KR20120118348A - 이미지 센서, 이를 포함하는 이미지 처리 장치, 및 이들의 제조 방법 - Google Patents

이미지 센서, 이를 포함하는 이미지 처리 장치, 및 이들의 제조 방법 Download PDF

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KR20120118348A
KR20120118348A KR1020110035853A KR20110035853A KR20120118348A KR 20120118348 A KR20120118348 A KR 20120118348A KR 1020110035853 A KR1020110035853 A KR 1020110035853A KR 20110035853 A KR20110035853 A KR 20110035853A KR 20120118348 A KR20120118348 A KR 20120118348A
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최성호
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삼성전자주식회사
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Abstract

이미지 센서가 개시된다. 상기 이미지 센서는 픽셀 어레이의 액티브 영역(active region)에 위치하는 다수의 제1 픽셀들 및 상기 픽셀 어레이의 옵티컬 블랙 영역(optical black region)에 위치하는 다수의 제2 픽셀들을 포함하고, 상기 다수의 제2 픽셀들 각각은 접지와 플로팅 확산 영역(floating diffusion region) 사이에 접속된 전송 트랜지스터를 포함하고, 상기 전송 트랜지스터의 게이트로 상기 전송 트랜지스터를 턴-오프(turn off)시키기 위한 전송 제어 신호가 입력된다.

Description

이미지 센서, 이를 포함하는 이미지 처리 장치, 및 이들의 제조 방법{IMAGE SENSOR, IMAGE PROCESSING SYSTEM HAVING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD THEROF}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 가로줄 노이즈(horizontal noise)를 제거하기 위하여 전송 트랜지스터의 게이트로 상기 전송 트랜지스터를 턴-오프(turn off)시키기 위한 전송 제어 신호가 입력되는 이미지 센서, 이를 포함하는 이미지 처리 장치, 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
CMOS 이미지 센서는 암전류(dark current)를 측정하기 위해 픽셀 어레이(pixel array)의 옵티컬 블랙 영역(optical black region)에 OB 픽셀(optical black pixel)을 포함하고 있다. 그러나, 상기 OB 픽셀의 구동시에 발생하는 고정 패턴 잡음(fixed pattern noise)에 의해 가로줄 노이즈(horizontal noise)가 발생한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 고정 가로줄 노이즈를 제거할 수 있는 이미지 센서, 이를 포함하는 이미지 처리 장치, 및 이들의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이의 액티브 영역(active region)에 위치하는 다수의 제1 픽셀들 및 상기 픽셀 어레이의 옵티컬 블랙 영역(optical black region)에 위치하는 다수의 제2 픽셀들을 포함하고, 상기 다수의 제2 픽셀들 각각은 접지와 플로팅 확산 영역(floating diffusion region) 사이에 접속된 전송 트랜지스터를 포함하고, 상기 전송 트랜지스터의 게이트로 상기 전송 트랜지스터를 턴-오프(turn off)시키기 위한 전송 제어 신호가 입력된다.
상기 다수의 제2 픽셀들 각각은 상기 접지와 상기 전송 트랜지스터 사이에 접속된 광전 변환 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 전송 제어 신호는 DC 전압일 수 있다.
또한, 상기 전송 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터이고, 상기 전송 제어 신호는 접지 전압(GND)일 수 있다.
또한, 상기 전송 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터이고, 상기 전송 제어 신호는 전원 전압(VDD)일 수 있다.
상기 옵티컬 블랙 영역은 상기 액티브 영역의 양측에 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 장치는 상기 이미지 센서 및 상기 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 프로세서를 포함한다.
상기 다수의 제2 픽셀들 각각은 상기 접지와 상기 전송 트랜지스터 사이에 접속된 광전 변환 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 전송 제어 신호는 DC 전압일 수 있다.
또한, 상기 전송 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터이고, 상기 전송 제어 신호는 접지 전압(GND)일 수 있다.
또한, 상기 전송 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터이고, 상기 전송 제어 신호는 전원 전압(VDD)일 수 있다.
상기 옵티컬 블랙 영역은 상기 액티브 영역의 양측에 구현될 수 있다.
상기 이미지 처리 장치는 이동 전화기일 수 있다.
또한, 상기 이미지 처리 장치는 태블릿 PC(tablet personal computer)일 수 있다.
또한, 상기 이미지 처리 장치는 DSLR 카메라(digital single-lens reflex camera)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 옵티컬 블랙 영역에 광전 변환 소자를 형성하는 단계, 상기 옵티컬 블랙 영역에 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계, 상기 광전 변환 소자에 의해서 생성된 광전하들을 상기 플로팅 확산 영역으로 전송하기 위한 전송 트랜지스터를 형성하는 단계, 및 상기 전송 트랜지스터의 게이트를 접지(GND)에 접속하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 처리 장치의 제조 방법은 상기 이미지 센서의 제조 방법, 및 상기 이미지 센서를 상기 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 프로세서에 접속하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 가로줄 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 픽셀의 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제2 픽셀의 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제2 픽셀의 다른 실시예의 회로도이다.
도 5는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치의 블럭도이다.
도 6은 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 처리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
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.
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.
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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(10), 예컨대 CMOS 이미지 센서는 픽셀 어레이(100), 로우 드라이버(200), 상관 이중 샘플링 블럭(300), 아날로그 디지털 컨버터(400), 버퍼(500), 램프 신호 생성기(ramp generator, 600), 및 타이밍 제너레이터(timing generator, 700)를 포함한다.
픽셀 어레이(100)는 액티브 영역(active region; 120)에 위치하는 다수의 제1 픽셀들(P) 및 옵티컬 블랙 영역(optical black region; 140)에 위치하는 다수의 제2 픽셀들(OP)을 포함한다. 다수의 제1 픽셀들(P) 각각은 레드(red) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 레드 픽셀, 그린(green) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 그린 픽셀, 및 블루(blue) 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하기 위한 블루 픽셀을 포함할 수 있다.
또한, 제1 픽셀들(P) 각각의 상부에는 특정 스펙트럼 영역의 빛을 투과시키기 위한 각각의 컬러 필터 어레이가 배열될 수 있다.
옵티컬 블랙 영역(140)은 액티브 영역(120)의 양측에 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 옵티컬 블랙 영역(140)은 액티브 영역(120)의 일측면에만 구현될 수 있다.
로우 드라이버(200)는 타이밍 제너레이터(700)의 제어에 따라 다수의 제1 픽셀들(P) 각각과 다수의 제2 픽셀들(OP) 각각의 광감지 동작을 제어하기 위한 다수의 제어 신호들을 생성할 수 있다. 로우 드라이버(200)는 로우(row) 단위로 픽셀들을 구동할 수 있다.
상관 이중 샘플링 블럭(300)은 타이밍 제너레이터(700)로부터 출력된 제어 신호들에 응답하여 픽셀 어레이(100)로부터 출력된 신호들 각각에 대하여 CDS(correlated double sampling)을 수행한다.
아날로그 디지털 컨버터(400)는 CDS된 신호들 각각을 아날로그-디지털 변환하여 디지털 신호들 각각을 출력한다. 아날로그 디지털 컨버터(400)는 비교 블럭(420) 및 카운터 블럭(440)을 포함한다.
비교 블럭(420)은 다수의 비교기들(Comp)을 포함하며, 다수의 비교기들(Comp) 각각은 상관 이중 샘플링 블럭(300) 및 램프 신호 생성기(600)와 연결된다. 이때, 상관 이중 샘플링 블럭(300)은 비교기(422)의 제1 입력단에, 램프 신호 생성기(600)는 비교기(422)의 제2 입력단에 연결될 수 있다.
비교기(422)는 상관 이중 샘플링 블럭(300)의 출력 신호와 램프 신호 생성기(600)로부터 발생된 램프 신호(Ramp) 값을 수신하고, 상관 이중 샘플링 블럭(300)의 상기 출력 신호와 상기 램프 신호(Ramp) 값을 비교하여 비교 결과 신호를 출력할 수 있다. 이때, 비교기(422)로부터 출력되는 상기 비교 결과 신호는 외부 빛의 조도에 따라 달라지는 영상 신호와 리셋 신호의 차이 값에 해당할 수 있다. 상기 영상 신호와 상기 리셋 신호의 차이를 출력하기 위하여 상기 램프 신호(Ramp)가 이용되며, 상기 영상 신호와 상기 리셋 신호의 차이가 픽업(pick-up)되어 램프 신호의 기울기에 따라 출력될 수 있다. 상기 램프 신호 생성기(600)는 타이밍 제너레이터(700)에서 발생된 제어 신호에 기초해 동작할 수 있다.
카운터 블럭(440)은 다수의 카운터들(Counter)을 포함하며, 다수의 카운터들(Counter) 각각은 다수의 비교기들(Comp) 중 대응되는 비교기의 출력단에 연결되며, 타이밍 제너레이터(700)로부터 입력되는 클락(CNT_CLK)에 따라 상기 비교 결과 신호를 카운팅하여 디지털 신호로 출력한다. 이때, 상기 클락(CNT_CLK)은 타이밍 제너레이터(700)에서 발생된 카운터 제어 신호에 기초하여, 카운터 블럭(440) 내부 또는 타이밍 제너레이터(700) 내부에 위치한 카운터 컨트롤러(미도시)에 의해 발생될 수 있다.
이때, 카운터(442)는 업/다운 카운터(Up/Down Counter) 및 비트-와이즈 카운터(Bit-wise Inversion Counter)를 포함한다. 이때, 상기 비트-와이즈 카운터는 상기 업/다운 카운터와 비슷한 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 비트 와이즈 카운터는 업 카운트만 수행하는 기능 및 특정 신호가 들어오면 카운터 내부의 모든 비트를 반전하여 1의 보수(1's complement)로 만드는 기능을 수행할 수 있기 때문에, 이를 이용하여 리셋 카운트(reset count)를 수행한 후 이를 반전하여 1의 보수, 즉 음수 값으로 변환할 수 있다.
버퍼(500)는 컬럼 메모리 블럭(520) 및 센스 엠프(540)를 포함하고, 컬럼 메모리 블럭(520)은 다수의 메모리(522)들을 포함한다.
상기 다수의 메모리(522)들은 타이밍 제너레이터(700)에서 발생된 제어 신호에 기초하여, 컬럼 메모리 블럭(520)의 내부 또는 타이밍 제너레이터(700)의 내부에 위치한 메모리 컨트롤러(미도시)에 의해 발생된 메모리 제어 신호에 따라 동작할 수 있다. 다수의 메모리(522)들 각각은 SRAM(Static Random Access Memory)으로 구현될 수 있다.
컬럼 메모리 블럭(520)은 상기 메모리 제어 신호에 따라, 상기 다수의 카운터들(Counter)이 카운팅하여 출력한 디지털 신호를 임시 저장한 후 센스 앰프(540)로 출력하며, 센스 앰프(540)는 이를 센싱하고 증폭해 출력한다.
타이밍 제너레이터(700)는 각 구성 요소들(200, 300, 및 600) 각각의 동작을 제어하기 위한 제어 신호들을 출력한다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 픽셀의 회로도이다.
제1 픽셀(122)은 제1 광전 변환 소자(PD1), 제1 전송 트랜지스터(TX1), 제1 리셋 트랜지스터(RX1), 제1 드라이브 트랜지스터(DX1), 및 제1 셀렉트 트랜지스터(SX1)를 포함한다.
제1 광전 변환 소자(PD1)는 제1 픽셀(122)에 입사되는 입사광에 대응되는 광전하(photogenerated charge)들을 생성한다. 제1 광전 변환 소자(PD1)는 포토(photo) 다이오드 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode) 등으로 구현될 수 있다.
제1 전송 트랜지스터(TX1)는 제1 전송 제어 신호(TG)에 응답하여 제1 광전 변환 소자(PD1)에 축적된 상기 광전하들을 플로팅 확산 영역(floating diffusion region)으로 전달한다. 제1 전송 트랜지스터(TX1)의 턴-온(turn on) 동작에 의해 전달된 상기 광전하들은 플로팅 확산 영역에 저장된다.
제1 리셋 트랜지스터(RX1)는 리셋 신호(RS)에 응답하여 플로팅 확산 영역(FD)의 전압 레벨을 전원 전압(VDD) 레벨로 리셋한다.
제1 드라이브 트랜지스터(DX1)는 플로팅 확산 영역(FD)으로부터 전달되는 광전하들에 응답하여, 상기 광전하들의 양에 비례하는 전기 신호를 출력한다.
제1 셀렉트 트랜지스터(SX1)는 셀렉트 신호(SEL)에 응답하여 제1 트라이브 트랜지스터(DX1)의 출력 신호를 상관 이중 샘플링 블럭(300)으로 출력한다.
제1 전송 제어 신호(RG), 리셋 신호(RS), 셀렉트 신호(SEL)는 로우 드라이버(200)에 의해 생성된다.
도 2에 도시된 제1 전송 트랜지스터(TX1), 제1 리셋 트랜지스터(RX1), 제1 드라이브 트랜지스터(DX1), 및 제1 셀렉트 트랜지스터(SX1) 각각은 NMOS 트랜지스터로 구현되었다. 그러나, 실시예에 따라, 제1 전송 트랜지스터(TX1), 제1 리셋 트랜지스터(RX1), 제1 드라이브 트랜지스터(DX2), 및 제1 셀렉트 트랜지스터(SX1) 각각은 PMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 제2 픽셀의 회로도이다.
제2 픽셀(142)은 제2 전송 트랜지스터(TX2), 제2 리셋 트랜지스터(RX2), 제2 드라이브 트랜지스터(DX2), 및 제2 셀렉트 트랜지스터(SX2)를 포함한다. 제2 픽셀(142)은 제2 광전 변환 소자(PD2)를 더 포함할 수 있다.
제2 광전 변환 소자(PD2)는 제2 픽셀(142)에 입사되는 입사광에 대응되는 광전하들을 생성한다. 제2 광전 변환 소자(PD2)는 포토(photo) 다이오드 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode) 등으로 구현될 수 있다.
제2 전송 트랜지스터(TX2)는 제2 전송 제어 신호에 응답하여 제2 광전 변환 소자(PD2)에 축적된 광전하들을 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달한다. 제2 전송 트랜지스터(TX2)의 턴-온(turn on) 동작에 의해 전달된 광전하들은 플로팅 확산 영역(FD)에 저장된다.
제2 전송 트랜지스터(TX2)는 상기 제2 전송 제어 신호에 응답하여 턴-오프(turn off)된다. 즉, 상기 제2 전송 제어 신호는 제2 전송 트랜지스터(TX2)를 턴-오프 시키기 위한 전압 레벨을 갖는다. 제2 전송 트랜지스터(TX2)는 NMOS 트랜지스터로 구현되고, 제2 전송 트랜지스터(TX2)의 게이트에는 접지전압(GND)이 공급된다.
또한, 제2 픽셀(142)은 상기 입사광을 차단하기 위한 메탈을 더 포함할 수 있다. 상기 메탈은 Au, Ag, Cu, 또는 Al로 구현될 수 있다.
종래의 이미지 센서의 경우, 주기적으로 토글(toggle)하는 제어 신호를 이용하여, 제2 전송 트랜지스터(TX2)의 동작을 제어하였다. 그러나, 상기 제어 신호의 주기적인 토글링으로 인한 전기적인 노이즈는 가로줄 노이즈를 생성하는 원인이 되었다. 따라서, 본발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 DC 전압을 이용하여 제2 전송 트랜지스터(TX2)의 동작을 제어한다. 결국, 제2 광전 변환 소자(PD2)에 의해 생성된 광전하들은 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달되지 않는다. 따라서, 이미지 센서(10)의 출력 신호에 존재하는 가로줄 노이즈는 제거된다.
제2 리셋 트랜지스터(RX2)는 리셋 신호(RS)에 응답하여 플로팅 확산 영역(FD)의 전압 레벨을 전원 전압(VDD) 레벨로 리셋한다.
제2 드라이브 트랜지스터(DX2)는 플로팅 확산 영역(FD)으로부터 전달되는 광전하들에 응답하여, 상기 광전하들의 양에 비례하는 전기 신호를 출력한다.
제2 셀렉트 트랜지스터(SX2)는 셀렉트 신호(SEL)에 응답하여 제2 드라이브 트랜지스터(DX2)의 출력 신호를 상관 이중 샘플링 블럭(300)으로 출력한다.
리셋 신호(RS) 및 셀렉트 신호(SEL)는 로우 드라이버(200)에 의해 생성된다.
제2 픽셀(142)은 제2 전송 트랜지스터(TX2)의 동작을 제외하고, 제1 픽셀(122)과 동일한 방식으로 작동한다. 따라서, 제2 픽셀(142)은 제2 픽셀(142)을 구동하는 과정에서 발생하는 전기적인 신호들에 의한 노이즈에 상응하는 신호를 출력한다. 상관 이중 샘플링 블럭(300)은 제2 픽셀(142)의 출력 신호를 이용하여 제1 픽셀(122)의 출력 신호에 존재하는 노이즈를 제거할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 제2 픽셀의 다른 실시예의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 제2 픽셀(142-1)은 제2 광전 변환 소자(PD2), 제2 전송 트랜지스터(TX3), 제2 리셋 트랜지스터(RX2), 제2 드라이브 트랜지스터(DX2), 제2 셀렉트 트랜지스터(SX2)를 포함한다. 도 4에 도시된 제2 픽셀(142-1)에 관한 설명 중 도 3에 도시된 제2 픽셀(142)에 관한 설명과 중복되는 부분에 관한 기재는 생략한다.
제2 전송 트랜지스터(TX3)는 제2 전송 제어 신호에 응답하여 제2 광전 변환 소자(PD2)에 축적된 광전하들을 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달한다. 제2 전송 트랜지스터(TX3)의 턴-온(turn on) 동작에 의해 전달된 광전하들은 플로팅 확산 영역(FD)에 저장된다.
제2 전송 트랜지스터(TX3)는 상기 제2 전송 제어 신호에 응답하여 턴-오프(turn off)된다. 즉, 상기 제2 전송 제어 신호는 제2 전송 트랜지스터(TX3)를 턴-오프 시키기 위한 전압 레벨을 갖는다. 제2 전송 트랜지스터(TX3)는 PMOS 트랜지스터로 구현되고, 제2 전송 트랜지스터(TX3)의 게이트에는 전원 전압(VDD)이 공급된다.
도 3에 도시된 제2 리셋 트랜지스터(RX2), 제2 드라이브 트랜지스터(DX2), 및 제2 셀렉트 트랜지스터(SX2) 각각은 NMOS 트랜지스터로 구현되었다. 그러나, 실시예에 따라 제2 리셋 트랜지스터(RX2), 제2 드라이브 트랜지스터(DX2), 및 제2 셀렉트 트랜지스터(SX2) 각각은 PMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서(10)에 포함된 다수의 제2 픽셀들(OP) 각각은 다크 레벨을 가지는 옵티컬 블랙 신호를 생성하지 않는다. 따라서, 이미지 센서(10)는 상기 옵티컬 블랙 신호를 생성하기 위한 다수의 옵티컬 블랙 픽셀들을 더 포함할 수 있다. 상기 다수의 옵티컬 블랙 픽셀들은 픽셀 어레이(100)의 상부 또는 하부에 위치하거나, 픽셀 어레이(100)의 일측면에 위치할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 이미지 처리 장치의 블럭도이다.
도 5를 참조하면, 이미지 처리 장치(1)는 이미지 센서(10), 광학 렌즈(90), 이미지 프로세서(Digital Signal Prpcessor(DSP), 30), 및 디스플레이 유닛(50)을 포함한다.
이미지 처리 장치(1)는 디지털 카메라, 상기 디지털 카메라를 포함하는 데이터 처리 장치, 예컨대 PC(personal computer), 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC, 또는 IT(information-techonology) 장치를 포함한다.
상기 디지털 카메라는 DSLR(digital single-lens reflex) 카메라일 수 있다.
이미지 센서(10)는 이미지 프로세서(30)의 제어 하에 광학 렌즈(90)를 통하여 입력된 피사체(70)의 광학 이미지 신호를 전기적인 이미지 데이터로 변환한다.
이미지 센서(10)는 제어 레지스터 블록(800)을 더 포함할 수 있다. 제어 레지스터 블록(800)은 램프 신호 발생기(600), 타이밍 제너레이터(700), 및 버퍼(500) 각각의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 이때, 제어 레지스터 블럭(800)의 동작은 카메라 컨트롤(32)에 의해 제어된다.
이미지 프로세서(30)는 이미지 센서(10)의 동작을 제어하고, 이미지 센서(10)로부터 출력된 이미지 데이터(Image Data)를 처리하고 처리된 이미지 데이터를 디스플레이하기 위하여 디스플레이 유닛(50)으로 전송한다. 이미지 데이터(Image Data)는 버퍼(500)의 출력 신호에 따라 생성될 수 있다. 이때, 디스플레이 유닛(50)은 영상을 출력할 수 있는 모든 장치를 포함한다. 예컨대, 디스플레이 유닛(50)은 컴퓨터, 휴대폰 및 기타 영상 출력 단말을 포함할 수 있다.
이미지 프로세서(30)는 카메라 컨트롤(32), 이미지 신호 프로세서(34), PC I/F(36)를 포함한다.
카메라 컨트롤(32)은 제어 레지스터 블럭(800)을 제어한다. 이때, 카메라 컨트롤(32)은 I2C(Inter-Integrated Circuit)를 이용하여 이미지 센서(10), 즉, 제어 레지스터 블록(800)을 제어할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor, 34)는 버퍼(500)의 출력 신호인 이미지 데이터(Image Data)를 수신하여 이미지 데이터(Image Data)를 가공/처리하고, 가공/처리된 이미지 데이터를 PC I/F(36)를 통해 디스플레이 유닛(50)으로 출력한다.
도 5에 도시된 이미지 신호 프로세서(34)는 DSP(30)에 포함된다. 그러나, 실시예에 따라 이미지 신호 프로세서(34)는 이미지 센서(10)에 포함될 수도 있다. 즉, 이미지 센서(10)는 이미지 신호 프로세서(34)와 하나의 칩(chip)으로 구현될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 도시한다.
도 6을 참조하면, 전자 시스템(3)은 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA(personal digital assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 또는 스마트 폰으로 구현될 수 있다.
전자 시스템(3)은 어플리케이션 프로세서(1010), 이미지 센서(10), 및 디스플레이(1050)를 포함한다.
어플리케이션 프로세서(1010)에 구현된 CSI 호스트(1012)는 카메라 시리얼 인터페이스(camera serial interface; CSI)를 통하여 이미지 센서(10)의 CSI 장치(1041)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 상기 CSI 호스트(1012)에는 광 디시리얼라이저가 구현될 수 있고, CSI 장치(1041)에는 광 시리얼라이저가 구현될 수 있다.
어플리케이션 프로세서(1010)에 구현된 DSI 호스트(1011)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface; DSI)를 통하여 디스플레이(1050)의 DSI 장치(1051)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, DSI 호스트(1011)에는 광 시리얼라이저가 구현될 수 있고, DSI 장치(1051)에는 광 디시리얼라이저가 구현될 수 있다.
전자 시스템(3)은 어플리케이션 프로세서(1010)와 통신할 수 있는 RF 칩(1060)을 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(3)의 PHY(1013)와 RF 칩(1060)의 PHY(1061)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
전자 시스템(3)은 GPS(Global Positioning System; 1020), 스토리지(1070), 마이크(1080), DRAM(1085), 및 스피커(1090)를 더 포함할 수 있다. 또한, 전자 시스템(3)은 Wimax(World Interoperability for Microwave Access, 1030), WLAN(Wireless Lan, 1100), 및 UWB(Ultra Wideband; 1110) 등을 이용하여 통신할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 처리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 이미지 센서의 제조 방법은 옵티컬 블랙 영역에 광전 변환 소자를 형성하는 단계(S10), 상기 옵티컬 블랙 영역에 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계(S30), 상기 광전 변환 소자에 의해서 생성된 광전하들을 상기 플로팅 확산 영역으로 전송하기 위한 전송 트랜지스터를 형성하는 단계(S50), 및 상기 전송 트랜지스터의 게이트를 접지에 접속하는 단계(S70)를 포함한다.
도 7을 참조하면, 이미지 처리 장치의 제조 방법은 옵티컬 블랙 영역에 광전 변환 소자를 형성하는 단계(S10), 상기 옵티컬 블랙 영역에 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계(S30), 상기 광전 변환 소자에 의해서 생성된 광전하들을 상기 플로팅 확산 영역으로 전송하기 위한 전송 트랜지스터를 형성하는 단계(S50), 상기 전송 트랜지스터의 게이트를 접지에 접속하는 단계(S70); 및 상기 이미지 센서를 상기 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 프로세서에 접속하는 단계(S90)를 포함한다.
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.
1 : 이미지 처리 장치 3 : 전자 시스템
10 : 이미지 센서 30 : 이미지 프로세서
50 : 디스플레이 유닛 100 : 픽셀 어레이
120 : 액티브 영역 122 : 제1 픽셀
140 : 옵티컬 블랙 영역 142 : 제2 픽셀
200 : 로우 드라이버 300 : 상관 이중 샘플링 블럭
400 : 아날로그 디지털 컨버터 420 : 비교 블럭
422 : 비교기 440 : 카운터 블럭
442 : 카운터 500 : 버퍼
520 : 컬럼 메모리 블럭 540 : 센스 앰프
600 : 램프 신호 발생기 700 : 타이밍 제너레이터
800 : 제어 레지스터 블럭 1010 : 어플리케이션 프로세서
1050 : 디스플레이

Claims (10)

  1. 픽셀 어레이의 액티브 영역(active region)에 위치하는 다수의 제1 픽셀들; 및
    상기 픽셀 어레이의 옵티컬 블랙 영역(optical black region)에 위치하는 다수의 제2 픽셀들을 포함하고,
    상기 다수의 제2 픽셀들 각각은,
    접지와 플로팅 확산 영역(floating diffusion region) 사이에 접속된 전송 트랜지스터를 포함하고,
    상기 전송 트랜지스터의 게이트로 상기 전송 트랜지스터를 턴-오프(turn off)시키기 위한 전송 제어 신호가 입력되는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제2 픽셀들 각각은,
    상기 접지와 상기 전송 트랜지스터 사이에 접속된 광전 변환 소자를 더 포함하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전송 제어 신호는 DC 전압인 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전송 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터이고,
    상기 전송 제어 신호는 접지 전압인 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전송 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터이고,
    상기 전송 제어 신호는 전원 전압인 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 옵티컬 블랙 영역은 상기 액티브 영역의 양측에 구현된 이미지 센서.
  7. 제1항의 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 프로세서를 포함하는 이미지 처리 장치.
  8. 옵티컬 블랙 영역에 광전 변환 소자를 형성하는 단계;
    상기 옵티컬 블랙 영역에 플로팅 확산 영역을 형성하는 단계;
    상기 광전 변환 소자에 의해서 생성된 광전하들을 상기 플로팅 확산 영역으로 전송하기 위한 전송 트랜지스터를 형성하는 단계; 및
    상기 전송 트랜지스터의 게이트를 접지에 접속하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  9. 제8항의 이미지 센서의 제조 방법에 의해서 제조된 상기 이미지 센서를 상기 이미지 센서의 동작을 제어하기 위한 프로세서에 접속하는 단계를 포함하는 이미지 처리 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 이미지 처리 장치는 DSLR 카메라(digital single-lens reflex camera)인 이미지 처리 장치의 제조 방법.
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