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KR101639385B1 - Image sensor - Google Patents

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KR101639385B1
KR101639385B1 KR1020090119887A KR20090119887A KR101639385B1 KR 101639385 B1 KR101639385 B1 KR 101639385B1 KR 1020090119887 A KR1020090119887 A KR 1020090119887A KR 20090119887 A KR20090119887 A KR 20090119887A KR 101639385 B1 KR101639385 B1 KR 101639385B1
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signal
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한상욱
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삼성전자주식회사
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Abstract

이미지 센서는 고감도 영상을 획득하기 위하여 다중 노출 시간을 가진다. 이미지 센서는 매트릭스 배열된 다수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이 및 픽셀 어레이의 각 픽셀을 구동하기 위한 구동 신호를 인가하는 구동 신호 제공부를 포함한다. 픽셀 어레이에서 하나의 행에 감도가 서로 다른 2 이상의 종류의 픽셀이 배치된다. 서로 다른 종류의 픽셀은 서로 다른 신호 라인으로부터 포토다이오드에 축적된 광전하를 플로팅 노드로 전송하는 전송 트랜지스터에 인가되는 전송 신호를 수신받도록 구성된다. 구동 신호 제공부는, 하나의 행에 포함된 픽셀들에 대하여, 서로 다른 타이밍에 전송 신호를 인가함으로써 서로 다른 2 이상의 종류의 픽셀이 서로 다른 광 노출 시간을 갖도록 한다. The image sensor has multiple exposure times to acquire a high-sensitivity image. The image sensor includes a pixel array including a plurality of pixels arrayed in a matrix and a driving signal providing section for applying driving signals for driving each pixel of the pixel array. In the pixel array, two or more kinds of pixels whose sensitivity are different from each other are arranged in one row. The different kinds of pixels are configured to receive a transfer signal applied to a transfer transistor for transferring light charges accumulated in the photodiode from different signal lines to the floating node. The driving signal supply unit applies different transmission timings to the pixels included in one row at different timings so that two or more different kinds of pixels have different light exposure time.

이미지 센서, 다중 노출, 비닝, 해상도, 픽셀 Image sensor, multiple exposure, binning, resolution, pixel

Description

이미지 센서{Image sensor} Image sensor

이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 고감도 영상을 획득하기 위한 이미지 센서에 관한 것이다. More particularly, to an image sensor for acquiring a high-sensitivity image.

현재 이미지 센서의 감도 특성을 증가시키고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러가지 방법론 중에서, 기존 R, G, B 픽셀 이외에, 화이트 또는 투명(transparent) 픽셀을 배치하여 고감도의 특성을 갖도록 하는 방법이 있다. 화이트 픽셀 또는 투명 픽셀의 경우, 기존 R, G, B 픽셀보다 약 3배 내지 5배 정도의 감도 특성을 보이는 그레이 정보를 출력하고, 컬러 정보는 주변 R, G, B 픽셀의 정보를 보간하여 만들어낸다. Currently, researches are actively conducted to increase the sensitivity characteristics of image sensors. Among various methods, there is a method of arranging white or transparent pixels in addition to the existing R, G, and B pixels to have high sensitivity characteristics. Gray pixel information or white pixel information, and outputs gray information having a sensitivity characteristic of about 3 to 5 times that of the conventional R, G, and B pixels, and color information is generated by interpolating information of neighboring R, G, and B pixels I will.

이러한 구조의 센서는 R, G, B 픽셀과 고감도 픽셀의 감도 차이가 매우 현저하므로, 적정 노출 시간을 선택하는데 문제가 발생한다. R, G, B 픽셀 출력 값에 기준을 맞추어, 노출 시간을 조절하면, 노출 시간이 상대적으로 길게 되어 고감도 픽셀이 포화 상태가 되어, 영상 정보를 잃어버리는 문제가 발생하고, 고감도 픽셀 출력값에 맞추어 노출 시간을 조절하면, 노출 시간이 상대적으로 너무 짧게 되어, R, G, B 픽셀에서 받아들일 수 있는 광량이 작아지게 되고, 결과적으로 영상의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 현저히 떨어지게 된다. The sensor of this structure has a problem in selecting a proper exposure time because the sensitivity difference between the R, G, and B pixels and the high sensitivity pixel is very remarkable. If the exposure time is adjusted according to the R, G, and B pixel output values and the exposure time is relatively long, the high-sensitivity pixels become saturated and the image information is lost, and exposure to the high- When the time is adjusted, the exposure time is relatively short, and the amount of light that can be received by the R, G, and B pixels becomes small. As a result, the SNR (Signal-to-Noise Ratio) of the image is remarkably deteriorated.

한편, 고감도 센서를 위해 많이 채용되는 기술이 비닝(Binning) 기법이다. 비닝 기법은 기본적으로 인접 픽셀들의 값을 합쳐서 고품질 고감도의 영상을 얻는 방법이다. 비닝 동작은 인접한 픽셀의 신호 값을 픽셀 안에서 누적된 전하(charge)를 합치는 동작으로 구현할 수도 있고 컬럼(column) 회로에서 픽셀의 아날로그 출력값을 합치는 동작으로도 구현할 수 있다. 또는 비닝은 디지털 영상 처리부에서 수행될 수도 있다. 이러한 전통적인 비닝 기법은 효과적으로 감도를 올릴 수 있지만 영상 전체에 공통적으로 적용되어 공간 해상도가 줄어드는 단점이 있다. On the other hand, Binning technique is widely used for high sensitivity sensors. The binning method basically combines the values of adjacent pixels to obtain a high-quality, high-sensitivity image. The binning operation can be realized by combining the signal value of the adjacent pixel with the accumulated charge in the pixel or by combining the analog output value of the pixel in the column circuit. Or binning may be performed in the digital image processing unit. This conventional binning technique can increase the sensitivity effectively but it has a disadvantage that the spatial resolution is reduced because it is commonly applied to the entire image.

2가지 이상의 감도가 다른 픽셀들이 존재할 때, 각 종류의 픽셀별로 노출 시간을 상이하게 조절하는 이미지 센서 구조가 제공된다. There is provided an image sensor structure for differently controlling the exposure time for each kind of pixel when there are pixels having two or more different sensitivities.

2가지 이상의 감도가 다른 픽셀들이 존재할 때, 각 종류의 픽셀별로 노출 시간을 상이하게 조절하면서, 국부적인 비닝을 수행하는 이미지 센서 구조가 제공된다. There is provided an image sensor structure for performing local binning while differently controlling the exposure time for each kind of pixel when there are two or more pixels having different sensitivities.

일 측면에 따른 이미지 센서는 매트릭스 배열된 다수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이 및 픽셀 어레이의 각 픽셀을 구동하기 위한 구동 신호를 인가하는 구동 신호 제공부를 포함한다. 픽셀 어레이에서 하나의 행에 감도가 서로 다른 2 이상 의 종류의 픽셀이 배치된다. 서로 다른 종류의 픽셀은 서로 다른 신호 라인으로부터 포토다이오드에 축적된 광전하를 플로팅 노드로 전송하는 전송 트랜지스터에 인가되는 전송 신호를 수신받도록 구성된다. 구동 신호 제공부는, 하나의 행에 포함된 픽셀들에 대하여, 서로 다른 타이밍에 전송 신호를 인가함으로써 서로 다른 2 이상의 종류의 픽셀이 서로 다른 광 노출 시간을 갖도록 한다. An image sensor according to one aspect includes a pixel array including a plurality of pixels arrayed in a matrix and a drive signal providing section for applying a drive signal for driving each pixel of the pixel array. In the pixel array, two or more kinds of pixels having sensitivity different from each other are arranged in one row. The different kinds of pixels are configured to receive a transfer signal applied to a transfer transistor for transferring light charges accumulated in the photodiode from different signal lines to the floating node. The driving signal supply unit applies different transmission timings to the pixels included in one row at different timings so that two or more different kinds of pixels have different light exposure time.

2가지 이상의 감도가 다른 픽셀들이 존재할 때, 각 종류의 픽셀별로 노출 시간을 상이하게 조절하여 영상 정보의 손실 또는 SNR의 저하 없이 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 조도가 낮아 영상 정보를 획득할 수 없었던 픽셀 영역만 공간 해상도를 희생하면서 영상 정보를 획득하고, 그 외의 픽셀 영역은 공간해상도의 희생없이 고해상도 고품질의 영상을 얻을 수 있다. When two or more pixels having different sensitivities are present, the exposure time may be adjusted differently for each type of pixel to improve the sensitivity without loss of image information or SNR. Also, only a pixel region that can not acquire image information due to its low illuminance acquires image information at sacrificing spatial resolution, and other pixel regions can obtain a high-resolution and high-quality image without sacrificing spatial resolution.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the operator, or the custom. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도 1은 다중 노출을 위한 센서 구조의 일 예를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing an example of a sensor structure for multiple exposure.

도 1는 2 종류의 노출 시간을 갖는 8×8어레이 센서 구조의 일 예를 나타낸 다. 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(110) 및 구동 신호 제공부(120), 컬럼 리드아웃 회로(130) 및 컬럼 디코더(140)를 포함할 수 있다. FIG. 1 shows an example of an 8 × 8 array sensor structure having two types of exposure time. The image sensor 100 may include a pixel array 110 and a driving signal providing unit 120, a column lead-out circuit 130, and a column decoder 140.

픽셀 어레이(110)는 빛 신호를 아날로그 신호로 변환하며 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 단위 픽셀을 포함한다. The pixel array 110 converts a light signal into an analog signal and includes a plurality of unit pixels arranged in a matrix form.

구동 신호 제공부(120)는 픽셀 어레이(110)의 행 라인(row line)을 선택하고 픽셀 어레이(110)의 각 픽셀을 구동하기 위한 구동 신호를 생성하여 각 픽셀에 인가한다. The driving signal providing unit 120 selects a row line of the pixel array 110 and generates driving signals for driving each pixel of the pixel array 110 and applies the driving signals to each pixel.

컬럼 리드아웃 회로(130)는 픽셀 어레이(110)로부터 신호를 판독한다. The column lead-out circuit 130 reads a signal from the pixel array 110.

컬럼 디코더(140)는 컬럼 방향의 어드레스 신호를 디코딩하여 컬럼 리드아웃 회로(230)에서 판독된 신호를 순차적으로 출력할 수 있게 해준다. 여기에서, 컬럼은 픽셀이 판독되는 방향을 나타내고, 수직 방향의 배열을 의미하는 것은 아니다. The column decoder 140 decodes the address signals in the column direction and sequentially outputs the signals read out from the column readout circuit 230. Here, the column indicates the direction in which the pixels are read, and does not mean an array in the vertical direction.

픽셀 어레이(110)는 하나의 행에 감도가 서로 다른 2 이상의 종류의 픽셀이 배치되도록 구성된다. 도 1에서, 그레이로 표시된 픽셀은 저감도 픽셀을 나타내고, 흰색 픽셀은 고감도 픽셀이라 가정한다. 저감도 픽셀은 컬러 픽셀일 수 있으며, 고감도 픽셀은 투명 픽셀일 수 있다. 고감도 픽셀은 저감도 픽셀에 비하여 짧은 시간에 포화된다. The pixel array 110 is configured such that two or more kinds of pixels having different sensitivities are arranged in one row. In Fig. 1, it is assumed that a pixel displayed in gray represents a low-sensitivity pixel and a white pixel is a high-sensitivity pixel. The low-sensitivity pixel may be a color pixel, and the high-sensitivity pixel may be a transparent pixel. High-sensitivity pixels saturate in a shorter time than low-sensitivity pixels.

일반적 이미지 센서는 포토다이오드 신호를 리드아웃하거나 리셋하는 동작을 하기 위해, 전송 트랜지스터를 컨트롤하는 전송 신호(TX)를 한 행 당 하나 사용한다. 이에 비해, 픽셀 어레이(110)에서 서로 다른 종류의 픽셀은 서로 다른 신호 라인으로부터 포토다이오드에 축적된 광전하를 플로팅 노드로 전송하는 전송 트랜 지스터에 인가되는 전송 신호를 수신받도록 구성된다. 즉, 하나의 행에는 2 이상의 전송 신호(TX)를 인가하기 위한 신호 라인이 포함된다. The general image sensor uses one transmission signal TX for controlling the transfer transistor, one for each row, to perform the operation of reading out or resetting the photodiode signal. In contrast, pixels of different types in the pixel array 110 are configured to receive transmission signals applied to a transmission transistor that transfers light charges accumulated in the photodiodes from different signal lines to the floating node. That is, one row includes signal lines for applying two or more transmission signals TX.

구동 신호 제공부(120)는 하나의 행에 포함된 픽셀들에 대하여, 서로 다른 타이밍에 전송 신호를 인가함으로써 서로 다른 2 이상의 종류의 픽셀이 서로 다른 광 노출 시간을 갖도록 구성된다. 도 1에서는 하나의 행 당 2개의 신호(TX1, TX2)가 배치되어 있다. 더 많은 종류의 노출 시간을 가지도록 하기 위하여, 서로 다른 노출 시간의 수만큼 TX 신호가 전송되는 라인이 배치될 수 있다. The driving signal supply unit 120 is configured to apply different transmission timings to pixels included in one row so that two or more different kinds of pixels have different light exposure times. In Fig. 1, two signals TX1 and TX2 are arranged per one row. In order to have more kinds of exposure times, lines may be arranged in which TX signals are transmitted for a number of different exposure times.

컬럼 리드아웃 회로(130)에는 픽셀 어레이(110)의 각 컬럼마다 컬럼 판독부(131 내지 138)가 배치된다. 컬럼 판독부(131 내지 138)는 통상적으로 노이즈를 제거하기 위한 아날로그 회로 및 아날로그 디지털 컨버터(Aanalog to Digital Converter, 이하 ADC라 함)가 존재한다. 예를 들어, 한 행의 픽셀 신호가 각 컬럼 판독부(131 내지 138)의 입력으로 들어오면, 먼저 노이즈 제거 회로를 통해 노이즈를 제거한 후 ADC를 통해 디지털 값으로 변환되고, 디지털 값은 래치에 저장된다. 여기까지의 동작은 컬럼 패러럴하게 동작한다. 이후에 각 컬럼에 순차적으로 인가되는 컬럼 디코딩 신호가 들어오면 해당 픽셀 출력이 센서 출력으로 하나씩 나가게 된다. In the column readout circuit 130, column readers 131 to 138 are arranged for each column of the pixel array 110. The column readers 131 to 138 usually have an analog circuit and an analog to digital converter (ADC) for removing noise. For example, when a pixel signal of one row enters the input of each of the column readers 131 to 138, the noise is removed first through the noise elimination circuit, and then the digital signal is converted into a digital value through the ADC. do. The operation up to this point is column parallel operation. Then, when a column decoded signal sequentially applied to each column is input, the corresponding pixel output is output to the sensor output one by one.

도 2는 도 1의 센서 구조에 따른 픽셀들의 동작을 나타내는 테이블이다. 2 is a table showing the operation of pixels according to the sensor structure of FIG.

이미지 센서(100)의 동작은 1번 행부터 시작하고, 8번 행 동작이 마지막으로 이루어지는 것으로 가정한다. 컬러 픽셀(저감도 픽셀)은 노출 시간이 4라인 리드아웃(line readout) 시간이고, 투명 픽셀(고감도 픽셀)의 노출 시간은 2라인 리드 아웃 시간이라고 가정한다. 여기에서, 라인 리드아웃 시간은 하나의 행에 포함된 픽셀들로부터 픽셀 값을 판독하는 행 리드아웃 시간과 동일한 의미이다. It is assumed that the operation of the image sensor 100 starts from the first row, and the operation of the row 8 is the last. It is assumed that the color pixel (low-sensitivity pixel) has an exposure time of 4 line readout time and that the exposure time of the transparent pixel (high-sensitivity pixel) is 2 line lead-out time. Here, the line lead-out time has the same meaning as the row lead-out time for reading the pixel value from the pixels included in one row.

이미지 센서(100)가 동작을 시작하면, 먼저 컬러 픽셀들의 인터그레이션 시작 전 포토다이오드를 비우는 리셋 동작을 시작한다. 이미지 센서(100)에서, 하나의 행에 컬러 픽셀 및 투명 픽셀의 전송 트랜지스터 각각에 입력되는 전송 라인이 별도로 존재하는 것을 제외하고, 각 픽셀의 동작은 통상적인 4트랜지스터 CMOS 이미지 센서의 동작과 동일하게 수행된다. When the image sensor 100 starts to operate, it first starts a reset operation which empties the photodiode before the start of the integration of the color pixels. In the image sensor 100, the operation of each pixel is the same as the operation of a typical four-transistor CMOS image sensor, except that there is a separate transmission line to be input to each of the transmission pixels of the color pixel and the transparent pixel in one row .

시간 "1"에서 1번째 행의 컬러 픽셀들에 포함된 포토다이오드의 리셋을 위해 1번째 행의 컬러 픽셀들에 포함된 전송 트랜지스터의 게이트 신호(TX12)가 "ON"된다. 리셋된 1번째 행의 컬러 픽셀들은 노출되어, 빛이 들어와서 인터그레이션(intergration)이 시작된다. The gate signal TX12 of the transfer transistor included in the color pixels of the first row is "ON" for resetting the photodiode included in the color pixels of the first row in the time "1 ". The color pixels of the reset first row are exposed and light begins to intergrate.

시간 "2"에서, 2번째 행의 컬러 픽셀들에 포함된 포토다이오드의 리셋을 위해, 2번째 행의 컬러 픽셀들에 포함된 전송 트랜지스터의 게이트 신호(TX22)가 신호가 "ON"된다. 리셋된 2번째 행의 컬러 픽셀들은 인터그레이션을 시작한다. At time "2 ", the gate signal TX22 of the transfer transistor included in the color pixels of the second row is" ON "for resetting the photodiode included in the color pixels of the second row. The color pixels of the second row that are reset start the integration.

시간 "3"에서, 3번째 행의 컬러 픽셀들에 포함된 포토다이오드의 리셋을 위해, 3번째 행의 컬러 픽셀들의 전송 트랜지스터들의 게이트 신호(TX32) 신호가 "ON"된다. 또한, 시간 "3"에서, 1번째 행의 투명 픽셀들에 포함된 포토다이오드의 리셋을 위해서 1번째 행의 전송 트랜지스터들의 게이트 신호(TX11) 신호가 "ON"된다. 이와 같이, 3번째 행의 컬러 픽셀들과, 1번째 행의 투명 픽셀들에 포함된 포토다이오드들이 리셋된 후, 인터그레이션이 시작된다. At time "3 ", the gate signal (TX32) signal of the transfer transistors of the color pixels of the third row is" ON "for resetting the photodiode included in the color pixels of the third row. Further, at time "3 ", the gate signal TX11 of the transfer transistors in the first row is" ON "for resetting the photodiode included in the transparent pixels in the first row. Thus, after the photodiodes included in the color pixels of the third row and the transparent pixels of the first row are reset, the integration starts.

시간 "4"에서, 4번째 행의 컬러 픽셀들에 포함된 포토다이오드의 리셋을 위해, 4번째 행의 컬러 픽셀들의 전송 트랜지스터들의 게이트 신호(TX42)가 "ON"되고, 2번째 행의 투명 픽셀들에 포함된 포토다이오드의 리셋을 위해, 2번째 행의 투명 픽셀들의 전송 트랜지스터들의 게이트 신호(TX21)가 "ON"되어, 4번째 행의 컬러 픽셀들과 2번째 행의 투명 픽셀들에 포함된 포토다이오드들이 리셋된다. 그런 다음, 4번째 행의 컬러 픽셀들과 2번째 행의 투명 픽셀들이 인터그레이션을 시작한다. At time "4 ", the gate signal TX42 of the transfer transistors of the color pixels of the fourth row is" ON "for resetting the photodiode contained in the color pixels of the fourth row, The gate signal TX21 of the transfer transistors of the transparent pixels of the second row is "ON" to reset the photodiodes included in the second row of transparent pixels, The photodiodes are reset. Then, the color pixels of the fourth row and the transparent pixels of the second row begin their integration.

시간 "5"에서, 5번째 행의 컬러 픽셀들에 포함된 포토다이오드의 리셋을 위해, 5번째 행의 컬러 픽셀들의 전송 트랜지스터들의 게이트 신호(TX52)가 "ON"되고, 3번째 행의 투명 픽셀들의 포토다이오드의 리셋을 위해, 3번째 행의 전송 트랜지스터들의 게이트 신호(TX31)가 "ON"된다. 리셋된 5번째 행의 컬러 픽셀들과 3번째 행의 투명 픽셀들은 인터그레이션을 시작한다. 한편, 이 시간에, 1번째 행의 모든 픽셀들을 리드아웃하기 위해, 1번째 행의 TX11 및 TX12 신호가 모두 "ON"되고 1번째 행의 모든 픽셀들의 픽셀 값이 리드아웃된다. At time "5 ", the gate signal TX52 of the transfer transistors of the color pixels of the fifth row is" ON "for resetting the photodiode contained in the color pixels of the fifth row, The gate signal TX31 of the transfer transistors in the third row is "ON ". The color pixels of the reset fifth row and the transparent pixels of the third row start the integration. On the other hand, at this time, in order to lead out all the pixels of the first row, the TX11 and TX12 signals of the first row are all turned ON and the pixel values of all the pixels of the first row are read out.

1번째 행의 컬러 픽셀들은, 시간 1에서 리셋을 시작하여 시간 5에서 읽어들이므로 노출시간은 4 라인 리드아웃 시간이 되고, 1번째 행의 투명 픽셀들은, 시간 3에서 리셋을 시작하여 시간 5에서 읽어들이므로, 노출 시간이 2 라인 리드아웃 시간이 된다. 마찬가지 방식으로, 시간 "12"까지 동작을 마치게 되면, 모든 픽셀들의 값을 자기 자신에게 맞는 노출 시간 동안 인터그레이션하고, 픽셀 값이 판독될 수 있게 된다. Since the color pixels in the first row are reset at time 1 and read at time 5, the exposure time is the 4-line readout time, and the transparent pixels in the first row start to reset at time 3, So that the exposure time becomes the 2-line lead-out time. In the same way, when the operation is finished to the time "12 ", the values of all the pixels are integrated for the exposure time suited to them, and the pixel value can be read.

도 3a 내지 도 3f는 도 2의 동작에서, 시간 "6" 시점에서, 2번째 행의 모든 픽셀, 4번째 행의 투명 픽셀, 6번째 행의 컬러 픽셀들의 동작을 나타내는 도면이다. FIGS. 3A to 3F are diagrams showing the operation of all the pixels in the second row, the transparent pixels in the fourth row, and the color pixels in the sixth row at the time "6" time in the operation of FIG.

도 3a에 및 도 3b를 도시하면, 2번째 행의 모든 픽셀들에 대하여, RST READ 기간에 RST 신호를 ON으로 하여, 픽셀의 리셋 신호를 읽는다. 여기에서, 리셋 신호는 빛이 포토다이오드(PD)에 들어오는 인터그레이션 기간(intergration time) 동안 플로팅 디퓨전(FD)을 동작 전압(Vdd)로 리셋시켜서 플로팅 디퓨전(FD)을 리셋 전압(VR)으로 만들고, 플로팅 디퓨전의 리셋 전압(VR)에 대응하는 신호를 의미한다. 3A and 3B, for all the pixels in the second row, the RST signal is turned ON in the RST READ period, and the reset signal of the pixel is read. Here, the reset signal resets the floating diffusion FD to the operating voltage Vdd during the intergration time during which the light enters the photodiode PD, thereby resetting the floating diffusion FD to the reset voltage V R , And means a signal corresponding to the reset voltage V R of the floating diffusion.

그 다음, TX 기간에, 컬러 픽셀의 전달 트랜지스터(T)의 게이트 신호(TX22) 및 투명 픽셀의 전달 트랜지스터(T)의 게이트 신호(TX21)를 "ON"으로 하고, SEL 신호를 "ON"으로 하여, 포토다이오드(PD)에 축적되어 있던 광전하를 플로팅 디퓨전(FD)으로 이동시키고, 이동된 광전하는 소스 팔로우어 트랜지스터(SF)를 거쳐 신호 전압(Vsig)으로 출력된다. 신호 전압(Vsig)에 대응하는 신호를 영상 신호라고 할 때, 두 전압의 차로 인하여 리셋 잡음, FPN(Fixed Pattern Noise) 등을 제거하기 위하여, 리셋 전압(VR) 리셋 신호와 신호 전압(Vsig)의 차에 해당하는 신호를 최종적인 영상 신호로 이용한다. 각각의 픽셀 종류별로 다른 시간 동안 누적된 전하량을 컬럼 버스를 통해 읽어낸다.Next, in the TX period, the gate signal TX22 of the transfer transistor T of the color pixel and the gate signal TX21 of the transfer transistor T of the transparent pixel are turned ON and the SEL signal is turned ON , The photoelectric charge accumulated in the photodiode PD is transferred to the floating diffusion FD and outputted as the signal voltage V sig through the photoelectric transferring source follower transistor SF. When a signal corresponding to the signal voltage V sig is an image signal, a reset voltage (V R ) reset signal and a signal voltage V (V) are reset to remove a reset noise, a fixed pattern noise sig ) is used as a final video signal. The amount of charge accumulated during different times for each pixel type is read through the column bus.

도 3c 및 도 3d를 참조하면, Reset 기간에, 4번째 행의 투명 픽셀들의 전송 트랜지스터(T)의 게이트 신호(TX41)가 "ON"되고, 리셋 트랜지스터(R)의 게이트 신 호(RST)도 "ON"로 되어, 투명 픽셀들의 포토다이오드에 있던 전하가 구동 전압(Vdd)쪽으로 배출되어 포토다이오드가 리셋된다. 3C and 3D, in the reset period, the gate signal TX41 of the transfer transistor T of the transparent pixels of the fourth row is turned ON and the gate signal RST of the reset transistor R is also Quot; ON ", so that the charge in the photodiode of the transparent pixels is discharged toward the driving voltage Vdd, and the photodiode is reset.

도 3e 및 도 3f를 참조하면, Reset 기간에, 6번째 행의 컬러 픽셀들의 전송 트랜지스터(T)의 게이트 신호(TX62)가 "ON"되고, 리셋 트랜지스터(R)의 게이트 신호(RST)도 "ON"되어, 컬러 픽셀들의 포토다이오드에 있던 전하가 구동 전압(Vdd)쪽으로 배출되어 포토다이오드가 리셋된다. 3E and 3F, in the reset period, the gate signal TX62 of the transfer transistor T of the color pixels of the sixth row is turned ON and the gate signal RST of the reset transistor R is also " ON ", so that the charge in the photodiode of the color pixels is discharged toward the driving voltage Vdd, and the photodiode is reset.

나머지 픽셀들은 모두 외부 제어 신호 즉, 전송 트랜지스터의 게이트 신호, 리셋 트랜지스터의 게이트 신호(RST) 및 선택 트랜지스터의 게이트 신호(SEL)의 변화없이 광전하 누적 동작을 계속한다. All the remaining pixels continue the photocharge accumulation operation without changing the external control signal, that is, the gate signal of the transfer transistor, the gate signal RST of the reset transistor, and the gate signal SEL of the selection transistor.

도 4는 다중 노출을 위한 센서 구조의 다른 예를 나타내는 도면이다. 4 is a view showing another example of the sensor structure for multiple exposure.

도 4는 3 종류의 노출 시간을 갖는 8×8어레이 센서 구조의 일 예를 나타낸다. 이미지 센서(400)는 매트릭스 배열된 다수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이(410) 및 픽셀 어레이의 각 픽셀을 구동하기 위한 구동 신호를 인가하는 구동 신호 제공부(420), 컬럼 리드아웃 회로(430) 및 컬럼 디코더(440)를 포함할 수 있다. FIG. 4 shows an example of an 8 × 8 array sensor structure having three types of exposure time. The image sensor 400 includes a pixel array 410 including a plurality of pixels arrayed in a matrix, a driving signal supplier 420 for applying driving signals for driving each pixel of the pixel array, a column leadout circuit 430, And a column decoder 440.

도 4에서 픽셀 어레이(410)는 A 타입, B 타입 및 C 타입의 픽셀을 포함한다. 감도는 C 타입의 픽셀이 가장 높고, A 타입의 픽셀이 가장 낮으며, B 타입의 픽셀이 C 타입의 픽셀과 A 타입의 픽셀의 중간 감도를 가진다고 가정한다. 픽셀 어레이(410)에서 하나의 행에 포함된 A 타입 픽셀, B 타입 픽셀 및 C 타입 픽셀은 서로 다른 신호 라인으로부터 포토다이오드에 축적된 광전하를 플로팅 노드로 전송하는 전송 트랜지스터에 인가되는 전송 신호를 수신받도록 구성된다. 도 4에는, 하나의 행에는 3개의 전송 신호를 인가하기 위한 신호 라인이 포함된다. In FIG. 4, the pixel array 410 includes A type, B type, and C type pixels. The sensitivity assumes that the C type pixel is the highest, the A type pixel is the lowest, and the B type pixel has the intermediate sensitivity between the C type pixel and the A type pixel. The A-type pixel, the B-type pixel, and the C-type pixel included in one row in the pixel array 410 transmit the transfer signal applied to the transfer transistor for transferring the light charge accumulated in the photodiode from the different signal line to the floating node And receive. In Fig. 4, signal lines for applying three transmission signals are included in one row.

구동 신호 제공부(120)는 하나의 행에 포함된 픽셀들에 대하여, 서로 다른 타이밍에 전송 신호를 인가함으로써 서로 다른 3종류의 픽셀이 서로 다른 광 노출 시간을 갖도록 구동 신호를 제공한다. The driving signal supplying unit 120 supplies driving signals to the pixels included in one row at different timings so that different three kinds of pixels have different light exposure times.

컬럼 리드아웃 회로(430) 및 컬럼 디코더(440)는 동일한 명칭의 도 1에 도시된 이미지 센서의 구성요소와 동일한 기능을 수행하므로 상세한 설명은 생략한다. The column lead-out circuit 430 and the column decoder 440 perform the same functions as the components of the image sensor shown in FIG. 1 of the same name, so that detailed description is omitted.

도 5는 도 4의 센서 구조에 따른 픽셀들의 동작을 나타내는 테이블이다. 5 is a table showing the operation of pixels according to the sensor structure of FIG.

이미지 센서(100)의 동작은 1번 행부터 시작하고, 8번 행 동작이 마지막으로 이루어지는 것으로 가정한다. A 타입의 픽셀의 노출 시간이 3라인 리드아웃 시간이고, B 타입의 픽셀의 노출 시간은 2라인 리드아웃 시간이고, C 타입 픽셀의 노출 시간이 1라인 리드아웃 시간이라고 가정한다. It is assumed that the operation of the image sensor 100 starts from the first row, and the operation of the row 8 is the last. It is assumed that the exposure time of the A type pixel is the 3 line readout time, the exposure time of the B type pixel is the 2 line readout time, and the exposure time of the C type pixel is one line lead-out time.

이미지 센서(100)가 동작을 시작하면, 먼저 컬러 픽셀들의 인터그레이션 시작 전 포토다이오드를 비우는 리셋 동작을 시작한다. 시간 "1"에서, 1번째 행의 A 타입 픽셀들의 포토다이오드의 리셋을 위해 1번째 행의 TX111 신호가 "ON"된다. 리셋된 1번째 행의 A 타입 픽셀들에 대해 인터그레이션이 시작된다. When the image sensor 100 starts to operate, it first starts a reset operation which empties the photodiode before the start of the integration of the color pixels. At time "1 ", the TX111 signal of the first row is turned ON to reset the photodiodes of the A type pixels of the first row. The integration begins for the A type pixels in the reset first row.

시간 "2"에서, 2번째 행의 A 타입의 픽셀들의 포토다이오드 리셋을 위해 TX121 신호가 "ON"이 된다. 또한, 시간 "2"에서, 1번째 행의 B 타입의 픽셀들의 포토다이오드 리셋을 위해서 1번째 행의 TX112 신호가 "ON"으로 된다. 리셋된 2번째 행의 A 타입 픽셀들과, 1번째 행의 B 타입 픽셀들에 대해 인터그레이션이 시작된다. At time "2 ", the TX121 signal becomes" ON "for the photodiode reset of the A type pixels of the second row. Further, at time "2 ", the TX112 signal of the first row becomes" ON "in order to reset the photodiodes of the B type pixels of the first row. The initialization of the A type pixels of the reset second row and the B type pixels of the first row are started.

시간 "3"에서, 3번째 행의 A 타입의 픽셀들의 포토다이오드 리셋을 위해 TX131 신호가 "ON"으로 된다. 또한, 시간 "3"에서, 2번째 행의 B 타입의 픽셀들의 포토다이오드 리셋을 위해서 2번째 행의 TX122 신호가 "ON"으로 된다. 또한, 시간 "3"에서, 1번째 행의 C 타입의 픽셀들의 포토다이오드 리셋을 위해서 1번째 행의 TX113 신호가 "ON"으로 된다. 리셋된 3번째 행의 A 타입 픽셀들, 2번째 행의 B 타입 픽셀들 및 1번째 행의 C 타입 픽셀들에 대해 인터그레이션이 시작된다. At time "3 ", the TX131 signal becomes" ON "for the photodiode reset of the A type pixels of the third row. Further, at time "3 ", the TX122 signal of the second row becomes" ON "in order to reset the photodiodes of the B type pixels of the second row. At time "3 ", the TX113 signal of the first row is turned" ON " in order to reset the photodiodes of the C type pixels of the first row. The A type pixels of the reset third row, the B type pixels of the second row, and the C type pixels of the first row are started.

시간 "4"에서, 4번째 행의 A 타입의 픽셀들의 포토다이오드 리셋을 위해 TX141 신호가 "ON" 된다. 또한, 시간 "4"에서, 3번째 행의 B 타입의 픽셀들의 포토다이오드 리셋을 위해서 2번째 행의 TX132 신호가 "ON"로 된다. 또한, 시간 "4"에서, 2번째 행의 C 타입의 픽셀들의 포토다이오드 리셋을 위해서 2번째 행의 TX123 신호가 "ON"으로 된다. 리셋된 4번째 행의 A 타입 픽셀들, 3번째 행의 B 타입 픽셀들 및 2번째 행의 C 타입 픽셀들에 대해 인터그레이션이 시작된다. At time "4 ", the TX 141 signal is" ON "for photodiode reset of the A type pixels of the fourth row. At time "4 ", the TX132 signal of the second row is turned" ON " in order to reset the photodiodes of the B type pixels of the third row. At time "4 ", the TX123 signal of the second row is turned" ON " in order to reset the photodiodes of the C type pixels of the second row. The A type pixels of the reset fourth row, the B type pixels of the third row, and the C type pixels of the second row are started.

한편, 시간 "4"에서, 1번째 행의 모든 픽셀들을 리드아웃하기 위해, 1번째 행의 TX111, TX112 및 TX113 신호가 모두 "ON"되고 각 픽셀의 픽셀 값이 리드아웃된다. On the other hand, at time "4 ", the TX111, TX112 and TX113 signals of the first row are all turned" ON " and the pixel value of each pixel is read out to lead out all the pixels of the first row.

1번째 행의 A 타입 픽셀들은 시간 1에서 리셋을 시작하여 시간 4에서 읽어들이므로, 노출시간은 3라인 리드아웃 시간이 되고, 2번째 행의 B 타입 픽셀들은 시간 2에서 리셋을 시작하여 시간 4에서 읽어들이므로, 노출 시간이 2라인 리드아웃 시간이 되고, 3번째 행의 C 타입 픽셀들은 시간 3에서 리셋을 시작하여 시간 4에서 읽어들이므로, 노출 시간이 1라인 리드아웃 시간이 된다. 이와 같은 방식으로, 시 간 "11"까지 동작을 마치게 되면, 모든 픽셀들의 값을 자기 자신에게 맞는 노출 시간 동안 인터그레이션하고, 노출 시간동안 축적된 광 전하량에 대응하는 픽셀 값이 판독될 수 있다. Since the A type pixels in the first row start to reset at time 1 and read at time 4, the exposure time becomes 3 line readout time, the B type pixels of the second row start reset at time 2, The exposure time is the 2-line readout time, the C-type pixels of the third row start to reset at time 3, and are read at time 4, so that the exposure time becomes one line lead-out time. In this way, when the operation is completed to the time "11 ", the values of all the pixels are integrated for the exposure time suited to itself, and the pixel value corresponding to the accumulated amount of light charge during the exposure time can be read .

도 6은 일 실시예에 따른 로컬 비닝 기법에 대한 개념을 나타내는 도면이다. 6 is a diagram illustrating a concept of a local binning method according to an exemplary embodiment.

일 실시예에 따른 로컬 비닝(local binning) 방법은 조도가 낮아 영상 정보를 획득할 수 없었던 픽셀 영역만 공간 해상도를 희생하면서 영상 정보를 획득하고, 그 외의 픽셀 영역은 공간해상도의 희생없이 고해상도 고화질의 영상을 얻는 방법이다. A local binning method according to an embodiment acquires image information at a sacrifice of spatial resolution only in a pixel region in which image information can not be acquired due to low illumination, and other pixel regions acquire image information in a high resolution high- It is a way to obtain images.

저조도 픽셀 영역만 로컬 비닝을 하기 위해서는 어떤 픽셀이 저조도 픽셀 영역인지 판단해야 한다. 판단 기준은 매 프레임마다 각 픽셀의 출력값을 확인하고 그 출력 값이 너무 작아 고품질의 영상을 얻을 수 없는 픽셀이면 저조도 픽셀로 판단한다. In order to perform local binning only for the low-luminance pixel region, it is necessary to determine which pixel is a low-luminance pixel region. The determination criterion is that the output value of each pixel is checked every frame, and if the output value is too small to obtain a high-quality image, it is determined as a low-illuminance pixel.

여기에서, 프레임은 픽셀 어레이의 픽셀 값이 전체적으로 출력되어 생성되는 이미지를 의미한다. 또한, 저조도는 수광량이 소정의 경계값보다 작은 것을 의미한다. 예를 들어, 소정의 픽셀의 출력값이 주위 픽셀 영역의 출력값 또는 주위 픽셀 영역의 출력값보다 소정의 픽셀 값 이하인 값보다 낮은 출력값을 가지는 경우 저조도 영역으로 결정될 수 있다. Here, the frame means an image in which the pixel values of the pixel array are output as a whole. Also, the low-illuminance means that the amount of received light is smaller than a predetermined threshold value. For example, when the output value of a predetermined pixel has an output value that is lower than a value that is less than or equal to a predetermined pixel value than the output value of the surrounding pixel region or the output value of the surrounding pixel region, it can be determined as a low-luminance region.

판단 결과를 바탕으로 저조도 픽셀이 어떤 픽셀인지를 기록한 저조도 맵을 만든다. 그런 다음, 다음 프레임의 영상을 출력할 때 각 픽셀이 이전 프레임에서 저조도 픽셀로 표시되었을 경우에는 비닝을 수행하고 그 출력 영상에 기초하여 다 시 저조도 픽셀 영역을 판단하고 판단 결과를 저조도 맵에 업데이트한다. 그래서 다시 그 다음 프레임에서 비닝 동작은 업데이트된 저조도 맵에 따라 제어될 수 있도록 한다. 이러한 동작은 매 프레임마다 반복적으로 수행된다. Based on the result of the determination, a low-illuminance map is created in which low-illuminance pixels are recorded. Then, when the image of the next frame is outputted, when each pixel is displayed as a low-illuminance pixel in the previous frame, binning is performed, the low-illuminance pixel area is determined again based on the output image, and the determination result is updated to the low illuminance map . So that the binning operation in the next frame again can be controlled according to the updated low-illuminance map. This operation is repeatedly performed every frame.

한편, 저조도 맵은 픽셀 단위로 픽셀 어레이의 모든 픽셀들의 픽셀 값이 소정의 경계값보다 작은지 여부를 판단하여 생성될 필요는 없다. 즉, 픽셀 어레이 중 일부 픽셀들의 픽셀 값을 이용하여 저해상도로 영상을 생성하여, 생성된 영상으로 저해상도의 저조도 맵을 생성한 다음, 저조도 맵 정보를 이용하여 2차적으로 획득되는 고해상도의 영상에 대하여 로컬 비닝이 수행될 수 있다. On the other hand, the low-illuminance map need not be generated by determining whether the pixel value of all the pixels of the pixel array is smaller than a predetermined threshold value in pixel units. That is, an image is generated at a low resolution using pixel values of some pixels in the pixel array, and a low-illuminance low-resolution map is generated using the generated image. Then, a high- Binning can be performed.

도 6을 참조하면, 매트릭스 형태로 배열된 픽셀 어레이(1)에 입사된 광에 의해 출력되는 제1 영상 프레임을 획득하고(10), 제1 영상 프레임에서 저조도 영역 정보를 생성하고, 생성된 저조도 영역 정보를 기록한다(20). Referring to FIG. 6, a first image frame output by the light incident on the pixel array 1 arranged in a matrix form is acquired (10), low-illuminance region information is generated in the first image frame, Area information is recorded (20).

제2 영상 프레임을 획득하고(30), 제2 영상 프레임에 대하여 제1 영상 프레임으로부터 결정된 저조도 영역에 대응하는 영역에 대하여 비닝을 수행하여, 저조도 영역에 대해서만 로컬 비닝이 수행된 제2 영상 프레임을 획득한다(40). 획득된 제2 영상 프렘임에 기초하여 다음 입력되는 영상 프레임에 적용될 저조도 영역을 판단하고 기록한다(50). A second image frame is obtained (30), a binarization is performed on an area corresponding to the low-illuminance area determined from the first image frame with respect to the second image frame, and a second image frame where local binning is performed only for the low- (40). Based on the obtained second image frame, a low-illuminance area to be applied to the next input image frame is determined and recorded (50).

제3 영상 프레임을 획득하고(60), 제3 영상 프레임에 대하여 제2 영상 프레임으로부터 결정된 저조도 영역에 대응하는 영역에 대하여 비닝을 수행하여, 저조도 영역에 대해서만 로컬 비닝이 수행된 제3 입력 영상을 획득한다(70). 획득된 제3 입력 영상에 기초하여 다음 입력되는 영상 프레임에 적용될 저조도 영역을 판 단하고 기록한다(80). 일 실시예에 따른 로컬 비닝 기법은 컬럼 리드아웃 회로 또는 디지털 도메인에서 국부적으로 비닝하는 방법 모두를 포함한다. A third image frame is acquired (60), a binning is performed for an area corresponding to the low-illuminance area determined from the second image frame with respect to the third image frame, and a third input image subjected to local binning only for the low- (70). Based on the obtained third input image, a low-illuminance area to be applied to the next input image frame is determined and recorded (80). A local binning technique in accordance with one embodiment includes both column lead-out circuits or methods of locally binning in a digital domain.

일반적인 글로벌 비닝은 감도를 증가시키지만 공간해상도의 손실이 큰 데 비하여, 일 실시예에 따른 로컬 비닝은 공간 해상도의 손실이 저조도 영역에서만 발생하고 일반 조도 영역에서는 손실이 없다. 또한, 저조도 영역의 감도만 증가시키므로 저조도 영역으로의 다이나믹 레인지가 확장되는 효과도 얻을 수 있다. Conventional global binning increases sensitivity but has a large loss of spatial resolution, whereas local binning according to one embodiment results in loss of spatial resolution only in low-light areas and no loss in general light areas. In addition, since only the sensitivity of the low-illuminance region is increased, an effect of expanding the dynamic range to the low-illuminance region can be obtained.

도 7은 일 실시예에 따른 컬럼 판독부의 구성을 나타내는 도면이다.  7 is a view showing a configuration of a column reading section according to an embodiment.

우선, 도 1을 참조하면, 컬럼 리드아웃 회로(130)는 픽셀 어레이(110)로부터 신호를 판독하는 동작 이외에 국부적 비닝을 위한 동작을 더 수행할 수 있다. 컬럼 리드아웃 회로(130)는 입력된 영상 프레임에 대한 저조도 영역을 나타내는 저조도 영역 정보를 생성하고, 다음 프레임 기간에 입력되는 다음 영상 프레임에 대하여 저조도 영역 정보에 따라서 결정되는 저조도 영역에 대해서 국부적인 비닝 동작이 수행되도록 제어한다. First, referring to FIG. 1, the column lead-out circuit 130 may further perform an operation for local binning in addition to reading a signal from the pixel array 110. The column lead-out circuit 130 generates low-luminance area information indicating a low-luminance area for the input image frame, and generates a low-luminance area for the next image frame, which is determined in accordance with the low- So that the operation is performed.

저조도 영역 정보는 다수 개의 단위 픽셀의 전부 또는 일부에 대응하는 이전 영상 프레임의 영상 신호가 저조도를 나타내는지 여부를 나타내는 저조도 정보로서 다수 개의 단위 픽셀에 저장될 수 있다. 저조도 영역 정보는 모든 단위 픽셀 각각에 대하여 생성될 필요가 없으므로 일부 단위 픽셀의 픽셀 값으로 생성될 수 있다. 여기에서, 저조도 정보는 하나의 픽셀이 저조도인지 여부를 나타내는 정보로서 픽셀에 기록되는 정보를 의미하고, 저조도 영역 정보는 하나의 프레임에서 어느 영역이 저조도인지를 나타내는 정보를 의미한다. 이를 위해, 각 컬럼 판독부(131 내지 138)는 통상적인 픽셀의 영상 신호의 판독하는 동작 이외에 각 픽셀에 저조도 정보를 저장하고 각 픽셀로부터 저조도 정보를 판독하는 동작을 더 수행한다. The low-illuminance region information may be stored in a plurality of unit pixels as low-illuminance information indicating whether a video signal of a previous video frame corresponding to all or a part of a plurality of unit pixels indicates low light intensity. The low-luminance region information does not need to be generated for each unit pixel, and thus can be generated as a pixel value of some unit pixel. Here, the low-illuminance information means information to be recorded in a pixel as information indicating whether one pixel is low-illuminance, and the low-illuminance region information means information indicating which region is low-illuminated in one frame. To this end, each of the column readers 131 to 138 further performs an operation of reading out low-illuminance information from each pixel and storing low-illuminance information in each pixel, in addition to reading out a video signal of a normal pixel.

이전 영상 프레임의 해당 픽셀이 저조도인지를 나타내는 저조도 정보가 먼저 비닝 결정부(711)에 인가된다. 이전 프레임의 해당 픽셀이 저조도인지를 나타내는 저조도 정보는 해당 픽셀 내부에 저장될 수도 있으며, 이미지 센서(100) 내부 또는 외부의 별도의 메모리에 저장될 수도 있다. 따라서, 비닝 결정부(711)는 해당 픽셀로부터 또는 별도의 메모리로부터 저조도 정보를 입력받고, 저조도 정보가 해당 픽셀이 저조도임을 나타내면, 비닝 동작을 수행하는 것으로 결정하고, 저조도 정보가 해당 픽셀이 저조도가 아님을 나타내면 비닝 동작을 수행하지 않는 것으로 결정한다. 일 실시예에 따라, 비닝 결정부(711)는 픽셀 어레이(110)로부터 영상 신호들(또는 픽셀 값)들을 입력받아 아날로그 도메인에서 직접 비닝을 수행할 수도 있다. The low-illuminance information indicating whether the corresponding pixel of the previous image frame is low-light is first applied to the binarizing determiner 711. [ The low-illuminance information indicating whether the corresponding pixel of the previous frame is low-illuminance may be stored in the corresponding pixel, or may be stored in a separate memory inside or outside the image sensor 100. [ Accordingly, the binarizing unit 711 receives low-illuminance information from the corresponding pixel or from a separate memory, and determines that the low-illuminance information is to perform a binning operation when the low-illuminance information indicates that the corresponding pixel is low- It is determined that the binning operation is not performed. According to one embodiment, the binning determination unit 711 may receive the image signals (or pixel values) from the pixel array 110 and perform binning directly in the analog domain.

픽셀 어레이(110)가 고감도 영상 신호를 획득하기 위하여, 투명 픽셀 및 컬러 픽셀을 이용하는 경우, 비닝 동작은 주변 컬럼과 같은 색깔의 픽셀끼리 수행될 수 있다. 여기에서, 같은 색의 픽셀끼리의 비닝 동작은 주변 컬럼의 투명 픽셀끼리의 비닝을 포함한다. 이를 위해, 비닝 결정부(711)는 소정의 컬럼 픽셀이 저조도 영역의 픽셀인 경우 주변 컬럼의 같은 색의 픽셀로부터 출력된 영상 신호를 입력받아 아날로그 비닝 동작을 수행할 수 있다. 비닝 결정부(711)는 대응하는 컬럼의 픽셀의 출력값에 따라서 비닝 동작 수행 여부를 결정할 수 있는 한 다양한 방식으로 구현될 수 있다. When the pixel array 110 uses transparent pixels and color pixels to obtain a high-sensitivity image signal, the binning operation can be performed between pixels of the same color as the surrounding columns. Here, the binning operation of the pixels of the same color includes the binning of the transparent pixels of the neighboring columns. For this, the binarizing unit 711 can receive an image signal output from a pixel of the same color in a peripheral column when a predetermined column pixel is a pixel in a low-illuminance region, and perform an analog binning operation. The binning determination unit 711 may be implemented in various manners as long as it can determine whether or not to perform the binning operation according to the output values of the pixels of the corresponding columns.

비닝 결정부(711)에서 비닝이 수행되거나, 수행되지 않은 픽셀 신호는 노이즈 제거부(712)로 전달된다. 노이즈 제거부(712)는 CDS(Correlated Double Sampling)를 수행한다. 상세하게는, 노이즈 제거부(712)는 픽셀의 리셋에 따른 리셋 신호와 픽셀에서 광전하 축적에 따라 생성된 전하량에 따른 영상 신호 사이의 차를 수행하여 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 영상 신호를 ADC부(313)로 전달한다. 여기에서 픽셀의 리셋은 전술한 포토다이오드의 리셋과 구별되며, FPN을 제거하기 위해 플로팅 노드의 리셋 전압을 출력하는 동작을 의미한다. ADC부(713)에서 전달된 영상 신호를 디지털 변환하고, 디지털 변환된 신호는 래치(714)에 저장된다. The binning is performed in the binning determining unit 711, or the pixel signal not performed is transmitted to the noise removing unit 712. The noise removing unit 712 performs CDS (Correlated Double Sampling). More specifically, the noise remover 712 removes noise by performing a difference between a reset signal resulting from the reset of the pixel and a video signal according to the amount of charge generated in accordance with the photocharge accumulation in the pixel, To the ADC unit 313. Here, the reset of the pixel is distinguished from the reset of the photodiode described above, and means the operation of outputting the reset voltage of the floating node to remove the FPN. The image signal transmitted from the ADC unit 713 is digitally converted, and the digitally converted signal is stored in the latch 714.

저조도 판단부(715)에서는 래치(714)에 저장된 영상 신호를 바탕으로 판독된 영상 신호가 저조도인지 여부를 판단하고, 저조도 정보 업데이트부(716)는 판단 결과를 이용하여 저조도 정보를 업데이트한다. 저조도 정보는 영상 신호가 판독된 픽셀의 아날로그 메모리에 저장될 수 있다. 예를 들어, 저조도 판단부(715)는 해당 픽셀이 저조도 픽셀인 경우에는 "하이(High)" 전압을 일반 조도 픽셀인 경우에는 "로우(Low)" 전압을 픽셀 내에 기록할 수 있다. 위 동작은 컬럼 패러럴하게 이루어진다. The low-illuminance determination unit 715 determines whether the video signal read out based on the video signal stored in the latch 714 is low-illuminance, and the low-illuminance information update unit 716 updates the low-illuminance information using the determination result. The low-illuminance information can be stored in the analog memory of the pixel from which the video signal is read. For example, the low-illuminance determination unit 715 can record a "High" voltage when the pixel is a low-illuminance pixel and a "Low" voltage when the pixel is a general illuminated pixel. The above operation is done column-parallel.

여기에서, 저조도 정보를 픽셀 안에 저장하는 것으로 설명하였지만, 저조도 정보는 이미지 센서(100) 내부에 포함될 수 있는 별도의 프레임 메모리(도시되지 않음)에 저장하여 활용할 수도 있고 이미지 센서(100) 외부의 프레임 메모리(도시되지 않음)에 저장하여 활용할 수도 있다. Although the low-illuminance information is stored in the pixels, the low-illuminance information may be stored in a separate frame memory (not shown), which may be included in the image sensor 100, And may be stored in a memory (not shown) for utilization.

도 8은 일 실시예에 따른 아날로그 로컬 비닝이 가능한 픽셀 구조를 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating a pixel structure capable of analog local binning according to one embodiment.

픽셀(800)은 포토다이오드(PD), 전송 트랜지스터(T), 플로팅 확산 노드 커패시터(CFD), 리셋 트랜지스터(R), 소스 팔로워 트랜지스터(SF) 및 선택 트랜지스터(S)를 포함한다. The pixel 800 includes a photodiode PD, a transfer transistor T, a floating diffusion node capacitor C FD , a reset transistor R, a source follower transistor SF and a selection transistor S.

포토다이오드(PD)은 수광하여 광전하를 생성한다. The photodiode PD receives light to generate a photocharge.

전송 트랜지스터(T)는 포토다이오드(PD)에 접속되고 신호 TX에 따라 광전하를 플로팅 확산 노드(FD)로 전송한다. The transfer transistor T is connected to the photodiode PD and transfers the photocharge to the floating diffusion node FD in accordance with the signal TX.

플로팅 확산 노드 커패시터(CFD)는 전송 트랜지스터(T)를 통하여 전송된 광 전하를 축적한다. 일 실시예에 따른 저조도 정보는 플로팅 확산(FD) 노드의 플로팅 확산 노드 커패시터(CFD)에 저장될 수 있다. 플로팅 확산 노드 커패시터(CFD)는 FD 노드에 커패시터를 추가하여 형성할 수도 있고 FD 노드의 기생 커패시터를 이용할 수도 있다. 기생 커패시터를 이용하면 부가적인 하드웨어의 추가가 필요없게 된다. The floating diffusion node capacitor (C FD ) accumulates the light charge transferred through the transfer transistor (T). The low-illuminance information according to one embodiment may be stored in a floating diffusion node capacitor (C FD ) of a floating diffusion (FD) node. The floating diffusion node capacitor C FD may be formed by adding a capacitor to the FD node or may use a parasitic capacitor of the FD node. The use of parasitic capacitors eliminates the need for additional hardware.

리셋 트랜지스터(R)는 플로팅 확산 노드(FD)에 축적된 광전하는 배출시킨다. The reset transistor R discharges the photoelectric charge accumulated in the floating diffusion node FD.

소스 팔로워 트랜지스터(SF)는 플로팅 확산 노드 커패시터(CFD)내의 광 전하를 전압 신호로 증폭 변환한다. The source follower transistor SF amplifies the photocharge in the floating diffusion node capacitor C FD to a voltage signal.

선택 트랜지스터(S)는 선택 신호(SEL)에 따라 선택적으로 출력 전압을 출력한다. The selection transistor S selectively outputs the output voltage in accordance with the selection signal SEL.

일 실시예에 따른 픽셀(400)이 일반적인 4Tr 구조와 다른 점은 RST 트랜지스터의 드레인 노드가 전원(VDD)에 연결되지 않고 RST_col 신호라인에 연결된다는 점이다. RST_col 라인의 전압은 동작 순서에 따라 가변된다. RST_col라인에는 포토다이오드의 리셋을 위해 인가되는 전압(예를 들어, VDD), 저조도임을 나타내는 저조도 정보에 대응하는 전압(VHIGH) 또는 저조도가 아님을 나타내는 저조도 정보를 나타내는 전압(VLOW)이 인가될 수 있다. The pixel 400 according to one embodiment differs from the general 4Tr structure in that the drain node of the RST transistor is connected to the RST_col signal line without being connected to the power supply (V DD ). The voltage of the line RST_col varies according to the operation order. RST_col line has a voltage applied to the reset of the photodiode (for example, V DD), the voltage (V HIGH) or a voltage representing the low-illuminance information indicating that it is not a low luminance (V LOW) that corresponds to the low-illuminance information indicating that the low-illuminance is .

또한, 플로팅 확산 노드 커패시터(CFD)에는 이전 영상 프레임에서의 해당 단위 픽셀의 값이 저조도인지를 나타내는 저조도 정보가 포토다이오드(PD)의 광 전하가 전달되는 시각과 다른 시간에 임시 저장되고, 광전하에 때한 영상 신호가 출력되는 시간과 다른 시간에 출력될 수 있다. The low-intensity information indicating whether the value of the corresponding unit pixel in the previous image frame is low is temporarily stored in the floating diffusion node capacitor C FD at a time different from the time when the photoelectric charge of the photodiode PD is transferred, Can be output at a time different from the time at which the video signal is output.

도 9는 도 8의 아날로그 로컬 비닝이 가능한 픽셀의 동작 방법을 나타낸 타이밍도이다. FIG. 9 is a timing diagram illustrating an operation method of a pixel capable of analog local binning of FIG. 8. FIG.

일 실시예에 따른 픽셀의 동작 방법은 일반 센서 동작과 다르게 저조도 정보 판독을 위한 CFD READ 구간과 저조도 정보 기록을 위한 CFD WRITE 구간이 필요하다. Unlike general sensor operation, the pixel operation method according to one embodiment requires a C FD READ section for reading low-illuminance information and a C FD WRITE section for recording low-illuminance information.

FD 커패시터(CFD)에 이전 영상 프레임에서의 픽셀(800)의 영상 신호가 저조도인지를 나타내는 정보가 저장되어 있다고 가정한다. 리셋 트랜지스터(R)의 신호 RST를 "ON"으로 하여 픽셀(800)의 리셋 신호를 읽기 전에, CFD READ 구간에서 선택 트랜지스터(S)를 "ON"으로 하여 FD 커패시터(CFD)에 저장된 이전 영상 프레임에서의 픽셀(400)의 영상 신호가 저조도인지를 나타내는 저조도 정보를 판독한다. It is assumed that information indicating whether the image signal of the pixel 800 in the previous image frame is low is stored in the FD capacitor C FD . By the signal RST of the reset transistor (R) to "ON" and read the reset signal of the pixel 800, the old and the select transistor (S) to "ON" in the C FD READ intervals stored in the FD capacitor (C FD) The low-illuminance information indicating whether the video signal of the pixel 400 in the image frame is low-illuminance is read.

RST READ, Signal READ, CDS&ADC 구간의 동작은 일반 이미지 센서의 동작과 동일하게 수행된다. 상세하게는 RST_col를 "ON"으로 하고, 리셋 트랜지스터(R)의 게이트 신호 RST를 "ON"으로 하여 리셋 신호를 출력한다. 그런 다음, Signal READ 기간에서는 전달 트랜지스터(T)의 게이트 신호 TX를 "ON"으로 하여, 빛에 의해 축적된 광전하에 의한 영상 신호를 출력한다. RST READ, Signal READ, and CDS & ADC sections are performed in the same manner as normal image sensor operation. Specifically, RST_col is set to "ON" and the gate signal RST of the reset transistor R is turned "ON" to output a reset signal. Then, in the signal READ period, the gate signal TX of the transfer transistor T is turned "ON ", and a video signal due to the photoelectric charge accumulated by the light is outputted.

CDS&ACD 구간에서 컬럼 판독부(131)의 비닝 결정부(711)에서 저조도 정보를 받아들이고 만약 저조도 픽셀이면 동일한 행의 주변 픽셀로부터 판독된 영상 신호를 이용하여 아날로그 비닝 동작을 수행하고, 일반 픽셀이면 영상 신호를 비닝없이 노이즈 제거부(712)로 전달한다. 노이즈 제거부(712)에서 리셋 신호 및 영상 신호를 이용하여 노이즈를 제거하고, ADC(713)에서 노이즈 제거된 영상 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 변환된 영상 신호는 래치(714)에 저장된다. 디지털 변환된 영상 신호는 컬럼 디코더(240)에 의해 출력된다.In the CDS & ACD interval, the binarization information is received by the binning determination unit 711 of the column reading unit 131. If the pixel is a low-illuminance pixel, an analog binning operation is performed using the image signal read from peripheral pixels of the same row. To the noise removing unit 712 without binning. The noise eliminator 712 removes noise by using the reset signal and the video signal, converts the noise-eliminated video signal into the digital signal by the ADC 713, and stores the digitally-converted video signal in the latch 714 . The digitally converted image signal is output by the column decoder 240.

디지털 변환된 영상 신호는 저조도 정보 판단부(715)로 입력되어, 저조도인지가 판단된다. 저조도 판단 여부에 따라서 저조도 정보 업데이트부(716)는 저조도 정보를 업데이트하고, 업데이트된 저조도 정보를 CFD WRITE 구간에서 RST_col 신호로 픽셀 아날로그 메모리에 기록한다. CFD WRITE 구간에서 신호 RST도 "ON"으로 되어, RST_col 신호는 플로팅 확산 노드(FD)에 전달된다. 판독된 영상 신호가 저 조도인지 여부에 따라 CFD WRITE 구간에서 신호 RST_col의 신호 레벨은 조정될 수 있다. 위 동작은 반복하여 수행된다. The digitally converted image signal is input to the low-illuminance information determination unit 715, and it is determined whether or not the image signal is low-illuminance. The low-illuminance information updating unit 716 updates the low-illuminance information according to whether the low-illuminance is determined, and records the updated low-illuminance information in the pixel analog memory as the RST_col signal in the C FD WRITE period. The signal RST is also "ON" in the C FD WRITE period, and the RST_col signal is transmitted to the floating diffusion node FD. The signal level of the signal RST_col in the C FD WRITE period can be adjusted depending on whether the read video signal is low level. The above operation is repeated.

즉, 플로팅 확산 노드(FD)에 저장된 이전 영상 프레임에 대한 영상 신호가 저조도인지를 나타내는 저조도 정보는 전송 트랜지스터(T)가 오프인 상태에서 리셋 트랜지스터(R)가 온이 되어 리셋 신호가 출력되기 전에 플로팅 확산 노드로부터 판독되고, 전송 트랜지스터(T) 및 선택 트랜지스터(S)가 온이 되어, 현재 영상 프레임에 대한 포토다이오드의 광 전하 축적에 따르는 영상 신호가 출력한 이후에 현재 영상 프레임에 대한 영상 신호가 저조도인지 여부를 나타내는 저조도 정보가 기록된다. That is, the low-illuminance information indicating whether the video signal for the previous image frame stored in the floating diffusion node FD is low-level is obtained before the reset transistor R is turned on and the reset signal is outputted in the state that the transfer transistor T is off After the transfer transistor T and the selection transistor S are turned on to output a video signal corresponding to the accumulation of the photocharge of the photodiode with respect to the current video frame, the video signal for the current video frame is read out from the floating diffusion node, Low-illuminance information indicative of whether or not low-illuminance is recorded.

도 10a 내지 도 10f는 도 1의 이미지 센서 구조에서, 로컬 비닝을 수행하기 위하여, 시간 "6" 시점에서, 2번째 행의 모든 픽셀, 4번째 행의 투명 픽셀, 6번째 행의 컬러 픽셀들의 동작을 나타내는 도면이다. Figs. 10A to 10F are diagrams for explaining the operations of all the pixels in the second row, the transparent pixels in the fourth row, and the color pixels in the sixth row at time "6" Fig.

로컬 비닝 동작에서는 픽셀들은 FD 노드에 이전 프레임의 해당 픽셀의 저조도 정보가 있으므로, 픽셀의 리셋 트랜지스터 및 전송 트랜지스터를 온으로 하여 인터그레이션 기간 전에 포토다이오드에 축적된 광 전하를 비우는 동작이 수행되더라도, FD 노드에 저장된 이전 프레임의 저조도 정보가 유지되도록 동작한다. 이를 위해, 픽셀의 포토다이오드 리셋 전에 저조도 정보를 판독하여 임시 저장하고, 픽셀의 포토다이오드 리셋 후에 임시 저장된 저조도 정보를 다시 FD 노드에 저장한다. 여기에서, 저조도 정보를 임시 저장하기 위하여, 도 7의 컬럼 판독부(131)의 비닝 결정부(711) 등에 포함된 커패시터와 같은 저장 수단이 이용될 수 있다.In the local binning operation, since the pixels have the low-illuminance information of the corresponding pixel of the previous frame in the FD node, even if the reset transistor and the transfer transistor of the pixel are turned on to emit the light charge accumulated in the photodiode before the integration period, And operates to maintain the low-illuminance information of the previous frame stored in the FD node. To this end, the low-illuminance information is read and temporarily stored before the photodiode reset of the pixel, and the low-illuminance information temporarily stored after the photodiode reset of the pixel is stored again in the FD node. Here, in order to temporarily store the low-illuminance information, a storage means such as a capacitor included in the binning determination unit 711 of the column reading unit 131 in Fig. 7 may be used.

또한, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 픽셀의 인터그레이션 기간 동안 축적된 광 전하에 대응하는 신호를 리드아웃할 때, 신호를 리드아웃하기 전에 FD 노드의 이전 프레임의 저조도 정보를 먼저 읽고, 신호의 리드아웃 후에, 현재 프레임의 저조도 정보를 해당 픽셀들에 저장하는 동작이 수행된다. 그리고, 리셋 및 리드아웃이 끝난 후, 다시 CFD 정보를 다시 기입하는 동작이 필요하다. 그 이외의 동작은 일반적인 4T 기반의 픽셀과 동일하다. Also, as described with reference to Fig. 9, when the signal corresponding to the accumulated light charge during the pixel's integration period is read out, the low-illuminance information of the previous frame of the FD node is read out before the signal is read out, After the signal is read out, the operation of storing the low-illuminance information of the current frame in the corresponding pixels is performed. After the reset and the readout are completed, the operation of writing the C FD information again is necessary. Other operations are the same as for a general 4T-based pixel.

도 10a 및 도 10b는, 2번째 행의 모든 픽셀들에 대한 픽셀 리드아웃 동작을나타내는 픽셀 및 픽셀의 동작 타이밍도이다.10A and 10B are operation timing diagrams of pixels and pixels showing a pixel lead-out operation for all the pixels in the second row.

CFD READ0 기간에, SEL 신호가 "ON"이 되어, 2번째 행의 컬러 픽셀들 및 투명 픽셀들 각각에 저장된 이전 프레임의 저조도 정보가 출력된다. RST READ 기간에 SEL 신호가 "ON"인 상태에서, RST 신호를 "ON"으로 하여, 픽셀의 리셋 신호를 읽는다. TX 기간에, 전달 트랜지스터(T)의 컬러 픽셀의 게이트 신호(TX21)를 "ON"으로 하고, SEL 신호를 "ON"으로 유지하여, 포토다이오드(PD)에 축적되어 있던 광전하를 플로팅 디퓨전(FD)으로 이동시키고, 이동된 광전하는 소스 팔로우어 트랜지스터(SF)를 거쳐 영상 신호에 대응하는 신호 전압(Vsig)으로 출력된다. CDS&ACD 구간의 동작은 도 9를 참조하여 설명한 바와 같다. 2번째 행의 투명 픽셀에 대해서도, TX 기간에 전달 트랜지스터(T)의 게이트 신호(TX22)를 "ON"으로 하는 것을 제외하고, 2번째 행의 컬러 픽셀들과 동일한 동작이 수행된다. During the C FD READ0 period, the SEL signal is turned "ON ", and the low-luminance information of the previous frame stored in each of the color pixels and transparent pixels in the second row is output. When the SEL signal is "ON" in the RST READ period, the RST signal is turned "ON" and the reset signal of the pixel is read. In the TX period, the gate signal TX21 of the color pixel of the transfer transistor T is turned ON and the SEL signal is held "ON " to convert the photocharge accumulated in the photodiode PD into a floating diffusion FD, and is output as the signal voltage V sig corresponding to the image signal via the photoelectric transferring source follower transistor SF. The operation of the CDS & ACD section is as described with reference to FIG. With respect to the transparent pixels of the second row, the same operation as the color pixels of the second row is performed except that the gate signal TX22 of the transfer transistor T is turned "ON " in the TX period.

도 10c 및 도 10d는, 4번째 행의 투명 픽셀들에 대한 픽셀의 포토다이오드 리셋 동작을 나타내는 픽셀 및 픽셀의 동작 타이밍도이다. 10C and 10D are operation timing diagrams of pixels and pixels showing a photodiode reset operation of pixels for transparent pixels in the fourth row.

도 10c 및 도 10d를 참조하면, 2번째 행에 포함된 픽셀들의 리드아웃 동작의 CDS&ADC 기간의 시작 전, CFD READ 2 기간에, SEL 신호를 "ON"으로 하여 4번째 투명 픽셀들의 FD 노드에 저장된 이전 프레임의 저조도 정보가 출력되고 임시 저장된다. 그런 다음, 4번째 행의 투명 픽셀들은 TX41 신호가 "ON"으로 되고, RST 신호 및 RST_col 신호도 "ON"으로 되어, 포토다이오드에 있던 전하가 구동 전압(RST_col)쪽으로 배출되어 포토다이오드가 리셋된다. 그런 다음, CFD WRITE 2기간에 임시 저장되었던 이전 프레임의 저조도 정보가 FD 노드의 커패시터(CFD)에 다시 기록된다. Referring to FIGS. 10C and 10D, in the C FD READ 2 period before the start of the CDS & ADC period of the readout operation of the pixels included in the second row, the SEL signal is turned ON, The low-illuminance information of the stored previous frame is output and temporarily stored. Then, in the fourth row of the transparent pixels, the TX41 signal is turned ON, the RST signal and the RST_col signal are also turned ON, the charge in the photodiode is discharged toward the drive voltage RST_col, and the photodiode is reset . Then, the low-luminance information of the previous frame temporarily stored in the C FD WRITE 2 period is written back to the capacitor (C FD ) of the FD node.

도 10e및 도 10f는, 6번째 행의 컬러 픽셀들에 대한 픽셀의 포토다이오드 리셋 동작을 나타내는 픽셀 및 픽셀의 동작 타이밍도이다. 10E and 10F are operation timing diagrams of pixels and pixels showing a photodiode reset operation of a pixel for color pixels in a sixth row.

도 10e 및 도 10f를 참조하면, 2번째 행에 포함된 픽셀들의 리드아웃 동작의 CDS&ADC 기간의 시작 전, CFD READ 2 기간에, SEL 신호를 "ON"으로 하여 6번째 컬러 픽셀들의 FD 노드에 저장된 이전 프레임의 저조도 정보가 출력되고 임시 저장된다. 그런 다음, 6번째 행의 컬러 픽셀들은 TX62 신호가 "ON"으로 되고, RST 신호 및 RST_col 신호도 "ON"으로 되어, 포토다이오드에 있던 전하가 구동 전압(RST_col)쪽으로 배출되어 포토다이오드가 리셋된다. 그런 다음, CFD WRITE 2기간에 임시 저장되었던 이전 프레임의 저조도 정보가 FD 노드의 커패시터(CFD)에 다시 기록된다. 10E and 10F, in the C FD READ 2 period before the start of the CDS & ADC period of the readout operation of the pixels included in the second row, the SEL signal is turned "ON " The low-illuminance information of the stored previous frame is output and temporarily stored. Then, in the sixth row of the color pixels, the TX62 signal is turned ON, the RST signal and the RST_col signal are also turned ON, the charge in the photodiode is discharged toward the drive voltage RST_col, and the photodiode is reset . Then, the low-luminance information of the previous frame temporarily stored in the C FD WRITE 2 period is written back to the capacitor (C FD ) of the FD node.

나머지 픽셀들은 모두 외부 제어 신호(TX1, TX2, RST, SEL)의 변화없이 광 누적 동작을 계속한다. All the remaining pixels continue the optical accumulation operation without changing the external control signals TX1, TX2, RST, and SEL.

도 11은 도 1의 이미지 센서 구조에서, 다중 노출 및 로컬 비닝을 위한 첫번째 행에 포함된 픽셀들의 동작을 나타내는 타이밍도이다. Figure 11 is a timing diagram illustrating the operation of pixels included in the first row for multiple exposure and local binning in the image sensor structure of Figure 1;

도 11은 도 1의 이미지 센서 구조에서, 컬러 픽셀의 노출 시간이 2라인 리드아웃 시간이고, 투명 픽셀의 노출 시간은 1라인 리드아웃 시간인 경우, 첫 번째 행의 컬러 픽셀들 및 투명 픽셀들의 포토다이오드가 리셋되고, 인터그레이션 기간동안 광 전하를 축적하고, 첫번째 행의 모든 픽셀들이 리드아웃되기까지의 동작을 나타내는 타이밍도이다. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the color pixels of the first row and the pixels of the transparent pixels when the exposure time of the color pixel is 2 line lead-out time and the exposure time of the transparent pixel is 1 line lead- Fig. 5 is a timing chart showing the operation until the diode is reset, accumulates photo charges during the integration period, and all the pixels in the first row are read out.

다중 노출 및 로컬 비닝을 위하여, "1" 기간에서는, 컬러 픽셀들의 포토타이오드 리셋 동작이 수행되고, "2" 기간에서는 투명 픽셀들의 포토다이오드 리셋 동작이 수행되고, "3" 기간에서는 컬러 픽셀들 및 투명 픽셀들에 인터그레이션 기간 동안 누적된 광 전하에 대응하는 신호를 출력한다. The phototiode reset operation of the color pixels is performed in the "1" period, the photodiode reset operation of the transparent pixels is performed in the "2" period, And a signal corresponding to the light charge accumulated in the transparent pixels during the integration period.

이와 같은 동작 방법으로, 고감도 픽셀 및 저감도 픽셀은 각각의 픽셀 종류에 최적화된 노출 시간을 가질 수 있으며, 로컬 비닝을 수행할 수 있다. 이 같은 다중 노출 및 로컬 비닝 동작은 감도 특성이 다른 여러 종류의 픽셀로 이루어진 센서에 적용되어, 고화질의 영상을 획득할 수 있다. With this operating method, the high-sensitivity pixel and the low-sensitivity pixel can have an exposure time optimized for each pixel type and can perform local binning. Such multiple exposure and local binning operations are applied to a sensor composed of several kinds of pixels having different sensitivity characteristics, so that a high-quality image can be obtained.

본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴 퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.One aspect of the present invention may be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The code and code segments implementing the above program can be easily deduced by a computer programmer in the field. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, and the like. The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system and stored and executed in computer readable code in a distributed manner.

이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope of the claims.

도 1은 다중 노출을 위한 센서 구조의 일 예를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing an example of a sensor structure for multiple exposure.

도 2는 도 1의 센서 구조에 따른 픽셀들의 동작을 나타내는 테이블이다. 2 is a table showing the operation of pixels according to the sensor structure of FIG.

도 3a 내지 도 3f는 도 2의 동작에서, 시간 "6" 시점에서, 2번째 행의 모든 픽셀, 4번째 행의 투명 픽셀, 6번째 행의 컬러 픽셀들의 동작을 나타내는 도면이다. FIGS. 3A to 3F are diagrams showing the operation of all the pixels in the second row, the transparent pixels in the fourth row, and the color pixels in the sixth row at the time "6" time in the operation of FIG.

도 4는 다중 노출을 위한 센서 구조의 다른 예를 나타내는 도면이다. 4 is a view showing another example of the sensor structure for multiple exposure.

도 5는 도 4의 센서 구조에 따른 픽셀들의 동작을 나타내는 테이블이다. 5 is a table showing the operation of pixels according to the sensor structure of FIG.

도 6은 일 실시예에 따른 로컬 비닝 기법에 대한 개념을 나타내는 도면이다. 6 is a diagram illustrating a concept of a local binning method according to an exemplary embodiment.

도 7은 일 실시예에 따른 컬럼 판독부의 구성을 나타내는 도면이다. 7 is a view showing a configuration of a column reading section according to an embodiment.

도 8은 일 실시예에 따른 아날로그 로컬 비닝이 가능한 픽셀 구조를 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating a pixel structure capable of analog local binning according to one embodiment.

도 9는 도 8의 아날로그 로컬 비닝이 가능한 픽셀의 동작 방법을 나타낸 타이밍도이다. FIG. 9 is a timing diagram illustrating an operation method of a pixel capable of analog local binning of FIG. 8. FIG.

도 10a 내지 도 10f는 도 1의 이미지 센서 구조에서, 로컬 비닝을 수행하기 위하여, 시간 "6" 시점에서, 2번째 행의 모든 픽셀, 4번째 행의 투명 픽셀, 6번째 행의 컬러 픽셀들의 동작을 나타내는 도면이다. Figs. 10A to 10F are diagrams for explaining the operations of all the pixels in the second row, the transparent pixels in the fourth row, and the color pixels in the sixth row at time "6" Fig.

도 11은 도 1의 이미지 센서 구조에서, 다중 노출 및 로컬 비닝을 위한 첫번째 행에 포함된 픽셀들의 동작을 나타내는 타이밍도이다. Figure 11 is a timing diagram illustrating the operation of pixels included in the first row for multiple exposure and local binning in the image sensor structure of Figure 1;

Claims (13)

매트릭스 배열된 다수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이;A pixel array including a plurality of pixels arranged in a matrix; 상기 픽셀 어레이의 각 픽셀을 구동하기 위한 구동 신호를 인가하는 구동 신호 제공부; 및A driving signal supplier for applying a driving signal for driving each pixel of the pixel array; And 상기 다수의 픽셀의 컬럼마다 구성되며, 상기 픽셀 어레이로부터 영상 프레임을 입력 받는 컬럼 판독부를 포함하는 컬럼 리드아웃 회로를 포함하고,And a column readout circuit configured for each column of the plurality of pixels, the column readout circuit receiving a video frame from the pixel array, 상기 픽셀 어레이에서 하나의 행에 감도가 서로 다른 2 이상의 종류의 픽셀이 배치되며, 상기 서로 다른 종류의 픽셀은 서로 다른 신호 라인으로부터 포토다이오드에 축적된 광전하를 플로팅 노드로 전송하는 전송 트랜지스터에 인가되는 전송 신호를 수신받도록 구성되며, Two or more kinds of pixels having different sensitivities are arranged in one row in the pixel array and the different kinds of pixels are connected to a transfer transistor for transferring light charges accumulated in the photodiode from different signal lines to a floating node And to receive the transmission signal, 상기 구동 신호 제공부는, Wherein the drive signal provider comprises: 하나의 행에 포함된 픽셀들에 대하여, 서로 다른 타이밍에 상기 서로 다른 신호 라인으로부터 수신되는 전송 신호를 인가함으로써 상기 서로 다른 2 이상의 종류의 픽셀이 서로 다른 광 노출 시간을 갖도록 하고,By applying transmission signals received from the different signal lines at different timings to pixels included in one row, the different two or more kinds of pixels have different light exposure time, 상기 컬럼 리드아웃 회로는 상기 입력된 영상 프레임에 대한 저조도 영역을 나타내는 저조도 영역 정보를 생성하고, 다음 프레임 기간에 입력되는 다음 영상 프레임이 입력되면, 상기 저조도 영역 정보에 따라서 결정되는 저조도 영역에 대해서 국부적인 비닝 동작이 수행되도록 제어하는 이미지 센서. The column lead-out circuit generates low-illuminance area information representing a low-illuminance area for the input image frame. When the next image frame input in the next frame period is input, And an in-binning operation is performed. 제1항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 서로 다른 종류의 픽셀은 투명 픽셀 및 컬러 픽셀을 포함하는 이미지 센서. Wherein the different kinds of pixels include transparent pixels and color pixels. 제2항에 있어서, 3. The method of claim 2, 상기 구동 신호 제공부는, Wherein the drive signal provider comprises: 상기 서로 다른 신호 라인으로부터 인가되는 전송 신호를 서로 다른 타이밍에 인가할 때 상기 투명 픽셀의 광 노출 시간이 상기 컬러 픽셀의 광 노출 시간보다 상대적으로 짧도록 상기 전송 신호를 인가하는 이미지 센서. And applies the transmission signal so that the light exposure time of the transparent pixel is shorter than the light exposure time of the color pixel when the transmission signal applied from the different signal line is applied at a different timing. 삭제delete 제1항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 영상 프레임에 대한 저조도 영역 정보는 상기 다수의 픽셀의 전부 또는 일부에 대응하는 이전 영상 프레임의 영상 신호가 저조도를 나타내는지 여부를 나타내는 정보이고, 각각의 픽셀에서 이전 프레임에서 출력된 영상 신호가 저조도인지를 나타내는 저조도 정보로서 상기 다수의 픽셀에 저장되고, 상기 컬럼 판독부에 의해서 상기 다수의 픽셀로부터 상기 저조도 정보가 판독되는 이미지 센서. The low-illuminance region information for the image frame is information indicating whether a video signal of a previous video frame corresponding to all or a part of the plurality of pixels indicates low light intensity. In each pixel, And the low-illuminance information is read out from the plurality of pixels by the column reading unit. 제1항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 컬럼 리드아웃 회로는 상기 다음 영상 프레임에 대한 영상 신호를 이용하여 아날로그 도메인에서 상기 저조도 영역에 대해서 국부적인 비닝 동작을 수행하는 이미지 센서. Wherein the column lead-out circuit performs a local binning operation on the low-luminance region in an analog domain using an image signal for the next image frame. 제1항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 컬럼 판독부는, The column reading unit includes: 상기 픽셀로부터 판독된 저조도 정보에 기초하여 상기 픽셀로부터 출력된 영상 신호에 대하여 다른 픽셀의 영상 신호와 비닝이 수행되어야 하는지 여부를 결정하고, 상기 결정에 따라 동일한 행의 다른 픽셀로부터 판독된 영상 신호를 이용하여 비닝을 수행하는 비닝 결정부; Determining whether a video signal of another pixel should be binarized with respect to the video signal output from the pixel based on the low-illuminance information read from the pixel, and determining whether to binarize the video signal read from another pixel of the same row A binning determining unit for binning the image using the image; 상기 영상 신호에 대한 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; A noise removing unit for removing noise from the video signal; 상기 노이즈가 제거된 영상 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터; An analog digital converter for converting the noise-eliminated video signal into a digital signal; 상기 디지털 신호로 변환된 영상 신호를 저장하는 래치; A latch for storing the video signal converted into the digital signal; 상기 디지털 신호로 변환된 영상 신호를 이용하여 상기 픽셀에서 출력된 영상 신호가 저조도를 나타내는지 판단하는 저조도 판단부; 및A low-illuminance determination unit for determining whether a video signal output from the pixel indicates low illumination using the video signal converted into the digital signal; And 상기 저조도 판단 여부에 따라 이전에 저장된 저조도 정보를 업데이트하는 저조도 정보 업데이트부를 포함하는 이미지 센서. And a low-illuminance information updating unit for updating the previously stored low-illuminance information according to whether the low-illuminance is judged. 제7항에 있어서, 8. The method of claim 7, 상기 업데이트된 저조도 정보는 상기 픽셀에 저장되고, 다음 영상 프레임 처리 기간에 상기 비닝 결정부에 의해 상기 다음 영상 프레임의 영상 신호에 대하여 비닝을 수행할지 여부를 결정하는데 이용되는 이미지 센서. Wherein the updated low-illuminance information is stored in the pixel, and is used by the binning determination unit to determine whether or not to bin the image signal of the next image frame in the next image frame processing period. 제1항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 픽셀은, Wherein the pixel comprises: 수광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드;A photodiode for receiving light to generate photocharge; 상기 포토 다이오드에 접속되고 상기 광전하를 전송하는 전송 트랜지스터; A transfer transistor connected to the photodiode and for transferring the photocharge; 상기 전송 트랜지스터를 통하여 상기 광 전하가 전송되는 플로팅 확산 노드; A floating diffusion node through which the photocharge is transferred through the transfer transistor; 상기 플로팅 확산 노드에 축적된 광전하는 배출시키는 리셋 트랜지스터; A reset transistor for discharging the photoelectric charge accumulated in the floating diffusion node; 상기 플로팅 확산 노드 내의 광 전하를 전압 신호로 증폭 변환하는 소스 팔로워 트랜지스터; 및A source follower transistor for amplifying and converting the photocharge in the floating diffusion node into a voltage signal; And 선택적으로 상기 픽셀의 신호를 출력하는 선택 트랜지스터를 포함하고, And a selection transistor for selectively outputting a signal of the pixel, 상기 리셋 트랜지스터의 드레인단은 이전 프레임에서 상기 컬럼 판독부에서 상기 포토다이오드로부터 출력된 값이 저조도인지 여부를 나타내는 저조도 정보를 전달하는 신호 라인에 연결되는 이미지 센서.Wherein the drain terminal of the reset transistor is connected to a signal line that delivers low illumination information indicating whether the value output from the photodiode in the column readout in the previous frame is low. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 저조도 정보는 상기 플로팅 확산 노드의 커패시터에 저장되는 이미지 센서.Wherein the low-illuminance information is stored in a capacitor of the floating diffusion node. 제9항에 있어서, 10. The method of claim 9, 상기 플로팅 확산 노드에 저장된 이전 영상 프레임에 대한 영상 신호가 저조도인지를 나타내는 저조도 정보는, 상기 리셋 트랜지스터 및 상기 전송 트랜지스터를 온으로 하여 인터그레이션 기간 시작 전에 상기 포토다이오드에 축적된 광 전하를 비우는 동작이 수행된 후에 상기 포토다이오드에 유지되는 이미지 센서. The low-illuminance information indicating whether a video signal for a previous image frame stored in the floating diffusion node is low-level is generated by turning on the reset transistor and the transfer transistor to emit light accumulated in the photodiode before the start of the integration period Is held in the photodiode. 제11항에 있어서, 12. The method of claim 11, 인터그레이션 기간 시작 전에 상기 포토다이오드에 축적된 광 전하를 비우는 동작이 수행된 후에 상기 포토다이오드에 상기 저조도 정보를 유지하기 위하여, 상기 저조도 정보가 상기 인터그레이션 기간 시작 전에 상기 플로팅 확산 노드로부터 판독되고, In order to maintain the low-illuminance information in the photodiode after the operation of emptying the photo-charges accumulated in the photodiode before the start of the integration period, the low-illuminance information is read from the floating diffusion node before the start of the integration period And, 상기 인터그레이션이 시작되어 상기 포토다이오드에 광 전하를 축적하는 동안의 소정의 시간에 상기 판독된 저조도 정보가 상기 플로팅 확산 노드에 다시 기록되는 이미지 센서. Wherein the readout low-illuminance information is written back to the floating diffusion node at a predetermined time while the integration is started and light charges are accumulated in the photodiode. 제11항에 있어서, 12. The method of claim 11, 상기 플로팅 확산 노드에 저장된 이전 영상 프레임에 대한 영상 신호가 저조도인지를 나타내는 저조도 정보는, 상기 전송 트랜지스터가 오프인 상태에서 상기 리셋 트랜지스터가 온이 되어 리셋 신호가 출력되기 전에 상기 플로팅 확산 노드로부터 판독되고, The low-illuminance information indicating whether the image signal for the previous image frame stored in the floating diffusion node is low-level is read from the floating diffusion node before the reset transistor is turned on and the reset signal is output in a state where the transfer transistor is off , 상기 전송 트랜지스터 및 상기 선택 트랜지스터가 온이 되어, 현재 영상 프레임에 대한 상기 포토다이오드의 광 전하 축적에 따르는 영상 신호가 출력된 이후에, 상기 현재 영상 프레임에 대한 영상 신호가 저조도인지 여부를 나타내는 저조도 정보가 상기 플로팅 확산 노드에 기록되는 이미지 센서. And the selection transistor is turned on to output the image signal corresponding to the photocharge accumulation of the photodiode with respect to the current image frame, the low-illuminance information indicating whether the image signal for the current image frame is low- Is written to the floating diffusion node.
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