KR20150018954A - 이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서는, 적층된 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 광전 변환 소자의 광전 변환 동작에 따라 생성된 전하들을 플로팅 디퓨전 노드로 전송하기 위한 전송 트랜지스터와 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 광전 변환 소자의 전하 수집 시간이 상이하도록, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어하는 컨트롤 유닛을 포함할 수 있다.

Description

이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 시스템{IMAGE SENSOR, METHOD THEREOF, AND SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 복수의 픽셀 레이어들(pixel layers) 각각에 구현된 광전 변환 소자의 전하 수집 시간을 서로 다르게 제어할 수 있는 이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 장치이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업이 발달함에 따라, 디지털 카메라, 캠코더, PCS(personal communication system), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 및 로봇 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
상기 이미지 센서의 수요가 증가함에 따라, 더 많은 픽셀 정보, 예컨대 색상(color) 정보를 얻기 위해 차세대 이미지 센서로서 상기 이미지 센서에 멀티-레이어(multi-layer)를 구현한 멀티-레이어 이미지 센서(multi-layer image sensor)가 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 광전 변환 소자의 전하 수집 시간을 서로 다르게 조절할 수 있는 이미지 센서, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 적층된 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 광전 변환 소자의 광전 변환 동작에 따라 생성된 전하들을 플로팅 디퓨전 노드로 전송하기 위한 전송 트랜지스터와 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 광전 변환 소자의 전하 수집 시간이 상이하도록 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어하는 컨트롤 유닛을 포함할 수 있다.
상기 복수의 픽셀 레이어들 각각은 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 제어하기 위한 전송 제어 신호가 입력되는 전송 제어 라인을 포함할 수 있다.
상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 광전 변환 소자의 상기 전하 수집 시간은 픽셀 레이어의 위치에 따라 서로 다를 수 있다.
상기 복수의 픽셀 레이어들 중에서 적어도 하나의 픽셀 레이어는 대상(object)의 대상 정보를 얻기 위한 픽셀을 포함하고, 상기 컨트롤 유닛은 상기 대상 정보를 분석하고, 분석결과에 따라 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어할 수 있다.
상기 대상 정보는 상기 대상의 움직임에 대한 정보를 포함하고, 상기 컨트롤 유닛은 상기 움직임의 값이 문턱 값보다 작을 때, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어할 수 있다.
상기 대상 정보는 상기 대상과 상기 이미지 센서의 거리에 관한 정보를 포함하고, 상기 컨트롤 유닛은 상기 거리의 변화량이 문턱 값보다 작을 때, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어할 수 있다.
상기 복수의 픽셀 레이어들 중에서 적어도 하나의 픽셀 레이어는 대상의 이미지 정보를 얻기 위한 픽셀을 포함하고, 상기 컨트롤 유닛은 상기 이미지 정보를 분석하고, 분석결과에 따라 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어할 수 있다.
상기 이미지 정보는 프레임간의 변화에 대한 정보를 포함하고, 상기 컨트롤 유닛은 상기 프레임간의 변화량이 문턱 값보다 작을 때, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어할 수 있다.
상기 이미지 정보는 상기 대상의 이미지의 모션 벡터에 관한 정보를 포함하고, 상기 컨트롤 유닛은 상기 모션 벡터의 값이 문턱 값보다 작을 때, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템은 상기 이미지 센서와, 상기 이미지 센서를 제어하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다.
대상을 센싱하고, 상기 대상의 대상 정보를 상기 컨트롤 유닛으로 출력하는 적어도 하나의 센서를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 대상의 이미지를 처리하고, 처리된 이미지의 이미지 정보를 상기 컨트롤 유닛으로 출력하고, 상기 컨트롤 유닛은 상기 대상 정보와 상기 이미지 정보 중에서 적어도 어느 하나를 분석하고, 분석결과에 따라 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 전자 장치는 상기 이미지 센서, 상기 이미지 센서를 제어하기 위한 프로세서와, 상기 프로세서의 출력 신호에 기초하여 디스플레이하기 위한 디스플레이 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 다른 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서의 동작 방법은 상기 픽셀 어레이로부터 생성된 대상의 대상 정보와 상기 대상의 이미지 정보 중에서 적어도 어느 하나를 분석하는 단계와, 분석결과에 따라 상기 픽셀 어레이에 포함된 적층된 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 광전 변환 소자의 전하 수집 시간이 상이하도록 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 광전 변환 소자의 광전 변환 동작에 따라 생성된 전하들을 플로팅 디퓨전 노드로 전송하기 위한 전송 트랜지스터의 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 픽셀 레이어들 각각은 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 제어하기 위한 전송 제어 신호가 입력되는 전송 제어 라인을 포함할 수 있다.
상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 광전 변환 소자의 상기 전하 수집 시간은 픽셀 레이어의 위치에 따라 서로 다를 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 광전 변환 소자의 전하 수집 시간을 서로 다르게 제어함으로써 상기 복수의 픽셀 레이어들의 적층에 따른 신호 감쇠를 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 다른 이미지 처리 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서의 개략적인 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 일 실시 예에 따른 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 다른 실시 예에 따른 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 또 다른 실시 예에 따른 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 픽셀 어레이의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 또 다른 실시 예에 따른 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 또 다른 실시 예에 따른 구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 픽셀 어레이의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 10은 도 3에 도시된 픽셀 레이어에 구현된 픽셀의 회로도이다.
도 11은 도 10에 도시된 픽셀의 광전 변환 소자의 전하 수집 시간을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템의 블록도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템의 블록도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 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.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 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.
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 벗어나지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 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 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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 나타낸다. 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.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 다른 이미지 처리 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 처리 시스템(image processing system; 10)은 이미지 센서(image sensor; 100), 이미지 신호 프로세서(image signal processor(ISP); 200), 및 디스플레이(display; 300)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 이미지 센서(100)와 ISP(200)는 마더보드(motherboard)와 같은 인쇄 회로 기판(printed circuit board(PCB)), 집적 회로(integrated circuit(IC)), 또는 SoC(system on chip)로 구현될 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 이미지 센서(100)와 ISP(200)는 MCP(multi chip package) 또는 SiP(system in package)로 구현될 수 있다.
이미지 처리 시스템(10)은 디지털 카메라 또는 디지털 카메라가 부착된 휴대용 전자 장치(portable electronic device)에 사용될 수 있다.
이미지 처리 시스템(10)은, ISP(200)의 제어에 따라, 렌즈(400)를 통해 입력된 대상(object; 500) 또는 대상(500)의 이미지를 감지할 수 있다.
이미지 처리 시스템(10)은 대상(500)에 대한 대상 정보(OBI2)를 직접 생성할 수 있는 적어도 하나의 주변 센서(peripheral sensor; 600)를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 주변 센서(600)는 대상(500)의 깊이 정보를 생성할 수 있는 깊이 센서(depth sensor)일 수 있다. 예컨대, 상기 깊이 센서는 TOF(Time of Flight) 센서를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 주변 센서(600)는 대상(500)의 모션(motion) 정보를 생성할 수 있는 모션 센서(motion sensor)일 수 있다. 예컨대, 상기 모션 센서는 DVS(dynamic vision sensor)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)는 렌즈(400)를 통해 입력된 대상(500) 또는 대상(500)의 이미지를 감지하고, 이미지 데이터(DATA)를 ISP(200)로 출력할 수 있다.
이미지 센서(100)는, 적층된(stacked) 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 광전 변환 소자의 전하 수집 시간을 서로 다르게 조절하기 위해, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 광전 변환 소자의 전송 트랜지스터의 전하 전송 동작을 서로 다르게 조절할 수 있다.
실시 예에 따라, 이미지 센서(100)는 ISP(200)로부터 출력된 대상(500)의 대상 정보(OBI1)와 대상(500)의 이미지 정보(IMI) 중에서 적어도 어느 하나를 분석하고, 분석 결과에 따라 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 광전 변환 소자의 전송 트랜지스터의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 이미지 센서(100)는 주변 센서(600)로부터 출력된 대상 정보(OBI2)를 분석하고, 분석 결과에 따라 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 광전 변환 소자의 전송 트랜지스터의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따라, 이미지 센서(100)는 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 이미지 센서(100)는 CMOS 이미지 센서 칩으로 구현될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서의 개략적인 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(pixel array; 110), 컨트롤 유닛(control unit; 125), 로우 디코더(row decoder; 133), 로우 드라이버(row driver; 135), 컬럼 디코더(column decoder; 153), 컬럼 드라이버 (column driver; 155), 및 복수의 아날로그-디지털 변환기들(analog-digital converters(ADCs); 171, 173 및 175)을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 대상(500)으로부터 반사되는 빛을 감지하여 대상(500)의 대상 정보(OBI1) 및/또는 대상(500)의 이미지 정보(IMI)를 생성할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 2차원 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 복수의 픽셀 레이어들(111, 113, 및 115)을 포함할 수 있다.
도 2에서는 설명의 편의를 위해, 픽셀 어레이(110)가 3개의 픽셀 레이어들 (111, 113, 및 115)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 기술적 사상은 픽셀 레이어의 개수에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시 예에 따른 픽셀 어레이 (110)는 적어도 두 개 이상의 픽셀 레이어들을 포함할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 일 실시 예에 따른 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 도 3에 도시된 픽셀 어레이(110-1)는 도 2에 도시된 픽셀 어레이(110)의 일 실시 예를 나타낸다. 도 2에 도시된 복수의 픽셀 레이어들(111, 113, 및 115) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 적층된 복수의 픽셀 레이어들(111-1, 113-1, 및 115-1) 각각으로 구현될 수 있다.
적층된 복수의 픽셀 레이어들(111-1, 113-1, 및 115-1) 중에서 적어도 하나의 픽셀 레이어는 대상(500)으로부터 반사되는 빛을 감지하여 대상(500)의 이미지 정보(IMI)를 생성할 수 있다.
적층된 복수의 픽셀 레이어들(111-1, 113-1, 및 115-1) 각각은 복수의 픽셀들(117), 및 복수의 제어 라인들(TGL, RGL, 및 SGL)을 포함할 수 있다.
픽셀(117)은 대상(500)으로부터 반사되는 빛을 감지하여 대상(500)의 이미지 정보(IMI)를 생성할 수 있다.
픽셀(117)은 대상(500)의 이미지 정보(IMI)를 생성할 수 있는 컬러 픽셀일 수 있다. 예컨대, 컬러 픽셀은 레드 스펙트럼(red spectrum) 영역의 빛을 전기 신호로 변환하는 레드 픽셀(red pixel), 그린 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하는 그린(green) 픽셀, 또는 블루 스펙트럼 영역의 빛을 전기 신호로 변환하는 블루(blue) 픽셀일 수 있다.
또한, 컬러 픽셀은 화이트(white) 픽셀, 사이언(cyan) 픽셀, 옐로우 (yellow) 픽셀, 또는 마젠타(magenta) 픽셀일 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 다른 실시 예에 따른 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 4에 도시된 픽셀 어레이(110-2)는 도 2에 도시된 픽셀 어레이(110)의 다른 실시 예를 나타낸다. 픽셀 어레이(110-2)는 적층된 복수의 픽셀 레이어들(111-2, 113-2, 및 115-2)을 포함할 수 있다.
적층된 복수의 픽셀 레이어들(111-2, 113-2, 및 115-2) 중에서 적어도 하나의 픽셀 레이어(111-2, 113-2, 또는 115-2)는 대상(500)으로부터 반사되는 빛을 감지하여 대상(500)의 대상 정보(OBI1)와 대상(500)의 이미지 정보(IMI)를 생성할 수 있다.
적어도 하나의 픽셀 레이어(111-2, 113-2, 또는 115-2)는 픽셀(117)과 서로 다른 복수의 픽셀들(119)을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 픽셀(119)은 대상(500)의 대상 정보(OBI1)를 생성할 수 있는 깊이(depth) 픽셀 또는 모션 센서(motion sensor) 픽셀일 수 있다.
픽셀(119)은 픽셀(117)이 구현된 픽셀 어레이(111-2)의 액티브 영역(active range; AR)을 제외한 영역에 구현될 수 있다.
도 4에서 액티브 영역(AR)은 픽셀 어레이(111-2)의 최외각 영역을 제외한 영역으로만 도시되어 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 실시 예에 따라, 픽셀(119)은 액티브 영역(AR)의 일부에 구현될 수도 있다.
도 5는 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 또 다른 실시 예에 따른 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 5에 도시된 픽셀 어레이(110-3)는 도 2에 도시된 픽셀 어레이(110)의 또 다른 실시 예를 나타낸다. 픽셀 어레이(110-3)는 적층된 복수의 픽셀 레이어들(111-3 및 113-3)을 포함할 수 있다.
픽셀 레이어(111-3)는 유기 광전 변환 필름(organic photoelectric-conversion film)으로 형성될 수 있다. 픽셀 레이어(111-3)는 픽셀(117-1)을 포함할 수 있다. 예컨대, 픽셀(117-1)은 그린 픽셀일 수 있다.
픽셀 레이어(113-3)는 픽셀(117-2)과 픽셀(117-3)을 포함할 수 있다. 픽셀 (117-2)과 픽셀(117-3)은 체크 패턴(checker pattern)으로 배치될 수 있다.
예컨대, 픽셀(117-2)은 레드 픽셀이고, 픽셀(117-3)은 블루 픽셀일 수 있다. 이때, 픽셀(117-2)은 옐로우 유기 컬러 필터(yellow organic color filter)를 포함하고, 픽셀(117-3)은 사이언 유기 컬러 필터(cyan organic color filter)를 포함할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 픽셀 어레이의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 픽셀 어레이(110-3)는 마이크로 렌즈(11), 에피택셜 레이어(epitaxial layer; 13), 절연 층(dielectric layer; 17), 및 기판(substrate; 21)을 더 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈(11)는 외부로부터 입사되는 빛을 집광시킨다. 실시 예에 따라, 픽셀 어레이(110-3)는 마이크로 렌즈(11) 없이 구현될 수 있다.
광 감지기(photo detector; 15)는 외부로부터 입사되는 빛에 응답하여 광전자들(photons)을 생성할 수 있다. 광 감지기(15)는 에피택셜 레이어(13)에 형성될 수 있다. 광 감지기(15)는 광 감지 소자(photosensitive element)로서 포토다이오드(photodiode), 포토트랜지스터(phototransitor), 포토게이트(photogate) 또는 핀드 포토다이오드(pinned photodiode)로 구현될 수 있다.
절연 층(17)은 산화 막(oxide layer), 또는 산화 막과 질화 막(nitride layer)의 복합 막(composite)으로 형성될 수 있다. 예컨대, 산화 막은 실리콘 산화 막(silicon oxide layer)일 수 있다. 절연 층(17)은 금속(19)을 포함할 수 있다.
금속(19)에 의해 픽셀 어레이(110-3)의 감지 동작에 필요한 전기 배선이 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 금속(19)은 광 감지기(15)를 통과하여 입사된 빛을 다시 광 감지기(15)로 반사시키는데 이용될 수 있다. 예컨대, 금속(19)은 구리, 티타늄, 또는 질화 티타늄(titanium nitride)일 수 있다.
기판(21)은 실리콘 기판일 수 있다.
도 7은 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 또 다른 실시 예에 따른 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 7에 도시된 픽셀 어레이(110-4)는 도 2에 도시된 픽셀 어레이(110)의 또 다른 실시 예를 나타낸다. 픽셀 어레이(110-4)는 적층된 복수의 픽셀 레이어들(111-4, 113-4, 및 115-4)을 포함할 수 있다.
픽셀 레이어들(111-4 및 113-4) 각각은 유기 광전 변환 필름으로 형성될 수 있다.
픽셀 레이어(111-4)는 픽셀(117-1)을 포함하고, 픽셀 레이어(113-4)는 픽셀 (117-2)를 포함하고, 픽셀 레이어(115-4)는 픽셀(117-3)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 픽셀(117-1)은 그린 픽셀이고, 픽셀(117-2)은 블루 픽셀이고, 픽셀(117-3)은 레드 픽셀일 수 있다. 이때, 픽셀 레이어(115-4)에 구현된 픽셀 (117-3)은 필터(예컨대, 레드 컬러 필터 또는 옐로우 유기 컬러 필터)를 포함하지 않을 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 픽셀(117-1)은 그린 픽셀이고, 픽셀(117-2)은 레드 픽셀이고, 픽셀(117-3)은 블루 픽셀일 수 있다. 이때, 픽셀 레이어(115-4)에 구현된 픽셀(117-3)은 컬러 필터(예컨대, 블루 컬러 필터 또는 사이언 유기 컬러 필터)를 포함하지 않을 수 있다.
도 8은 도 2에 도시된 픽셀 어레이의 또 다른 실시 예에 따른 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 8에 도시된 픽셀 어레이(110-5)는 도 2에 도시된 픽셀 어레이(110)의 또 다른 실시 예를 나타낸다. 픽셀 어레이(110-5)는 적층된 복수의 픽셀 레이어들(111-5, 113-5, 및 115-5)을 포함할 수 있다.
픽셀 레이어들(111-5, 113-5, 및 115-5) 각각은 유기 광전 변환 필름으로 형성될 수 있다.
픽셀(117-1)은 블루 픽셀이고, 픽셀(117-2)은 그린 픽셀이고, 픽셀(117-3)은 레드 픽셀일 수 있지만, 본 발명의 기술적인 사상은 픽셀의 적층된 순서에 한정되지 않는다.
도 9는 도 8에 도시된 픽셀 어레이의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 픽셀 어레이(110-5)는 복수의 전극들(31, 32, 33, 및 34), 절연 층들(35), 및 기판(37)을 포함할 수 있다.
전극(31)은 패턴된(patterned) ITO(Indium Tin Oxide), 전도성 고분자 (conducting polymer), 또는 반투명 금속(semitransparent metal)으로 형성될 수 있다.
전극(32)은 반투명 금속으로 형성될 수 있다. 전극(33)은 ITO, 전도성 고분자, 또는 반투명 금속으로 형성될 수 있다. 전극(34)은 금속으로 형성될 수 있다.
절연 층(35)은 산화 막(oxide layer), 또는 산화 막과 질화 막(nitride layer)의 복합 막(composite)으로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 산화 막은 실리콘 산화 막(silicon oxide layer)일 수 있다.
기판(37)은 투명 기판일 수 있다. 즉, 기판(37)은 외부로부터 입사되는 빛 (39)을 투과시킬 수 있다.
설명의 편의를 위해, 도 3에서만 복수의 제어 라인들(TGL, RGL, 및 SGL)이 도시되었으나, 도 3부터 도 9에 도시된 복수의 레이어들(111-1~111-5(집합적으로 111), 113-1~113-5(집합적으로 113), 및 115-1~115-5(집합적으로 115))은 도 3에 도시된 복수의 제어 라인들(TGL, RGL, 및 SGL)을 포함할 수 있다.
도 1부터 도 3을 참조하면, 복수의 제어 라인들(TGL, RGL, 및 SGL)은 제어 신호들을 각 로우(row)에 구현된 복수의 픽셀들(117)로 전송할 수 있다. 복수의 제어 라인들(TGL, RGL, 및 SGL)은 로우 단위로 구현될 수 있다.
전송 제어 라인(TGL)은 전송 트랜지스터의 전하 전송 동작을 제어하기 위한 전송 제어 신호를 상기 전송 트랜지스터로 전송할 수 있다.
리셋 제어 라인(RGL)은 플로팅 디퓨전 노드(floating diffusion node)를 제어하기 위한 리셋 제어 신호를 리셋 트랜지스터로 전송할 수 있다.
선택 제어 라인(SGL)은 픽셀(117)로부터 생성된 신호(예컨대, 노이즈 신호 또는 픽셀 신호)를 컬럼 라인, 예컨대 출력 라인으로 전송하기 위한 선택 제어 신호를 선택 트랜지스터로 전송할 수 있다.
도 3에서는 제어 신호 라인들(RGL, 및 SGL)이 픽셀 레이어별로 구현되어 있으나, 실시 예에 따라 제어 신호 라인들(RGL 및 SGL)은 로우 단위로 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115)에 의해 공유될 수 있다.
도 10은 도 3에 도시된 픽셀 레이어에 구현된 픽셀의 회로도이다.
도 10에서는 픽셀(117)이 4개의 트랜지스터 구조로 구현된 경우가 도시되어 있으나, 픽셀(117)은 3개의 트랜지스터 구조, 5개의 트랜지스터 구조 또는 4개의 트랜지스터 구조와 유사한 게이트 구조로 구현될 수도 있다.
도 10에서는 설명의 편의를 위해 도 3에 도시된 픽셀(117)만을 도시하였다.
도 1부터 도 3, 및 도 10을 참조하면, 픽셀(117)은 광전 변환 소자(PD), 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 증폭 트랜지스터(DX)를 포함할 수 있다.
광전 변환 소자(PD)는 대상(500)으로부터 반사된 빛에 상응하는 광 전하들을 생성하고, 생성된 광 전하들을 축적할 수 있다. 광전 변환 소자(PD)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode) 등으로 구현될 수 있다.
광전 변환 소자(PD)는 전송 트랜지스터(TX)와 접속될 수 있다.
전송 트랜지스터(TX)는 광전 변환 소자(PD)의 광전 변환 동작에 따라서 생성된 광 전하들을 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송하는 전하 전송 동작을 수행할 수 있다.
예컨대, 전송 트랜지스터(TX)는 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 광 전하들을 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송할 수 있다.
전송 트랜지스터(TX)는 전송 제어 라인(TGL)을 통해 자신의 게이트로 입력되는 전송 제어 신호(TG)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 전송 제어 신호(TG)는 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 제어하기 위한 제어 신호일 수 있다.
예컨대, 전송 트랜지스터(TX)로 전송 제어 신호(TG)가 입력될 때, 전송 트랜지스터(TX)의 게이트는 턴-온(turn-on) 될 수 있다.
플로팅 디퓨전 노드(FD)는 전송 트랜지스터(TX)를 통해 광전 변환 소자(FD)로부터 전송된 광 전하들을 축적하고, 축적된 광 전하들에 상응하는 전압을 생성할 수 있다.
플로팅 디퓨전 노드(FD)는 증폭 트랜지스터(DX)의 게이트에 접속되고, 증폭 트랜지스터(DX)를 제어할 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)를 리셋시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)와 구동(driving) 전압(VDD)을 공급하는 전원 라인 사이에 접속될 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 제어 라인(RGL)을 통해 자신의 게이트로 입력되는 리셋 제어 신호(RS)에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 리셋 제어 신호(RS)에 응답하여 리셋 트랜지스터(RX)가 턴-온 될 때, 플로팅 디퓨전 노드(FD)는 리셋된다.
소스 팔로워(source follower)의 기능을 수행하는 증폭 트랜지스터(DX)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 축적된 전하들에 상응하는 전압에 기초하여 구동 전압(VDD)에 관련된 전압을 선택 트랜지스터(SX)로 출력할 수 있다.
선택 트랜지스터(SX)는 선택 제어 라인(SGL)을 통해 자신의 게이트로 입력되는 선택 제어 신호(SEL)에 의해 제어될 수 있다.
선택 트랜지스터(SX)는 컬럼 단위로 픽셀(117)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)는 증폭 트랜지스터(DX)의 출력 전압을 출력 라인(OUT)으로 출력할 수 있다.
전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 및 선택 트랜지스터(SX)를 제어할 수 있는 제어 신호들을 전송하는 제어 신호 라인들(RGL, TGL, 및 SGL)은 로우 방향으로 연장될 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 픽셀의 광전 변환 소자의 전하 수집 시간을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 1부터 도 3, 도 10과 도 11을 참조하면, 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 제어 신호(RS)에 응답하여 제1시점(T1)부터 제4시점(T4)까지 턴-온 될 수 있다.
전송 트랜지스터(TX)는 전송 제어 신호(TG)에 응답하여 제2시점(T2)부터 제3시점(T3)까지 턴-온 될 수 있다. 전송 트랜지스터(TX)가 턴-온 됨에 따라, 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 광 전하들, 예컨대 광 전자들은 플로팅 디퓨전 노드 (FD)와 리셋 트랜지스터(RX)를 통해 구동 전압(VDD)을 공급하는 전원 라인으로 전송될 수 있다.
선택 트랜지스터(SX)는 선택 제어 신호(SEL)에 응답하여 제5시점(T5)부터 제10시점(T10)까지 턴-온 될 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)가 리셋 제어 신호(RS)에 응답하여 제6시점(T6)부터 제7시점(T7)까지 턴-온 됨에 따라, 선택 트랜지스터(SX)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 전압에 상응하는 신호, 예컨대 노이즈 신호를 출력 라인(OUT)으로 출력할 수 있다.
전송 트랜지스터(TX)가 제3시점(T3)부터 제8시점(T8)까지 턴-오프 됨에 따라, 광전 변환 소자(PD)는 제3시점(T3)부터 제8시점(T8)까지(예컨대, 전하 수집 시간(P) 동안) 입사된 빛에 상응하는 광 전하들을 생성하고, 생성된 광 전하들을 축적할 수 있다.
전송 트랜지스터(TX)가 전송 제어 신호(TG)에 응답하여 제8시점(T8)부터 제9시점(T9)까지 턴-온 됨에 따라, 선택 트랜지스터(SX)는 광전 변환 소자(PD)에 의해 생성된 광 전하들에 상응하는 신호, 예컨대 픽셀 신호를 출력 라인(OUT)으로 출력할 수 있다.
본 명세서에서 표현된 '전하 수집 시간'은 집광 시간(integration time) 또는 노출 시간(exposure time)을 의미할 수 있다.
도 1의 컨트롤 유닛(125)은 로우 디코더(133), 로우 드라이버(135), 컬럼 디코더(153), 컬럼 드라이버(155), 및 복수의 ADC들(171, 173, 및 175) 각각의 동작을 제어하기 위한 제어 신호(들)를 생성할 수 있다.
예컨대, 컨트롤 유닛(125)은 적층된 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 포함된 복수의 로우 라인들 중에서 특정한 로우 라인을 선택하기 위한 복수의 로우 제어 신호들을 생성할 수 있다.
상기 복수의 로우 제어 신호들은 전송 제어 신호(TG), 리셋 제어 신호(RS), 및 선택 제어 신호(SEL) 등을 포함할 수 있다.
컨트롤 유닛(125)은, 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 구현된 픽셀(117)의 광전 변환 소자(PD)의 전하 수집 시간(P)을 서로 다르게 조절하기 위해, 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 구현된 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
실시 예에 따라, 컨트롤 유닛(125)은 ISP(200)로부터 전송된 대상(500)에 대한 대상 정보(OBI1) 및/또는 대상(500)의 이미지 정보(IMI)를 분석하고, 분석 결과에 따라 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 구현된 전송 트랜지스터 (TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
예컨대, 대상 정보(OBI1)는 대상(500)의 움직임에 대한 정보를 포함하고, 컨트롤 유닛(125)은 움직임의 값이 문턱 값보다 작을 때 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 구현된 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
대상 정보(OBI1)는 대상(500)과 이미지 센서(100)의 거리에 대한 정보를 포함하고, 컨트롤 유닛(125)은 거리의 변화량이 문턱 값보다 작을 때 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 구현된 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
이미지 정보(IMI)는 프레임(frame) 간의 변화에 대한 정보를 포함하고, 컨트롤 유닛(125)은 프레임간의 변화량이 문턱 값보다 작을 때 복수의 픽셀 레이어들 (111, 113 및 115) 각각에 구현된 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
이미지 정보(IMI)는 대상(500)의 이미지의 모션 벡터(motion vector)에 관한 정보를 포함하고, 컨트롤 유닛(125)은 상기 모션 벡터의 값이 문턱 값보다 작을 때 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 구현된 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 컨트롤 유닛(125)은 주변 센서(600)로부터 전송된 대상(500)의 대상 정보(OBI2)를 분석하고, 분석 결과에 따라 복수의 픽셀 레이어들 (111, 113 및 115) 각각에 구현된 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
예컨대, 대상 정보(OBI2)는 대상(500)의 움직임에 대한 정보를 포함하고, 컨트롤 유닛(125)은 움직임의 값이 문턱 값보다 작을 때 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 구현된 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
대상 정보(OBI2)는 대상(500)과 이미지 센서(100)의 거리에 대한 정보를 포함하고, 컨트롤 유닛(125)은 거리의 변화량이 문턱 값보다 작을 때 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 구현된 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
로우 디코더(133)는 컨트롤 유닛(125)으로부터 출력된 복수의 로우 제어 신호들, 예컨대 로우 어드레스 신호들을 디코딩(decoding)하고 디코딩 결과에 따라 복수의 로우 선택 신호들을 출력할 수 있다.
로우 드라이버(135)는 로우 디코더(133)로부터 출력된 상기 복수의 로우 선택 신호들 각각에 응답하여 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 포함된 복수의 로우들 중에서 적어도 하나의 로우에 포함된 픽셀들을 구동할 수 있다.
컬럼 디코더(153)는 컨트롤 유닛(125)으로부터 출력된 복수의 컬럼 제어 신호들, 예컨대 컬럼 어드레스 신호들을 디코딩하고 디코딩 결과에 따라 복수의 컬럼 선택 신호들을 출력할 수 있다.
컬럼 드라이버(155)는 컬럼 디코더(153)로부터 출력된 상기 복수의 컬럼 선택 신호들 각각에 응답하여 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각에 포함된 복수의 컬럼 라인들 각각을 구동할 수 있다.
설명의 편의를 위하여 이미지 센서(100)는 하나의 로우 드라이버(135)와 하나의 컬럼 드라이버(155)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시 예에 따라 이미지 센서(100)는 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각의 로우 라인들 또는 컬럼 라인들을 구동하기 위한 복수의 로우 드라이버들 또는 복수의 컬럼 드라이버들을 포함할 수 있다. 예컨대, 로우 라인들은 TGL, RGL, 및 SGL을 포함할 수 있다.
이때, 이미지 센서(100)는 복수의 로우 디코더들 또는 복수의 컬럼 디코더들을 포함할 수 있다.
복수의 ADC들(171, 173, 및 175) 각각은 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각으로부터 출력되는 신호들을 아날로그-디지털 변환하고, 아날로그-디지털 변환된 신호들을 이미지 데이터(DATA)로서 ISP(200)로 출력할 수 있다. 예컨대, 이미지 데이터(DATA)는 대상 정보(OBI1) 및/또는 이미지 정보(IMI)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 복수의 ADC들(171, 173 및 175) 각각은 복수의 픽셀 레이어들(111, 113 및 115) 각각으로부터 출력되는 신호들을 상관 이중 샘플링 (correlated double sampling(CDS))하는 CDS 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이때, 복수의 ADC들(171, 173 및 175) 각각은 상관 이중 샘플링된 신호와 램프 신호를 비교하고, 비교 결과를 이미지 데이터(DATA)로서 출력할 수 있다.
ISP(200)는 이미지 센서(100)로부터 출력된 이미지 데이터(DATA)를 가공/처리하여 이미지를 생성하고, 생성된 이미지를 디스플레이(300)로 출력할 수 있다.
또한, ISP(200)는 이미지 센서(100)로부터 출력된 이미지 데이터(DATA)로부터 대상(500)의 대상 정보(OBI1) 및/또는 대상(500)의 이미지 정보(IMI)를 추출하고, 추출된 정보(OBI1 및/또는 IMI)를 이미지 센서(100)로 전송할 수 있다.
도 1에서는 설명의 편의를 위해 ISP(200)가 이미지 센서(100)의 외부에 구현되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 ISP(200)는 이미지 센서(100)의 내부에 구현될 수 있다.
디스플레이(300)는 이미지를 디스플레이할 수 있는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 디스플레이(300)는 터치스크린, LCD(liquid crystal display), TFT-LCD(thin film transistor-liquid crystal display), LED(liquid emitting diode) 디스플레이, OLED(organic LED) 디스플레이, AMOLED (active matrix OLED) 디스플레이 또는 플렉시블(flexible) 디스플레이로 구현될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1부터 도 3, 및 도 10부터 도 12를 참조하면, 컨트롤 유닛(125)은, 복수의 픽셀 레이어들(111, 113, 및 115) 각각에 구현된 광전 변환 소자(PD)의 전하 수집 시간(P)을 서로 다르게 제어하기 위해, 복수의 픽셀 레이어들(111, 113, 및 115) 각각에 구현된 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다.
컨트롤 유닛(125)은 복수의 픽셀 레이어들(111, 113, 및 115) 각각에 구현된 광전 변환 소자(PD)의 전하 수집 시간(P)을 도 12에 예시적으로 도시된 바와 같이 제어할 수 있다.
제2픽셀 레이어(113)의 각 로우(ROW1~ROWn)에 구현된 광전 변환 소자(PD)의 전하 수집 시간(P=P2)은 제1픽셀 레이어(111)의 각 로우(ROW1~ROWk)에 구현된 광전 변환 소자(PD)의 전하 수집 시간(P=P1)보다 길다.
제3픽셀 레이어(115)의 각 로우(ROW1~ROWm)의 광전 변환 소자(PD)의 전하 수집 시간(P=P3)은 제2픽셀 레이어(113)의 각 로우(ROW1~ROWn)의 광전 변환 소자(PD)의 전하 수집 시간(P=P2)보다 길다.
즉, 복수의 픽셀 레이어들(111, 113, 및 115) 각각에 구현된 광전 변환 소자 (PD)의 전하 수집 시간(P)은 픽셀 레이어의 위치에 따라 서로 다를 수 있다.
예컨대, 해당 픽셀 레이어가 하위층(lower layer)에 위치할수록 상기 픽셀 레이어의 광전 변환 소자(PD)의 전하 수집 시간(P)은 증가할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 동작 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 1부터 도 13을 참조하면, 컨트롤 유닛(125)은 픽셀 어레이(110)로부터 생성된 대상(500)의 대상 정보(OBI1)와 대상(500)의 이미지 정보(IMI) 중에서 적어도 어느 하나를 분석할 수 있다(S110).
실시 예에 따라, 컨트롤 유닛(125)은 주변 센서(600)로부터 생성된 대상 (500)의 대상 정보(OBI2)를 분석할 수 있다.
컨트롤 유닛(125)은, 분석 결과에 따라 픽셀 어레이(110)에 포함된 적층된 복수의 픽셀 레이어들(111, 113, 및 115) 각각에 구현된 광전 변환 소자(PD)의 전하 수집 시간(P)을 서로 다르게 조절하기 위해, 복수의 픽셀 레이어들(111, 113, 및 115) 각각에 구현된 광전 변환 동작에 따라 생성된 전하들을 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송하기 위한 전송 트랜지스터(TX)의 전하 전송 동작을 서로 다르게 제어할 수 있다(S130).
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템의 블록도이다.
도 14를 참조하면, 이미지 처리 시스템(1000)은 MIPI(mobile industry processor interface)를 사용 또는 지원할 수 있는 이미지 처리 장치, 예컨대, PDA (personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), IPTV(internet protocol television), 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC, 모바일 인터넷 장치 (mobile internet device(MID))로 구현될 수 있다.
이미지 처리 시스템(1000)은 이미지 센서(100), 애플리케이션 프로세서 (application processor(AP)); 1010), 및 디스플레이(1050)를 포함한다.
AP(1010)에 구현된 CSI 호스트(camera serial interface(CSI) host; 1012)는 카메라 시리얼 인터페이스를 통하여 이미지 센서(100)의 CSI 장치(1041)와 시리얼 통신할 수 있다.
이때, CSI 호스트(1012)는 디시리얼라이저(deserializer(DES))를 포함할 수 있고, CSI 장치(1041)는 시리얼라이저(serializer(SER))를 포함할 수 있다.
AP(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)는 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치 (1051)는 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 이미지 처리 시스템(1000)은 AP(1010)와 통신할 수 있는 RF 칩(1060)을 더 포함할 수 있다.
AP(1010)에 포함된 PHY(PHYsical layer; 1013)와 RF 칩(1060)에 포함된 PHY (1061)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
실시 예에 따라, 이미지 처리 시스템(1000)은 GPS(1020) 수신기, 스토리지 (storage; 1070), 마이크로폰(microphone(MIC); 1080), DRAM(dynamic random access memory; 1085) 및 스피커(speaker; 1090)를 더 포함할 수 있다.
이미지 처리 시스템(1000)은 Wimax(world interoperability for microwave access; 1030) 모듈, WLAN(wireless lan; 1100) 모듈 및/또는 UWB(ultra wideband; 1110) 모듈 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 이미지 처리 시스템(1000)은 LTETM(long-term evolution) 통신을 위한 모듈을 더 포함할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템의 블록도이다.
도 15를 참조하면, 이미지 처리 시스템(1200)은 이미지 센서(100), 프로세서 (1210), 메모리(1220), 디스플레이 유닛(1230), 및 인터페이스(1240)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 이미지 처리 시스템(1200)은 의료 장치 또는 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다. 상기 휴대용 전자 장치는 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC, PDA(personal digital assistant), EDA(enterprise digital assistant), PMP(portable multimedia player), 모바일 인터넷 장치 (mobile internet device(MID)), 또는 e-북(e-book) 등으로 구현될 수 있다.
프로세서(1210)는 이미지 센서(100)의 동작을 제어하거나, 이미지 센서(100)로부터 출력된 이미지 데이터를 처리할 수 있다. 실시 예에 따라, 프로세서(1210)는 ISP(200)의 기능을 포함할 수 있다.
메모리(1220)는 프로세서(1210)의 제어에 따라 버스(1250)를 통하여 이미지 센서(100)의 동작을 제어하기 위한 프로그램과 프로세서(1210)에서 생성된 이미지를 저장할 수 있고, 프로세서(1210)는 저장된 정보를 액세스하여 상기 프로그램을 실행시킬 수 있다. 메모리(1220)는 예컨대, 불휘발성 메모리(non-volatile memory)로 구현될 수 있다.
디스플레이 유닛(1230)은 이미지를 프로세서(1210) 또는 메모리 (1220)로부터 수신하여 디스플레이할 수 있다.
인터페이스(1240)는 2차원 또는 3차원 이미지를 입출력하기 위한 인터페이스로 구현될 수 있다. 실시 예에 따라, 인터페이스(1240)는 무선 인터페이스로 구현될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 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.
10, 1000 및 1200 : 이미지 처리 시스템
100: 이미지 센서
110: 픽셀 어레이
111, 113 및 115 : 복수의 픽셀 레이어들
125: 컨트롤 유닛
133: 로우 디코더
135: 로우 드라이버
153: 컬럼 디코더
155: 컬럼 드라이버
171, 173 및 175: 복수의 ADC들
200: 이미지 신호 프로세서
300: 디스플레이
400: 렌즈
500: 대상
OBI1 및 OBI2: 대상 정보
IMI: 이미지 정보
DATA: 이미지 데이터

Claims (10)

  1. 적층된 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 광전 변환 소자의 광전 변환 동작에 따라 생성된 전하들을 플로팅 디퓨전 노드로 전송하기 위한 전송 트랜지스터; 및
    상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 광전 변환 소자의 전하 수집 시간이 상이하도록, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어하는 컨트롤 유닛을 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각은,
    상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 제어하기 위한 전송 제어 신호가 입력되는 전송 제어 라인을 포함하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 광전 변환 소자의 상기 전하 수집 시간은 픽셀 레이어의 위치에 따라 서로 다른 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 픽셀 레이어들 중에서 적어도 하나의 픽셀 레이어는,
    대상의 대상 정보를 얻기 위한 픽셀을 포함하고,
    상기 컨트롤 유닛은 상기 대상 정보를 분석하고, 분석결과에 따라 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어하는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀 레이어들 중에서 적어도 하나의 픽셀 레이어는 대상의 이미지 정보를 얻기 위한 픽셀을 포함하고,
    상기 컨트롤 유닛은 상기 이미지 정보를 분석하고, 분석결과에 따라 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어하는 이미지 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이미지 정보는 프레임간의 변화에 대한 정보를 포함하고,
    상기 컨트롤 유닛은,
    상기 프레임간의 변화량이 문턱 값보다 작을 때, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어하는 이미지 센서.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 이미지 정보는 상기 대상의 이미지의 모션 벡터에 관한 정보를 포함하고,
    상기 컨트롤 유닛은,
    상기 모션 벡터의 값이 문턱 값보다 작을 때, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어하는 이미지 센서.
  8. 제1항의 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서를 제어하기 위한 프로세서를 포함하는 이미지 처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    대상을 감지하고, 상기 대상의 대상 정보를 상기 컨트롤 유닛으로 출력하는 적어도 하나의 센서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 대상의 이미지를 처리하고, 처리된 이미지의 이미지 정보를 상기 컨트롤 유닛으로 출력하고,
    상기 컨트롤 유닛은 상기 대상 정보와 상기 이미지 정보 중에서 적어도 어느 하나를 분석하고, 분석결과에 따라 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 전송 트랜지스터의 상기 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어하는 이미지 처리 시스템.
  10. 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서의 동작 방법에 있어서,
    상기 픽셀 어레이로부터 생성된 대상의 대상 정보와 상기 대상의 이미지 정보 중에서 적어도 어느 하나를 분석하는 단계; 및
    분석결과에 따라 상기 픽셀 어레이에 포함된 적층된 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 광전 변환 소자의 전하 수집 시간이 상이하도록, 상기 복수의 픽셀 레이어들 각각에 구현된 상기 광전 변환 소자의 광전 변환 동작에 따라 생성된 전하들을 플로팅 디퓨전 노드로 전송하기 위한 전송 트랜지스터의 전하 전송 동작을 서로 상이하게 제어하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 동작 방법.
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