KR102331574B1 - 노출 시간 조절이 가능한 tdi 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템 - Google Patents

노출 시간 조절이 가능한 tdi 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 노출제어가 가능한 TDI 센서는 복수의 라인 센서를 포함하는 화소부, 상기 복수의 라인 센서 중 일부의 라인 센서에 광의 입사를 차단하는 광 차단부, 및 외부 라인 트리거 신호에 기초하여 노출 제어 신호를 생성하고, 상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 내부 라인 트리거 신호를 생성하며, 상기 내부 라인 트리거 신호에 기초하여 상기 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함할 수 있다.

Description

노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템 {TDI IMAGE SENSOR CAPABLE OF ADJUSTING EXPOSURE TIME AND INSPECTION SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 TDI 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노출 시간 조절이 가능한 TDI (Time Delayed Integration) 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 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.
도 12를 참조하면, TDI 라인 센서는 대상으로부터의 광을 각 라인 (line)마다 광전 변환하여 CCD 센서에 축적하고, 축적된 전하를 스캔 방향으로 이동하도록 구성된다. 도 12의 적분 단계에서, TDI 라인 센서에 축적된 전하는 한 라인씩 대상의 이동 속도에 맞추어 시프트 다운 (shift down)되며 축적을 반복하여 말단의 리드아웃 레지스터 (readout register)에 의해 센싱 전하를 증폭 및 신호 처리하여 출력하게 된다. 시간 지연 적분 단계에 의한 센싱 전하의 축적이 진행되면서 이미지의 화질이 더욱 높아지게 된다. 이러한 TDI 라인 센서는 여러 번의 센싱과 센싱 전하의 축적이라는 프로세스에 의해 어두운 조명에도 선명한 이미지를 획득할 수 있는 장점이 있다.
TDI 라인 스캔 방식의 이미지 센서로부터 얻은 이미지를 밝은 곳은 더 밝게, 어두운 곳은 더 어둡게 만들어 사람이 실제 눈으로 보는 것에 가깝게 밝기의 범위를 확장시킬 필요성이 제기되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 더욱 선명한 이미지를 얻을 수 있는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 하나의 동일한 촬영 대상에 대해 단노출 (또는 저휘도) 및 장노출 (또는 고휘도) 이미지를 획득하고 이를 결합하여, 하나의 이미지에서 밝고 어두운 부분의 세부 사항이 모두 선명하게 표현될 수 있도록 이미지의 밝기 범위 (dynamic range)를 확장시키기 위하여, 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 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 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서는 복수의 라인 센서를 포함하는 화소부, 상기 복수의 라인 센서 중 일부에 광의 입사를 차단하는 광 차단부, 및 외부 라인 트리거 신호에 기초하여 노출 제어 신호를 생성하고, 상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 내부 라인 트리거 신호를 생성하며, 상기 내부 라인 트리거 신호에 기초하여 상기 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템은 복수개의 라인 센서를 포함하며, 각 라인 센서의 일부가 광 차단부에 의해 광의 입사가 차단되고, 각 라인 센서의 나머지는 광에 노출된 화소부, 서로 다른 노출시간으로 상기 노출된 부분의 라인 센서의 광에 대한 노출을 제어하여 제 1 노출시간에 대한 센싱 결과와 제 2 노출시간에 대한 센싱 결과를 생성하는 스캔 제어부, 및 상기 제 1 노출시간에 대한 센싱 결과와 제 2 노출시간에 대한 센싱 결과에 기초하여 HDR (High Dynamic Range) 이미지를 생성하는 출력부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템은 더욱 선명한 TDI 이미지를 얻을 수 있어, TDI 이미지 센서에 대한 활용분야를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 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 6은 도 5의 노출 제어 신호 생성부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스캔 제어부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 8는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 9은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 노출 제어 신호 생성부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 TDI 이미지 센서의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일반적인 TDI 이미지 센서의 스캔 원리를 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.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템은 TDI 이미지 센서로부터 얻은 이미지가 밝은 곳은 더 밝게, 어두운 곳은 더 어둡게 표현되도록, TDI 이미지의 밝기 범위 (dynamic range)를 확장시켜 더욱 선명한 이미지를 획득하기 위한 기술이다.
더욱 선명한 이미지를 획득하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템은 하나의 동일한 촬영 대상에 대해 동일한 조명 조건으로 1회의 스캔을 통해 장노출 및 단노출 이미지를 동시에 획득하고, HDR (High Dynamic Range) 기술을 이용하여 상기의 두 이미지 결합함으로써, 결합된 하나의 이미지에서 밝고 어두운 부분의 세부가 모두 선명하게 표현될 수 있도록 할 수 있다.
이때, HDR 기술은 일반적으로 이미지의 밝기 범위 (dynamic range)를 확장시키기 위하여, 동일한 촬영 대상에 대한 단노출 및 장노출 이미지를 획득하고 이를 결합하여, 하나의 이미지에서 밝고 어두운 부분이 모두 선명하게 표현될 수 있도록 할 수 있는 기술이다.
본 출원에서는 고화질의 이미지를 생성하기 위한 신호처리 기술의 예로서 HDR을 언급하고 있으나, 이는 단순히 이해를 쉽게 하기 위한 일 실시예에 불과하고, 동일 대상으로부터 얻어진 장노출 및 단노출의 영상 데이터를 이용하여 고화질의 이미지를 생성하기 위한 신호처리 기술이라면 어떠한 것도 이용될 수 있음이 이해되어야 한다.
이하 설명은 본 발명의 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템에서 단노출 이미지와 장노출 이미지를 획득하는 구성과 방법에 대한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 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), 마이크로 렌즈(130), 속도 감지부(200), 스캔 제어부(400) 및 출력부(500)를 포함할 수 있다. 또한 화소부(110)는 광 차단부(120) 및 마이크로 렌즈(130)를 포함할 수 있고, 스캔 제어부(400)는 속도 감지부(200)를 포함할 수도 있다.
화소부(110)는 이미지를 센싱하는 구성으로서, CCD (Charge Coupled Device)와 같은 이미징 소자로 구성될 수 있다. 화소부(110)는 복수의 이미징 소자로 구성되는 복수의 라인 센서로 구성될 수 있다. 복수의 라인 센서 각각은 스캔 대상(610)의 이동 방향과 직교하는 방향 즉, 스캔 방향에 직각을 이루는 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, 2/5 등이 광차폐되거나 라인 센서가 1개씩 번갈아가며 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 굴절시켜 각 화소부(110) 내 픽셀의 개구부에 집중되도록 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, 전형적인 예로는 선형 스테이지 (Linear stage) 등을 들 수 있다.
조명등(300)은 화소부(110)에 입사되는 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
스캔 제어부(400)는 외부에서 입력되는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)에 기초하여 내부 라인 트리거 신호(L_pi)를 생성하고, 내부 라인 트리거 신호(L_pi)에 기초하여 화소부(110)의 전하 이동을 제어할 수 있다. 상기 외부 라인 트리거 신호(L_pe)는 스캔 대상(610)을 이동시키는 운반장치(600)가 일정 거리를 이동할 때마다 자동적으로 발생하도록 설정되고, 이들이 이미지 센서로 제공되어 그 다음 라인 센서로의 전하 이동을 트리거함으로써, 스캔 대상(610)의 이동과 해당 라인 센서에서의 전하 축적을 동기화시키는 역할을 한다.
예를 들어, 스캔 제어부(400)는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력될 때마다 내부 라인 트리거 신호(L_pi)를 생성할 수 있으며, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)에 의해 생성된 내부 라인 트리거 신호(L_pi) 사이에 추가로 내부 라인 트리거 신호(L_pi)를 생성할 수 있다. 바꾸어 말하면, 스캔 제어부(400)는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력될 때마다 일정 시간이 경과한 후에 노출제어신호 (E_p)를 생성할 수 있으며, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)와 노출제어신호 (E_p)를 결합하여 (예컨대, OR 연산에 의해) 최종의 내부 라인 트리거 신호(L_pi)를 생성할 수 있다.더욱 상세히 설명하면, 스캔 제어부(400)는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 2번 입력되면 3개의 내부 라인 트리거 신호(L_pi)를 생성할 수 있으며, 첫번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)와 세번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)의 입력에 의해 생성되고, 두번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)는 사용자가 설정한 타이밍에 생성될 수 있다. 바꾸어 말하면, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 2번 입력되는 동안 그 사이의 특정한 시점에서 노출제어신호 (E_p)가 추가적으로 생성되는데, 상기의 특정한 시점이라 함은 사용자가 미리 설정한 값에 의해 정해질 수 있다. 바꾸어 말하면, 스캔 제어부(400)는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 2번 입력되면 2개의 외부 라인 트리거 신호들 사이의 특정한 시점에서 노출제어신호 (E_p)를 추가적으로 생성할 수 있는데, 상기의 특정한 시점이라 함은 사용자가 미리 설정한 값에 의해 정해질 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. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 출력부(500)는 CCD TDI 화소부(110)에서 축적되어 전달된 전하를 칼럼별로 받아 증폭하여 디지털 신호로 변환하고 그 신호를 처리하기 위하여, 적합한 버퍼, 증폭기, 아날로그-디지털 변환기 (ADC), HDR 처리 회로 등을 포함할 수 있다.
이때, 출력부(500)는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)와 노출제어신호 (E_p) 사이의 제 1 노출시간에 의한 제 1 이미지를 획득할 수 있고, 노출제어신호 (E_p)와 다음의 외부 라인 트리거 신호(L_pe) 사이의 제 2 노출시간에 의한 제 2 이미지를 획득하여, 제 1 및 제 2 이미지를 결합함으로써, HDR (High Dynamic Range) 이미지를 출력할 수 있다.
이때, 제 1 노출시간과 제 2 노출시간은 다를 수 있다. 제 1 및 제 2 노출시간 중 더 긴 노출시간에 의해 생성되는 장노출 이미지는 통상 표면의 반사율이 낮아 동일한 조명 하에서도 어둡게 촬영되는 영역에 대한 이미지일 수 있고, 더 짧은 노출시간에 의해 생성되는 단노출 이미지는 통상 금속과 같이 표면의 반사율이 높아 동일한 조명 하에서도 매우 밝게 촬영되는 영역에 대한 이미지일 수 있다. HDR 이미지는 장노출 이미지와 단노출 이미지를 결합하여 생성되는 이미지일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 화소부의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서는 하나의 픽셀(pixel, 1)이 적어도 2개 이상의 스토리지로 구성될 수 있다. 또한 하나의 픽셀이 하나의 스토리지로 구성될 수도 있다. 도 2에서는 편의상 제 1 스토리지(storage, 2a) 및 제 2 스토리지(2b)의 2개로 표시한다. 하나의 픽셀에서 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 픽셀(1)이 제 1 스토리지(2a) 및 제 2 스토리지(2b)로 구성된 것을 예시하고 있다.
화소부(110)는 M개의 이미징 소자로 구성되는 라인 센서들이 스캔 방향에 평행한 방향으로 N개가 구비될 수 있다. 즉, M X N 매트릭스 형태의 이미징 소자들로 구성될 수 있다.
대개의 경우 하나의 이미징 소자가 하나의 픽셀(1)을 구성하지만, 화소부(110)는 여러 개의 이미징 소자가 하나의 픽셀(1)을 구성하도록 구현될 수 있다.
하나의 픽셀(1)을 구성하는 스토리지는 스캔 방향 즉, M X N 매트릭스의 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 픽셀은 컬럼 방향으로 형성되는 적어도 둘 이상의 스토리지로 구성될 수 있다. 즉, 하나의 픽셀은 컬럼 방향으로 배치되는 여러 개의 이미징 소자들로 구성될 수 있다.
화소부(110)는 TDI 방식에 따라 각 라인 센서의 컬럼 방향으로 센싱 전하를 이동시키며 누적함으로써 영상 신호 전하를 축적 (integration)하도록 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, 광 차단부 및 마이크로 렌즈가 결합된 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 광 차단부(120)는 금속 마스크로 구성될 수 있다. 광 차단부(120)는 화소부(110)에서 각 라인(L1, L2, L3, L4)의 일부 (예컨대, 절반, 3/5, 2/3 등)에 해당하는 부분에 입사되는 빛을 허용하고, 나머지 일부 (예컨대, 절반, 2/5, 1/3 등) 부분에 빛을 차단하도록 구성될 수 있다.
마이크로 렌즈(130)는 광차단막(120)의 노출 영역 상단에 구비될 수 있다. 마이크로 렌즈(130)는 광 차단부(120)를 통해 노출된 라인 센서 부분에 입사되는 빛을 강화하기 위한 구성이다. 마이크로 렌즈(130)는 광 차단부(120)의 노출 영역마다 구비되어 입사광이 화소부(110)에 좀 더 많이 입사될 수 있도록 구성될 있다. 도 3d에 도시된 바와 같이 각 CCD의 V1, V2, V3 전압을 순차적으로 인가함으로써 CCD에 축적된 전하가 인접한 CCD로 이동되고 (또는 CCD 일부에 축적된 전하가 CCD의 나머지 부분으로 이동되고), 이러한 동작의 반복을 통해 센싱된 전하들이 전하저장노드 (FD)에서 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) 및 라인 전압 발생부(430)를 포함할 수 있다.
레지스터(410)는 사용자가 설정한 노출시간 비율에 따른 디지털 값을 저장하고, 저장된 값을 노출 제어 신호 생성부(420)에 제공할 수 있다. 레지스터(410)를 이용하여 사용자가 설정한 노출 시간 비율에 따른 라인 센서의 광 노출 시간을 계산할 수 있다.
노출 제어 신호 생성부(420)는 레지스터(410)의 출력값 및 외부에서 입력되는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)에 기초하여 노출 제어 신호(E_p)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 노출 제어 신호 생성부(420)는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되고 사용자가 설정한 노출시간이 경과하면 노출 제어 신호(E_p)를 생성하여 출력할 수 있다. 이때, 레지스터(410)에 저장된 출력 신호는 2장의 이미지의 노출시간 비율을 의미하고, 이 값을 기초로 노출제어신호 (E_p)를 발생시킬 타이밍으로 변환할 수 있다. 결국, 노출 제어 신호 생성부(420)는 레지스터(410)의 출력 신호에 따라 기설정된 시간을 조절하고, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력된 이후 조절된 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호(E_p)를 생성하고 출력할 수 있다.
내부 라인 트리거 신호(L_pi)는 입력된 외부 라인 트리거 신호(L_pe)와 내부에서 발생된 노출 제어 신호(E_p)에 기초하여 생성될 수 있다.
이때, 내부 라인 트리거 신호(L_pi)는 디지털 로직, 예를 들어, 오어(OR) 게이트에서 생성될 수 있다.
라인 전압 발생부(430)는 내부 라인 트리거 신호(L_pi)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 개시한 도면이다.
노출 제어 신호 생성부(420)는 도 5에 도시된 바와 같이, 카운터 제어로직(421), 카운터(422), 변환로직(423), 비교기(424) 및 펄스 발생기(425)를 포함할 수 있다.
카운터 제어 로직(421)은 외부 라인 트리거 신호(L_pe) 및 노출 제어 신호(E_p)를 입력 받고, 카운터 활성화 신호(en)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 카운터 제어 로직(421)은 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되면 노출 제어 신호(E_p)가 입력될 때까지 카운터 활성화 신호(en)를 출력시킬 수 있다. 즉, 카운터 제어 로직(421)은 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되면 카운터 활성화 신호(en)를 인에이블(enable)시키고, 노출 제어 신호(E_p)가 입력되면 카운터 활성화 신호(en)를 디스에이블(disable)시킬 수 있다. 이때, 카운터 활성화 신호(en)가 인에이블되었을 경우 카운터 활성화 신호(en)는 디지털 로직 레벨로 하이 레벨일 수 있고, 카운터 활성화 신호(en)가 디스에이블되었을 경우 카운터 활성화 신호(en)는 디지털 로직 레벨로 로우 레벨일 수 있다. 카운터 제어 로직(421)은 S-R 래치 회로로 구현될 수 있다.
카운터(422)는 카운터 활성화 신호(en)를 입력 받고, 카운트 값을 출력할 수 있다. 예를 들어, 카운터(422)는 카운터 활성화 신호(en)가 하이 레벨로 인에이블된 구간에서만 1씩 증가하는 카운팅을 하며, 카운트 값을 출력할 수 있다.
카운터(422)는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)의 입력에 의해 카운트 값이 리셋되고, 카운터 활성화 신호(en)가 하이 레벨로 인에이블된 구간동안 값이 1씩 증가하는 카운팅을 할 수 있다.
변환 로직(423)은 도 4의 스캔 제어부의 레지스터(410)에 저장된 노출비율에 기초하여 카운터(422)를 업카운팅 하는 클럭 펄스의 개수로 변환하는 계산 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력된 후 노출제어신호 (E_p)를 생성할 타이밍을 결정할 수 있는 클럭 펄스의 개수에 해당할 수 있다.
비교기(424)는 카운터 활성화 신호(en)가 하이 레벨로 인에이블된 구간동안 업카운팅 되고 있는 카운터(422)의 값과 노출비율에 기초하여 계산된 클럭 펄스의 개수를 비교한 결과를 출력할 수 있다.
예를 들어, 비교기(424)는 카운터(422)의 값과 변환 로직(423)의 출력 값이 동일해지면 하이 레벨인 비교 결과 신호(R_c)를 출력할 수 있다.
예를 들어, 노출 비율에 기초하여 계산된 클럭 펄수의 개수가 256이고, 카운터 활성화 구간동안 업카운팅 되는 카운터의 값이 256이 되면 비교 회로(424)는 하이 레벨인 비교 결과 신호(R_c)를 출력할 수 있다.
펄스 발생기(425)는 비교 결과 신호(R_c)를 입력 받고, 노출 제어 신호(E_p)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 펄스 발생기(425)는 비교 결과 신호(R_c)가 하이 레벨이 되면 노출 제어 신호(E_p)를 출력할 수 있다.
도 6은 도 5의 노출 펄스 생성부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하여, 도 5에 도시된 노출 제어 신호 생성부(420)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
cnt 값은 노출 제어 신호 생성부(420) 내 카운터(422)의 출력신호로서, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)와 노출 제어 신호(E_p)에 의해 카운터 제어 로직 (421)에서 생성된 카운터 활성화 신호(en)가 인에이블 된 구간 동안 업카운팅 되는 카운트 값일 수 있다. 즉, 카운터는 카운터 활성화 신호(en)가 인에이블 된 구간 동안 업카운트 하다가 카운터 활성화 신호(en)가 디스에이블 되면 카운팅을 멈추고 다음의 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력될 때까지 대기할 수 있다.
여기서, cnt 값이 n이 되면 노출 제어 신호(E_p)가 발생하는데, n은 스캔 제어부의 레지스터(410)에 저장된 노출비율에 기초하여 변환 로직(423)에서 계산된 숫자일 수 있다. 예를 들어, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)의 주기가 카운터 클럭을 기준으로 100일 때, 노출비율을 25로 세팅한 경우, n 값은 25가 될 수 있다. 보다 상세히 설명하자면, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되면 카운터가 0으로 리셋되고, 카운터 활성화 신호가 인에이블 되어 업타운팅이 시작된다. 카운터 출력 값 cnt 가 25에 이르렀을 때 노출제어 신호(E_p)가 출력되면, 카운터 활성화 신호는 디스에이블 되고 카운터는 다음의 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력될 때까지 동작을 멈출 수 있다. 결국, TDI 센서의 각 픽셀에 축적된 전하는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력된 직후 한줄씩 이동되고, 카운터의 값이 25가 되었을 때 다시 이동되고, 다음의 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력된 직후 다시 이동될 수 있다. 여기서, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)의 주기가 카운터 클럭 펄스 기준으로 약 100개에 해당한다면, 25% 즉, 1/4 노출의 단노출 이미지와 나머지 75% 즉, 3/4 노출의 장노출 이미지를 얻을 수 있다.
상기 실시예에서는 외부 라인 트리거 신호들 사이의 구간을 5등분 하여, 1:4 의 노출 시간 비율로 세팅한 예에 대하여 설명하였으나, 이는 단지 예시에 불과한 것이고, 외부 라인 트리거(L_pe) 의 주기를 임의의 정수 등분으로 나누는 것이 가능하다는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 외부 라인 트리거 신호들 사이의 간격이 이상적으로는 일정하나, 실제로는 약간의 지터 (jitter)가 있을 수 있으므로, 바로 이전 외부 라인 트리거 신호 간격을 측정하고 이를 정수로 균등 배분하여 노출제어신호를 발생하는 타이밍에 해당하는 정수 값으로 변환 출력할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 바로 이전 외부 라인 트리거 신호 간격을 측정하고 그 값을 이후 1회, 5회, 10회 등의 배분 및 오실레이터 신호(OSC) 출력에 사용할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이전 수회 (예, 3번, 5번 등)의 외부 라인 트리거 신호 간격을 측정하고 평균을 내어 이 평균값을 이후의 배분 및 오실레이터 신호(OSC) 출력에 사용하는 것도 가능하다. 또는, 사용자로부터 신호 간격 값을 입력받고 이를 정수 배분 및 오실레이터 신호(OSC) 출력에 사용할 수도 있다.
도 7는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스캔 제어부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
스캔 제어부(400)는 도 7에 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 노출시간 비율에 따른 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 시간 비율에 따른 라인 센서의 광 노출 시간을 결정할 수 있다.
노출 제어 신호 생성부(420')는 레지스터(410')의 출력 신호(R_outA, R_outB, R_outC) 및 외부에서 입력되는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)에 기초하여 노출 제어 신호(E_p)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 노출 제어 신호 생성부(420')는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되고 사용자가 설정한 노출시간이 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, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력된 이후 조절된 기설정된 시간이 경과하면 노출 제어 신호(E_p)를 생성하고 출력할 수 있다.
신호 발생기(430')는 외부 라인 트리거 신호(L_pe) 및 노출 제어 신호(E_p)에 기초하여 내부 라인 트리거 신호(L_pi)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 발생기(430')는 외부 라인 트리거 신호(L_pe) 및 노출 제어 신호(E_p)가 입력될 때마다 내부 라인 트리거 신호(L_pi)를 생성할 수 있다.
이때, 신호 발생기(430')는 디지털 로직, 예를 들어, 오어 (OR) 게이트로 구현될 수 있다.
라인 전압 발생부(440)는 내부 라인 트리거 신호(L_pi)에 기초하여 각 라인 센서에 입력되는 복수의 라인 전압(V1, V2, V3)을 생성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 노출 제어 신호 생성부의 개략적인 구성을 개시한 도면이다.
노출 제어 신호 생성부(420')는 도 8에 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 외부 라인 트리거 신호(L_pe) 및 노출 제어 신호(E_p)를 입력 받고, 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 래치 회로부(421')는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되면 노출 제어 신호(E_p)가 입력될 때까지 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 인에이블시킬 수 있다. 즉, 래치 회로부(421')는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)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')는 오실레이터 활성화 신호(O_en) 및 속도 감지 신호(V_d)를 입력 받고, 오실레이터 신호(OSC)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 오실레이터(422')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. 이때, 주기적으로 천이하는 오실레이터 신호(OSC)를 생성하는 오실레이터(422')는 속도 감지 신호(V_d)에 기초하여 오실레이터 신호(OSC)의 주기를 가변시킬 수 있다. 속도 감지 신호(V_d)는 도 1의 속도 감지부(200)의 출력 신호일 수 있고, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)의 입력 속도에 대응하는 신호일 수 있다. 또한 속도 감지 신호(V_d)는 사용자가 설정하는 값일 수 있다.
오실레이터(422')는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)의 입력 주기를 정수로 나눈 값에 해당하는 주기로 오실레이터 신호(OSC)를 생성할 수 있다.
카운터(423')는 오실레이터 신호(OSC)를 입력 받고, 카운터 신호(CNT<0:2>)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 카운터(423')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 9를 참조하여, 도 8에 도시된 노출 제어 신호 생성부(420')의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 9의 A) 경우 제 1 지연 제어 신호(R_outA)는 로우 레벨, 제 2 지연 제어 신호(R_outB)는 하이 레벨, 제 3 지연 제어 신호(R_outC)는 로우 레벨이라고 가정한다. 또한 도 9는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)의 입력 주기의 1/5에 해당하는 주기를 갖는 오실레이터 신호(OSC)가 생성된다고 가정한다. 오실레이터(422')는 속도 감지 신호(V_d)에 기초하여 외부 라인 트리거 신호(L_pe)의 입력 주기보다 5배 빠른 오실레이터 신호(OSC)를 생성할 수 있다. 이때, 오실레이터(422')는 속도 감지 신호(V_d)에 기초하여 오실레이터 신호(OSC)의 주기를 가변시킬 수 있다.
외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되면, 래치 회로부(421')는 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 하이 레벨로 인에이블시킨다.
이때, 첫번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되면 첫번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)가 생성된다.
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 (0,0,1)인 카운터 신호(CNT<0:2>)를 출력한다.
카운터(423')는 오실레이터 신호(OSC)가 하이 레벨로 두번째 천이하면 카운팅 값이 (0,1,0)인 카운터 신호(CNT<0:2>)를 출력한다.
이때, 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC)는 (0,1,0)이므로, 카운터 신호(CNT<0:2>)의 카운팅 값이 (0,1,0)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 생성한다.
이때, 노출 제어 신호(E_p)가 생성되면 두번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)가 생성된다.
노출 제어 신호(E_p)가 출력되면 래치 회로부(421')는 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 로우 레벨로 디스에이블시키고, 카운터(423')는 카운터 신호(CNT<0:2>)를 초기화시킨다. 이때, 초기화된 카운터 신호(CNT<0:2>)의 카운팅 값은 (0,0,0)일 수 있다. 또한, 초기화된 카운터 신호(CNT<0:2>)는 두번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력될 때까지 초기화된 값을 유지한다.
두번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되면 오실레이터 인에이블 신호(O_en)가 하이 레벨로 인에이블되고, 세번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)가 생성된다.
결국, 첫번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe)와 두번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe) 사이의 구간을 오실레이터 신호(OSC)로 5개의 구간으로 균등 배분하고, 사용자가 설정한 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC)의 값(0,1,0)에 대응하는 두번째 구간(0,1,0)에서 두번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)를 생성할 수 있다.
도 9의 A)와 같이 생성된 내부 라인 트리거 신호(L_pi)는 화소부(110)의 각 라인의 광에 대한 노출 시간을 결정하므로, 첫번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)와 두번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi) 사이의 시간 즉 노출 시간A 동안 축적된 전하를 이동시키고, 두번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)와 세번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi) 사이의 노출 시간B 동안 축적된 전하를 이동시킬 수 있다.
도 9의 B)의 경우 제 1 지연 제어 신호(R_outA)는 로우 레벨, 제 2 지연 제어 신호(R_outB)는 로우 레벨, 제 3 지연 제어 신호(R_outC)는 하이 레벨이라고 가정한다.
외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되면, 래치 회로부(421')는 오실레이터 활성화 신호(O_en)를 하이 레벨로 인에이블시킨다.
이때, 첫번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되면 첫번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)가 생성된다.
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 (0,0,1)인 카운터 신호(CNT<0:2>)를 출력한다.
이때, 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC)는 (0,0,1)이므로, 카운터 신호(CNT<0:2>)의 카운팅 값이 (0,0,1)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 생성한다.
이때, 노출 제어 신호(E_p)가 생성되면 두번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)가 생성된다.
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. 또한, 초기화된 카운터 신호(CNT<0:2>)는 두번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력될 때까지 초기화된 값을 유지한다.
두번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe)가 입력되면 오실레이터 인에이블 신호(O_en)가 하이 레벨로 인에이블되고, 두번째 외부 라인 트리거 신호(L_pi)가 생성된다.
결국, 첫번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe)와 두번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe) 사이의 구간을 오실레이터 신호(OSC)로 5개의 구간으로 균등 배분하고, 사용자가 설정한 제 1 내지 제 3 지연 제어 신호(R_outA, R_outB, R_outC)의 값(0,0,1)에 대응하는 첫번째 구간(0,0,1)에서 두번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)를 생성할 수 있다.
도 9의 B)와 같이 생성된 내부 라인 트리거 신호(L_pi)는 화소부(110)의 각 라인의 광에 대한 노출 시간을 결정하므로, 첫번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)와 두번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi) 사이의 시간 즉 노출 시간A 동안 축적된 전하를 이동시키고, 두번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi)와 세번째 내부 라인 트리거 신호(L_pi) 사이의 노출 시간B 동안 축적된 전하를 이동시킬 수 있다.
도 9의 A)와 B)에서 살펴본 바와 같이, TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템은 첫번째 외부 라인 트리거 신호와 두번째 외부 라인 트리거 신호의 사이 구간을 일정한 크기의 구간으로 정수로 균등 배분하고 (예컨대, 5등분, 4등분, 8등분, 16등분 등), 사용자에 의해 배분된 구간 중 하나에서 노출 제어 신호를 생성하여, 외부 라인 트리거 신호와 노출 제어 신호가 입력 또는 생성될 때마다 내부 라인 트리거 신호를 생성할 수 있다.
상기 실시예에서는 외부 라인 트리거 신호들 사이의 구간을 5등분하여, 2:3 또는 1:4의 노출 시간 비율로 세팅한 예에 대하여 설명하였으나, 이는 단지 예시에 불과한 것이고, 외부 라인 트리거 신호(L_pe)의 주기를 임의의 정수 등분으로 나누는 것(예를 들면, 4등분, 8등분, 16등분, 32등분 등)이 가능하다는 것은 당업자에게는 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
또한, 외부 라인 트리거 신호들 사이의 간격이 이상적으로는 일정하나, 실제로는 약간의 지터 (jitter)가 있을 수 있으므로, 바로 이전 외부 라인 트리거 신호 간격을 측정하고 이를 정수로 균등 배분하여 오실레이터 신호(OSC)의 주기를 가변시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 바로 이전 외부 라인 트리거 신호 간격을 측정하고 그 값을 이후 1회, 5회, 10회 등의 배분 및 오실레이터 신호(OSC) 출력에 사용할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이전 수회 (예, 3번, 5번 등)의 외부 라인 트리거 신호 간격을 측정하고 평균을 내어 이 평균값을 이후의 배분 및 오실레이터 신호(OSC) 출력에 사용하는 것도 가능하다. 또는, 이전 수회 (예, 1번, 3번, 5번 등)의 외부 라인 트리거 신호 간격을 클럭 횟수 단위로 측정하고 직전 값 또는 평균값 (예컨대, 100 클럭)을, 사용자로부터 입력 받은 신호 간격 값 (예컨대, 1 : 4)을 기초로 정수 배분하여 (예컨대, 20 클럭 : 80 클럭) 단노출, 장노출 시간을 결정하는데 사용할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 내부 라인 트리거 신호에 의해 라인 센서들의 전하 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 내부 라인 트리거 신호(L_pi)가 생성될 때마다 금속 차광막에 의해 광이 차단된 라인 센서 일부 (예컨대, 하부 절반, 2/5, 1/3 등)로부터 개구면으로 광이 입사되는 노출된 라인 센서 일부(예컨대, 상부 절반, 3/5, 2/3 등)에 전하가 이동되고, 개구면으로 광이 입사되는 노출된 라인 센서 부분으로부터 금속 차광막에 의해 광이 차단된 라인 센서 부분으로 전하가 이동되는 것이 반복될 수 있다.
따라서, 광이 입사되는 라인 센서 부분이 광에 노출되는 시간은 내부 라인 트리거 신호(L_pi)의 간격과 동일할 수 있다.
그러므로, 노출시간이 다른 두 개의 축적된 전하가 각 라인 센서를 컬럼 방향으로 전달될 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템은 노출시간이 다른 두 개의 축적된 전하 (예를 들어, 장노출 및 단노출을 나타내는 축적된 전하)를 센싱하고, 센싱 결과를 결합하여 HDR (High Dynamic Range) 이미지를 생성할 수 있다. 이때, 노출시간 A와 노출시간 B의 비율을 레지스터(410')에 사용자가 설정 및 저장할 수 있어 HDR 비율 (Ratio)을 용이하게 변경할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 TDI 이미지 센서의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 TDI 이미지 센서의 제어 방법은 배치 단계, 설정 단계 및 제어 단계를 포함할 수 있다.
배치 단계는 도 3a 및 도 3b와 같이, 각 라인 센서의 전면 일부에 광 차단부(금속 마스크)를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 배치 단계는 상기 광 차단부가 배치되지 않은 라인 센서 나머지 부분에 마이크로 렌즈를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
설정 단계는 상기 광 차단부에 의해 광의 입사가 차단되지 않은 라인 센서 나머지 부분의 두 개의 노출시간에 대응하는 정보 (예컨대, 노출시간 A 및 B 또는 이들 시간의 비율)를 저장하는 단계로서, 도 4에 도시된 레지스터에 사용자가 설정한 값을 저장시키는 단계일 수 있다.
또한, 설정 단계는 외부 라인 트리거 신호의 간격 즉, 입력 타이밍을 기설정된 회수만큼 측정하여 평균 값을 산출하여 오실레이터(422')의 주기를 결정하거나 노출시간을 결정하는데 이용함으로써, 외부 라인 트리거 신호에 발생할 수 있는 지터 (jitter)의 영향을 최소화할 수 있다.
제어 단계는 상기 두 개의 노출시간을 번갈아 각 라인 센서에 적용시키는 단계로서, 도 10과 같이 외부 라인 트리거 신호에 기초하여 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어 단계는 첫번째 외부 라인 트리거 신호가 입력되면 첫번째 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 제 1 생성 제어 단계, 첫번째 외부 라인 트리거 신호가 입력된 이후 레지스터에 저장된 값에 대응하는 시간이 경과하면 두번째 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 제 2 생성 제어 단계, 및 두번째 외부 라인 트리거 신호가 입력되면 세번째 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 제 3 생성 제어 단계를 포함할 수 있다.
또한, 제어 단계는 첫번째 내부 라인 트리거 신호와 두번째 내부 라인 트리거 신호 사이의 구간동안 라인 센서의 나머지 부분을 광에 노출시키고 광 차단부가 배치된 라인 센서의 일부로 축적된 전하를 이동시키는 제 1 노출 단계, 및 두번째 내부 라인 트리거 신호와 세번째 내부 라인 트리거 신호 사이의 구간동안 센서의 나머지 부분을 광에 노출시키고 광 차단부가 배치된 라인 센서의 일부로 축적된 전하를 이동시키는 제 2 노출 단계를 포함하며, 제 1 노출 단계와 2 노출 단계가 번갈아 수행될 수 있다.
제 1 노출 단계와 제 2 노출 단계 각각은 서로 다른 노출 시간으로 광에 의한 전하를 축적시키는 단계로서, 제 1 및 제 2 노출 단계 중 노출시간이 짧은 노출 단계는 단노출 이미지를 생성하기 위한 단계일 수 있으며, 노출시간이 긴 노출 단계는 장노출 이미지를 생성하기 위한 단계일 수 있다.
도 8에 도시된 오실레이터(422')는 외부 라인 트리거 신호(L_pe)의 입력 주기를 정수로 나눈 값에 해당하는 주기를 갖는 오실레이터 신호(OSC)를 생성하고, 도 9와 같이 두 개의 외부 라인 트리거 신호(L_pe) 사이를 균등 배분할 수 있으며, 배분된 구간 중 하나를 레지스터(410')에 저장된 값으로 선택할 수 있다. 선택된 구간은 노출시간 A와 노출시간 B를 구분하는 내부 라인 트리거 신호로서 생성될 수 있다.
그러므로, 서로 다른 노출시간으로 전하를 축적할 수 있으며, 축적된 전하량에 따라 장노출 이미지와 단노출 이미지로 구분될 수 있다.
예를 들어, 도 9의 B)에 도시된 바와 같이, 첫번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe)와 두번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe) 사이에 5주기가 천이되는 오실레이터 신호(OSC)가 생성되고 오실레이터 신호(OSC)가 첫번째 주기가 끝나는 시점에 내부 라인 트리거 신호(L_pi)가 생성되도록 구성되었다면, 단노출 이미지는 상대적으로 1/5 시간동안 광에 노출된 전하량에 의해 나타내어지는 이미지일 수 있고, 장노출 이미지는 상대적으로 4/5 시간동안 광에 노출된 전하량에 의해 나타내어지는 이미지일 수 있다. 이때, 첫번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe)와 두번째 외부 라인 트리거 신호(L_pe) 사이에 생성되는 내부 라인 트리거 신호(L_pi)는 레지스터에 저장된 값 즉, 사용자가 설정한 값일 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 TDI 이미지 센서 및 검사 시스템은 사용자가 설정한 비율로 단노출 및 장노출 이미지를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 TDI 이미지 센서 및 이를 포함하는 검사 시스템은 상술한 바와 같이, 사용자가 설정한 서로 다른 노출시간으로 단노출 (또는 저휘도) 및 장노출 (또는 고휘도) 이미지를 생성할 수 있고, 단노출 및 장노출 이미지를 이용하여 HDR 이미지를 생성할 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: 광 차단부
130: 마이크로 렌즈 200: 속도 감지부
300: 조명등 400: 스캔 제어부
500: 출력부 410: 레지스터
420: 노출 제어 신호 생성부 430: 라인 전압 발생부
430': 신호 발생기

Claims (24)

  1. 복수개의 라인 센서를 포함하며, 각 라인 센서의 일부가 광 차단부에 의해 광의 입사가 차단되고, 각 라인 센서의 나머지는 광에 노출된 화소부;
    서로 다른 노출시간으로 상기 노출된 부분의 라인 센서의 광에 대한 노출을 제어하여 제 1 노출시간에 대한 센싱 결과와 제 2 노출시간에 대한 센싱 결과를 생성하는 스캔 제어부; 및
    상기 제 1 노출시간에 대한 센싱 결과와 제 2 노출시간에 대한 센싱 결과에 기초하여 이미지를 생성하는 출력부를 포함하고,
    상기 스캔 제어부는 외부 라인 트리거 신호에 기초하여 상기 노출된 부분의 라인 센서의 광에 대한 노출을 제어하는 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캔 제어부는
    상기 외부 라인 트리거 신호가 입력될 때마다 일정 시간이 경과한 후에 노출 제어 신호를 생성하며,
    상기 외부 라인 트리거 신호와 상기 노출 제어 신호를 결합하여 상기 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스캔 제어부는
    상기 외부 라인 트리거 신호가 2번 입력되는 사이의 특정 시점에서 상기 노출 제어 신호를 생성하며,
    상기 특정 시점은 사용자에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    싱기 스캔 제어부는
    상기 사용자가 설정한 값을 저장하고, 저장된 값에 대응하는 노출 비율을 출력하는 레지스터,
    상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 노출 비율에 기초하여 노출 제어 신호를 생성하는 노출 제어 신호 생성부, 및
    상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 상기 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 신호 발생기를 포함하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 노출 제어 신호 생성부는
    상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호를 입력 받아 카운터 활성화 신호를 출력하는 카운터 제어 로직,
    상기 카운터 활성화 신호를 입력 받아 카운트 값을 출력하는 카운터,
    상기 레지스터에 저장된 상기 노출 비율에 기초하여 상기 카운터를 업 카운팅시키는 클럭 펄스의 개수로 변환하는 변환 로직,
    상기 카운터 활성화 신호가 인에이블된 구간동안 업카운팅되고 있는 카운터의 값과 상기 노출 비율에 기초하여 계산된 클럭 펄스의 개수를 비교한 결과를 출력하는 비교기,
    상기 비교기의 비교 결과 신호를 입력 받아 상기 노출 제어 신호를 출력하는 펄스 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캔 제어부는
    상기 외부 라인 트리거 신호가 입력될 때마다 상기 내부 라인 트리거 신호를 생성하며,
    상기 외부 라인 트리거 신호가 입력되고 다음 상기 외부 라인 트리거 신호가 생성되기 전까지 상기 내부 라인 트리거 신호를 추가로 생성하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스캔 제어부는
    추가로 생성되는 상기 내부 라인 트리거 신호의 생성 타이밍을 사용자가 설정한 타이밍에 대응하도록 하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    싱기 스캔 제어부는
    상기 사용자가 설정한 타이밍을 저장하고, 저장된 값에 대응하는 지연 제어 신호를 출력하는 레지스터,
    상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 지연 제어 신호에 기초하여 노출 제어 신호를 생성하는 노출 제어 신호 생성부, 및
    상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 상기 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 신호 발생기를 포함하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 노출 제어 신호 생성부는
    상기 외부 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 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 오실레이터는
    속도 감지 신호에 기초하여 상기 오실레이터의 주기를 가변시키는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 속도 감지 신호는 상기 외부 라인 트리거 신호의 입력 주기에 대응하는 값을 갖는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  13. 복수의 라인 센서를 포함하는 화소부;
    상기 복수의 라인 센서 중 일부의 라인 센서에 광의 입사를 차단하는 광 차단부; 및
    외부 라인 트리거 신호에 기초하여 노출 제어 신호를 생성하고, 상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 내부 라인 트리거 신호를 생성하며, 상기 내부 라인 트리거 신호에 기초하여 상기 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부를 포함하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 라인 센서 각각은
    상기 광 차단부에 의해 차단된 부분과 차단되지 않은 노출 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 스캔 제어부는
    첫번째 상기 외부 라인 트리거 신호와 두번째 상기 외부 라인 트리거 신호 사이 구간을 일정한 구간으로 균등 배분하고, 배분된 구간 중 사용자가 설정한 노출 비율에 기초하여 상기 노출 제어 신호를 생성하여, 생성된 상기 노출 제어 신호를 상기 내부 라인 트리거 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스캔 제어부는
    상기 외부 라인 트리거 신호가 입력될 때마다 일정 시간이 경과한 후에 노출 제어 신호를 생성하며,
    상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호를 결합하여 상기 내부 라인 트리거 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 스캔 제어부는
    상기 외부 라인 트리거 신호가 2번 입력되면 2개의 상기 외부 라인 트리거 신호들 사이의 특정 시점에 상기 노출 제어 신호를 생성하며,
    상기 특정 시점은 상기 사용자가 설정한 상기 노출 비율에 기초하여 정해지는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 스캔 제어부는
    상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호를 입력 받아 카운터 활성화 신호를 출력하는 카운터 제어 로직,
    상기 카운터 활성화 신호를 입력 받아 카운트 값을 출력하는 카운터,
    상기 노출 비율에 기초하여 상기 카운터를 업 카운팅시키는 클럭 펄스의 개수로 변환하는 변환 로직,
    상기 카운터 활성화 신호가 인에이블된 구간동안 업카운팅되고 있는 카운터의 값과 상기 노출 비율에 기초하여 계산된 클럭 펄스의 개수를 비교한 결과를 출력하는 비교기,
    상기 비교기의 비교 결과 신호를 입력 받아 상기 노출 제어 신호를 출력하는 펄스 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서.
  19. 복수의 라인 센서를 포함하는 화소부;
    상기 복수의 라인 센서 중 일부의 라인 센서에 광의 입사를 차단하는 광 차단부;
    외부 라인 트리거 신호에 기초하여 노출 제어 신호를 생성하고, 상기 외부 라인 트리거 신호 및 상기 노출 제어 신호에 기초하여 내부 라인 트리거 신호를 생성하며, 상기 내부 라인 트리거 신호에 기초하여 상기 복수의 라인 센서의 전하 이동을 제어하는 스캔 제어부;
    스캔 대상의 이동 속도를 감지하기 위해 상기 스캔 대상을 운반하는 운반장치의 이동 속도를 감지하는 속도 감지부, 및
    화소부에 입사되는 광을 방출하는 조명등을 포함하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서를 이용한 검사 시스템.
  20. 복수의 라인 센서를 포함하는 TDI 이미지 센서의 제어 방법에 있어서,
    각 라인 센서의 전면 일부에 광 차단부를 배치하는 배치 단계;
    상기 광 차단부에 의해 광의 입사가 차단되지 않은 라인 센서 나머지 부분의 두 개의 노출시간에 대응하는 정보를 레지스터에 저장하는 설정 단계; 및
    상기 두 개의 노출시간이 번갈아 각 라인 센서에 적용되도록 외부 라인 트리거 신호에 기초하여 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 제어 단계를 포함하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서의 제어 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 배치 단계는
    상기 광 차단부가 배치되지 않은 라인 센서 나머지 부분에 마이크로 렌즈를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서의 제어 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어 단계는
    첫번째 외부 라인 트리거 신호가 입력되면 첫번째 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 제 1 생성 제어 단계,
    상기 첫번째 외부 라인 트리거 신호가 입력된 이후 상기 레지스터에 저장된 값에 대응하는 시간이 경과하면 두번째 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 제 2 생성 제어 단계, 및
    두번째 외부 라인 트리거 신호가 입력되면 세번째 내부 라인 트리거 신호를 생성하는 제 3 생성 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서의 제어 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어 단계는
    상기 첫번째 내부 라인 트리거 신호와 상기 두번째 내부 라인 트리거 신호 사이의 구간동안 상기 라인 센서의 나머지 부분을 광에 노출시키고 상기 광 차단부가 배치된 라인 센서의 일부로 축적된 전하를 이동시키는 제 1 노출 단계, 및
    상기 두번째 내부 라인 트리거 신호와 상기 세번째 내부 라인 트리거 신호 사이의 구간동안 상기 라인 센서의 나머지 부분을 광에 노출시키고 상기 광 차단부가 배치된 라인 센서의 일부로 축적된 전하를 이동시키는 제 2 노출 단계를 포함하며,
    상기 제 1 노출 단계와 상기 제 2 노출 단계를 번갈아 수행하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서의 제어 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    제 1 노출 단계와 제 2 노출 단계는 서로 다른 노출 시간을 가지고, 이로써 동일 스캔대상에 대하여 축적된 서로 다른 전하량에 기초하여 고휘도 이미지 및 저휘도 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 노출 시간 조절이 가능한 TDI 이미지 센서의 제어 방법.
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