KR20110092701A - Photo detecting device and unit pixel thereof - Google Patents

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KR20110092701A
KR20110092701A KR1020100012276A KR20100012276A KR20110092701A KR 20110092701 A KR20110092701 A KR 20110092701A KR 1020100012276 A KR1020100012276 A KR 1020100012276A KR 20100012276 A KR20100012276 A KR 20100012276A KR 20110092701 A KR20110092701 A KR 20110092701A
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KR
South Korea
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pixel
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filter
size
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Application number
KR1020100012276A
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Korean (ko)
Inventor
하일선
함석헌
이용제
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삼성전자주식회사
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    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
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    • HELECTRICITY
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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Abstract

PURPOSE: A unit pixel pattern of a photo sensitive device and the photosensitive device including the same are provided to improve photosensitivity by controlling the size of a pixel or each filter according to the eyes of a user. CONSTITUTION: A pixel array(31) includes a color filter array. An analog signal processor(32) performs correlated double sampling. The analog signal processor performs automatic gain control to dynamically change the amplification gain according to the intensity of the brightness at each frame. A digital signal processor(33) corrects the color of a signal outputted from the analog signal processor and processes an image signal including interpolation.

Description

광 감지 소자의 단위 픽셀 패턴 및 이를 포함하는 광 감지 장치{PHOTO DETECTING DEVICE AND UNIT PIXEL THEREOF}Unit pixel pattern of the photosensitive device and a photosensitive device including the same {PHOTO DETECTING DEVICE AND UNIT PIXEL THEREOF}

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 광감지 장치에 관한 것으로, 특히 신호-대-잡음 비와, 광 감도를 향상시킬 수 있는 광감지 장치와 상기 광감지 장치에 사용될 수 있는 단위 픽셀 패턴에 관한 것이다.Embodiments of the inventive concept relate to a light sensing device, and more particularly, to a signal-to-noise ratio, a light sensing device capable of improving light sensitivity, and a unit pixel pattern that can be used in the light sensing device. .

광감지 장치는 외부 이미지를 캡쳐하고 이를 전기 신호로 변환하여 출력하는 장치로서, 크게 CMOS 타입과 CCD(Charge Coupled Device) 타입으로 분류되며, 최근에는 고집적도, 저소비 전력, 및 생산 단가 등의 장점을 갖는 CMOS 타입 예컨대, CMOS 이미지 센서가 각광받고 있다.The optical sensing device captures an external image, converts it into an electrical signal, and outputs it. The photosensitive device is classified into a CMOS type and a Charge Coupled Device (CCD) type, and recently, it has advantages such as high integration, low power consumption, and production cost. CMOS type sensors, for example, have been spotlighted.

본 발명은 스펙트럼 분포(예컨대, 빛의 밝기에 관여하는 비중)에 따라 해당 색 성분의 픽셀 사이즈를 다르게 하고 이에 대한 적절한 보간을 통해 신호-대-잡음 비와, 감도 등을 향상시킬 수 있는 광감지 장치와 상기 광감지 장치의 단이 픽셀 패턴을 제공하는 것이다.The present invention provides a light sensing method that can improve the signal-to-noise ratio, sensitivity, and the like by varying the pixel size of a corresponding color component according to the spectral distribution (e.g., the specific gravity involved in light brightness) and appropriate interpolation. The stage of the device and the light sensing device provide a pixel pattern.

본 발명의 실시 예에 따른 광 감지 소자의 단위 픽셀 패턴은 빛의 명암도에 기여하는 정도가 가장 큰 제1픽셀과, 상기 제1픽셀에 비해 명암도에 기여하는 정도가 작은 제2픽셀과, 상기 제2픽셀에 비해 명암도에 기여하는 정도가 작은 제3픽셀을 포함하며, 상기 제1픽셀부터 제3픽셀은 상기 명암도에 기여하는 정도에 따라 그 사이즈가 결정된다.The unit pixel pattern of the light sensing device according to the embodiment of the present invention may include a first pixel having the largest contribution to the light intensity, a second pixel having a smaller contribution to the contrast compared to the first pixel, and A third pixel having a smaller contribution to contrast than two pixels is included, and the size of the first to third pixels is determined according to the contribution to the contrast.

본 발명의 실시 예에 따른 광감지 장치는 빛의 명암에 기여하는 정도가 가장 큰 제1픽셀과, 상기 제1픽셀에 비해 명암도에 기여하는 정도가 작은 제2픽셀과, 상기 제2픽셀에 비해 명암도에 기여하는 정도가 작은 제3픽셀을 포함하며, 상기 제1픽셀부터 제3픽셀은 상기 명암도에 기여하는 정도에 따라 그 사이즈가 결정되는 광 감지 소자의 단위 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이, 및 상기 픽셀 어레이의 출력 신호를 처리하는 신호 처리부를 포함하며, 상기 신호 처리부는 상기 제1픽셀부터 제3 픽셀의 명암도에 기여하는 정도에 따라 부여된 특정의 계수를 이용하여 보간을 실시한다.An optical sensing device according to an embodiment of the present invention includes a first pixel having the largest contribution to light and shade, a second pixel having a smaller contribution to contrast compared to the first pixel, and a comparison with the second pixel. A pixel array including a third pixel having a small contribution to contrast, wherein the first to third pixels each include a unit pixel of a photosensitive device whose size is determined according to the contribution to the contrast; and And a signal processor for processing an output signal of the pixel array, wherein the signal processor performs interpolation using specific coefficients given according to the degree of contribution to the contrast of the first to third pixels.

본 발명의 실시 예에 따른 광감지 장치와 상기 광감지 장치의 단위 픽셀 패턴은 휘도 성분을 충분히 보상할 수 있도록 함으로써, 신호-대-잡음 비와, 광 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The light sensing device and the unit pixel pattern of the light sensing device according to the embodiment of the present invention can sufficiently compensate for the luminance component, thereby improving the signal-to-noise ratio and the light sensitivity.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 통상적인 형태의 컬러 필터 어레이를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 컬러 필터 어레이의 패턴들을 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 컬러 필터 어레이의 패턴을 포함하는 광감지 소자에서 보간이 이루어지는 부분까지의 개략적인 블록으로 나타낸다.
도 4는 도 2의 (d)와 같은 패턴의 출력 신호의 읽기 동작을 도식적으로 나타낸다.
도 5는 아날로그-디지털 변환 이후 디지털 RGB 출력 데이터를 도식화하여 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 각 픽셀 및 데이터 값이 디지털 형태로 저장된 메모리에서의 데이터 저장 상태를 도식화하여 나타낸다.
도 7은 도 6에 도시된 픽셀 어레이 데이터에 대해 보간을 수행하기 위한 알고리즘의 일 예이다.
도 8은 다양한 형태의 단위 컬러 필터 어레이들을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 광 검출 소자들을 도시한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 광 감지 장치의 블록도이다.
도 11은 도 10에 도시된 광 감지 장치를 포함하는 반도체 시스템의 개략적인 블록도이다.
The detailed description of each drawing is provided in order to provide a thorough understanding of the drawings cited in the detailed description of the invention.
1 shows a color filter array in a conventional form.
2 illustrates patterns of a color filter array according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic block from an optical sensing element including a pattern of the color filter array shown in FIG. 2 to an interpolation part.
4 is a diagram schematically illustrating an operation of reading an output signal having a pattern as shown in FIG.
5 is a diagram showing digital RGB output data after analog-to-digital conversion.
FIG. 6 schematically shows a data storage state in a memory in which each pixel and data value as shown in FIG. 5 is stored in a digital form.
FIG. 7 is an example of an algorithm for performing interpolation on the pixel array data shown in FIG. 6.
8 illustrates various types of unit color filter arrays.
9 is a circuit diagram illustrating photodetecting devices according to an exemplary embodiment of the present invention.
10 is a block diagram of an optical sensing device according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic block diagram of a semiconductor system including the light sensing device illustrated in FIG. 10.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the inventive concept disclosed herein are provided for the purpose of describing the embodiments according to the inventive concept only. It may be embodied in various forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Embodiments according to the inventive concept may be variously modified and have various forms, so embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the invention to the specific forms disclosed, it includes all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are intended to distinguish one element from another, for example, without departing from the scope of the invention in accordance with the concepts of the present invention, the first element may be termed the second element, The second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between," or "neighboring to," and "directly neighboring to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is described, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 통상적인 형태의 컬러 필터 어레이를 나타낸다.1 shows a color filter array in a conventional form.

도 1의 (a)는 일반적인 베이어 패턴을 나타낸다. R은 레드 필터(Red filter), G는 그린 필터(Green filter), B는 블루 필터(Blue filter)를 나타낸다.1 (a) shows a general Bayer pattern. R denotes a red filter, G denotes a green filter, and B denotes a blue filter.

도 1의 (b)는 화이트 필터(White filter)와 RGB가 스트라이프(Stripe) 또는 모자이크(Mosaic) 형태로 배열된 다양한 배열들을 나타낸다.FIG. 1B illustrates various arrangements in which a white filter and RGB are arranged in a stripe or mosaic form.

도 1에 도시된 다양한 형태의 컬러 필터 어레이들 중에서 어느 하나로부터 출력되는 신호는 전기 신호로 변환된 후, 아날로그 신호 처리 과정을 거쳐 디지털 신호 처리 과정을 거치고, 보간 과정을 통해 각 픽셀 별로 빛의 3원색인 레드, 블루, 그린의 값을 갖게 된다. 그러나, 도 1의 구조에서 알 수 있듯이, 비교적 빛의 밝기(또는 명암)에 보다 더 많은 역할을 하는 G와 화이트가 다른 컬러와 동일한 필터 사이즈를 가짐을 알 수 있다.The signal output from any one of the various types of color filter arrays shown in FIG. 1 is converted into an electrical signal, followed by analog signal processing, digital signal processing, and interpolation. The primary colors are red, blue, and green. However, as can be seen in the structure of FIG. 1, it can be seen that G and white, which play a greater role in the brightness (or contrast) of light, have the same filter size as other colors.

따라서, 사람의 눈은 빛의 밝기에 민감하므로 동일 사이즈를 갖는 필터 구조에서는 광 감도가 감소할 뿐만 아니라, 신호-대-잡음 비가 열화되는 경향이 있다.Therefore, the human eye is sensitive to the brightness of light, so that in the filter structure having the same size, not only the light sensitivity is reduced, but also the signal-to-noise ratio tends to be degraded.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 컬러 필터 어레이의 패턴들을 나타낸다. 도 2에서는 RGB만을 포함하는 예를 도시하고 이하에서는 각 패턴을 참조하여 설명한다.2 illustrates patterns of a color filter array according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, an example including only RGB is illustrated, and the following will be described with reference to each pattern.

그린 영역의 파장들을 필터링하기 위한 G은 파장이 가장 긴 레드 영역의 파장들을 필터링하기 위한 R과 가장 짧은 영역의 파장들을 필터링하기 위한 B사이에서 가장 넓게(또는 가장 많이) 분포되어 있다. 그러나, 기존 RGB를 포함하는 단위 컬리 필터 어레이는, 동일 사이즈를 갖는 RGB를 이용하고, 다른 필터, 예컨대 R 또는 B의 개수에 비해 두 배의 개수를 갖는 G를 상기 단위 컬러 필터 어레이의 대각선 방향으로 배치하였다.G for filtering the wavelengths of the green region is most widely (or most) distributed between R for filtering the wavelengths of the red region with the longest wavelength and B for filtering the wavelengths of the shortest region. However, the unitary coli filter array including the existing RGB uses RGB having the same size, and the other filter, for example, G having twice the number of R or B in the diagonal direction of the unit color filter array. Placed.

본 발명의 실시 예에서는 다른 컬러에 비해 빛의 명암도에 보다 많은 기여를 하는 컬러에 해당하는 필터(또는 픽셀)를 두 개 이상으로 분리하지 않고, 상기 필터(또는 상기 픽셀)의 크기는 상기 다른 컬러에 해당하는 필터(또는 픽셀)의 크기보다 크게 조절한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the filter (or the pixel) does not have to be separated into two or more filters corresponding to the color which contributes more to the light intensity than other colors, and the size of the filter (or the pixel) is different from the other color. Adjust it to be larger than the size of the corresponding filter (or pixel).

또한, 다른 컬러들, 예컨대 블루 컬러와 레드 컬러의 경우 상기 레드 컬러의 명암에 대한 기여도는 상기 블루 컬러의 기여도에 비해 크므로, R의 사이즈를 B의 사이즈보다 크게 한다.In addition, in the case of other colors such as blue color and red color, the contribution of the red color to the contrast is large compared to the contribution of the blue color, thereby making the size of R larger than the size of B.

예컨대, 컬러별 필터(또는 픽셀)의 사이즈는 명암에 대하여 기여하는 비율에 따라 서로 다른 비율로 정해질 수 있다. 예컨대, 그린 컬러, 레드 컬러, 및 블루 컬러가 명암에 기여하는 비율이 6 : 2.5 : 1.5일 경우, 단위 컬러 필터 어레이 또는 단위 픽셀 패턴에서 컬러별 필터(또는 픽셀)의 사이즈 비율은 명암 기여 비율과 동일한 6 : 2.5 : 1.5로 정해질 수 있다.For example, the size of the color-specific filter (or pixel) may be determined at different ratios according to the ratio that contributes to the contrast. For example, if the ratio of green color, red color, and blue color contributes to the contrast is 6: 2.5: 1.5, the size ratio of the filter (or pixel) per color in the unit color filter array or unit pixel pattern is equal to the contrast contribution ratio. The same can be set to 6: 2.5: 1.5.

본 발명은 각 필터(또는 픽셀)의 사이즈를 종래의 일률적인 필터(또는 픽셀)의 사이즈와 달리 사람의 눈에 맞도록 조절함으로써, 광 감도와, 신호-대-잡음 비를 향상시킬 수 있다.The present invention can improve the light sensitivity and signal-to-noise ratio by adjusting the size of each filter (or pixel) to fit the human eye, unlike the size of a conventional uniform filter (or pixel).

도 2의 (a)는 4개의 단위 패턴들이 배열된 컬러 필터 어레이로서, 각 패턴은 명암 비율에 따라 사이즈가 서로 다른 RGB를 포함하고 있다.2A illustrates a color filter array in which four unit patterns are arranged, and each pattern includes RGB having different sizes according to contrast ratios.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 컬러 필터 어레이를 이루는 각 패턴에서 B와 B가 서로 인접하게 배치되고 R과 R이 서로 인접하게 배치된다.As shown in FIG. 2B, B and B are disposed adjacent to each other and R and R are disposed adjacent to each other in each pattern constituting the color filter array.

도 2의 (c)에 도시된 패턴은 도 2의 (b)에 도시된 패턴의 변형 예이고, 도 2의 (d)에 도시된 패턴은 도 2의 (a)에 도시된 패턴의 변형 예이다.The pattern shown in (c) of FIG. 2 is a modified example of the pattern shown in (b) of FIG. 2, and the pattern shown in (d) of FIG. 2 is a modified example of the pattern shown in (a) of FIG. to be.

도 2에 도시된 각 패턴의 차이는 후속 보간 시에 각각 계산의 차이를 발생시키고, 각각의 특성의 차이를 갖도록 한다.The difference in each pattern shown in FIG. 2 causes a difference in calculation in each subsequent interpolation, and has a difference in each characteristic.

한편, 컬러 필터 어레이(또는 상기 컬러 필터 어레이의 하부에 위치하는 픽셀 어레이) 구조는 도 2를 참조하여 설명한 예와 같이 2*2의 응용 형태 이외에 3*3, 또는 4*4 등이 응용된 모자이크 배열이나 스트라이프 배열 등으로도 구현될 t수 있다.On the other hand, the color filter array (or pixel array positioned below the color filter array) structure is a mosaic in which 3 * 3, 4 * 4, etc. are applied in addition to the application form of 2 * 2, as in the example described with reference to FIG. It can also be implemented as an array or a stripe array.

도 3은 도 2에 도시된 컬러 필터 어레이의 패턴을 포함하는 광감지 소자에서 보간이 이루어지는 부분까지의 개략적인 블록으로 나타낸다.FIG. 3 is a schematic block from an optical sensing element including a pattern of the color filter array shown in FIG. 2 to an interpolation part.

예컨대, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 컬러 필터 어레이를 포함하는 픽셀 어레이(31)는 외부 이미지에 투사된 광신호를 입력받고, 광-전 변환을 통해 해당 광신호에 해당하는 전기 신호를 출력한다. 아날로그 신호 처리부(32)는 상호 연관된 이중 샘플링(Correlated Double Sampling; CDS), 프레임당 휘도의 세기에 따라 증폭 이득을 동적으로 변환하는 자동 이득 조절(Automatic Gain Control; AGC), 및 아날로그 디지털 변환(Analog to Digital Conversion; ADC) 등을 수행한다.For example, the pixel array 31 including a color filter array having a structure as shown in FIG. 2D receives an optical signal projected on an external image and corresponds to the optical signal through photoelectric conversion. Outputs an electrical signal. The analog signal processor 32 includes correlated double sampling (CDS), automatic gain control (AGC) for dynamically converting amplification gains according to the intensity of luminance per frame, and analog to digital conversion (Analog). to Digital Conversion (ADC).

디지털 신호 처리부(33)는 아날로그 신호 처리부(32)로부터 출력된 신호에 대해 컬러 보정(Color Correction), 감마 보정(Gamma Correction), 포화 조절 (Saturation Control), 휘도 조절(Luminance Control), 및 보간(Interpolation) 등을 포함하는 전반적인 이미지 신호 처리(Image Signal Processing) 동작을 수행한다.The digital signal processor 33 may perform color correction, gamma correction, saturation control, luminance control, and interpolation on the signal output from the analog signal processor 32. General image signal processing including interpolation).

여기서, CDS 방식은 아날로그, 디지털, 아날로그/디지털 혼합, 또는 듀얼 CDS 방식 등을 모두 포함할 수 있다.Here, the CDS scheme may include all of analog, digital, analog / digital mixture, or dual CDS scheme.

도 4는 도 2의 (d)와 같은 패턴의 출력 신호의 읽기 동작을 도식적으로 나타낸다.4 is a diagram schematically illustrating an operation of reading an output signal having a pattern as shown in FIG.

읽기 동작은 로(Row) 단위 읽기 방식과 동일하게 수행되므로, N-2 라인(N-2 line)부터 순차적으로 (N+3) 라인(N+3 line)까지 읽게 되며, 각 로에 대한 출력 신호는 칼럼 단위로 출력된다.Since the read operation is performed in the same way as the low unit read method, it reads from the N-2 line (N-2 line) to the (N + 3) line (N + 3 line) sequentially, and outputs the signal for each row. Is output in column units.

도 5는 아날로그-디지털 변환 이후 디지털 RGB 출력 데이터를 도식화하여 나타낸다.5 is a diagram showing digital RGB output data after analog-to-digital conversion.

픽셀 어레이(31)에서 출력된 아날로그 전기 신호는 CDS를 통해 리셋 신호와 감지 신호의 차이로 출력되어 FPN(Fixed Pattern Noise)이 대부분 제거된다. FPN이 대부분 제거된 신호는 다시 ADC를 통해 디지털 신호로 변환되어 출력된다. 도 5는 도 4에 도시된 컬러 필터 어레이(또는 픽셀 어레이) 구조에서 출력된 값들을 그 크기에 비례하도록 도식화한 것이다.The analog electrical signal output from the pixel array 31 is output as a difference between the reset signal and the detection signal through the CDS, so that most of the fixed pattern noise (FPN) is removed. The signal from which most of the FPN is removed is converted into a digital signal through the ADC and output. FIG. 5 is a diagram illustrating values output from the color filter array (or pixel array) structure illustrated in FIG. 4 in proportion to their sizes.

한편, 각 필터가 종래와 같이 동일한 사이즈를 갖는 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 사람의 눈에 대해 민감한 정도로 상기 각 필터의 사이즈에 의해 가중치가 가해져 데이터가 얻어질 수 없을 것이다.On the other hand, if each filter has the same size as in the prior art, as shown in Figure 5 is weighted by the size of each filter to the degree of sensitivity to the human eye will not be able to obtain data.

도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 각 픽셀 및 데이터 값이 디지털 형태로 저장된 메모리에서의 데이터 저장 상태를 도식화하여 나타낸다.FIG. 6 schematically shows a data storage state in a memory in which each pixel and data value as shown in FIG. 5 is stored in a digital form.

도 6에서는 필터(또는 픽셀)의 사이즈와, 상기 사이즈의 차이는 나타내고 있지 않고, 단지 상기 사이즈가 해당 픽셀의 위치별로 유사한 구조를 갖는 메모리에 저장된 상태를 나타낸다. 상기 메모리를 통상 라인 메모리라 한다. 라인 메모리로는 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 또는 SRAM(Static Random Access Memory) 등과 같은 휘발성 메모리(Volatile Memory), 또는 RRAM(Resistive Random Access Memory), PRAM(Phase-change Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), NAND 플래시 메모리, 또는 NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리 (Non-volatile Memory)일 수 있다.In FIG. 6, the size of the filter (or pixel) and the difference in size are not shown, but only the size is stored in a memory having a similar structure for each pixel position. The memory is commonly referred to as line memory. Line memory includes volatile memory such as dynamic random access memory (DRAM) or static random access memory (SRAM), resistive random access memory (RRAM), phase-change random access memory (PRAM), and magnetic memory (MRAM). Non-volatile memory such as Random Access Memory, NAND flash memory, or NOR flash memory.

상기 메모리에 저장된 디지털 값은 보간 과정을 통해 각 픽셀별 레드 컬러 값, 그린 컬러 값, 또는 블루 컬러 값을 갖게 된다.The digital value stored in the memory has a red color value, a green color value, or a blue color value for each pixel through an interpolation process.

도 7은 도 6에 도시된 픽셀 어레이 데이터에 대해 보간을 수행하기 위한 알고리즘의 일 예이다. 도 7을 참조하면, 34번 픽셀은 그린 컬러 값을 갖는 G34 픽셀로 이루어져 있으므로, 34번 픽셀에서의 레드 컬러 값(R34)과 블루 컬러 값(B34)은 도 7에 도시된 알고리즘을 통해 계산될 수 있다.FIG. 7 is an example of an algorithm for performing interpolation on the pixel array data shown in FIG. 6. Referring to FIG. 7, since pixel 34 is composed of G 34 pixels having a green color value, the red color value (R 34 ) and the blue color value (B 34 ) at the pixel 34 are determined by the algorithm shown in FIG. 7. It can be calculated through

즉, G34 픽셀 주변의 레드 픽셀들 R35, R43, R23, 및 R32를 이용하여 예컨대, 평균화 방식을 이용하여 레드 컬러 값(R34)에 대한 계산이 가능하다, 이때, 위치에 따라 정해진 계수(α, β, γ, δ, ε, ζ, 및 η)를 이용하여 가중치가 부여된 후 평균화될 수 있다.That is, using the red pixels R 35 , R 43 , R 23 , and R 32 around the G 34 pixel, it is possible to calculate the red color value R 34 using, for example, an averaging scheme. The weights may be weighted using the coefficients α, β, γ, δ, ε, ζ, and η, which are determined accordingly, and then averaged.

34번 픽셀에 대한 블루 컬러 값(B34)은 주변의 블루 픽셀들 B44, B33, B24, B36과 위치에 따라 정해진 계수(α, β, γ, δ, ε, ζ, 및 η)를 이용하여 가중치를 부여한 후 평균화함으로써 산출할 수 있다.The blue color value B34 for pixel 34 is the coefficients (α, β, γ, δ, ε, ζ, and η) determined according to the surrounding blue pixels B 44 , B 33 , B 24 , B 36 and position. It can be calculated by weighting using and then averaging.

한편, 보간 알고리즘은 이러한 평균화 방식 이외에 다양한 방식에 의해 가능하며, 종래와 다른 점은 각 픽셀 별 사이즈가 배열로 정해지므로 보간 시 가중되는 계수(α, β, γ, δ, ε, ζ, 및 η)가 달라진다는 점이다.On the other hand, the interpolation algorithm is possible by a variety of methods in addition to this averaging method, and the difference from the conventional method is that the coefficients weighted during interpolation (α, β, γ, δ, ε, ζ, and η) because the size of each pixel is determined by an array. ) Is different.

도 8은 다양한 형태의 단위 컬러 필터 어레이들을 나타낸다.8 illustrates various types of unit color filter arrays.

빛의 3원색인 레드, 그린, 및 블루에 비해 간섭이 적어 광 감도가 뛰어난 것으로 알려진 옐로우(Y), 마젠타(Mg), 사이언(Cyan), 및 화이트(W)를 조합하여 여러 가지 다양한 형태의 컬러 필터 어레이 또는 단위 픽셀 패턴 구조가 가능할 것이다.Various combinations of yellow (Y), magenta (Mg), cyan, and white (W), which are known to have excellent light sensitivity due to less interference than the three primary colors of light, are red, green, and blue. Color filter arrays or unit pixel pattern structures may be possible.

이때, 각 컬러별 스펙트럼 분포의 비교에 따라 픽셀의 사이즈가 결정될 수 있다. 도 8의 (a)는 화이트 필터(W)와, 레드 필터(R), 및 블루 필터(B)를 포함하는 구조로서, 화이트 필터(W)의 특성상 그린 필터(G)와 같은 또는 그 이상의 명암에 대한 기여도가 반영되어 필터(또는 픽셀 사이즈)가 레드 필터(R) 및 블루 필터(B)에 비해 현저하게 큼을 알 수 있다.In this case, the size of the pixel may be determined according to the comparison of the spectrum distribution for each color. FIG. 8A illustrates a structure including a white filter W, a red filter R, and a blue filter B. The white filter W has the same or higher contrast than the green filter G. The contribution to is reflected, indicating that the filter (or pixel size) is significantly larger than the red filter (R) and the blue filter (B).

도 8의 (b)를 참조하면, 레드 필터(R)와 블루 필터(B) 대신에 마젠타 필터 (Mg)와 사이언 필터(Cy)가 대체된 형태로서, 광 스펙트럼 분포상 사이언 필터(Cy)가 마젠타 필터(Mg)에 비해 명암에 대한 기여도가 높아 마젠타 필터(Mg)의 사이즈가 사이언 필터(Cy)의 사이즈보다 크게 주어진 것을 알 수 있다.Referring to (b) of FIG. 8, the magenta filter (Mg) and the cyan filter (Cy) are replaced with the red filter (R) and the blue filter (B), and the cyan filter (Cy) on the light spectrum distribution is magenta. It can be seen that the magenta filter Mg has a larger contribution than the filter Mg, and the size of the magenta filter Mg is larger than that of the cyan filter Cy.

도 8의 (c)는 그린 필터(G)와 마젠타 필터(Mg)와 사이언 필터(Cy)로 구성되어, 명암의 기여도에 따라 각 필터의 사이즈가 결정된 것을 알 수 있다.8C is composed of the green filter G, the magenta filter Mg, and the cyan filter Cy, and it can be seen that the size of each filter is determined according to the contribution of contrast.

도 8의 (d)는 옐로우 필터(Ye)와 사이언 필터(Cy)와 마젠타 필터(Mg)와 같은 보색 필터들로만 구성된 형태를 보이고 있는바, 옐로우 필터(Ye)와 사이언 필터 (Cy)의 경우, 광 스펙트럼 분포상 명암에 기여하는 정도가 서로 비슷하므로 두 필터(Ye와 Cy)의 사이즈가 서로 비슷함을 알 수 있다.FIG. 8 (d) shows a form composed only of complementary color filters such as yellow filter Ye, cyan filter Cy, and magenta filter Mg. In case of yellow filter Ye and cyan filter Cy, Since the contributions to light and shade in the light spectrum distribution are similar to each other, it can be seen that the sizes of the two filters (Ye and Cy) are similar to each other.

각 컬러 필터별 명암에 기여하는 순위는 다음과 같다. The ranks that contribute to the contrast of each color filter are as follows.

화이트 필터(W)≥ 옐로우 필터(Ye) ≥ 사이언 필터(Cy) ≥ 마젠타 필터(Mg) ≥ 그린 필터(G) ≥ 레드 필터(R) ≥ 블루 필터(B)의 순이고 사이즈 차이의 비율 및 순서는 외부 광의 크기, 반사(reflection) 매질, 또는 센서(sensor)의 특성에 따라 다르다. White filter (W) ≥ Yellow filter (Ye) ≥ Cyan filter (Cy) ≥ Magenta filter (Mg) ≥ Green filter (G) ≥ Red filter (R) ≥ Blue filter (B) and the ratio and order of the size difference Depends on the size of the external light, the reflection medium, or the characteristics of the sensor.

표 1은 화이트 필터(W)를 1로 했을 경우 각 컬러 필터별 명암에 기여하는 정도의 비율을 나타낸 예이다. Table 1 is an example which shows the ratio of the degree which contributes to the contrast by each color filter when the white filter W is set to one.

WhiteWhite YellowYellow CyanCyan MagentaMagenta GreenGreen RedRed BlueBlue 1One 0.4133260.413326 0.404840.40484 0.3709530.370953 0.2110480.211048 0.1890110.189011 0.1819420.181942

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 광 검출 소자들을 도시한 회로도이다.9 is a circuit diagram illustrating photodetecting devices according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 9의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 감지 소자는 광 감지기(photo sensitive device; PD), 전송 트랜지스터(TX), 플로팅 디퓨젼 노드 (floating diffusion node; FD), 리셋 트랜지스터(Rx), 드라이브 트랜지스터(또는, 소스 팔로우 트랜지스터, DX), 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9A, a photosensitive device according to an exemplary embodiment may include a photo sensitive device (PD), a transmission transistor (TX), a floating diffusion node (FD), It may include a reset transistor Rx, a drive transistor (or a source follow transistor, DX), and a selection transistor SX.

광 감지기(PD)는 외부로부터 광(빛, light)을 수신하고, 수신된 광에 기초하여 광 전하(Photocharge)를 생성한다. 실시 예에 따라 광 감지기(PD)는 제어부(도시하지 않음)로부터 출력되는 제어 신호에 응답하여 온/오프될 수 있다. 광 감지기 (PD)가 온 상태일 때 광 감지기(PD)는 입사되는 빛을 감지하여 광전하를 생성할 수 있다. 반면, 광 감지기(PD)가 오프 상태일 때 광 감지기(PD)는 입사되는 빛을 감지하지 않는다. 광 감지기(PD)는 포토다이오드(Photo diode), 포토트랜지스터(Photo transistor), 포토게이트(Photogate), 핀드 포토다이오드(PPD; Pinned Photo Diode) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The photo detector PD receives light from the outside and generates a photocharge based on the received light. According to an embodiment, the light detector PD may be turned on / off in response to a control signal output from a controller (not shown). When the light detector PD is in the on state, the light detector PD may generate photocharges by sensing incident light. On the other hand, when the light detector PD is in the off state, the light detector PD does not detect incident light. The photo detector PD may include at least one of a photo diode, a photo transistor, a photogate, a pinned photo diode (PPD), and a combination thereof.

광 감지 소자의 동작을 구체적으로 설명하면, 전송 트랜지스터(TX)의 게이팅 동작에 응답하여 광 감지기(PD)에서 생성된 광전하가 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송된다. 보다 구체적으로, 트랜스퍼 제어신호(TG)가 제1레벨(예컨대, 하이 레벨)일때 트랜스퍼 트랜지스터(TX)가 턴-온되고, 광 감지기(PD)에서 생성된 광전하가 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전달된다. The operation of the photosensitive device will be described in detail. In response to the gating operation of the transfer transistor TX, the photocharge generated by the photodetector PD is transferred to the floating diffusion node FD. More specifically, when the transfer control signal TG is at the first level (eg, the high level), the transfer transistor TX is turned on, and the photocharge generated by the photo detector PD is transferred to the floating diffusion node FD. Delivered.

드라이브 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower buffer Amplifier) 역할을 하여 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 충전된 전하에 대응하는 신호를 버퍼링한다. The drive transistor DX acts as a source follower buffer amplifier to buffer a signal corresponding to the charge charged in the floating diffusion node FD.

또한, 선택 트랜지스터(SX)는 선택 제어신호(SEL)에 응답하여 광 감지 소자를 선택하기 위한 스위칭 동작 및 어드레스 동작을 수행한다. In addition, the selection transistor SX performs a switching operation and an address operation for selecting the photosensitive device in response to the selection control signal SEL.

플로팅 디퓨전 노드(FD)에 저장되어 드라이브 트랜지스터(DX)에 의해 드라이빙된 광 전하는 리셋 트랜지스터(RX)에 의해 리셋된다. 보다 구체적으로, 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 제어신호(RS)에 응답하여 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 저장되어 있는 광 전하를 CDS 동작을 위한 일정한 주기로 리셋시킨다. The photocharge stored in the floating diffusion node FD and driven by the drive transistor DX is reset by the reset transistor RX. More specifically, the reset transistor RX resets the photo charges stored in the floating diffusion region FD at regular intervals for the CDS operation in response to the reset control signal RS.

도 9의(a)에서는 하나의 광 감지기(PD)와 4개의 MOS트랜지스터들(TX, RX, DX, 및 SX)을 구비하는 광 감지 소자를 예시하고 있지만 본 발명에 따른 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니며, 드라이브 트랜지스터(DX)와 선택 트랜지스터(SX)를 구비하는 적어도 3개의 트랜지스터과 광 감지기(PD)를 포함하는 모든 회로들에 본 발명에 따른 실시 예가 적용될 수 있다. 광 감지 소자의 다른 실시 예가 도 9의 (b) 내지 도 9의 (d)에 도시된다.In FIG. 9A, an optical sensing device including one photodetector PD and four MOS transistors TX, RX, DX, and SX is illustrated, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto. The embodiment according to the present invention may be applied to all circuits including at least three transistors including the drive transistor DX and the selection transistor SX and the photodetector PD. Another embodiment of the photosensitive device is shown in FIGS. 9 (b) to 9 (d).

도 9의 (b)에 도시된 광 감지 소자는 3-트랜지스터들을 포함하는 광 감지 소자로서 광 감지기(PD), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(또는, 소스 팔로우 트랜지스터, DX), 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. The photosensitive device shown in FIG. 9B is a photosensitive device including three transistors and includes a photodetector PD, a reset transistor RX, a drive transistor (or a source follow transistor, DX), and a select transistor. (SX) may be included.

도 9의 (c)에 도시된 광 감지 소자는 5-트랜지스터들을 포함하는 광 감지 소자로서, 광 감지기(PD), 리셋 트랜지스터(Rx), 드라이브 트랜지스터(또는, 소스 팔로우 트랜지스터, DX), 및 선택 트랜지스터(SX) 외에 하나의 트랜지스터(GX)를 더 포함한다. The photosensitive device illustrated in FIG. 9C is a photosensitive device including five transistors, and includes a photodetector PD, a reset transistor Rx, a drive transistor (or a source follow transistor, DX), and a selection. In addition to the transistor SX, it further includes one transistor GX.

도 9의 (d)에 도시된 광 감지 소자는 5-트랜지스터들을 포함하는 광 감지 소자로서, 광 감지기(PD), 리셋 트랜지스터(Rx), 드라이브 트랜지스터(또는, 소스 팔로우 트랜지스터, DX), 선택 트랜지스터(SX) 외에 두 개의 트랜지스터(GX, PX)를 더 포함한다.The photosensitive device illustrated in FIG. 9D is a photosensitive device including five transistors, and includes a photodetector PD, a reset transistor Rx, a drive transistor (or a source follow transistor, DX), and a select transistor. In addition to (SX), it further includes two transistors (GX, PX).

한편, 도 9에 도시된 바와 같은 다양한 형태의 광 감지 소자들은 상술한 바와 같이 각 픽셀들이 독립적인 구조를 가질 수도 있고, 적어도 하나의 구성 요소를 서로 공유할 수 있다. 예컨대, 도 9의 (a)의 구성에서 2개 또는 4개의 픽셀이 광 감지기(PD)와 트랜스퍼 트랜지스터(TX)만을 독립적으로 구성하고, 나머지 부분은 서로 공유한 상태에서 타이밍 컨트롤을 통해 독립된 동작을 할 수 있다. Meanwhile, as described above, the various types of photosensitive devices as illustrated in FIG. 9 may have independent structures, or may share at least one component with each other. For example, in the configuration of FIG. 9A, two or four pixels independently configure only the photodetector PD and the transfer transistor TX, and the rest of the pixels are independent of each other through timing control. can do.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 광 감지 장치의 블록도이다. 도 10을 참조하면, 광 감지 장치(112)는 픽셀 어레이(11), 로우 어드레스 디코더(Row Address Decoder, 13), 로우 드라이버(Row Driver, 12), 칼럼 어드레스 디코더(Column Address Decoder, 16), 칼럼 드라이버(Column Driver, 15), 샘플 앤 홀드 블록 (Sample & Hold Block, 17), ADC(18), 및 ISP(Image Signal Processor, 19)를 포함한다.10 is a block diagram of an optical sensing device according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the photodetector 112 includes a pixel array 11, a row address decoder 13, a row driver 12, a column address decoder 16, A column driver (15), a sample & hold block (Sample & Hold Block, 17), an ADC (18), and an ISP (Image Signal Processor, 19).

픽셀 어레이(11)는 도 2 및 도 8 도시된 단위 컬러 필터 어레이를 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 픽셀 어레이(11)는 RGB이외에 다른 컬러 필터(Mg(마젠타), Cy(사이언), Ye(옐로우), B(Black), 및 W(White) 등)이 혼합된 배열을 가질 수 있음은 물론이다.The pixel array 11 may have a structure including the unit color filter array shown in FIGS. 2 and 8. However, the pixel array 11 may have an array in which other color filters (Mg (magenta), Cy (cyan), Ye (yellow), B (Black), W (white), etc.) other than RGB may be mixed. Of course.

픽셀 어레이(11)를 구성하는 복수의 픽셀들 각각은 로우 드라이버(12)에서 발생한 복수의 제어 신호들에 응답하여 픽셀 신호들(예컨대, 레드 컬러 신호, 그린 컬러 신호, 블루 컬러 신호, 마제타 컬러 신호, 사이언 컬러 신호, 엘로우 컬러 신호, 또는 화이트 컬러 신호)를 칼럼(Column) 단위로 출력할 수 있다.Each of the plurality of pixels constituting the pixel array 11 may include pixel signals (eg, a red color signal, a green color signal, a blue color signal, a mazeta color) in response to a plurality of control signals generated by the row driver 12. Signal, cyan color signal, yellow color signal, or white color signal) may be output in a column unit.

제어부(14)는 픽셀 어레이(11), 로우 어드레스 디코더(13), 로우 드라이버(12), 칼럼 어드레스 디코더(16), 칼럼 드라이버(15), 샘플 앤 홀드 블록(17), ADC(18), 및 ISP(19)의 동작을 제어하기 위한 복수의 제어 신호들을 출력할 수 있으며, 픽셀 어레이(11)에서 감지된 신호의 출력을 위한 어드레스 신호들을 생성할 수 있다.The controller 14 includes a pixel array 11, a row address decoder 13, a row driver 12, a column address decoder 16, a column driver 15, a sample and hold block 17, an ADC 18, And a plurality of control signals for controlling the operation of the ISP 19, and may generate address signals for outputting a signal sensed by the pixel array 11.

보다 상세하게는, 제어부(14)는 픽셀 어레이(11)에 구현된 복수의 픽셀들 중에서 어느 하나의 픽셀에서 감지된 신호의 출력을 위하여 어느 하나의 픽셀이 접속된 로우 라인을 선택하기 위하여 로우 어드레스 디코더(13)와 로우 드라이버(12)를 제어할 수 있다.More specifically, the controller 14 may select a row address to select a row line to which any one pixel is connected for outputting a signal detected at any one of a plurality of pixels implemented in the pixel array 11. The decoder 13 and the row driver 12 may be controlled.

또한, 제어부(14)는 어느 하나의 픽셀이 접속된 칼럼 라인을 선택하기 위하여 칼럼 어드레스 디코더(16)와 칼럼 드라이버(15)를 제어할 수 있다.In addition, the controller 14 may control the column address decoder 16 and the column driver 15 to select a column line to which any one pixel is connected.

로우 어드레스 디코더(13)는 제어부(14)에서 출력되는 로우 제어 신호를 디코딩하고, 디코딩된 로우 제어 신호를 출력하며, 로우 드라이버(12)는 로우 어드레스 디코더(13)에서 출력되는 디코딩된 로우 제어 신호에 응답하여 픽셀 어레이(11)의 로우 라인을 선택적으로 활성화시킨다.The row address decoder 13 decodes the row control signal output from the controller 14, outputs the decoded row control signal, and the row driver 12 outputs the decoded row control signal output from the row address decoder 13. In response, the row line of the pixel array 11 is selectively activated.

칼럼 어드레스 디코더(16)는 제어부(14)에서 출력되는 칼럼 제어 신호(예컨대, 어드레스 신호)를 디코딩하고 디코딩된 칼럼 제어 신호를 출력하며, 칼럼 드라이버(15)는 칼럼 어드레스 디코더(16)에서 출력되는 디코딩된 칼럼 제어 신호에 응답하여 픽셀 어레이(11)의 칼럼 라인을 선택적으로 활성화시킨다.The column address decoder 16 decodes a column control signal (eg, an address signal) output from the controller 14 and outputs the decoded column control signal, and the column driver 15 is output from the column address decoder 16. The column line of the pixel array 11 is selectively activated in response to the decoded column control signal.

샘플 앤 홀드 블록(17)은 로우 드라이버(12) 및 칼럼 드라이버(15)에 의해서 선택된 픽셀에서 출력된 픽셀 신호를 샘플 앤 홀드할 수 있다. The sample and hold block 17 may sample and hold the pixel signal output from the pixel selected by the row driver 12 and the column driver 15.

ADC(18)는 샘플 앤 홀드 블록(17)에서 출력되는 신호들을 아날로그-디지털 변환하여 아날로그-디지털 변환된 픽셀 데이터를 출력한다. 이때, 샘플 앤 홀드 블록(17)과 ADC(18)는 하나의 칩(Chip)으로 구현될 수 있다.The ADC 18 analog-to-digital converts signals output from the sample and hold block 17 to output analog-digital converted pixel data. In this case, the sample and hold block 17 and the ADC 18 may be implemented as one chip.

ADC(18)는 샘플 앤 홀드 블록(17)에서 출력되는 신호들을 상관 이중 샘플링하는 CDS 회로(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있으며, ADC(18)는 CDS를 통해 출력되는 신호와 비교 신호 예컨대, 램프 신호(도시하지 않음)를 비교하고, 그 비교결과를 아날로그-디지털 변환된 픽셀 데이터로서 출력할 수 있다. The ADC 18 may further include a CDS circuit (not shown) for correlating double sampling the signals output from the sample and hold block 17, and the ADC 18 may include a signal and a comparison signal, for example, output through the CDS. Ramp signals (not shown) can be compared and the comparison results can be output as analog-digital converted pixel data.

ISP(19)는 ADC(18)에서 출력된 픽셀 데이터에 기초하여 디지털 영상 처리를 수행한다. ISP(19)는 전술한 바와 같은 보간을 수행하고, 보간된 신호를 출력한다. 또한, ISP(19)는 에지를 강화하는 에지 강화 기능, 또는 의사(pseudo) 색 성분을 억제하는 기능 등을 더 수행할 수 있다. The ISP 19 performs digital image processing based on the pixel data output from the ADC 18. The ISP 19 performs interpolation as described above and outputs the interpolated signal. In addition, the ISP 19 may further perform an edge enhancement function for strengthening an edge, a function for suppressing pseudo color components, and the like.

도 11은 도 10에 도시된 광 감지 장치를 포함하는 반도체 시스템의 개략적인 블록도이다.FIG. 11 is a schematic block diagram of a semiconductor system including the light sensing device illustrated in FIG. 10.

예컨대, 반도체 시스템(110)은 컴퓨터 시스템(Computer System), 휴대용 통신 단말기(Mobile Communication Terminal), 카메라 시스템(Camera System), 스캐너(Scanner), 네비게이션 시스템(Navigation System), 비디오폰(Videophone), 감독 시스템(Supervision System), 자동 포커스 시스템(Automatic Focus System), 추적 시스템(Tracing System), 동작 감시 시스템(Operation Monitoring System), 이미지 안정화 시스템(Image Stabilization System) 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the semiconductor system 110 may be a computer system, a mobile communication terminal, a camera system, a scanner, a navigation system, a videophone, a director. Supervision System, Automatic Focus System, Tracing System, Operation Monitoring System, Image Stabilization System, etc. may be exemplified, but the present invention is not limited thereto. no.

도 11을 참조하면, 반도체 시스템(110)의 한 종류인 컴퓨터 시스템은 버스 (111), 중앙 정보 처리 장치(CPU; 114), 광 감지 장치(112), 및 메모리 장치(113)를 포함한다.Referring to FIG. 11, a computer system, which is a type of semiconductor system 110, includes a bus 111, a central information processing unit (CPU) 114, an optical sensing device 112, and a memory device 113.

또한, 반도체 시스템(110)은 버스(111)에 접속되어 외부와 통신할 수 있는 인터페이스(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 여기서 인터페이스는 예컨대, 직렬 또는 병렬의 유선(Wired) 인터페이스일 수 있으며, 무선(Wireless) 인터페이스일 수 있다.In addition, the semiconductor system 110 may further include an interface (not shown) connected to the bus 111 to communicate with the outside. In this case, the interface may be, for example, a serial interface or a wired interface, and may be a wireless interface.

CPU(114)는 광 감지 장치(112)의 동작을 제어할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있으며, 버스(111)를 통해 광 감지 장치 (112)에 제어 신호를 제공할 수 있다.The CPU 114 may generate a control signal for controlling the operation of the light sensing device 112, and may provide a control signal to the light sensing device 112 through the bus 111.

메모리 장치(113)는 광 감지 장치(113)로부터 출력되는 영상 신호를 버스 (111)를 통해 제공받고, 이를 저장할 수 있다.The memory device 113 may receive an image signal output from the light sensing device 113 through the bus 111 and store the image signal.

한편, 광 감지 장치(112)는 CPU(114) 및 메모리 장치(113) 등과 함께 집적될 수 있으며, 경우에 따라서는 디지털 신호 처리 장치(Digital Signal Processor; DSP)가 함께 집적되거나, 또는 광 감지 장치(112)만 별개의 칩에 집적될 수도 있다.Meanwhile, the light sensing device 112 may be integrated with the CPU 114 and the memory device 113, and in some cases, a digital signal processor (DSP) may be integrated together, or the light sensing device may be integrated. Only 112 may be integrated into a separate chip.

본 명세서에서는 컬러 필터와 상기 컬러 필터를 통과한 광신호를 감지할 수 있는 픽셀이 동일한 의미로 사용될 수 있다.In the present specification, a color filter and a pixel capable of detecting an optical signal passing through the color filter may be used as the same meaning.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like.

또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인 (Functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion. And functional programs, codes and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

11: 픽셀 어레이
12: 로우 드라이버
13: 로우 어드레스 디코더
14: 컨트롤 유닛
15: 컬럼 드라이버
16: 컬럼 어드레스 디코더
31: 픽셀 어레이
32: 아날로그 신호 처리부
33: 디지털 신호 처리부
11: pixel array
12: low driver
13: row address decoder
14: control unit
15: column driver
16: column address decoder
31: pixel array
32: analog signal processing unit
33: digital signal processing unit

Claims (8)

빛의 명암도에 기여하는 정도가 가장 큰 제1 픽셀과, 상기 제1픽셀에 비해 명암도에 기여하는 정도가 작은 제2픽셀과, 상기 제2픽셀에 비해 명암도에 기여하는 정도가 작은 제3픽셀을 포함하며,
상기 제1픽셀부터 제3픽셀은 상기 명암도에 기여하는 정도에 따라 그 사이즈가 결정되는 광 감지 소자의 단위 픽셀 패턴.
A first pixel that contributes the most to the intensity of light, a second pixel that contributes less to the contrast than the first pixel, and a third pixel that contributes less to the contrast than the second pixel. Include,
The unit pixel pattern of the light sensing device of the first pixel to the third pixel is determined in size depending on the degree of contribution to the contrast.
제1항에 있어서,
상기 제1픽셀부터 상기 제3픽셀의 사이즈는 상기 명암도에 기여하는 정도의 비율에 따라 결정되는 광 감지 소자의 단위 픽셀 패턴.
The method of claim 1,
The unit pixel pattern of the light sensing device according to the size of the first pixel to the third pixel is determined according to the ratio of the degree of contribution to the contrast.
제2항에 있어서,
상기 제1픽셀부터 상기 제3픽셀의 사이즈는 상기 명암도에 기여하는 정도의 비율에 비례하여 결정되는 광 감지 소자의 단위 픽셀 패턴.
The method of claim 2,
The unit pixel pattern of the photosensitive device, wherein the size of the first pixel to the third pixel is determined in proportion to the ratio of the degree of contribution to the contrast.
제1항에 있어서,
상기 제1픽셀은 그린 컬러 또는 화이트 컬러를 포함하는 광 감지 소자의 단위 픽셀 패턴.
The method of claim 1,
The first pixel is a unit pixel pattern of the light sensing device including a green color or a white color.
빛의 명암에 기여하는 정도가 가장 큰 제1픽셀과, 상기 제1픽셀에 비해 명암도에 기여하는 정도가 작은 제2픽셀과, 상기 제2픽셀에 비해 명암도에 기여하는 정도가 작은 제3픽셀을 포함하며, 상기 제1픽셀부터 상기 제3픽셀은 상기 명암도에 기여하는 정도에 따라 그 사이즈가 결정되는 광 감지 소자의 단위 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이;
상기 픽셀 어레이의 출력 신호를 처리하는 신호 처리부를 포함하며,
상기 신호 처리부는 상기 제1픽셀부터 상기 제3픽셀의 명암도에 기여하는 정도에 따라 부여된 특정의 계수를 이용하여 보간을 실시하는 광 감지 장치.
A first pixel having the greatest contribution to light and darkness, a second pixel having a smaller contribution to the contrast than the first pixel, and a third pixel having a contribution to the contrast less than the second pixel. A pixel array including unit pixels of the photosensitive device, the size of which is determined according to the degree of contribution to the contrast;
A signal processor configured to process an output signal of the pixel array;
And the signal processing unit interpolates using a specific coefficient given according to the degree of contribution to the contrast of the first to third pixels.
제5항에 있어서,
상기 제1픽셀 내지 상기 제3픽셀의 사이즈는 상기 명암도에 기여하는 정도의 비율에 따라 결정되는 광 감지 장치.
The method of claim 5,
The size of the first pixel to the third pixel is determined according to the ratio of the degree of contribution to the contrast.
제6항에 있어서,
상기 제1픽셀 내지 상기 제3픽셀의 사이즈는 상기 명암도에 기여하는 정도의 비율에 비례하여 결정되는 광 감지 장치.
The method of claim 6,
The size of the first pixel to the third pixel is determined in proportion to the ratio of the contribution to the contrast.
제5항에 있어서,
상기 제1픽셀은 그린 컬러 또는 화이트 컬러를 포함하는 광 감지 장치.
The method of claim 5,
The first pixel includes a green color or a white color.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150122064A (en) * 2014-04-22 2015-10-30 옵티즈 인코포레이티드 Color filter and photodiode patterning configuration
KR20180065169A (en) * 2016-12-07 2018-06-18 에스케이하이닉스 주식회사 Image Sensor Including Photodiodes Having Different Sizes with Each Other

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