JP2021069105A - イメージセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ピクセルのクロストーク成分の値を測定するためのテストパターンを具現し、遮光ピクセルのクロストーク成分の値を測定及び計算することで、ピクセルの性能を改善できるようにするイメージセンサを提供する。【解決手段】イメージセンサにおいて、一つのオープンピクセルによって発生する複数の遮光ピクセルクロストーク成分の値をそれぞれ測定する複数の単位テストパターンを含むピクセルアレイと、複数の単位テストパターンによってそれぞれ測定されたクロストーク成分の値を保存する保存部５１０、保存部に保存されたクロストーク成分の値を組み合わせて各対象ピクセルに対するクロストーク値を計算する計算部５２０及び計算部で計算されたクロストーク値を各ピクセルデータに反映してピクセルデータを補正する補正部５３０を含むデータ出力回路５００と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、イメージセンサに関し、ピクセルのクロストークを推定及び補正できるようにする技術である。

一般的に、シーモス（ＣＭＯＳ）工程に具現されるシーモスイメージセンサ（ＣＩＳ；ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）は、その他の競争製品に比べ低電力消耗、低廉な価格及び小型サイズの長所によって速やかに市場を広げている。特に、シーモスイメージセンサは、競争製品に比べ相対的に不足していた画質改善を介して次第に高解像度、及び高速のフレームレート（Ｆｒａｍｅ Ｒａｔｅ）を要求するビデオ領域までその応用範囲を確張している。

このようなシーモスイメージセンサは、固体撮像素子と異なりピクセルアレイから出力されるアナログ形態の信号（ピクセル信号）をデジタル形態の信号に変換する動作が必要である。シーモスイメージセンサは、アナログ信号からデジタル信号への変換のために、内部に高解像度のアナログ−デジタル変換装置（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を用いる。

アナログ−デジタル変換装置は、ピクセルアレイの出力信号であるアナログ出力電圧に対して相互連関の二重サンプリングを行い、その結果電圧をラインメモリーに保存する。また、センスアンプは、ラインメモリーからカラムラインを介して出力されるデジタル信号を感知及び増幅し出力する。

本発明の実施形態は、ピクセルのクロストーク成分の値を測定するためのテストパターンを具現し、遮光ピクセルのクロストーク成分の値を測定及び計算することで、ピクセルの性能を改善できるようにするイメージセンサを提供する。

本発明の実施形態によるイメージセンサは、一つのオープンピクセルによって発生する複数の遮光ピクセルのクロストーク成分の値をそれぞれ測定する複数の単位テストパターンを含むピクセルアレイと、複数の単位テストパターンによってそれぞれ測定されたクロストーク成分の値を保存する保存部と、保存部に保存されたクロストーク成分の値を組み合わせて各対象ピクセルに対するクロストーク値を計算する計算部と、計算部で計算されたクロストーク値を各ピクセルデータに反映してピクセルデータを補正する補正部とを含む。

本発明の実施形態は、ピクセルのクロストーク成分の大きさと方向性を正確に判断してピクセルの構造的弱点を改善することで、性能を改善できるようにする効果を提供する。

同時に本発明の実施形態は例示のためのもので、当業者であれば添付の特許請求範囲の技術的思想と範囲を介して多様な修正、変更、代替及び付加が可能なはずであり、このような修正変更等は以下の特許請求範囲に属するものと見なければならない。

本発明の実施形態によるイメージセンサに関する構成図である。 図１のデータ出力回路に関する詳細構成図である。 図１のイメージセンサにおいて単位テストパターンを示した図である。 図３の単位テストパターンにおいて、各ピクセルのクロストーク成分の値を測定するための図である。 図３の単位テストパターンにおいて、各ピクセルのクロストーク成分の値を測定するための図である。 図３の単位テストパターンにおいて、各ピクセルのクロストーク成分の値を測定するための図である。 図３の単位テストパターンにおいて、各ピクセルのクロストーク成分の値を測定するための図である。 図４ｂの単位テストパターンに対する断面図である。 図４ｂの単位テストパターンに対する断面図である。 図１のイメージセンサにおいて、各ピクセルのクロストーク値を計算するためのテストパターンを示した図である。 図７のテストパターンに対応して対象ピクセルのクロストーク値を計算するための図である。 図７のテストパターンに対応して対象ピクセルのクロストーク値を計算するための図である。 図７のテストパターンに対応して対象ピクセルのクロストーク値を計算するための図である。 図７のテストパターンに対応して対象ピクセルのクロストーク値を計算するための図である。 図７のテストパターンの位置を説明するための図である。 図７のテストパターンの位置を説明するための図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の実施例を説明するに当たって、ある部分が他の部分と「連結」されているとするときは、これは「直接的に連結」されている場合のみならず、その中間に他の素子を挟んで「電気的に連結」されている場合も含む。空間的に相対的な用語である「下（ｂｅｌｏｗ ｏｒ ｂｅｎｅａｔｈ）」、下部（ｌｏｗｅｒ）」、上（ａｂｏｖｅ）、上部（ｕｐｐｅｒ）」等は、図面に示されている通り、一つの素子又は構成要素と他の素子又は構成要素との相関関係を容易に記述するために用いられてよい。空間的に相対的な用語は、図面に示されている方向に加え、使用時又は動作時の素子の互いに異なる方向を含む用語として理解されなければならない。例えば、図面に示されている素子を覆す場合、他の素子の「下（ｂｅｌｏｗ、ｂｅｎｅａｔｈ）」と記述された素子は、他の素子の「上（ａｂｏｖｅ）」に置かれてよい。

また、ある部分がある構成要素を「包含」または「具備」するとするとき、これは特別に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含むか、具備することができることを意味する。また、明細書全体の記載において一部の構成要素を単数形に記載したからといって、本発明がそれに限られるものではなく、該構成要素が複数個からなり得ることが分かるべきである。

図１は、本発明の実施形態によるイメージセンサに関する構成図である。

図１を参照すれば、本発明の実施形態によるイメージセンサ１０は、ピクセルアレイ１００、ロウデコーディング回路２００、ランプ信号生成器３００、アナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ；Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）４００、データ出力回路５００及び制御部６００を含む。

ピクセルアレイ１００は、マトリックス構造で配列された複数のピクセルを含んでよい。ピクセルアレイ１００は、入射される光信号を電気的信号に変換し、ピクセル信号ＯＵＴをカラムラインを介してアナログ−デジタル変換回路４００に出力する。ここで、ピクセルアレイ１００は、ロウデコーディング回路２００から印加されるリセット信号ＲＸ、伝送信号ＴＸ及び選択信号ＳＸのような駆動信号によって駆動されてよい。

ロウデコーディング回路２００は、ピクセルアレイ１００のロウラインを選択する。すなわち、ロウデコーディング回路２００は、制御部６００から印加される制御信号ＣＯＮに応じてピクセルアレイ１００内のピクセルをロウライン別にそれぞれ選択し、その動作を制御する。

ランプ信号生成器３００は、制御部６００から印加される制御信号ＣＯＮに応じてランプ信号ＲＡＭＰを生成する。ランプ信号生成器３００で生成されたランプ信号ＲＡＭＰは、アナログ−デジタル変換回路４００に出力される。

アナログ−デジタル変換回路４００は、ピクセルアレイ１００から出力されるアナログピクセル信号ＯＵＴをデジタル信号に変換する。アナログ−デジタル変換回路４００は、ピクセルアレイ１００のピクセルから受信された信号を維持（ｈｏｌｄ）及びサンプリングする相関二重サンプリング（図示省略）を含んでよい。

このようなアナログ−デジタル変換回路４００は、ピクセルアレイ１００から出力されるピクセル信号ＯＵＴと、ランプ信号生成器３００から印加されるランプ信号ＲＡＭＰの値を比較する。そして、アナログ−デジタル変換回路４００は、ピクセル信号ＯＵＴとランプ信号ＲＡＭＰの比較値に対応し、制御部６００から印加される基準クロックＣＬＫをカウンティングしてカラム単位のデジタル信号ＣＮＴを出力する。

データ出力回路５００は、アナログ−デジタル変換回路４００から印加されるデジタル信号ＣＮＴをラッチする。そして、データ出力回路５００は、カウンティング情報をラッチし、出力制御信号ＯＣＯＮ及び基準クロックＣＬＫに対応して順次にピクセルデータＤＯＵＴを出力する。本発明の実施形態は、ピクセルアレイ１００が各ピクセルでクロストーク成分の値を測定及び計算してピクセルデータＤＯＵＴに反映し、クロストーク成分の値が補正されたピクセルデータＤＯＵＴを出力できる。

そして、制御部６００は、ロウデコーディング回路２００、ランプ信号生成器３００、アナログ−デジタル変換回路４００及びデータ出力回路５００の動作を制御する。ここで、制御部６００は、タイミングジェネレーター（Ｔｉｍｉｎｇ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を含んでよい。すなわち、制御部６００は、イメージのセンシングからセンシングされたイメージデータを出力するための諸般手続きを時間情報に応じて制御できる。

このために、制御部６００は、制御信号ＣＯＮを生成してロウデコーディング回路２００、ランプ信号生成器３００に出力する。そして、制御部６００は、基準クロックＣＬＫを生成してアナログ−デジタル変換回路４００に出力する。また、制御部６００は、出力制御信号ＯＣＯＮ、基準クロックＣＬＫ及びセンシングイネーブル信号ＳＥＮを生成してデータ出力回路５００に出力する。

図２は、図１のデータ出力回路５００に関する詳細構成図である。図２の実施形態では、データ出力回路５００の機能のうち、クロストーク成分の値を測定及び計算するための機能を主に説明する。

図２を参照すれば、データ出力回路５００は、保存部５１０、計算部５２０及び補正部５３０を含む。

ここで、保存部５１０は、アナログ−デジタル変換回路４００から印加されるデジタル信号ＣＮＴをライン単位で保存する。保存部５１０は、制御部６００から印加される出力制御信号ＯＣＯＮに回答してカラム単位でデータを出力できる。

本発明の実施形態において、保存部５１０は、それぞれの単位テストパターン（例えば、後述する図３の単位テストパターン）で測定された各ピクセルのクロストーク成分の値を保存できる。

本発明の実施形態において、保存部５１０は、エスラム（ＳＲＡＭ；Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のようなラインメモリー又はＯＴＰ（Ｏｎｅ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ）のような非−揮発性メモリーとして具現されてよいが、これに限定されるものではない。

計算部５２０は、保存部５１０に保存されたクロストーク成分の値を合算し、それぞれの対象ピクセルに影響を及ぼす周辺ピクセルのクロストーク値を計算できる。対象ピクセルは、クロストーク値を求めるための対象となるピクセルを意味してよい。例えば、計算部５２０は、後述する図７のテストパターンを用いてそれぞれの隣接するピクセルに影響を及ぼすクロストーク値を計算できる。計算部５２０で計算されたクロストーク値は、有効ピクセル領域のピクセルデータを補償するための値として用いられてよい。

そして、補正部５３０は、計算部５２０で計算されたクロストーク値を各ピクセルのピクセルデータＤＯＵＴに反映し、クロストーク値が補正されたピクセルデータを出力できる。すなわち、補正部５３０は、各対象ピクセルに対するカラー別にクロストーク値を補償できる。

例えば、補正部５３０は、計算部５２０で計算されたレッド（Ｒ）ピクセルのクロストーク値をレッドピクセルデータに反映してピクセルデータを補正できる。補正部５３０は、計算部５２０で計算されたブルー（Ｂ）ピクセルのクロストーク値をブルーピクセルデータに反映してピクセルデータを補正できる。補正部５３０は、計算部５２０で計算されたグリーン（Ｇｒ）ピクセルのクロストーク値をグリーン（Ｇｒ）ピクセルデータに反映してピクセルデータを補正できる。補正部５３０は、計算部５２０で計算されたグリーン（Ｇｂ）ピクセルのクロストーク値をグリーン（Ｇｂ）ピクセルデータに反映してピクセルデータを補正できる。

図３は、図１のイメージセンサにおいて単位テストパターン（ＵＴＰ）を示した図である。本発明の実施形態において単位テストパターン（ＵＴＰ）は、図１のピクセルアレイ１００内に具備されてよく、単位テストパターン（ＵＴＰ）の位置に対しては後述する。

図３を参照すれば、単位テストパターン（ＵＴＰ）は、マトリックス構造で配列された複数のピクセル１１０を含んでよい。複数のピクセル１１０において中央領域に配置された一つのピクセルは、オープンピクセル１１１として具現する。ここで、オープンピクセル１１１とは、入射される光が受光素子に伝達されるようにオープン領域を有するピクセルを意味する。

そして、オープンピクセル１１１の周辺を取り囲むピクセル（例えば、（Ａ）領域内の８個のピクセル）（周辺ピクセル）は、遮光ピクセル１１２に該当する。ここで、遮光ピクセル１１２とは、入射される光が受光素子に伝達されないように遮蔽された領域を有するピクセルを意味する。

また、遮光ピクセル１１２の外郭に配置されたピクセル（例えば、（Ａ）領域外部の１６個のピクセル）は、保護ピクセル１１３に該当する。ここで、保護ピクセル１１３は、遮光ピクセル１１２に所望しない方向からクロストークが流入されることを遮断するために（Ａ）領域の外郭を取り囲むように配置されてよい。

図４ａから図４ｄは、図３の単位テストパターン（ＵＴＰ）においてクロストーク成分の値を測定するための図である。

図４ａから４ｄを参照すれば、本発明の実施形態は、レッドピクセル（Ｒ）、ブルーピクセル（Ｂ）、グリーンピクセル（Ｇｂ）、グリーンピクセル（Ｇｒ）の４種類のピクセルパターンをそれぞれオープンピクセル１１１として具現できる。ここで、レッド、ブルー、グリーン等の用語は、当該ピクセルに書き込まれたカラーフィルターを意味してよい。

本発明の実施形態においては、４種類のピクセルパターンを、レッド、ブルー、グリーン（Ｇｒ、Ｇｂ）の３種類のカラーで説明したが、これは、一つの実施形態に過ぎないものであって、他のカラーで具現されてもよい。また、本発明の実施形態において、グリーン（Ｇｒ）とグリーン（Ｇｂ）は同カラーであるが、各ピクセルのクロストーク成分の値を測定するために、互いに異なるピクセルパターンに分類する。

単位テストパターン（ＵＴＰ）において中央領域に配置されたオープンピクセル１１１は、遮光ピクセル１１２からクロストークの影響を受けない。すなわち、遮光ピクセル１１２は光が遮蔽されたピクセルであるため、遮光ピクセル１１２からオープンピクセル１１１の方向にクロストーク成分が伝達されない。

一方、遮光ピクセル１１２は、オープンピクセル１１１を介して流入される光によってクロストークの影響を受ける。これにより、各遮光ピクセル１１２のクロストーク成分値を測定することで、オープンピクセル１１１が遮光ピクセル１１２に影響を及ぼすクロストーク成分の値をそれぞれ検出できる。

図４ａを参照すれば、図４ａの単位テストパターン（ＵＴＰ）は、オープンピクセル１１１がレッドピクセル（Ｒ）でなる場合を示す。レッドピクセル（Ｒ）は、遮光ピクセル１１２からクロストークの影響を受けない（クロストークの影響を受けないレッドピクセルをｏＲと定義する）。

例えば、レッドピクセル（ｏＲ）の周辺（Ａ）領域には、ブルーピクセル（Ｂ）、グリーンピクセル（Ｇｂ）、ブルーピクセル（Ｂ）、グリーンピクセル（Ｇｒ）、グリーンピクセル（Ｇｒ）、ブルーピクセル（Ｂ）、グリーンピクセル（Ｇｂ）、ブルーピクセル（Ｂ）等の８個の遮光ピクセル１１２が配置されてよい。

すなわち、オープンピクセル１１１の左上部に配置されたブルーピクセル（Ｂ）がレッドピクセル（ｏＲ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＲｔｏＢ）を測定できる。オープンピクセル１１１の上部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｂ）がレッドピクセル（ｏＲ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＲｔｏＧｂ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右上部に配置されたブルーピクセル（Ｂ）がレッドピクセル（ｏＲ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＲｔｏＢ）を測定できる。

オープンピクセル１１１の左側に配置されたグリーンピクセル（Ｇｒ）がレッドピクセル（ｏＲ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＲｔｏＧｒ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右側に配置されたグリーンピクセル（Ｇｒ）がレッドピクセル（ｏＲ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＲｔｏＧｒ）を測定できる。

そして、オープンピクセル１１１の左下部に配置されたブルーピクセル（Ｂ）がレッドピクセル（ｏＲ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＲｔｏＢ）を測定できる。オープンピクセル１１１の下部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｂ）がレッドピクセル（ｏＲ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＲｔｏＧｂ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右下部に配置されたブルーピクセル（Ｂ）がレッドピクセル（ｏＲ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＲｔｏＢ）を測定できる。

図４ｂを参照すれば、図４ｂの単位テストパターン（ＵＴＰ）は、オープンピクセル１１１がグリーンピクセル（Ｇｒ）でなる場合を示す。グリーンピクセル（Ｇｒ）は、遮光ピクセル１１２からクロストークの影響を受けない（クロストークの影響を受けないグリーンピクセルをｏＧｒと定義する）。

例えば、グリーンピクセル（ｏＧｒ）の周辺（Ａ）領域には、グリーンピクセル（Ｇｂ）、ブルーピクセル（Ｂ）、グリーンピクセル（Ｇｂ）、レッドピクセル（Ｒ）、レッドピクセル（Ｒ）、グリーンピクセル（Ｇｂ）、ブルーピクセル（Ｂ）、グリーンピクセル（Ｇｂ）等の８個の遮光ピクセル１１２が配置されてよい。

すなわち、オープンピクセル１１１の左上部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｂ）がグリーンピクセル（ｏＧｒ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｒｔｏＧｂ）を測定できる。オープンピクセル１１１の上部に配置されたブルーピクセル（Ｂ）がグリーンピクセル（ｏＧｒ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｒｔｏＢ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右上部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｂ）がグリーンピクセル（ｏＧｒ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｒｔｏＧｂ）を測定できる。

オープンピクセル１１１の左側に配置されたレッドピクセル（Ｒ）がグリーンピクセル（ｏＧｒ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｒｔｏＲ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右側に配置されたレッドピクセル（Ｒ）がグリーンピクセル（ｏＧｒ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｒｔｏＲ）を測定できる。

そして、オープンピクセル１１１の左下部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｂ）がグリーンピクセル（ｏＧｒ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｒｔｏＧｂ）を測定できる。オープンピクセル１１１の下部に配置されたブルーピクセル（Ｂ）がグリーンピクセル（ｏＧｒ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｒｔｏＢ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右下部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｂ）がグリーンピクセル（ｏＧｒ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｒｔｏＧｂ）を測定できる。

図４ｃを参照すれば、図４ｃの単位テストパターン（ＵＴＰ）は、オープンピクセル１１１がブルーピクセル（Ｂ）でなる場合を示す。ブルーピクセル（Ｂ）は、遮光ピクセル１１２からクロストークの影響を受けない（クロストークの影響を受けないブルーピクセルをｏＢと定義する）。

例えば、ブルーピクセル（ｏＢ）の周辺（Ａ）領域には、レッドピクセル（Ｒ）、グリーンピクセル（Ｇｒ）、レッドピクセル（Ｒ）、グリーンピクセル（Ｇｂ）、グリーンピクセル（Ｇｂ）、レッドピクセル（Ｒ）、グリーンピクセル（Ｇｒ）、レッドピクセル（Ｒ）等の８個の遮光ピクセル１１２が配置されてよい。

すなわち、オープンピクセル１１１の左上部に配置されたレッドピクセル（Ｒ）がブルーピクセル（ｏＢ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＢｔｏＲ）を測定できる。オープンピクセル１１１の上部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｒ）がブルーピクセル（ｏＢ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＢｔｏＧｒ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右上部に配置されたレッドピクセル（Ｒ）がブルーピクセル（ｏＢ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＢｔｏＲ）を測定できる。

オープンピクセル１１１の左側に配置されたグリーンピクセル（Ｇｂ）がブルーピクセル（ｏＢ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＢｔｏＧｂ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右側に配置されたグリーンピクセル（Ｇｂ）がブルーピクセル（ｏＢ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＢｔｏＧｂ）を測定できる。

そして、オープンピクセル１１１の左下部に配置されたレッドピクセル（Ｒ）がブルーピクセル（ｏＢ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＢｔｏＲ）を測定できる。オープンピクセル１１１の下部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｒ）がブルーピクセル（ｏＢ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＢｔｏＧｒ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右下部に配置されたレッドピクセル（Ｒ）がブルーピクセル（ｏＢ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＢｔｏＲ）を測定できる。

図４ｄを参照すれば、図４ｄの単位テストパターン（ＵＴＰ）は、オープンピクセル１１１がグリーンピクセル（Ｇｂ）でなる場合を示す。グリーンピクセル（Ｇｂ）は、遮光ピクセル１１２からクロストークの影響を受けない（クロストークの影響を受けないグリーンピクセルを ｏＧｂで定義する）。

例えば、グリーンピクセル（ｏＧｂ）の周辺（Ａ）領域には、グリーンピクセル（Ｇｒ）、レッドピクセル（Ｒ）、グリーンピクセル（Ｇｒ）、ブルーピクセル（Ｂ）、ブルーピクセル（Ｂ）、グリーンピクセル（Ｇｒ）、レッドピクセル（Ｒ）、グリーンピクセル（Ｇｒ）等の８個の遮光ピクセル１１２が配置されてよい。

すなわち、オープンピクセル１１１の左上部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｒ）がグリーンピクセル（ｏＧｂ）から受けるクロストーク成分の値を（ｗＧｂｔｏＧｒ）を測定できる。オープンピクセル１１１の上部に配置されたレッドピクセル（Ｒ）がグリーンピクセル（ｏＧｂ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｂｔｏＲ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右上部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｒ）がグリーンピクセル（ｏＧｂ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｂｔｏＧｒ）を測定できる。

オープンピクセル１１１の左側に配置されたブルーピクセル（Ｂ）がグリーンピクセル（ｏＧｂ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｂｔｏＢ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右側に配置されたブルーピクセル（Ｂ）がグリーンピクセル（ｏＧｂ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｂｔｏＢ）を測定できる。

すなわち、オープンピクセル１１１の左下部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｒ）がグリーンピクセル（ｏＧｂ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｂｔｏＧｒ）を測定できる。オープンピクセル１１１の下部に配置されたレッドピクセル（Ｒ）がグリーンピクセル（ｏＧｂ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｂｔｏＲ）を測定できる。オープンピクセル１１１の右下部に配置されたグリーンピクセル（Ｇｒ）がグリーンピクセル（ｏＧｂ）から受けるクロストーク成分の値（ｗＧｂｔｏＧｒ）を測定できる。

図５及び図６は、図４ｂの単位テストパターン（ＵＴＰ）に対する断面図である。図５及び図６の実施例は、図４ｂの単位テストパターン（ＵＴＰ）を （Ｂ）−（Ｂ’）方向に切った断面図であってよい。図４の実施形態は、光が照射されないダーク（Ｄａｒｋ）状態を示し、図５の実施形態は、光が照射されるホワイト（Ｗｈｉｔｅ）状態を示し得る。

図５を参照すれば、単位テストパターン（ＵＴＰ）は、基板１２０上に複数の単位ピクセル領域が形成されてよい。基板１２０には、各単位ピクセル領域に対応して受光素子１２１ａ〜１２１ｃが形成される。それぞれの受光素子１２１ａ〜１２１ｃは、素子分離膜（図示省略）によって分離されてよい。受光素子１２１ａ〜１２１ｃは、それぞれフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ、ＰＤ）を含んでよい。ここで、フォトダイオードは、受光された光を用いて光電荷を生成する役割を遂行できる。

基板１２０の上部には、シールド層１２２を含む層間絶縁膜１２３が形成される。ここで、シールド層１２２は、入射される光を遮蔽するための金属配線として具現されてよい。すなわち、シールド層１２２は、外部からカラーフィルター１２４、１２６を介して入射される光が受光素子１２１ａ、１２１ｃに伝達されないように遮蔽できる。

層間絶縁膜１２３上には、単位ピクセル領域に対応して複数のカラーフィルター１２４〜１２６が含まれてよい。複数のカラーフィルター１２４〜１２６は、カラーイメージを獲得するためのものであり、単位ピクセル領域毎に一つずつ形成されて入射する光から色を分離する。

ここで、カラーフィルター１２４〜１２６は、互いに異なるカラーを示すものであり、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の３種類のカラーでなってよい。例えば、カラーフィルター１２４〜１２６は、レッド（Ｒ）カラーフィルター１２４、グリーン（Ｇ）カラーフィルター１２５及びブルー（Ｂ）カラーフィルター１２６を含んでよい。レッド（Ｒ）カラーフィルター１２４は、入射される光（例えば、可視光線）の中からレッドカラーだけ通過させる。グリーン（Ｇ）カラーフィルター１２５は、入射される光の中からグリーンカラーだけ通過させる。ブルー（Ｂ）カラーフィルター１２６は、入射される光のからブルーカラーだけ通過させる。

カラーフィルター１２４〜１２６上には、それぞれの受光素子１２１ａ〜１２１ｃに対応してマイクロレンズ１２８が形成される。マイクロレンズ１２８は、各単位ピクセル領域に光を集光させることができる。ここで、マイクロレンズ１２８は、半球形態で具現されてよい。

図５の実施形態において、グリーン（Ｇ）カラーフィルター１２５がオープンピクセル１１１として具現されることを示し得る。グリーン（Ｇ）カラーフィルター１２５がオープンピクセル１１１として具現される場合、グリーン（Ｇ）カラーフィルター１２５の下部にシールド層１２２が形成されない。一方、レッド（Ｒ）カラーフィルター１２４とブルー（Ｂ）カラーフィルター１２６の下部には、シールド層１２２がそれぞれ形成される。すなわち、レッド（Ｒ）カラーフィルター１２４とブルー（Ｂ）カラーフィルター１２６は、光を遮蔽して遮光ピクセル１１２のクロストーク成分の値を測定するためにシールド層１２２が形成されてよい。

図６を参照すれば、単位テストパターン（ＵＴＰ）がホワイト状態の場合、レッド（Ｒ）カラーフィルター１２４、グリーン（Ｇ）カラーフィルター１２５及びブルー（Ｂ）カラーフィルター１２６の何れにも光が照射されてよい。各ピクセルで、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の値に対する光を全て受信するが、各ピクセルに書き込まれたカラーフィルター１２４〜１２６に該当する特定カラーに対する値（Ｒ値、Ｇ値又はＢ値）だけを感知するようになる。

図６の実施形態では、３つのカラーフィルター１２４〜１２６のうち、オープンピクセル１１１であるグリーン（Ｇ）カラーフィルター１２５を介して光が透過し、受光素子１２１ｂに光が伝達され得る（透光領域）。すなわち、グリーン（Ｇ）カラーフィルター１２５の下部にはシールド層１２２が形成されないため、光が入射されれば層間絶縁膜１２３を通過して受光素子１２１ｂに到逹する。一方、３つのカラーフィルター１２４〜１２６のうち遮光ピクセル１１２であるレッド（Ｒ）カラーフィルター１２４とブルー（Ｂ）カラーフィルター１２６は、シールド層１２２によって光が遮蔽され受光素子１２１ａ、１２１ｃに光が伝達されない（遮蔽領域）。

図６において（Ｃ）の実線は、光学軸方向に光が照射されることを示す。そして、（Ｄ）の斜線は、隣接した単位ピクセル領域の間で斜線（Ｓｐａｔｉａｌ）方向にクロストークが発生することを示す。また、（Ｅ）は、マイクロレンズ１２８の頂点で光が照射される垂直（Ｓｐｅｃｔｒａｌ）方向にクロストークが発生することを示す。（Ｆ）は、受光素子１２１ａ〜１２１ｃの間に電界（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）によって発生するクロストークを示す。（Ｇ）は、各ピクセルの間に発生し得る固定パターンノイズ（ｆｉｘｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｎｏｉｓｅ；ＦＰＮ）を示す。

ピクセルアレイ１００に含まれた各単位ピクセルは、固有なカラー（ｃｏｌｏｒ）の光成分だけを受けなければならない。しかし、実際隣接した単位ピクセルの間の隔離が完璧に具現されないため、単位ピクセルの間にクロストーク（ｃｒｏｓｓ ｔａｌｋ）現象が発生するようになる。

このようなクロストーク現象は、隣接した単位ピクセルに所望しない光成分を伝達するため、当該単位ピクセルのカラー分別力を低下させる。このような単位ピクセルのカラー分別力の低下は、全体イメージセンサのセンシング感度を下げてイメージ画質を落とすようになり得る。また、各ピクセルの間に所望しないノイズが存在し、斜線方向、垂直方向に対するクロストークを区分しにくく、クロストークに対する方向性を判断することが不可能である。

本発明の実施形態は、図６でのように、一つのカラーフィルター１２５だけオープンさせ、クロストーク成分を測定しようとする他のカラーフィルター１２４、１２６は、シールド層１２２によって光を遮蔽させる。そうすれば、レッド（Ｒ）カラーフィルター１２４とブルー（Ｂ）カラーフィルター１２６は、シールド層１２２によって光が遮蔽されたにもかかわらず、カラーフィルター１２５からクロストーク成分の値が受光素子１２１ａ、１２１ｃに伝達される。

ピクセルのクロストークは、ピクセルの性能を改善するための重要な指標中の一つであるため、これに対する正確な評価方法が要求される。このため、本発明の実施形態は、４種類のカラーパターン（Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂ）に対してそれぞれオープンされたピクセルパターンを具現する。そして、一つのオープンピクセル１１１から印加される光が遮蔽された遮光ピクセル１１２に伝達されるクロストーク成分の値を測定できる。

すなわち、一つのオープンピクセル１１１が影響を及ぼす８方向の遮光ピクセル１１２に発生するクロストーク成分の値をそれぞれ求めることができる。したがって、クロストークによってカラー分別力が低下された単位ピクセルを探し、見つけた単位ピクセルの特性を改善して全体イメージセンサのセンシング強度を高めることができる。

図７は、図１のイメージセンサにおいて、各ピクセルのクロストーク値を計算するためのテストパターン（ＴＰ）を示した図である。

図７を参照すれば、テストパターン（ＴＰ）は、マトリックス構造で配列された複数のピクセル１１０を含んでよい。例えば、複数のピクセル１１０は、ロオ方向に８個、カラム方向に９個配列され、計７２個のピクセルで具現されてよい。

テストパターン（ＴＰ）は、図４ａから図４ｄにおいて測定されたクロストーク成分の値を計算するために、４種類の単位テストピクセル（ＵＴＰ）を一つのテストパターン（ＴＰ）に組み合わせて複数のピクセルグループ１３１〜１３４パターンを具現できる。複数のピクセルグループ１３１〜１３４は、水平方向又は垂直方向に隣接して配置されてよい。

複数のピクセル１１０においてピクセルグループ１３１は、レッドピクセル（Ｒ）がオープンピクセル１１１として具現されてよい。ピクセルグループ１３２は、グリーンピクセル（Ｇｒ）がオープンピクセル１１１として具現されてよい。そして、ピクセルグループ１３３は、ブルーピクセル（Ｂ）がオープンピクセル１１１として具現されてよい。ピクセルグループ１３４は、グリーンピクセル（Ｇｂ）がオープンピクセル１１１として具現されてよい。

図８ａから図８ｄは、図７のテストパターン（ＴＰ）に対応して対象ピクセルのクロストーク値を計算するための図である。

有効ピクセル領域のピクセル構造からみて、それぞれの方向で発生するクロストーク成分の値は、図４ａ〜４ｄの単位テストパターン（ＵＴＰ）においてそれぞれ測定されたクロストーク成分の値を合わせた値である。このため、図８ａから図８ｄのようにテストパターン（ＴＰ）において測定されたクロストーク成分の値を再マッピングし、各対象ピクセルに対するクロストーク値（Ｘｔａｌｋ）を計算できる。ここで、再マッピングは、テストパターンによってクロストーク成分の値を再組合することを意味してよい。

図８ａを参照すれば、有効ピクセル領域で発生するクロストーク成分の値は、レッドピクセル（Ｒ）を取り囲んだ８個のピクセルで発生するクロストーク成分の和である。周辺ピクセルからレッドピクセル（Ｒ）が受けるクロストーク値（Ｘｔａｌｋ＠Ｒ）は、次の［数式１］のように計算されてよい。

上記の［数式１］を参照すれば、上記の図４ａの単位テストパターン（ＵＴＰ）において測定された８個の周辺ピクセルから伝達されたクロストーク成分の値を合わせてクロストーク値（Ｘｔａｌｋ＠Ｒ）を求めることができる。そして、ピクセル自体が含んでいる固定パターンのノイズを除去するために、図５でのようにダーク状態でのレッドピクセル（Ｒ）の値（ｄＲ）を引くようになる。

図８ｂを参照すれば、有効ピクセル領域で発生するクロストーク成分の値は、グリーンピクセル（Ｇｒ）を取り囲む８個のピクセルで発生するクロストーク成分の和である。周辺ピクセルからグリーンピクセル（Ｇｒ）が受けるクロストーク値（Ｘｔａｌｋ＠Ｇｒ）は、次の［数式２］のように計算されてよい。

上記の［数式２］を参照すれば、上記の図４ｂの単位テストパターン（ＵＴＰ）において測定された８個の周辺ピクセルから伝達されたクロストーク成分の値を合わせてクロストーク値（Ｘｔａｌｋ＠Ｇｒ）を求めることができる。そして、ピクセル自体が含んでいる固定パターンのノイズを除去するために、図５でのようにダーク状態でのグリーンピクセル（Ｇｒ）の値（ｄＧｒ）を引くようになる。

図８ｃを参照すれば、有効ピクセル領域で発生するクロストーク成分の値は、ブルーピクセル（Ｂ）を取り囲む８個のピクセルで発生するクロストーク成分の和である。周辺ピクセルからブルーピクセル（Ｂ）が受けるクロストーク値（Ｘｔａｌｋ＠Ｂ）は、次の［数式３］のように計算されてよい。

上記の［数式３］を参照すれば、上記の図４ｃ単位テストパターン（ＵＴＰ）において測定された８個の周辺ピクセルから伝達されたクロストーク成分の値を合わせてクロストーク値（Ｘｔａｌｋ＠Ｂ）を求めることができる。そして、ピクセル自体が含んでいる固定パターンのノイズを除去するために、図５でのようにダーク状態でのブルーピクセル（Ｂ）の値（ｄＢ）を引くようになる。

図８ｄを参照すれば、有効ピクセル領域で発生するクロストーク成分の値は、グリーンピクセル（Ｇｂ）を取り囲む８個のピクセルで発生するクロストーク成分の和である。周辺ピクセルからグリーンピクセル（Ｇｂ）が受けるクロストーク値（Ｘｔａｌｋ＠Ｇｂ）は、次の［数式４］のように計算されてよい。

上記の［数式４］を参照すれば、上記の図４ｄの単位テストパターン（ＵＴＰ）において測定された８個の周辺ピクセルから伝達されたクロストーク成分の値を合わせてクロストーク値（Ｘｔａｌｋ＠Ｇｂ）を求めることができる。そして、ピクセル自体が含んでいる固定パターンのノイズを除去するために、図５でのようにダーク状態でのグリーンピクセル（Ｇｂ）の値（ｄＧｂ）を引くようになる。

図９及び図１０は、図７のテストパターン（ＴＰ）の位置を説明するための図である。

図９の実施形態を参照すれば、テストパターン（ＴＰ）は、複数のテストパターンが隣接に配置されてテストパターンセット（ＴＰＳ）の単位で形成されてよい。テストパターンセット（ＴＰＳ）は、ピクセルアレイ１００の有効ピクセル領域の外郭側オープンダミー（ｏｐｅｎ ｄｕｍｍｙ）領域に配置されてよい。例えば、テストパターンセット（ＴＰＳ）は、ピクセルアレイ１００の有効ピクセル領域の上部中央（ＴＣ）、上部左側（ＴＬ）、上部右側（ＴＲ）、中央左側（ＣＬ）、中央右側（ＣＲ）、下部中央（ＢＣ）、下部左側（ＢＬ）、下部右側（ＢＲ）にそれぞれ配置されてよい。

一方、図１０の実施形態を参照すれば、複数のテストパターン（ＴＰ）は、ピクセルアレイ１００の有効ピクセル領域、オープンダミー領域の以外にも、センター領域を含む全体領域に配置されてよい。

本発明が属する技術分野の当業者は、本発明がその技術的思想や必須的特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施され得るため、以上で記述した実施形態は全ての面において例示的なものであり、限定的ではないものとして理解しなければならない。本発明の範囲は、詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって表れるようになり、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその等価概念から導出される全ての変更又は変形された形態が、本発明の範囲に含まれるものとして解釈されなければならない。

Claims (20)

1. 一つのオープンピクセルによって発生する複数の遮光ピクセルのクロストーク成分の値をそれぞれ測定するために用いられる複数の単位テストパターンを含むピクセルアレイと、
   前記複数の単位テストパターンによってそれぞれ測定された前記クロストーク成分の値を保存する保存部と、
   前記保存部に保存された前記クロストーク成分の値を組み合わせて各対象ピクセルに対するクロストーク値を計算する計算部と、
   前記計算部で計算された前記クロストーク値を各ピクセルデータに反映して前記ピクセルデータを補正する補正部とを含むイメージセンサ。
2. 前記複数の単位テストパターンそれぞれは、
   複数の単位ピクセル領域を含む基板と、
   それぞれが前記基板の上部に各単位ピクセル領域と対応して形成された複数のカラーフィルターと、
   前記複数のカラーフィルターのうち、一部カラーフィルターの下部に形成され、前記一部カラーフィルターを介して流入される光を遮蔽するシールド層とを含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
3. 前記複数の遮光ピクセルに入射される光は、前記シールド層によって遮蔽される、請求項２に記載のイメージセンサ。
4. 前記複数の単位テストパターンそれぞれは、
   単位テストパターンのセンター領域に形成された前記一つのオープンピクセルと、
   前記一つのオープンピクセルの周辺に配置される前記複数の遮光ピクセルとを含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
5. 前記複数の単位テストパターンそれぞれは、
   前記複数の遮光ピクセルの周辺に配置される複数の保護ピクセルをさらに含む、請求項４に記載のイメージセンサ。
6. 前記複数の保護ピクセルは、平面上において、前記複数の遮光ピクセルを取り囲む形態で配置される、請求項５に記載のイメージセンサ。
7. 前記一つのオープンピクセルに入射される光は、一つのカラーフィルターを介して下部の受光素子に伝達される、請求項４に記載のイメージセンサ。
8. 前記複数の単位テストパターンそれぞれは、
   前記一つのオープンピクセルに光が入射される場合、前記一つのオープンピクセルで発生するクロストーク成分の値に対応して前記複数の遮光ピクセルそれぞれのクロストーク成分の値を測定する、請求項４に記載のイメージセンサ。
9. 前記複数の単位テストパターンそれぞれは、
   前記一つのオープンピクがそれぞれ異なるカラーで配置される、請求項４に記載のイメージセンサ。
10. 前記複数の遮光ピクセルは、平面上において、前記オープンピクセルを取り囲む形態で配置される、請求項４に記載のイメージセンサ。
11. 前記オープンピクセルは、
    レッドピクセル、グリーンピクセル、ブルーピクセルのうち何れか一つでなる、請求項４に記載のイメージセンサ。
12. 前記複数の単位テストパターンが互いに隣接に配置されたテストパターンを含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
13. 前記テストパターンは、
    第１カラーのピクセルが前記一つのオープンピクセルとして具現される第１単位テストパターンと、
    第２カラーのピクセルが前記一つのオープンピクセルとして具現される第２単位テストパターンと、
    第３カラーのピクセルが前記一つのオープンピクセルとして具現される第３単位テストパターンと、
    第４カラーのピクセルが前記一つのオープンピクセルとして具現される第４単位テストパターンとを含む、請求項１２に記載のイメージセンサ。
14. 前記第１カラーから前記第４カラーそれぞれは、互いに異なるカラーである、請求項１３に記載のイメージセンサ。
15. 前記テストパターンは、
    前記ピクセルアレイの有効ピクセル領域の外郭に配置されたオープンダミー領域に形成される、請求項１２に記載のイメージセンサ。
16. 前記テストパターンは、
    平面上において、前記有効ピクセル領域の上部中央、上部左側、上部右側、中央左側、中央右側、下部中央、下部左側、下部右側のうち少なくとも一つに配置される、請求項１５に記載のイメージセンサ。
17. 前記テストパターンは、
    複数のテストパターンが互いに隣接に配置されたテストパターンセットの単位で形成される、請求項１２に記載のイメージセンサ。
18. 前記テストパターンは、
    前記ピクセルアレイのセンター領域を含む全体領域に形成される、請求項１２に記載のイメージセンサ。
19. 前記計算部は、
    前記一つの対象ピクセルの周辺を取り囲む前記複数の周辺ピクセルのクロストーク成分の値を合算し、ダーク状態での前記一つの対象ピクセルの値を引いて当該ピクセルの前記クロストーク値を計算する、請求項１に記載のイメージセンサ。
20. 前記ダーク状態での前記一つの対象ピクセルの値は、前記当該ピクセルの固定パターンのノイズである、請求項１９に記載のイメージセンサ。

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