 있다. 구체적으로, 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)의 제 1 단자는 광전 변환 소자(PD)의 제 2 단자에 연결될 수 있고, 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)의 제 2 단자는 전하 저장 소자(SD)의 제 1 단자에 연결될 수 있으며, 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)의 게이트 단자는 제 1 트랜스퍼 신호(TG1)를 수신할 수 있다. 따라서, 제 1 트랜스퍼 신호(TG1)가 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이(high))을 갖는 경우, 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)는 턴온되어 광전 변환 소자(PD)에서 생성된 축적 전하들을 전하 저장 소자(SD)로 전달할 수 있다. 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)는 전하 저장 소자(SD)와 플로팅 확산 노드(FD) 사이에 연결되고, 제 2 트랜스퍼 신호(TG2)에 기초하여 동작할 수 있다. 구체적으로, 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)의 제 1 단자는 전하 저장 소자(SD)의 제 1 단자에 연결될 수 있고, 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)의 제 2 단자는 플로팅 확산 노드(FD)에 연결될 수 있으며, 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)의 게이트 단자는 제 2 트랜스퍼 신호(TG2)를 수신할 수 있다. 따라서, 제 2 트랜스퍼 신호(TG2)가 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 갖는 경우, 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)는 턴온되어 전하 저장 소자(SD)에 저장된 축적 전하들을 플로팅 확산 노드(FD)로 전달할 수 있다.

리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 확산 노드(FD)와 고전원 전압(VDD) 사이에 연결되고, 리셋 신호(RG)에 기초하여 동작할 수 있다. 구체적으로, 리셋 트랜지스터(RX)의 제 1 단자는 고전원 전압(VDD)에 연결될 수 있고, 리셋 트랜지스터(RX)의 제 2 단자는 플로팅 확산 노드(FD)에 연결될 수 있으며, 리셋 트랜지스터(RX)의 게이트 단자는 리셋 신호(RG)를 수신할 수 있다. 따라서, 리셋 신호(RG)가 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 갖는 경우, 리셋 트랜지스터(RX)는 턴온되어 플로팅 확산 노드(FD), 전하 저장 소자(SD) 또는 광전 변환 소자(PD)를 리셋(또는, 초기화)시킬 수 있다. 센싱 트랜지스터(SFX)는 고전원 전압(VDD)과 셀렉트 트랜지스터(SX) 사이에 연결되고, 플로팅 확산 노드(FD)로 전달된 축적 전하들에 기초하여 동작할 수 있다. 구체적으로, 센싱 트랜지스터(SFX)의 제 1 단자는 고전원 전압(VDD)에 연결될 수 있고, 센싱 트랜지스터(SFX)의 제 2 단자는 셀렉트 트랜지스터(SX)의 제 1 단자에 연결될 수 있으며, 센싱 트랜지스터(SFX)의 게이트 단자는 플로팅 확산 노드(FD)에 연결될 수 있다. 따라서, 센싱 트랜지스터(SFX)는 플로팅 확산 노드(FD)로 전달된 축적 전하들에 기초하여 턴온될 수 있다.

셀렉트 트랜지스터(SX)는 센싱 트랜지스터(SFX)와 출력 단자(OUT) 사이에 연결되고, 로우 셀렉트 신호(SEL)에 기초하여 동작할 수 있다. 구체적으로, 셀렉트 트랜지스터(SX)의 제 1 단자는 센싱 트랜지스터(SFX)의 제 2 단자에 연결될 수 있고, 셀렉트 트랜지스터(SX)의 제 2 단자는 출력 단자(OUT)에 연결될 수 있으며, 셀렉트 트랜지스터(SX)의 게이트 단자는 로우 셀렉트 신호(SEL)를 수신할 수 있다. 따라서, 로우 셀렉트 신호(SEL)가 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 갖는 경우, 셀렉트 트랜지스터(SX)는 턴온되어 플로팅 확산 노드(FD)로 전달된 축적 전하들에 상응하는 전기적 신호를 출력 단자(OUT)를 거쳐 출력할 수 있다. 오버플로우 트랜지스터(OX)는 고전원 전압(VDD)과 광전 변환 소자(PD) 사이에 연결되고, 오버플로우 신호(OG)에 기초하여 동작할 수 있다. 구체적으로, 오버플로우 트랜지스터(OX)의 제 1 단자는 광전 변환 소자(PD)의 제 2 단자에 연결될 수 있고, 오버플로우 트랜지스터(OX)의 제 2 단자는 고전원 전압(VDD)에 연결될 수 있으며, 오버플로우 트랜지스터(OX)의 게이트 단자는 오버플로우 신호(OG)를 수신할 수 있다. 따라서, 오버플로우 신호(OG)가 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 갖는 경우, 오버플로우 트랜지스터(OX)는 턴온되어 광전 변환 소자(PD)에 축적 전하들이 넘치는 것을 방지할 수 있다.

한편, 이미지 센서가 글로벌 셔터 방식으로 구동되는 경우, 이미지 센서의 광전 변환 구간에서 모든 단위 픽셀(100)들은 광전 변환 소자(PD)를 이용하여 입사광을 전하들로 동시에 변환하고, 상기 전하들을 축적하여 축적 전하들을 동시에 생성할 수 있다. 즉, 이미지 센서의 광전 변환 구간에서 모든 단위 픽셀(100)들에는 제 2 레벨(예를 들어, 논리 로우(low))을 갖는 제 1 트랜스퍼 신호(TG1)가 동시에 인가될 수 있다. 이후, 모든 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 갖는 제 1 트랜스퍼 신호(TG1)가 동시에 인가됨으로써, 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 축적 전하들은 전하 저장 소자(SD)에 동시에 저장될 수 있다. 반면에, 이미지 센서의 리드 아웃 구간에서는 모든 단위 픽셀(100)들이 동시에 전기적 신호를 출력하는 것이 아니라, 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치(즉, 단위 픽셀(100)들이 연결된 스캔 라인)에 따라 순차적으로 전기적 신호를 출력한다. 즉, 이미지 센서의 리드 아웃 구간에서는 전하 저장 소자(SD)에 저장된 축적 전하들이 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따라 순차적으로 플로팅 확산 노드(FD)로 전달되기 때문에, 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 갖는 제 2 트랜스퍼 신호(TG2)가 순차적으로 인가될 수 있다. 이러한 이유로, 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자(SD)에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 누설, 암 전류 등과 같은 광 노이즈가 발생하고, 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따라 광 노이즈의 양도 달라지므로, 그에 따른 이미지 품질 저하가 야기될 수 있다.

도 2는 도 1의 단위 픽셀에서 광 노이즈가 발생하는 일 예를 나타내는 타이밍도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 1의 단위 픽셀에서 광 노이즈에 의해 이미지 품질 저하가 발생하는 일 예를 나타내는 도면들이다.

도 2 내지 도 3b를 참조하면, 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치(즉, 단위 픽셀(100)들이 연결된 스캔 라인)에 따라 광 노이즈의 양도 달라지는 일 예가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 이미지 센서의 광전 변환 구간(EIT)에서는 모든 단위 픽셀(100)들에서 광전 변환 소자(PD)에 의해 축적 전하들이 동시에 생성되면, 모든 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 갖는 제 1 트랜스퍼 신호(TG1)가 동시에 인가(즉, TX1-ON으로 표시)됨으로써, 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자(SD)에 동시에 저장될 수 있다. 반면에, 이미지 센서의 리드 아웃 구간(ROT)에서는 전하 저장 소자(SD)에 저장된 축적 전하들이 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따라 순차적으로 플로팅 확산 노드(FD)로 전달되기 때문에, 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 갖는 제 2 트랜스퍼 신호(TG2)가 순차적으로 인가(즉, TX2-ON으로 표시)될 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 리드 아웃 구간(ROT)에서는 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따라 전하 저장 소자(SD)에 저장된 축적 전하들에 상응하는 전기적 신호가 순차적으로 출력될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 센서에서 단위 픽셀(100)들이 제 1 내지 제 n(단, n은 2이상의 정수) 스캔 라인들(ROW1, ROW2, , ROWn)에 연결되고, 상측(TOP)에 위치하는 제 1 스캔 라인(ROW1)에서 하측(BOTTOM)에 위치하는 제 n 스캔 라인(ROWn) 순으로 스캔 동작(즉, SCAN DIRECTION으로 표시)이 이루어지는 경우, 제 1 스캔 라인(ROW1)에 연결된 단위 픽셀(100)들에서 제 n 스캔 라인(ROWn)에 연결된 단위 픽셀(100)들 순으로 전하 저장 소자(SD)에 저장된 축적 전하들에 상응하는 전기적 신호를 순차적으로 출력하게 된다. 이러한 경우, 하측(BOTTOM)에 위치하는 제 n 스캔 라인(ROWn)에 연결된 단위 픽셀(100)들에서는 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자(SD)에 저장되어 있는 시간(ERn)은 상대적으로 길고, 상측(TOP)에 위치하는 제 1 스캔 라인(ROW1)에 연결된 단위 픽셀(100)들에서는 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자(SD)에 저장되어 있는 시간(ER1)은 상대적으로 짧다. 그 결과, 상측(TOP)에 위치하는 제 1 스캔 라인(ROW1)에 연결된 단위 픽셀(100)들에서는 광 노이즈가 상대적으로 적게 발생하는 반면, 하측(BOTTOM)에 위치하는 제 n 스캔 라인(ROWn)에 연결된 단위 픽셀(100)들에서는 광 노이즈가 상대적으로 많이 발생할 수 있다. 다시 말하면, 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따라 광 누설, 암 전류 등과 같은 광 노이즈의 양이 달라지기 때문에, 그에 따른 이미지 품질 저하가 야기될 수 있다.

예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 이미지 센서에서 상측(TOP)에 위치하는 제 1 스캔 라인(ROW1)에서 하측(BOTTOM)에 위치하는 제 n 스캔 라인(ROWn) 순으로 스캔 동작(즉, SCAN DIRECTION으로 표시)이 이루어지는 경우, 상측(TOP)에 위치하는 제 1 스캔 라인(ROW1)에 연결된 단위 픽셀(100)들에서는 광 노이즈가 상대적으로 적게 발생하기 때문에, 이미지(IFM)의 상측(TOP)은 상대적으로 어두울 수 있고, 하측(BOTTOM)에 위치하는 제 n 스캔 라인(ROWn)에 연결된 단위 픽셀(100)들에서는 광 노이즈가 상대적으로 많이 발생하기 때문에, 이미지(IFM)의 하측(BOTTOM)은 상대적으로 밝을 수 있다. 이와 같이, 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따라 상이하게 발생하는 광 노이즈에 의해 동일한 조건 하에서 이미지(IFM)의 위치에 따라 평균 밝기에 차이(ERD)가 발생할 수 있고, 이러한 차이(ERD)는 이미지(IFM)의 품질을 저하시키는 요인이 될 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명은 이미지 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작 이외에 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작을 추가적으로 수행하고, 광 노이즈 신호에 단위 픽셀(100)의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 이미지 신호로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성함으로써, 상기 광 노이즈에 의해 이미지 품질 저하가 야기되는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 구동 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5는 도 4의 이미지 센서 구동 방법에 의해 수행되는 광전 변환 구간, 제 1 리드 아웃 구간 및 제 2 리드 아웃 구간을 나타내는 타이밍도이며, 도 6은 도 4의 이미지 센서 구동 방법에 의해 광 노이즈가 제거되는 일 예를 나타내는 도면이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 단위 픽셀(100)들 각각이 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 축적 전하들을 전하 저장 소자를 거쳐 플로팅 확산 노드(FD)로 전달하는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서를 구동할 수 있다. 구체적으로, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 광전 변환 구간(EIT)에서 단위 픽셀(100)들로 하여금 축적 전하들을 광전 변환 소자(PD)에서 전하 저장 소자(SD)로 동시에 전달하도록 제어(S120)하고, 제 1 리드 아웃 구간(ROT1)에서 단위 픽셀(100)들에 대해 제 1 상관 이중 샘플링 동작을 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치(즉, 단위 픽셀(100)들이 연결된 스캔 라인)에 따라 순차적으로 수행(즉, SCAN1으로 표시)하여 이미지 신호(PSC+NC)를 리드 아웃(S140)하며, 제 1 리드 아웃 구간(ROT1)을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간(ROT2)에서 단위 픽셀(100)들에 대해 제 2 상관 이중 샘플링 동작을 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따라 순차적으로 수행(즉, SCAN2)하여 광 노이즈 신호(ANC)를 리드 아웃(S160)하고, 이미지 신호(PSC+NC)로부터 광 노이즈 신호(ANC)를 감산하여 보상된 이미지 신호(PSC)를 생성(S180)할 수 있다.

도 4의 이미지 센서 구동 방법은 광전 변환 구간(EIT)에서 단위 픽셀(100)들로 하여금 축적 전하들을 광전 변환 소자(PD)에서 전하 저장 소자(SD)로 동시에 전달하도록 제어(S120)할 수 있다. 일 실시예에서, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 광전 변환 구간(EIT) 직전에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 가진 제 1 트랜스퍼 신호(TG1-1, TG1-2, , TG1-n), 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 가진 제 2 트랜스퍼 신호(TG2-1, TG2-2, , TG2-n) 및 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 가진 리셋 신호(RG1, RG2, , RGn)를 모든 단위 픽셀(100)들에 인가함으로써, 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1), 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2) 및 리셋 트랜지스터(RX)를 모두 턴온시킬 수 있다. 그 결과, 모든 단위 픽셀(100)들에서 플로팅 확산 노드(FD), 전하 저장 소자(SD) 및/또는 광전 변환 소자(PD)는 리셋(또는, 초기화)될 수 있다. 이후, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 광전 변환 구간(EIT)에서 제 2 레벨(예를 들어, 논리 로우)을 가진 제 1 트랜스퍼 신호(TG1-1, TG1-2, , TG1-n) 및 제 2 레벨(예를 들어, 논리 로우)을 가진 제 2 트랜스퍼 신호(TG2-1, TG2-2, , TG2-n)를 모든 단위 픽셀(100)들에 인가함으로써, 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1) 및 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)를 모두 턴오프시킬 수 있다. 따라서, 모든 단위 픽셀(100)들이 광전 변환 소자(PD)를 이용하여 입사광을 전하들로 변환하고, 상기 전하들을 축적하여 축적 전하들을 생성할 수 있다. 다음, 모든 단위 픽셀(100)들에서 광전 변환 소자(PD)에 의해 축적 전하들이 생성되면, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 가진 제 1 트랜스퍼 신호(TG1-1, TG1-2, , TG1-n) 및 제 2 레벨(예를 들어, 논리 로우)을 가진 제 2 트랜스퍼 신호(TG2-1, TG2-2, , TG2-n)를 모든 단위 픽셀(100)들에 인가함으로써, 제 1 트랜스퍼 트랜지스터(TX1)를 턴온시키고, 제 2 트랜스퍼 트랜지스터(TX2)를 턴오프시킬 수 있다. 따라서, 모든 단위 픽셀(100)들에서 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자(SD)에 저장될 수 있다.

이후, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 제 1 리드 아웃 구간(ROT1)에서 단위 픽셀(100)들에 대해 제 1 상관 이중 샘플링 동작을 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치(즉, 단위 픽셀(100)들이 연결된 스캔 라인)에 따라 순차적으로 수행(즉, SCAN1으로 표시)함으로써 이미지 신호(PSC+NC)를 리드 아웃(S140)할 수 있다. 즉, 제 1 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)이 단위 픽셀(100)들이 연결된 스캔 라인마다 쉬프트(shift)되는 것이다. 예를 들어, 이미지 센서가 제 1 내지 제 n 스캔 라인들을 포함한다고 가정하면, 제 1 리드 아웃 구간(ROT1)은 제 1 내지 제 n 스캔 라인들에 대해 제 1 상관 이중 샘플링 동작이 모두 완료되는 시간에 상응할 수 있다. 또한, 제 k(단, k는 1이상 n이하의 정수) 스캔 라인에 대한 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)은 제 k 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)의 셀렉트 신호(SELk)가 인가되는 시간에 상응할 수 있다. 일 실시예에서, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 제 k 스캔 라인에 대해 제 1 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)에서 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)의 셀렉트 신호(SELk) 및 제 2 레벨(예를 들어, 논리 로우)을 가진 리셋 신호(RGk)를 제 k 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀(100)들에 인가함으로써 셀렉트 트랜지스터(SX)를 턴온시키고, 리셋 트랜지스터(RX)를 턴오프시킬 수 있다. 한편, 상관 이중 샘플링 동작은 단위 픽셀(100)에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분(예를 들어, 신호 성분과 리셋 성분의 차)을 추출하는 것이므로, 제 1 상관 이중 샘플링 동작은 이미지 신호(PSC+NC)를 리드 아웃하기 위한 리셋 성분을 출력하는 제 1 리셋 성분 출력 동작과 이미지 신호(PSC+NC)를 리드 아웃하기 위한 신호 성분을 출력하는 제 1 신호 성분 출력 동작을 포함할 수 있다. 따라서, 제 k 스캔 라인에 대한 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)에서 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 동작을 살펴보면, 제 k 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)의 제 2 트랜스퍼 신호(TG2-k)가 인가되기 이전에 제 1 리셋 성분 출력 동작이 수행될 수 있고, 제 k 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)의 제 2 트랜스퍼 신호(TG2-k)가 인가된 이후에 제 1 신호 성분 출력 동작이 수행될 수 있다. 즉, 제 k 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)의 제 2 트랜스퍼 신호(TG2-k)가 인가될 때, 상기 단위 픽셀(100)들 내에서 전하 저장 소자(SD)에 저장되어 있는 축적 전하들이 플로팅 확산 노드(FD)로 전달되는 것이다.

다음, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 제 1 리드 아웃 구간(ROT1)을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간(ROT2)에서 단위 픽셀(100)들에 대해 제 2 상관 이중 샘플링 동작(CDS2)을 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따라 순차적으로 수행(즉, SCAN2)하여 광 노이즈 신호(ANC)를 리드 아웃(S160)할 수 있다. 즉, 제 2 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)이 단위 픽셀(100)들이 연결된 스캔 라인마다 쉬프트되는 것이다. 예를 들어, 이미지 센서가 제 1 내지 제 n 스캔 라인들을 포함한다고 가정하면, 제 2 리드 아웃 구간(ROT2)은 제 1 내지 제 n 스캔 라인들에 대해 제 2 상관 이중 샘플링 동작이 모두 완료되는 시간에 상응할 수 있다. 또한, 제 k 스캔 라인에 대한 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)은 제 k 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)의 셀렉트 신호(SELk)가 인가되는 시간에 상응할 수 있다. 일 실시예에서, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 제 k 스캔 라인에 대한 제 2 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)에서 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)의 셀렉트 신호(SELk) 및 제 2 레벨(예를 들어, 논리 로우)을 가진 리셋 신호(RGk)를 제 k 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀(100)들에 인가함으로써 셀렉트 트랜지스터(SX)를 턴온시키고, 리셋 트랜지스터(RX)를 턴오프시킬 수 있다. 한편, 상관 이중 샘플링 동작은 단위 픽셀(100)에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 것이므로, 제 2 상관 이중 샘플링 동작은 광 노이즈 신호(ANC)를 리드 아웃하기 위한 리셋 성분을 출력하는 제 2 리셋 성분 출력 동작과 광 노이즈 신호(ANC)를 리드 아웃하기 위한 신호 성분을 출력하는 제 2 신호 성분 출력 동작을 포함할 수 있다. 따라서, 제 k 스캔 라인에 대한 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)에서 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 동작을 살펴보면, 제 k 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)의 제 2 트랜스퍼 신호(TG2-k)가 인가되기 이전에 제 2 리셋 성분 출력 동작이 수행될 수 있고, 제 k 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)의 제 2 트랜스퍼 신호(TG2-k)가 인가된 이후에 제 2 신호 성분 출력 동작이 수행될 수 있다. 즉, 제 k 스캔 라인에 연결된 단위 픽셀(100)들에 제 1 레벨(예를 들어, 논리 하이)의 제 2 트랜스퍼 신호(TG2-k)가 인가될 때, 전하 저장 소자(SD)에 저장되어 있는 광 노이즈(예를 들어, 광 누설, 암 전류 등)에 상응하는 전하들이 플로팅 확산 노드(FD)로 전달되는 것이다.

이후, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 이미지 신호(PSC+NC)로부터 광 노이즈 신호(ANC)를 감산하여 보상된 이미지 신호(PSC)를 생성(S180)할 수 있다. 일 실시예에서, 보상된 이미지 신호(PSC)는 광 노이즈 신호(ANC)에 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따른 보상 비율(ER/AER)을 곱한 값을 이미지 신호(PSC+NC)로부터 감산함으로써 생성될 수 있다. 이 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 광 노이즈 신호(ANC)를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간(OUT2)은 이미지 신호(PSC+NC)를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간(ROT1)보다 짧게 설정될 수 있다. 이에, 제 2 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)이 제 1 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)보다 짧게 설정될 수 있다. 일반적으로, 이미지 신호(PSC+NC)에 비하여 광 노이즈 신호(ANC)가 작을 수 밖에 없으므로, 광 노이즈 신호(ANC)를 출력하기 위한 램프 스윕(ramp sweep)을 이미지 신호(PSC+NC)를 출력하기 위한 램프 스윕과 동일하게 가져갈 필요가 없다. 따라서, 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)에서 제 2 신호 성분 출력 동작이 수행되는 제 2 신호 성분 출력 구간은 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)에서 제 1 신호 성분 출력 동작이 수행되는 제 1 신호 성분 출력 구간보다 짧게 설정될 수 있다. 반면에, 제 1 리드 아웃 구간(ROT1)에서의 리셋 성분과 제 2 리드 아웃 구간(ROT2)에서의 리셋 성분은 실질적으로 차이가 없으므로, 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)에서 제 2 리셋 성분 출력 동작이 수행되는 제 2 리셋 성분 출력 구간의 길이는 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)에서 제 1 리셋 성분 출력 동작이 수행되는 제 1 리셋 성분 출력 구간의 길이와 실질적으로 동일할 수 있다. 한편, 광 노이즈 신호(ANC)를 리드 아웃하기 위한 제 2 상관 이중 샘플링 동작이 수행됨에 따라 이미지 센서가 동작하는 초당 프레임 수(frame per second; FPS)가 감소되기 때문에, 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)에서 제 2 신호 성분 출력 동작이 수행되는 제 2 신호 성분 출력 구간은 이미지 센서가 동작하는 초당 프레임 수가 많을수록 짧게 설정되고, 이미지 센서가 동작하는 초당 프레임 수가 적을수록 길게 설정될 수 있다.

단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따른 보상 비율(ER/AER)은 일 프레임 내에서 스캔 순서가 늦을수록 커질 수 있다. 일 실시예에서, 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따른 보상 비율(ER/AER)은 제 1 리드 아웃 구간(ROT1)에서 하나의 스캔 라인(예를 들어, 제k 스캔 라인)에 대해 제 1 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 1 시간(ERk)을 상기 스캔 라인에 대해 제 1 상관 이중 샘플링 동작이 종료된 후부터 제 2 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 2 시간(AERk)으로 나눈 값에 상응할 수 있다. 이에, 단위 픽셀(100)들의 스캔 위치에 따른 보상 비율(ER/AER)은 먼저 스캔 동작이 수행되는 스캔 라인(예를 들어, 상측에 위치하는 제 1 스캔 라인)에서 상대적으로 작고, 나중에 스캔 동작이 수행되는 스캔 라인(예를 들어, 하측에 위치하는 제 n 스캔 라인)에서 상대적으로 클 수 있다. 그 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 광 노이즈 신호(ANC)에 스캔 위치에 따른 보상 비율(ER/AER)이 곱해지면, 이미지 신호(PSC+NC)에 섞여 있는 광 노이즈 신호(NC)에 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 이미지 신호(PSC_NC)로부터 광 노이즈 신호(ANC)에 스캔 위치에 따른 보상 비율(ER/AER)을 곱한 값(즉, 이미지 신호(PSC+NC)에 섞여 있는 광 노이즈 신호(NC)에 실질적으로 동일)을 감산하면, 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자(SD)에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 노이즈가 제거된 보상된 이미지 신호(PSC)를 생성할 수 있다. 이와 같이, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서를 구동함에 있어서 이미지 신호(PSC+NC)를 리드 아웃하기 위한 제 1 상관 이중 샘플링 동작 이외에 광 노이즈 신호(ANC)를 리드 아웃하기 위한 제 2 상관 이중 샘플링 동작을 추가적으로 수행하고, 광 노이즈 신호(ANC)에 단위 픽셀(100)의 스캔 위치에 따른 보상 비율(ER/AER)을 곱한 값을 이미지 신호(PSC+NC)로부터 감산하여 보상된 이미지 신호(PSC)를 생성함으로써, 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자(SD)에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 노이즈에 의해 이미지 품질 저하가 야기되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 광 노이즈 신호(ANC)를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간(OUT2)을 이미지 신호(PSC+NC)를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간(ROT1)과 동일하거나 길게 설정하는 것을 배제하지 않는다. 또한, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 제 2 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)을 제 1 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)과 동일하거나 길게 설정하는 것을 배제하지 않는다. 나아가, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)에서 제 2 리셋 성분 출력 동작이 수행되는 제 2 리셋 성분 출력 구간을 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)에서 제 1 리셋 성분 출력 동작이 수행되는 제 1 리셋 성분 출력 구간과 상이하게 설정하는 것을 배제하지 않는다. 한편, 상기에서는 도 5를 참조하여 도 4의 이미지 센서 구동 방법을 설명하였으나, 도 5에 도시된 타이밍들은 예시적인 것이므로, 도 4의 이미지 센서 구동 방법이 도 5에 도시된 타이밍들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기에서는 도 4의 이미지 센서 구동 방법이 이미지 신호(PSC+NC)를 리드 아웃하기 위한 제 1 상관 이중 샘플링 동작 이외에 광 노이즈 신호(ANC)를 리드 아웃하기 위한 제 2 상관 이중 샘플링 동작을 1회 수행하는 것으로 설명하고 있으나, 실시예에 따라, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 광 노이즈 신호(ANC)를 리드 아웃하기 위한 제 2 상관 이중 샘플링 동작을 여러 번 수행할 수도 있다. 이 경우, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자(SD)에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 노이즈를 보다 정밀하게 제거할 수 있다. 다만, 광 노이즈 신호(ANC)를 리드 아웃하기 위한 제 2 상관 이중 샘플링 동작의 수행 횟수를 증가시킴에 따라 이미지 센서가 동작하는 초당 프레임 수가 감소되기 때문에, 이러한 트레이드-오프(trade-off) 관계를 고려하여 광 노이즈 신호(ANC)를 리드 아웃하기 위한 제 2 상관 이중 샘플링 동작의 수행 횟수가 결정될 수 있다.

도 7은 도 4의 이미지 센서 구동 방법에서 제 2 상관 이중 샘플링 구간이 결정되는 일 예를 나타내는 순서도이고, 도 8은 도 4의 이미지 센서 구동 방법에서 제 2 상관 이중 샘플링 구간이 결정되는 일 예를 나타내는 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간의 길이 및 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간의 길이를 결정(S220)할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간은 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르고, 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간은 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간보다 짧게 설정될 수 있다. 이후, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)의 길이와 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)의 길이를 결정(S240)할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서에서 모든 스캔 라인들에 대한 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)들의 합(sum)이 제 1 리드 아웃 구간에 상응할 수 있고, 모든 스캔 라인들에 대한 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)들의 합이 제 2 리드 아웃 구간에 상응할 수 있으므로, 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간이 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간보다 짧게 설정되는 경우, 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)은 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)보다 짧게 설정될 수 있다. 다음, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 제1 신호 성분 출력 구간(SIG1)의 길이와 제2 신호 성분 출력 구간(SIG2)의 길이를 결정(S260)할 수 있다. 이 때, 상관 이중 샘플링 동작은 단위 픽셀에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 것이므로, 제 1 상관 이중 샘플링 동작은 이미지 신호를 리드 아웃하기 위한 리셋 성분을 출력하는 제 1 리셋 성분 출력 동작과 이미지 신호를 리드 아웃하기 위한 신호 성분을 출력하는 제 1 신호 성분 출력 동작을 포함할 수 있고, 제 2 상관 이중 샘플링 동작은 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 리셋 성분을 출력하는 제 2 리셋 성분 출력 동작과 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 신호 성분을 출력하는 제 2 신호 성분 출력 동작을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)은 제 1 리셋 성분 출력 구간(RST1)과 제 1 신호 성분 출력 구간(SIG1)을 포함할 수 있고, 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)은 제 2 리셋 성분 출력 구간(RST2)과 제 2 신호 성분 출력 구간(SIG2)을 포함할 수 있다.

일반적으로, 이미지 신호에 비하여 광 노이즈 신호가 작을 수 밖에 없으므로, 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 램프 스윕을 이미지 신호를 출력하기 위한 램프 스윕과 동일하게 가져갈 필요가 없고, 제 1 리드 아웃 구간에서의 리셋 성분과 제 2 리드 아웃 구간에서의 리셋 성분은 실질적으로 차이가 없으므로, 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)에서의 제 1 리셋 성분 출력 구간(RST1)의 길이와 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)에서의 제 2 리셋 성분 출력 구간(RST2)의 길이가 상이할 필요는 없다. 그러므로, 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)은 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)보다 짧게 설정되는 경우, 제 1 리셋 성분 출력 구간(RST1)의 길이와 제 2 리셋 성분 출력 구간(RST2)의 길이는 동일하고, 제 2 신호 성분 출력 구간(SIG2)보다 제 1 신호 성분 출력 구간(SIG2)이 짧게 설정될 수 있다. 이 때, 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 제 2 상관 이중 샘플링 동작을 수행하지 않는 경우와 비교할 때, 상기 제 2 상관 이중 샘플링 동작을 수행하는 경우에는 이미지 센서가 동작하는 초당 프레임 수가 감소된다. 따라서, 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)에서 제 2 신호 성분 출력 구간(SIG2)은 이미지 센서가 동작하는 초당 프레임 수가 많을수록 짧게 설정되고, 이미지 센서가 동작하는 초당 프레임 수가 적을수록 길게 설정될 수 있다. 실시예에 따라, 도 4의 이미지 센서 구동 방법은 제 1 리드 아웃 구간의 길이와 제 2 리드 아웃 구간의 길이를 동일하게 할 수 있다. 이 경우, 제 1 상관 이중 샘플링 구간(CDS1)의 길이와 제 2 상관 이중 샘플링 구간(CDS2)의 길이는 동일할 수 있고, 제 1 신호 성분 출력 구간(SIG1)의 길이와 제 2 신호 성분 출력 구간(SIG2)의 길이도 동일할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이고, 도 10은 도 9의 이미지 센서가 컨트롤러를 통해 디스플레이 장치와 연결되는 일 예를 나타내는 블록도이며, 도 11은 도 9의 이미지 센서의 동작 모드를 나타내는 도면이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 이미지 센서(500)는 픽셀 어레이(510), 상관 이중 샘플링부(520), 아날로그-디지털 변환부(530) 및 이미지 보상부(540)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(500)는 픽셀 어레이(510), 상관 이중 샘플링부(520), 아날로그-디지털 변환부(530) 및 이미지 보상부(540)를 제어하는 제어부(550)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(500)는 디지털 신호 처리부(560)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 이미지 센서(500)는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서일 수 있다.

픽셀 어레이(510)는 광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀(511)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단위 픽셀(511)은 입사광을 수신하여 전하들로 변환하고 상기 전하들을 축적하여 축적 전하들을 생성하는 광전 변환 소자, 광전 변환 소장에 의해 생성된 축적 전하들을 저장하는 전하 저장 소자, 광전 변환 소자와 전하 저장 소자 사이에 연결되고 제 1 트랜스퍼 신호에 기초하여 동작하는 제 1 트랜스퍼 트랜지스터, 전하 저장 소자와 플로팅 확산 노드 사이에 연결되고 제 2 트랜스퍼 신호에 기초하여 동작하는 제 2 트랜스퍼 트랜지스터, 플로팅 확산 노드와 고전원 전압 사이에 연결되고 리셋 신호에 기초하여 동작하는 리셋 트랜지스터, 고전원 전압에 연결되고 플로팅 확산 노드로 전달된 축적 전하들에 기초하여 동작하는 센싱 트랜지스터, 및 센싱 트랜지스터와 출력 단자 사이에 연결되고 셀렉트 신호에 기초하여 동작하는 셀렉트 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이 때, 광전 변환 소자는 포토다이오드, 포토트랜지스터, 핀드 포토다이오드 등일 수 있고, 전하 저장 소자는 스토리지 다이오드 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 단위 픽셀(511)은 광전 변환 소자, 전하 저장 소자, 제 1 트랜스퍼 트랜지스터, 제 2 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 센싱 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터 외에 고전원 전압과 광전 변환 소자 사이에 연결되고 오버플로우 신호에 기초하여 동작하는 오버플로우 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 다만, 단위 픽셀(511)에 대해서는 도 1을 참조하여 설명한 바 있으므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

상관 이중 샘플링부(520)는 단위 픽셀(511)에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상관 이중 샘플링부(520)는 이미지 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 1 리드 아웃 구간에서 신호 성분과 리셋 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출함으로써 이미지 신호를 리드 아웃할 수 있다. 또한, 상관 이중 샘플링부(520)는 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 2 리드 아웃 구간에서 신호 성분과 리셋 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출함으로써 광 노이즈 신호를 리드 아웃할 수 있다. 이 때, 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 2 리드 아웃 구간은 이미지 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르고, 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 2 리드 아웃 구간은 이미지 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 1 리드 아웃 구간보다 짧게 설정될 수 있다. 또한, 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 2 리드 아웃 구간에서 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 구간은 이미지 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 1 리드 아웃 구간에서 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 구간보다 짧게 설정될 수 있다. 나아가, 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 2 리드 아웃 구간에서 신호 성분이 출력되는 제 2 신호 성분 출력 구간은 이미지 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 1 리드 아웃 구간에서 신호 성분이 출력되는 제 1 신호 성분 출력 구간보다 짧게 설정될 수 있다. 특히, 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 구간인 제 2 리드 아웃 구간에서 신호 성분이 출력되는 제 2 신호 성분 출력 구간은, 이미지 센서(500)가 동작하는 초당 프레임 수가 많을수록 짧게 설정될 수 있고, 이미지 센서(500)가 동작하는 초당 프레임 수가 적을수록 길게 설정될 수 있다. 다만, 이에 대해서는 도 4 내지 도 8을 참조하여 상술한 바 있으므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

아날로그-디지털 변환부(530)는 제 1 리드 아웃 구간에서 리드 아웃되는 이미지 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하고, 제 2 리드 아웃 구간에서 리드 아웃되는 광 노이즈 신호를 제 2 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이를 위해, 아날로그-디지털 변환부(530)는 복수의 아날로그-디지털 컨버터들을 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 변환부(530)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환함에 있어, 순차 아날로그-디지털 변환 방식 또는 병렬 아날로그-디지털 변환 방식으로 동작할 수 있다. 일 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상관 이중 샘플링부(520)는 아날로그-디지털 변환부(530)의 외부에 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 상관 이중 샘플링부(520)는 아날로그-디지털 변환부(530)의 내부에 위치할 수 있다. 한편, 상관 이중 샘플링부(520)는 단위 픽셀(511)에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분의 차를 추출하는 아날로그 상관 이중 샘플링(analog correlated double sampling)을 수행할 수 있다. 또는, 상관 이중 샘플링부(520)는 단위 픽셀(511)에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분을 디지털 신호들로 각각 변환한 후 상기 디지털 신호들의 차를 추출하는 디지털 상관 이중 샘플링(digital correlated double sampling)을 수행할 수 있다. 또는, 상관 이중 샘플링부(520)는 아날로그 상관 이중 샘플링과 디지털 상관 이중 샘플링을 모두 수행하는 듀얼 상관 이중 샘플링(dual correlated double sampling)을 수행할 수 있다.

이미지 보상부(540)는 제 1 리드 아웃 구간에서 출력된 이미지 신호(즉, 제 1 디지털 신호로 변환)로부터 제 2 리드 아웃 구간에서 출력된 광 노이즈 신호(즉, 제 2 디지털 신호로 변환)를 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 이미지 보상부(540)는 제 2 리드 아웃 구간에서 출력된 광 노이즈 신호(즉, 제 2 디지털 신호로 변환)에 단위 픽셀(511)의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 제 1 리드 아웃 구간에서 출력된 이미지 신호(즉, 제 1 디지털 신호로 변환)로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 단위 픽셀(511)의 스캔 위치에 따른 보상 비율은 일 프레임 내에서 스캔 순서가 늦을수록 커질 수 있다. 일 실시예에서, 단위 픽셀(511)의 스캔 위치에 따른 보상 비율은 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간에서 하나의 스캔 라인에 대해 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 1 시간을 상기 제 1 리드 아웃 구간에서의 상관 이중 샘플링 동작이 종료된 후부터 상기 하나의 스캔 라인에 대해 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간에서의 상기 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 2 시간으로 나눈 값에 상응할 수 있다. 다만, 이에 대해서는 도 4 내지 도 8을 참조하여 상술한 바 있으므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 한편, 단위 픽셀(511)의 스캔 위치에 따른 보상 비율은 예시적인 것으로서, 실시예에 따라, 단위 픽셀(511)의 스캔 위치에 따른 보상 비율에 다양한 보정치가 적용됨으로써, 광 노이즈 신호에 스캔 위치에 따른 보상 비율이 곱한 값이 이미지 신호에 섞여 있는 광 노이즈 신호와 실질적으로 동일해지도록 조절될 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 보상부(540)는 디지털 신호 처리부(560)의 내부에 구현될 수도 있다. 이와 같이, 이미지 센서(500)는 이미지 신호와 광 노이즈 신호를 제 1 디지털 신호와 제 2 디지털 신호로 각각 변환한 이후, 제 1 디지털 신호와 제 2 디지털 신호에 기초하여 보상된 이미지 신호를 생성할 수 있다.

제어부(550)는 픽셀 어레이(510), 상관 이중 샘플링부(520), 아날로그-디지털 변환부(530) 및 이미지 보상부(540)를 제어(즉, CTL1, CTL2, CTL3, CTL4로 표시)할 수 있다. 이를 위해, 제어부(550)는 픽셀 어레이(510), 상관 이중 샘플링부(520), 아날로그-디지털 변환부(530) 및 이미지 보상부(540)의 동작에 요구되는 클럭 신호, 타이밍 컨트롤 신호 등과 같은 다양한 신호들을 생성할 수 있다. 다만, 도 9에서는 제어부(550)가 간략하게 도시되어 있다. 예를 들어, 제어부(550)는 픽셀 어레이(510)의 로우 어드레스(row address) 동작 및 로우 스캔(row scan) 동작을 제어하기 위한 수직 스캔 회로, 픽셀 어레이(510)의 컬럼 어드레스(column address) 동작 및 컬럼 스캔(column scan) 동작을 제어하기 위한 수평 스캔 회로, 아날로그-디지털 변환부(530)에서 사용되는 복수의 전압들을 생성하기 위한 전압 생성 회로(예를 들어, 로직 제어(logic control) 회로, 위상 고정 루프(Phase Lock Loop; PLL) 회로, 타이밍 제어 회로 및 통신 인터페이스 회로 등) 등을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(500)가 디지털 신호 처리부(560)를 포함하는 경우, 제어부(550)는 디지털 신호 처리부(560)까지 제어(즉, CTL5로 표시)할 수 있다.

디지털 신호 처리부(560)는 보상된 이미지 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 최종 이미지 신호를 출력할 수 있다. 즉, 디지털 신호 처리부(560)는 이미지 보상부(540)로부터 보상된 이미지 신호 즉, 디지털 신호를 수신하고, 상기 디지털 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행할 수 있다. 예를 들어, 디지털 신호 처리부(560)는 이미지 인터폴레이션(image interpolation), 색 보정(color correction), 화이트 밸런스(white balance), 감마 보정(gamma correction), 색 변환(color conversion) 등을 수행할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(500)는 컨트롤러(600)(또는, 프로세서)를 통해 디스플레이 장치(700)와 연결될 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치(700)는 디지털 신호 처리부(560)에서 출력되는 최종 이미지 신호에 기초하여 이미지를 표시할 수 있다. 한편, 도 9에서는 디지털 신호 처리부(560)가 이미지 센서(500)에 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 디지털 신호 처리부(560)는 이미지 센서(500)의 외부에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 디지털 신호 처리부(560)는 컨트롤러(600)의 내부에 구현되거나 또는 이미지 센서(500) 및 컨트롤러(600)와는 별개로 구현될 수 있다.

이와 같이, 이미지 센서(500)는 글로벌 셔터 방식으로 동작함에 있어서, 이미지 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작 이외에 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작을 추가적으로 수행하고, 광 노이즈 신호에 단위 픽셀(511)의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 이미지 신호로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성하는 방식으로, 광전 변환 소자에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 노이즈에 의해 이미지 품질 저하가 야기되는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 이미지 센서(500)는 싱글 상관 이중 샘플링 모드(800) 또는 멀티 상관 이중 샘플링 모드(820)로 동작할 수 있다. 구체적으로, 이미지 센서(500)의 싱글 상관 이중 샘플링 모드(800)에서는 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작이 추가적으로 수행되지 않는다. 이에, 이미지 센서(500)의 싱글 상관 이중 샘플링 모드(800)에서는 이미지 센서(500)가 동작하는 초당 프레임 수를 이미지 센서(500)가 제공하는 최대 초당 프레임 수까지 증가시킬 수 있어, 이미지 센서(500)의 싱글 상관 이중 샘플링 모드는 높은 초당 프레임 수가 우선시되거나 또는 광 노이즈가 적게 발생하는 환경에서 선택될 수 있다. 반면에, 이미지 센서(500)의 멀티 상관 이중 샘플링 모드(820)에서는 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작이 추가적으로 수행된다. 이에, 이미지 센서(500)의 멀티 상관 이중 샘플링 모드(820)에서는 이미지 센서(500)가 동작하는 초당 프레임 수를 이미지 센서(500)가 제공하는 최대 초당 프레임 수까지 증가시킬 수 없어, 광 누설, 암 전류와 같은 광 노이즈의 제거 기능이 우선시되거나 광 노이즈가 많이 발생하는 환경에서 선택될 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.

도 12를 참조하면, 이미지 센서(900)는 픽셀 어레이(910), 상관 이중 샘플링부(920), 이미지 보상부(930) 및 아날로그-디지털 변환부(940)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(900)는 픽셀 어레이(910), 상관 이중 샘플링부(920), 이미지 보상부(930) 및 아날로그-디지털 변환부(940)를 제어하는 제어부(950)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(900)는 디지털 신호 처리부(960)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 이미지 센서(900)는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서일 수 있다.

픽셀 어레이(910)는 광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀(911)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단위 픽셀(911)은 입사광을 수신하여 전하들로 변환하고 상기 전하들을 축적하여 축적 전하들을 생성하는 광전 변환 소자, 광전 변환 소장에 의해 생성된 축적 전하들을 저장하는 전하 저장 소자, 광전 변환 소자와 전하 저장 소자 사이에 연결되고 제 1 트랜스퍼 신호에 기초하여 동작하는 제 1 트랜스퍼 트랜지스터, 전하 저장 소자와 플로팅 확산 노드 사이에 연결되고 제 2 트랜스퍼 신호에 기초하여 동작하는 제 2 트랜스퍼 트랜지스터, 플로팅 확산 노드와 고전원 전압 사이에 연결되고 리셋 신호에 기초하여 동작하는 리셋 트랜지스터, 고전원 전압에 연결되고 플로팅 확산 노드로 전달된 축적 전하들에 기초하여 동작하는 센싱 트랜지스터, 및 센싱 트랜지스터와 출력 단자 사이에 연결되고 셀렉트 신호에 기초하여 동작하는 셀렉트 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이 때, 광전 변환 소자는 포토다이오드, 포토트랜지스터, 핀드 포토다이오드 등일 수 있고, 전하 저장 소자는 스토리지 다이오드 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 단위 픽셀(911)은 광전 변환 소자, 전하 저장 소자, 제 1 트랜스퍼 트랜지스터, 제 2 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 센싱 트랜지스터 및 셀렉트 트랜지스터 외에 고전원 전압과 광전 변환 소자 사이에 연결되고 오버플로우 신호에 기초하여 동작하는 오버플로우 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 다만, 단위 픽셀(911)에 대해서는 도 1을 참조하여 설명한 바 있으므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

상관 이중 샘플링부(920)는 단위 픽셀(911)에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상관 이중 샘플링부(920)는 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간에서 리드 아웃되는 신호 성분과 리셋 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출함으로써 이미지 신호를 출력할 수 있다. 또한, 상관 이중 샘플링부(920)는 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간에서 리드 아웃되는 신호 성분과 리셋 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출함으로써 광 노이즈 신호를 출력할 수 있다. 이 때, 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간은 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르고, 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간은 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간보다 짧게 설정될 수 있다. 또한, 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간에서 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 구간은 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간에서 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 구간보다 짧게 설정될 수 있다. 나아가, 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간에서 신호 성분이 출력되는 제 2 신호 성분 출력 구간은 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간에서 신호 성분이 출력되는 제 1 신호 성분 출력 구간보다 짧게 설정될 수 있다. 특히, 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간에서 신호 성분이 출력되는 제 2 신호 성분 출력 구간은, 이미지 센서(900)가 동작하는 초당 프레임 수가 많을수록 짧게 설정될 수 있고, 이미지 센서(900)가 동작하는 초당 프레임 수가 적을수록 길게 설정될 수 있다. 다만, 이에 대해서는 도 4 내지 도 8을 참조하여 상술한 바 있으므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예에 따라, 상관 이중 샘플링부(920)는 아날로그-디지털 변환부(940)의 내부에 구현될 수도 있다.

이미지 보상부(930)는 제 1 리드 아웃 구간에서 출력된 이미지 신호로부터 제 2 리드 아웃 구간에서 출력된 광 노이즈 신호를 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 이미지 보상부(930)는 제 2 리드 아웃 구간에서 출력된 광 노이즈 신호에 단위 픽셀(911)의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 제 1 리드 아웃 구간에서 출력된 이미지 신호로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 단위 픽셀(911)의 스캔 위치에 따른 보상 비율은 일 프레임 내에서 스캔 순서가 늦을수록 커질 수 있다. 일 실시예에서, 단위 픽셀(911)의 스캔 위치에 따른 보상 비율은 이미지 신호를 출력하기 위한 제 1 리드 아웃 구간에서 하나의 스캔 라인에 대해 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 1 시간을 상기 제 1 리드 아웃 구간에서의 상관 이중 샘플링 동작이 종료된 후부터 상기 하나의 스캔 라인에 대해 광 노이즈 신호를 출력하기 위한 제 2 리드 아웃 구간에서의 상기 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 2 시간으로 나눈 값에 상응할 수 있다. 다만, 이에 대해서는 도 4 내지 도 8을 참조하여 상술한 바 있으므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 한편, 단위 픽셀(911)의 스캔 위치에 따른 보상 비율은 예시적인 것으로서, 실시예에 따라, 단위 픽셀(911)의 스캔 위치에 따른 보상 비율에 다양한 보정치가 적용됨으로써, 광 노이즈 신호에 스캔 위치에 따른 보상 비율이 곱한 값이 이미지 신호에 섞여 있는 광 노이즈 신호와 실질적으로 동일해지도록 조절될 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 보상부(930)는 아날로그-디지털 변환부(940)의 내부에 구현될 수도 있다. 이와 같이, 이미지 센서(900)는 이미지 신호와 광 노이즈 신호에 기초하여 보상된 이미지 신호를 생성한 이후, 상기 보상된 이미지 신호(즉, 아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환할 수 있다.

아날로그-디지털 변환부(940)는 이미지 보상부(930)에서 출력된 보상된 이미지 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이를 위해, 아날로그-디지털 변환부(940)는 복수의 아날로그-디지털 컨버터들을 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 변환부(940)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환함에 있어, 순차 아날로그-디지털 변환 방식 또는 병렬 아날로그-디지털 변환 방식으로 동작할 수 있다. 제어부(950)는 픽셀 어레이(910), 상관 이중 샘플링부(920), 이미지 보상부(930) 및 아날로그-디지털 변환부(940)를 제어(즉, CTL1, CTL2, CTL3, CTL4로 표시)할 수 있다. 이를 위해, 제어부(950)는 픽셀 어레이(910), 상관 이중 샘플링부(920), 이미지 보상부(930) 및 아날로그-디지털 변환부(940)의 동작에 요구되는 클럭 신호, 타이밍 컨트롤 신호 등과 같은 다양한 신호들을 생성할 수 있다. 다만, 도 12에서는 제어부(950)가 간략하게 도시되어 있다. 예를 들어, 제어부(950)는 픽셀 어레이(910)의 로우 어드레스 동작 및 로우 스캔 동작을 제어하기 위한 수직 스캔 회로, 픽셀 어레이(910)의 컬럼 어드레스 동작 및 컬럼 스캔 동작을 제어하기 위한 수평 스캔 회로, 아날로그-디지털 변환부(940)에서 사용되는 복수의 전압들을 생성하기 위한 전압 생성 회로(예를 들어, 로직 제어 회로, 위상 고정 루프 회로, 타이밍 제어 회로 및 통신 인터페이스 회로 등) 등을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(900)가 디지털 신호 처리부(960)를 포함하는 경우, 제어부(950)는 디지털 신호 처리부(960)까지 제어(즉, CTL5로 표시)할 수 있다.

디지털 신호 처리부(960)는 상기 디지털 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 최종 이미지 신호를 출력할 수 있다. 즉, 디지털 신호 처리부(960)는 아날로그-디지털 변환부(940)로부터 상기 디지털 신호를 수신하고, 상기 디지털 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행할 수 있다. 예를 들어, 디지털 신호 처리부(960)는 이미지 인터폴레이션, 색 보정, 화이트 밸런스, 감마 보정, 색 변환 등을 수행할 수 있다. 이미지 센서(900)는 컨트롤러(또는, 프로세서)를 통해 디스플레이 장치와 연결될 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치는 디지털 신호 처리부(960)에서 출력되는 최종 이미지 신호에 기초하여 이미지를 표시할 수 있다. 이와 같이, 이미지 센서(900)는 글로벌 셔터 방식으로 동작함에 있어서, 이미지 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작 이외에 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작을 추가적으로 수행하고, 광 노이즈 신호에 단위 픽셀(911)의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 이미지 신호로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성하는 방식으로, 광전 변환 소자에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 노이즈에 의해 이미지 품질 저하가 야기되는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 이미지 센서(900)는 싱글 상관 이중 샘플링 모드 또는 멀티 상관 이중 샘플링 모드로 동작할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 휴대용 전자 기기를 나타내는 블록도이고, 도 14a는 도 13의 휴대용 전자 기기가 스마트폰으로 구현되는 일 예를 나타내는 도면이며, 도 14b는 도 13의 휴대용 전자 기기가 디지털 카메라로 구현되는 일 예를 나타내는 도면이다.

도 13 내지 도 14b를 참조하면, 휴대용 전자 기기(1000)는 프로세서(1010), 메모리 장치(1020), 저장 장치(1030), 입출력 장치(1040), 파워 서플라이(1050) 및 이미지 센서(1060)를 포함할 수 있다. 이 때, 이미지 센서(1060)는 도 9의 이미지 센서(500) 또는 도 12의 이미지 센서(900)에 상응할 수 있다. 나아가, 휴대용 전자 기기(1000)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 전자 기기들과 통신할 수 있는 여러 포트(port)들을 더 포함할 수 있다. 한편, 도 14a에 도시된 바와 같이, 휴대용 전자 기기(1000)는 스마트폰으로 구현될 수도 있고, 도 14b에 도시된 바와 같이, 휴대용 전자 기기(1000)는 디지털 카메라로 구현될 수도 있다. 이 때, 휴대용 전자 기기(1000)는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서 즉, 도 9의 이미지 센서(500) 또는 도 12의 이미지 센서(900)를 포함함으로써, 롤링 셔터(rolling shutter) 방식의 이미지 센서를 포함하는 휴대용 전자 기기에 비하여, 이미지 캡쳐(예를 들어, 사진 촬영, 동영상 촬영 등) 시에 모션 블러, 젤로 효과와 같은 이미지 왜곡을 방지할 수 있고, 사용자에게 고성능의 연사 기능까지 제공할 수 있다.

프로세서(1010)는 특정 계산들 또는 태스크(task)들을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(1010)는 마이크로프로세서(micro processor), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP) 등일 수 있다. 프로세서(1010)는 어드레스 버스(address bus), 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus) 등을 통하여 다른 구성 요소들에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(1010)는 주변 구성 요소 상호 연결(Peripheral Component Interconnect; PCI) 버스와 같은 확장 버스에도 연결될 수 있다. 메모리 장치(1020)는 휴대용 전자 기기(1000)의 동작에 필요한 데이터들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(1020)는 이피롬(Erasable Programmable Read-Only Memory; EPROM) 장치, 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory; EEPROM) 장치, 플래시 메모리 장치(flash memory device), 피램(Phase Change Random Access Memory; PRAM) 장치, 알램(Resistance Random Access Memory; RRAM) 장치, 엔에프지엠(Nano Floating Gate Memory; NFGM) 장치, 폴리머램(Polymer Random Access Memory; PoRAM) 장치, 엠램(Magnetic Random Access Memory; MRAM), 에프램(Ferroelectric Random Access Memory; FRAM) 장치 등과 같은 비휘발성 메모리 장치 및/또는 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM) 장치, 에스램(Static Random Access Memory; SRAM) 장치, 모바일 DRAM 장치 등과 같은 휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다. 저장 장치(1030)는 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive; HDD), 씨디롬(CD-ROM) 등을 포함할 수 있다.

입출력 장치(1040)는 키보드, 키패드, 터치패드, 터치스크린, 마우스 등과 같은 입력 수단, 및 디스플레이 장치, 스피커, 프린터 등과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 파워 서플라이(1050)는 휴대용 전자 기기(1000)의 동작에 필요한 파워를 공급할 수 있다. 이미지 센서(1060)는 상기 버스들 또는 다른 통신 링크를 통해서 다른 구성 요소들에 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이미지 센서(1060)는 이미지 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작 이외에 광 노이즈 신호를 리드 아웃하기 위한 상관 이중 샘플링 동작을 추가적으로 수행하고, 광 노이즈 신호에 단위 픽셀의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 이미지 신호로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성하는 방식으로, 광전 변환 소자에 의해 생성된 축적 전하들이 전하 저장 소자에 저장되어 있는 동안에 발생하는 광 노이즈(예를 들어, 광 누설, 암 전류 등)에 의해 이미지 품질 저하가 야기되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해, 이미지 센서(1060)는 픽셀 어레이, 상관 이중 샘플링부, 이미지 보상부 및 아날로그-디지털 변환부를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(1060)는 픽셀 어레이, 상관 이중 샘플링부, 이미지 보상부 및 아날로그-디지털 변환부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(1060)는 디지털 신호 처리부를 더 포함할 수 있다. 즉, 디지털 신호 처리부는 이미지 센서(1060)의 내부에 구현될 수도 있고, 이미지 센서(1060)의 외부에 구현될 수도 있다.

일 실시예에서, 픽셀 어레이는 광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀을 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플링부는 단위 픽셀에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행하되, 제 1 리드 아웃 구간에서 이미지 신호를 리드 아웃하고, 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간에서 광 노이즈 신호를 리드 아웃할 수 있다. 아날로그-디지털 변환부는 이미지 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하고, 광 노이즈 신호를 제 2 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이미지 보상부는 제 2 디지털 신호에 단위 픽셀의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 제 1 디지털 신호로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성할 수 있다. 제어부는 픽셀 어레이, 상관 이중 샘플링부, 아날로그-디지털 변환부 및 이미지 보상부를 제어할 수 있다. 디지털 신호 처리부는 상기 보상된 이미지 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 최종 이미지 신호를 출력할 수 있다. 이와 같이, 이미지 센서(1060)는 이미지 신호와 광 노이즈 신호를 제 1 디지털 신호와 제 2 디지털 신호로 각각 변환한 이후, 제 1 디지털 신호와 제 2 디지털 신호에 기초하여 상기 보상된 이미지 신호를 생성할 수 있다.

다른 실시예에서, 픽셀 어레이는 광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀을 구비할 수 있다. 상관 이중 샘플링부는 단위 픽셀에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행하되, 제 1 리드 아웃 구간에서 이미지 신호를 리드 아웃하고, 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간에서 광 노이즈 신호를 리드 아웃할 수 있다. 이미지 보상부는 광 노이즈 신호에 단위 픽셀의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 이미지 신호로부터 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성할 수 있다. 아날로그-디지털 변환부는 보상된 이미지 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 제어부는 픽셀 어레이, 상관 이중 샘플링부, 이미지 보상부 및 아날로그-디지털 변환부를 제어할 수 있다. 디지털 신호 처리부는 상기 디지털 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 최종 이미지 신호를 출력할 수 있다. 이와 같이, 이미지 센서(1060)는 이미지 신호와 광 노이즈 신호에 기초하여 보상된 이미지 신호를 생성한 이후, 상기 보상된 이미지 신호(즉, 아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환할 수 있다.

한편, 이미지 센서(1060)는 다양한 형태들의 패키지로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1060)의 적어도 일부의 구성들은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다. 이와 같이, 휴대용 전자 기기(1000)는 이미지 센서(1060)를 포함함으로써 고품질의 이미지를 출력할 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(1060)는 프로세서(1010)와 함께 하나의 칩에 집적될 수도 있고, 서로 다른 칩에 각각 집적될 수도 있다. 한편, 도 14a에는 휴대용 전자 기기(1000)가 스마트폰으로 구현되어 있고, 도 14b에는 휴대용 전자 기기(1000)가 디지털 카메라(예를 들어, 미러리스(mirror-less) 카메라 등)로 구현되어 있으나, 휴대용 전자 기기(1000)의 구현이 그에 한정되는 것이 아님은 자명하다. 즉, 휴대용 전자 기기(1000)은 이미지 센서(1060)를 이용하는 다양한 형태의 모든 전자 기기로 해석되어야 한다. 예를 들어, 휴대용 전자 기기(1000)은 휴대폰, 스마트패드, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP) 등으로 구현될 수 있다.

도 15는 도 13의 휴대용 전자 기기에서 이미지 센서의 동작 모드가 결정되는 일 예를 나타내는 순서도이다.

도 15를 참조하면, 휴대용 전자 기기(1000)는 디스플레이 장치 상에 이미지 촬상 모드 선택 화면을 표시(S320)할 수 있다. 예를 들어, 이미지 촬상 모드 선택 화면에는 높은 초당 프레임 수(frame per second; FPS)를 우선시하는 FPS 우선 모드를 나타내는 그래픽(예를 들어, 텍스트(text), 아이콘(icon) 등), 광 누설, 암 전류와 같은 광 노이즈의 제거 기능을 우선시하는 광 노이즈 제거 모드를 나타내는 그래픽 등이 표시될 수 있다. 이후, 휴대용 전자 기기(1000)는 사용자 입력(user command)에 기초하여 휴대용 전자 기기(1000)의 이미지 촬상 모드를 결정(S340)할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 물리 버튼을 눌러 상기 그래픽들 중에서 하나를 선택하거나 또는 상기 그래픽들 중에서 하나를 터치(touch)하는 방식으로 사용자 입력을 수행할 수 있다. 다음, 휴대용 전자 기기(1000)는 사용자 입력에 기초하여 결정된 휴대용 전자 기기(1000)의 이미지 촬상 모드에 따라 이미지 센서(1060)의 동작 모드를 전환(S360)시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자가 휴대용 전자 기기(1000)의 이미지 촬상 모드를 FPS 우선 모드로 선택하는 경우, 이미지 센서(1060)의 동작 모드는 싱글 상관 이중 샘플링 모드로 전환될 수 있다. 반면에, 사용자가 휴대용 전자 기기(1000)의 이미지 촬상 모드를 광 노이즈 제거 모드로 선택하는 경우, 이미지 센서(1060)의 동작 모드는 멀티 상관 이중 샘플링 모드로 전환될 수 있다. 한편, 상기에서는 휴대용 전자 기기(1000)에서 이미지 센서(1060)의 동작 모드가 결정되는 과정이 설명되어 있으나, 휴대용 전자 기기(1000)에서 이미지 센서(1060)의 동작 모드가 결정되는 과정은 그에 한정되지 않는다. 예를 들어, 휴대용 전자 기기(1000)는 사용자 입력과는 관계 없이 이미지 촬상 환경에 따라 자동으로(즉, 기 설정된 알고리즘에 따라) 이미지 센서(1060)의 동작 모드를 결정할 수 있다. 즉, 휴대용 전자 기기(1000)는 광 노이즈가 많이 발생하는 환경에서는 이미지 센서(1060)의 동작 모드를 멀티 상관 이중 샘플링 모드로 전환시키고, 광 노이즈가 적게 발생하는 환경에서는 이미지 센서(1060)의 동작 모드를 싱글 상관 이중 샘플링 모드로 전환시킬 수 있다.

도 16은 도 13의 휴대용 전자 기기에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 16을 참조하면, 휴대용 전자 기기(1000)는 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치(예를 들어, 이동 전화기, 피디에이, 피엠피, 스마트폰 등)로 구현될 수 있고, 어플리케이션 프로세서(1010), 이미지 센서(1140) 및 디스플레이(1150) 등을 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 CSI 호스트(1112)는 카메라 시리얼 인터페이스(Camera Serial Interface; CSI)를 통하여 이미지 센서(1140)의 CSI 장치(1141)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, CSI 호스트(1112)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있고, CSI 장치(1141)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 DSI 호스트(1111)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(Display Serial Interface; DSI)를 통하여 디스플레이(1150)의 DSI 장치(1151)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, DSI 호스트(1111)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(1151)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다. 나아가, 휴대용 전자 기기(1000)는 어플리케이션 프로세서(1110)와 통신을 수행할 수 있는 알에프(Radio Frequency; RF) 칩(1160)을 더 포함할 수 있다. 휴대용 전자 기기(1000)의 PHY(1113)와 RF 칩(1160)의 PHY(1161)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) DigRF에 따라 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 또한, 어플리케이션 프로세서(1110)는 PHY(1161)의 MIPI DigRF에 따른 데이터 송수신을 제어하는 DigRF MASTER(1114)를 더 포함할 수 있다. 한편, 휴대용 전자 기기(1000)는 지피에스(Global Positioning System; GPS)(1120), 스토리지(1170), 마이크(1180), 디램 장치(1185) 및 스피커(1190)를 포함할 수 있다. 또한, 휴대용 전자 기기(1000)는 초광대역(Ultra WideBand; UWB)(1210), 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN)(1220) 및 와이맥스(Worldwide Interoperability for Microwave Access; WIMAX)(1230) 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 다만, 휴대용 전자 기기(1000)에서 사용되는 인터페이스는 상술한 인터페이스로 한정되는 것이 아님을 알아야 한다.

본 발명은 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기에 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 컴퓨터, 노트북, 디지털 카메라, 휴대폰, 스마트폰, 스마트패드, 타블렛PC, 피디에이(PDA), 피엠피(PMP), 차량용 네비게이션, 비디오폰 등에 적용될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

500: 이미지 센서 510: 픽셀 어레이
511: 단위 픽셀 520: 상관 이중 샘플링부
530: 아날로그-디지털 변환부 540: 이미지 보상부
550: 제어부 560: 디지털 신호 처리부
900: 이미지 센서 910: 픽셀 어레이
911: 단위 픽셀 920: 상관 이중 샘플링부
930: 이미지 보상부 940: 아날로그-디지털 변환부
950: 제어부 960: 디지털 신호 처리부

Claims

광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀을 구비한 픽셀 어레이;
상기 단위 픽셀에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행하되, 제 1 리드 아웃 구간에서 이미지 신호를 리드 아웃하고, 상기 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간에서 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 상관 이중 샘플링부;
상기 이미지 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하고, 상기 광 노이즈 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 및
상기 제 1 디지털 신호로부터 상기 제 2 디지털 신호를 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성하는 이미지 보상부를 포함하는 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 픽셀 어레이, 상기 상관 이중 샘플링부, 상기 아날로그-디지털 변환부 및 상기 이미지 보상부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 이미지 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 보상된 이미지 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 최종 이미지 신호를 출력하는 디지털 신호 처리부를 더 포함하는 이미지 센서.
제 3 항에 있어서, 상기 상관 이중 샘플링부는 상기 아날로그-디지털 변환부의 내부에 위치하고, 상기 이미지 보상부는 상기 디지털 신호 처리부의 내부에 위치하는 이미지 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 단위 픽셀은
상기 입사광을 수신하여 전하들로 변환하고, 상기 전하들을 축적하여 상기 축적 전하들을 생성하는 광전 변환 소자;
상기 축적 전하들을 저장하는 전하 저장 소자;
상기 광전 변환 소자와 상기 전하 저장 소자 사이에 연결되고, 제 1 트랜스퍼 신호에 기초하여 동작하는 제 1 트랜스퍼 트랜지스터;
상기 전하 저장 소자와 플로팅 확산 노드 사이에 연결되고, 제 2 트랜스퍼 신호에 기초하여 동작하는 제 2 트랜스퍼 트랜지스터;
상기 플로팅 확산 노드와 고전원 전압 사이에 연결되고, 리셋 신호에 기초하여 동작하는 리셋 트랜지스터;
상기 고전원 전압에 연결되고, 상기 플로팅 확산 노드로 전달된 상기 축적 전하들에 기초하여 동작하는 센싱 트랜지스터; 및
상기 센싱 트랜지스터와 출력 단자 사이에 연결되고, 로우 셀렉트 신호에 기초하여 동작하는 셀렉트 트랜지스터를 포함하는 이미지 센서.
제 5 항에 있어서, 상기 단위 픽셀은
상기 고전원 전압과 상기 광전 변환 소자 사이에 연결되고, 오버플로우 신호에 기초하여 동작하는 오버플로우 트랜지스터를 더 포함하는 이미지 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 이미지 보상부는 상기 제 2 디지털 신호에 상기 단위 픽셀의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 상기 제 1 디지털 신호로부터 감산함으로써 상기 보상된 이미지 신호를 생성하는 이미지 센서.
제 7 항에 있어서, 상기 보상 비율은 일 프레임 내에서 스캔 순서가 늦을수록 커지는 이미지 센서.
제 8 항에 있어서, 상기 보상 비율은 상기 제 1 리드 아웃 구간에서 하나의 스캔 라인에 대해 상기 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 1 시간을 상기 제 1 리드 아웃 구간에서의 상기 상관 이중 샘플링 동작이 종료된 후부터 상기 스캔 라인에 대해 상기 제 2 리드 아웃 구간에서의 상기 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 2 시간으로 나눈 값인 이미지 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 리드 아웃 구간은 상기 제 1 리드 아웃 구간보다 짧게 설정되고, 상기 제 2 리드 아웃 구간에서 상기 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 구간은 상기 제 1 리드 아웃 구간에서 상기 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 구간보다 짧게 설정되는 이미지 센서.
제 10 항에 있어서, 상기 제 2 리드 아웃 구간에서 상기 신호 성분이 출력되는 제 2 신호 성분 출력 구간은 상기 제 1 리드 아웃 구간에서 상기 신호 성분이 출력되는 제 1 신호 성분 출력 구간보다 짧게 설정되는 이미지 센서.
제 11 항에 있어서, 상기 제 2 신호 성분 출력 구간은, 상기 이미지 센서가 동작하는 초당 프레임 수가 많을수록 짧게 설정되고, 상기 이미지 센서가 동작하는 상기 초당 프레임 수가 적을수록 길게 설정되는 이미지 센서.
글로벌 셔터 방식의 이미지 센서;
상기 이미지 센서로부터 입력되는 최종 이미지 신호에 기초하여 이미지를 표시하는 디스플레이 장치; 및
상기 이미지 센서와 상기 디스플레이 장치를 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 이미지 센서는
광전 변환 구간에서 입사광에 상응하는 축적 전하들을 생성하는 적어도 하나 이상의 단위 픽셀을 구비한 픽셀 어레이;
상기 단위 픽셀에서 출력되는 리셋 성분과 신호 성분에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 상관 이중 샘플링 동작을 수행하되, 제 1 리드 아웃 구간에서 이미지 신호를 리드 아웃하고, 상기 제 1 리드 아웃 구간을 뒤따르는 제 2 리드 아웃 구간에서 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 상관 이중 샘플링부;
상기 이미지 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하고, 상기 광 노이즈 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부;
상기 제 1 디지털 신호로부터 상기 제 2 디지털 신호를 감산하여 보상된 이미지 신호를 생성하는 이미지 보상부; 및
상기 보상된 이미지 신호에 대해 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 상기 최종 이미지 신호를 출력하는 디지털 신호 처리부를 포함하는 휴대용 전자 기기.
제 13 항에 있어서, 상기 이미지 보상부는 상기 제 2 디지털 신호에 상기 단위 픽셀의 스캔 위치에 따른 보상 비율을 곱한 값을 상기 제 1 디지털 신호로부터 감산함으로써 상기 보상된 이미지 신호를 생성하는 휴대용 전자 기기.
제 14 항에 있어서, 상기 보상 비율은 일 프레임 내에서 스캔 순서가 늦을수록 커지는 휴대용 전자 기기.
제 15 항에 있어서, 상기 보상 비율은 상기 제 1 리드 아웃 구간에서 하나의 스캔 라인에 대해 상기 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 1 시간을 상기 제 1 리드 아웃 구간에서의 상기 상관 이중 샘플링 동작이 종료된 후부터 상기 스캔 라인에 대해 상기 제 2 리드 아웃 구간에서의 상기 상관 이중 샘플링 동작이 시작되기 전까지의 제 2 시간으로 나눈 값인 휴대용 전자 기기.
제 13 항에 있어서, 상기 제 2 리드 아웃 구간은 상기 제 1 리드 아웃 구간보다 짧게 설정되고, 상기 제 2 리드 아웃 구간에서 상기 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 2 상관 이중 샘플링 구간은 상기 제 1 리드 아웃 구간에서 상기 상관 이중 샘플링 동작이 수행되는 제 1 상관 이중 샘플링 구간보다 짧게 설정되는 휴대용 전자 기기.
이미지 신호를 리드 아웃하는 제 1 상관 이중 샘플링 동작만을 수행하는 싱글 상관 이중 샘플링 모드 또는 상기 제 1 상관 이중 샘플링 동작 외에 광 노이즈 신호를 리드 아웃하는 제 2 상관 이중 샘플링 동작을 추가적으로 수행하는 멀티 상관 이중 샘플링 모드 중에서 하나로 선택적으로 동작하는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서;
상기 이미지 센서로부터 입력되는 최종 이미지 신호에 기초하여 이미지를 표시하는 디스플레이 장치; 및
상기 이미지 센서와 상기 디스플레이 장치를 제어하는 프로세서를 포함하는 휴대용 전자 기기.
제 18 항에 있어서, 상기 이미지 센서는 사용자 입력 또는 기 설정된 알고리즘에 기초하여 상기 싱글 상관 이중 샘플링 모드 또는 상기 멀티 상관 이중 샘플링 모드로 동작하는 휴대용 전자 기기.
제 19 항에 있어서, 상기 사용자 입력에 의해 상기 휴대용 전자 기기의 이미지 촬상 모드가 광 노이즈 제거 모드로 선택되거나 또는 상기 알고리즘에 의해 이미지 촬상 환경이 광 노이즈가 많이 발생하는 환경으로 판단되면, 상기 이미지 센서는 상기 멀티 상관 이중 샘플링 모드로 동작하는 휴대용 전자 기기.