KR102182867B1 - 노출 제어가 가능한 tdi 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 라인 센서를 포함하는 화소부, 상기 복수의 라인 센서 중 일부의 라인 센서에 광의 입사를 차단하는 광 차단부, 및 라인 트리거 신호에 기초하여 라인 제어 신호 및 노출 제어 신호를 생성하고, 생성된 라인 제어 신호 및 노출 제어신호에 기초하여 상기 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서를 포함한다.
Description
본 발명은 TDI 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노출 제어가 가능한 TDI(Time Delayed Integration) 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템에 관한 것이다.
생산 설비가 대량화, 자동화 및 정밀화됨에 따라 사람의 육안 또는 각종 센서에 의존하던 기능이 이미지 센서로 대체되고 있다. 이러한 이미지 센서에 주로 사용되고 있는 반도체 소자의 예로 전하 결합 소자(CCD, Charge Coupled Device)가 있다.
전하 결합 소자(이하, CCD)는 하나의 소자로부터 인접한 다른 소자로 전하를 전송할 수 있는 소자를 의미한다. 이러한 CCD을 이용한 이미지 센서는 광량에 의한 전하량 변화를 전기적 신호로 변환하는 구조를 갖는다. CCD를 이용한 이미지 센서는 전하가 축적되는 셀 영역 및 축적된 전하를 차례대로 전송하는 쉬프트 레지스터로 구성된 출력부를 포함한다.
이미지 센서의 스캔 방식에는 영역 스캔(area scan), 라인 스캔(line scan) 및 TDI(Time Delayed Integration) 라인 스캔 방식 등이 있다.
TDI 라인 스캔 방식의 이미지 센서는 복수의 라인 센서가 스캔 방향으로 배열된 것으로, 각 라인의 CCD에서 축적된 전하를 스캔 대상의 이동과 동기시켜 다음 라인의 CCD로 전송한다. 이러한 과정을 마지막 라인 센서까지 반복하여 전하를 축적한 후 출력함으로써 이미지를 얻을 수 있다.
실제 이미지 스캔을 실행하는 경우에, 스캔 대상을 운반하는 기계 장치(예를 들어, 컨베이어 벨트)가 일정한 속도로 스캔 대상을 이동시키지 못하고 느려지거나 빨라지는 경우가 있어 각 라인 센서마다 노출 시간이 일정치 않아 이미지의 밝기의 불균일(Uuniformity of image level) 이 발생할 수 있다. 예를 들어, 스캔 대상을 운반하는 컨베이어 벨트를 가동시킬 때 초기에는 구동 모터의 속도가 느리다가 이후 빨라지는 경우 각 라인 센서의 노출 시간이 초기에는 길다가 이후 짧아져 스캔 대상의 균일한 이미지를 생성하지 못하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 복수의 라인 각각이 동일한 시간동안 입사되는 광량을 축적할 수 있는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템은 복수의 라인 센서를 포함하는 화소부, 상기 복수의 라인 센서 중 일부의 라인 센서에 광의 입사를 차단하는 광 차단부, 및 외부로부터 입력되는 라인 트리거 신호에 기초하여 라인 제어 신호 및 노출 제어 신호를 생성하고, 생성된 라인 제어 신호 및 노출 제어신호에 기초하여 상기 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템은 홀수번째 라인 센서 및 짝수번째 라인 센서가 교대로 배치된 화소부, 및 상기 짝수번째 라인 센서의 광에 대한 노출 시간이 일정하도록 상기 홀수번째 라인 센서 및 상기 짝수번째 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템은 광 노출된 홀수번째 라인 센서 및 광 차단된 짝수번째 라인 센서가 교대로 배치된 화소부, 및 상기 홀수번째 라인 센서의 광에 대한 노출 시간이 일정하도록 상기 짝수번째 라인 센서 및 상기 홀수번째 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템은 복수의 라인 센서를 포함하는 화소부, 각 라인 센서의 일부에 광의 입사를 차단하는 광 차단부, 각 라인 센서의 일부를 제외한 나머지 부분의 전면에 배치된 마이크로 렌즈, 및 외부로부터 입력되는 라인 트리거 신호에 기초하여 노출 제어 신호를 생성하고, 상기 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 상기 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템은 복수개의 라인 센서를 포함하며, 각 라인 센서의 일부가 광 차단부에 의해 광의 입사가 차단되고, 각 라인 센서의 나머지 일부는 광에 노출된 화소부, 및 상기 노출된 라인 센서 부분의 광에 대한 노출 시간이 일정하도록 상기 광의 입사가 차단된 라인 센서 부분과 상기 광에 노출된 라인 센서 부분의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서의 제어 방법은 복수의 라인 센서에 광 차단부가 배치된 TDI 이미지 센서에 대하여 스캔 제어부의 레지스터에 노출 시간을 설정하는 설정 단계, 및 상기 광 차단부에 의해 광의 입사가 차단되지 않은 라인 센서들로 상기 노출 시간동안만 광이 입사되도록 제어하는 제어 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템은 각 라인들이 동일한 시간동안 스캔대상의 광량을 축적할 수 있기 때문에, 고감도의 균일한 영상을 획득할 수 있어, TDI 이미지 센서에 대한 활용분야를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 화소부의 구성도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 화소부, 광 차단부 및 마이크로 렌즈가 결합된 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 스캔 제어부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 8은 도 7의 노출 제어 신호 생성부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 센서 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1의 화소부 및 광 차단부가 결합된 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캔 제어부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 12는 도 11의 스캔 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 TDI 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 TDI 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 화소부의 구성도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 화소부, 광 차단부 및 마이크로 렌즈가 결합된 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 스캔 제어부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 8은 도 7의 노출 제어 신호 생성부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 센서 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1의 화소부 및 광 차단부가 결합된 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캔 제어부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 12는 도 11의 스캔 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 TDI 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 TDI 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일 또는 유사한 구성 요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템은 화소부(110), 광 차단부(120), 마이크로 렌즈(130), 속도 감지부(200), 조명등(300), 스캔 제어부(400) 및 출력부(500)를 포함할 수 있다. 이때, TDI 이미지 센서는 화소부(110), 광 차단부(120) 및 마이크로 렌즈(130)를 포함할 수 있다. 또한 TDI 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 제어 시스템은 화소부(110), 광 차단부(120), 마이크로 렌즈(130), 스캔 제어부(400) 및 출력부(500)를 포함할 수 있다.
화소부(110)는 이미지를 센싱하는 구성으로서, CCD(Charge Coupled Device)와 같은 이미지 소자로 구성될 수 있다. 화소부(110)는 복수의 이미지 소자로 구성되는 복수의 라인 센서로 구성될 수 있다. 복수의 라인 센서 각각은 스캔 대상(610)의 이동 방향과 직교하는 방향 즉, 스캔 방향의 수평 방향으로 배치될 수 있다.
화소부(110)는 TDI(Time Delayed Integration) 방식에 따라 스캔대상(610)을 관통 또는 반사된 광량에 대응하는 전하량이 각 라인 센서의 컬럼(Column) 방향으로 이동하며 누적될 수 있도록 구성될 수 있다.
광 차단부(120)는 화소부(110)에 구성된 각 라인 센서의 일부에 스캔 대상(610)으로부터 들어오는 광이 입사되지 못하도록, 라인 센서의 일부의 전면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 광 차단부(120)는 각 라인 센서의 절반에 해당하는 부분에 광이 입사되지 못하도록 각 라인 센서의 전면에 배치될 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의상 각 라인 센서의 절반이 광차폐되는 실시예에 대하여 주로 설명하고 있으나, 필요에 의해 라인 센서의 1/3, 1/4 등이 광차폐되는 실시예도 가능하다.
광 차단부(120)는 금속 차광막(도 3a 내지 도 3d에 도시)으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 광 차단부(120)의 금속 차광막은 각 라인 센서의 일부에 교대로 광이 입사되도록, 해당 라인 센서의 전면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 광 차단부(120)의 금속 차광막은 각 라인 센서의 전면에 배치되어, 각 라인 센서들의 절반에 광이 입사되는 것을 차단할 수 있다.
마이크로 렌즈(130)는 스캔 대상(610)으로부터 들어오는 빛을 강화하여 화소부(110)에 전달하도록 구성될 수 있다. 마이크로 렌즈(130)는 광 차단부(120)의 전면에 배치될 수 있다.
속도 감지부(200)는 스캔 대상(610)을 운반하는 운반장치(600)의 이동 속도를 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 속도 감지부(200)는 운반장치(600)의 이동속도를 감지하여 스캔 제어부(400)에 제공할 수 있다. 즉, 운반장치(600)로부터 일정 거리(예컨대, 50 ㎛)를 이동할 때마다 발생하는 라인 트리거 신호(L_p)의 간격을 측정함으로써 이동속도를 감지할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 운반장치(600)는 스캔 대상(610)을 이미지 센서가 스캔 가능하도록 이동시키기에 적합한 장치는 무엇이든 가능한데, 예를 들어 컨베이어 벨트일 수 있다.
조명등(300)은 화소부(110)에 입사되는 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
스캔 제어부(400)은 스캔 대상(610)을 외부에서 입력되는 라인 트리거 신호(L_p)에 기초하여 노출 제어 신호(E_p)를 생성하고, 라인 트리거 신호(L_p) 및 노출 제어 신호(E_p)에 기초하여 화소부(110)의 전하 이동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 운반장치(600)의 이동 속도가 감소하면 스캔 제어부(400)로 입력되는 라인 트리거 신호(L_p)의 생성 주기가 감소될 수 있다. 즉, 스캔 제어부(400)은 운반장치(600)의 이동 속도가 감소하면 라인 트리거 신호(L_p) 사이의 시간 간격이 증가되고 있음을 감지할 수 있다. 한편, 운반장치(600)의 이동 속도가 증가하면 스캔 제어부(400)로 입력되는 라인 트리거 신호(L_p)의 생성 주기가 증가될 수 있다. 즉, 스캔 제어부(400)은 운반장치(600)의 이동 속도가 증가하면 라인 트리거 신호(L_p) 사이의 시간 간격이 감소되고 있음을 감지할 수 있다. 따라서, 스캔 제어부(400)은 운반장치(600)의 이동 속도에 기초하여 입력되는 라인 트리거 신호(L_p)의 생성 주기를 지속적으로 모니터링할 수 있다.
스캔 제어부(400)은 라인 트리거 신호(L_p)가 입력된 이후 기설정된 시간이 경과하면 내부에서 자동으로 노출 제어 신호(E_p)를 생성할 수 있다. 결국, 스캔 제어부(400)은 라인 트리거 신호(L_p)와 노출 제어 신호(E_p) 사이의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있다.
출력부(500)는 스캔 제어부(400)의 제어에 의해 화소부(110)로부터 제공되는 센싱 결과를 출력하고, 이를 이용하여 스캔 대상의 디펙트(defects) 등을 검출하는 검사 시스템을 구성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 화소부의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서는 하나의 화소(Pixel, 1)가 적어도 2개 이상의 스토리지로 구성될 수 있다. 또한 하나의 화소(Pixel)가 하나의 스토리지로 구성될 수도 있다. 도 2에서는 편의상 제 1 스토리지(storage, 2a) 및 제 2 스토리지(2b)의 2개로 표시한다. 하나의 화소에서 스토리지의 개수에 상응하는 개수의 서로 다른 이미지가 획득될 수 있도록 구성된다. 하나의 스토리지는 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 하나의 센싱 소자로 구성될 수 있다. 도 2에서는 하나의 화소(1)가 제 1 스토리지(2a) 및 제 2 스토리지(2b)로 구성된 것을 예시하고 있다.
화소부(110)는 M개의 이미지 소자로 구성되는 라인 센서들이 스캔 방향의 수평 방향으로 N개가 구비될 수 있다. 즉, M X N의 이미지 소자들로 구성될 수 있다.
대개의 경우 하나의 이미지 소자가 하나의 픽셀(1)을 구성하지만, 화소부(110)는 여러 개의 이미지 소자가 하나의 픽셀(1)을 구성하도록 구현될 수 있다.
하나의 픽셀(1)을 구성하는 스토리지는 스캔 방향 즉, M X N의 컬럼(column) 방향으로 배열될 수 있으며, 적어도 2개 이상의 스토리지가 하나의 픽셀을 구성하도록 구성될 수 있다.
화소부는 TDI(Time Delayed Integration) 이미지 센서로 구성될 수 있으며, 여기서, 하나의 화소는 컬럼 방향으로 형성되는 적어도 둘 이상의 스토리지로 구성될 수 있다. 즉, 하나의 화소는 컬럼 방향으로 배치되는 여러 개의 이미지 소자들로 구성될 수 있다.
화소부(110)는 TDI 방식에 따라 각 라인 센서의 컬럼(column) 방향으로 이동하며 이미지를 누적 센싱하여 영상 신호 전하를 축적(integration)하여 나가도록 구성될 수 있다. 화소부(110)는 스캔 제어부(400)의 구동 제어에 의해 스토리지 단위로 축적된 전하가 컬럼 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 화소부, 광차단부 및 마이크로 렌즈가 결합된 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 광 차단막(120)은 금속 마스크로 구성될 수 있다. 광 차단막(120)은 화소부(110)에서 각 라인(L1, L2, L3, L4)의 일부 (예컨대, 절반)에 해당하는 부분에 입사되는 빛을 허용하고, 나머지 일부 (예컨대, 절반) 부분에 빛을 차단하도록 구성될 수 있다.
마이크로 렌즈(130)는 광차단막(120)의 노출 영역 상단에 구비될 수 있다. 마이크로 렌즈(130)는 광 차단막(120)을 통해 노출된 라인 센서 부분에 입사되는 빛을 강화하기 위한 구성이다. 마이크로 렌즈(130)는 광 차단막(120)의 노출 영역마다 구비되어 입사광이 화소부(110)에 좀 더 많이 입사될 수 있도록 구성될 수 있다. 그리고, 도 3d에 도시된 바와 같이 각 CCD에 가해지는 V1, V2, V3 전압을 순차적으로 제어함으로써 CCD에 축적된 전하가 인접한 CCD로 이동되고 (또는 CCD의 일부에 축적된 전하가 CCD의 나머지 부분으로 이동되고), 이러한 동작의 반복을 통해 전하저장노드(FD)에 중첩되어 출력된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 스캔 제어부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
스캔 제어부(400)는 도 4에 도시된 바와 같이, 레지스터(410), 노출 제어 신호 생성부(420), 신호 발생기(430) 및 라인 전압 발생부(440)를 포함할 수 있다.
레지스터(410)는 사용자가 설정한 노출시간을 디지털 값의 신호들(R_outA, R_outB, R_outC)을 저장하고, 저장된 값을 노출 제어 신호 생성부(420)에 제공할 수 있다. 레지스터(410)를 이용하여 사용자가 설정한 노출 시간에 따라 라인 센서의 광 노출 시간을 결정할 수 있어, 본 발명의 실시예에 따른 스캔 제어부는 영상 또는 이미지의 평균 밝기 레벨을 제어할 수 있다.
노출 제어 신호 생성부(420)는 레지스터(410)의 출력 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 및 외부에서 입력되는 라인 트리거 신호(L_p)에 기초하여 노출 제어 신호(E_p)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 노출 제어 신호 생성부(420)는 라인 트리거 신호(L_p)가 입력된 이후 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호(E_p)를 생성하여 출력할 수 있다. 이때, 레지스터(410)의 출력 신호(R_outA, R_outB, R_outC)는 노출 제어 신호 생성부(420)의 기설정된 시간을 조절할 수 있다. 결국, 노출 제어 신호 생성부(420)는 레지스터(410)의 출력 신호(R_outA, R_outB, R_outC)에 따라 기설정된 시간을 조절하고, 라인 트리거 신호(L_p)가 입력된 이후 조절된 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호(E_p)를 생성하고 출력할 수 있다.
신호 발생기(430)는 라인 트리거 신호(L_p) 및 노출 제어 신호(E_p)에 기초하여 라인 타이밍 신호(L_t)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 발생기(430)는 라인 트리거 신호(L_p) 및 노출 제어 신호(E_p)가 입력될 때마다 라인 타이밍 신호(L_t)를 생성할 수 있다.
라인 전압 발생부(440)는 라인 타이밍 신호(L_t)에 기초하여 각 라인 센서에 입력되는 복수의 라인 전압(V1, V2, V3)을 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 5는 노출 제어 신호 생성부의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다.
노출 제어 신호 생성부(420)는 카운터(421) 및 비교기(422)를 포함할 수 있다.
카운터(421)는 라인 트리거 신호(L_p)가 입력되면 클럭(Clock)을 카운팅하고, 노출 제어 신호(E_p)가 입력되면 카운팅 값을 리셋시킬 수 있다. 카운터(421)는 라인 트리거 신호(L_p)가 입력된 이후 클럭(Clock)을 카운팅한 카운팅 값을 비교기(422)에 제공할 수 있다.
비교기(422)는 카운터(421)로부터 제공되는 카운팅 값과 레지스터(410)에서 제공되는 신호들(R_outA, R_outB, R_outC)의 값을 비교하여 노출 제어 신호(E_p)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 비교기(422)는 카운터(421)로부터 제공된 카운팅 값이 레지스터(410)에서 제공되는 신호들(R_outA, R_outB, RoutC)의 값과 동일하면 노출 제어 신호(E_p)를 출력할 수 있다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다. 도 6은 노출 제어 신호 생성부의 다른 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다.
노출 제어 신호 생성부(420)는 라인 트리거 신호(L_p)가 입력되면 기설정된 시간 이후 노출 제어 신호(E_p)를 생성하도록 구성된 것으로서, 도 6에서는 비동기식 지연 회로를 이용한 실시예를 개시한 것이다.
노출 제어 신호생성부(420)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 3 지연부(421, 422, 423) 및 제 1 내지 제 3 스위치(424, 425, 426)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 내지 제 3 지연부(421, 422, 423) 각각은 RC 지연 회로로 구성될 수 있다.
제 1 지연부(421)는 라인 트리거 신호(L_p)를 입력 받을 수 있다. 제 1 지연부(421)는 입력 받는 라인 트리거 신호(L_p)를 지연시켜 출력할 수 있다.
제 2 지연부(422)는 제 1 지연부(421)의 출력 신호를 입력 받을 수 있다. 제 2 지연부(422)는 입력받은 제 1 지연부(421)의 출력 신호를 지연시켜 출력할 수 있다.
제 3 지연부(423)는 제 2 지연부(422)의 출력 신호를 입력 받을 수 있다. 제 3 지연부(423)는 입력받은 제 2 지연부(422)의 출력 신호를 지연시켜 출력할 수 있다.
제 1 스위치(424)는 레지스터(410)의 출력 신호(R_outA)에 기초하여 제 3 지연부(423)의 출력 신호를 노출 제어 신호(E_p)로서 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(424)는 레지스터(410)의 출력 신호(R_outA)가 특정 레벨로 입력되면 턴온될 수 있다. 턴온된 제 1 스위치(424)는 제 3 지연부(423)의 출력 신호를 노출 제어 신호(E_p)로서 출력할 수 있다.
제 2 스위치(425)는 레지스터(410)의 출력 신호(R_outB)에 기초하여 제 2 지연부(422)의 출력 신호를 노출 제어 신호(E_p)로서 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 2 스위치(424)는 레지스터(410)의 출력 신호(R_outB)가 특정 레벨로 입력되면 턴온될 수 있다. 턴온된 제 2 스위치(425)는 제 2 지연부(422)의 출력 신호를 노출 제어 신호(E_p)로서 출력할 수 있다.
제 3 스위치(426)는 레지스터(410)의 출력 신호(R_outC)에 기초하여 제 1 지연부(421)의 출력 신호를 노출 제어 신호(E_p)로서 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 3 스위치(426)는 레지스터(410)의 출력 신호(R_outC)가 특정 레벨로 입력되면 턴온될 수 있다. 턴온된 제 3 스위치(426)는 제 1 지연부(421)의 출력 신호를 노출 제어 신호(E_p)로서 출력할 수 있다. 이때, 레지스터(410)의 출력 신호(R_outA, R_outB, R_outC)가 특정 레벨일 경우는 디지털 로직 레벨로 하이 레벨일 경우를 예로 한 것일 수 있다. 이하, 레지스터(410)의 출력 신호를 지연 제어 신호로 명칭할 수 있으며, 제 1 지연 제어 신호(R_out), 제 2 지연 제어 신호(R_outB), 제 3 지연 제어 신호(R_outC)로 개시될 수 있다.
도 6과 같이 구성된 노출 제어 신호생성부(420)는 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(D_ctrlA, D_ctrlB, D_ctrlC) 중 하나의 신호만이 특정 레벨 즉, 하이 레벨이 될 수 있으며, 하이 레벨인 지연 제어 신호를 입력 받는 스위치에 의해 노출 제어 신호(E_p)가 출력될 수 있다. 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 중 제 1 지연 제어 신호(R_outA)만 하이 레벨일 경우, 라인 트리거 신호(L_p)는 제 1 내지 제 3 지연부(421, 422, 423)에 의해 지연되어 노출 제어 신호(E_p)로서 출력될 수 있다.
제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 중 제 2 지연 제어 신호(R_outB)만 하이 레벨일 경우, 라인 트리거 신호(L_p)는 제 1 및 제 2 지연부(421, 422)에 의해 지연되어 노출 제어 신호(E_p)로서 출력될 수 있다.
제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 중 제 3 지연 제어 신호(R_outC)만 하이 레벨일 경우, 라인 트리거 신호(L_p)는 제 1 지연부(421)에 의해 지연되어 노출 제어 신호(E_p)로서 출력될 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 노출 제어 신호 생성부(420)는 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 중 제 1 지연 제어 신호(R_outA)가 하이 레벨일 경우 제일 긴 지연 시간으로 라인 트리거 신호(L_p)를 지연시켜 노출 제어 신호(E_p)로서 출력할 수 있다. 노출 제어 신호 생성부(420)는 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 중 제 3 지연 제어 신호(R_outC)가 하이 레벨일 경우 제일 짧은 지연 시간으로 라인 트리거 신호(L_p)를 지연시켜 노출 제어 신호(E_p)로서 출력할 수 있다. 노출 제어 신호 생성부(420)는 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 중 제 2 지연 제어 신호(R_outB)가 하이 레벨일 경우 중간 지연 시간으로 라인 트리거 신호(L_p)를 지연시켜 노출 제어 신호(E_p)로서 출력할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 5의 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다. 도 7은 도 4의 노출 제어 신호 생성부의 또 다른 실시예에 따른 구성을 개시한 도면이다.
노출 제어 신호 생성부(420)는 도 7에 도시된 바와 같이, 래치 회로부(421), 오실레이터(422), 카운터(423), 비교 회로(424) 및 펄스 출력 회로(425)를 포함할 수 있다.
래치 회로부(421)는 라인 트리거 신호(L_p) 및 노출 제어 신호(E_p)를 입력 받고, 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 래치 회로부(421)는 라인 트리거 신호(L_p)가 입력되면 노출 제어 신호(E_p)가 입력될 때까지 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 인에이블시킬 수 있다. 즉, 래치 회로부(421)는 라인 트리거 신호(L_p)가 입력되면 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 인에이블시키고, 노출 제어 신호(E_p)가 입력되면 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 디스에이블시킬 수 있다. 이때, 오실레이터 활성화 신호(O_en)가 인에이블되었을 경우 오실레이터 활성화 신호(O_en)는 디지털 로직 레벨로 하이 레벨일 수 있고, 오실레이터 활성화 신호(O_en)가 디스에이블되었을 경우 오실레이터 활성화 신호(O_en)는 디지털 로직 레벨로 로우 레벨일 수 있다. 래치 회로부(421)는 S-R 래치 회로로 구현될 수 있다.
오실레이터(422)는오실레이터 활성화 신호(O_en)를 입력 받고, 오실레이터 신호(OSC)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 오실레이터(432)는 오실레이터 활성화 신호(O_en)가 하이 레벨로 인에이블된 구간에서만 주기적으로 천이하는 오실레이터 신호(OSC)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 오실레이터 신호(OSC)는 하이 레벨과 로우 레벨을 주기적으로 천이하는 신호일 수 있다.
카운터(423)는 오실레이터 신호(OSC)를 입력 받고, 카운터 신호(CNT<0:2>)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 카운터(433)는 오실레이터 신호(OSC)가 하이 레벨로 천이할 때마다 카운터 신호(CNT<0:2>)의 카운팅 값을 증가시킬 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 카운터(423)는 오실레이터 신호(OSC)가 첫번째 하이 레벨로 천이하면 카운팅 값이 (1,0,0)인 카운터 신호(CNT<0:2>)를 출력할 수 있다. 카운터(423)는 오실레이터 신호(OSC)가 두번째 하이 레벨로 천이하면 카운팅 값이 (1,1,0)인 카운터 신호(CNT<0:2>)를 출력할 수 있다. 카운터(423)는 오실레이터 신호(OSC)가 세번째 하이 레벨로 천이하면 카운팅 값이 (1,1,1)인 카운팅 신호(CNT<0:2>)를 출력할 수 있다. 이때, 하이 레벨은 1로 표시하고, 로우 레벨은 0으로 표시한다.
비교 회로(424)는 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 및 카운팅 신호(CNT<0:2>)를 입력 받고, 비교 결과 신호(R_c)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 비교 회로(424)는 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC)와 카운팅 신호(CNT<0:2>)가 동일한 디지털 로직 레벨이면 하이 레벨인 비교 결과 신호(R_c)를 출력할 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 비교 회로(424)는 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC)의 각 레벨과 카운팅 신호(CNT<0:2>)의 각 레벨이 모두 동일하면 하이 레벨인 비교 결과 신호(R_c)를 출력할 수 있다. 만약, 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 가 모두 하이 레벨일 경우 카운팅 신호(CNT<0:2>)가 (1,1,1)이면 비교 회로(424)는 하이 레벨인 비교 결과 신호(R_c)를 출력할 수 있다.
펄스 출력 회로(425)는 비교 결과 신호(R_c)를 입력 받고, 노출 제어 신호(E_p)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 펄스 출력 회로(425)는 비교 결과 신호(R_c)가 하이 레벨이 되면 노출 제어 신호(E_p)를 출력할 수 있다.
도 8은 도 7의 노출 펄스 생성부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하여, 도 7에 도시된 노출 제어 신호 생성부(420)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 이때, 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC)는 모두 하이 레벨이라고 가정한다.
라인 트리거 신호(L_p)가 입력되면, 래치 회로부(421)는 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 하이 레벨로 인에이블시킨다.
오실레이터 활성화 신호(O_en)가 하이 레벨로 인에이블되면 오실레이터(422)는 하이 레벨과 로우 레벨을 주기적으로 천이하는 오실레이터 신호(OSC)를 생성한다.
카운터(423)는 오실레이터 신호(OSC)가 하이 레벨로 첫번째 천이하면 카운팅 값이 (1,0,0)인 카운터 신호(CNT<0:2>)를 출력한다.
카운터(423)는 오실레이터 신호(OSC)가 하이 레벨로 두번째 천이하면 카운팅 값이 (1,1,0)인 카운터 신호(CNT<0:2>)를 출력한다.
카운터(423)는 오실레이터 신호(OCS)가 하이 레벨로 세번째 천이하면 카운팅 값이 (1,1,1)인 카운터 신호(CNT<0:2>)를 출력한다.
이때, 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC)는 모두 하이 레벨이므로, 카운터 신호(CNT<0:2>)의 카운팅 값이 (1,1,1)일 때, 비교 회로(424)는 하이 레벨인 비교 결과 신호(R_c)를 출력한다.
펄스 출력 회로(425)는 하이 레벨인 비교 결과 신호(R_c)를 입력 받아, 노출 제어 신호(E_p)를 출력한다.
노출 제어 신호(E_p)가 출력되면 래치 회로부(421)는 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 로우 레벨로 디스에이블시키고, 카운터(433)는 카운터 신호(CNT<0:2>)를 초기화시킨다. 이때, 초기화된 카운터 신호(CNT<0:2>)의 카운팅 값은 (0,0,0)일 수 있다.
도 5 내지 도 7에 도시된 노출 제어 신호 생성부(420)은 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC)의 각 레벨에 의해 지연 시간을 결정하고, 결정된 지연 시간으로 라인 트리거 신호(L_p)를 지연시켜 노출 제어 신호(E_p)를 생성하는 구성을 개시하고 있다. 즉, 노출 제어 신호 생성부(420)는 노출 제어 신호(E_p)가 라인 트리거 신호(L_p)와 일정한 간격으로 생성되도록 구성될 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 라인 트리거 신호 및 노출 제어 신호에 의해 라인 센서들의 전하 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 라인 트리거 신호(L_p)가 생성되면 금속 차광막에 의해 광이 차단된 라인 센서 일부(예컨대, 하부 절반)로부터 개구면으로 광이 입사되는 노출된 라인 센서 일부(예컨대, 상부 절반)에 전하가 이동될 수 있다. 노출 제어 신호(E_p)가 생성되면 개구면으로 광이 입사되는 노출된 라인 센서 부분으로부터 금속 차광막에 의해 광이 차단된 라인 센서 부분으로 전하가 이동될 수 있다.
따라서, 광이 입사되는 라인 센서 부분이 광에 노출되는 시간은 라인 트리거 신호(L_p)와 노출 제어 신호(E_p)의 간격과 동일할 수 있다. 또한 도 5 내지 도 7에 개시된 바와 같이, 노출 제어 신호(E_p)는 라인 트리거 신호(L_p)가 생성된 이후 기설정된 시간 이후 생성되도록 구성되므로, 본 발명의 라인 트리거 신호(L_p)와 노출 제어 신호(E_p)의 간격은 라인 트리거 신호(L_p)의 생성 주기 또는 스캔 대상의 이동 속도와는 무관하게 일정할 수 있다. 즉, 스캔 대상의 이동 속도가 빨라지거나 느려져서 라인 트리거 신호(L_p)의 간격이 감소하거나 증가하는 것에 무관하게, 이미지 센서의 노출 시간은 일정하게 유지될 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서는 광에 노출되는 라인 센서가 스캔 대상의 이송 속도와는 무관하게 일정한 시간동안 광에 노출되므로, 스캔 대상의 균일한 이미지를 얻을 수 있다.
또한, 라인 트리거 신호(L_p)가 입력된 이후 노출 제어 신호(E_p)가 생성되는 시간을 길게 또는 짧게 조정함으로써 스캔 대상 이미지의 평균 밝기 레벨을 제어하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 라인 트리거 신호(L_p)의 입력으로부터 노출 제어 신호(E_p)가 생성되는 시간을 상대적으로 길게 설정하면 노출 시간이 길어져 스캔 대상 이미지의 평균 밝기가 증가하는 반면, 라인 트리거 신호(L_p)의 입력으로부터 노출 제어 신호(E_p)가 생성되는 시간을 상대적으로 짧게 설정하면 노출 시간이 짧아져 스캔 대상 이미지의 평균 밝기가 감소하게 된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1의 화소부 및 광 차단부가 결합된 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 10에 도시된 바와 같이, 광 차단막(120)은 금속 마스크로 구성될 수 있다. 광 차단막(120)은 화소부(110)에서 각 화소를 구성하는 적어도 둘 이상의 라인 센서 중에 어느 하나의 라인 센서(A1, A2, A3, A4)로 입사되는 빛을 허용하고, 나머지 라인 센서(B1, B2, B3, B4)로 입사되는 빛을 차단하도록 구성될 수 있다. 즉, 광 차단막(120)은 화소부(110)를 구성하는 N개의 라인 센서 중 홀수번째 라인 센서(1, 3, 5, …)로 입사되는 빛을 차단하도록 구성되고, 짝수번째 라인 센서(2, 4,…)로 입사되는 빛을 허용하도록 구성될 수 있다. 본 발명에서는 설명의 편의상 이와 같이 기재하고 있으나, N개의 라인 센서 중 짝수번째 라인 센서로 입사되는 빛을 차단하고, 홀수번째 라인 센서로 입사되는 빛을 노출하는 구성이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다. 도 10은 도 3a 및 도 3b와는 달리, 하나의 라인 센서가 광으로부터 차단되고, 차단된 라인 센서 다음 라인 센서는 광에 노출되도록 구성된 것일 수 있다. 따라서 도 10에 개시된 구성은 광에 노출되는 부분이 도 3a 및 도 3b에 개시된 광에 노출되는 부분보다 크기 때문에 마이크로 렌즈를 배치하지 않아도 무방하다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캔 제어부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다. 도 11은 도 10에 적용될 수 있는 스캔 제어부의 개략적인 구성을 도시한 것일 수 있다. 도 10에 적용되는 스캔 제어부(400)는 도 4에 도시된 스캔 제어부에 라인 제어 신호 생성부(450)를 추가한 것일 수 있다.
도 11을 참조하면, 스캔 제어부(400)는 레지스터(410), 노출 제어 신호 생성부(420), 신호 발생기(430), 라인 전압 발생부(440) 및 라인 제어 신호 생성부(450)를 포함할 수 있다.
라인 제어 신호 생성부(450)는 라인 트리거 신호(L_p)가 두 번 입력될 때마다 라인 제어 신호(L_c)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 라인 제어 신호 생성부(450)는 라인 트리거 신호(L_p)가 첫번째로 입력되면 라인 제어 신호(L_c)를 생성하고, 그 다음 라인 트리거 신호(L_p)가 입력되면 라인 제어 신호(L_c)를 생성하지 않을 수 있다.
라인 제어 신호 생성부(450)는 플립플롭(Flip-Flop), 앤드 게이트(AND) 및 인버터(Inverter)를 포함할 수 있다.
플립플롭(Flip-Flop)은 클럭 입력단에 라인 트리거 신호(L_p)를 입력받을 수 있고, 신호 입력단(D)에 인버터(Inverter)의 출력 신호를 입력받으며, 신호 출력단(Q)에서 분주 신호(D_s)를 출력할 수 있다. 이때, 인버터(Inverter)는 분주 신호(D_s)를 입력받을 수 있다.
앤드 게이트(AND)는 분주 신호(D_s) 및 라인 트리거 신호(L_p)를 입력받아 앤드 연산을 하고, 앤드 연산 결과를 라인 제어 신호(L_c)로서 출력할 수 있다.
레지스터(410)는 사용자가 설정한 노출시간을 디지털 값의 신호들(R_outA, R_outB, R_outC)을 저장하고, 저장된 값을 노출 제어 신호 생성부(420)에 제공할 수 있다.
노출 제어 신호 생성부(420)는 레지스터(410)의 출력 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 및 라인 제어 신호(L_c)에 기초하여 노출 제어 신호(E_p)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 노출 제어 신호 생성부(420)는 라인 제어 신호(L_c)가 입력된 이후 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호(E_p)를 생성하여 출력할 수 있다. 이때, 레지스터(410)의 출력 신호(R_outA, R_outB, R_outC)는 노출 제어 신호 생성부(420)의 기설정된 시간을 조절할 수 있다. 결국, 노출 제어 신호 생성부(420)는 레지스터(410)의 출력 신호(R_outA, R_outB, R_outC)에 따라 기설정된 시간을 조절하고, 라인 제어 신호(L_c)가 입력된 이후 조절된 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호(E_p)를 생성하고 출력할 수 있다. 도 11의 노출 제어 신호 생성부(420)는 도 5 내지 도 7에 개시된 노출 제어 신호 생성부와 입력되는 신호(라인 트리거 신호에서 라인 제어 신호로 입력되는 것만 바뀜)만 다를 뿐, 내부 구성은 동일할 수 있다.
신호 발생기(430)는 라인 제어 신호(L_c) 및 노출 제어 신호(E_p)에 기초하여 라인 타이밍 신호(L_t)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 발생기(430)는 라인 제어 신호(L_c) 및 노출 제어 신호(E_p)가 입력될 때마다 라인 타이밍 신호(L_t)를 생성할 수 있다.
라인 전압 발생부(440)는 라인 타이밍 신호(L_t)에 기초하여 각 라인 센서에 입력되는 복수의 라인 전압(V1, V2, V3)을 생성할 수 있다.
도 12는 도 11의 스캔 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 첫 번째 라인 트리거 신호(L_p)가 입력되면 플립플롭(Flip-Flop)은 로우 레벨의 분주 신호(D_s)를 하이 레벨로 천이시킬 수 있다. 플립플롭(Flip-Flop)은 두 번째 라인 트리거 신호(L_p)가 입력되면 하이 레벨의 분주 신호(D_s)를 로우 레벨로 천이시킬 수 있다. 이와 같이, 플립플롭(Flip-Flop)은 라인 트리거 신호(L_p)가 입력될 때마다 분주 신호(D_s)를 다른 레벨로 천이시킬 수 있다. 라인 제어 신호(L_c)는 분주 신호(D_s)와 라인 트리거 신호(L_p)를 앤드 연산한 결과이므로, 분주 신호(D_s)와 라인 트리거 신호(L_p)가 모두 하이 레벨인 구간에서만 하이 레벨의 값을 갖는다. 그러므로, 라인 제어 신호(L_c)는 라인 트리거 신호(L_p)가 두 번 입력될 때만 하이 레벨을 소정시간 유지하는 펄스로 생성되어 출력될 수 있다. 더불어, 노출 제어 신호(E_p)는 라인 제어 신호(L_c)에 기초하여 생성되므로, 라인 제어 신호(L_c)가 생성된 이후 레지스터(410)에 의한 기설정한 시간이 경과하면 노출 제어 신호(E_p)가 생성될 수 있다. 따라서, 라인 제어 신호(L_c)와 노출 제어 신호(E_p)의 간격은 일정할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 라인 제어 신호(L_c)가 생성되면 금속 차광막에 의해 광이 차단된 라인 센서(예컨대, 짝수 번째 라인 센서)로부터 개구면에 광이 입사되는 노출 라인 센서(예컨대, 홀수 번째 라인 센서)에 전하가 이동될 수 있다. 노출 제어 신호(E_p)가 생성되면 개구면으로 광이 입사되는 노출 라인 센서로부터 금속 차광막에 의해 광이 차단된 라인 센서로 전하가 이동될 수 있다. 노출 제어 신호(E_p)에 의해 차단 라인 센서로 전하가 이미 이동하였기 때문에, 그 다음 인가되는 라인 트리거 신호(L_p)는 도 11에 도시된 라인 제어 신호 생성부(450)에 의해 1회 스킵된다.
이와 같이, 광이 입사되는 라인 센서가 광에 노출되는 시간은 라인 제어 신호(L_c)와 노출 제어 신호(E_p)의 간격과 동일할 수 있다. 노출 제어 신호(E_p)는 라인 제어 신호(L_c)가 생성된 이후 기설정된 시간 이후 생성되도록 구성되므로, 본 발명의 라인 제어 신호(L_c)와 노출 제어 신호(E_p)의 간격은 라인 트리거 신호(L_p)의 생성 주기 또는 스캔 대상의 이동 속도와는 무관하게 일정할 수 있다. 즉, 스캔 대상의 이동 속도가 빨라지거나 느려져서 라인 트리거 신호(L_p)의 간격이 감소하거나 증가하는 것에 무관하게, 이미지 센서의 노출 시간은 일정하게 유지될 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 제어 시스템은 광에 노출되는 라인 센서가 스캔 대상의 이송 속도와는 무관하게 일정한 시간동안 광에 노출되므로, 스캔 대상의 균일한 이미지를 얻을 수 있다.
또한, 라인 트리거 신호(L_p)가 입력된 이후 노출 제어 신호(E_p)가 생성되는 시간을 길게 또는 짧게 조정함으로써 스캔 대상 이미지의 평균 밝기 레벨을 제어하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 라인 트리거 신호(L_p)의 입력으로부터 노출 제어 신호(E_p)가 생성되는 시간을 상대적으로 길게 설정하면 노출 시간이 길어져 스캔 대상 이미지의 평균 밝기가 증가하는 반면, 라인 트리거 신호(L_p)의 입력으로부터 노출 제어 신호(E_p)가 생성되는 시간을 상대적으로 짧게 설정하면 노출 시간이 짧아져 스캔 대상 이미지의 평균 밝기가 감소하게 된다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 제어 시스템은 광에 노출된 라인 센서 또는 라인 센서의 일부(예컨대, 절반, 1/3, 또는 1/4)는 입사되는 광량에 대응하는 전하량을 축적할 수 있고, 광에 차단된 라인 센서 또는 라인 센서의 나머지 부분은 금속 차광막에 의해 광이 입사되는 것이 차단된다. 차단된 라인 센서는 노출 라인 센서로부터 전달받은 전하를 저장하고, 다음 라인 트리거 신호가 발생되면 다음 노출 라인 센서로 저장된 전하를 전달한다. 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 제어 시스템은 라인 트리거 신호가 생성된 이후 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호가 생성되도록 구성된다.
광에 노출된 노출 라인 센서는 전달받은 전하량에 입사된 광량에 대응하는 전하량을 축적시킨다. 반면에, 광이 차단된 차단 라인 센서는 전달받은 전하량을 저장하고 다음 라인 센서에 전달한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 제어 시스템은 광에 노출된 라인 센서와 차단된 라인 센서가 교대로 노출 및 저장의 동작을 수행하도록 구성되며, 광에 노출된 라인 센서가 컨베이어 벨트와 같은 운반장치의 이동 속도와는 무관하게 광에 일정한 시간만큼 노출되기 때문에, 고감도의 균일한 이미지를 얻을 수 있다.
도 14를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서를 포함하는 이미지 센서 제어 방법에 관해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 제어 방법은 복수의 라인 센서에 광 차단부가 배치된 TDI 이미지 센서에 대하여 스캔 제어부의 레지스터에 노출 시간을 설정하는 설정 단계 및 광 차단부에 의해 광의 입사가 차단되지 않은 라인 센서들로 상기 노출 시간동안만 광이 입사되도록 제어하는 제어 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이 복수의 라인 센서를 짝수번째 라인 센서 및 홀수번째 라인센서로 구분하고, 짝수번째 (또는 홀수번째) 라인 센서에만 광 차단부를 배치하는 배치 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한 배치 단계는 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 각 라인 센서의 일부의 전면에 광 차단부를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 배치 단계는 각 라인 센서의 광에 노출된 부분에 마이크로 렌즈를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한 설정 단계 및 제어 단계는 도 4에 도시된 스캔 제어부에서 수행되는 단계일 수 있다.
라인 센서의 일부(예컨대, 절반)만 광을 차단하는 단계에 따른 제어 단계를 더욱 상세히 설명하면, 제어 단계는 스캔 대상의 이동 속도에 대응하여 입력되는 라인 트리거 신호가 입력되고 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호를 생성하는 생성 단계, 및 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 상기 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 이동 단계를 포함할 수 있다.
짝수번째 (또는 홀수번째) 라인 센서에 광을 차단한 단계에 따른 제어 단계는 스캔 대상의 이동 속도에 대응하여 입력되는 라인 트리거 신호에 기초하여 라인 제어 신호를 생성하는 제 1 생성 단계, 라인 제어 신호가 생성되고 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호를 생성하는 제 2 생성 단계, 및 라인 제어 신호 및 노출 제어 신호에 기초하여 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 이동 단계를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
110: 화소부 120: 광차단부
130: 마이크로 렌즈 200: 속도 감지부
300: 조명등 400: 스캔 제어부
500: 출력부 410: 레지스터
420: 노출 제어 신호 생성부 430: 신호 발생기
440: 라인 전압 발생부
130: 마이크로 렌즈 200: 속도 감지부
300: 조명등 400: 스캔 제어부
500: 출력부 410: 레지스터
420: 노출 제어 신호 생성부 430: 신호 발생기
440: 라인 전압 발생부
Claims (31)
- 복수개의 CCD가 일렬로 배열된 라인센서를 포함하고, 상기 라인센서 복수개가 스캔방향에 평행한 방향으로 배열되어 상기 라인센서 각각에 축적된 전하를 스캔방향에 평행한 방향으로 이동시켜 축적하는 화소부;
상기 복수의 라인 센서 중 일부의 라인 센서에 광의 입사를 차단하는 광 차단부; 및
라인 제어 신호 및 노출 제어 신호를 생성하고, 생성된 라인 제어 신호 및 노출 제어신호에 기초하여 상기 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함하고,
상기 복수의 라인 센서는 상기 광차단부에 의해 가려진 차단 라인 센서와 상기 광차단부 의해 가려지지 않은 노출 라인 센서를 포함하고, 상기 차단 라인 센서 및 상기 노출 라인 센서가 교차 배열되며,
상기 스캔 제어부는,
스캔 대상의 이동 속도와 연동되어 생성되고 스캔 제어부의 외부로부터 입력되는 라인 트리거 신호에 기초하여, 상기 라인 제어 신호를 생성함으로써 상기 노출 라인 센서가 전하를 전달받도록 제어하고,
상기 라인 제어 신호가 생성되고 기설정된 시간이 경과하면 상기 노출 제어 신호를 생성함으로써 상기 차단 라인 센서가 상기 노출 라인 센서로부터 전하를 전달받도록 제어하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 라인 제어 신호 및 노출 제어 신호는 스캔 제어부의 외부로부터 입력되는 라인 트리거 신호에 기초하여 스캔 제어부의 내부에서 자동으로 생성되는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 스캔 제어부는
상기 노출 제어 생성 이후 1회 입력되는 라인 트리거 신호에 대하여 상기 라인 제어 신호를 생성하지 않음으로써 상기 노출 라인 센서로의 전하 전달을 1회 스킵하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 스캔 제어부는
사용자가 입력한 지연 제어 신호에 기초하여 상기 기설정된 시간을 결정하여 사용자가 노출 시간을 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 5 항에 있어서,
상기 스캔 제어부는
상기 기설정된 시간을 상기 복수의 지연 제어 신호로서 저장하는 레지스터,
상기 라인 트리거 신호를 기초하여 라인 제어 신호를 생성하는 라인 제어 신호 생성부,
상기 라인 제어 신호가 입력되고 상기 기설정된 시간 정보에 대응하는 시간이 경과하면 상기 노출 제어 신호를 생성하는 노출 제어 신호 생성부,
상기 라인 제어 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 라인 타이밍 신호를 생성하는 신호 발생기, 및
상기 라인 타이밍 신호에 기초하여 각 라인 센서에 제공되는 라인 전압들을 생성하는 라인 전압 발생부를 포함하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,
상기 라인 제어 신호 생성부는
상기 라인 트리거 신호가 두 번 입력될 때마다 상기 라인 제어 신호를 생성하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 1 항의 TDI 이미지 센서,
스캔 대상의 이동 속도를 감지하기 위해 상기 스캔 대상을 운반하는 운반장치의 이동 속도를 감지하는 속도 감지부, 및
화소부에 입사되는 광을 방출하는 조명등을 포함하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서를 이용한 검사 시스템.
- 복수개의 CCD가 일렬로 배열된 라인센서를 포함하고, 상기 라인센서 복수개가 스캔방향에 평행한 방향으로 배열되어 상기 라인센서 각각에 축적된 전하를 스캔방향에 평행한 방향으로 이동시켜 축적하며, 금속 차광막에 의해 광에 대한 노출이 차단된 홀수번째 라인 센서 및 광에 노출된 짝수번째 라인 센서가 교대로 배치된 화소부; 및
상기 짝수번째 라인 센서의 광에 대한 노출 시간이 일정하도록 상기 홀수번째 라인 센서 및 상기 짝수번째 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함하고,
상기 스캔 제어부는,
스캔 대상의 이동 속도와 연동되어 생성되고 스캔 제어부의 외부로부터 입력되는 라인 트리거 신호에 기초하여, 상기 라인 제어 신호를 생성함으로써 상기 짝수번째 라인 센서가 전하를 전달받도록 제어하고,
상기 라인 제어 신호가 생성되고 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호를 생성함으로써 상기 홀수번째 라인 센서가 상기 짝수번째 라인 센서로부터 전하를 전달받도록 제어하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 삭제
- 제 9 항에 있어서,
상기 스캔 제어부는
라인 트리거 신호가 두 번 입력될 때마다 라인 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 11 항에 있어서,
상기 스캔 제어부는
상기 노출 제어 신호 생성 이후 1회 입력되는 라인 트리거 신호에 대하여 상기 라인 제어 신호를 생성하지 않음으로써 인접한 그 다음 짝수번째 라인 센서로의 전하 전달을 1회 스킵하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 9 항에 있어서,
상기 스캔 제어부는
사용자가 입력한 지연 제어 신호에 기초하여 상기 기설정된 시간을 결정하여 사용자가 노출 시간을 결정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 복수개의 CCD가 일렬로 배열된 라인센서를 포함하고, 상기 라인센서 복수개가 스캔방향에 평행한 방향으로 배열되어 상기 라인센서 각각에 축적된 전하를 스캔방향에 평행한 방향으로 이동시켜 축적하며, 광 노출된 홀수번째 라인 센서 및 광 차단된 짝수번째 라인 센서가 교대로 배치된 화소부; 및
상기 홀수번째 라인 센서의 광에 대한 노출 시간이 일정하도록 상기 짝수번째 라인 센서 및 상기 홀수번째 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함하고,
상기 스캔 제어부는,
스캔 대상의 이동 속도와 연동되어 생성되고 스캔 제어부의 외부로부터 입력되는 라인 트리거 신호에 기초하여, 상기 라인 제어 신호를 생성함으로써 상기 홀수번째 라인 센서가 전하를 전달받도록 제어하고,
상기 라인 제어 신호가 생성되고 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호를 생성함으로써 상기 짝수번째 라인 센서가 상기 짝수번째 라인 센서로부터 전하를 전달받도록 제어하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 복수개의 CCD가 일렬로 배열된 라인센서를 포함하고, 상기 라인센서 복수개가 스캔방향에 평행한 방향으로 배열되어 상기 라인센서 각각에 축적된 전하를 스캔방향에 평행한 방향으로 이동시켜 축적하는 화소부;
각 라인 센서의 일부에 광의 입사를 차단하는 광 차단부;
상기 광 차단부에 의해 차단된 각 라인 센서의 차단부를 제외한 노출부의 전면에 배치된 마이크로 렌즈; 및
라인 트리거 신호에 기초하여 노출 제어 신호를 생성하고, 상기 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 상기 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함하고,
상기 스캔 제어부는,
스캔 대상의 이동 속도와 연동되어 생성되고 스캔 제어부의 외부로부터 입력되는 라인 트리거 신호에 따라 상기 노출부가 전하를 전달받도록 제어하고,
상기 라인 트리거 신호가 생성되고 기설정된 시간이 경과하면 상기 노출 제어 신호를 생성하여 상기 차단부가 상기 노출부로부터 전하를 전달받도록 제어하
는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 15 항에 있어서,
상기 광 차단부는
상기 각 라인 센서의 절반에 대하여 광의 입사를 차단하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 삭제
- 제 15 항에 있어서,
상기 스캔 제어부는
다음 번 외부로부터 입력되는 라인 트리거 신호에 따라 인접 라인 센서의 노출부가 상기 차단부로부터 전하를 전달받도록 제어하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 15 항에 있어서,
상기 스캔 제어부는
사용자가 입력한 지연 제어 신호에 기초하여 상기 기설정된 시간을 결정하여 사용자가 노출 시간을 결정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 19 항에 있어서,
상기 스캔 제어부는
상기 기설정된 시간을 상기 복수의 지연 제어 신호로서 저장하는 레지스터,
상기 라인 트리거 신호가 입력되고 상기 기설정된 시간 정보에 대응하는 시간이 경과하면 상기 노출 제어 신호를 생성하는 노출 제어 신호 생성부,
상기 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 라인 타이밍 신호를 생성하는 신호 발생기, 및
상기 라인 타이밍 신호에 기초하여 각 라인 센서에 제공되는 라인 전압들을 생성하는 라인 전압 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 20 항에 있어서,
상기 노출 제어 신호 생성부는
상기 지연 제어 신호에 의해 결정된 기설정된 시간으로 상기 라인 트리거 신호를 지연시켜 상기 노출 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 21 항에 있어서,
상기 노출 제어 신호 생성부는
직렬로 연결된 복수의 지연부,
상기 복수의 지연부의 각 출력 신호를 입력 받고, 상기 복수의 지연 제어 신호에 기초하여 입력받은 지연부의 출력 신호를 선택적으로 출력하는 복수의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 제 20 항에 있어서,
상기 노출 제어 신호 생성부는
상기 라인 트리거 신호가 입력되고 상기 노출 제어 신호가 입력될 때까지 오실레이터 활성화 신호를 인에이블시키는 래치 회로부,
상기 오실레이터 활성화 신호의 인에이블 구간동안 오실레이터 신호를 생성하는 오실레이터,
상기 오실레이터 신호가 특정 레벨로 천이할 때마다 카운터 신호의 카운팅 값을 증가시키는 카운터,
상기 지연 제어 신호와 상기 카운터 신호의 카운팅 값을 비교하여 비교 결과 신호를 생성하는 비교 회로, 및
상기 비교 결과 신호에 기초하여 상기 노출 제어 신호를 생성하는 펄스 출력 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 복수개의 CCD가 일렬로 배열된 라인센서를 포함하고, 상기 라인센서 복수개가 스캔방향에 평행한 방향으로 배열되어 상기 라인센서 각각에 축적된 전하를 스캔방향에 평행한 방향으로 이동시켜 축적하며, 각 라인 센서의 절반이 광 차단부에 의해 광의 입사가 차단되고, 각 라인 센서의 나머지 절반은 광에 노출된 화소부; 및
상기 노출된 부분의 라인 센서의 광에 대한 노출 시간이 일정하도록 상기 광의 입사가 차단된 라인 센서 차단부와 상기 광에 노출된 라인 센서 노출부의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함하고,
상기 스캔 제어부는,
스캔 대상의 이동 속도와 연동되어 생성되고 스캔 제어부의 외부로부터 입력되는 라인 트리거 신호에 따라 상기 노출부가 전하를 전달받도록 제어하고,
상기 라인 트리거 신호가 생성되고 기설정된 시간이 경과하면 상기 노출 제어 신호를 생성하여 상기 차단부가 상기 노출부로부터 전하를 전달받도록 제어하
는 것을 특징으로 하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서.
- 복수개의 CCD가 일렬로 배열된 라인센서를 포함하고, 상기 라인센서 복수개가 스캔방향에 평행한 방향으로 배열되어 상기 라인센서 각각에 축적된 전하를 스캔방향에 평행한 방향으로 이동시켜 축적하는 TDI 이미지 센서의 제어 방법에 있어서,
상기 복수의 라인 센서를 짝수번째 라인 센서 및 홀수번째 라인센서로 구분하고, 상기 짝수번째 라인 센서에만 상기 광 차단부를 배치하는 배치 단계;
복수의 라인 센서에 광 차단부가 배치된 TDI 이미지 센서에 대하여 스캔 제어부의 레지스터에 노출 시간을 설정하는 설정 단계; 및
상기 광 차단부에 의해 광의 입사가 차단되지 않은 라인 센서들로 상기 노출 시간동안만 광이 입사되도록 제어하는 제어 단계를 포함하고,
상기 제어 단계는
스캔 대상의 이동 속도에 대응하여 입력되는 라인 트리거 신호에 기초하여 라인 제어 신호를 생성함으로써 상기 홀수번째 라인 센서가 전하를 전달받도록 제어하는 단계, 및
상기 라인 제어 신호가 생성되고 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호를 생성함으로써 상기 짝수번째 라인 센서가 상기 짝수번째 라인 센서로부터 전하를 전달받도록 제어하는 단계를 포함하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서의 제어 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 25 항에 있어서,
상기 배치 단계는
각 라인 센서의 광에 노출된 부분에 마이크로 렌즈를 배치하는 단계를 더 포함하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서의 제어 방법.
- 제 25 항에 있어서,
상기 설정 단계 및 상기 제어 단계는
상기 스캔 제어부에서 수행되는 단계인 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서의 제어 방법.
- 제 25 항에 있어서,
상기 제어 단계는
상기 노출 제어 신호 이후 1회 입력되는 라인 트리거 신호에 대하여 상기 라인 제어 신호를 생성하지 않음으로써 인접한 그 다음 홀수번째 라인 센서로의 전하 전달을 1회 스킵하는 단계를 포함하는 노출 제어가 가능한 TDI 이미지 센서의 제어 방법.
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