KR20210148682A - 이미지 센서, 이미지 센서를 포함하는 모바일 장치 및 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서는, 픽셀 어레이, 행 구동부 및 제어부를 포함한다. 상기 픽셀 어레이는, 디스플레이 패널의 하부에 배치되고, 상기 디스플레이 패널을 투과한 광에 발생되는 광전하들을 수집하여 센싱 동작을 수행하는 복수의 픽셀들을 포함한다. 상기 행 구동부는 상기 복수의 픽셀들을 행 단위로 구동한다. 상기 제어부는 상기 복수의 픽셀들 중에서 상기 디스플레이 패널에 대한 투과율이 가장 낮은 파장에 상응하는 청색 픽셀들의 센싱 감도가 적색 픽셀들의 센싱 감도 및 녹색 픽셀들의 센싱 감도보다 증가하도록 상기 픽셀 어레이 및 상기 행 구동부를 제어한다. 디스플레이 패널에 대한 투과율이 낮은 청색 픽셀의 센싱 감도를 효율적으로 증가시킴으로써 모바일 장치 등에 구현되는 패널 하부 카메라(UPC, under panel camera)의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

이미지 센서, 이미지 센서를 포함하는 모바일 장치 및 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법{Image sensor, mobile device including the same and method of controlling sensing sensitivity of image sensor}
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이미지 센서, 이미지 센서를 포함하는 모바일 장치 및 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법에 관한 것이다.
디지털 카메라 모듈은 휴대 전화, 개인 휴대 정보 단말기, 컴퓨터와 같은 다양한 호스트 장치에 통합되고 있으며, 호스트 장치에 대한 통합된 디지털 카메라 모듈에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 디지털 카메라 모듈은 전체적인 장치 크기를 증가시키지 않고서도 호스트 장치 내에 통합될 수 있는 것이 요구된다. 또한, 호스트 장치 내에서 보다 높은 성능 특성을 갖는 카메라에 대한 요구가 증가하고 있다. 모바일 장치의 사이즈를 증가시키지 않으면서도 넓은 디스플레이 화면을 제공하기 위해 디스플레이 패널의 하부에 카메라 모듈이 배치되고 있다. 이 경우 디스플레이 패널을 투과한 빛의 세기가 감소하여 카메라 모듈에 포함되는 이미지 센서의 성능이 감소하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은, 센싱 감도를 효율적으로 제어할 수 있는 이미지 센서, 이미지 센서를 포함하는 모바일 장치 및 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는, 픽셀 어레이, 행 구동부 및 제어부를 포함한다.
상기 픽셀 어레이는, 디스플레이 패널의 하부에 배치되고, 상기 디스플레이 패널을 투과한 광에 발생되는 광전하들을 수집하여 센싱 동작을 수행하는 복수의 픽셀들을 포함한다.
상기 행 구동부는 상기 복수의 픽셀들을 행 단위로 구동한다.
상기 제어부는 상기 복수의 픽셀들 중에서 상기 디스플레이 패널에 대한 투과율이 가장 낮은 파장에 상응하는 청색 픽셀들의 센싱 감도가 적색 픽셀들의 센싱 감도 및 녹색 픽셀들의 센싱 감도보다 증가하도록 상기 픽셀 어레이 및 상기 행 구동부를 제어한다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 모바일 장치는, 상면이 개방된 하우징 케이스, 상기 하우징 케이스의 상면을 폐색하도록 배치되고 이미지를 표시하는 디스플레이 패널, 및 상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되는 이미지 센서를 포함한다. 상기 이미지 센서는, 상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되고, 상기 디스플레이 패널을 투과한 광에 발생되는 광전하들을 수집하여 센싱 동작을 수행하는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이, 상기 복수의 픽셀들을 행 단위로 구동하는 행 구동부, 및 상기 복수의 픽셀들 중에서 상기 디스플레이 패널에 대한 투과율이 가장 낮은 파장에 상응하는 청색 픽셀들의 센싱 감도가 적색 픽셀들의 센싱 감도 및 녹색 픽셀들의 센싱 감도보다 증가하도록 상기 픽셀 어레이 및 상기 행 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법은, 픽셀 어레이에 포함되는 복수의 픽셀들 중에서 디스플레이 패널에 대한 투과율이 가장 낮은 파장에 상응하는 타겟 칼라 픽셀들을 결정하는 단계, 및 상기 픽셀 어레이 및 상기 픽셀 어레이를 구동하는 행 구동부를 제어하여 다른 칼라 픽셀들의 센싱 감도보다 상기 타겟 칼라 픽셀들의 센싱 감도를 증가시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 및 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법은, 투과율이 낮은 파장에 상응하는 타겟 칼라 픽셀의 센싱 감도를 효율적으로 증가시킴으로써 이미지 품질을 향상하고 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 장치 및 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 및 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법은, 디스플레이 패널에 대한 투과율이 낮은 청색 픽셀의 센싱 감도를 효율적으로 증가시킴으로써 모바일 장치 등에 구현되는 패널 하부 카메라(UPC, under panel camera)의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 모바일 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 모바일 장치의 구조의 수직 구조의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 모바일 장치의 디스플레이 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 입사광의 파장에 따른 디스플레이 패널의 투과율을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 센싱 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에서 하나의 공통 플로팅 디퓨젼 노드에 4개의 픽셀들이 연결되는 공유 구조를 갖는 단위 픽셀 그룹을 나타내는 회로도이다.
도 10은 도 9의 공유 구조의 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 9의 공유 구조에서의 이득에 따른 동작의 실시예를 나타내는 타이밍도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이의 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13, 14 및 15는 도 12의 레이아웃 및 도 9의 공유 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 16, 17 및 18은 도 12의 레이아웃 및 도 9의 공유 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 19, 20 및 21은 도 12의 레이아웃 및 도 9의 공유 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 22, 23 및 24는 도 12의 레이아웃 및 개별 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 25, 26 및 27은 도 12의 레이아웃 및 도 9의 공유 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 28은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이의 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 29, 30 및 31은 도 28의 레이아웃 및 도 9의 공유 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 32는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 33은 도 32의 전자 장치에 포함되는 카메라 모듈을 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 픽셀 어레이에 포함되는 복수의 픽셀들 중에서 디스플레이 패널에 대한 투과율이 가장 낮은 파장에 상응하는 타겟 칼라 픽셀들을 결정한다(S100).
상기 픽셀 어레이 및 상기 픽셀 어레이를 구동하는 행 구동부를 제어하여 다른 칼라 픽셀들의 센싱 감도보다 상기 타겟 칼라 픽셀들의 센싱 감도를 증가시킨다(S200).
일 실시예에서, 도 2 내지 5를 참조하여 설명하는 바와 같이, 상기 타겟 칼라 픽셀들은 청색 픽셀들이고, 상기 다른 칼라 픽셀들은 적색 픽셀들 및 녹색 픽셀들일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 타겟 칼라 픽셀들의 센싱 감도를 증가시키기 위해, 상기 다른 칼라 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 상기 다른 칼라 픽셀마다 독립적으로 각각 수행하는 반면에, 상기 타겟 칼라 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 서로 인접하는 2개 이상의 상기 타겟 칼라 픽셀들마다 합하여 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 타겟 칼라 픽셀들의 센싱 감도를 증가시키기 위하여, 상기 다른 칼라 픽셀들의 개수보다 많은 개수의 상기 타겟 칼라 픽셀들을 상기 픽셀 어레이에 배치할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 타겟 칼라 픽셀들의 센싱 감도를 증가시키기 위하여, 상기 다른 칼라 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 상기 다른 칼라 픽셀마다 독립적으로 각각 수행하는 반면에 1개의 상기 다른 칼라 픽셀이 수집한 광전하에 대한 센싱 동작을 한번 수행할 때마다 1개의 상기 타겟 칼라 픽셀이 수집한 광전하에 대한 센싱 동작을 두번 이상 수행할 수 있다.
이와 같이, 투과율이 낮은 파장에 상응하는 타겟 칼라 픽셀의 센싱 감도를 효율적으로 증가시킴으로써 이미지 품질을 향상하고 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 장치 및 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 디스플레이 패널을 통과한 광에 대한 센싱 감도의 향상을 중심으로 본 발명의 실시예들을 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 모바일 장치를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 모바일 장치의 구조의 수직 구조의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 모바일 장치(2000)는 이미지 센서(100), 디스플레이 패널(200), 하우징 케이스(300), 차광막(10) 및 메인 보드(2010)를 포함할 수 있다.
하우징 케이스(300)는 상면이 개방되고, 디스플레이 패널(200)의 하우징 케이스(300)의 상면을 폐색하도록 배치되어 이미지를 표시할 수 있다. 차광막(10)은 이미지 센서(100) 및 디스플레이 패널(200) 사이에 배치되고, 디스플레이 패널(200)을 투과한 광을 통과시키는 복수의 개구부들(APT1, APT2)을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 모바일 장치의 디스플레이 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에는 디스플레이 패널의 하부에 카메라 모듈이 구현되는 제1 모바일 장치(DEV1) 및 제2 모바일 장치(DEV2)가 도시되어 있다.
종래의 방식에 따른 제1 모바일 장치(DEV1)의 제1 디스플레이 패널(DON1)은 하부에 배치되는 카메라에 제공되는 광의 광량을 증가시키기 위한 구멍 형태의 개구부들(APT1', APT')을 포함한다. 이 경우, 제1 디스플레이 패널(DON1)의 디스플레이 영역은 개구부(APT1', APT2') 부분에는 이미지가 표시될 수 없다.
반면에 본 발명의 실시예들에 따른 제2 모바일 장치(DEV2)의 경우에는 제2 디스플레이 패널(DON2) 및 복수-입력 폴디드 카메라 사이의 차광막에 개구부들(APT1, APT2)이 형성되고, 제2 디스플레이 패널(DON2)을 투과한 광들이 개구부들(APT1, APT2)을 통하여 디스플레이 패널(DON2)의 하부에 배치되는 이미지 센서에 제공된다. 제2 디스플레이 패널(DON2)은 하부의 복수-입력 폴디드 카메라를 위한 개구부를 포함하지 않고, 제2 디스플레이 패널(DON2)의 전체 상면에 이미지를 디스플레이할 수 있다.
종래의 이미징 장치들은 광량확보를 위해 큰 사이즈의 렌즈를 적용하거나 여러 개의 카메라를 설치해 각각의 이미지 센서에서 정보를 받아 저조도 환경의 화질을 개선해 왔으며, 디스플레이 하부 카메라(UDC, under display camera) 제품의 디스플레이 패널의 낮은 투과율과 디스플레이 패널에 있는 격자 모양의 패턴을 극복하기 위한 방법으로 디스플레이 패널의 일부 영역을 원형 또는 트렌치 형태로 제거 후 커버글라스만 남게 하여 그 위치에 카메라 모듈을 배치하는 형식이다.
도 5는 입사광의 파장에 따른 디스플레이 패널의 투과율을 나타내는 도면이다.
사람의 눈으로 밝기를 느낄 수 있는 가시광의 파장은 대략 380nm에서 800nm범위에 있다. 적색광의 파장은 대략 723∼647nm, 녹색광의 파장은 대략 575∼492nm, 청색광의 파장은 대략 492∼455nm에 해당한다.
도 5에서 가로축은 광의 파장(λ)을 나타내고 세로축은 디스플레이 패널에 대한 정규화된 투과율(normalized transmission ratio)를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널에 대한 투과율은 광의 파장이 감소할수록 감소하며, 따라서 청색 광에 대한 센싱 감도가 현저하게 청색에 대한 이미지의 재현이 곤란하게 되는 문제가 있다. 본 발명에 따른 실시예들은 특히 전면 카메라의 적용에 있어서 디스플레이 패널에 별도의 개구부를 형성하지 않으면서 전영역 디스플레이를 구현하기 위한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(pixel array)(20), 행 구동부(row driver)(30), 아날로그-디지털 변환(Analog-to-Digital Conversion; ADC)부(40), 칼럼 구동부(column driver)(50), 제어부(controller)(60) 및 기준 전압 발생기(REF)(70)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(20)는 칼럼 라인(COL)들에 각각 결합되고, 입사광을 감지하여 칼럼 라인(COL)들을 통하여 아날로그 신호들을 발생하는 복수의 픽셀(21)들을 포함한다. 복수의 픽셀들은 복수의 행들과 복수의 열들로 이루어진 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 픽셀 어레이(20)는 후술하는 바와 같이 하나의 공통 플로팅 디퓨젼 노드마다 복수의 픽셀들이 연결된 공유 구조를 가질 수 있다.
행 구동부(30)는 픽셀 어레이(20)의 각 행에 연결되고, 상기 각 행을 구동하는 구동 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 행 구동부(30)는 픽셀 어레이(20)에 포함되는 상기 복수의 픽셀들을 행 단위로 구동할 수 있다.
아날로그-디지털 변환부(40)는 픽셀 어레이(20)의 각 칼럼(column, 열)에 연결되고, 픽셀 어레이(20)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 아날로그-디지털 변환부(40)는 복수의 아날로그-디지털 컨버터(41)들을 포함하며, 각 칼럼 라인(COL)마다 출력되는 아날로그 신호들을 병렬로(즉, 동시에) 디지털 신호들로 변환하는 칼럼 ADC를 수행할 수 있다.
실시예에 따라서, 아날로그-디지털 변환부(40)는 유효 신호 성분을 추출하기 위한 하나의 상관 이중 샘플링(correlated double sampling; CDS)부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 상관 이중 샘플링부는 리셋 성분을 나타내는 아날로그 리셋 신호와 이미지 성분을 나타내는 아날로그 이미지 신호의 차이에 기초하여 상기 유효 이미지 성분을 추출하는 아날로그 더블 샘플링(Analog Double Sampling)을 수행할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 상관 이중 샘플링부는 상기 아날로그 리셋 신호와 상기 아날로그 이미지 신호를 디지털 신호들로 각각 변환한 후 상기 유효 이미지 성분으로서 두 개의 디지털 신호의 차이를 추출하는 디지털 더블 샘플링(Digital Double Sampling)을 수행할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 상관 이중 샘플링부는 상기 아날로그 더블 샘플링 및 상기 디지털 더블 샘플링을 모두 수행하는 듀얼 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다.
칼럼 구동부(50)는 아날로그-디지털 변환부(40)로부터의 디지털 신호들을 출력 데이터(Dout)로서 순차적으로 출력할 수 있다.
제어부(60)는 행 구동부(30), 아날로그-디지털 변환부(40), 칼럼 구동부(50) 및 기준 신호 생성부(70)를 제어할 수 있다. 제어부(60)는 행 구동부(30), 아날로그-디지털 변환부(40), 칼럼 구동부(50) 및 기준 신호 생성부(70)의 동작에 요구되는 클럭 신호, 타이밍 컨트롤 신호 등과 같은 제어 신호들을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(60)는 로직 제어 회로, 위상 고정 루프(Phase Lock Loop; PLL) 회로, 타이밍 제어 회로 및 통신 인터페이스 회로 등을 포함할 수 있다.
한편, 제어부(60)는 본 발명의 실시예들에 따라서 픽셀 어레이(20)에 포함되는 복수의 픽셀들 중에서 디스플레이 패널에 대한 투과율이 가장 낮은 청색 픽셀들의 센싱 감도가 적색 픽셀들의 센싱 감도 및 녹색 픽셀들의 센싱 감도보다 증가하도록 픽셀 어레이(20) 및 행 구동부(30를 제어할 수 있다.
기준 신호 생성부(70)는 점진적으로 증가하거나 감소하는 전압 레벨을 갖는 기준 신호 또는 램프 신호를 발생하여 아날로그-디지털 변환부(40)에 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 7을 참조하면, 단위 픽셀(600a)은, 광 감지 소자(Photo Sensitive Device)로서 포토다이오드(PD)를 포함하고, 데이터 독출을 위한 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 포토다이오드(PD)는 p형 기판에 형성되는 n형 영역을 포함할 수 있으며, 상기 n형 영역과 상기 p형 기판이 p-n 접합 포토다이오드일 수 있다. 포토다이오드(PD)는 외부로부터 광(예를 들어, 가시광선 또는 적외선)을 수신하고, 수신된 광에 기초하여 광 전하(Photo Charge)를 생성한다.
실시예에 따라, 단위 픽셀(600a)은 포토다이오드(PD)와 함께, 또는 포토다이오드(PD)를 대신하여 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드 등을 포함할 수 있다.
포토다이오드(PD)에서 생성된 광 전하는 전송 트랜지스터(TX)를 통하여 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송된다. 예를 들어, 전송 제어 신호(TG)가 제1 레벨(예컨대, 하이 레벨)을 가질 때에 전송 트랜지스터(TX)가 턴온되고, 포토다이오드(PD)에서 생성된 광 전하는 턴온된 전송 트랜지스터(TX)를 통하여 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송될 수 있다.
드라이브 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower buffer Amplifier) 역할을 하여 플로팅 디퓨전 노드(FD)에 충전된 전하에 대응하는 신호를 증폭할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 상기 증폭된 신호, 즉 픽셀 신호(Vpix)를 컬럼 라인(COL)에 전송할 수 있다.
플로팅 디퓨전 노드(FD)는 리셋 트랜지스터(RX)에 의해 리셋될 수 있다. 예를 들어, 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 신호(RS)에 응답하여 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 저장되어 있는 광 전하를 상관 이중 샘플링(CDS: Correlated Double Sampling) 동작을 위한 일정한 주기로서 방전시킬 수 있다.
도 7에서는 하나의 포토다이오드(PD)와 4개의 트랜지스터들(TX, RX, DX, SX)을 구비하는 단위 픽셀을 예시하고 있지만 본 발명에 따른 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 센싱 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 8에는 1개의 픽셀에 대한 센싱 동작에 상응하는 수행되는 센싱 구간(tRPR)이 도시되어 있다. 이러한 센싱 동작은 동일한 전송 제어 신호(TG)에 상응하는 복수의 픽셀들에 대하여 병렬적으로 동시에 수행될 수 있다.
도 6 내지 8을 참조하면, 시간 t1에서, 행 구동부(30)는 논리 하이 레벨로 활성화된 행 선택 신호(SEL)를 픽셀 어레이(20)에 제공하여 픽셀 어레이(20)에 포함되는 복수의 행들 중에서 하나의 행을 선택한다.
시간 t2에서, 행 구동부(30)는 상기 선택된 행에 리셋 제어 신호(RS)를 제공하고, 제어부(60)는 논리 하이 레벨을 갖는 업-다운 제어 신호(UD)를 아날로그-디지털 컨버터(41)에 포함되는 복수의 카운터들에 제공한다. 이 때 픽셀 어레이(20)가 출력하는 픽셀 신호(Vpix)는 리셋 성분을 나타내는 제1 아날로그 신호가 된다.
시간 t3에서, 제어부(60)는 논리 하이 레벨을 갖는 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)를 기준 신호 생성부(70)에 제공하고, 기준 신호 생성부(70)는 기준 신호(Vref)의 전압 레벨을 일정한 크기의 기울기(a)로 감소시키기 시작한다. 또한 제어부(60)는 복수의 카운터들에 카운트 클럭 신호(CLKC)를 제공하고, 복수의 카운터들 각각은 카운트 클럭 신호(CLKC)에 동기되어 다운 카운팅 동작을 개시한다.
시간 t4에서, 기준 신호(Vref)와 픽셀 신호(Vpix)의 전압 레벨이 동일하게 되고, 아날로그-디지털 컨버터(41)에 포함되는 비교기에서 출력되는 비교 신호(CMP)는 논리 로우 레벨로 천이하여 다운 카운팅 동작이 종료된다. 이 때 카운터에는 리셋 성분(Vrst)에 해당하는 카운팅값(-2)이 저장된다.
시간 t5에서, 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)가 논리 로우 레벨로 비활성화되면, 기준 신호 생성부(70)는 디스에이블된다. 시간 t3에서 시간 t5의 구간은 리셋 성분(Vrst)을 카운팅하기 위한 최대 구간을 나타내며 이미지 센서의 특성에 따라 적절한 클럭 사이클의 개수에 해당하도록 설정될 수 있다.
시간 t6에서, 행 구동부(30)는 상기 선택된 행에 전송 제어 신호(TG)를 제공하고, 제어부(60)는 논리 로우 레벨을 갖는 업-다운 제어 신호(UD)를 카운터들에 제공한다. 이 때 픽셀 어레이(20)가 출력하는 픽셀 신호(Vpix)는 상기 입사광에 따른 이미지 성분을 나타내는 제2 아날로그 신호가 된다.
시간 t7에서, 제어부(60)는 다시 논리 하이 레벨을 갖는 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)를 기준 신호 생성부(70)에 제공하고, 기준 신호 생성부(70)는 기준 전압(Vref)의 전압 레벨을 시간 t3에서와 동일한 크기의 기울기(a)로 감소시키기 시작한다. 또한 제어부(60)는 카운터들에 카운트 클럭 신호(CLKC)를 제공하고, 카운터들 각각은 카운트 클럭 신호(CLKC)에 동기되어 업 카운팅 동작을 개시한다.
시간 t8에서, 기준 신호(Vref)와 픽셀 신호(Vpix)의 전압 레벨이 동일하게 되고, 비교기에서 출력되는 비교 신호(CMP)는 논리 로우 레벨로 천이하여 업 카운팅 동작이 종료된다. 최종적으로 카운터에는 리셋 성분(Vrst=2)을 나타내는 제1 아날로그 신호와 입사광에 따른 이미지 성분(Vrst+Vsig=17)을 나타내는 제2 아날로그 신호의 차이에 상응하는 디지털 값(Vsig=15)이 저장되고 디지털 값(Vsig=15)은 상기 입사광의 유효 성분을 나타내는 디지털 신호(DS)로서 출력된다.
시간 t9에서, 카운트 인에이블 신호(CNT_EN)가 논리 로우 레벨로 비활성화되면, 기준 신호 생성부(70)는 디스에이블된다. 시간 t7에서 시간 t9의 구간은 이미지 성분(Vrst+Vsig)을 카운팅하기 위한 최대 구간을 나타내며 이미지 센서의 특성에 따라 적절한 클럭 사이클의 개수에 해당하도록 설정될 수 있다.
시간 t10에서, 행 구동부(30)는 논리 로우 레벨로 비활성화된 행 선택 신호(SEL)를 픽셀 어레이(20)에 제공하여 상기 선택된 로우의 선택을 해제한다. 또한, 카운터들 각각은 저장된 카운팅값을 리셋한다.
이후, 이미지 센서(100)는 다른 행들에 대해 상기 설명한 동작을 반복하면서 행 단위로 디지털 신호를 출력한다.
이상 본 발명의 이해를 돕기 위하여 도 6 내지 8을 참조하여 예시적인 이미지 센서의 구성 및 센싱 동작을 설명하였으나 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에서 하나의 공통 플로팅 디퓨젼 노드에 4개의 픽셀들이 연결되는 공유 구조를 갖는 단위 픽셀 그룹을 나타내는 회로도이고, 도 10은 도 9의 공유 구조의 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 9 및 10을 참조하면, 단위 픽셀 그룹(UPG)은 공통 플로팅 디퓨젼 노드(FD), 제1 픽셀(210), 제2 픽셀(220), 제3 픽셀(230), 제4 픽셀(240) 및 독출 회로(300)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 단위 픽셀 그룹(UPG)은 아날로그-디지털 변환 유닛(ADC)(310)을 더 포함할 수 있다. 제1 픽셀(210), 제2 픽셀(220), 제3 픽셀(230) 및 제4 픽셀(240)은 공통 플로팅 디퓨젼 노드(FD)에 공통으로 연결된다. 이미지 센서의 픽셀 어레이에는 도 9 및 10에 도시된 바와 같은 단위 픽셀 그룹(UPG)이 행 방향(X) 및 열 방향(Y)으로 반복적으로 배치될 수 있다.
단위 픽셀 그룹(UPG)에 제공되는 제어 신호들(TG1, TG2, TG3, TG4, RS, DCG)은 행 방향(X)의 배선들(MW)을 통하여 도 6의 행 구동부(30)로부터 전송될 수 있다.
제1 픽셀(210)은 제1 포토다이오드(PD1) 및 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 포함할 수 있다. 제2 픽셀(220)은 제2 포토다이오드(PD2) 및 제2 전송 트랜지스터(TX2)를 포함할 수 있다. 제3 픽셀(230)은 제3 포토다이오드(PD3) 및 제3 전송 트랜지스터(TX3)를 포함할 수 있다. 제4 픽셀(240)은 제4 포토다이오드(PD4) 및 제4 전송 트랜지스터(TX4)를 포함할 수 있다. 도 10에서 G1, G2, G3 및 G4는 제1 내지 제4 전송 트랜지스터들(TX1, TX2, TX3, TX4)의 전송 게이트들을 각각 나타낸다.
독출 회로(300)는 리셋 트랜지스터(RX), 이득 조절 트랜지스터(GX), 커패시터(Cdcg), 소스 폴로워 트랜지스터 또는 구동 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 도 9에는 설명의 편의상 각 픽셀이 하나의 트랜지스터를 포함하고 독출 회로가 3개의 트랜지스터들을 포함하는 구조를 예시하고 있으나, 다양한 다른 구성에 대해서도 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 전압(VRST) 및 이득 조절 노드 사이(Ndcg)에 연결되고 리셋 신호(RS)에 응답하여 스위칭될 수 있다. 이득 조절 트랜지스터(GX)는 이득 조절 노드(Ndcg) 및 공통 플로팅 디퓨젼 노드(FD) 사이에 연결되고 이득 조절 신호(DCG)에 응답하여 스위칭될 수 있다. 커패시터(Cdcg)는 리셋 전압(VRST) 및 이득 조절 노드(Ndcg) 사이에 리셋 트랜지스터(RX)와 병렬로 연결될 수 있다.
도 11을 참조하여 설명하는 바와 같이, 이득 조절 트랜지스터(GX) 및 커패시터(Cdcg)를 이용하여, 서로 다른 이득을 구현할 수 있다.
도 11은 도 9의 공유 구조에서의 이득에 따른 동작의 실시예를 나타내는 타이밍도이다.
도 9, 10 및 11을 참조하면, 공통 플로팅 디퓨젼 노드(RD)를 리셋할 때, 리셋 트랜지스터(RX) 및 이득 조절 트랜지스터(GX)가 모두 턴온될 수 있다.
제1 이득(low gain)으로 공통 플로팅 디퓨젼 노드(FD)의 전압을 독출할 때, 리셋 트랜지스터(RX)는 턴오프되고 이득 조절 트랜지스터(GX)는 턴온될 수 있다. 상기 제1 이득보다 높은 제2 이득(high gain)으로 공통 공통 플로팅 디퓨젼 노드(FD)의 전압을 독출할 때, 리셋 트랜지스터(RX) 및 이득 조절 트랜지스터(GX)가 모두 턴오프될 수 있다.
픽셀 어레이로부터 출력되는 픽셀 신호(Vpix)는 주변광에 따라 증가하는 샷 노이즈(shot noise) 및 픽셀 어레이 내부의 회로 특성에 따라 발생하는 서킷 노이즈(circuit noise) 등을 포함할 수 있다. 전술한 이득 조절 트랜지스터(GX) 및 커패시터(Cdcg)를 이용하여 또는 픽셀 어레이 외부의 수단을 이용하여 이득을 증가시키는 경우에는 노이즈도 함께 증가하기 때문에 센싱 감도, 즉 신호 잡음 비(SNR, signal-to-noise ratio)의 증가가 미미하다.
본 발명의 실시예들에 따라서 타겟 칼라 픽셀, 예를 들어, 청색 픽셀에 대한 샷 노이즈 및/또는 서킷 노이즈를 감소하고 타겟 칼라 픽셀의 센싱 동작에 대한 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이의 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12에는 제1 녹색 픽셀들(Gr11~GR44), 제2 녹색 픽셀들(Gb11~Gb44), 청색 픽셀들(B11~B14) 및 적색 픽셀들(R11~R44)이 베이어 패턴(Bayer pattern)에 따라서 행 방향(X) 및 열 방향(Y)으로 반복적으로 배열된 픽셀 어레이의 레이아웃이 도시되어 있다. 이와 같은 레이아웃은 픽셀들의 상부에 배치되는 칼라 필터들의 배열로서 구현될 수 있다.
도 12에는 도시의 편의상 제1 내지 제8 픽셀 행들(PR1~PR8)을 포함하는 제1 내지 제4 그룹 행들(GR1~GR4) 및 제1 내지 제8 픽셀 열들(PC1~PC8)을 포함하는 제1 내지 제4 그룹 열들(GC1~GC4)이 도시되어 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12를 참조하면, 픽셀 어레이는, 1개의 적색 픽셀(Rij)(여기서, I, 및 j는 각각 1부터 4까지의 정수), 2개의 녹색 픽셀들(Grij, Gbij) 및 1개의 청색 픽셀(Bij)을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀 그룹(UPGij)들로 그룹화될 수 있다. 여기서, 단위 픽셀 그룹이란 픽셀들의 반복적인 배열 패턴에서 더 작은 단위로 쪼개질 수 없는 픽셀들의 최소 집합을 나타낸다.
일 실시예에서, 각각의 단위 픽셀 그룹(UPGij)은 9 및 10을 참조하여 전술한 바와 같이 1개의 적색 픽셀(Rij), 2개의 녹색 픽셀들(Grij, Gbij) 및 1개의 청색 픽셀(Bij)이 1개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드에 각각의 전송 게이트들을 통하여 전기적으로 연결되는 공유 구조를 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 각각의 단위 픽셀 그룹(UPGij)은 도 7의 픽셀과 같이 1개의 적색 픽셀(Rij), 2개의 녹색 픽셀들(Grij, Gbij) 및 1개의 청색 픽셀(Bij)이 4개의 독립된 플로팅 디퓨젼 노드들을 갖는 개별 구조를 가질 수 있다.
도 13, 14 및 15는 도 12의 레이아웃 및 도 9의 공유 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 13 및 14에는 도시의 편의상 도 12의 픽셀 어레이의 일부에 해당하는 제1 단위 픽셀 그룹(UPG11), 제2 단위 픽셀 그룹(UPG12), 제3 단위 픽셀 그룹(UPG21) 및 제4 단위 픽셀 그룹(UPG22)이 도시되어 있다.
도 13 및 14를 참조하면, 제1 단위 픽셀 그룹(UPG11) 및 제2 단위 픽셀 그룹(UPG12)은 제1 단위 동작 그룹(UOG1)을 형성하고, 제3 단위 픽셀 그룹(UPG21) 및 제4 단위 픽셀 그룹(UPG22)은 제2 단위 동작 그룹(UOG2)을 형성한다. 이와 같이, 픽셀 어레이의 복수의 단위 픽셀 그룹들은, 행 방향(X)으로 인접하는 2개의 단위 픽셀 그룹들을 각각 포함하는 단위 동작 그룹들로 그룹화될 수 있다. 여기서 단위 동작 그룹은 동일한 센싱 동작을 수행하고 더 작은 단위로 쪼개질 수 없는 픽셀들의 최소 집합을 나타낸다.
도 13의 화살표들은 센싱 동작에서 픽셀들 간 전하 공유(charge sharing)이 행해짐을 나타낸다. 즉 센싱 동작에서 제1 단위 동작 그룹(UOG1)에 속하는 2개의 청색 픽셀들(B11, B12) 사이에 전하 공유가 행해지고 제2 단위 동작 그룹(UOG2)에 속하는 2개의 청색 픽셀들(B21, B22) 사이에 전하 공유가 행해질 수 있다.
도 14를 참조하면, 제1 단위 동작 그룹(UOG1)에서, 제1 녹색 전송 제어 신호(TGGr1), 적색 전송 제어 신호(TGR1), 청색 전송 제어 신호(TGB1) 및 제2 녹색 전송 제어 신호(TGGb1, TGGb2)가 제1 녹색 픽셀들의 전송 게이트들(G1), 적색 픽셀들의 전송 게이트들(G2), 청색 픽셀들의 게이트들(G3) 및 제2 녹색 픽셀들의 게이트들(G4)에 각각 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 단위 동작 그룹(UOG2)에서, 제1 녹색 전송 제어 신호(TGGr2), 적색 전송 제어 신호(TGR2), 청색 전송 제어 신호(TGB2) 및 제2 녹색 전송 제어 신호(TGGb2)가 제1 녹색 픽셀들의 전송 게이트들(G1), 적색 픽셀들의 전송 게이트들(G2), 청색 픽셀들의 게이트들(G3) 및 제2 녹색 픽셀들의 게이트들(G4)에 각각 연결될 수 있다. 이러한 전송 제어 신호들(TGGr1, TGR1, TGB1, TGGb1, TGGr2, TGR2, TGB2, TGGb2)을 이용하여 포토다이오드들(PD1~PD4) 및 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD11, FD12, FD21, FD22)을 각각 전기적으로 연결하여 각각의 포토다이오드에서 수집된 광전하를 선택적으로 상응하는 공통 플로팅 디퓨젼 노드로 전송할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이는 1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 2개의 공통 플로팅 디퓨전 노드들 사이에 연결되는 행 노드 연결 스위치를 더 포함할 수 있다.
제1 단위 동작 그룹(UOG1)은 2개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD11, FD12) 사이에 연결되고 제1 행 공유 제어 신호(SCR1)에 응답하여 턴온되는 제1 행 노드 연결 스위치(TR1)를 포함할 수 있다. 제2 단위 동작 그룹(UOG2)은 2개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD21, FD22) 사이에 연결되고 제2 행 공유 제어 신호(SCR2)에 응답하여 턴온되는 제2 행 노드 연결 스위치(TR2)를 포함할 수 있다.
도 15를 참조하여 설명하는 바와 같이, 행 노드 연결 스위치들(TR1, TR2)은, 청색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 수행할 때 1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 2개의 청색 픽셀들이 수집한 광전하들을 합하도록 턴온될 수 있다.
도 15는 제1 그룹 행(GR1)에 상응하는 제1 행 센싱 구간(tRGR1) 및 제2 그룹 행(GR2)에 상응하는 제2 행 센싱 구간(tRGR2)에 대한 픽셀들의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 제1 내지 제8 센싱 구간들(tRPR1~tRPR8)의 각각에 대한 동작은 도 8을 참조하여 설명한 바와 같으므로 중복되는 설명을 생략한다. 전송 제어 신호들(TGGr1, TGR1, TGB1, TGGb1, TGGr2, TGR2, TGB2, TGGb2), 행 공유 제어 신호들(SCR1, SCR2) 및 리셋 신호들(RS1, RS2)은 도 6의 제어부(60)의 제어에 따라서 행 구동부(30)로부터 제공될 수 있다. 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 제1 그룹 열(GC1)의 칼럼 라인을 통해서 제공되고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 제2 그룹 열(GC2)의 칼럼 라인을 통해서 제공된다.
도 15를 참조하면, 제1 센싱 구간(tRPR1)에서 리셋 신호(RS1) 및 제1 녹색 전송 제어 신호(TGGr1)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 제1 녹색 픽셀(Gr11)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 제1 녹색 픽셀(Gr12)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제2 센싱 구간(tRPR2)에서 리셋 신호(RS1) 및 적색 전송 제어 신호(TGR1)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 적색 픽셀(R11)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 적색 픽셀(R12)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제3 센싱 구간(tRPR3)에서는 제1 행 공유 제어 신호(SCR1)가 활성화되어 제1 행 노드 연결 스위치(TR1)가 턴온되고 따라서 2개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD11, FD12)이 전기적으로 연결된다. 리셋 신호(RS1) 및 청색 전송 제어 신호(TGB1)의 활성화 및 전술한 전하 공유에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1) 및 제2 픽셀 신호(Vpix1)의 각각은 2개의 청색 픽셀(B11, B12)이 수집한 광전하들의 합에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제4 센싱 구간(tRPR4)에서 리셋 신호(RS1) 및 제2 녹색 전송 제어 신호(TGGb1)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 제2 녹색 픽셀(Gb11)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 제2 녹색 픽셀(Gb12)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제5 센싱 구간(tRPR5)에서 리셋 신호(RS2) 및 제1 녹색 전송 제어 신호(TGGr2)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 제1 녹색 픽셀(Gr21)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 제2 녹색 픽셀(Gr22)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제6 센싱 구간(tRPR6)에서 리셋 신호(RS2) 및 적색 전송 제어 신호(TGR2)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 적색 픽셀(R21)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 적색 픽셀(R22)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제7 센싱 구간(tRPR3)에서는 제2 행 공유 제어 신호(SCR2)가 활성화되어 제2 행 노드 연결 스위치(TR2)가 턴온되고 따라서 2개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD21, FD22)이 전기적으로 연결된다. 리셋 신호(RS2) 및 청색 전송 제어 신호(TGB2)의 활성화 및 전술한 전하 공유에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1) 및 제2 픽셀 신호(Vpix1)의 각각은 2개의 청색 픽셀(B21, B22)이 수집한 광전하들의 합에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제8 센싱 구간(tRPR8)에서 리셋 신호(RS2) 및 제2 녹색 전송 제어 신호(TGGb2)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 제2 녹색 픽셀(Gb21)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 제2 녹색 픽셀(Gb22)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
이하, 도 13, 14 및 15와 중복되는 설명을 생략한다.
도 16, 17 및 18은 도 12의 레이아웃 및 도 9의 공유 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 16 및 17을 참조하면, 제1 단위 픽셀 그룹(UPG11) 및 제3 단위 픽셀 그룹(UPG21)은 제1 단위 동작 그룹(UOG1)을 형성하고, 제2 단위 픽셀 그룹(UPG12) 및 제4 단위 픽셀 그룹(UPG22)은 제2 단위 동작 그룹(UOG2)을 형성한다. 이와 같이, 픽셀 어레이의 복수의 단위 픽셀 그룹들은, 열 방향(Y)으로 인접하는 2개의 단위 픽셀 그룹들을 각각 포함하는 단위 동작 그룹들로 그룹화될 수 있다.
도 16의 화살표들은 센싱 동작에서 픽셀들 간 전하 공유(charge sharing)이 행해짐을 나타낸다. 즉 센싱 동작에서 제1 단위 동작 그룹(UOG1)에 속하는 2개의 청색 픽셀들(B11, B21) 사이에 전하 공유가 행해지고 제2 단위 동작 그룹(UOG2)에 속하는 2개의 청색 픽셀들(B12, B22) 사이에 전하 공유가 행해질 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이는 1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 2개의 공통 플로팅 디퓨전 노드들 사이에 연결되는 열 노드 연결 스위치를 더 포함할 수 있다.
제1 단위 동작 그룹(UOG1)은 2개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD11, FD21) 사이에 연결되고 제1 열 공유 제어 신호(SCC1)에 응답하여 턴온되는 제1 열 노드 연결 스위치(TC1)를 포함할 수 있다. 제2 단위 동작 그룹(UOG2)은 2개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD12, FD22) 사이에 연결되고 제2 열 공유 제어 신호(SCC2)에 응답하여 턴온되는 제2 열 노드 연결 스위치(TC2)를 포함할 수 있다.
도 18의 타이밍도는, 도 15의 행 공유 제어 신호들(SCR1, SCR2)이 열 공유 제어 신호들(SCC1, SCC2)로 대체된 점, 제3 센싱 구간(tRPR3) 및 제7 센싱 구간(tRPR7)을 제외하고는 도 15의 타이밍도와 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
도 18을 참조하면, 제3 센싱 구간(tRPR3)에서는 제1 열 공유 제어 신호(SCC1)가 활성화되어 제1 열 노드 연결 스위치(TC1)가 턴온되고 따라서 2개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD11, FD21)이 전기적으로 연결된다. 리셋 신호(RS1) 및 청색 전송 제어 신호(TGB1)의 활성화 및 전술한 전하 공유에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1) 및 제2 픽셀 신호(Vpix1)의 각각은 2개의 청색 픽셀(B11, B21)이 수집한 광전하들의 합에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제7 센싱 구간(tRPR3)에서는 제2 열 공유 제어 신호(SCC2)가 활성화되어 제2 열 노드 연결 스위치(TC2)가 턴온되고 따라서 2개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD12, FD22)이 전기적으로 연결된다. 리셋 신호(RS2) 및 청색 전송 제어 신호(TGB2)의 활성화 및 전술한 전하 공유에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1) 및 제2 픽셀 신호(Vpix1)의 각각은 2개의 청색 픽셀(B12, B22)이 수집한 광전하들의 합에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
도 19, 20 및 21은 도 12의 레이아웃 및 도 9의 공유 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 19 및 20을 참조하면, 제1 단위 픽셀 그룹(UPG11), 제2 단위 픽셀 그룹(UPG12), 제3 단위 픽셀 그룹(UPG21) 및 제4 단위 픽셀 그룹(UPG22)은 하나의 단위 동작 그룹(UOG1)을 형성한다. 이와 같이, 픽셀 어레이의 복수의 단위 픽셀 그룹들은, 행 방향(X) 및 열 방향(Y)으로 인접하는 4개의 단위 픽셀 그룹들을 각각 포함하는 단위 동작 그룹들로 그룹화될 수 있다.
도 19의 화살표들은 센싱 동작에서 픽셀들 간 전하 공유(charge sharing)이 행해짐을 나타낸다. 즉 센싱 동작에서 1개의 단위 동작 그룹(UOG1)에 속하는 4개의 청색 픽셀들(B11, B12, B21, B22) 사이에 전하 공유가 행해질 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이는 1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 4개의 공통 플로팅 디퓨전 노드들 사이에 연결되는 행 노드 연결 스위치 및 열 노드 연결 스위치를 더 포함할 수 있다.
1개의 단위 동작 그룹(UOG1)은 4개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD11, FD12, FD21, FD22) 사이에 연결되고 행-열 공유 제어 신호(SCRC)에 응답하여 턴온되는 행 노드 연결 스위치들(TR1, TR2) 및 열 노드 연결 스위치들(TC1, TC2)를 포함할 수 있다.
도 21의 타이밍도는, 도 15의 행 공유 제어 신호들(SCR1, SCR2)이 행-열 공유 제어 신호(SCRC)로 대체된 점, 제3 센싱 구간(tRPR3) 및 제7 센싱 구간(tRPR7)을 제외하고는 도 15의 타이밍도와 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
도 21을 참조하면, 제3 센싱 구간(tRPR3) 및 제7 센싱 구간(tRPR7)에서는 행-열 공유 제어 신호(SCRC)가 활성화되어 노드 연결 스위치들(TR1, TR2, TC1, TC2)들이 모두 동시에 턴온되고 따라서 4개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD11, FD12, FD21, FD22)이 전기적으로 연결된다. 리셋 신호(RS1) 및 청색 전송 제어 신호들(TGB1, TGB2)의 활성화 및 전술한 전하 공유에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1) 및 제2 픽셀 신호(Vpix1)의 각각은 4개의 청색 픽셀(B11, B12, B21, B22)이 수집한 광전하들의 합에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
도 13 내지 21을 참조하여 설명한 바와 같이, 적색 및 녹색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 픽셀마다 독립적으로 각각 수행하는 반면에, 청색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 서로 인접하는 2개 이상의 청색 픽셀들마다 합하여 수행함으로써, 청색 픽셀에 대한 샷 노이즈 및 서킷 노이즈를 감소하고 청색 픽셀들의 센싱 감도를 증가시킬 수 있다.
도 22, 23 및 24는 도 12의 레이아웃 및 개별 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14, 17 및 20의 공유 구조와 비교하여, 도 22, 23 및 24의 개별 구조에서는 칼라 픽셀들이 개별 플로팅 디퓨젼 노드들(FD1~FD16)을 각각 포함한다. 이러한 플로팅 디퓨젼 노드들에 관한 사항을 제외하고는, 도 13 내지 21을 설명한 바와 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
도 22를 참조하면, 도 13 내지 15를 참조하여 설명한 바와 같이, 청색 픽셀들에 대한 센싱 동작에서, 제1 행 노드 연결 스위치(TR1)를 이용하여 2개의 개별 플로팅 디퓨젼 노드들(FD3, FD7) 사이에 전하 공유가 행해질 수 있고, 제2 행 노드 연결 스위치(TR2)를 이용하여 2개의 개별 플로팅 디퓨젼 노드들(FD3, FD7) 사이에 전하 공유가 행해질 수 있다.
도 23을 참조하면, 도 16 내지 18을 참조하여 설명한 바와 같이, 청색 픽셀들에 대한 센싱 동작에서, 제1 열 노드 연결 스위치(TC1)를 이용하여 2개의 개별 플로팅 디퓨젼 노드들(FD3, FD11) 사이에 전하 공유가 행해질 수 있고, 제2 열 노드 연결 스위치(TC2)를 이용하여 2개의 개별 플로팅 디퓨젼 노드들(FD7, FD15) 사이에 전하 공유가 행해질 수 있다.
도 24를 참조하면, 도 19 내지 21을 참조하여 설명한 바와 같이, 청색 픽셀들에 대한 센싱 동작에서, 행 노드 연결 스위치들(TR1, TR2) 및 열 노드 연결 스위치들(TC1, TC2)를 이용하여 4개의 개별 플로팅 디퓨젼 노드들(FD3, FD7, FD11, FD15) 사이에 전하 공유가 행해질 수 있다.
도 25, 26 및 27은 도 12의 레이아웃 및 도 9의 공유 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다. 이하, 도 13 내지 21과 중복되는 설명을 생략한다.
도 25 및 26을 참조하면, 제1 내지 제4 단위 픽셀 그룹들(UPG11, UPG12, UPG21, UPG22)은 각각 제1 내지 제4 단위 동작 그룹들(UOG11, UOG12, UOG21, UOG22)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 단위 동작 그룹은 동일한 센싱 동작을 수행하고 더 작은 단위로 쪼개질 수 없는 픽셀들의 최소 집합을 나타낸다.
도 27을 참조하여 설명하는 바와 같이, 청색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 복수회 수행하는 멀티-샘플링을 수행할 수 있다.
도 27은 제1 단위 픽셀 그룹(UPG1), 즉 제1 단위 동작 그룹(UOG1)에 상응하는 제1 행 센싱 구간(tRGR1)에 대한 픽셀들의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 27을 참조하면, 제1 센싱 구간(tRPR1)에서 리셋 신호(RS1) 및 제1 녹색 전송 제어 신호(TGGr1)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 제1 녹색 픽셀(Gr11)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제2 센싱 구간(tRPR2)에서 리셋 신호(RS1) 및 적색 전송 제어 신호(TGR1)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 적색 픽셀(R11)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제3 내지 제n+2 센싱 구간들(tRPR2~tRPRn+2)의 각각에서 리셋 신호(RS1) 및 청색 전송 제어 신호(TGB1)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 청색 픽셀(B11)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다. 도 27에 도시된 B11_1~B11_n 은 청색 픽셀(B11)에 대한 n회의(n은 2 이상의 자연수) 샘플링 결과들을 나타낸다.
이와 같이, 1개의 적색 픽셀 및 1개의 녹색 픽셀이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 한번 수행할 때마다 1개의 청색 픽셀이 수집한 광전하에 대한 센싱 동작을 두번 이상 수행할 수 있다. 복수의 샘플링 결과들(B11_1~B11_n)을 이용하여 청색 픽셀에 대한 서킷 노이즈를 감소하고 청색 픽셀의 센싱 동작에 대한 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
도 28은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀 어레이의 레이아웃의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 28에는 제1 청색 픽셀들(Br11~BR44), 제2 청색 픽셀들(Bb11~Bb44), 적색 픽셀들(R11~R14) 및 녹색 픽셀들(G11~G44)이 행 방향(X) 및 열 방향(Y)으로 반복적으로 배열된 픽셀 어레이의 레이아웃이 도시되어 있다. 이와 같은 레이아웃은 픽셀들의 상부에 배치되는 칼라 필터들의 배열로서 구현될 수 있다.
도 28에는 도시의 편의상 제1 내지 제8 픽셀 행들(PR1~PR8)을 포함하는 제1 내지 제4 그룹 행들(GR1~GR4) 및 제1 내지 제8 픽셀 열들(PC1~PC8)을 포함하는 제1 내지 제4 그룹 열들(GC1~GC4)이 도시되어 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 28을 참조하면, 픽셀 어레이는, 1개의 적색 픽셀(Rij)(여기서, I, 및 j는 각각 1부터 4까지의 정수), 2개의 청색 픽셀들(Brij, Bbij) 및 1개의 녹색 픽셀(Gij)을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀 그룹(UPGij)들로 그룹화될 수 있다. 여기서, 단위 픽셀 그룹이란 픽셀들의 반복적인 배열 패턴에서 더 작은 단위로 쪼개질 수 없는 픽셀들의 최소 집합을 나타낸다.
일 실시예에서, 각각의 단위 픽셀 그룹(UPGij)은 9 및 10을 참조하여 전술한 바와 같이 1개의 적색 픽셀(Rij), 2개의 청색 픽셀들(Brij, Bbij) 및 1개의 녹색 픽셀(Gij)이 1개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드에 각각의 전송 게이트들을 통하여 전기적으로 연결되는 공유 구조를 가질 수 있다.
도 29, 30 및 31은 도 28의 레이아웃 및 도 9의 공유 구조를 갖는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 29 및 30에는 도시의 편의상 도 28의 픽셀 어레이의 일부에 해당하는 제1 단위 픽셀 그룹(UPG11), 제2 단위 픽셀 그룹(UPG12), 제3 단위 픽셀 그룹(UPG21) 및 제4 단위 픽셀 그룹(UPG22)이 도시되어 있다.
도 29 및 30을 참조하면, 제1 내지 제4 단위 픽셀 그룹들(UPG11, UPG12, UPG21, UPG22)은 각각 제1 내지 제4 단위 동작 그룹들(UOG11, UOG12, UOG21, UOG22)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 단위 동작 그룹은 동일한 센싱 동작을 수행하고 더 작은 단위로 쪼개질 수 없는 픽셀들의 최소 집합을 나타낸다.
도 20을 참조하면, 제1 단위 동작 그룹(UOG1)에서, 청색 전송 제어 신호(TGB1), 적색 전송 제어 신호(TGR1) 및 녹색 전송 제어 신호(TGG1)가 녹색 픽셀들의 전송 게이트들(G1, G4), 적색 픽셀들의 전송 게이트들(G2) 및 녹색 픽셀들의 게이트들(G4)에 각각 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제2 단위 동작 그룹(UOG2)에서, 청색 전송 제어 신호(TGB2), 적색 전송 제어 신호(TGR2) 및 녹색 전송 제어 신호(TGG2)가 녹색 픽셀들의 전송 게이트들(G1, G4), 적색 픽셀들의 전송 게이트들(G2) 및 녹색 픽셀들의 게이트들(G4)에 각각 연결될 수 있다.
이러한 전송 제어 신호들(TGG1, TGR1, TGB1, TGG, TGR2, TGB2)을 이용하여 포토다이오드들(PD1~PD4) 및 공통 플로팅 디퓨젼 노드들(FD11, FD12, FD21, FD22)을 각각 전기적으로 연결하여 각각의 포토다이오드에서 수집된 광전하를 선택적으로 상응하는 공통 플로팅 디퓨젼 노드로 전송할 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이는 1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 2개의 청색 픽셀들의 전송 게이트들(G1, G4)에 동일한 청색 전송 제어 신호(TGB1 또는 TGB2)를 인가할 수 있다.
도 31을 참조하여 설명하는 바와 같이, 공통의 청색 전송 제어 신호를 이용하여 1개의 단위 픽셀 그룹에 포함되는 2개의 청색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 수행할 때 상기 1개의 단위 픽셀 그룹에 포함되는 상기 2개의 청색 픽셀들에 상응하는 전송 게이트들이 동시에 턴온될 수 있다.
도 31은 제1 그룹 행(GR1)에 상응하는 제1 행 센싱 구간(tRGR1) 및 제2 그룹 행(GR2)에 상응하는 제2 행 센싱 구간(tRGR2)에 대한 픽셀들의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 제1 내지 제6 센싱 구간들(tRPR1~tRPR6)의 각각에 대한 동작은 도 8을 참조하여 설명한 바와 같으므로 중복되는 설명을 생략한다. 전송 제어 신호들(TGG1, TGR1, TGB1, TGG2, TGR2, TGB2) 및 리셋 신호들(RS1, RS2)은 도 6의 제어부(60)의 제어에 따라서 행 구동부(30)로부터 제공될 수 있다. 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 제1 그룹 열(GC1)의 칼럼 라인을 통해서 제공되고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 제2 그룹 열(GC2)의 칼럼 라인을 통해서 제공된다.
도 31을 참조하면, 제1 센싱 구간(tRPR1)에서 리셋 신호(RS1) 및 공통 청색 전송 신호(TGB1)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 제1 청색 픽셀(Br11)이 수집한 광전하 및 제2 청색 픽셀(Bg11)이 수집한 광전하의 합에 상응하는 전압 레벨을 갖고, 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 제1 청색 픽셀(Br12)이 수집한 광전하 및 제2 청색 픽셀(Bg12)이 수집한 광전하의 합에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제2 센싱 구간(tRPR2)에서 리셋 신호(RS1) 및 적색 전송 제어 신호(TGR1)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 적색 픽셀(R11)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 적색 픽셀(R12)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제3 센싱 구간(tRPR3)에서 리셋 신호(RS1) 및 녹색 전송 제어 신호(TGG1)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 녹색 픽셀(G11)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 녹색 픽셀(G12)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제4 센싱 구간(tRPR4)에서 리셋 신호(RS2) 및 공통 청색 전송 신호(TGB2)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 제1 청색 픽셀(Br21)이 수집한 광전하 및 제2 청색 픽셀(Bg21)이 수집한 광전하의 합에 상응하는 전압 레벨을 갖고, 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 제1 청색 픽셀(Br22)이 수집한 광전하 및 제2 청색 픽셀(Bg22)이 수집한 광전하의 합에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제5 센싱 구간(tRPR5)에서 리셋 신호(RS2) 및 적색 전송 제어 신호(TGR2)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 적색 픽셀(R21)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 적색 픽셀(R22)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
제6 센싱 구간(tRPR6)에서 리셋 신호(RS2) 및 녹색 전송 제어 신호(TGG2)의 활성화에 따라서 제1 픽셀 신호(Vpix1)는 녹색 픽셀(G21)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖고 제2 픽셀 신호(Vpix2)는 녹색 픽셀(G22)이 수집한 광전하에 상응하는 전압 레벨을 갖는다.
도 29 내지 31을 참조하여 설명한 바와 같이, 1개의 단위 픽셀 그룹에 포함되는 2개의 청색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 수행할 때 상기 1개의 단위 픽셀 그룹에 포함되는 상기 2개의 청색 픽셀들에 상응하는 전송 게이트들을 동시에 턴온시킴으로써, 청색 픽셀에 대한 샷 노이즈 및 서킷 노이즈를 감소하고 청색 픽셀들의 센싱 감도를 증가시킬 수 있다.
도 32는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치의 블록도이고, 도 33은 도 32의 전자 장치에 포함되는 카메라 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 32를 참조하면, 전자 장치(1000)는 카메라 모듈 그룹(1100), 애플리케이션 프로세서(1200), PMIC(1300) 및 외부 메모리(1400)를 포함할 수 있다.
카메라 모듈 그룹(1100)은 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)을 포함할 수 있다. 비록 도면에는 3개의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 배치된 실시예가 도시되어 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(1100)은 2개의 카메라 모듈만을 포함하도록 변형되어 실시될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(1100)은 n개(n은 4 이상의 자연수)의 카메라 모듈을 포함하도록 변형되어 실시될 수도 있다.
이하, 도 33을 참조하여, 카메라 모듈(1100b)의 상세 구성에 대해 보다 구체적으로 설명할 것이나, 이하의 설명은 실시예에 따라 다른 카메라 모듈들(1100a, 1100b)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 33을 참조하면, 카메라 모듈(1100b)은 프리즘(1105), 광학 경로 폴딩 요소(Optical Path Folding Element, 이하, ˝OPFE˝)(1110), 액츄에이터(1130), 이미지 센싱 장치(1140) 및 저장부(1150)를 포함할 수 있다.
프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 포함하여 외부로부터 입사되는 광(L)의 경로를 변형시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 프리즘(1105)은 제1 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 제1 방향(X)에 수직인 제2 방향(Y)으로 변경시킬 수 있다. 또한, 프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 중심축(1106)을 중심으로 A방향으로 회전시키거나, 중심축(1106)을 B방향으로 회전시켜 제1 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 수직인 제2 방향(Y)으로 변경시킬 수 있다. 이때, OPFE(1110)도 제1 방향(X)및 제2 방향(Y)과 수직인 제3 방향(Z)로 이동할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도시된 것과 같이, 프리즘(1105)의 A방향 최대 회전 각도는 플러스(+) A방향으로는 15도(degree)이하이고, 마이너스(-) A방향으로는 15도보다 클 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 프리즘(1105)은 플러스(+) 또는 마이너스(-) B방향으로 20도 내외, 또는 10도에서 20도, 또는 15도에서 20도 사이로 움직일 수 있고, 여기서, 움직이는 각도는 플러스(+) 또는 마이너스(-) B방향으로 동일한 각도로 움직이거나, 1도 내외의 범위로 거의 유사한 각도까지 움직일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1106)을 중심축(1106)의 연장 방향과 평행한 제3 방향(예를 들어, Z방향)으로 이동할 수 있다.
OPFE(1110)는 예를 들어 m(여기서, m은 자연수)개의 그룹으로 이루어진 광학 렌즈를 포함할 수 있다. m개의 렌즈는 제2 방향(Y)으로 이동하여 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율(optical zoom ratio)을 변경할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100b)의 기본 광학 줌 배율을 Z라고할 때, OPFE(1110)에 포함된 m개의 광학 렌즈를 이동시킬 경우, 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율은 3Z 또는 5Z 또는 5Z 이상의 광학 줌 배율로 변경될 수 있다.
액츄에이터(1130)는 OPFE(1110) 또는 광학 렌즈(이하, 광학 렌즈로 지칭)를 특정 위치로 이동시킬 수 있다. 예를 들어 액츄에이터(1130)는 정확한 센싱을 위해 이미지 센서(1142)가 광학 렌즈의 초점 거리(focal length)에 위치하도록 광학 렌즈의 위치를 조정할 수 있다.
이미지 센싱 장치(1140)는 이미지 센서(1142), 제어 로직(1144) 및 메모리(1146)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(1142)는 광학 렌즈를 통해 제공되는 광(L)을 이용하여 센싱 대상의 이미지를 센싱할 수 있다. 제어 로직(1144)은 카메라 모듈(1100b)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직(1144)은 제어 신호 라인(CSLb)을 통해 제공된 제어 신호에 따라 카메라 모듈(1100b)의 동작을 제어할 수 있다.
메모리(1146)는 캘리브레이션 데이터(1147)와 같은 카메라 모듈(1100b)의 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다. 캘리브레이션 데이터(1147)는 카메라 모듈(1100b)이 외부로부터 제공된 광(L)을 이용하여 이미지 데이터를 생성하는데 필요한 정보를 포함할 수 있다. 캘리브레이션 데이터(1147)는 예를 들어, 앞서 설명한 회전도(degree of rotation)에 관한 정보, 초점 거리(focal length)에 관한 정보, 광학 축(optical axis)에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(1100b)이 광학 렌즈의 위치에 따라 초점 거리가 변하는 멀티 스테이트(multi state) 카메라 형태로 구현될 경우, 캘리브레이션 데이터(1147)는 광학 렌즈의 각 위치별(또는 스테이트별) 초점 거리 값과 오토 포커싱(auto focusing)과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
저장부(1150)는 이미지 센서(1142)를 통해 센싱된 이미지 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(1150)는 이미지 센싱 장치(1140)의 외부에 배치될 수 있으며, 이미지 센싱 장치(1140)를 구성하는 센서 칩과 스택된(stacked) 형태로 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 저장부(1150)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)으로 구현될 수 있으나 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 32 및 33을 참조하면, 몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 액추에이터(1130)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 그 내부에 포함된 액추에이터(1130)의 동작에 따른 서로 동일하거나 서로 다른 캘리브레이션 데이터(1147)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어, 1100b)은 앞서 설명한 프리즘(1105)과 OPFE(1110)를 포함하는 폴디드 렌즈(folded lens) 형태의 카메라 모듈이고, 나머지 카메라 모듈들(예를 들어, 1100a, 1100b)은 프리즘(1105)과 OPFE(1110)가 포함되지 않은 버티칼(vertical) 형태의 카메라 모듈일 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어, 1100c)은 예를 들어, IR(Infrared Ray)을 이용하여 깊이(depth) 정보를 추출하는 버티컬 형태의 깊이 카메라(depth camera)일 수 있다. 이 경우, 애플리케이션 프로세서(1200)는 이러한 깊이 카메라로부터 제공받은 이미지 데이터와 다른 카메라 모듈(예를 들어, 1100a 또는 1100b)로부터 제공받은 이미지 데이터를 병합(merge)하여 3차원 깊이 이미지(3D depth image)를 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어, 1100a, 1100b)은 서로 다른 관측 시야(Field of View, 시야각)를 가질 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어, 1100a, 1100b)의 광학 렌즈가 서로 다를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 시야각은 서로 다를 수 있다. 이 경우, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 포함된 광학 렌즈 역시 서로 다를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 서로 물리적으로 분리되어 배치될 수 있다. 즉, 하나의 이미지 센서(1142)의 센싱 영역을 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 분할하여 사용하는 것이 아니라, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 내부에 독립적인 이미지 센서(1142)가 배치될 수 있다.
다시 도 32를 참조하면, 애플리케이션 프로세서(1200)는 이미지 처리 장치(1210), 메모리 컨트롤러(1220), 내부 메모리(1230)를 포함할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)과 분리되어 구현될 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션 프로세서(1200)와 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 별도의 반도체 칩으로 서로 분리되어 구현될 수 있다.
이미지 처리 장치(1210)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c), 이미지 생성기(1214) 및 카메라 모듈 컨트롤러(1216)를 포함할 수 있다.
이미지 처리 장치(1210)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 개수에 대응하는 개수의 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)를 포함할 수 있다.
각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 서로 분리된 이미지 신호 라인(ISLa, ISLb, ISLc)를 통해 대응되는 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLa)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212a)에 제공되고, 카메라 모듈(1100b)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLb)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212b)에 제공되고, 카메라 모듈(1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLc)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212c)에 제공될 수 있다. 이러한 이미지 데이터 전송은 예를 들어, MIPI(Mobile Industry Processor Interface)에 기반한 카메라 직렬 인터페이스(CSI; Camera Serial Interface)를 이용하여 수행될 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 몇몇 실시예에서, 하나의 서브 이미지 프로세서가 복수의의 카메라 모듈에 대응되도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 서브 이미지 프로세서(1212a)와 서브 이미지 프로세서(1212c)가 도시된 것처럼 서로 분리되어 구현되는 것이 아니라 하나의 서브 이미지 프로세서로 통합되어 구현되고, 카메라 모듈(1100a)과 카메라 모듈(1100c)로부터 제공된 이미지 데이터는 선택 소자(예를 들어, 멀티플렉서) 등을 통해 선택된 후, 통합된 서브 이미지 프로세서에 제공될 수 있다.
각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공된 이미지 데이터는 이미지 생성기(1214)에 제공될 수 있다. 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보(Generating Information) 또는 모드 신호(Mode Signal)에 따라 각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)로부터 제공된 이미지 데이터를 이용하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
구체적으로, 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 적어도 일부를 병합(merge)하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이미지 생성 정보는 줌 신호(zoom signal or zoom factor)를 포함할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 모드 신호는 예를 들어, 유저(user)로부터 선택된 모드에 기초한 신호일 수 있다.
이미지 생성 정보가 줌 신호(줌 팩터)이고, 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 서로 다른 관측 시야(시야각)를 갖는 경우, 이미지 생성기(1214)는 줌 신호의 종류에 따라 서로 다른 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 줌 신호가 제1 신호일 경우, 카메라 모듈(1100a)로부터 출력된 이미지 데이터와 카메라 모듈(1100c)로부터 출력된 이미지 데이터를 병합한 후, 병합된 이미지 신호와 병합에 사용하지 않은 카메라 모듈(1100b)로부터 출력된 이미지 데이터를 이용하여, 출력 이미지를 생성할 수 있다. 만약, 줌 신호가 제1 신호와 다른 제2 신호일 경우, 이미지 생성기(1214)는 이러한 이미지 데이터 병합을 수행하지 않고, 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 출력된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 하지만 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 이미지 데이터를 처리하는 방법은 얼마든지 변형되어 실시될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이미지 생성기(1214)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c) 중 적어도 하나로부터 노출 시간이 상이한 복수의 이미지 데이터를 수신하고, 복수의 이미지 데이터에 대하여 HDR(high dynamic range) 처리를 수행함으로써, 다이나믹 레인지가 증가된 병합된 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제어 신호를 제공할 수 있다. 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 생성된 제어 신호는 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 어느 하나는 줌 신호를 포함하는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라 마스터(master) 카메라(예를 들어, 1100b)로 지정되고, 나머지 카메라 모듈들(예를 들어, 1100a, 1100c)은 슬레이브(slave) 카메라로 지정될 수 있다. 이러한 정보는 제어 신호에 포함되어, 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.
줌 팩터 또는 동작 모드 신호에 따라 마스터 및 슬레이브로서 동작하는 카메라 모듈이 변경될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)의 시야각이 카메라 모듈(1100b)의 시야각보다 넓고, 줌 팩터가 낮은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100b)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100a)이 슬레이브로서 동작할 수 있다. 반대로, 줌 팩터가 높은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100a)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100b)이 슬레이브로서 동작할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 싱크 인에이블 신호(sync enable) 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100b)이 마스터 카메라이고, 카메라 모듈들(1100a, 1100c)이 슬레이브 카메라인 경우, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 카메라 모듈(1100b)에 싱크 인에이블 신호를 전송할 수 있다. 이러한 싱크 인에이블 신호를 제공받은 카메라 모듈(1100b)은 제공받은 싱크 인에이블 신호를 기초로 싱크 신호(sync signal)를 생성하고, 생성된 싱크 신호를 싱크 신호 라인(SSL)을 통해 카메라 모듈들(1100a, 1100c)에 제공할 수 있다. 카메라 모듈(1100b)과 카메라 모듈들(1100a, 1100c)은 이러한 싱크 신호에 동기화되어 이미지 데이터를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 모드 신호에 따른 모드 정보를 포함할 수 있다. 이러한 모드 정보에 기초하여 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 센싱 속도와 관련하여 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드로 동작할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 제1 동작 모드에서, 제1 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어, 제1 프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하여 이를 제1 속도보다 높은 제2 속도로 인코딩(예를 들어, 제1 프레임 레이트보다 높은 제2 프레임 레이트의 이미지 신호를 인코딩)하고, 인코딩된 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다. 이때, 제2 속도는 제1 속도의 30배 이하일 수 있다.
애플리케이션 프로세서(1200)는 수신된 이미지 신호, 다시 말해서 인코딩된 이미지 신호를 내부에 구비되는 메모리(1230) 또는 애플리케이션 프로세서(1200) 외부의 스토리지(1400)에 저장하고, 이후, 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)로부터 인코딩된 이미지 신호를 독출하여 디코딩하고, 디코딩된 이미지 신호에 기초하여 생성되는 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 예컨대 이미지 처리 장치(1210)의 복수의 서브 프로세서들(1212a, 1212b, 1212c) 중 대응하는 서브 프로세서가 디코딩을 수행할 수 있으며, 또한 디코딩된 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 제2 동작 모드에서, 제1 속도보다 낮은 제3 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어, 제1 프레임 레이트보다 낮은 제3 프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하고, 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)에 제공되는 이미지 신호는 인코딩되지 않은 신호일 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)는 수신되는 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행하거나 또는 이미지 신호를 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)에 저장할 수 있다.
PMIC(1300)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 전력, 예컨대 전원 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, PMIC(1300)는 애플리케이션 프로세서(1200)의 제어 하에, 파워 신호 라인(PSLa)을 통해 카메라 모듈(1100a)에 제1 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLb)을 통해 카메라 모듈(1100b)에 제2 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLc)을 통해 카메라 모듈(1100c)에 제3 전력을 공급할 수 있다.
PMIC(1300)는 애플리케이션 프로세서(1200)로부터의 전력 제어 신호(PCON)에 응답하여, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 대응하는 전력을 생성하고, 또한 전력의 레벨을 조정할 수 있다. 전력 제어 신호(PCON)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 동작 모드 별 전력 조정 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작 모드는 저전력 모드(low power mode)를 포함할 수 있으며, 이때, 전력 제어 신호(PCON)는 저전력 모드로 동작하는 카메라 모듈 및 설정되는 전력 레벨에 대한 정보를 포함할 수 있다. 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 제공되는 전력들의 레벨은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 또한, 전력의 레벨은 동적으로 변경될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 및 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법은, 투과율이 낮은 파장에 상응하는 타겟 칼라 픽셀의 센싱 감도를 효율적으로 증가시킴으로써 이미지 품질을 향상하고 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 장치 및 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 및 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법은, 디스플레이 패널에 대한 투과율이 낮은 청색 픽셀의 센싱 감도를 효율적으로 증가시킴으로써 모바일 장치 등에 구현되는 패널 하부 카메라(UPC, under panel camera)의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이미지 센서를 포함하는 장치 및 시스템에 유용하게 이용될 수 있다. 특히 본 발명의 실시예들은 컴퓨터(computer), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular phone), 스마트폰(smart phone), MP3 플레이어, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(internet of things;) 기기, IoE(internet of everything:) 기기, e-북(e-book), VR(virtual reality) 기기, AR(augmented reality) 기기 등과 같은 전자 기기에 더욱 유용하게 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 디스플레이 패널의 하부에 배치되고, 상기 디스플레이 패널을 투과한 광에 발생되는 광전하들을 수집하여 센싱 동작을 수행하는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이;
    상기 복수의 픽셀들을 행 단위로 구동하는 행 구동부; 및
    상기 복수의 픽셀들 중에서 상기 디스플레이 패널에 대한 투과율이 가장 낮은 파장에 상응하는 청색 픽셀들의 센싱 감도가 적색 픽셀들의 센싱 감도 및 녹색 픽셀들의 센싱 감도보다 증가하도록 상기 픽셀 어레이 및 상기 행 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는,
    상기 청색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 수행할 때 서로 인접하는 2개 이상의 상기 청색 픽셀들의 공통 플로팅 디퓨젼 노드들을 전기적으로 연결하는 노드 연결 스위치들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이에 포함되는 상기 청색 픽셀들의 개수는 상기 픽셀 어레이에 포함되는 상기 적색 픽셀들의 개수 및 상기 녹색 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    1개의 상기 적색 픽셀 및 1개의 상기 녹색 픽셀이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 한번 수행할 때마다 1개의 상기 청색 픽셀이 수집한 광전하에 대한 센싱 동작을 두번 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는, 1개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드에 각각의 전송 게이트들을 통하여 전기적으로 연결되는 1개의 적색 픽셀, 2개의 녹색 픽셀들 및 1개의 청색 픽셀을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀 그룹들로 그룹화되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 픽셀 그룹들은, 행 방향으로 인접하는 2개의 상기 단위 픽셀 그룹들을 각각 포함하는 단위 동작 그룹들로 그룹화되고,
    상기 픽셀 어레이는,
    1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 2개의 공통 플로팅 디퓨전 노드들 사이에 연결되는 행 노드 연결 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 청색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 수행할 때 1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 2개의 청색 픽셀들이 수집한 광전하들을 합하도록 상기 행 노드 연결 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 픽셀 그룹들은, 열 방향으로 인접하는 2개의 상기 단위 픽셀 그룹들을 각각 포함하는 단위 동작 그룹들로 그룹화되고,
    상기 픽셀 어레이는,
    1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 2개의 공통 플로팅 디퓨전 노드들 사이에 연결되는 열 노드 연결 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 청색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 수행할 때 1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 2개의 청색 픽셀들이 수집한 광전하들을 합하도록 상기 열 노드 연결 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 픽셀 그룹들은, 행 방향 및 열 방향으로 인접하는 4개의 상기 단위 픽셀 그룹들을 각각 포함하는 단위 동작 그룹들로 그룹화되고,
    상기 픽셀 어레이는,
    1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 4개의 공통 플로팅 디퓨전 노드들 사이에 연결되는 행 노드 연결 스위치 및 열 노드 연결 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 청색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 수행할 때 1개의 단위 동작 그룹에 포함되는 4개의 청색 픽셀들이 수집한 광전하들을 합하도록 상기 행 연결 스위치 및 상기 열 노드 연결 스위치가 턴온되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  12. 제5 항에 있어서,
    1개의 상기 단위 픽셀 그룹에 포함되는 상기 적색 픽셀 및 상기 녹색 픽셀이 수집한 광전하에 대한 센싱 동작을 한번 수행할 때마다 상기 1개의 단위 픽셀 그룹에 포함되는 1개의 상기 청색 픽셀이 수집한 광전하에 대한 센싱 동작을 두번 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는, 1개의 공통 플로팅 디퓨젼 노드에 전송 게이트들을 통하여 전기적으로 연결되는 1개의 적색 픽셀, 1개의 녹색 픽셀 및 2개의 청색 픽셀들을 각각 포함하는 복수의 단위 픽셀 그룹들로 그룹화되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  14. 제13 항에 있어서,
    1개의 단위 픽셀 그룹에 포함되는 2개의 청색 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 수행할 때 상기 1개의 단위 픽셀 그룹에 포함되는 상기 2개의 청색 픽셀들에 상응하는 전송 게이트들이 동시에 턴온되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  15. 상면이 개방된 하우징 케이스;
    상기 하우징 케이스의 상면을 폐색하도록 배치되고 이미지를 표시하는 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되는 이미지 센서를 포함하고,
    상기 이미지 센서는,
    상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되고, 상기 디스플레이 패널을 투과한 광에 발생되는 광전하들을 수집하여 센싱 동작을 수행하는 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이;
    상기 복수의 픽셀들을 행 단위로 구동하는 행 구동부; 및
    상기 복수의 픽셀들 중에서 상기 디스플레이 패널에 대한 투과율이 가장 낮은 파장에 상응하는 청색 픽셀들의 센싱 감도가 적색 픽셀들의 센싱 감도 및 녹색 픽셀들의 센싱 감도보다 증가하도록 상기 픽셀 어레이 및 상기 행 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 모바일 장치.
  16. 픽셀 어레이에 포함되는 복수의 픽셀들 중에서 디스플레이 패널에 대한 투과율이 가장 낮은 파장에 상응하는 타겟 칼라 픽셀들을 결정하는 단계; 및
    상기 픽셀 어레이 및 상기 픽셀 어레이를 구동하는 행 구동부를 제어하여 다른 칼라 픽셀들의 센싱 감도보다 상기 타겟 칼라 픽셀들의 센싱 감도를 증가시키는 단계를 포함하는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 타겟 칼라 픽셀들은 청색 픽셀들이고, 상기 다른 칼라 픽셀들은 적색 픽셀들 및 녹색 픽셀들인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법.
  18. 제16 항에 있어서, 상기 타겟 칼라 픽셀들의 센싱 감도를 증가시키는 단계는,
    상기 다른 칼라 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 상기 다른 칼라 픽셀마다 독립적으로 각각 수행하는 단계; 및
    상기 타겟 칼라 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 서로 인접하는 2개 이상의 상기 타겟 칼라 픽셀들마다 합하여 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 타겟 칼라 픽셀들의 센싱 감도를 증가시키는 단계는,
    상기 다른 칼라 픽셀들의 개수보다 많은 개수의 상기 타겟 칼라 픽셀들을 상기 픽셀 어레이에 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법.
  20. 제16 항에 있어서, 상기 타겟 칼라 픽셀들의 센싱 감도를 증가시키는 단계는,
    상기 다른 칼라 픽셀들이 수집한 광전하들에 대한 센싱 동작을 상기 다른 칼라 픽셀마다 독립적으로 각각 수행하는 단계; 및
    1개의 상기 다른 칼라 픽셀이 수집한 광전하에 대한 센싱 동작을 한번 수행할 때마다 1개의 상기 타겟 칼라 픽셀이 수집한 광전하에 대한 센싱 동작을 두번 이상 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법.
KR1020200065833A 2020-06-01 2020-06-01 이미지 센서, 이미지 센서를 포함하는 모바일 장치 및 이미지 센서의 센싱 감도 제어 방법 KR20210148682A (ko)

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