KR20180133157A - 위상 검출 픽셀을 포함하는 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 공유 픽셀들이 구비된 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 복수의 공유 픽셀들은, 동일한 컬러 필터를 포함하는 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들을 각각 포함하는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들, 및 적어도 하나의 위상 검출 서브 픽셀을 각각 포함하고, 이미지 사이의 위상 차를 산출하기 위한 위상 신호를 각각 생성하는 복수의 위상 검출 공유 픽셀들을 포함하고, 동일한 이미지 센싱 공유 픽셀에 포함된 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들은 하나의 선택 신호 라인과 연결될 수 있다.

Description

위상 검출 픽셀을 포함하는 이미지 센서{IMAGE SENSOR INCLUDING PHASE DETECTION PIXEL}
본 개시는 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위상 검출 픽셀을 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.
화상을 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 구비하며, 픽셀 어레이에 포함된 각각의 픽셀은 광 감지 소자를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 화상 촬영을 빠른 시간에 정확하게 수행할 수 있도록, 오토 포커싱 기능을 수행할 것이 요구된다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 오토 포커싱 기능을 빠르게 수행하면서, 이미지 화질을 확보할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 데에 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 공유 픽셀들이 구비된 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 복수의 공유 픽셀들은, 동일한 컬러 필터를 포함하는 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들을 각각 포함하는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들, 및 적어도 하나의 위상 검출 서브 픽셀을 각각 포함하고, 이미지 사이의 위상 차를 산출하기 위한 위상 신호를 각각 생성하는 복수의 위상 검출 공유 픽셀들을 포함하고, 하나의 이미지 센싱 공유 픽셀에 포함된 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들은 동일한 선택 신호 라인과 연결될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 픽셀들이 구비된 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 복수의 픽셀들은, 이미지 신호를 각각 생성하는 복수의 이미지 센싱 픽셀들, 및 이미지 사이의 위상 차를 산출하기 위한 서로 다른 위상 신호를 각각 생성하는 제1 위상 검출 픽셀 및 제2 위상 검출 픽셀을 포함하고, 픽셀 어레이에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 제1 위상 검출 픽셀 및 제2 위상 검출 픽셀의 수의 비율은 1/16 또는 1/32의 값을 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 복수의 위상 검출 공유 픽셀들 및 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이, 및 픽셀 어레이를 제어하기 위한 신호들을 생성하는 로우 드라이버를 포함하고, 복수의 위상 검출 공유 픽셀들 각각은, 적어도 하나의 위상 검출 서브 픽셀을 포함하고, 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들 각각은, 동일한 선택 신호 라인을 통해 로우 드라이버와 연결되는 복수의 이미지 센싱 픽셀들을 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 이미지 센서는 적절한 비율로 복수의 위상 검출 픽셀들을 포함하여, 위상차 AF 기능을 제공하는 동시에, 고해상도 이미지를 제공할 수 있다. 또한, 저해상도 동작 모드에서는 공유 픽셀에 포함된 복수의 광 감지 소자들이 빛을 감지할 수 있어, 저조도 조건에서도 넓은 다이나믹 레인지를 확보할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 디지털 촬상 장치(1000)의 예시적인 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 픽셀 어레이의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 3의 픽셀 어레이(110a)는 도 2의 픽셀 어레이(110)의 일부를 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 도 4a의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1)의 단면도로서, A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 3의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 공유 픽셀들의 배치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 도 2의 로우 드라이버와 도 6a의 픽셀 어레이(110a_1)의 연결을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 3의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 3의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 공유 픽셀들의 배치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 도 3의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 3의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 공유 픽셀들의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 2의 로우 드라이버와 도 10의 픽셀 어레이(110a_5)의 연결을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 2의 픽셀 어레이의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 위상 검출 공유 픽셀들(SPPX_d1, SPPX_d2)의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 15a 내지 도 15c는 도 2의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀들의 배치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 16a 및 도 16b는 도 2의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀들의 배치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 디지털 촬상 장치(1000)의 예시적인 구조를 나타낸 도면으로서, 디지털 촬상 장치(1000)가 AF(Auto-Focus) 기능을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 디지털 촬상 장치(1000)는 촬상부(1100), 이미지 센서(100) 및 프로세서(1200)를 포함할 수 있다. 디지털 촬상 장치(1000)는 초점 검출 기능을 구비할 수 있다.
디지털 촬상 장치(1000)의 전체 동작은 프로세서(1200)에 의해 제어될 수 있다. 프로세서(1200)는 렌즈 구동부(1120), 조리개 구동부(1140), 제어부(120) 등에 각 구성 요소의 동작을 위한 제어 신호를 제공할 수 있다.
촬상부(1100)는 광을 수신하는 구성 요소로서, 렌즈(1110), 렌즈 구동부(1120), 조리개(1130), 조리개 구동부(1140)를 포함할 수 있다. 렌즈(1110)는 복수의 렌즈들을 구비할 수 있다.
렌즈 구동부(1120)는 프로세서(1200)와 초점 검출에 관한 정보를 통신할 수 있고, 프로세서(1200)에서 제공된 제어 신호에 따라 렌즈(1110)의 위치를 조절할 수 있다. 렌즈 구동부(1120)는 렌즈(1110)를 객체(2000)로부터의 거리가 증가하는 방향 또는 감소하는 방향으로 이동시킬 수 있다. 이로써, 렌즈(1110)와 객체(2000) 사이의 거리가 조절될 수 있다. 렌즈(1110)의 위치에 따라 객체(2000)에 대한 초점이 맞거나 흐려질 수 있다.
예를 들어, 렌즈(1110)와 객체(2000) 사이의 거리가 상대적으로 가까운 경우, 렌즈(1110)는 객체(2000)에 대한 초점을 맞추기 위한 초점 위치(In-focus Position)에서 벗어나 있을 수 있고, 이미지 센서(100)에 촬상된 이미지들 사이에 위상 차가 발생할 수 있다. 렌즈 구동부(1120)는 프로세서(1200)에서 제공된 제어 신호에 기초하여, 렌즈(1110)를 객체(2000)로부터의 거리가 증가하는 방향으로 이동시킬 수 있다.
또는, 렌즈(1110)와 객체(2000) 사이의 거리가 상대적으로 먼 경우, 렌즈(1110)는 초점 위치에서 벗어나 있을 수 있고, 이미지 센서(100)에 맺힌 이미지들 사이에 위상 차가 발생할 수 있다. 렌즈 구동부(1120)는 프로세서(1200)에서 제공된 제어 신호에 기초하여, 렌즈(1110)를 객체(2000)로부터의 거리가 감소하는 방향으로 이동시킬 수 있다.
이미지 센서(100)는 입사되는 광을 이미지 신호로 변환할 수 있다. 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(110), 제어부(120) 및 신호 처리부(130)를 포함할 수 있다. 렌즈(1110) 및 조리개(1130)를 투과한 광학 신호는 픽셀 어레이(110)의 수광면에 이르러 피사체의 상을 결상할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 광학 신호를 전기 신호로 변환하는 CIS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)일 수 있다. 이와 같은 픽셀 어레이(110)는 제어부(120)에 의해 감도 등이 조절될 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 복수의 이미지 센서 복수의 픽셀들(PX) 들 및 복수의 위상 검출 픽셀들(PPX)을 포함할 수 있다. 도 2 등에 대한 설명에서 후술하겠다.
프로세서(1200)는 신호 처리부(130)로부터 픽셀 정보를 수신하여 위상차 연산을 수행할 수 있고, 위상차 연산은 복수의 픽셀들 열 신호의 상관 연산을 실시하여 구할 수 있다. 프로세서(1200)는 위상차 연산 결과로 초점의 위치, 초점의 방향 또는 객체(2000)와 이미지 센서(100) 사이의 거리 등을 구할 수 있다. 프로세서(1200)는 위상차 연산 결과를 기초로 하여, 렌즈(1110)의 위치를 이동시키기 위해 렌즈 구동부(1120)로 제어 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(1200)는 입력된 신호에 대해 노이즈를 저감하고, 감마 보정(Gamma Correction), 색필터 배열보간(color filter array interpolation), 색 매트릭스(color matrix), 색보정(color correction), 색 향상(color enhancement) 등의 화질 개선을 위한 이미지 신호 처리를 수행할 수 있다. 또한, 화질 개선을 위한 이미지 신호 처리를 하여 생성한 이미지 데이터를 압축 처리하여 이미지 파일을 생성할 수 있으며, 또는 상기 이미지 파일로부터 이미지 데이터를 복원할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(110), 제어부(120), 신호 처리부(130), 로우 드라이버(140) 및 신호 독출부(150)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 픽셀 단위로 형성될 수 있고, 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX)은 각각 대응되는 광 감지 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 감지 소자는 포토 다이오드일 수 있다. 복수의 픽셀들(PX)은 광을 흡수하여 전하를 생성하고, 생성된 전하에 따른 전기적 신호(출력 전압)는 신호 독출부(150)로 제공될 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX) 및 복수의 위상 검출 픽셀들(PPX)을 포함할 수 있다. 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX)은 객체에 대응하는 이미지 신호들을 생성할 수 있다. 복수의 위상 검출 픽셀들(PPX)은 영상들 사이의 위상 차를 산출하기 위해 이용되는 위상 신호들을 생성할 수 있다. 복수의 이미지 센싱 픽셀 및 복수의 위상 검출 픽셀은 픽셀 단위(PX)로 배치될 수 있다.
이미지 센서(100)에 포함되는 복수의 위상 검출 픽셀들(PPX)은 객체에 대한 초점을 맞추기 위해 이용될 수 있다. 위상 신호들은 이미지 센서(100)에 맺힌 이미지들의 위치들에 관한 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 위상 신호들은 이미지들 사이의 위상 차들을 산출하기 위해 이용될 수 있다. 산출된 위상 차들에 기초하여, 렌즈(1110, 도 1)의 초점 위치가 산출될 수 있다. 예를 들어, 위상 차를 0으로 만드는 렌즈(1110, 도 1)의 위치가 초점 위치일 수 있다.
본 개시의 실시 예에서, 복수의 위상 검출 픽셀들(PPX)은 객체에 대한 초점 맞춤뿐만 아니라, 객체(2000)와 이미지 센서(100) 사이의 거리의 측정에도 이용될 수 있다. 객체(2000)와 이미지 센서(100) 사이의 거리를 측정하기 위해, 이미지 센서(100)에 맺힌 이미지들 사이의 위상 차들, 렌즈(1110)와 이미지 센서(100) 사이의 거리, 렌즈(1110)의 크기, 렌즈(1110)의 초점 위치 등과 같은 추가의 정보들이 참조될 수 있다.
제어부(120)는 픽셀 어레이(110)가 광을 흡수하여 전하를 축적하게 하거나, 축적된 전하를 임시로 저장하게 하고, 저장된 전하에 따른 전기적 신호를 픽셀 어레이(110)의 외부로 출력하게 하도록, 로우 드라이버(140)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 픽셀 어레이(110)가 제공하는 출력 전압을 측정하도록, 신호 독출부(150)를 제어할 수 있다.
로우 드라이버(140)는 픽셀 어레이(110)를 제어하기 위한 신호들(RSs, TXs, SELSs)을 생성하고, 픽셀 어레이(110)에 포함된 복수의 픽셀들(PX)에 제공할 수 있다. 로우 드라이버(140)는 AF 기능을 수행할지 여부에 기초하여, 복수의 위상 검출 픽셀들(PPX)에 대한 리셋 제어 신호들(RSs), 전송 제어 신호들(TXs), 선택 신호들(SELSs)의 활성화 및 비활성화 타이밍을 결정할 수 있다.
신호 독출부(150)는 상관 이중 샘플러(CDS)(151), 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(153) 및 버퍼(155)를 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플러(151)는 픽셀 어레이(110)에서 제공한 출력 전압을 샘플링 및 홀드할 수 있다. 상관 이중 샘플러(151)는 특정한 잡음 레벨과 생성된 출력 전압에 따른 레벨을 이중으로 샘플링하여, 그 차이에 해당하는 레벨을 출력할 수 있다. 또한, 상관 이중 샘플러(151)는 램프 신호 생성기(157)가 생성한 램프 신호를 입력 받아 서로 비교하여 비교 결과를 출력할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(153)는 상관 이중 샘플러(151)로부터 수신하는 레벨에 대응하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 버퍼(155)는 디지털 신호를 래치(latch)할 수 있고, 래치된 신호는 순차적으로 신호 처리부(130) 또는 이미지 센서(100)의 외부로 출력될 수 있다.
신호 처리부(130)는 수신되는 복수의 픽셀들(PX)의 데이터에 대하여 신호 처리를 수행할 수 있다. 신호 처리부(130)는 노이즈 저감 처리, 게인 조정, 파형 정형화 처리, 보간처리, 화이트밸런스 처리, 감마 처리, 에지 강조 처리, 등을 수행할 수 있다. 또한, 신호 처리부(130)는 위상차 AF 시에 복수의 픽셀들(PX) 정보를 프로세서(1200)로 출력하여, 위상차 연산을 수행하도록 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 신호 처리부(130)는 이미지 센서(100) 외부의 프로세서(1200, 도 1)에 구비될 수도 있다.
도 3은 도 2의 픽셀 어레이의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 3의 픽셀 어레이(110a)는 도 2의 픽셀 어레이(110)의 일부를 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 픽셀 어레이(110a)는 복수의 로우들 및 복수의 컬럼들에 따라 배치되는 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2 개의 로우들 및 2 개의 컬럼들에 배치되는 픽셀들을 포함하는 단위로 정의되는 공유 픽셀(Shared Pixel, SPX)은 각각 4개의 서브 픽셀들(Sub Pixel)을 포함할 수 있다. 서브 픽셀들(Sub Pixel)은 복수의 픽셀들(PX) 중 하나의 픽셀을 의미할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 각각의 공유 픽셀들(SPX)은 9개의 픽셀들에 각각 대응되는 9개의 포토 다이오드들을 포함하거나, 각각의 공유 픽셀들(SPX)은 16개의 픽셀들에 각각 대응되는 16개의 포토 다이오드들을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(110a)는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0~SIPX14) 및 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)을 포함하는 복수의 공유 픽셀들(SPX)을 포함할 수 있다. 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0~SIPX14)은 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX)을 포함할 수 있고, 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)은 적어도 하나의 위상 검출 서브 픽셀(PPX)을 포함할 수 있다. 위상 검출 서브 픽셀(PPX)은 위상차 검출 AF용 픽셀일 수 있고, 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX)은 이미지 정보만을 얻을 수 있는 일반 픽셀일 수 있다. 하나의 공유 픽셀(SPX)에 포함되는 복수의 서브 픽셀들은 하나의 선택 신호 라인과 연결될 수 있고, 동일한 선택 신호(SELs)를 수신할 수 있다.
픽셀 어레이(110a)의 복수의 공유 픽셀들(SPX) 각각은 제1 내지 제n-1 컬럼 출력 라인(CLO_0~CLO_n-1) 중 하나의 컬럼 출력 라인을 통해 CDS(151)에 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 예를 들면, 제1 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX0)은 제1 컬럼 출력 라인(CLO_0)과 연결되어 CDS(151)에 픽셀 신호를 제공할 수 있고, 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)은 제2 컬럼 출력 라인(CLO_1)과 연결되어 CDS(151)에 픽셀 신호를 제공할 수 있다.
복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0~SIPX14)은 다양한 컬러를 센싱할 수 있도록 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 컬러 필터는 레드(red), 그린(green) 및 블루(blue)를 센싱하는 필터들을 포함하며, 각각의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0~SIPX14)은 동일한 컬러 필터가 배치된 픽셀들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX0), 제2 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX1), 제8 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX7) 및 제10 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX9)은 레드 컬러 필터를 구비하는 픽셀들을 포함할 수 있고, 제3 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX2), 제4 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX3), 제6 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX5), 제9 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX8), 제11 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX10), 제12 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX11) 및 제14 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX13)은 그린 컬러 필터를 구비하는 픽셀들을 포함할 수 있으며, 제5 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX4), 제7 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX6), 제13 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX12) 및 제15 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX14)은 블루 컬러 필터를 구비하는 픽셀들을 포함할 수 있다.
다만, 이는 일 실시예에 불과한 것으로서, 본 개시의 실시예에 따른 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0~SIPX14)은 다양한 종류의 컬러 필터들을 포함할 수 있다. 예컨대, 컬러 필터는 옐로우(yellow), 사이언(Cyan), 마젠타(Magenta) 및 그린(Green) 컬러를 센싱하기 위한 필터들을 포함할 수 있다. 또는, 컬러 필터는 레드, 그린, 블루 및 화이트 컬러를 센싱하는 필터들을 포함하여도 무방하다. 또한, 픽셀 어레이(110a)는 더 많은 공유 픽셀들을 포함할 수 있으며, 각각의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0~SIPX14)의 배치는 다양하게 구현될 수 있는 바, 본 발명은 도 3에 한정되지 않음은 분명하다.
위상 검출 공유 픽셀(SPPX)은 그린을 센싱하는 필터를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)에 포함된 위상 검출 서브 픽셀(PPX)은 화이트 컬러를 센싱하는 필터들을 포함할 수도 있다. 도 3에서는 하나의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)만이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)의 구성 및 배치에 대해서는 도 4a 등에서 후술하겠다.
본 개시에 따른 픽셀 어레이(110a)를 포함하는 이미지 센서는 저해상도 동작 모드에서는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0~SIPX14)에 포함된 복수의 광 감지 소자들을 이용하여 빛을 감지하여 픽셀 신호를 생성하도록 제어함으로써 저조도 조건에서도 넓은 다이나믹 레인지를 확보할 수 있다. 또한, 고해상도 동작 모드에서는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0~SIPX14)에 포함된 서브 픽셀 단위로 픽셀 신호를 생성할 수 있도록 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0~SIPX14)에 포함된 각각의 서브 픽셀에 대응하는 광 감지 소자들을 개별적으로 제어할 수도 있다. 이에 따라, 공유 픽셀의 구조에 제약 받지 않고, 넓은 다이나믹 레인지도 동시에 확보할 수 있는 효과가 있다. 더불어, 본 개시에 따른 픽셀 어레이(110a)를 포함하는 이미지 센서는 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)을 더 포함하므로, 위상차 AF 기능을 수행할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다. 도 5는 도 4a의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1)의 단면도로서, A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 도 3의 위상 검출 공유 픽셀(SIPX)은 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 또는 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)일 수 있다. 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)은 각각 하나의 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1, PPX_a2)을 포함할 수 있고, 위상 검출 서브 픽셀을 제외한 나머지의 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX_G)을 포함할 수 있다.
제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1)은 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1)의 좌측 상단에 배치되고, 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a2)은 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)의 좌측 상단에 배치되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a2)은 각각 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)에서 동일한 위치에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX_G)은 그린 컬러 필터를 포함할 수 있고, 각각의 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1, PPX_a2)도 그린 컬러 필터를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 각각의 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1, PPX_a2)은 화이트 컬러 필터를 포함할 수도 있다.
제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1)은 제1 광 차폐층(111_1)을 포함할 수 있고, 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a2)은 제2 광 차폐층(111_2)을 포함할 수 있다. 제1 광 차폐층(111_1)은 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1)을 컬럼 방향으로 가로 지르도록 나눌 때, 좌측 절반 부분에 형성될 수 있고, 제2 광 차폐층(111_2)은 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a2)을 컬럼 방향으로 가로 지르도록 나눌 때, 우측 절반 부분에 형성될 수 있다. 본 개시에 따른 픽셀 어레이의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)의 배치는 도 6a 및 도 6b의 설명에서 후술하겠다.
도 3 및 도 4b를 참조하면, 도 3의 위상 검출 공유 픽셀(SIPX)은 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 또는 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)일 수 있다. 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)은 각각 하나의 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a3, PPX_a4)을 포함할 수 있고, 위상 검출 서브 픽셀을 제외한 나머지의 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX_G)을 포함할 수 있다. 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a4)은 각각 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)에서 동일한 위치에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX_G)은 그린 컬러 필터를 포함할 수 있고, 각각의 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a3, PPX_a4)도 그린 컬러 필터를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서 각각의 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a3, PPX_a4)은 화이트 컬러 필터를 포함할 수도 있다.
제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3)의 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a3)은 제3 광 차폐층(111_3)을 포함할 수 있고, 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)의 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a4)은 제4 광 차폐층(111_4)을 포함할 수 있다. 제3 광 차폐층(111_3)은 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a3)을 로우 방향으로 가로 지르도록 나눌 때, 상부에 형성될 수 있고, 제4 광 차폐층(111_4)은 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a4)을 로우 방향으로 가로 지르도록 나눌 때, 하부에 형성될 수 있다. 본 개시에 따른 픽셀 어레이의 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)의 배치는 도 6c의 설명에서 후술하겠다.
도 4a 및 도 5를 참조하면, 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1)은 광감지 소자(PD_1), 제1 광 차폐층(111_1), 절연층(113_1), 컬러 필터층(115_1) 및 마이크로 렌즈(117_1)를 포함할 수 있다. 제1 광 차폐층(111_1)은 절연층(113_1)에 형성될 수 있고, 금속 물질을 포함할 수 있다. 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들(IPX_G)은 광감지 소자(PD_2), 절연층(113_2), 그린 컬러 필터층(115_2) 및 마이크로 렌즈(117_2)를 포함하나, 광 차폐층은 포함하지 않는다.
제1 광 차폐층(111_1)에 의해, 광 감지 소자(PD_1)는 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1)으로 입사되는 광의 일부를 수광할 수 없다. 제1 광 차폐층(111)을 중심으로, 좌측 방향에서 들어 오는 빛(200)과 우측 방향에서 들어 오는 빛(300)이 광 감지 소자(PD_1)로 수광되는 광량의 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 본 개시의 이미지 센서에 이용되는 위상 검출 방식은 서로 다른 위치에 광 차폐층이 배치된 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a2)을 이용하여, 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a2)으로 수광되는 광량의 차이를 기초로, 초점이 맞았는지를 판단할 수 있다. 또한, 렌즈(1110, 도 1)를 어떤 방향으로 얼마만큼 이동해야 초점이 맞는지도 계산할 수도 있다. 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a2)을 이용하면, 수평 방향(horizontal)으로 초점이 맞는지 여부를 판단할 수 있다.
도 4b의 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a4)에도 상기 설명이 적용될 수 있으며, 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a4)을 이용하면, 수직 방향(vertical)으로 초점이 맞는지 여부를 판단할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 도 3의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 공유 픽셀들의 배치를 설명하기 위한 도면들이다. 도 6a 및 도 6b는 도 4a의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)을 포함하는 픽셀 어레이(110a_1, 110a_2)를 도시한 것이며, 도 6c는 도 4b의 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)을 포함하는 픽셀 어레이(110a_3)를 도시한 것이다.
도 6a를 참조하면, 픽셀 어레이(110a_1)는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX_R, SIPX_G, SIPX_B), 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)을 포함할 수 있다. 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX_R, SIPX_G, SIPX_B)은 레드 컬러 필터를 포함하는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX_R), 그린 컬러 필터를 포함하는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX_G) 및 블루 컬러 필터를 포함하는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX_B)을 포함할 수 있다.
제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)은 서로 쌍을 이루면서 픽셀 어레이(110a_1)에 배치될 수 있다. 따라서, 픽셀 어레이(110a_1)에 배치되는 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1)의 수와 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)의 수는 동일할 수 있다. 한 쌍을 구성하는 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)은 각각 복수의 그룹들(SPPX_P1~SPPX_P4)을 구성할 수 있다.
복수의 그룹들(SPPX_P1~SPPX_P4)을 구성하는 각각의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2) 사이에는 컬럼 방향으로 3개의 이미지 센싱 공유 픽셀들이 배치될 수 있다. 한 쌍의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2) 동일한 컬럼에 배치될 수 있고 동일한 컬럼 출력 라인에 연결될 수 있다.
한 쌍의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)이 서로 멀리 배치되는 경우에는, 광 차폐층의 존부와 무관하게 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)으로 입사되는 광량이 서로 차이가 나게 되어, 렌즈(1110, 도 1)의 초점이 맞는지 여부, 그에 따른 렌즈(1110, 도 1)의 이동방향 및 이동거리를 계산하는 것이 부정확할 수 있다.
반면, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)이 서로 인접한 경우에는, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)의 주위에 배치되는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX_R, SIPX_G, SIPX_B)을 보상하는 동작을 수행하는 것이 어려울 수 있다. 보상 동작은 해당 픽셀에 인접하는 픽셀들의 데이터를 이용하여 수행되므로, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2) 모두와 인접한 이미지 센싱 공유 픽셀은 보상 동작 수행이 부정확해질 수 있다. 따라서, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2) 사이에 3개의 이미지 센싱 공유 픽셀들이 배치되는 경우에, 초점 검출 동작 및 보상 동작이 효율적으로 수행될 수 있다.
픽셀 어레이(110a_1)에 배치되는 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)의 수의 비율은 1/32의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110a_1)는 복수의 공유 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 각각 4개의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)이 배치될 수 있고, 총 8개의 위상 검출 서브 픽셀들이 배치될 수 있다. 제1 그룹(SPPX_P1) 및 제3 그룹(SPPX_P3)을 비교할 때, 한 쌍을 형성하는 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)은 도 6a에 도시된 것과 다르게 서로 위치가 바뀌도록 배치되어도 무방할 것이다.
일 실시예에서, 제1 그룹(SPPX_P1)과 제2 그룹(SPPX_P2)은 서로 동일한 로우에 배치될 수 있고, 로우 방향으로 7개의 이미지 센싱 공유 픽셀만큼 떨어져 배치될 수 있다. 제1 그룹(SPPX_P1)과 제3 그룹(SPPX_P3)은 서로 컬럼 방향으로 3개의 이미지 센싱 공유 픽셀만큼 떨어져 배치될 수 있고, 로우 방향으로 3개의 이미지 센싱 공유 픽셀만큼 떨어져 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에서는, 제1 그룹(SPPX_P1)과 제3 그룹(SPPX_P3)은 동일한 컬럼에 배치될 수 있으며, 컬럼 방향으로만 3개의 이미지 센싱 공유 픽셀만큼 떨어져 배치될 수도 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(110a_1)는 위상 검출 서브 픽셀이 1/32의 비율을 만족할 수 있도록 배치될 수 있고 위상 검출 서브 픽셀을 포함하는 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)의 배치는 도 6a에 도시된 것과 달라질 수도 있다.
도 6b를 참조하면, 픽셀 어레이(110a_2)에 배치되는 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)의 수의 비율은 1/64의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110a_2)는 복수의 공유 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 각각 2개의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)이 배치될 수 있고, 총 4개의 위상 검출 서브 픽셀들이 배치될 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 그룹(SPPX_P1)과 제2 그룹(SPPX_P2)은 서로 동일한 로우에 배치될 수 있고, 로우 방향으로 7개의 이미지 센싱 공유 픽셀만큼 떨어져 배치될 수 있다. 다만, 픽셀 어레이(110a_2)에 포함된 공유 픽셀들의 배치는 도 6b에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니며, 위상 검출 서브 픽셀을 포함하는 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)은, 위상 검출 서브 픽셀이 1/64의 비율을 만족하도록 도 6b에 도시된 것과 다르게 배치될 수도 있다.
도 6c를 참조하면, 픽셀 어레이(110a_3)는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX_R, SIPX_G, SIPX_B), 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)을 포함할 수 있다. 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)은 픽셀 어레이(110a_3)에 서로 쌍을 이루면서 배치될 수 있고, 따라서, 픽셀 어레이(110a_3)에 배치되는 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3)의 수와 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)의 수는 동일할 수 있다. 한 쌍을 구성하는 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)은 각각 복수의 그룹들(SPPX_P1'~SPPX_P4')을 구성할 수 있다.
복수의 그룹들(SPPX_P1'~SPPX_P4')을 구성하는 각각의 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)은 서로 동일한 로우에 배치될 수 있고, 각각의 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4) 사이에는 로우 방향으로 3개의 이미지 센싱 공유 픽셀들이 배치될 수 있다. 따라서, 초점 검출 동작 및 보상 동작이 효율적으로 수행될 수 있다.
픽셀 어레이(110a_3)에 배치되는 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)의 수의 비율은 1/32의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110a_3)는 복수의 공유 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 각각 4개의 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)이 배치될 수 있고, 총 8개의 위상 검출 서브 픽셀들이 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 그룹(SPPX_P1')과 제2 그룹(SPPX_P2')은 서로 동일한 컬럼에 배치될 수 있고, 컬럼 방향으로 7개의 이미지 센싱 공유 픽셀만큼 떨어져 배치될 수 있다. 제1 그룹(SPPX_P1')과 제3 그룹(SPPX_P3')은 서로 컬럼 방향으로 3개의 이미지 센싱 공유 픽셀만큼 떨어져 배치될 수 있고, 로우 방향으로 3개의 이미지 센싱 공유 픽셀만큼 떨어져 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에서는, 제1 그룹(SPPX_P1')과 제3 그룹(SPPX_P3')은 동일한 로우에 배치될 수 있으며, 로우 방향으로만 3개의 이미지 센싱 공유 픽셀만큼 떨어져 배치될 수도 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(110a_3)는 위상 검출 서브 픽셀이 1/32의 비율을 만족할 수 있도록 배치될 수 있고, 위상 검출 서브 픽셀을 포함하는 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)의 배치는 도 6c에 도시된 것과 달라질 수도 있다.
다른 실시예에서는, 픽셀 어레이(110a_3)에 배치되는 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)의 수의 비율이 1/64의 값을 가질 수도 있다. 예를 들어, 복수의 공유 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 총 4개의 위상 검출 서브 픽셀이 배치되도록, 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3) 및 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)이 각각 2개씩 배치될 수도 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 픽셀 어레이(110, 도 2)는 제1 내지 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1~SPPX_a4)을 모두 포함할 수도 있다. 이 때, 픽셀 어레이(110, 도 2)는 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 위상 검출 서브 픽셀의 수의 비율이 1/32 또는 1/64의 값을 갖도록 배치될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(110a_1~110a_3)를 포함하는 이미지 센서는 적절한 비율로 복수의 위상 검출 픽셀들을 포함하므로, 위상차 AF 기능을 제공하는 동시에, 고해상도 이미지를 제공할 수 있다.
도 7은 도 2의 로우 드라이버와 도 6a의 픽셀 어레이(110a_1)의 연결을 구체적으로 설명하기 위한 도면으로, 픽셀 어레이(110a_1)의 일부(B) 및 픽셀 어레이(110a_1)의 일부(B)와 연결되는 라인들을 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 픽셀 어레이(B)는 로우 드라이버(140, 도 2)와 전송 제어 신호 라인들(TG_AF1~TG_AF4, TG_E1, TG_O1, TG_E2, TG_O2), 리셋 신호 라인(RG) 및 선택 신호 라인(SEL)을 통해 연결될 수 있다. 하나의 공유 픽셀에 포함되는 복수의 서브 픽셀들은 동일한 선택 신호 라인(SEL)에 연결될 수 있다.
각각의 로우 라인(Row0, Row1)은 이미지 정보를 얻기 위한 제어 신호를 제공하는 전송 제어 신호 라인들(TG_E1, TG_O1, TG_E2, TG_O2) 및 위상차 검출을 위한 제어 신호를 제공하는 전송 제어 신호 라인들(TG_AF1~TG_AF4)을 포함할 수 있다. 따라서, 각각의 로우 라인(Row0, Row1)은 적어도 4개의 전송 제어 신호 라인들을 포함할 수 있다.
제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1)은 이미지 신호와 구별되는 위상 신호를 출력해야 하므로, 별도의 전송 제어 신호 라인들(TG_E1, TG_O1, TG_E2, TG_O2)이 연결될 수 있다. 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1)이 위상 신호를 출력할 때는, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1)에 포함된 이미지 센싱 픽셀들(IPX_G)이 이미지 신호를 출력하지 않도록, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1)으로 전송 제어 신호가 전송될 수 있다.
본 도면의 설명은 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a1) 이외에도 제2 내지 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2~SPPX_a4, 도 4a 및 도 4b)에도 적용될 수 있다. 다만, 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1)이 위상 신호를 출력할 때는, 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)도 위상 신호를 출력할 수 있도록 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a2)로 전송 제어 신호가 전송될 수 있다. 또한, 제3 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a3)의 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a3)이 위상 신호를 출력할 때는, 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)도 위상 신호를 출력하도록, 제4 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_a4)로 전송 제어 신호가 전송될 수 있다.
도 8은 도 3의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 3의 위상 검출 공유 픽셀(SIPX)은 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1) 또는 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b2)일 수 있다. 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1)은 2개 위상 검출 서브 픽셀들(PPX_b1, PPX_b2)을 포함할 수 있고, 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b2)도 2개의 위상 검출 서브 픽셀들(PPX_b3, PPX_b4)을 포함할 수 있다. 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b2) 각각은 위상 검출 서브 픽셀을 제외한 나머지의 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_G)을 포함할 수 있고, 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_G) 각각은 마이크로 렌즈(ML_I)를 포함할 수 있다.
제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b2)은 로우 방향으로 서로 인접하게 배치되고, 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b4)은 컬럼 방향으로 서로 인접하게 배치될 수 있다. 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b2)은 제1 마이크로 렌즈(ML_H)를 공유하고, 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b4)은 제2 마이크로 렌즈(ML_V)를 공유할 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML_H)의 형상 및 굴절율에 의하여, 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b2)은 서로 다른 위상 신호를 출력할 수 있다. 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b2)로부터 출력되는 각각의 위상 신호를 기초로 하여, 렌즈(1110, 도 1)가 수평 방향으로 초점이 맞는지 판단될 수 있다.
제2 마이크로 렌즈(ML_V)의 형상 및 굴절율에 의하여, 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b4)이 서로 다른 위상 신호를 출력할 수 있다. 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b4)로부터 출력되는 각각의 다른 위상 신호를 기초로 하여, 렌즈(1110, 도 1)가 수직 방향으로 초점이 맞는지 판단될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_G)은 그린 필터를 포함할 수 있고, 제1 내지 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b1, PPX_b2, PPX_b3, PPX_b4)도 그린 컬러 필터를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서 제1 내지 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b1, PPX_b2, PPX_b3, PPX_b4)은 화이트 필터를 포함할 수도 있다.
제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1) 또는 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b2)을 포함하는 픽셀 어레이도 도 7에 도시된 것과 유사한 방식으로 로우 드라이버(140, 도 2)와 연결될 수 있다.
도 9는 도 3의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 공유 픽셀들의 배치를 설명하기 위한 도면들이다. 도 9는 도 8의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1)을 포함하는 픽셀 어레이(110a_4)를 도시한 것이다. 도 9에서 도 6a에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 의미하며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 도 6a와 중복되는 구성의 상세한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 픽셀 어레이(110a_4)에 배치되는 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 복수의 위상 검출 서브 픽셀들의 수의 비율은 1/32의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110a_4)는 복수의 공유 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 4개의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1)이 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 픽셀 어레이(110a_4)에 배치되는 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 복수의 위상 검출 서브 픽셀들의 수의 비율은 1/64의 값을 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(110a_4)는 위상 검출 서브 픽셀이 1/32 또는 1/64의 비율을 만족할 수 있도록 배치될 수 있고, 따라서, 위상 검출 서브 픽셀을 포함하는 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1)의 배치는 도 9에 도시된 것과 달라질 수도 있다.
도 9에는 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1)만이 도시되어 있으나, 다른 일 실시예의 픽셀 어레이는 복수의 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b2)들을 포함할 수 있으며, 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b2)도 도 9의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1)의 배치 방법과 동일하게 배치될 수 있다. 또는, 다른 일 실시예의 픽셀 어레이는 복수의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1)들 및 복수의 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b2)들을 모두 포함하되, 위상 검출 서브 픽셀이 1/32 또는 1/64의 비율을 만족할 수 있도록 복수의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b1)들 및 복수의 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_b2)이 픽셀 어레이에 배치될 수도 있다.
도 10은 도 3의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 도 3의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX)은 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_c) 일 수 있다. 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_c)은 4개 위상 검출 서브 픽셀들(PPX_c1~PPX_c4)을 포함할 수 있다. 하나의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_c)에 포함되는 4개 위상 검출 서브 픽셀들(PPX_c1~PPX_c4)들은 하나의 마이크로 렌즈(ML_Q)를 서로 공유할 수 있다. 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0~SIPX14, 도 3) 각각에 포함되는 4개의 이미지 센싱 서브 픽셀들도 하나의 마이크로 렌즈를 서로 공유할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들은 각각 마이크로 렌즈를 포함할 수도 있다.
제1 내지 4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_c1~PPX_c4)은 서로 로우 또는 컬럼이 다르므로, 마이크로 렌즈(ML_Q)의 형상 및 굴절율에 의하여, 제1 내지 4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_c1~PPX_c4)은 서로 다른 위상 신호를 출력할 수 있다. 상기 서로 다른 위상 신호를 기초로 하여, 렌즈(1110, 도 1)가 수평 방향으로 초점이 맞는지 및 수직 방향으로 초점이 맞는지 판단될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 내지 4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_c1~PPX_c4)는 그린 컬러 필터를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서 제1 내지 4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_c1~PPX_c4)은 화이트 컬러 필터를 포함할 수도 있다.
도 11은 도 3의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 공유 픽셀들의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 도 10의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_c)을 포함하는 픽셀 어레이(110a_5)를 도시한 것이다. 도 11에서 도 6a에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 의미하며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 도 6a와 중복되는 구성의 상세한 설명은 생략한다.
도 11을 참조하면, 픽셀 어레이(110a_5)에 배치되는 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 복수의 위상 검출 서브 픽셀들의 수의 비율은 1/32의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110a_5)는 복수의 공유 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 2개의 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_c)이 배치될 수 있고, 총 8개의 위상 검출 서브 픽셀들이 배치될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 픽셀 어레이(110a_5)에 배치되는 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 복수의 위상 검출 서브 픽셀들의 수의 비율은 1/64의 값을 가질 수도 있다. 따라서, 위상 검출 서브 픽셀을 포함하는 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_c)의 배치는 도 11에 도시된 것과 달라질 수도 있다.
도 12는 도 2의 로우 드라이버와 도 10의 픽셀 어레이(110a_5)의 연결을 구체적으로 설명하기 위한 도면으로, 픽셀 어레이(110a_5)의 일부(C) 및 픽셀 어레이(110a_5)의 일부(C)와 연결되는 라인들을 도시한 것이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 픽셀 어레이(110a_5)는 장시간 노광 공유 픽셀(L) 및 단시간 노광 공유 픽셀(S)을 포함할 수 있다. 장시간 노광 공유 픽셀(L)은 일정한 노광 기간 내에 연속하여 노광하여 픽셀 신호를 생성하기 위한 공유 픽셀이고, 단시간 노광 공유 픽셀(S)은 일정한 노광 기간 내에 단속적으로 노광하여 픽셀 신호를 생성하기 위한 공유 픽셀이다. 장시간 노광 공유 픽셀(L)은 장시간 노광을 위한 포토 다이오드들을 다수 포함할 수 있으며, 단시간 노광 공유 픽셀(S)은 단시간 노광을 위한 포토 다이오드들을 다수 포함할 수 있다. 다만, 도 12은 본 개시의 일 실시예를 설명하기 위한 것으로 도 12의 배치에 본 개시가 한정되는 것은 아니다.
픽셀 어레이(C)는 로우 드라이버(140, 도 2)와 전송 제어 신호 라인들(TG_LE1, TG_LO1, TG_SE1, TG_SO1, TG_LE2, TG_LO2, TG_SE2, TG_SO2), 리셋 신호 라인(RG) 및 선택 신호 라인(SEL)을 통해 연결될 수 있다. 각각의 로우 라인(Row0, Row1)은 각각 4개의 전송 제어 신호 라인들을 포함할 수 있고, 각각의 로우 라인(Row0, Row1)은 장시간 노광을 위한 제어 신호를 제공하는 전송 제어 신호 라인들(TG_LE1, TG_LO1, TG_LE2, TG_LO2) 및 단시간 노광을 위한 제어 신호를 제공하는 전송 제어 신호 라인들(TG_SE1, TG_SO1, TG_SE2, TG_SO2)을 포함할 수 있다.
제1 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX_R_L)은 장시간 노광 공유 픽셀(L)로서 장시간 노광을 위한 광 감지 소자를 포함하는 4개의 픽셀들을 포함할 수 있고, 제2 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX_R_S) 및 제3 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX_G)은 단시간 노광을 위한 광 감지 소자를 포함하는 4개의 픽셀들을 포함할 수 있다. 제1 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX_R_L)은 장시간 노광을 위한 제어 신호를 제공하는 전송 제어 신호 라인들(TG_LE1, TG_LO1, TG_LE2, TG_LO2)과 연결될 수 있고, 제2 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX_R_S) 및 제3 이미지 센싱 공유 픽셀(SIPX_G)은 단시간 노광을 위한 제어 신호를 제공하는 전송 제어 신호 라인들(TG_SE1, TG_SO1, TG_SE2, TG_SO2)과 연결될 수 있다.
위상 검출 공유 픽셀(SPPX_c)에 포함된 서브 픽셀들은 모두 위상 검출 서브 픽셀이므로, 이미지 센싱 공유 픽셀들과 다른 전송 제어 신호 라인과 연결되지 않을 수 있다. 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_c)은 장시간 노광을 위한 제어 신호를 제공하는 전송 제어 신호 라인들(TG_LE1, TG_LO1, TG_LE2, TG_LO2)과 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단시간 노광을 위한 제어 신호를 제공하는 전송 제어 신호 라인들(TG_SE1, TG_SO1, TG_SE2, TG_SO2)과 연결될 수도 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(110a_5)를 포함하는 이미지 센서는 한 프레임 내에서 주기적으로 노광 기간을 바꾸어서 촬상한 후, 신호 처리 기술을 이용하여 넓은 다이나믹 레인지 효과를 실현할 수 있도록 구현될 수 있다. 따라서, 픽셀 어레이(110a_5)를 포함하는 이미지 센서는 넓은 다이나믹 레인지 효과가 실현되는 동시에 위상차 AF 기능을 제공할 수 있다.
도 13은 도 2의 픽셀 어레이의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 13의 픽셀 어레이(110b)는 도 2의 픽셀 어레이(110)의 일부를 나타낸 것이다. 도 14는 도 13의 위상 검출 공유 픽셀들(SPPX_d1, SPPX_d2)의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 픽셀 어레이(110b)는 복수의 공유 픽셀들(SPX')을 포함할 수 있고, 복수의 공유 픽셀들(SPX')은 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0'~SIPX13'), 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d2)을 포함할 수 있다. 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0'~SIPX13')은 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX, 도 2)을 포함할 수 있고, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d2)은 각각 하나의 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d1, PPX_d2)을 포함할 수 있다. 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d2) 각각은 위상 검출 서브 픽셀을 제외한 나머지의 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_G, IPX_R)을 포함할 수 있다.
제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d2)은 서로 로우 방향으로 인접하게 배치될 수 있고, 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d2)은 서로 로우 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d2)은 서로 컬럼 방향으로 인접하게 배치될 수도 있고, 따라서, 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d2)은 서로 컬럼 방향으로 인접하게 배치될 수 있다.
제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d2)은 서로 하나의 쌍을 이루며 배치될 수 있고, 따라서, 픽셀 어레이(110b)에는 동일한 수의 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d2)이 배치될 수 있다.
제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d2)은 하나의 마이크로 렌즈(ML_H)를 공유할 수 있다. 마이크로 렌즈(ML_H)의 형상 및 굴절율에 의하여, 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d2)은 서로 다른 위상 신호를 출력할 수 있다. 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d2)이 로우 방향으로 인접하도록 배치되면, 렌즈(1110, 도 1)가 수평 방향으로 초점이 맞는지 판단될 수 있고, 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d2)이 컬럼 방향으로 인접하도록 배치되면, 렌즈(1110, 도 1)가 수직 방향으로 초점이 맞는지 판단될 수 있다.
복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0'~SIPX13')은 다양한 컬러를 센싱할 수 있도록 컬러 필터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 컬러 필터는 레드(red), 그린(green) 및 블루(blue)를 센싱하는 필터들을 포함하며, 각각의 이미지 센싱 공유 픽셀들(SIPX0'~SIPX13')은 동일한 컬러 필터가 배치된 픽셀들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 제1 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1, SPPX_d2) 중 하나는 그린 컬러 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1)은 그린 컬러 필터를 포함할 수 있고, 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d2)은 레드 컬러 필터를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1, SPPX_d2)에 포함된 제1 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_d1, PPX_d2)은 화이트 컬러 필터를 포함할 수도 있다.
도 13에서는 각각 하나의 제1 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1, SPPX_d2)이 도시되어 있으나, 픽셀 어레이(110b)는 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 위상 검출 서브 픽셀들(PPX_d1, PPX_d2)의 수의 비율이 1/32 또는 1/64의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110b)는 복수의 공유 픽셀들(SPX')이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 각각 4개의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d2)이 배치될 수 있고, 또는, 각각 2개의 제1 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d1) 및 제2 위상 검출 공유 픽셀(SPPX_d2)이 배치될 수도 있다.
도 15a 내지 도 15c는 도 2의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀들의 배치를 설명하기 위한 도면들이다. 도 3 및 도 13의 픽셀 어레이(110a, 110b)와 비교할 때, 도 15a 내지 도 15c의 복수의 픽셀들은 하나의 공유 픽셀을 구성하지 않고, 동일한 로우에 배치된 픽셀들이 서로 동일한 선택 신호 라인에 연결될 수 있다. 따라서, 하나의 로우에 속하는 픽셀들은 로우 드라이버(140, 도 2)가 출력하는 선택 신호(SELSs, 도 2)에 의해 동시에 활성화 될 수 있다.
도 15a를 참조하면, 픽셀 어레이(110c_1)는 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_R, IPX_G, IPX_B), 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)을 포함할 수 있다. 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_R, IPX_G, IPX_B)은 레드 컬러 필터를 포함하는 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_R), 그린 컬러 필터를 포함하는 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_G) 및 블루 컬러 필터를 포함하는 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_B)을 포함할 수 있다.
제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)은 위상차 검출 AF용 픽셀일 수 있고, 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_R, IPX_G, IPX_B)은 이미지 정보만을 얻을 수 있는 일반 픽셀일 수 있다. 본 도면의 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)은 도 4a의 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a2)과 각각 동일한 구성을 가질 수 있다.
제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)은 하나의 쌍을 이루면서 픽셀 어레이(110c_1)에 배치되므로, 픽셀 어레이(110c_1)에 배치되는 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1)의 수와 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)의 수는 서로 동일할 수 있다. 한 쌍을 구성하는 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)은 각각 복수의 그룹들(PPX_Pa1~PPX_Pa4)을 구성할 수 있다.
복수의 그룹들(PPX_Pa1~PPX_Pa4)을 구성하는 각각의 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)은 동일한 칼럼에 배치될 수 있고, 각각의 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2) 사이에는 컬럼 방향으로 3개의 이미지 센싱 픽셀들이 배치될 수 있다. 따라서, 초점 검출 동작 및 보상 동작이 효율적으로 수행될 수 있다.
픽셀 어레이(110c_1)에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)의 비율은 1/32의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110c_1)는 복수의 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 각각 4개의 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)이 배치될 수 있다. 한 쌍을 형성하는 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)은 도 15a에 도시된 것과 다르게 서로 위치가 바뀌도록 배치되어도 무방할 것이다.
일 실시예에서, 제1 그룹(PPX_P1)과 제2 그룹(PPX_P2)은 서로 동일한 로우에 배치될 수 있고, 로우 방향으로 7개의 이미지 센싱 픽셀들만큼 떨어져 배치될 수 있다. 제1 그룹(PPX_P1)과 제3 그룹(PPX_P3)은 서로 컬럼 방향으로 3개의 이미지 센싱 픽셀들만큼 떨어져 배치될 수 있고, 로우 방향으로 3개의 이미지 센싱 픽셀들만큼 떨어져 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에서는, 제1 그룹(PPX_P1)과 제2 그룹(PPX_P2)은 서로 상이한 로우에 배치될 수도 있다. 또한, 제1 그룹(PPX_P1)과 제3 그룹(PPX_P3)은 동일한 컬럼에 배치될 수 있으며, 컬럼 방향으로 3개의 이미지 센싱 픽셀들만큼 떨어져 배치될 수도 있다. 따라서, 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)의 배치는 도 15a에 도시된 것과 달라질 수도 있다.
도 15b를 참조하면, 한 쌍의 위상 검출 픽셀들(PPX_aP)은 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(110c_2)에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)의 수의 비율은 1/16의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110c_2)는 복수의 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 각각 8개의 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)이 배치될 수 있다.
다만, 픽셀 어레이(110c_2)에 포함된 복수의 픽셀들의 배치는 도 15b에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니며, 위상 검출 픽셀을 포함하는 제1 위상 검출 픽셀(PPX_a1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_a2)은 위상 검출 픽셀이 1/16의 비율을 만족하도록 도 15b에 도시된 것과 다르게 배치될 수도 있다.
도 15c를 참조하면, 픽셀 어레이(110c_3)는 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_R, IPX_G, IPX_B), 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)을 포함할 수 있다. 본 도면의 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)은 도 4b의 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a3) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_a4)과 각각 동일한 구성을 가질 수 있다.
제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)은 서로 쌍을 이루면서 픽셀 어레이(110c_3)에 배치되므로, 픽셀 어레이(110c_3)에 배치되는 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3)의 수와 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)의 수는 동일할 수 있다. 한 쌍을 구성하는 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)은 각각 복수의 그룹들(PPX_P1'~PPX_P4')을 구성할 수 있다.
복수의 그룹들(PPX_P1'~SPPX_P4')을 구성하는 각각의 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)은 서로 동일한 로우에 배치될 수 있고, 각각의 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4) 사이에는 로우 방향으로 3개의 이미지 센싱 픽셀들이 배치될 수 있다. 따라서, 초점 검출 동작 및 보상 동작을 효율적으로 수행될 수 있다.
픽셀 어레이(110c_3)에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)의 수에 대한 비율은 1/32의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110c_3)는 복수의 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 각각 4개의 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)이 배치될 수 있고, 총 8개의 위상 검출 픽셀들이 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 그룹(PPX_P1')과 제2 그룹(PPX_P2')은 서로 동일한 컬럼에 배치될 수 있고, 컬럼 방향으로 7개의 이미지 센싱 픽셀들만큼 떨어져 배치될 수 있다. 제1 그룹(PPX_P1')과 제3 그룹(PPX_P3')은 서로 컬럼 방향으로 3개의 이미지 센싱 픽셀들만큼 떨어져 배치될 수 있고, 로우 방향으로 3개의 이미지 센싱 픽셀들만큼 떨어져 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에서는, 제1 그룹(SPPX_P1')과 제3 그룹(PPX_P3')은 동일한 로우에 배치될 수 있으며, 로우 방향으로만 3개의 이미지 센싱 픽셀들만큼 떨어져 배치될 수도 있다. 따라서, 픽셀 어레이(110c_3)에서 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)의 배치는 도 15c에 도시된 것과 달라질 수도 있다.
다른 실시예에서는, 픽셀 어레이(110c_3)에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)의 수에 대한 비율은 1/16의 값을 가질 수도 있다. 예를 들어, 복수의 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 총 16개의 위상 검출 픽셀이 배치되도록, 제3 위상 검출 픽셀(PPX_a3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a4)이 각각 8개씩 배치될 수도 있다.
도 15a 내지 도 15c를 참조하면, 픽셀 어레이(110, 도 2)는 제1 내지 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a1~PPX_a4)을 모두 포함할 수도 있다. 이 때, 픽셀 어레이에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 1 내지 제4 위상 검출 픽셀(PPX_a1~PPX_a4)의 수의 비율은 1/16 또는 1/32의 값을 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(110c_1~110c_3)를 포함하는 이미지 센서는 적절한 비율로 복수의 위상 검출 픽셀들을 포함하므로, 위상차 AF 기능을 제공하는 동시에, 고해상도 이미지를 제공할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 도 2의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀들의 배치를 설명하기 위한 도면들이다. 도 3 및 도 13의 픽셀 어레이(110a, 110b)와 비교할 때, 도 16a 및 도 16b의 복수의 픽셀들은 하나의 공유 픽셀을 구성하지 않고, 동일한 로우에 배치된 픽셀들은 동일한 선택 신호 라인에 연결될 수 있다.
도 16a를 참조하면, 픽셀 어레이(110d_1)는 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_R, IPX_G, IPX_B), 제1 위상 검출 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_b2)을 포함할 수 있다. 본 도면의 제1 위상 검출 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_b2)은 도 8의 제1 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b2)과 각각 동일한 구성을 가질 수 있다.
제1 위상 검출 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_b2)은 서로 로우 방향으로 인접하게 픽셀 어레이(110d_1)에 배치될 수 있고, 하나의 쌍을 이루면서 배치될 수 있다. 따라서, 픽셀 어레이(110d_1)에 배치되는 제1 위상 검출 픽셀(PPX_b1)의 수와 제2 위상 검출 픽셀(PPX_b2)의 수가 서로 동일할 수 있다. 한 쌍을 구성하는 제1 위상 검출 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_b2)은 각각 복수의 그룹들(PPX_Pb1~PPX_Pb4)을 구성할 수 있다.
픽셀 어레이(110d_1)에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 제1 위상 검출 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_b2)의 수의 비율은 1/32의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110d_1)는 복수의 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 4개의 그룹들(PPX_Pb1~PPX_Pb4)이 배치될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 픽셀 어레이(110d_1)에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 제1 위상 검출 픽셀(PPX_b1) 및 제2 위상 검출 픽셀(PPX_b2)의 수의 비율은 1/16의 값을 가질 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 그룹(PPX_Pb1) 및 제2 그룹(PPX_Pb2)은 서로 동일한 로우에 배치될 수 있고, 제1 그룹(PPX_Pb1) 및 제3 그룹(PPX_Pb3)은 서로 동일한 칼럼에 배치될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(110d_1)는 위상 검출 픽셀이 1/32 또는 1/16의 비율을 만족할 수 있도록 배치될 수 있고 따라서, 복수의 그룹들(PPX_Pb1~PPX_Pb4)의 배치는 도 16a에 도시된 것과 달라질 수 있다.
도 16b를 참조하면, 픽셀 어레이(110d_2)는 복수의 이미지 센싱 픽셀들(IPX_R, IPX_G, IPX_B), 제3 위상 검출 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_b4)을 포함할 수 있다. 본 도면의 제3 위상 검출 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_b4)은 도 8의 제3 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 서브 픽셀(PPX_b4)과 각각 동일한 구성을 가질 수 있다.
제3 위상 검출 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_b4)은 픽셀 어레이(110d_2)에서 서로 칼럼 방향으로 인접하게 배치될 수 있고, 서로 쌍을 이루면서 배치될 수 있다. 따라서, 픽셀 어레이(110d_2)에 배치되는 제3 위상 검출 픽셀(PPX_b3)의 수와 제4 위상 검출 픽셀(PPX_b4)의 수가 서로 동일할 수 있다. 한 쌍을 구성하는 제3 위상 검출 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_b4)은 각각 복수의 그룹들(PPX_Pb1'~PPX_Pb4')을 구성할 수 있다.
픽셀 어레이(110d_2)에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 제3 위상 검출 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_b4)의 수의 비율은 1/32의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(110d_2)는 복수의 픽셀들이 로우 방향으로 16개, 컬럼 방향으로 16개가 배치(16x16)될 때, 4개의 그룹들(PPX_Pb1'~PPX_Pb4')이 배치될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 픽셀 어레이(110d_2)에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 제3 위상 검출 픽셀(PPX_b3) 및 제4 위상 검출 픽셀(PPX_b4)의 수의 비율은 1/16의 값을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제1 그룹(PPX_Pb1') 및 제2 그룹(PPX_Pb2')은 서로 동일한 로우에 배치될 수 있고, 제1 그룹(PPX_Pb1') 및 제3 그룹(PPX_Pb3')은 서로 동일한 칼럼에 배치될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(110d_2)는 위상 검출 픽셀이 1/32 또는 1/16의 비율을 만족할 수 있도록 배치될 수 있고 따라서, 복수의 그룹들(PPX_Pb1'~PPX_Pb4')의 배치는 도 16b에 도시된 것과 달라질 수도 있다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 픽셀 어레이(110, 도 2)는 제1 내지 제4 위상 검출 픽셀(PPX_b1~PPX_b4)을 모두 포함할 수도 있다. 이 때, 픽셀 어레이에 배치되는 복수의 픽셀들의 수에 대한 제1 내지 제4 위상 검출 픽셀(PPX_b1~PPX_b4)의 수의 비율은 1/16 또는 1/32의 값을 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(110d_1, 110d_2)를 포함하는 이미지 센서는 적절한 비율로 복수의 위상 검출 픽셀들을 포함하므로, 위상차 AF 기능을 제공하는 동시에, 고해상도 이미지를 제공할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 이미지 센서
110, 110a, 110a_1, 110a_2, 110a_3, 110a_4, 110a_5, 110b, 110c_1, 110c_2, 110c_3, 110d_1, 110d_1: 픽셀 어레이
120: 제어부
130: 신호 처리부
140: 로우 드라이버
150: 신호 독출부

Claims (10)

  1. 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는 복수의 공유 픽셀들을 구비하고,
    상기 복수의 공유 픽셀들은,
    각각 동일한 컬러 필터를 포함하는 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들을 포함하는 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들; 및
    각각 이미지 사이의 위상 차를 산출하기 위한 위상 신호를 생성하는 적어도 하나의 위상 검출 서브 픽셀을 포함하는 복수의 위상 검출 공유 픽셀들을 구비하고,
    동일한 이미지 센싱 공유 픽셀에 포함된 상기 복수의 이미지 센싱 서브 픽셀들은 하나의 선택 신호 라인과 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이에 배치되는 상기 복수의 공유 픽셀들의 수에 대한 상기 픽셀 어레이에 배치되는 복수의 위상 검출 서브 픽셀의 수의 비율은 1/32 또는 1/64의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    복수의 위상 검출 공유 픽셀들 각각은 광 감지 소자 및 광 차폐층을 포함하는 하나의 위상 검출 서브 픽셀을 포함하고,
    상기 광 차폐층은 상기 광 감지 소자로 입사되는 광의 일부를 차단하고,
    상기 복수의 위상 검출 공유 픽셀들은 제1 위상 검출 공유 픽셀 및 제2 위상 검출 공유 픽셀을 포함하고,
    상기 제1 위상 검출 공유 픽셀 및 상기 제2 위상 검출 공유 픽셀은 동일한 로우 또는 컬럼에 배치되고,
    상기 제1 위상 검출 공유 픽셀 및 상기 제2 위상 검출 공유 픽셀 사이에는 3개의 이미지 센싱 공유 픽셀들이 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 위상 검출 공유 픽셀들 각각은, 로우 방향으로 서로 인접하게 배치되는 2개의 위상 검출 서브 픽셀들을 포함하고,
    동일한 위상 검출 공유 픽셀에 포함되는 상기 2개의 위상 검출 서브 픽셀들은 동일한 컬러 필터 및 상기 동일한 컬러 필터 상에 형성되는 하나의 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 위상 검출 공유 픽셀들 각각은, 4개의 위상 검출 서브 픽셀들을 포함하고,
    동일한 위상 검출 공유 픽셀에 포함되는 상기 4개의 위상 검출 서브 픽셀들은 동일한 컬러 필터 및 상기 동일한 컬러 필터 상에 형성되는 하나의 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 복수의 픽셀들이 구비된 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들은,
    이미지 신호를 각각 생성하는 복수의 이미지 센싱 픽셀들; 및
    이미지 사이의 위상 차를 산출하기 위한 서로 다른 위상 신호를 각각 생성하는 제1 위상 검출 픽셀 및 제2 위상 검출 픽셀; 을 포함하고,
    상기 픽셀 어레이에 배치되는 상기 복수의 픽셀들의 수에 대한 상기 제1 위상 검출 픽셀 및 상기 제2 위상 검출 픽셀의 수의 비율은 1/16 또는 1/32의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 위상 검출 픽셀 및 상기 제2 위상 검출 픽셀은 서로 컬럼 방향으로 인접하게 배치되며, 상기 제1 위상 검출 픽셀 및 상기 제2 위상 검출 픽셀은 하나의 마이크로 렌즈를 공유하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 복수의 위상 검출 공유 픽셀들 및 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
    상기 픽셀 어레이를 제어하기 위한 신호들을 생성하는 로우 드라이버를 포함하고,
    상기 복수의 위상 검출 공유 픽셀들 각각은, 적어도 하나의 위상 검출 서브 픽셀을 포함하고,
    상기 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들 각각은,
    하나의 선택 신호 라인을 통해 상기 로우 드라이버와 연결되는 복수의 이미지 센싱 픽셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 이미지 센싱 공유 픽셀들은 제1 광 감지 소자를 포함하는 제1 이미지 센싱 공유 픽셀 및 제2 광 감지 소자를 포함하는 제2 이미지 센싱 공유 픽셀을 포함하고,
    상기 로우 드라이버는, 상기 제1 광 감지 소자가 제1 시간 구간 동안 노광되도록 제1 이미지 센싱 공유 픽셀로 제1 전송 제어 신호를 전송하고, 상기 제2 광 감지 소자가 제2 시간 구간 동안 노광되도록 제2 이미지 센싱 공유 픽셀로 제2 전송 제어 신호를 전송하고,
    상기 복수의 위상 검출 공유 픽셀들 각각은 하나의 마이크로 렌즈를 공유하는 4개의 위상 검출 서브 픽셀들을 포함하고,
    상기 제1 이미지 센싱 공유 픽셀, 상기 제2 이미지 센싱 공유 픽셀 및 상기 복수의 위상 검출 공유 픽셀의 일부는 동일한 로우에 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 위상 검출 공유 픽셀들은 하나의 제1 위상 검출 서브 픽셀을 포함하는 제1 위상 검출 공유 픽셀 및 하나의 제2 위상 검출 서브 픽셀을 포함하는 제2 위상 검출 공유 픽셀을 포함하고,
    상기 제1 위상 검출 서브 픽셀 및 상기 제2 위상 검출 서브 픽셀은 서로 인접하게 배치되고,
    상기 제1 위상 검출 서브 픽셀 및 상기 제2 위상 검출 서브 픽셀은 서로 다른 컬러 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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