KR20150081093A - 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 각각이 복수의 이진 픽셀들을 포함하는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이 및 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 상응하는 넓이를 가지고 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각의 하부에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함한다.
Description
본 발명의 개념에 따른 실시예는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템에 관한 것으로 특정 조도 조건에서 감도를 유지할 수 있는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 이미지(optical image)를 전기적 신호로 변환하는 장치이다. 상기 이미지 센서는 복수의 픽셀들을 포함한다. 상기 복수의 픽셀들 각각이 전송(transfer) 트랜지스터, 리셋(reset) 트랜지스터, 선택(selection) 트랜지스터, 및 소스 팔로워(source follower) 트랜지스터를 포함할 때, 상기 픽셀들은 4T 픽셀들이라고 호칭될 수 있다.
기술이 발전함에 따라 픽셀의 사이즈는 감소하였다. 예컨대, 4T 픽셀 대신에 1T 픽셀 즉, 하나의 트랜지스터 구조를 가지는 픽셀이 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저조도 또는 고조도의 조건에서 감도가 저하되지 않을 수 있는 픽셀을 포함하여 높은 품질의 이미지 데이터를 생성할 수 있는 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 각각이 복수의 이진 픽셀들을 포함하는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이 및 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 상응하는 넓이를 가지고 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각의 하부에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함한다.
실시예에 따라 상기 마이크로 렌즈와 상기 픽셀 어레이의 사이에 형성되는 서브 마이크로 렌즈를 더 포함한다.
실시예에 따라 상기 서브 마이크로 렌즈의 굴절률은 상기 마이크로 렌즈의 굴절률보다 크다.
실시예에 따라 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 상기 픽셀 그룹의 중심에 가깝게 배열된 제1 이진 픽셀 그룹과 상기 픽셀 그룹의 테두리에 가깝게 배열된 제2 이진 픽셀 그룹을 포함하고, 상기 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 포토 다이오드의 전하 축적 용량은 상기 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 포토 다이오드의 전하 축적 용량보다 크다.
실시예에 따라 상기 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드는 상기 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드보다 깊게 형성된다.
실시예에 따라 상기 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드는 상기 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드보다 넓게 형성된다.
실시예에 따라 상기 픽셀 어레이의 컬럼 별로 출력되는 픽셀 신호를 처리하는 리드아웃 블록, 상기 픽셀 어레이의 동작을 제어하는 로우 드라이버 블록 및 상기 리드아웃 블록과 상기 로우 드라이버 블록을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함한다.
실시예에 따라 상기 픽셀 신호에 가중치를 부여하여 픽셀화하고, 픽셀화된 픽셀 신호에 기초하여 이미지 데이터를 생성하는 이미지 신호 프로세서를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 각각이 복수의 이진 픽셀들을 포함하는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이 및 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 상응하는 넓이를 가지고 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각의 하부에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하며, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 상기 픽셀 그룹의 중심에 가깝게 배열된 제1 이진 픽셀 그룹과 상기 픽셀 그룹의 테두리에 가깝게 배열된 제2 이진 픽셀 그룹을 포함하고, 상기 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 포토 다이오드의 전하 축적 용량은 상기 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 포토 다이오드의 전하 축적 용량보다 크다.
실시예에 따라 상기 마이크로 렌즈와 상기 픽셀 어레이의 사이에 형성되는 서브 마이크로 렌즈를 더 포함한다.
실시예에 따라 상기 서브 마이크로 렌즈의 굴절률은 상기 마이크로 렌즈의 굴절률보다 크다.
실시예에 따라 상기 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드는 상기 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드보다 깊게 형성된다.
실시예에 따라 상기 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드는 상기 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드보다 넓게 형성된다.
실시예에 따라 상기 픽셀 어레이의 컬럼 별로 출력되는 픽셀 신호를 처리하는 리드아웃 블록, 상기 픽셀 어레이의 동작을 제어하는 로우 드라이버 블록 및 상기 리드아웃 블록과 상기 로우 드라이버 블록을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함한다.
실시예에 따른 이미지 처리 시스템은 상기 이미지 센서 및 상기 픽셀 신호에 가중치를 부여하여 픽셀화하고, 픽셀화된 픽셀 신호에 기초하여 이미지 데이터를 생성하는 이미지 신호 프로세서를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서, 및 이를 포함하는 이미지 처리 시스템에 의하면 저조도 또는 고조도에서 이진 픽셀들의 감도가 저하되지 않아 품질이 향상된 이미지 데이터를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 이진 픽셀을 상세히 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 이진 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8a는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8b는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9a는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9b는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 10에 도시된 이진 픽셀들의 포토 다이오드를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 도 11에 도시된 이진 픽셀들의 포토 다이오드를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 일 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 15는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 다른 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 이진 픽셀을 상세히 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 이진 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8a는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8b는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9a는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9b는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 10에 도시된 이진 픽셀들의 포토 다이오드를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 도 11에 도시된 이진 픽셀들의 포토 다이오드를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 일 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 15는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 다른 실시 예를 나타내는 블록도이다.
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 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 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 안 된다. 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, 다수개의 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 실시예에 따른 이미지 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 처리 시스템(image processing system, 10)은 이미지 센서(image sensor, 100), 디지털 이미지 프로세서(digital image processor; DSP, 200), 디스플레이 유닛(display unit, 300) 및 렌즈(500)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(pixel array, 110), 컨트롤 유닛(control unit, 150) 및 리드 아웃 블록(readout block, 190)을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 각각이 적어도 하나의 광전하를 검출하여 디지털 형태의 이진 픽셀 신호를 생성하는 복수의 이진 픽셀들(도 2의 130)을 포함하고, 각각이 복수의 이진 픽셀들(130) 중 하나의 픽셀에 대응하는 복수의 이진 픽셀들(130)을 포함하는 복수의 픽셀 그룹들(예컨대, 도 7의 제1 픽셀 그룹 내지 제4 픽셀 그룹)을 포함할 수 있다.
이진 픽셀들(130) 각각은 하나의 싱글 트랜지스터(도 2의 SX) 및 광전 변환 소자(예컨대, 도 2의 PD)를 포함한다. 예컨대 광전 변환 소자는 포토 다이오드(photo diode) 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode)이다. 하나의 픽셀에서 하나의 싱글 트랜지스터만을 포함함으로써 이미지 센서(100)의 집적도는 높아질 수 있다. 예컨대, 이미지 센서(100)는 0.1 μm × 0.1 μm 이하 수준의 이진 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 픽셀 어레이(110)는 다수의 광전 변환 소자들을 이용하여 빛을 감지하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 이진 픽셀 신호들을 생성한다. 이진 픽셀들(130)의 상세한 동작은 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
컨트롤 유닛(150)은 픽셀 어레이(110)와 리드 아웃 블록(190)의 동작을 제어할 수 있는 다수의 제어 신호들을 생성하고, 상기 다수의 제어 신호들을 공급할 수 있다.
컨트롤 유닛(150)은 로우 드라이버(row driver, 160), 컬럼 드라이버(column driver, 165), 타이밍 제네레이터(timing generator, 170) 및 제어 레지스터 블록(control register block, 180)을 포함할 수 있다.
로우 드라이버(160)는 픽셀 어레이(110)를 로우(row) 단위로 구동한다. 즉, 어느 하나의 동일한 로우에 속한 픽셀들은 동일한 제어 신호 즉, 게이트 신호(예컨대, 도 2의 VG)와 소스 신호(예컨대, 도 2의 VS)를 공급받을 수 있다.
즉, 로우 드라이버(160)는 타이밍 제네레이터(170)로부터 출력되는 제어 신호를 디코딩하여 픽셀 어레이(110)의 각 행에 제어 신호를 공급할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 로우 드라이버(160)로부터 제공된 게이트 신호(예컨대, 도 2의 VG)와 소스 신호(예컨대, 도 2의 VS)에 의해 선택되는 행(row)으로부터 출력되는 이진 픽셀 신호를 리드아웃 블록(190)으로 출력한다.
컬럼 드라이버(165)는 타이밍 제네레이터(170)의 제어에 따라 다수의 제어신호들을 생성하여 리드아웃 블록(190)의 동작을 제어할 수 있다.
타이밍 제네레이터(170)는 로우 드라이버(160) 및 컬럼 드라이버(165)에 제어 신호 또는 클럭 신호를 인가하여 로우 드라이버(160) 및 컬럼 드라이버(165)의 동작 또는 타이밍을 제어할 수 있다. 타이밍 제네레이터(170)는 제어 레지스터 블록(180)이 제공하는 제어 신호와 클럭 신호를 이용하여 로우 드라이버(160) 및 컬럼 드라이버(165)에 공급할 제어 신호 또는 클럭 신호를 생성할 수 있다.
이때, 제어 레지스터 블록(180)은 카메라 컨트롤 유닛(210)의 제어에 따라 동작하며, 제어 신호와 클럭 신호를 저장하거나 버퍼링(buffering)할 수 있다.
리드아웃 블록(190)은 복수의 이진 픽셀들(예컨대, 도 2의 130) 각각이 생성하는 복수의 이진 픽셀 신호들을 각각 기준 전압과 비교한 결과를 기초로 디지털 형태의 픽셀 신호(PS)를 생성하여 DSP(200)로 출력한다. 리드아웃 블록(190)은 복수의 이진 픽셀 신호들을 컬럼 별로 입력받아 상기 기준 전압과 비교하는 비교기(미도시), 비교기(미도시)의 비교 결과를 카운팅하는 카운터(미도시), 카운터(미도시)의 카운팅 결과를 저장하는 메모리(미도시) 등을 포함할 수 있다.
DSP(200)는 이미지 센서(100)에 의해 센싱되어 출력된 픽셀 신호(PS)를 처리하여 이미지 데이터를 생성하고, 상기 이미지 데이터를 디스플레이 유닛(300)에 출력할 수 있다.
DSP(200)는 카메라 컨트롤 유닛(210), 이미지 신호 프로세서(image signal processor; ISP, 220) 및 PC I/F(230)를 포함할 수 있다.
카메라 컨트롤 유닛(210)은 제어 레지스터 블록(180)을 제어한다. 이때, 카메라 컨트롤 유닛(210)은 I2C(inter-integrated circuit)를 이용하여 제어 레지스터 블록(180)을 제어할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
ISP(220)는 리드 아웃 회로(190)로부터 출력된 픽셀 신호(PS)를 사람이 보기 좋도록 가공 및 처리하여 가공 및 처리된 이미지 데이터를 PC I/F(230)를 통해 디스플레이 유닛(300)으로 출력한다.
ISP(220)는 이미지 센서(100)와 별개의 칩으로 구현된다. 다른 실시 예에 따라 ISP(220)와 이미지 센서(100)는 하나의 칩으로 구현될 수 있다.
디스플레이 유닛(300)은 영상을 출력할 수 있는 모든 장치를 의미한다. 예컨대, 디스플레이 유닛(300)은 컴퓨터, 휴대폰, 스마트폰 및 기타 영상 출력 단말로 구현될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 이진 픽셀을 상세히 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이진 픽셀(130)들은 매트릭스(matrix) 형태로 배열되어 픽셀 어레이(110)를 구성할 수 있으며, 각각이 싱글 트랜지스터(SX) 및 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다. 설명의 편의상 광전 변환 소자가 포토 다이오드임을 가정하고 설명하고 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
포토 다이오드(PD)는 일측단이 접지에 연결되고 타측단은 싱글 트랜지스터(SX)의 바디(body)에 연결되어 있거나 전기적으로 분리될 수도 있다. 포토 다이오드(PD)는 렌즈(500)를 통과한 입사광의 세기에 비례하여 생성된 광전하를 담아 유지할 수 있다.
싱글 트랜지스터(SX)의 소스와 게이트는 각각 로우 드라이버 블록(160)에 연결되어 각각 소스 신호(VS)와 게이트 신호(VG)를 수신할 수 있다.
이진 픽셀(130)은 소스 신호(VS) 및 게이트 신호(VG)에 따라 세 가지 동작 즉, 광전하 축적 동작, 리셋 동작 및 리드아웃 동작을 수행할 수 있다.
광전하 축적 동작은 입사광에 의해 생성된 광 전하(전자, 정공) 중 어느 하나의 종류의 광 전하(전자 또는 정공)가 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 경우를 말한다.
광전하 축적 모드에서 아발란치(avalanche) 효과에 의한 광전하 증폭 현상을 발생시키기 위해 소스 전압(VS)은 제1 축적 전압, 게이트 전압(VG)은 제2 축적 전압, 그리고 기판 전압은 0 V로 각각 인가될 수 있다. 예컨대, 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터인 경우 제1 축적 전압은 0 V이고 제2 축적 전압은 전원 전압(VDD)일 수 있다.
리셋 동작은 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 광전하가 소스 또는 드레인을 통해 빠져 나가는 경우를 말한다.
리셋 모드에서 소스 전압(VS)은 제1 리셋 전압, 게이트 전압(VG)은 제2 리셋 전압, 그리고 기판 전압은 0 V로 각각 인가될 수 있다. 예컨대, 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터인 경우 제1 리셋 전압은 전원 전압(VDD)이고, 제2 리셋 전압은 0 V일 수 있다.
리드아웃 동작은 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 광전하에 대응하는 이진 픽셀 신호가 컬럼 라인(COL)을 통해 출력되는 경우를 말한다. 이진 픽셀 신호는 영상 신호와 리셋 신호를 포함한다. 상기 영상 신호는 광전하 축적 모드가 종료된 직후의 리드아웃 동작에서 출력되는 신호를 말하며, 상기 리셋 신호는 리셋 모드가 종료된 직후의 리드아웃 동작에서 출력되는 신호를 말한다. 설명의 편의상 상기 리셋 신호를 위한 리드아웃 동작에 대한 설명은 생략하기로 한다.
리드아웃 동작에 대해 상세히 설명하면, 포토 다이오드(PD)에 축적되어 있는 광전하에 따라 싱글 트랜지스터(SX)의 바디 전압이 달라질 수 있으며, 상기 바디 전압이 달라짐에 따라 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 달라질 수 있다. 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 달라지면, 소스 전압이 달라지는 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다. 즉, 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 달라짐으로써 일정한 게이트 전압(VG)이 임계 전압(Vth)보다 커질 수도 또는 작아질 수도 있다. 이에 따라 컬럼 라인(COL)을 통해 출력되는 이진 픽셀 신호는 로우(low) 또는 하이(high) 레벨을 가질 수 있다.
리드 아웃 모드에서 소스 전압(VS)은 제1 리드 전압, 게이트 전압(VG)은 제2 리드 전압, 그리고 기판 전압은 0 V로 각각 인가될 수 있다. 예컨대, 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터인 경우 제1 리드 전압은 전원 전압(VDD)이고 제2 리드 전압은 포토 다이오드(PD)의 영향이 없을 때의 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)보다 높은 전압일 수 있다.
상기와 같이 싱글 트랜지스터(SX)에 전압이 인가되어 리드 아웃 모드에 진입한 경우 포토 다이오드(PD)에 축적된 광전하에 따라 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 가변되는 것이 센싱되어 드레인 전압이 픽셀 신호로 출력될 수 있다.
예컨대, 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터이고 포토 다이오드(PD)의 영향이 없을 때의 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 1 V이고, 게이트에 인가되는 제2 리드 전압이 1.2 V라 가정한다. 또한, 포토 다이오드(PD)가 축적된 광전하에 의해 포화되었을 때, 싱글 트랜지스터(SX)의 임계 전압(Vth)이 1.4 V로 변경된다고 가정한다. 즉, 포토 다이오드(PD)가 축적된 광전하에 의해 포화되는 경우, 싱글 트랜지스터(SX)가 활성화되어 하이 레벨(예컨대, 1 V)의 이진 픽셀 신호가 출력될 수 있다. 반대로, 포토 다이오드(PD)가 축적된 광전하에 의해 포화되지 않은 경우, 싱글 트랜지스터(SX)가 비활성화되어 로우 레벨(예컨대, 0 V)의 이진 픽셀 신호가 출력될 수 있다. 포토 다이오드(PD)가 축적된 광전하에 의해 포화되는 것은 포토 다이오드(PD)의 전하 축적 용량 이상으로 광전하가 축적됨을 의미하며, 포토 다이오드(PD)의 전하 축적 용량은 포토 다이오드(PD)의 부피와 도핑 정도에 따라 달라질 수 있다. 본 명세서에서는 포토 다이오드(PD)의 도핑 정도는 일정하며, 전하 축적 용량은 포토 다이오드(PD)의 부피에만 의존한다고 가정하고 설명하기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 이진 픽셀을 형성하기 위한 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이진 픽셀(130)을 형성하기 위한 레이아웃의 일 실시예(130')에는 싱글 트랜지스터(SX)의 소스(S), 게이트(G) 및 드레인(D)이 순차적으로 형성되고, 소스(S)와 드레인(D)을 잇는 채널(131)이 형성되어 있다. 또한, 레이아웃의 일 실시예(130')에는 인접하는 이진 픽셀(미도시)과의 전기적인 분리를 위한 웰 층(132)을 포함할 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나 레이아웃의 일 실시예(130')에는 A 방향 또는 A 방향에 수직한 방향을 따라 인접하는 이진 픽셀(미도시)과의 전기적인 분리를 위한 STI(Shallow Trench Isolation, 미도시)가 형성될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 레이아웃의 일 실시예(130')에 따른 반도체 기판(140-1)의 A 방향 단면의 일 실시예(130A-1)는 싱글 트랜지스터의 소스(S), 게이트(G), 드레인(D), 채널(131), 웰 층(132), 포토 다이오드(133, 도 2의 PD), 게이트 절연막(134), 제1 에픽택셜 층(first epitaxial layer, 135) 및 제2 에픽택셜 층(second epitaxial layer, 136)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(140-1)은 실리콘(Si) 기판을 기초로 형성될 수 있다.
싱글 트랜지스터(SX)의 소스(S), 게이트(G) 및 드레인(D)은 각각 싱글 트랜지스터(SX)의 각 단자로서 동작할 수 있다. 이때, 소스(S)와 드레인(D)은 이온 주입(ion implantation) 공정을 수행함으로써 높은 농도로 도핑된 영역으로 형성될 수 있다. 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터일 때 소스(S)와 드레인(D)은 P+로 도핑된 p 영역(p region)일 수 있다. 반대로, 싱글 트랜지스터(SX)가 NMOS 트랜지스터일 때 소스(S)와 드레인(D)은 N+로 도핑된 n 영역(n region)일 수 있다. 게이트(G)는 폴리 실리콘(poly silicon)으로 형성될 수 있다.
채널(131)은 싱글 트랜지스터(SX)의 소스(S)와 드레인(D) 간의 캐리어의 흐름을 원활히 하기 위해 형성될 수 있다. 상기 캐리어는 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터일 경우 정공(hole)이며, 싱글 트랜지스터(SX)가 NMOS 트랜지스터일 경우 전자(electron)에 해당한다. 채널(131)은 필수적인 것은 아니며, 선택적으로 형성될 수 있다. 채널(131)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성될 수 있다.
웰 층(132)은 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS일 경우 N-로 도핑되고, 싱글 트랜지스터(SX)가 NMOS일 경우 P-로 도핑될 수 있다.
포토 다이오드(133)는 웰 층(132) 내에 이온 주입 공정으로 형성될 수 있다. 포토 다이오드(133)는 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터일 때 n으로 도핑되고, 싱글 트랜지스터(SX)가 NMOS 트랜지스터일 때 p로 도핑될 수 있다. 포토 다이오드(133)는 이온 주입 공정에 이용되는 에너지(예컨대, 2~3 meV)에 따라 그 깊이가 결정될 수 있다. 예컨대, 이온 주입 공정에 이용되는 에너지의 양이 클수록 포토 다이오드(133)는 깊게 형성될 수 있다.
게이트 절연막(134)은 게이트(G)와 채널(131) 간의 절연을 위해 형성될 수 있다. 게이트 절연막(134)은 SiO2, SiON, SiN, Al2O3, Si3N4, GexOyNz, GexSiyOz 또는 고유전율 물질로 형성될 수 있고, 상기 고유전율 물질은 HfO2, ZrO2, Al2O3, Ta2O5, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 또는 이들의 조합 등을 원자층 증착법으로 형성될 수 있다.
제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 에픽택셜 성장법에 의해 형성될 수 있다. 싱글 트랜지스터(SX)가 PMOS 트랜지스터일 경우 제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 각각 P- 및 P+로 도핑될 수 있다. 반대로 싱글 트랜지스터(SX)가 NMOS 트랜지스터일 경우 제1 에픽택셜 층(135) 및 제2 에픽택셜 층(136)은 각각 P- 및 N+로 도핑될 수 있다.
또한 도 4에 도시되지는 않았으나, 픽셀 어레이(110)의 동작을 위한 도선들 즉, 로우 드라이버(160) 및 리드아웃 블록(190)과의 연결을 위한 도선들이 소스(S), 게이트(G) 및 드레인(D)의 상부에 형성되어 포토 다이오드(133)의 수광 효율을 높이는 BSI(Back Side Illumination) 방식이 적용될 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 레이아웃의 일 실시예(130')에 따른 반도체 기판(140-2)의 A 방향 단면의 다른 실시예(130A-2)에서는 게이트(G)가 식각 공정으로 반도체 기판(140-2) 내로 삽입되어 형성될 수 있다. 즉, 반도체 기판(140-2)은 리세스 게이트(recess gate) 구조로 형성될 수 있다.
따라서, 채널(131)도 반도체 기판(140-2) 내로 삽입되어 형성되며, 포토 다이오드(133)는 반도체 기판(140-2)의 내부에 형성된다. 이에 따라 포토 다이오드(133)에서 소스(S) 또는 드레인(D) 사이의 거리가 증가하게 된다.
포토 다이오드(133)에서 소스(S) 또는 드레인(D) 사이의 거리가 증가함에 따라 채널(131)에 대한 포토 다이오드(133)의 영향력이 향상될 수 있다.
특히, 게이트(G)의 길이(gate length)가 50 nm 이하인 초소형 픽셀 구조에서는 포토 다이오드(133)에서 소스(S) 또는 드레인(D) 사이의 거리가 매우 가까워져 싱글 트랜지스터(SX)의 동작이 원활히 이루어지지 않을 수 있다. 즉, 게이트(G)의 길이가 50 nm 이하에서는 포토 다이오드(133)에서 소스(S) 또는 드레인(D) 사이의 거리가 매우 가까워져 채널(131)에 대한 포토 다이오드(133)의 영향력이 감소된다. 이에 따라, 포토 다이오드(133)에 축적된 광전하에 둔감한 픽셀 신호가 생성될 수 있다.
따라서, 초소형 픽셀로 구현되는 이미지 센서(100)는 리세스 게이트 구조로 픽셀 어레이(110)를 형성할 수 있다.
반도체 기판(140-2)은 상기 차이점을 제외하고 도 4에 도시된 반도체 기판(140-1)과 실질적으로 동일하다.
도 6은 도 3에 도시된 레이아웃의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 A 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 레이아웃의 일 실시예(130')에 따른 반도체 기판(140-3)의 A 방향 단면의 다른 실시예(130A-3)에서는 게이트(G)가 도 6과 마찬가지로 리세스 게이트(recess gate) 구조로 형성될 수 있다.
포토 다이오드(133)는 포토 다이오드(133)의 형성을 위한 주입 공정시 게이트(G)를 중심으로 소스(S)보다 드레인(D)에 치우치도록 형성될 수 있다. 즉, 포토 다이오드(133)는 게이트(G)에 대한 비대칭 구조로 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따라 포토 다이오드(133)가 게이트(G)를 중심으로 드레인(D)보다 소스(S)에 치우치도록 형성될 수 있다.
포토 다이오드(133)가 도 6과 같이 형성될 경우 포토 다이오드(133)의 전체 크기를 소형화시킬 수 있다. 포토 다이오드(133)의 전체 크기가 소형화되는 경우 포토 다이오드(133)에 축적되는 광전하와 채널(131) 사이의 거리가 줄어들게 되어 쿨롱의 법칙(coulomb’s law)에 따라 포토 다이오드(133)의 채널(131)에 대한 영향력이 커지게 된다.
특히, 게이트(G)의 길이가 32 nm 이하의 초소형 픽셀 구조에서 도 6의 게이트(G)에 대한 비대칭 구조의 포토 다이오드(133)를 가진 리세스 게이트 구조는 도 5의 단순한 리세스 게이트 구조보다 높은 광전 변환율(conversion gain, mV/e-)과 저항 변화율(resistance change, %/e-)를 가질 수 있다.
예컨대, 게이트(G)의 길이가 22 nm의 초소형 픽셀 구조에서 하나의 광전하는 약 60mV의 변환 전압과 약 18 %의 저항 변화를 발생시킬 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1, 도 2, 및 도 7을 참조하면, 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예(110')는 설명의 편의상 도 1에 도시된 픽셀 어레이(110)의 일부만을 나타낸 것이며, 픽셀 어레이(110)의 일부에 대해서만 설명하나 그 설명은 픽셀 어레이(110)의 전부에 적용될 수 있다.
픽셀 어레이의 일부의 일 실시예(110')는 16x16의 매트릭스로 배열된 이진 픽셀들(130)을 포함하며, 이진 픽셀들(130)은 각각이 8x8의 매트릭스로 배열된 이진 픽셀들(130)을 포함하는 제1 픽셀 그룹(120-1) 내지 제4 픽셀 그룹(120-4)으로 그룹핑(grouping)될 수 있다. 여기서, 16x16과 8x8은 하나의 예에 불과하며 제1 픽셀 그룹(120-1) 내지 제4 픽셀 그룹(120-4)이 포함하는 이진 픽셀(130)의 갯수는 이에 한정되지 않는다.
제1 픽셀 그룹(120-1) 내지 제4 픽셀 그룹(120-4)이 출력하는 이진 픽셀 신호들은 이미지 신호 프로세서(220)에 의해 각 픽셀 그룹 별로 하나의 픽셀 값으로 계산될 수 있다. 즉, 제1 픽셀 그룹(120-1) 내지 제4 픽셀 그룹(120-4)이 베이어 패턴(Bayer pattern)으로 배열된다고 할 경우, 제1 픽셀 그룹(120-1)에 포함된 이진 픽셀들(130)은 반도체 기판의 하부(제2 에픽택셜 층(136)의 하부)에 레드 필터(red filter) 층을 더 포함할 수 있다. 제2 픽셀 그룹(120-2)과 제3 픽셀 그룹(120-3)에 포함된 이진 픽셀들(130)은 반도체 기판의 하부에 그린 필터(green filter) 층을 더 포함할 수 있고, 제4 픽셀 그룹(120-4)에 포함된 이진 픽셀들(130)은 반도체 기판의 하부에 블루 필터(blue filter) 층을 더 포함할 수 있다.
따라서, 제1 픽셀 그룹(120-1) 내지 제4 픽셀 그룹(120-4)이 출력하는 이진 픽셀 신호들은 각각 R 픽셀 값, Ga 픽셀 값, Gb 픽셀 값 및 B 픽셀 값으로 변환될 수 있다.
도 8a는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도 8b는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 8b를 참조하면, 도 7의 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예(110')의 B 방향 단면의 일 실시예(130B-1)는 B 방향을 따라 배열된 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2)에 포함되는 이진 픽셀들(130), 제1 마이크로 렌즈(first micro lens, 125-1) 및 제2 마이크로 렌즈(second micro lens, 125-2)를 포함할 수 있다. 도 7의 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예(110')의 B 방향 단면의 다른 실시예(130B-1’)는 제1 마이크로 렌즈(125-1) 및 제2 마이크로 렌즈(125-2)와 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2)에 포함되는 이진 픽셀들(130) 사이에 각 픽셀 그룹(120-1,120-2)에 상응하는 넓이를 가지는 컬러 필터층(122-1,122-2)을 더 포함할 수 있다. 컬러 필터층(122-1,122-2)은 특정 파장의 빛을 통과시키기 위한 필터 역할을 한다.
제1 마이크로 렌즈(125-1)는 제1 픽셀 그룹(120-1)에 상응하는 넓이를 가지고 제1 픽셀 그룹(120-1)에 포함된 이진 픽셀들(130)의 하부에 형성될 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(125-1)는 도 1의 렌즈(500)를 통과한 입사광을 굴절시켜 제1 픽셀 그룹(120-1)의 중심에 가까운 이진 픽셀들(130)에 집중시킬 수 있다.
따라서, 제1 마이크로 렌즈(125-1)가 없을 때보다 제1 픽셀 그룹(120-1)의 중심에 가까운 이진 픽셀들(130)은 더 강한 입사광을 흡수하여 이진 픽셀들(130)의 포토 다이오드(133)는 더 많은 광전하를 축적하게 된다. 이와 반대로, 제1 마이크로 렌즈(125-1)가 없을 때보다 제1 픽셀 그룹(120-1)의 테두리에 가까운 이진 픽셀들(130)은 더 약한 입사광을 흡수하여 이진 픽셀들(130)의 포토 다이오드(133)는 더 적은 광전하를 축적하게 된다.
도 2에서 설명한 바와 같이, 이진 픽셀(130)의 픽셀 신호는 하이 레벨과 로우 레벨을 가지는 디지털 신호이며, 상기 픽셀 신호는 이진 픽셀(130)의 포토 다이오드(133)의 포화 여부에 따라 달라지는 임계 전압이 일정한 리드 전압(리드아웃 모드에서 도 2의 VG에 인가되는 전압) 이상인지 또는 미만인지에 따라 하이 레벨 또는 로우 레벨을 나타낼 수 있다.
만일 제1 픽셀 그룹(120-1)에 포함된 이진 픽셀들(130) 각각이 모두 같은 전하 축적 용량이 같은 포토 다이오드(133)를 포함한다고 가정한다.
제1 픽셀 그룹(120-1)의 이진 픽셀들(130) 각각에 포함된 포토 다이오드(133)가 큰 전하 축적 용량을 가질 경우, 저조도의 조건에서 이진 픽셀들(130)에 포함된 포토 다이오드들(133) 전부가 포화되지 않을 수 있으며 이 경우 제1 픽셀 그룹(120-1)의 이진 픽셀들(130)은 전부 로우 레벨의 픽셀 신호만을 출력하게 된다. 따라서, 저조도의 조건에서 제1 픽셀 그룹(120-1)의 이진 픽셀들(130) 중에서도 입사광을 세게 받는 이진 픽셀들과 약하게 받는 이진 픽셀들이 존재함에도 이를 구분해낼 수 없게 된다.
제1 픽셀 그룹(120-1)의 이진 픽셀들(130) 각각에 포함된 포토 다이오드(133)가 큰 전하 축적 용량을 가질 경우, 저조도의 조건에서 이진 픽셀들(130)에 포함된 포토 다이오드들(133) 전부가 포화되지 않을 수 있으며 이 경우 제1 픽셀 그룹(120-1)의 이진 픽셀들(130)은 전부 로우 레벨의 픽셀 신호만을 출력하게 된다. 따라서, 저조도의 조건에서 제1 픽셀 그룹(120-1)의 이진 픽셀들(130) 중에서도 입사광을 세게 받는 이진 픽셀들과 약하게 받는 이진 픽셀들이 존재함에도 이를 구분해낼 수 없게 된다.
제1 픽셀 그룹(120-1)의 이진 픽셀들(130) 각각에 포함된 포토 다이오드(133)가 작은 전하 축적 용량을 가질 경우, 고조도의 조건에서 이진 픽셀들(130)에 포함된 포토 다이오드들(133) 전부가 포화될 수 있으며 이 경우 제1 픽셀 그룹(120-1)의 이진 픽셀들(130)은 전부 하이 레벨의 픽셀 신호만을 출력하게 된다. 따라서, 고조도의 조건에서 제1 픽셀 그룹(120-1)의 이진 픽셀들(130) 중에서도 입사광을 세게 받는 이진 픽셀들과 약하게 받는 이진 픽셀들이 존재함에도 이를 구분해낼 수 없게 된다.
이로 인해 저조도 또는 고조도에서 이진 픽셀들(130)의 감도가 저하되어 이미지 데이터의 품질이 저하될 수 있다. 특히, 이진 픽셀(130)은 싱글 트랜지스터(SX) 만을 포함하므로 매우 작은 면적을 가지며, 이에 따라 이진 픽셀(130)의 포토 다이오드(133) 역시 작은 부피로 인해 크지 않은 전하 축적 용량은 가지므로 고조도에서 저하된 품질의 이미지 데이터가 생성될 수 있다.
그러나, 도 8a 및 도 8b와 같이 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예(110')의 B 방향 단면의 일 실시예(130B-1)가 제1 마이크로 렌즈(125-1)를 포함할 경우 제1 마이크로 렌즈(125-1)가 제1 픽셀 그룹(120-1)의 중심에 가까운 이진 픽셀들(130)에 입사광을 집중시키게 되므로 제1 픽셀 그룹(120-1)에 포함되는 포토 다이오드(133)의 전하 축적 용량은 동일할지라도 제1 픽셀 그룹(120-1)의 중심에 가까울수록 더 강한 입사광을 흡수하게 되어 제1 픽셀 그룹(120-1)의 중심에 가까운 이진 픽셀들(130)의 포토 다이오드(133)의 전하 축적 용량이 작아지는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이와 반대로, 제1 픽셀 그룹(120-1)의 테두리에 가까울수록 더 약한 입사광을 흡수하게 되어 제1 픽셀 그룹(120-1)의 테두리에 가까운 이진 픽셀들(130)의 포토 다이오드(133)의 전하 축적 용량이 커지는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이에 따라 저조도에서 이진 픽셀들(130)에 포함된 포토 다이오드들(133) 전부가 포화되지 않는 현상과 고조도에서 이진 픽셀들(130)에 포함된 포토 다이오드들(133) 전부가 포화되는 현상을 막을 수 있다. 즉, 저조도 또는 고조도에서 이진 픽셀들(130)의 감도가 저하되지 않아 이미지 데이터의 품질이 향상될 수 있다.
도 9a는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 9b는 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 9b를 참조하면, 도 7의 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예(110')의 B 방향 단면의 또 다른 실시예(130B-2)는 도 8a에 도시된 B 방향 단면의 일 실시예(130B-1)에 비해 제1 서브 마이크로 렌즈(127-1), 및 제2 서브 마이크로 렌즈(127-2)를 더 포함할 수 있다. 또한, 도 7의 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예(110')의 B 방향 단면의 또 다른 실시예(130B-2’)는 도 9a에 도시된 B 방향 단면의 또 다른 실시예(130B-2)에 비해 도 8b에 도시된 컬러 필터층(122-1,122-2)을 더 포함할 수 있다.
제1 서브 마이크로 렌즈(127-1)는 제1 픽셀 그룹(120-1)의 중심에 가까운 이진 픽셀들(130)의 하부에 형성될 수 있다. 제2 서브 마이크로 렌즈(127-2)는 제2 픽셀 그룹(120-2)의 중심에 가까운 이진 픽셀들(130)의 하부에 형성될 수 있다. 도 9a 및 도 9b에서와 같이 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2)의 중심에 가까운 이진 픽셀들(130)이 각각 4개의 로우와 4개의 컬럼을 가진 매트릭스 형태로 배열된 픽셀들일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
제1 서브 마이크로 렌즈(127-1)와 제2 서브 마이크로 렌즈(127-2)는 각각 제1 마이크로 렌즈(125-1)와 제2 마이크로 렌즈(125-2)를 통과한 입사광을 더욱 굴절시켜 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2)의 중심에 가까운 4x4의 이진 픽셀들(130) 중에서도 더욱 중심에 가까운 픽셀들에 입사광이 집중되도록 할 수 있다. 즉, 제1 서브 마이크로 렌즈(127-1)와 제2 서브 마이크로 렌즈(127-2)가 추가됨으로써 보다 계층적으로 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2)에 포함된 포토 다이오드들(133)의 전하 축적 용량을 조절하는 것과 실질적으로 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
입사광이 반사되지 않고 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2)의 중심에 집중될 수 있도록 제1 서브 마이크로 렌즈(127-1)와 제2 서브 마이크로 렌즈(127-2)의 굴절률은 각각 제1 마이크로 렌즈(125-1)와 제2 마이크로 렌즈(125-2)의 굴절률보다 클 수 있다.
도 9a 및 도 9b에서는 제1 마이크로 렌즈(125-1)와 제2 마이크로 렌즈(125-2) 및 이진 픽셀들(130) 사이에 각각 제1 서브 마이크로 렌즈(127-1)와 제2 서브 마이크로 렌즈(127-2) 만을 포함하나 실시예에 따라 더 많은 서브 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다.
도 8a 내지 도 9b에서와 같이 마이크로 렌즈들(125-1, 125-2, 127-1 및 127-2)이 포함될 경우 별도의 공정이 이진 픽셀들(130)에 가해지지 않고 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2)에 포함된 포토 다이오드들(133)의 전하 축적 용량을 조절하는 것과 실질적으로 동일한 효과가 얻어질 수 있는 장점이 있다.
도 10은 도 7에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예의 B 방향 단면의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 도 7의 픽셀 어레이의 일부의 일 실시예(110')의 B 방향 단면의 또 다른 실시예(130B-3)는 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A, 129-2A)과 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B, 129-2B)을 각각 포함하는 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2)을 포함한다. 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A, 129-2A)은 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2)의 중심에 가까운 각각 4개의 로우와 4개의 컬럼을 가진 매트릭스 형태로 배열된 이진 픽셀들(130)일 수 있고, 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B, 129-2B)은 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2)의 테두리에 가까운 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A, 129-2A)을 제외한 이진 픽셀들(130)일 수 있다. 제1 픽셀 그룹(120-1)과 제2 픽셀 그룹(120-2) 각각의 내부의 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A, 129-2A)과 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B, 129-2B)에 포함된 이진 픽셀들(130A,130B)의 크기, 개수와 배치는 도 10에 한정되지 않는다. 또한, 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A, 129-2A)과 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B, 129-2B) 외에 서로 다른 픽셀 깊이를 가지는 다른 적어도 하나의 이진 픽셀 그룹이 존재할 수 있다.
제1 이진 픽셀 그룹(129-1A, 129-2A)에 포함된 이진 픽셀들(130) 각각의 포토 다이오드(133A)는 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B, 129-2B)에 포함된 이진 픽셀들(130B) 각각의 포토 다이오드(133)보다 깊게 형성될 수 있다. 예컨대, 포토 다이오드(133A)는 제1 깊이(d1)로 형성되고 포토 다이오드(133B)는 제2 깊이(d2)로 형성될 수 있으며, 제1 깊이(d1)는 제2 깊이(d2)보다 깊을 수 있다.
따라서, 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A, 129-2A)의 포토 다이오드(133A)의 부피는 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B, 129-2B)의 포토 다이오드(133B)의 부피보다 크므로 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A, 129-2A)의 포토 다이오드(133A)는 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B, 129-2B)의 포토 다이오드(133B)보다 큰 전하 축적 용량을 가질 수 있다.
이로 인해, 저조도에서 이진 픽셀들(130)에 포함된 포토 다이오드들 전부가 포화되지 않는 현상과 고조도에서 이진 픽셀들(130)에 포함된 포토 다이오드들 전부가 포화되는 현상을 막을 수 있다. 즉, 저조도 또는 고조도에서 이진 픽셀들(130)의 감도가 저하되지 않아 이미지 데이터의 품질이 향상될 수 있다.
도 11은 도 1에 도시된 픽셀 어레이의 일부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 픽셀 어레이의 일부의 다른 실시예(110'')는 도 7와 달리 도 10과 마찬가지로 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A', 129-2A', 129-3A', 129-4A')과 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B', 129-2B', 129-3B', 129-4B')을 각각 포함하는 제1 픽셀 그룹(120-1') 내지 제4 픽셀 그룹(120-4')을 포함한다. 제1 픽셀 그룹(120-1') 내지 제4 픽셀 그룹(120-4') 각각의 내부의 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A', 129-2A', 129-3A', 129-4A')과 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B', 129-2B', 129-3B', 129-4B')에 포함된 이진 픽셀들(130A',130B')의 크기, 개수와 배치는 도 11에 한정되지 않는다. 또한, 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A', 129-2A', 129-3A', 129-4A')과 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B', 129-2B', 129-3B', 129-4B') 외에 서로 다른 픽셀 면적을 가지는 다른 적어도 하나의 이진 픽셀 그룹이 존재할 수 있다.
제1 이진 픽셀 그룹(129-1A', 129-2A', 129-3A', 129-4A')에 포함된 이진 픽셀들(130A')은 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B', 129-2B', 129-3B', 129-4B')에 포함된 이진 픽셀들(130B')보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 예컨대, 하나의 이진 픽셀(130A')은 4개의 이진 픽셀들(130B')에 해당하는 면적을 가질 수 있다.
이에 따라 이진 픽셀들(130A') 각각에 포함된 포토 다이오드(미도시)는 이진 픽셀들(130B') 각각에 포함된 포토 다이오드(미도시)보다 큰 부피와 전하 축적 용량을 가질 수 있다.
이로 인해, 저조도에서 이진 픽셀들(130A',130B')에 포함된 포토 다이오드들 전부가 포화되지 않는 현상과 고조도에서 이진 픽셀들(130A',130B')에 포함된 포토 다이오드들 전부가 포화되는 현상을 막을 수 있다. 즉, 저조도 또는 고조도에서 이진 픽셀들(130A',130B')의 감도가 저하되지 않아 이미지 데이터의 품질이 향상될 수 있다.
도 8a 및 도 8b의 마이크로 렌즈(125-1, 125-2), 도 9a 및 도 9b의 서브 마이크로 렌즈(127-1, 127-2), 도 10의 서로 다른 깊이로 형성되는 포토 다이오드(133A, 133B), 및 도 11의 서로 다른 넓이로 형성되는 포토 다이오드(미도시)는 서로 배타적이지 않고 서로 조합하여 구현될 수 있다. 예컨대, 도 8a 및 도 8b의 마이크로 렌즈(125-1, 125-2)가 이진 픽셀들의 하부에 형성되면서 도 10과 같이 상기 이진 픽셀들은 그룹 별로 서로 다른 깊이의 포토 다이오드(133A,133B)를 각각 포함할 수 있다.
또한, 이미지 신호 프로세서(220)는 리드아웃 블록(190)으로부터 수신하는 픽셀 신호에 미리 정해진 가중치를 부여하여 합산하는 등의 연산을 통해 픽셀 그룹 별로 픽셀화할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(220)는 픽셀화된 픽셀 신호에 기초하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 예컨대, 도 8a 및 도 8b의 제1 픽셀 그룹(120-1)의 픽셀 신호에는 제1 픽셀 그룹(120-1)의 중심에 가까운 이진 픽셀(130)의 픽셀 신호일수록(제1 픽셀 그룹(120-1)을 적어도 2 이상의 이진 픽셀 그룹들로 나누어 각각의 면적과 위치에 따라) 더 높은 가중치를 부여하거나, 도 10의 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A)의 픽셀 신호보다 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B)의 픽셀 신호에 더 낮은 가중치를 부여할 수 있다.
예를 들어, 도7의 제1 픽셀 그룹(120-1)에 포함된 64개의 이진 픽셀들(130)을 제1 픽셀 그룹(120-1)의 중심에 가까운 제1 이진 픽셀 그룹과 제1 픽셀 그룹(120-1)의 테두리에 가까운 제2 이진 픽셀 그룹으로 구분하였다고 가정한다. 또한, 제1 이진 픽셀 그룹과 제2 이진 픽셀 그룹 각각은 32개의 이진픽셀들(130)을 포함하며, 제1 픽셀 그룹(120-1)은 레드 필터의 하부에 형성되어 R 픽셀에 대응한다고 가정한다. 하나의 프레임에서 제1 이진 픽셀 그룹과 제2 이진 픽셀 그룹 각각은 20개와 10개의 이진 픽셀들이 하이 레벨의 픽셀 신호를 출력하였다고 가정한다.
이 경우, 이미지 신호 프로세서(220)가 픽셀화를 진행할 때 계산하는 제1 픽셀 그룹(120-1)에 대한 R 픽셀의 색 강도(color intensity)는 다음의 수학식 1에 의해 얻어질 수 있다.
여기서, N은 제1 픽셀 그룹(120-1)의 로우 또는 컬럼 하나에 포함되는 이진 픽셀 수이고, N1은 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 이진 픽셀 수이고, N1ON은 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 이진 픽셀 중 하이 레벨의 픽셀 신호를 출력한 이진 픽셀 수를 말한다. N2는 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 이진 픽셀 수이고, N2ON은 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 이진 픽셀 중 하이 레벨의 픽셀 신호를 출력한 이진 픽셀 수를 말한다. a와 b는 각각 제1 가중치와 제2 가중치를 의미하며, 제1 이진 픽셀 그룹과 제2 이진 픽셀 그룹의 서로에 대한 성질 차이에 의존한다. 상기 성질 차이는 예컨대, 도 8a 및 도 8b에서 마이크로 렌즈(125-1,125-2)의 굴절률이 클수록, 도 9a 및 도 9b에서 마이크로 렌즈(125-1,125-2)와 서브 마이크로 렌즈(127-1,127-2)의 굴절률이 클수록, 도 10에서 포토 다이오드들(133A,133B) 간의 깊이 차이(d1-d2)가 클수록, 또는 도 11에서 이진 픽셀들(130A’,130B’) 간의 면적 차이가 클수록 커질 수 있고, 이에 따라 상기 제1 가중치와 제2 가중치의 차이가 커지도록 조절될 수 있다.
예컨대, a=1/(1+2), b=2/(1+2)로 결정된다고 가정한다.
상기의 예에서 제1 픽셀 그룹(120-1)에 대한 R 픽셀의 색 강도는 -82log2(1-((1/3)*20/(32+32)+(2/3)*10/(32+32))이며, 약 6.4933의 값을 갖게 된다.
여기서, 각 픽셀의 색 강도를 결정하는 수학식 1, 상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치는 하나의 예시에 불과하며, 하나의 픽셀 그룹을 3 이상의 이진 픽셀 그룹으로 나누어 각 픽셀의 색 강도를 결정할 수도 있다.
도 12는 도 10에 도시된 이진 픽셀들의 포토 다이오드를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 13은 도 11에 도시된 이진 픽셀들의 포토 다이오드를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 픽셀 어레이(110)의 생성시 제1 깊이(d1)로 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A, 129-2A)에 포함된 이진 픽셀들(130A) 각각의 포토 다이오드(133A)가 제1 에너지를 이용한 이온 주입 공정을 통해 생성될 수 있다(S100).
픽셀 어레이(110)의 생성시 제2 깊이(d2)로 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B, 129-2B)에 포함된 이진 픽셀들(130B) 각각의 포토 다이오드(133B)가 제2 에너지를 이용한 이온 주입 공정을 통해 생성될 수 있다(S110).
상기 제1 에너지는 상기 제2 에너지보다 크고 제1 깊이(d1)는 제2 깊이(d2)보다 깊을 수 있다.
픽셀 어레이(110)의 생성시 제1 이진 픽셀 그룹(129-1A', 129-2A', 129-3A', 129-4A')에 포함된 이진 픽셀들(130A') 각각의 포토 다이오드(미도시)가 레이아웃 생성 단계에서 제1 넓이를 가지도록 생성될 수 있다(S200).
픽셀 어레이(110)의 생성시 제2 이진 픽셀 그룹(129-1B', 129-2B', 129-3B', 129-4B')에 포함된 이진 픽셀들(130B') 각각의 포토 다이오드(미도시)가 레이아웃 생성 단계에서 제2 넓이를 가지도록 생성될 수 있다(S210).
상기 제1 넓이는 상기 제2 넓이보다 넓을 수 있다.
도 14는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 일 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 1과 도 14를 참조하면, 전자 시스템(2100)은 MIPI 인터페이스(mobile industry processor interface)를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), IPTV(internet protocol television) 또는 스마트 폰(smart phone)으로 구현될 수 있다.
전자 시스템(2100)은 이미지 센서(100), 어플리케이션 프로세서(application processor;2110), 및 디스플레이(2150)를 포함한다.
어플리케이션 프로세서(2110)에 구현된 CSI 호스트(camera serial interface(CSI) host; 2112)는 카메라 시리얼 인터페이스를 통하여 이미지 센서(100)의 CSI 장치(2141)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, CSI 호스트(2112)는 광 디시리얼라이저(deserializer(DES))를 포함할 수 있고, CSI 장치(2141)는 광 시리얼라이저(serializer(SER))를 포함할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(2110)에 구현된 DSI 호스트(2111)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface(DSI))를 통하여 디스플레이(2150)의 DSI 장치(2151)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, DSI 호스트(2111)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(2151)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 전자 시스템(2100)은 어플리케이션 프로세서(2110)와 통신할 수 있는 RF 칩(2160)을 더 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(2110)에 포함된 PHY(PHYsical channel; 2113)와 RF 칩(2160)에 포함된 PHY(2161)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
실시 예에 따라, 전자 시스템(2100)은 GPS(2120), 스토리지(storage; 2170), 마이크(microphone(MIC); 2180), DRAM(dynamic random access memory; 2185) 및 스피커(speaker; 2190)를 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(2100)은 Wimax(world interoperability for microwave access; 2191), WLAN(wireless lan; 2193) 및/또는 UWB(ultra wideband; 2195) 등을 이용하여 통신할 수 있다.
도 15는 도 1에 도시된 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템의 다른 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 1과 도 15를 참조하면, 전자 시스템(2200)은 이미지 센서(100), 프로세서(2210), 메모리(2220), 디스플레이 유닛(2230) 및 인터페이스(2240)를 포함할 수 있다.
프로세서(2210)는 이미지 센서(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 프로세서(2210)는 이미지 센서(100)로부터 출력되는 픽셀 신호를 처리하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
메모리(2220)는 이미지 센서(100)의 동작을 제어하기 위한 프로그램과 프로세서(2210)에 의해 생성된 이미지 데이터를 저장할 수 있다. 프로세서(2210)는 메모리(2220)에 저장된 프로그램을 실행할 수 있다. 예컨대, 메모리(2220)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리로 구현될 수 있다.
디스플레이 유닛(2230)은 프로세서(2210) 또는 메모리(2220)로부터 출력되는 상기 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 예컨대, 디스플레이 유닛(2230)은 LCD(Liquid Crystal Display), LED 디스플레이, OLED 디스플레이, AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes) 디스플레이, 또는 플렉시블 디스플레이(flexible display)일 수 있다.
인터페이스(2240)는 이미지 데이터를 입출력하기 위한 인터페이스로 구현될 수 있다. 실시 예에 따라, 인터페이스(2240)는 무선 인터페이스로 구현될 수 있다.
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.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 본 발명에 따른 객체 정보 추정 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드는 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 전송될 수도 있다.
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.
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.
이미지 처리 시스템(10)
타이밍 컨트롤러(170)
이미지 센서(100) 컨트롤 레지스터 블록(180)
픽셀 어레이(110) 리드아웃 블록(190)
로우 드라이버(160) 이미지 신호 프로세서(220)
컬럼 드라이버(165) 디스플레이 유닛(300)
이미지 센서(100) 컨트롤 레지스터 블록(180)
픽셀 어레이(110) 리드아웃 블록(190)
로우 드라이버(160) 이미지 신호 프로세서(220)
컬럼 드라이버(165) 디스플레이 유닛(300)
Claims (10)
- 각각이 복수의 이진 픽셀들을 포함하는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 상응하는 넓이를 가지고 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각의 하부에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈와 상기 픽셀 어레이의 사이에 형성되는 서브 마이크로 렌즈를 더 포함하는 이미지 센서. - 제2항에 있어서,
상기 서브 마이크로 렌즈의 굴절률은 상기 마이크로 렌즈의 굴절률보다 큰 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 상기 픽셀 그룹의 중심에 가깝게 배열된 제1 이진 픽셀 그룹과 상기 픽셀 그룹의 테두리에 가깝게 배열된 제2 이진 픽셀 그룹을 포함하고,
상기 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 포토 다이오드의 전하 축적 용량은 상기 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 포토 다이오드의 전하 축적 용량보다 큰 이미지 센서. - 제4항에 있어서,
상기 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드는 상기 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드보다 깊게 형성되는 이미지 센서. - 제4항에 있어서,
상기 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드는 상기 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 상기 포토 다이오드보다 넓게 형성되는 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 픽셀 어레이의 컬럼 별로 출력되는 픽셀 신호를 처리하는 리드아웃 블록;
상기 픽셀 어레이의 동작을 제어하는 로우 드라이버 블록; 및
상기 리드아웃 블록과 상기 로우 드라이버 블록을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함하는 이미지 센서. - 제7항에 있어서,
상기 픽셀 신호에 가중치를 부여하여 픽셀화하고, 픽셀화된 픽셀 신호에 기초하여 이미지 데이터를 생성하는 이미지 신호 프로세서를 더 포함하는 이미지 센서. - 각각이 복수의 이진 픽셀들을 포함하는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 상응하는 넓이를 가지고 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각의 하부에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하며,
상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 상기 픽셀 그룹의 중심에 가깝게 배열된 제1 이진 픽셀 그룹과 상기 픽셀 그룹의 테두리에 가깝게 배열된 제2 이진 픽셀 그룹을 포함하고,
상기 제1 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 포토 다이오드의 전하 축적 용량은 상기 제2 이진 픽셀 그룹에 포함된 각각의 이진 픽셀의 포토 다이오드의 전하 축적 용량보다 큰 이미지 센서. - 제9항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈와 상기 픽셀 어레이의 사이에 형성되는 서브 마이크로 렌즈를 더 포함하는 이미지 센서.
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