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公開番号2025166790
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-06
出願番号2025045673
出願日2025-03-19
発明の名称イメージセンサ
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人共生国際特許事務所
主分類H04N 25/581 20230101AFI20251029BHJP(電気通信技術)
要約【課題】ダイナミックレンジ、信号対雑音比等を改善できるイメージセンサを提供する。
【解決手段】交差する第1方向と第2方向に配列される複数ピクセルを含むピクセルアレイと、複数のロー、カラムラインを介し複数ピクセルと接続され複数ピクセルを駆動する周辺回路とを有し、各ピクセルは第1フォトダイオードと第1フォトダイオードより小さい受光面積を有する第2フォトダイオードと第1及び第2フォトダイオードを周辺回路と接続するピクセル回路とを含み、周辺回路は第1露出時間後に各ピクセルに対し第1リードアウト動作を実行し第1ピクセル信号を取得し、第1露出時間より短い第2露出時間後に各ピクセルの内の少なくとも一部ピクセルに対し第1リードアウト動作と異なる第2リードアウト動作を実行し第2ピクセル信号を取得し、周辺回路は第1ピクセル信号を用いて第1イメージデータを生成し第2ピクセル信号を用いて第2イメージデータを生成する。
【選択図】図5

特許請求の範囲【請求項１】
第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に配列される複数のピクセルを含むピクセルアレイと、
複数のローライン及び複数のカラムラインを介して前記複数のピクセルと接続され、前記複数のピクセルを駆動する周辺回路と、を有し、
前記複数のピクセルのそれぞれは、
第１フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードよりも小さい受光面積を有する第２フォトダイオードと、
前記第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードを前記周辺回路と接続するピクセル回路と、を含み、
前記周辺回路は、
第１露出時間後に前記複数のピクセルのそれぞれに対して第１リードアウト動作を実行して第１ピクセル信号を取得し、
前記第１露出時間よりも短い第２露出時間後に前記複数のピクセルの内の少なくとも一部のピクセルに対して、第２リードアウト動作を実行して第２ピクセル信号を取得し、
前記周辺回路は、
前記第１ピクセル信号を用いて第１イメージデータを生成し、
前記第２ピクセル信号を用いて第２イメージデータを生成することを特徴とするイメージセンサ。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記ピクセル回路は、
フローティングディフュージョンノードと、
前記フローティングディフュージョンノードと前記第１フォトダイオードとの間に接続される第１転送トランジスタと、
前記フローティングディフュージョンノードと前記第２フォトダイオードとの間に接続される第２転送トランジスタと、
前記フローティングディフュージョンノードに接続される利得制御トランジスタと、を含み、
前記周辺回路は、前記利得制御トランジスタをターンオフさせて高い変換利得条件を選択し、前記利得制御トランジスタをターンオンさせて低い変換利得条件を選択することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記第１リードアウト動作において、前記複数のピクセルのそれぞれは、
前記第１フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件及び低い変換利得条件で順次に出力し、
前記第２フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件で出力し、
前記第２フォトダイオードで生成され、前記ピクセル回路のキャパシタに貯蔵された電荷に対応する電圧を出力することを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記第２リードアウト動作において、前記少なくとも一部のピクセルのそれぞれは、
前記第１フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件及び低い変換利得条件で順次に出力し、
前記第２フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件で出力し、
前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードで生成され、前記キャパシタに貯蔵された電荷に対応する電圧を出力することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記第２リードアウト動作において、前記少なくとも一部のピクセルのそれぞれは、
前記第１フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件及び低い変換利得条件で順次に出力し、
前記第２フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件で出力し、
前記第１フォトダイオードで生成され、前記キャパシタに貯蔵された電荷に対応する電圧を出力することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記第２リードアウト動作において、前記少なくとも一部のピクセルのそれぞれは、
前記第１フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件及び低い変換利得条件で順次に出力し、
前記第１フォトダイオードで生成され、前記キャパシタに貯蔵された電荷に対応する電圧を出力することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
前記第２リードアウト動作において、前記少なくとも一部のピクセルのそれぞれは、
前記第１フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件及び低い変換利得条件で順次に出力し、
前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードで生成され、前記キャパシタに貯蔵された電荷に対応する電圧を出力することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
前記第１リードアウト動作において、前記複数のピクセルのそれぞれは、
前記第１フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件又は低い変換利得条件で出力し、
前記第２フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件で出力し、
前記第２フォトダイオードで生成され、前記ピクセル回路のキャパシタに貯蔵された電荷に対応する電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項９】
前記第２リードアウト動作において、前記少なくとも一部のピクセルのそれぞれは、
前記第１フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件及び低い変換利得条件で順次に出力し、
前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードで生成され、前記ピクセル回路のキャパシタに貯蔵された電荷に対応する電圧を出力することを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１０】
前記第２リードアウト動作において、前記少なくとも一部のピクセルのそれぞれは、
前記第１フォトダイオードで生成される電荷に対応する電圧を高い変換利得条件及び低い変換利得条件で順次に出力し、
前記第１フォトダイオードで生成され、前記ピクセル回路のキャパシタに貯蔵された電荷に対応する電圧を出力することを特徴とする請求項８に記載のイメージセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに関し、特にダイナミックレンジ、信号対雑音比などを改善することができるイメージセンサに関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、光を受け入れて電気信号を生成するセンサであり、複数のピクセルを有するピクセルアレイと、ピクセルアレイを駆動してイメージを生成するための周辺回路などを含む。
近年では、車両などの分野にもイメージセンサが採用されるにつれて、様々な形態の被写体を正確に撮影するための方法が提案されている。
【０００３】
１つの方法として、複数のイメージセンサを互いに異なるように設定して、様々な被写体を正確に撮影することができるが、多いスペースを必要とし、価格が上昇するという問題がある。
したがって、１つのイメージセンサで互いに異なる特性を有する複数の被写体を正確に撮影するための様々な方案が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記従来のイメージセンサにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、一つのピクセルが互いに異なる受光面積を有する第１フォトダイオードと第２フォトダイオードを含む構造のイメージセンサにおいて、第１露出時間後に実行される第１リードアウト動作と第２露出時間後に実行される第２リードアウト動作を異なるように設定することで、ダイナミックレンジ、信号対雑音比などを改善することができるイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサは、第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に配列される複数のピクセルを含むピクセルアレイと、複数のローライン及び複数のカラムラインを介して前記複数のピクセルと接続され、前記複数のピクセルを駆動する周辺回路と、を有し、前記複数のピクセルのそれぞれは、第１フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードよりも小さい受光面積を有する第２フォトダイオードと、前記第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードを前記周辺回路と接続するピクセル回路と、を含み、前記周辺回路は、第１露出時間後に前記複数のピクセルのそれぞれに対して第１リードアウト動作を実行して第１ピクセル信号を取得し、前記第１露出時間よりも短い第２露出時間後に前記複数のピクセルの内の少なくとも一部のピクセルに対して、第２リードアウト動作を実行して第２ピクセル信号を取得し、前記周辺回路は、前記第１ピクセル信号を用いて第１イメージデータを生成し、前記第２ピクセル信号を用いて第２イメージデータを生成することを特徴とする。
【０００６】
また、上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサは、第１フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードよりも小さい受光面積を有する第２フォトダイオードと、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードと接続されるピクセル回路と、をそれぞれ含む複数のピクセルと、前記複数のピクセルのそれぞれに対して、第１シャッタ動作と、第１露出時間と、第１リードアウト動作と、第２シャッタ動作と、第２露出時間と、第２リードアウト動作と、を順次に実行する周辺回路と、を有し、前記第１リードアウト動作は、順次に実行される複数の第１リードアウト動作を含み、前記第２リードアウト動作は、順次に実行される複数の第２リードアウト動作を含み、前記周辺回路は、前記複数の第２リードアウト動作の内の少なくとも１つを前記複数の第１リードアウト動作とは異なるように実行することを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサは、第１フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードよりも小さい受光面積を有する第２フォトダイオードと、前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードと接続されるピクセル回路と、をそれぞれ含む複数のピクセルと、前記複数のピクセルを駆動する周辺回路と、を有し、前記ピクセル回路は、第１露出時間後に、複数の第１リードアウト動作を実行して信号を出力し、前記第１露出時間よりも短い第２露出時間後に、複数の第２リードアウト動作を実行して信号を出力し、前記複数の第２リードアウト動作において、前記第１フォトダイオードで生成された電荷に対応する信号を前記ピクセル回路が出力する回数は、前記第２フォトダイオードで生成された電荷に対応する信号を前記ピクセル回路が出力する回数よりも多いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るイメージセンサによれば、ピクセルのそれぞれは第１フォトダイオード、第２フォトダイオード、及びピクセル回路を含み、第２フォトダイオードは第１フォトダイオードよりも小さい受光面積を有するので、第１露出時間の間に第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードで生成された電荷に対応するピクセル信号を取得するための第１リードアウト動作と、第２露出時間の間に第１フォトダイオード及び第２フォトダイオードで生成された電荷に対応するピクセル信号を取得するための第２リードアウト動作を異なるように実行することで、信号対雑音比とダイナミックレンジ、秒当てフレーム数などを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の一実施形態によるイメージセンサの概略構成を示すブロック図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサのピクセルアレイ構造を簡単に示す図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサのピクセルアレイ構造を簡単に示す図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサに含まれるピクセルを簡単に示す回路図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサの動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明に係るイメージセンサを実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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