KR20150014007A - 이미지 센서 및 이를 포함하는 촬상 장치 - Google Patents

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KR20150014007A KR1020130088246A KR20130088246A KR20150014007A KR 20150014007 A KR20150014007 A KR 20150014007A KR 1020130088246 A KR1020130088246 A KR 1020130088246A KR 20130088246 A KR20130088246 A KR 20130088246A KR 20150014007 A KR20150014007 A KR 20150014007A
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Abstract

이미지 센서 및 이를 포함하는 촬상 장치가 개시된다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서는 독립적으로 제어되는 제1 및 제2 픽셀을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 픽셀이 출력하는 전기적 신호에 따른 제1 및 제2 데이터를 독립적으로 출력할 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 촬상 장치는 제1 데이터를 기초로 하여 이미지를 디스플레이하거나 피사체에 대한 초점이 맞는지 판단할 수 있다.

Description

이미지 센서 및 이를 포함하는 촬상 장치{Image sensor and imaging device including the same}
본 발명의 기술적 사상은 이미지 센서 및 이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것으로서, 자세하게는 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것이다.
피사체를 촬영하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대전화용 카메라 및 휴대용 캠코더와 같은 일반 소비자용 전자기기뿐만 아니라, 자동차, 보안장치 및 로봇에 장착되는 카메라에도 사용된다. 이러한 이미지 센서는 픽셀 어레이를 구비할 수 있고, 빛이 모듈 렌즈를 통해서 픽셀 어레이에 입사될 수 있다. 모듈 렌즈는 빛을 굴절시켜 픽셀 어레이 위에 화상이 맺히도록 하고, 픽셀 어레이는 복수개의 픽셀을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이에 포함된 각각의 픽셀은 광 감지 소자를 포함할 수 있고, 광 감지 소자는 흡수하는 빛의 세기에 따라 전기적 신호를 발생시킬 수 있다. 예컨대, 포토다이오드는 빛을 흡수함에 따라 전류를 발생시킬 수 있다.
한편, 픽셀 어레이가 포함하는 픽셀의 수는 이미지 센서의 해상도를 결정할 수 있다. 픽셀 어레이가 포함하는 픽셀의 개수가 증가함에 따라, 이미지 센서의 해상도는 증가할 수 있고, 이미지 센서가 외부로 출력하는 데이터의 크기는 커질 수 있다. 이미지 센서의 해상도가 증가함에 따라, 이미지 센서가 화상에 대응하는 데이터를 출력하는데 걸리는 시간은 길어질 수 있고, 이미지 프로세서가 이미지 센서로부터 상기 데이터를 수신하여 처리하는 시간도 길어질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 이미지 센서 및 이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것으로서, 독립적으로 제어되는 픽셀들을 포함하는 이미지 센서를 제공하고, 상기 이미지 센서 및 상기 이미지 센서가 출력하는 데이터를 처리하는 이미지 프로세서를 포함하는 촬상 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상의 일면에 따른 이미지 센서는 제1 픽셀들 및 상기 제1 픽셀들 사이에 배치된 제2 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 및 상기 제1 픽셀들이 감지한 신호들을 제1 신호 경로를 통하여 제1 주기마다 읽어내고, 상기 제2 픽셀들이 감지한 신호들을 제2 신호 경로를 통하여 제2 주기마다 읽어내는 제어 블록;을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제어 블록은 상기 제1 및 제2 픽셀들을 각각 제어하는 제1 및 제2 로우 드라이버; 상기 제1 및 제2 신호 경로를 통하여 상기 신호들을 각각 수신하고, 상기 수신된 신호들에 따른 제1 및 제2 데이터를 각각 출력하는 제1 및 제2 리드 회로; 및 상기 제1 및 제2 픽셀들이 감지한 신호들이 제1 및 제2 주기마다 상기 제1 및 제2 리드 회로에 각각 수신되도록 상기 제1 및 제2 로우 드라이버를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 이미지 센서는 제1 및 제2 단자를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 리드 회로는 상기 제1 및 제2 단자와 각각 연결될 수 있고, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 데이터를 상기 제1 및 제2 단자를 통해서 상기 제1 및 제2 주기마다 각각 출력하도록 상기 제1 및 제2 리드 회로를 제어할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제어부는 상기 제1 리드 회로가 상기 제1 주기마다 상기 제1 픽셀들 중 일부가 감지한 신호들을 상기 제1 신호 경로를 통해 수신하도록, 상기 제1 로우 드라이버를 제어할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제1 픽셀들 중 상기 일부는 상기 픽셀 어레이의 등간격으로 떨어진 행들에 포함될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제1 및 제2 픽셀들은 각각 빛이 입사하는 방향으로 적층된 복수개의 유기 광전 변환층들을 포함할 수 있고, 상기 제1 픽셀들 사이에 수직방향 및 수평방향으로 각각 배치된 상기 제2 픽셀들의 개수들은 동일할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 픽셀 어레이는 베이어(Bayer) 패턴으로 구성된 복수개의 컬러필터들을 포함하는 컬러필터 층을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 픽셀들은 상기 제1 픽셀들 위에 위치한 상기 컬러필터들이 베이어 패턴을 형성하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 제어부는 상기 이미지 센서 외부로부터 수신한 명령 신호에 따라 상기 제1 및 제2 주기를 설정할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일면에 따른 촬상 장치는 이미지 센서 및 이미지 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 이미지 센서는 제1 및 제2 단자; 제1 픽셀들 및 상기 제1 픽셀들 사이에 배치된 제2 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 및 상기 제1 및 제2 픽셀들이 각각 감지한 신호들에 기초한 제1 및 제2 데이터를 상기 제1 및 제2 단자를 통해서 각각 출력하는 제어 블록;을 포함할 수 있고, 상기 이미지 프로세서는 상기 제1 및 제2 단자로부터 제1 및 제2 주기마다 상기 제1 및 제2 데이터를 각각 수신하고, 상기 제1 주기마다 상기 제1 데이터를 이용하여 제1 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 이미지 프로세서는 상기 제2 주기마다 상기 제1 및 제2 데이터를 이용하여 제2 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 촬상 장치는 메모리 장치를 더 포함할 수 있고, 상기 이미지 프로세서는 상기 제2 이미지 데이터를 상기 메모리 장치에 저장할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 픽셀 어레이는 베이어(Bayer) 패턴으로 구성된 복수개의 컬러필터들을 포함하는 컬러필터 층을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 픽셀들은 상기 제1 픽셀들 위에 위치한 상기 컬러필터들이 베이어 패턴을 형성하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 촬상 장치는 뷰 파인더를 더 포함할 수 있고, 상기 뷰 파인더는 상기 제1 주기마다 상기 제1 이미지 데이터에 따른 이미지를 디스플레이할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 촬상 장치는 자동 초점 컨트롤러를 더 포함할 수 있고, 상기 자동 초점 컨트롤러는 제1 주기마다 상기 제1 이미지 데이터에 기초하여 피사체에 대한 초점이 맞는지 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 상기 이미지 프로세서는 상기 제1 및 제2 주기를 설정하는 명령 신호를 상기 이미지 센서로 전송할 수 있고, 상기 제어 블록은 상기 이미지 프로세서로부터 수신한 명령 신호에 따라 상기 제1 및 제2 주기마다 제1 및 제2 데이터를 각각 출력할 수 있다.
상기 이미지 센서 및 이를 포함하는 촬상 장치에 따르면, 축소된 이미지 데이터가 고속으로 제공되어 뷰파인더 디스플레이용 이미지 업데이트 속도를 증가시켜 블랙 아웃(black out) 현상을 개선시키고 자동초점기능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 촬상 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 픽셀을 나타내는 회로도 이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 제1 및 제2 픽셀들의 배치들을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 제1 및 제2 픽셀의 구조 및 배치들을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서 및 이미지 프로세서를포함하는 촬상 장치의 블록도이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 촬상 장치의 동작들을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 프로세서의 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 9는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 촬상 장치를 간략하게 나타내는 도면이다. 촬상 장치(100)는 빛을 전기적 신호로 변환하여 이미지 데이터를 생성하는 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이 이미지 센서(1000), 이미지 프로세서(2000) 및 모듈 렌즈(6000)를 포함할 수 있다. 모듈 렌즈(6000)는 촬상 장치(100) 외부의 피사체로부터 오는 빛을 굴절시킬 수 있고, 이미지 센서(1000)에 화상이 맺히도록 할 수 있다. 이미지 센서(1000)는 모듈 렌즈(6000)를 통과하여 입사하는 빛을 흡수할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 이미지 센서(1000)는 픽셀 어레이(1100) 및 제어 블록(1200)을 포함할 수 있다. 또한, 이미지 센서(1000)는 이미지 센서(1000)의 외부로 노출된 제1 및 제2 단자(1501, 1502)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(1100)는 모듈 렌즈(6000)를 통과한 빛을 흡수할 수 있다. 픽셀 어레이(1100)는 제1 신호 경로(1001)와 연결된 픽셀들 및 제2 신호 경로(1002)와 연결된 픽셀들을 포함할 수 있으며, 픽셀들은 흡수한 빛의 세기에 따른 전기적 신호를 제1 또는 제2 신호 경로(1001 또는 1002)를 통해서 출력할 수 있다.
제어 블록(1200)은 제1 및 제2 신호 경로(1001, 1002)를 통해서 픽셀 어레이(1100)로부터 신호들을 수신할 수 있다. 뿐만 아니라, 제어 블록(1200)은 로우 신호(R_SIG)를 출력하여 픽셀 어레이(1100)를 제어할 수 있다. 제어 블록(1200)은 제1 및 제2 신호 경로(1001, 1002)를 통해서 각각 수신한 신호들에 기초하여 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 각각 제1 및 제2 단자(1501, 1502)를 통해서 출력할 수 있다. 제1 및 제2 단자(1501, 1502)는 각각 복수개의 포트를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)는 복수개의 상기 포트를 통해서 출력될 수 있다.
이미지 센서(1000)는 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 독립적으로 생성할 수 있으며, 이미지 프로세서(2000)로부터 수신하는 명령 신호(CMD)에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 이미지 프로세서(2000)는 명령 신호(CMD)에 따라 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 생성하여 출력하는 주기가 결정될 수 있다. 이미지 센서(1000)가 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 생성하여 출력하는 것에 관한 자세한 내용은 후술한다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 이미지 프로세서(2000)는 이미지 센서(1000)의 제1 및 제2 단자(1501, 1502)를 통해서 출력되는 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 수신할 수 있다. 이미지 프로세서(2000)는 제1 데이터(DATA_1) 및/또는 제2 데이터(DATA_2)에 기초하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 예컨대, 이미지 프로세서(2000)는 촬상 장치(100)의 뷰 파인더에 디스플레이하기 위한 이미지 데이터를 제1 데이터(DATA_1)에 기초하여 생성할 수 있고, 촬상 장치(100)의 비휘발성 메모리에 저장하기 위한 이미지 데이터를 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)에 기초하여 생성할 수 있다.
또한, 이미지 프로세서(2000)는 이미지 센서(1000)를 제어하기 위하여 명령 신호(CMD)를 출력할 수 있다. 명령 신호(CMD)는 이미지 센서(1000)의 동작을 설정하는 정보를 포함하며, 예컨대 이미지 센서(1000)가 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 출력하는 주기들에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이미지 프로세서(2000)는 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)에 기초하여 이미지 후처리(post processing)를 더 수행할 수 있다. 예컨대, 이미지 프로세서(2000)는 렌즈 쉐이딩(lens shading)에 따른 영향을 보정하거나, 색상을 보정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서를 간략하게 나타내는 도면이다. 전술한 바와 같이, 이미지 센서(1000)는 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 외부로 출력할 수 있고, 명령 신호(CMD)를 외부로부터 수신할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(1000)는 픽셀 어레이(1100), 제어 블록(1200), 제1 및 제2 단자(1501, 1502)를 포함할 수 있다. 제어 블록(1200)은 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212), 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222), 컨트롤러(1230)를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 픽셀 어레이(1100)는 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들을 포함할 수 있다. 도 2에서, 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 각각 1개로서 도시되었지만, 픽셀 어레이(1100)는 복수개의 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들을 포함할 수 있다. 이하의 설명에서, 픽셀 어레이(1000)가 포함하는 제1 픽셀(1101)들의 개수는 제2 픽셀(1102)들의 개수보다 적은 것으로 가정한다.
제1 픽셀(1101)들은 제1 로우 드라이버(1211)에 의해 제어될 수 있다. 제1 픽셀(1101)들은 제1 신호 경로(1001)에 연결될 수 있으며, 흡수한 빛에 따른 전기적 신호들을 제1 신호 경로(1001)를 통해서 제1 리드 회로(1221)에 전송할 수 있다. 또한, 제2 픽셀(1102)들은 제2 로우 드라이버(1212)에 의해 제어될 수 있고, 제2 신호 경로(1002)에 연결되어 흡수한 빛에 따른 전기적 신호들을 제2 신호 경로(1002)를 통해서 제2 리드 회로(1222)에 전송할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212)는 독립적으로 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들을 각각 제어할 수 있다. 예컨대, 제1 픽셀(1101)이 포함하는 광 감지소자가 빛을 흡수하여 전기적 신호를 발생시키고, 제1 픽셀(1101)이 발생된 전기적 신호를 출력하도록, 제1 로우 드라이버(1211)는 제1 픽셀(1101)을 제어할 수 있다. 마찬가지로, 제2 로우 드라이버(1212)는 제2 픽셀(1102)이 제1 픽셀(1101)과 같은 동작을 하도록 제2 픽셀(1102)을 제어할 수 있다. 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212)는 각각 독립적으로 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들을 제어할 수 있고, 이에 따라 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들은 각각 독립적으로 동작할 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 각각 포함하는 광 감지소자들이 빛을 흡수하는 시점은 서로 다를 수 있고, 각각의 광 감지소자들이 흡수한 빛의 세기에 따른 전기적 신호들을 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 출력하는 시점도 서로 다를 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)는 각각 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 출력하는 전기적 신호들을 수신할 수 있다. 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 출력하는 전기적 신호들은 아날로그 신호를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)는 상기 아날로그 신호를 각각 디지털 데이터로 변환할 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)는 각각 하나 이상의 ADC(analog-to-digital converter)를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 출력하는 전기적 신호들은 ADC들 각각에 입력될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)는 각각 디지털 데이터를 임시로 저장하는 버퍼를 포함할 수 있으며, 버퍼는 ADC가 출력하는 디지털 데이터를 임시로 저장할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)는 각각 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 출력할 수 있다. 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)는 각각 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 제1 및 제2 신호 경로(1001, 1002)를 통해서 각각 출력한 신호들에 기초한 데이터로서, 예컨대 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)에 포함된 버퍼들 각각에 저장된 디지털 데이터를 포함할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212)에 의해 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 독립적으로 동작하는 것과 마찬가지로, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)는 각각 독립적으로 동작할 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)는 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 서로 다른 시점에서 출력하는 전기적 신호들을 수신할 수 있고, 이에 따라 수신된 전기적 신호들에 따른 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 각각 서로 다른 시점에 출력할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)가 출력하는 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)는 각각 제1 및 제2 단자(1501, 1502)를 통해서 이미지 센서(1000) 외부로 출력될 수 있다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 이미지 프로세서(2000)는 이미지 센서(1000)가 제1 및 제2 단자(1501, 1502)를 통해서 출력하는 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 수신할 수 있다.
컨트롤러(1230)는 이미지 센서(1000) 외부로부터 명령 신호(CMD)를 수신할 수 있고, 명령 신호(CMD)에 기초하여 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212), 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)를 제어할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(1230)는 제어 신호들(C1, C2, C3, C4)을 출력할 수 있고, 제어 신호들(C1, C2, C3, C4)은 각각 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212), 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)에 전송될 수 있다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 명령 신호(CMD)는 이미지 프로세서(2000)로부터 출력될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 명령 신호(CMD)는 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)가 각각 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 출력하는 주기에 대한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 명령 신호(CMD)는 제1 리드 회로(1221)가 제1 데이터(DATA_1)를 출력하는 주기인 제1 주기 및 제2 리드 회로(1222)가 제2 데이터(DATA_2)를 출력하는 주기인 제2 주기에 대한 정보를 포함할 수 있다. 명령 신호(CMD)에 포함된 제1 및 제2 주기에 대한 정보에 따라 컨트롤러(1230)는 제어 신호들(C1, C2)을 통해서, 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)이 각각 제1 및 제2 주기에 따라 빛을 흡수하고 이에 따른 전기적 신호를 출력하도록 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212)를 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(1230)는 제어 신호들(C3, C4)를 통해서, 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 출력하는 전기적 신호들을 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)가 수신하여 제1 및 제2 주기마다 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 출력하도록, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)를 제어할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 주기는 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 빛을 흡수하여 발생시킨 전기적 신호들을 제1 및 제2 신호 경로(1001, 1002)를 통해 각각 출력하는 주기이고, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)가 제1 및 제2 신호 경로(1001, 1002)를 통해 전기적 신호들을 각각 수신하는 주기이며, 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)가 수신한 전기적 신호들에 기초하여 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 각각 출력하는 주기일 수 있다. 제1 또는 제2 주기의 역수를 프레임 레이트라고 한다.
빛을 흡수하는 픽셀들의 개수가 많을 수록 픽셀들이 출력하는 전기적 신호들의 개수도 증가하므로, 동일한 피사체에 노출된 픽셀의 개수가 증가할 수록 이미지 센서(1000)가 출력하는 데이터의 크기도 증가할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 픽셀 어레이(1100)는 복수개의 제1 픽셀(1101)들 및 복수개의 제2 픽셀(1102)들을 포함할 수 있고, 컨트롤러(1230)는 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212)를 통하여 제1 픽셀(1101)들이 동시에 피사체에 노출되고 제2 픽셀(1102)들이 동시에 피사체에 노출 되도록 제어할 수 있다. 제1 픽셀(1101)들이 출력하는 전기적 신호들에 따른 제1 데이터(DATA_1)의 크기는 제2 픽셀(1102)들이 출력하는 전기적 신호들에 따른 제2 데이터(DATA_2)의 크기보다 작을 수 있다. 따라서, 제1 데이터(DATA_1)는 제2 데이터(DATA_2)보다 더 빈번하게 생성되어 출력될 수 있고, 제1 주기는 제2 주기보다 짧을 수 있다.
이미지 센서(1000)가 픽셀 어레이(1100)의 모든 픽셀이 출력하는 전기적 신호에 따른 데이터를 외부로 출력하는 데 걸리는 시간 및 상기 데이터를 이미지 프로세서(2000)가 처리하여 이미지 데이터를 생성하는데 걸리는 시간은 이미지 센서(1000)의 해상도가 증가할 수록 또는 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 픽셀의 수가 증가할 수록 길어질 수 있다. 촬상 장치(100)는 상기 시간 동안 피사체에 대한 새로운 이미지에 대응하는 데이터를 생성할 수 없고, 이에 따라 촬상 장치(100)의 사용자가 피사체를 확인하는 뷰 파인더는 새로운 이미지를 빠르게 디스플레이할 수 없다. 이러한 지연 현상을 블랙 아웃(black out)이라고 한다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 촬상 장치(100)는 이미지 센서(1000)가 빈번하게 출력하는 제1 데이터(DATA_1)를 뷰 파인더에 디스플레이하기 위한 데이터로 활용함으로써, 뷰 파인더의 이미지 업데이트 속도(또는 프레임 레이트)를 향상시킬 수 있다. 또한, 촬상 장치(100)는 1 데이터(DATA_1)를 기초로 피사체에 대한 초점이 맞는지 여부를 빈번하게 판단할 수 있으며, 이에 따라 피사체에 대한 초점을 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 픽셀을 나타내는 회로도 이다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 도 2의 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)은 서로 같은 구조를 포함할 수 있으며, 이에 따라 이하에서 제1 픽셀(1101)에 대해서만 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 제1 픽셀(1101)은 제1 로우 드라이버(1211)로부터 로우 신호(R_SIG)를 수신할 수 있고, 제1 리드 회로(1221)를 향하여 출력 전압(VOUT)을 출력할 수 있다. 픽셀 어레이(1100)에서 하나의 행에 포함된 픽셀들은 동일한 로우 신호(R_SIG)을 수신할 수 있고, 하나의 열에 포함된 픽셀들은 각각의 출력 전압(VOUT)이 출력되는 라인을 공유할 수 있다. 단, 제1 픽셀(1101) 및 제2 픽셀(1102)은 각각의 출력 전압(VOUT)이 출력되는 라인을 서로 공유하지 않는다. 따라서, 제1 픽셀(1101)들 중 로우 신호(R_SIG)에 따라 하나의 행에 포함된 픽셀들에 대응하는 출력 전압(VOUT)이 동시에 리드 회로로 전달될 수 있고, 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 픽셀의 출력 전압(VOUT)은 행 별로 순차적으로 리드 회로로 전달될 수 있다.
로우 신호(R_SIG)는 제1 픽셀(1101)이 포함하는 복수개의 트랜지스터들을 제어하기 위하여 트랜지스터의 게이트로 인가될 수 있고, 리셋 신호(Rx), 전달 신호(Tx) 및 선택 신호(Sx)를 포함할 수 있다. 출력 전압(VOUT)은 제1 픽셀(1101)이 감지한 빛의 세기에 따라 결정될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 픽셀(1101) 또는 제2 픽셀(1102)은 광 감지 소자(PD), 전달 트랜지스터(121), 소스-팔로워 트랜지스터(122), 선택 트랜지스터(123) 및 리셋 트랜지스터(124)를 포함할 수 있다. 또한 제1 픽셀(1101)은 전달 트랜지스터(121), 소스-팔로워 트랜지스터(122) 및 리셋 트랜지스터(124)가 서로 전기적으로 연결된 노드인 플로팅 디퓨전(FD)을 포함할 수 있다.
광 감지 소자(PD)는 빛을 흡수하여 빛의 세기에 따른 전기적 신호를 발생시키는 것으로서, 예컨대 포토다이오드(photodiode), 포토게이트(photogate) 또는 포토트랜지스터(phototransistor) 등이 될 수 있다. 도 3은 광 감지 소자(PD)가 포토다이오드인 예를 도시하였으나, 본 발명은 도 3에 제한되지 않는다.
전달 트랜지스터(121)는 전달 신호(Tx)에 따라, 광 감지 소자(PD)가 축적한 전하를 플로팅 디퓨전(FD)로 통과시키거나 차단할 수 있다. 예컨대, 광 감지 소자(PD)가 빛을 흡수하여 전하를 축적하는 동안, 전달 트랜지스터(121)의 게이트에는 전달 트랜지스터(121)를 턴-오프시킬 수 있는 전압의 전달 신호(Tx)가 인가될 수 있다. 또한, 빛이 차단되어 광 감지 소자(PD)가 빛의 흡수를 종료한 때, 전달 트랜지스터(121)의 게이트에는 전달 트랜지스터(121)를 턴-온시킬 수 있는 전압의 전달 신호(Tx)가 인가될 수 있다.
소스-팔로워 트랜지스터(122)는 플로팅 디퓨전(FD)의 전압을 증폭시킬 수 있고, 선택 트랜지스터(123)는 선택 신호(Sx)에 따라, 증폭된 전압을 선택적으로 출력할 수 있다. 리셋 트랜지스터(124)는 리셋 신호(Rx)에 따라 플로팅 디퓨전(FD) 및 전원 전압(VDD)을 서로 연결하거나 차단시킴으로써, 플로팅 디퓨전(FD)의 전압을 전원 전압에 근접한 리셋 전압으로 할 수 있다. 이와 같이, 광 감지 소자(PD)가 빛을 흡수하여 변환시킨 전기적 신호를 증폭하는 구성요소를 포함하는 제1 픽셀(1101)을 APS(active pixel sensor)라고 한다. 본 발명의 예시적 실시예에 따른 제1 또는 제2 픽셀(1101 또는 1102)은 도 3에 도시된 구조뿐만 아니라, 광 감지 소자(PD)를 포함하는 다른 구조의 APS에도 적용이 가능함을 유의해야 한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 제1 및 제2 픽셀들의 배치들을 나타내는 도면이다. 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이(1100a, 1100b)는 컬러 필터층(1150a, 1150b)을 포함할 수 있다. 컬러 필터층(1150a, 1150b)은 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들과 모듈 렌즈(6000) 사이에 위치할 수 있고, 모듈 렌즈(6000)를 통해서 이미지 센서(1000)로 입사한 빛은 컬러 필터층(1150a, 1150b)을 통과하여 각각의 픽셀에 입사될 수 있다. 컬러 필터층(1150a, 1150b)은 픽셀 어레이(1100a, 1100b)의 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들 위에 각각 위치하는 제1 및 제2 컬러 필터(1151, 1152)들을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 컬러 필터(1151, 1152) 각각은 특정 파장의 빛만을 통과시킬 수 있다. 예컨대, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 컬러 필터층(1150a, 1150b)은 3가지의 서로 다른 컬러 필터들(R, G, B)를 포함할 수 있으며, 컬러 필터들(R, G, B) 각각은 빨간색, 녹색, 파란색에 대응하는 파장의 빛을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들이 포함하는 광 감지 소자는 빛의 세기를 전기적 신호로 변환할 수 있으므로, 서로 다른 파장의 빛을 흡수하는 복수개의 광 감지 소자들이 변환시킨 전기적 신호들에 기초하여 이미지의 색상을 도출할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 컬러 필터층(1150a, 1150b)은 베이어(Bayer) 패턴으로 구성된 복수개의 컬러 필터들(R, G, B)를 포함할 수 있다. 베이어 페턴은 50% 녹색, 25% 빨간색, 25% 파란색으로 구성된 패턴으로서, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이 사각형을 이루는 인접한 4개의 컬러 필터들은 2개의 녹색 컬러 필터(G)들, 1개의 빨간색 컬러 필터(R) 및 1개의 파란색 컬러 필터(B)를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 제1 픽셀(1101)들이 출력하는 전기적 신호들에 기초한 제1 데이터(DATA_1)는 작은 크기의 이미지에 대응하고, 빠른 속도로 생성될 수 있다. 따라서, 이미지 프로세서(2000)는 제1 데이터(DATA_1)를 처리하여 작은 크기의 이미지에 대응하는 이미지 데이터를 빠른 속도로 생성할 수 있고, 생성된 이미지 데이터는 촬상 장치(100)의 뷰 파인더에 디스플레이 되거나 자동 초점(AF) 기능에 사용될 수 있다. 제1 픽셀(1101)들의 개수 및 제2 픽셀(1102)들의 개수는 뷰 파인더의 해상도 또는 요구되는 자동 초점 기능의 수준에 따라 결정될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 제1 및 제2 픽셀의 배치를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 4a를 참조하면, 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들은 컬러 필터층(1150a)이 포함하는 제1 및 제2 컬러 필터(1151, 1152)들에 대응하여 배치될 수 있다. 예컨대, 도 4a에 도시된 바와 같이 제1 컬러 필터(1151)는 사각형을 이루는 인접한 9개의 컬러 필터들 중 하나에 위치할 수 있고, 제2 컬러 필터(1152)는 제1 컬러 필터(1151)들 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들은 제1 및 제2 컬러 필터(1151, 1152)들 아래에 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 컬러 필터층(1150a)이 베이어 패턴으로 구성될 때, 복수개의 제1 컬러 필터(1151)들은 독립적인 베이어 패턴으로 구성될 수 있다. 예컨대 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 컬러 필터(1151)들은 50% 녹색, 25% 빨간색, 25% 파란색으로 구성될 수 있다.
도 4b는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 제1 및 제2 픽셀의 배치를 나타내는 도면이다. 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들은 컬러 필터층(1105b)이 포함하는 제1 및 제2 컬러 필터(1151, 1152)들에 대응하여 배치될 수 있다. 도 4a에 도시된 실시예와 달리, 도 4b에 도시된 실시예에서 제1 컬러 필터(1151)는 사각형을 이루는 인접한 25개의 컬러 필터들 중 하나에 위치할 수 있고, 제2 컬러 필터(1152)들은 제1 컬러 필터(1151)들 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들은 제1 및 제2 컬러 필터(1151, 1152)들에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 복수개의 제1 컬러 필터(1151)들은 독립적인 베이어 패턴으로 구성될 수 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 제1 및 제2 픽셀의 구조 및 그 배치를 나타내는 도면이다. 도 5a 및 5b에 도시된 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)은 유기 광전 변환 층(organic photoelectric conversion layer)을 포함할 수 있고, 이와 같은 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)를 포함하는 이미지 센서를 유기 이미지 센서(organic image sensor)라고 부른다. 유기 이미지 센서의 픽셀은 빛이 입사하는 방향으로 적층된 복수개의 유기 광전 변환 층들, 예컨대 청색, 녹색, 적색에 각각 대응하는 3개의 유기 광전 변환 층들을 포함할 수 있으며, 3개의 파장 영역들에 대응하는 빛의 세기에 대한 전기적 신호들을 하나의 픽셀이 출력할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 제1 및 제2 픽셀의 구조를 나타내는 도면이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)은 복수개의 유기 광전 변환 층들(130), 즉 청색 파장의 빛에 민감한 층(130b), 녹색 파장의 빛에 민감한 층(130g) 및 적색 파장의 빛에 민감한 층(130r)을 포함할 수 있다. 전하 축적 막들(140b, 140g, 140r)이 유기 광전 변환 층들(130b, 130g, 130r)의 양면에 각각 형성될 수 있다. 전하 축적 막(140)은 유기 광전 변환 층(130)이 빛을 흡수하여 발생시킨 전하를 축적할 수 있고, 축적된 전하는 전하 축적 막들(140b, 140g, 140r)에 각각 연결된 도전체들을 통해서 트랜지스터들이 형성된 영역(120)으로 이동될 수 있다.
도 5b는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 제1 및 제2 픽셀의 배치를 나타내는 도면이다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 픽셀 어레이(1100c)는 도 5b에 도시된 구조를 갖는 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)을 포함할 수 있다. 제1 픽셀(1101)들은 서로 등간격으로 배치될 수 있고, 제2 픽셀(1102)들은 제1 픽셀(1101)들 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 픽셀(1101)은 사각형을 이루는 인접한 9개의 컬러 필터들 중 하나에 위치할 수 있고, 제2 픽셀(1102)은 제1 픽셀(1101)들 사이에 위치할 수 있다.
도 6은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서 및 이미지 프로세서를포함하는 촬상 장치의 블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 촬상 장치(100)는 이미지 센서(1000), 이미지 프로세서(2000), 디스플레이 장치(3000), 자동 초점 컨트롤러(4000) 및 메모리 장치(5000)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, 이미지 센서(1000)는 제1 및 제2 단자(1501, 1502)를 통해서 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 각각 출력할 수 있고, 이미지 프로세서(2000)로부터 명령 신호(CMD)를 수신할 수 있다.
이미지 프로세서(2000)는 이미지 센서(1000)로부터 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 수신할 수 있고, 명령 신호(CMD)를 출력할 수 있다. 또한, 이미지 프로세서(2000)는 제1 데이터(DATA_1)를 처리하여 제1 이미지 데이터(IMG_1)를 생성할 수 있고, 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 처리하여 제2 이미지 데이터(IMG_2)를 생성할 수 있다. 제2 이미지 데이터(IMG_2)는 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 전체 픽셀들(제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들)이 출력하는 전기적 신호에 기초하는 데이터일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이미지 프로세서(2000)는 제1 및 제2 버퍼(2100, 2200) 및 신호 처리부(2300)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 버퍼(2100, 2200)는 각각 이미지 센서(1000)의 제1 및 제2 단자(1501, 1502)로부터 수신되는 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 저장할 수 있다. 제1 데이터(DATA_1)는 일정한 단위로서 순차적으로 제1 단자(1501)를 통해 출력될 수 있으며, 예컨대 이미지 센서(1000)의 제1 리드 회로(1221)는 픽셀 어레이(1100)의 1개 행에 포함되는 제1 픽셀(1101)들이 출력하는 전기적 신호에 대응하는 데이터 단위로서 순차적으로 제1 데이터(DATA_1)를 출력할 수 있다. 이미지 프로세서(2000)는 순차적으로 수신되는 제1 데이터(DATA_1)의 단위들을 제1 버퍼(2100)에 저장할 수 있다. 제2 데이터(DATA_1) 역시 일정한 단위로서 순차적으로 제2 단자(1502)를 통해 출력될 수 있으며, 이미지 프로세서(2000)는 순차적으로 수신되는 제2 데이터(DATA_2)의 단위들을 제2 버퍼(2200)에 저장할 수 있다.
신호 처리부(2300)는 제1 및 제2 버퍼(2100, 2200)가 수집한 데이터를 수신하여 처리할 수 있고, 제2 이미지 데이터(IMG_2)를 생성할 수 있다. 제2 데이터(DATA_2)는 제1 픽셀(1101)에 대응하는 부분이 누락되어 있으므로, 신호 처리부(2300)는 제1 및 제2 버퍼(2100, 2200)가 수집한 데이터를 결합하여 제2 이미지 데이터(IMG_2)를 생성할 수 있다. 또한, 신호 처리부(2300)는 밝기 보정, 색상 보정 등과 같은 후처리(post-processing)를 더 수행할 수 있고, 제2 이미지 데이터(IMG_2)는 후처리된 데이터일 수 있다. 신호 처리부(2300)는 제2 이미지 데이터(IMG_2)를 메모리 장치(5000)에 저장할 수 있다. 메모리 장치(5000)는 전원이 차단되어도 데이터를 보존하는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
디스플레이 장치(3000)는 이미지 프로세서(2000)로부터 제1 이미지 데이터(IMG_1)를 수신할 수 있고, 제1 이미지 데이터(IMG_1)에 따라 이미지를 디스플레이할 수 있다. 촬상 장치(100)는 사용자가 촬영중인 피사체를 확인할 수 있도록하는 디스플레이 장치(3000)를 포함할 수 있으며, 예컨대 디스플레이 장치(3000)는 뷰 파인더일 수 있다. 일반적으로, 촬상 장치(100)가 포함하는 디스플레이 장치(3000)의 해상도는 이미지 센서(1000)가 포함하는 픽셀 어레이(1100)의 해상도보다 낮으므로, 디스플레이 장치(3000)는 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 픽셀들 중 일부인 제1 픽셀(1101)들이 출력하는 전기적 신호들에 기초한 제1 이미지 데이터(IMG_1)를 사용하여 이미지를 디스플레이 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이미지 센서(1000)는 제1 데이터(DATA_1)를 고속으로 출력할 수 있고, 이에 따라 제1 이미지 데이터(IMG_1)도 고속으로 생성될 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치(3000)는 촬영중인 피사체를 고속으로 디스플레이(업데이트)하여, 사용자가 촬영중인 피사체를 빠르게 확인할 수 있도록 할 수 있다. 특히, 빠르게 움직이는 피사체 또는 촬상 장치(100)를 빠르게 이동시키는 경우, 디스플레이 장치(3000)의 빠른 업데이트 속도가 요구될 수 있다.
자동 초점 컨트롤러(4000)는 이미지 프로세서(2000)로부터 제1 이미지 데이터(IMG_1)를 수신할 수 있고, 제1 이미지 데이터(IMG_1)를 기초로 하여 피사체에 초점을 맞출 수 있다. 즉, 자동 초점 컨트롤러(4000)는 제1 이미지 데이터(IMG_1)를 분석하여 초점이 맞는지 여부를 확인할 수 있고, 초점이 맞지 않는 경우 초점이 맞도록 모듈 렌즈(6000)등을 움직일 수 있다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 촬상 장치의 동작들을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 7a 및 7b는 촬상 장치(100)가 같은 속도로 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하는 피사체(자동차)를 촬영할 때, 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 촬상 장치(100)가 동작하는 것을 나타낸다. 도 7a 및 7b에 도시된 사진은 이해의 편의를 위하여, 타임라인의 별표가 된 시점에서 촬영된 피사체를 나타내고, 제1 데이터(DATA_1) 또는 제2 데이터(DATA_2)에 대응한다.
도 7a는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 촬상 장치의 동작을 나타내는 도면이다. 이미지 센서(1000)는 제1 주기(PER_1a)마다 제1 데이터(DATA_1)를 출력할 수 있고, 제2 주기(PER_2a)마다 제2 데이터(DATA_2)를 출력할 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1 데이터(DATA_1)에 대응하는 사진(10a 내지 15a)은 크기가 상대적으로 작고, 제2 주기(PER_2a)보다 짧은 제1 주기(PER_1a)마다 생성될 수 있다. 제1 데이터(DATA_1)에 대응하는 사진(10a 내지 15a)은 뷰 파인더에 디스플레이되거나 자동 초점 기능을 구현하는데 사용될 수 있다.
제2 데이터(DATA_2)에 대응하는 사진(20a)은 크기가 상대적으로 크고, 제1 주기(PER_1a)보다 긴 제2 주기(PER_2a)마다 생성될 수 있다. 또한, 제2 데이터(DATA_2)는 픽셀 어레이(1100)의 제1 픽셀(1101)들에 대응하는 부분이 누락되어 있으므로, 도 7a에 도시된 바와 같이, 사진(20a)은 불완전할 수 있다. 이미지 프로세서(2000)는 동일한 시점에서 피사체에 노출되어 생성된 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 결합하여 제2 이미지 데이터(IMG_2)를 생성할 수 있다. 즉, 도 7a에 도시된 바와 같이, 동일한 시점에서 촬영된 작은 크기의 사진(10a)과 큰 크기의 불완전한 사진(20a)을 결합하여 큰 크기의 완전한 사진(30a)을 생성할 수 있다.
도 7b는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 촬상 장치의 동작을 나타내는 도면이다. 도 7a에 도시된 실시예와 달리, 본 실시예에서 이미지 센서(1000)가 출력하는 제1 데이터(DATA_1)의 크기는 변할 수 있다. 즉, 크기가 큰 완전한 사진(30b)을 생성하기 위하여, 이미지 센서(1000)는 제2 데이터(DATA_2)가 생성되는 주기인 제2 주기(PER_2b)마다 제1 픽셀(1101)들 전체에 대응하는 제1 데이터(DATA_1)를 생성할 수 있고, 그 다음에 제2 주기(PER_2b)보다 짧은 제1 주기(PER_1b)마다 제1 픽셀(1101)들 중 일부에 대응하는 제1 데이터(DATA_1)를 생성할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 제1 주기(PER_1b)마다 출력되는 제1 데이터(DATA_1)는 제1 픽셀(1101)들 중 일부가 출력하는 전기적 신호들에 대응할 수 있다. 예컨대, 제1 주기(PER_1b)마다 출력되는 제1 데이터(DATA_1)는 픽셀 어레이(1100)의 등간격으로 떨어진 행들에 포함되는 제1 픽셀(1101)들에 대응할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(1000)가 제1 주기(PER_1b)마다 출력하는 제1 데이터(DATA_1)에 대응하는 사진(11b 내지 17b)의 크기는 제2 주기(PER_2b)마다 출력하는 제1 데이터(DATA_1)에 대응하는 사진(10b)의 크기보다 작을 수 있다. 사진(10b)의 크기는 사진(11b 내지 17b)의 크기보다 크기 때문에, 사진(10b)를 생성하는데 걸리는 시간(TIME_1b)는 사진(11b 내지 17b)가 생성되는 주기인 제1 주기(PER_1b)보다 길 수 있다.
도 7b에 도시된 실시예에서 이미지 센서(1000)의 컨트롤러(1230)는 제2 주기(PER_2b)마다 제1 리드 회로(1221)가 제1 픽셀(1101)들 전부로부터 전기적 신호들을 수신하도록 제1 로우 드라이버(1211)를 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(1230)는 제1 주기(PER_1b)마다 제1 리드 회로(1221)가 제1 픽셀(1101)들 중 일부가 출력하는 전기적 신호들을 수신하도록 제1 로우 드라이버(1211)를 제어할 수 있다. 이와 같은 컨트롤러(1230)의 동작은 이미지 프로세서(2000)로부터 수신하는 명령 신호(CMD)에 따라 설정될 수 있다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 프로세서의 동작을 나타내는 플로우차트이다. 구체적으로, 도 8은 제2 주기의 시작부터 종료까지 이미지 프로세서(2000)의 동작을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 이미지 프로세서(2000)는 이미지 센서(1000)로부터 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 수신할 수 있고, 제1 및/또는 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 처리하여 제1 및 제2 이미지 데이터(IMG_1, IMG_2)를 출력할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 이미지 프로세서(2000)는 이미지 센서(1000)로부터 제1 주기마다 제1 데이터(DATA_1)를 수신할 수 있다(S01). 또한, 이미지 프로세서(2000)는 제1 데이터(DATA_1)를 수신하는 것과 독립적으로(또는, 병렬적으로) 이미지 센서(1000)로부터 제2 데이터(DATA_2)를 수신할 수 있다(S05). 전술한 바와 같이, 이미지 센서(1000)는 서로 독립적인 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212)를 포함할 수 있고, 서로 독립적인 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)를 포함할 수 있고, 서로 독립적인 제1 및 제2 단자(1501, 1502)를 포함할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(1000)는 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)를 독립적으로 출력할 수 있다.
이미지 프로세서(2000)는 수신된 제1 데이터(DATA_1)에 기초하여 제1 이미지 데이터(IMG_1)를 생성할 수 있다(S02). 제1 이미지 데이터(IMG_1)는 상대적으로 작은 크기의 사진에 대응할 수 있다. 이미지 프로세서(2000)는 제1 이미지 데이터(IMG_1)를 출력하여, 디스플레이 장치(3000) 및/또는 자동 초점 컨트롤러(4000)로 전송할 수 있다(S03). 디스플레이 장치(3000)는 제1 이미지 데이터에 기초하여 이미지를 디스플레이할 수 있고, 자동 초점 컨트롤러(4000)는 제1 이미지 데이터에 기초하여 피사체에 초점을 맞출 수 있다.
이미지 프로세서(2000)는 제2 주기가 도달하였는지 판단할 수 있다(S04). 제2 주기에 도달한 경우, 이미지 프로세서(2000)는 제1 주기마다 수신된 제1 데이터(DATA_1)들 중 이미지 프로세서(2000)가 수신한 제2 데이터(DATA_2)가 생성된 시점과 생성된 시점이 일치하는 제1 데이터(DATA_1)를 제2 데이터(DATA_2)와 같이 처리하여 제2 이미지 데이터(IMG_2)를 생성할 수 있다(S06). 즉, 제2 이미지 데이터(IMG_2)는 픽셀 어레이(1100)에 포함된 픽셀들(제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들)에 대응할 수 있다. 이미지 프로세서(2000)는 제2 이미지 데이터(IMG_2)를 메모리 장치(5000)에 저장할 수 있다.
도 9는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 시스템을 나타내는 블록도이다. 시스템(200)은 이미지 데이터를 필요로 하는 컴퓨팅 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 차량 네비게이션, 비디오 폰, 경비 시스템 또는 움직임 검출 시스템 중 어느 하나일 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 시스템(200)은 중앙처리장치(또는 프로세서)(210), 비휘발성 메모리(220), 이미지 센서(230), 입출력 장치(240) 및 RAM(250)을 포함할 수 있다. 중앙처리장치(210)는 버스(260)를 통해서 비휘발성 메모리(220), 이미지 센서(230), 입출력 장치(240) 및 RAM(250)과 통신할 수 있다. 이미지 센서(240)는 독립된 반도체 칩으로 구현될 수도 있고, 중앙처리장치(210)와 결합하여 하나의 반도체 칩으로 구현될 수도 있다. 도 9에 도시된 시스템에 포함된 이미지 센서(230)는 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 상기에서 설명된 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들, 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212), 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222), 컨트롤러(1230), 제1 및 제2 단자(1501, 1502)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 로우 드라이버(1211, 1212), 제1 및 제2 리드 회로(1221, 1222)는 독립적으로 동작할 수 있고, 이에 따라 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들은 독립적으로 제어될 수 있다. 그 결과, 제1 및 제2 픽셀(1101, 1102)들에 대응하는 제1 및 제2 데이터(DATA_1, DATA_2)는 독립적으로 제1 및 제2 단자(1501, 1502)를 통해서 이미지 센서 외부로 출력될 수 있다. 제1 데이터(DATA_1)는 제2 데이터(DATA_2)보다 고속으로 출력되어 디스플레이 되거나 자동 초점 기능에 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 상기 전자시스템(300)은 mipi 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA, PMP 또는 스마트 폰으로 구현될 수 있다. 상기 전자 시스템(300)은 어플리케이션 프로세서(310), 이미지 센서(340) 및 디스플레이(350)를 포함할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(310)에 구현된 CSI 호스트(312)는 카메라 시리얼 인터페이스(camera serial interface; CSI)를 통하여 이미지 센서(340)의 CSI 장치(341)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, 상기 CSI 호스트(312)에는 광 디시리얼라이저가 구현될 수 있고, CSI 장치(341)에는 광 시리얼라이저가 구현될 수 있다.
어플리케이션 프로세서(310)에 구현된 DSI 호스트(311)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface; DSI)를 통하여 디스플레이(350)의 DSI 장치(351)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, DSI 호스트(311)에는 광 시리얼라이저가 구현될 수 있고, DSI 장치(351)에는 광 디시리얼라이저가 구현될 수 있다.
전자 시스템(300)은 어플리케이션 프로세서(310)와 통신할 수 있는 RF 칩(360)을 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(300)의 PHY(313)와 RF 칩(360)의 PHY(361)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
전자 시스템(300)은 GPS(320), 스토리지(382), DRAM(384), 스피커(372) 및 마이크(374)를 더 포함할 수 있으며, 상기 전자 시스템(300)은 Wimax(332), WLAN(334) 및 UWB(336) 등을 이용하여 통신할 수 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 픽셀들 및 상기 제1 픽셀들 사이에 배치된 제2 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 제1 픽셀들이 감지한 신호들을 제1 신호 경로를 통하여 제1 주기마다 읽어내고, 상기 제2 픽셀들이 감지한 신호들을 제2 신호 경로를 통하여 제2 주기마다 읽어내는 제어 블록;를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 블록은
    상기 제1 및 제2 픽셀들을 각각 제어하는 제1 및 제2 로우 드라이버;
    상기 제1 및 제2 신호 경로를 통하여 상기 신호들을 각각 수신하고, 상기 수신된 신호들에 따른 제1 및 제2 데이터를 각각 출력하는 제1 및 제2 리드 회로; 및
    상기 제1 및 제2 픽셀들이 감지한 신호들이 제1 및 제2 주기마다 상기 제1 및 제2 리드 회로에 각각 수신되도록 상기 제1 및 제2 로우 드라이버를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 제1 및 제2 단자를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 리드 회로는 상기 제1 및 제2 단자와 각각 연결되고,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 데이터를 상기 제1 및 제2 단자를 통해서 상기 제1 및 제2 주기마다 각각 출력하도록 상기 제1 및 제2 리드 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는 베이어(Bayer) 패턴으로 구성된 복수개의 컬러필터들을 포함하는 컬러필터 층을 더 포함하고,
    상기 제1 픽셀들은 상기 제1 픽셀들 위에 위치한 상기 컬러필터들이 베이어 패턴을 형성하도록 배치된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 이미지 센서 외부로부터 수신한 명령 신호에 따라 상기 제1 및 제2 주기를 설정하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 이미지 센서 및 이미지 프로세서를 포함하고,
    상기 이미지 센서는
    제1 및 제2 단자;
    제1 픽셀들 및 상기 제1 픽셀들 사이에 배치된 제2 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 제1 및 제2 픽셀들이 각각 감지한 신호들에 기초한 제1 및 제2 데이터를 상기 제1 및 제2 단자를 통해서 각각 출력하는 제어 블록;를 포함하고,
    상기 이미지 프로세서는 상기 제1 및 제2 단자로부터 제1 및 제2 주기마다 상기 제1 및 제2 데이터를 각각 수신하고, 상기 제1 주기마다 상기 제1 데이터를 이용하여 제1 이미지 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 이미지 프로세서는
    상기 제2 주기마다 상기 제1 및 제2 데이터를 이용하여 제2 이미지 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 촬상 장치는 메모리 장치를 더 포함하고,
    상기 이미지 프로세서는 상기 제2 이미지 데이터를 상기 메모리 장치에 저장하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 촬상 장치는 뷰 파인더를 더 포함하고,
    상기 뷰 파인더는 상기 제1 주기마다 상기 제1 이미지 데이터에 따른 이미지를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 촬상 장치는 자동 초점 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 자동 초점 컨트롤러는 제1 주기마다 상기 제1 이미지 데이터에 기초하여 피사체에 대한 초점을 맞추는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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