KR20220095595A - 이미지 센서, 이를 이용한 이미지 센서 테스트 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 의한 이미지 센서는 방열 특성이 상이한 복수의 샘플 픽셀 그룹 및 샘플 픽셀 그룹 각각에 접속되는 복수의 온도 센서를 포함하도록 구성될 수 있다.
Description
본 기술은 반도체 집적 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이미지 센서와, 이를 이용한 이미지 센서 테스트 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 입사광에 반응하는 광전 반도체 소자와, 광전 반도체 소자의 전기적 변화를 전기적인 신호로 출력하는 복수의 트랜지스터로 이루어진 단위 픽셀들의 어레이로 구성될 수 있다.
아날로그 및 디지털 제어 회로를 단일의 집적 회로(IC) 상에 구현할 수 있는 CMOS 이지미 센서는 각 픽셀의 피사체 대응 부분에서 복사되는 광 신호를 광전 반도체 소자에 의해 전자로 변환하여 저장하고, 축적된 전자의 수에 비례하여 나타나는 전하량을 전압 신호로 변환하여 출력한다.
이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor; ISP)는 이미지 센서의 출력 신호로부터 색상 보정, 잡음 제거 등을 통해 캡쳐된 이미지의 성능을 개선한다.
이미지 센서를 구성하는 픽셀 어레이에서 출력되는 전기적 신호는 다양한 원인에 의해 발생된 잡음을 포함할 수 있다.
대표적인 잡음의 하나인 다크 커런트(Dark Current)는 입사광이 감지되지 않더라도 온도 변동 등과 같은 주변 환경 변화에 의해 픽셀 어레이에서 자체적으로 발생되는 전류를 의미한다. 다크 커런트는 이미지 신호에 왜곡을 유발하므로, 이로 인한 노이즈를 제거할 수 있는 기술이 연구되고 있다.
본 기술의 실시예는 다양한 동작 온도에 적응적으로 다크 레벨 및 페데스탈 오프셋을 보정할 수 이미지 센서와, 이를 이용한 테스트 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 방열 특성이 상이한 복수의 샘플 픽셀 그룹; 및 상기 샘플 픽셀 그룹 각각에 접속되는 복수의 온도 센서;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 이미지 센서 테스트 시스템은 방열 특성이 상이한 복수의 샘플 픽셀 그룹 및, 상기 샘플 픽셀 그룹 각각에 접속되는 복수의 온도 센서를 포함하는 이미지 센서; 상기 복수의 온도 센서로부터 상기 샘플 픽셀 그룹 각각의 온도 감지 신호를 수신하여 상기 샘플 픽셀 그룹별 동작 온도를 판단하는 온도 검출부; 및 상기 샘플 픽셀 그룹 각각으로부터 다크 커런트를 수신하여 상기 동작 온도별 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정 계수를 포함하는 보정 데이터를 도출하도록 구성되는 테스트 장치;를 포함할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 이미지 센서 테스트 방법은 방열 특성이 상이한 복수의 샘플 픽셀 그룹과 상기 샘플 픽셀 그룹 각각에 접속되는 복수의 온도 센서를 포함하는 이미지 센서의 테스트 방법으로서, 테스트 장치가, 상기 복수의 샘플 픽셀 그룹 각각의 동작 온도를 수신하는 단계; 상기 테스트 장치가, 상기 샘플 픽셀 그룹 각각으로부터 다크 커런트를 수신하는 단계; 및 상기 동작 온도별 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정 계수를 포함하는 보정 데이터를 도출하는 단계;를 포함하도록 구성하도록 구성될 수 있다.
본 기술에 의하면, 단일의 온도에서 이미지 센서를 동작시키면서도 다양한 동작 온도에서 픽셀의 특성을 고속으로 파악할 수 있다.
온도에 따른 픽셀의 동작 특성을 파악 또는 예측하여, 다크 레벨 및 페데스탈 오프셋을 보정하여 캡쳐된 이미지 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 이미지 센서 테스트 시스템의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 실시예들에 의한 이미지 센서 테스트 시스템의 상세 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 이미지 센서에 구비되는 픽셀 어레이의 구조도이다.
도 4는 일 실시예에 의한 액티브 픽셀의 구조도이다.
도 5는 일 실시예에 의한 샘플 픽셀의 구조도이다.
도 6은 일 실시예에 의한 이미지 센서 테스트 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 의한 전자 장치의 구성도이다.
도 8은 일 실시예에 의한 전자 장치의 상세 구성도이다.
도 9는 일 실시예에 의한 전자 장치의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 실시예들에 의한 이미지 센서 테스트 시스템의 상세 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 이미지 센서에 구비되는 픽셀 어레이의 구조도이다.
도 4는 일 실시예에 의한 액티브 픽셀의 구조도이다.
도 5는 일 실시예에 의한 샘플 픽셀의 구조도이다.
도 6은 일 실시예에 의한 이미지 센서 테스트 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 의한 전자 장치의 구성도이다.
도 8은 일 실시예에 의한 전자 장치의 상세 구성도이다.
도 9는 일 실시예에 의한 전자 장치의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시예에 의한 이미지 센서 테스트 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서 테스트 시스템(10)은 이미지 센서(DUT, 110), 인터페이스 회로(120) 및 테스트 장치(130)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(110)는 방열 성능이 상이한 복수의 샘플 픽셀 그룹, 복수의 샘플 픽셀 그룹에 각각 접속되는 온도 센서 및 액티브 픽셀 어레이를 포함할 수 있다.
테스트 시스템(10)은 웨이퍼 레벨(wafer level) 단위에서의 공정이 완료된 이후 이미지 센서(110)의 특성을 평가하고 보정 데이터를 생성할 수 있다.
인터페이스 회로(120)는 이미지 센서(110)와 테스트 장치(130)를 전기적으로 연결하도록 구성된다.
테스트 장치(130)는 테스트 패턴 생성부(131) 및 보정 데이터 생성부(133)를 포함할 수 있다.
테스트 패턴 생성부(131)는 인터페이스 회로(120)를 통해 이미지 센서(110)로 테스트 신호를 전송할 수 있다. 보정 데이터 생성부(133)는 이미지 센서(110)로부터 테스트 패턴에 대한 응답 신호를 수신하여 특성을 평가하고 보정 데이터를 생성할 수 있다.
일 실시예에서 테스트 패턴 생성부(131)는 이미지 센서(110)로 단일의 온도 신호를 테스트 신호로 전송할 수 있다. 보정 데이터 생성부(133)는 이미지 센서(110)로부터 샘플 픽셀 그룹별 온도 감지 신호, 샘플 픽셀 그룹별 광학 다크 신호 및 액티브 다크 신호를 포함하는 테스트 응답 신호를 수신하여, 샘플 픽셀 그룹별 온도에 따른 보정 데이터를 도출하도록 구성될 수 있다. 보정 데이터는 액티브 픽셀 어레이의 다크 레벨 보상을 위한 다크 레벨 보정값 및 이미지 신호의 클리핑을 방지하기 위한 페데스탈 보정 계수를 포함할 수 있다.
도 2a는 일 실시예에 의한 이미지 센서 테스트 시스템의 상세 구성도이다.
일 실시예에 의한 이미지 센서 테스트 시스템(10-1)은 이미지 센서(110) 및 이와 접속되는 테스트 장치(130)를 포함할 수 있다. 테스트 장치(130)는 테스트 패턴 생성부(131) 및 보정 데이터 생성부(133)를 포함할 수 있다.
도 2a에는 테스트 장치(130)의 회로 보드 상에 구비될 수 있는 인터페이스 회로(120)를 생략하고 도시하였다.
이미지 센서(110)는 샘플 픽셀 어레이(111)와 액티브 픽셀 어레이(115)를 포함하는 픽셀 어레이(117) 및, 샘플 픽셀 어레이(111)에 접속되는 온도 센서 회로(113)를 포함할 수 있으며, 구체적인 설명은 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술할 것이다.
도 2b는 일 실시예에 의한 이미지 센서 테스트 시스템의 상세 구성도이다.
도 2b에 도시한 이미지 센서 테스트 시스템(10-2)은 이미지 센서(110)와 테스트 장치(135)가 예를 들어 CoB(Chip on Board) 또는 PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier) 패키지 형태로 모듈화된 예를 도시한다.
도 2b에 도시한 이미지 센서 테스트 시스템(10-2)의 테스트 장치(135)는 보정 데이터 생성부(133)를 포함할 수 있다.
모듈화된 이미지 센서 테스트 장치(10-2)는 양산 이미지 센싱 장치에 탑재될 수 있다. 도 2b에 도시한 이미지 센서(110)의 동작 온도는, 이미지 센서(110)가 노출된 외부 온도와 센싱 장치 내 ISP 등과 같은 신호 처리 회로 등의 동작 상태에 따라 결정될 수 있다. 테스트 장치(135)는 이미지 센서(110)의 동작 온도에 따라 발현되는 온도를 검출하여 다크레벨 보정값 및 페데스탈 보정계수를 도출할 수 있다.
일 실시예에서, 온도 검출부(1331)는 이미지 센서(110)와 모듈화, 즉 하나로 패키징하고, 다크 레벨 보정값 결정부(133)와 페데스탈 보정계수 도출부(1335)는 ISP에 탑재하는 것도 가능하다.
도 3은 일 실시예에 의한 이미지 센서에 구비되는 픽셀 어레이의 구조도이다.
도 3을 참조하면, 이미지 센서(110)의 픽셀 어레이(117)는 액티브 영역(117A), 광학 블랙 영역(117B) 및 더미 영역(117C)을 포함할 수 있다.
액티브 영역(117A)에는 복수의 액티브 픽셀(APX)을 포함하는 액티브 픽셀 어레이가 형성된다. 액티브 픽셀(APX)들은 수광부에 입사된 신호를 독출하기 위하여 정상적으로 동작 되는 픽셀 어레이를 의미하며, 이로부터 출력되는 신호는 액티브 신호라 지칭할 수 있다.
광학 블랙 영역(117B)은 액티브 영역(117A)의 외곽에 배치될 수 있으며, 광학 블랙 픽셀(OBPX)들의 어레이를 포함한다. 광학 블랙 픽셀(OBPX)은 금속의 차단막 및 블랙 필터에 의해 광이 차단되도록 구성되어 블랙 레벨을 유지한다. 광학 블랙 픽셀(OBPX)로부터 출력되는 신호는 광학 블랙 신호라 지칭할 수 있다.
픽셀 어레이(117)는 더미 영역(117C)을 더 포함할 수 있다. 도 3에는 더미 영역(117C)이 액티브 영역(117A)과 광학 블랙 영역(117B) 사이에 위치하는 경우를 예로 들었으나, 더미 영역(117C)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 더미 영역(117C)에 형성된 복수의 더미 픽셀(DPX)은 액티브 픽셀 어레이(117A)의 수광부 영역으로부터 광학 블랙 영역(117B)의 광학 블랙 픽셀(OBPX)로 전하가 유입되는 것을 차단하도록 구성될 수 있다.
광학 블랙 영역(117B) 및 더미 영역(117C) 중 적어도 하나에 샘플 픽셀들(SPXs)가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 샘플 픽셀 어레이(111)는 도 2a 및 도 2b에 도시한 것과 같이 복수의 샘플 픽셀 그룹(G1. G2, …, GN)을 포함할 수 있다. 각 샘플 픽셀 그룹(G1. G2, …, GN)의 일부는 샘플 광차단 픽셀로, 일부는 샘플 액티브 픽셀로 구성될 수 있다. 샘플 픽셀 그룹(G1. G2, …, GN)은 도 3에 도시한 광학 블랙 영역(117B) 및/또는 더미 영역(117C)에 구비될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 의한 액티브 픽셀의 구조도로서, 도 3의 A-A' 부분에 대한 단면도이다.
액티브 픽셀(APX2, APX2, APX3) 각각은 광전변환소자들(PD)를 포함하는 기판(300), 기판(300)상에 형성된 그리드패턴(310), 그리드패턴(310)을 커버하는 투광층(320), 투광층(320) 상에 형성되는 컬러 필터(330) 및 컬러 필터(330) 상에 형성되고 반구형 마이크로 렌즈를 포함하는 집광소자층(340)을 포함할 수 있다.
기판(300)은 반도체 기판을 포함할 수 있고, 예를 들어 실리콘을 함유하는 단결정 상태(Single crystal state)의 기판일 수 있다.
광전변환소자(PD)는 유기 또는 무기 포토다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate) 및 이들의 조합 중에서 선택될 수 있다.
그리드패턴(310)은 인접한 액티브 픽셀들(APX) 사이의 광학적 크로스토크를 방지하기 위한 것으로, 광전변환소자(PD)의 경계를 따라 형성될 수 있다. 액티브 픽셀들(APX)이 어레이 형태로 배열됨에 따라 그리드패턴(310)은 평면도 측면에서 메쉬형상일 수 있다.
투광층(320)은 집광소자층(340) 및 컬러 필터(330)를 통과한 광 신호가 광전변환소자(PD)로 전달되도록 플랫한 상부 표면을 갖도록 구성된다.
컬러 필터(330)는 지정된 파장 범위를 가진 광 신호를 통과시킬 수 있다.
컬러 필터(330)는 가시광 영역의 파장들 중에서 레드 영역의 파장들을 통과시키는 레드 필터, 가시광 영역의 파장들 중에서 그린 영역의 파장들을 통과시키는 그린 필터, 가시광 영역의 파장들 중에서 블루 영역의 파장들을 통과시키는 블루 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 컬러 필터(330)는 사이언 필터(cyan filter), 옐로우 필터 (yellow filter), 및 마젠타 필터(magenta filter) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 집광소자층(340)과 컬러 필터(330) 사이, 또는 컬러 필터(220)와 투광층(320) 사이에 반사 방지막이 더 형성되어, 광전변환소자(PD)에 전달되는 광량을 증가시킬 수 있다.
광전변환소자(PD)는 입사광에 응답하여 전기적 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 광전변환소자는 광전 효과에 의해 수광된 광 신호의 세기(또는 광량)에 따른 전하(또는 전류)를 생성할 수 있다. 생성된 전하의 전하량(또는 전류)에 기반하여 출력값(액티브 픽셀(APX)의 경우 액티브 신호)가 결정될 수 있다.
도 4의 단위 액티브 픽셀(APX)은 하나의 광전변환소자(PD)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되지 않으며, 복수의 광전변환소자를 배치하여 멀티 픽셀을 구현하는 것도 가능하다.
도 5는 일 실시예에 의한 샘플 픽셀의 구조도이다.
도 5에는 제 1 샘플 픽셀 그룹(G1)에 포함되는 제 1 샘플 픽셀(SPX1)(a), 제 2 샘플 픽셀 그룹(G2)에 포함되는 제 2 샘플 픽셀(SPX3)(b), 제 3 샘플 픽셀 그룹(G3)에 포함되는 제 3 샘플 픽셀(SPX3)(c)을 도시하였다.
샘플 픽셀(SPX2, SPX2, SPX3) 각각은 광전변환소자들(PD)를 포함하는 기판(400), 기판(400)상에 형성된 그리드패턴(410), 그리드패턴(410)을 커버하는 방열층(420A, 420B, 420C), 방열층(420A, 420B, 420C) 상에 형성되는 컬러필터((430A, 430B, 430C) 및 컬러필터((430A, 430B, 430C) 상에 형성되고 반구형 렌즈를 포함하는 집광소자층(440)을 포함할 수 있다.
각 샘플 픽셀 그룹(G1. G2, G3)별 샘플 픽셀(SPX2, SPX2, SPX3)들의 방열층(420A, 420B, 420C)은 광전변환소자(PD)로부터 각기 다른 높이(H1, H2, H3)로 형성될 수 있다. 각 방열층(420A, 420B, 420C)은 열 전도율이 낮은 물질, 예를 들어 SiO2를 포함하는 절연물질로 형성하거나 에어갭일 수 있다.
열 전도율이 낮은 방열층(420A, 420B, 420C)을 형성함에 따라, 방열층(420A, 420B, 420C)의 높이(H1, H2, H3)가 높을수록 열 방출량이 낮음은 자명하다. 아울러, 제 1 내지 제 3 샘플 픽셀(SPX1, SPX2, SPX3)을 동일한 온도로 동작시켰을 때, 방열층의 높이가 높을수록 높은 온도가 감지될 수 있다.
샘플 픽셀(SPX1, SPX2, SPX3)은 그리드 패턴(410) 제조 공정까지 액티브 픽셀(APX)과 함께 제조될 수 있다. 각 샘플 그룹 별로 높이가 다른 방열층(420A, 420B, 420C)을 형성함에 따른 높이 차이는 컬러 필터((430A, 430B, 430C)의 두께를 제어함에 의해 극복할 수 있다.
도 5에는 방열층(420A, 420B, 420C)이 컬러필터(430A, 430B, 430C) 하부에 형성되는 예를 도시하였으나, 컬러필터(430A, 430B, 430C) 상부에 방열층(420A, 420B, 420C)이 위치하도록 샘플 픽셀을 제조하는 것도 가능하다.
각 샘플 픽셀 그룹의 일부는 샘플 광차단 픽셀로, 일부는 샘플 액티브 픽셀로 동작시키기 위하여, 샘플 광차단 픽셀의 컬러필터(430A, 430B, 430C)는 광 차단 물질로, 샘플 액티브 픽셀의 컬러필터(430A, 430B, 430C)는 광 투과 물질로 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 샘플 광차단 픽셀은 도 3의 광학 블랙 영역(117B) 및/또는 더미 영역(117C)에 형성할 수 있고, 샘플 액티브 픽셀은 도 3의 액티브 영역(117A)에 형성하는 것도 가능하다.
다시 도 2를 참조하면, 샘플 픽셀 어레이(111)에 접속되는 온도 센서 회로(113)는 복수의 온도 센서(1131, 1132, …, 113N)를 포함할 수 있다. 온도 센서(1131, 1132, …, 113N)는 BJT (Bipolar Junction Transistor) 기반의 온도센서일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
각 샘플 픽셀 그룹(G1. G2, …, GN)은 예를 들어 도 5에서 설명한 것과 같이 그룹 별로 방열 특성이 상이하며, 샘플 광차단 픽셀 및 샘플 액티브 픽셀을 포함할 수 있다.
테스트 장치(130)는 테스트 패턴 생성부(131) 및 보정 데이터 생성부(133)를 포함할 수 있다.
테스트 동작시, 테스트 패턴 생성부(131)는 단일의 온도 신호(TT)를 샘플 픽셀 어레이(111)에 인가하여 가열하고, 온도 센서(1131, 1132, …, 113N)는 각 샘플 픽셀 그룹(G1. G2, …, GN) 별로 동작 온도를 감지할 수 있다. 샘플 픽셀 그룹(G1. G2, …, GN)별로 방열 특성이 상이하기 때문에, 단일의 온도 신호(TT)를 인가할지라도 각 샘플 픽셀 그룹(G1. G2, …, GN)은 각기 다른 동작 온도를 발현하고, 온도 센서(1131, 1132, …, 113N)로부터 출력되는 온도 감지 신호는 샘플 픽셀 그룹(G1. G2, …, GN) 별로 상이할 수 있다.
보정 데이터 생성부(133)는 온도 검출부(1331), 다크 레벨 보정값 결정부(1333), 및 페데스탈 보정계수 도출부(1335)를 포함할 수 있다.
온도 검출부(1331)는 복수의 온도 센서(1131, 1132, …, 113N)로부터 온도 감지 신호(DT1, DT2, DT3)를 수신하여, 각 샘플 픽셀 그룹(G1, G2, …, GN)별 온도를 검출할 수 있다.
테스트 동작시 각 그룹의 샘플 액티브 픽셀은 차광될 수 있다. 다크 레벨 보정값 결정부(1333)는 샘플 픽셀 그룹(G1, G2, …, GN)별로 온도 감지 신호, 샘플 광차단 픽셀로부터의 광학 다크 신호 및 샘플 액티브 픽셀로부터의 액티브 다크 신호를 테스트 응답 신호로 수신할 수 있다. 다크 레벨 보정값 결정부(1333)는 샘플 픽셀 그룹(G1, G2, …, GN)의 동작 온도 별로 샘플 액티브 픽셀의 다크 커런트를 보정하기 위한 다크 레벨 보정값을 결정할 수 있다.
다크 레벨 보정된 신호가 음(-)의 값이 되는 것을 방지하기 위하여 특정 레벨의 오프셋을 부가할 수 있으며, 이를 페데스탈(Pedestal)이라 한다. 페데스탈 보정을 통해 이미지 신호의 클리핑을 방지할 수 있다.
페데스탈 보정계수 도출부(1335)는 동작 온도별 다크 레벨 보정값에 부가될 페데스탈 보정 계수를 도출할 수 있다.
복수의 샘플 픽셀 그룹의 온도 별로 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정 계수가 산출되고, 이를 통해 미측정 온도에서의 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정 계수를 예측할 수 있다.
일 실시예에서, 페데스탈 보정계수 도출부(1335)는 샘플 픽셀 그룹 별로, 다른 관점에서는 픽셀의 동작 온도 별로, 광학 다크 신호에 대한 액티브 다크 신호의 비율을 페데스탈 보정 계수로 산출할 수 있다. 테스트 동작시 샘플 픽셀 그룹의 온도별 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정 계수가 산출되고, 이에 기초하여 미측정 온도에서의 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정계수를 특정 산출식에 따라 예측할 수 있다.
다크 레벨 보정값 결정부(1333)에서 결정 또는 예측한 동작 온도별 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정계수 도출부(1335)에서 산출 또는 예측한 동작 온도별 페데스탈 보정계수는 룩업 테이블 형태로 구성하여 양산 이미지 센싱 장치에 저장될 수 있다. 다른 실시예에서, 온도별로 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정계수를 획득할 수 있는 산출식을 연산하도록 구현된 하드웨어와 소프트웨어가 조합된 처리부를 양산 이미지 센싱 장치에 적용할 수 있다.
이미지 센서의 동작 온도별 특성을 테스트할 때, 종래에는 테스트 대상 온도 별로 복수회의 테스트를 수행하였다.
하지만, 본 기술에 의하면, 샘플 픽셀 어레이가 방열 특성이 다른 복수의 그룹으로 구성됨에 따라, 단일 테스트 온도에서 복수의 동작 온도를 발현할 수 있다. 따라서, 한 번의 테스트만으로 다양한 온도 조건에서의 동작 특성을 쉽고 빠르게 파악할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 의한 이미지 센서 테스트 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
테스트 동작시, 테스트 장치(130)는 단일의 온도 신호(TT)를 샘플 픽셀 어레이(111)에 인가할 수 있다(S101). 이에 따라, 각 온도 센서(1131, 1132, …, 113N)는 각 샘플 픽셀 그룹(G1. G2, …, GN)별 온도 감지 신호를 테스트 장치(130)로 전송할 수 있다(S103).
테스트 동작시 샘플 픽셀 그룹(G1, G2, …, GN) 내 샘플 액티브 픽셀은 차광되고, 테스트 장치(130)는 샘플 픽셀 그룹(G1, G2, …, GN)별 온도 감지 신호, 샘플 광차단 픽셀로부터의 광학 다크 신호 및 샘플 액티브 픽셀로부터의 액티브 다크 신호를 수신하여 다크 레벨 보정값을 결정할 수 있다(S105). 일 실시예에서, 복수의 샘플 픽셀 그룹의 동작 온도 별로 다크 레벨 보정값이 산출되고, 이에 기초하여 미측정 온도에서의 다크 레벨 보정값을 예측할 수 있다.
테스트 장치(130)는 샘플 픽셀의 액티브 다크 신호와 광학 다크 신호의 레벨 차이를 보상할 때 부가할 페데스탈의 보정 계수를 동작 온도 별로 도출할 수 있다(S107). 일 실시예에서, 복수의 샘플 픽셀 그룹의 동작 온도 별로 페데스탈 보정 계수가 산출되고, 이에 기초하여 미측정 온도에서의 페데스탈 보정 계수를 예측할 수 있다.
페데스탈 보정계수는 샘플 픽셀의 동작 온도 별로, 광학 다크 신호에 대한 액티브 다크 신호의 비율에 따라 결정될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 단계 S105 및 S107에서 동작 온도별로 산출 및/또는 예측된 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정계수는 룩업 테이블 형태로 구성되거나, 온도별로 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정계수를 획득할 수 있는 산출식을 연산하도록 구현된 하드웨어와 소프트웨어가 조합된 처리부 형태로 구현될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 의한 전자 장치의 구성도로서, 이미지 센서를 이용한 촬상 장치를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 전자 장치(20)는 이미지 센서(1000), 이미지 신호 프로세서(ISP, 2000) 및 디스플레이(3000)를 포함할 수 있다. 전자 장치(20)는 디지털 카메라 또는 디지털 카메라가 부착된 휴대용 전자 장치, 예를 들어, 이동 전화기, 스마트폰 또는 태블릿 PC(tablet personal computer) 등일 수 있다.
이미지 센서(1000)는 예를 들어, CMOS 이미지 센서일 수 있으며, 이미지 신호 프로세서(2000)의 제어에 따라 렌즈(4000) 통해 입사되는 광에 따라 피사체(object)를 센싱하고, 생성된 이미지 데이터를 이미지 신호 프로세서(2000)로 출력한다. 이미지 신호 프로세서(2000)는 이미지 센서(1000)에서 출력된 이미지 신호를 디지털화하고, 디지털화된 이미지 신호를 디스플레이(3000)로 전송한다.
이미지 센서(1000)와 이미지 신호 프로세서(2000)는 마더보드와 같은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB), 집적 회로(Integrated Circuit, IC), 또는 SoC(System on Chip)로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 이미지 센서(1000)와 이미지 신호 프로세서(2000)는 하나의 패키지, 예를 들어, MCP(Multi Chip Package) 또는 SiP(System in Package)로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 이미지 센서(1000)는 별개의 칩으로, 예를 들어, CMOS 이미지 센서 칩으로 구현될 수 있다.
이미지 센서(1000)를 제조하는 단계에서 상술한 도 1 내지 도 6에서 설명한 테스트 시스템 및 방법을 통해 보정 데이터를 도출할 수 있으며, 도출된 보정 데이터 또는 보정 데이터를 산출할 수 있는 처리부가 이미지 신호 프로세서(2000)의 저장 공간에 저장되어, 피사체를 디지털 신호로 변환할 대 반영될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 의한 전자 장치의 상세 구성도이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 의한 전자 장치(20-1)는 이미지 센서(1000) 및 ISP(2000)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(1000)는 픽셀 어레이(pixel array; 1100), 로우 드라이버(row driver; 1200), 상관이중 샘플링부(CDS; correlated double sampling) (1300), 아날로그 디지털 컨버터(analog digital converter(ADC); 1400), 타이밍 제너레이터(Timing Gen; 1500), 램프 신호 발생기(Ramp Gen; 1600), 제어 레지스터(Control Register; 1700) 및 버퍼(buffer; 1800)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(1100)는 액티브 픽셀(APX)이 형성된 액티브 픽셀 영역(active pixel region; 117A) 및 광학 블랙 픽셀(OBPX)이 형성된 광학 블랙 픽셀 영역(117B)을 포함하고, 더미 영역(117C)을 더 포함할 수 있다.
복수의 단위 액티브 픽셀(APX)들은 각각 로우 라인들(row lines) 중 하나 및 컬럼 라인들(column lines) 중 하나와 연결될 수 있다. 단위 액티브 픽셀(APX)들 각각은 빛의 파장들에 상응하는 액티브 신호를 생성하여, 즉 광학적 이미지 정보를 전기적 이미지 신호로 변환하여 컬럼 라인들(column lines)을 통하여 상관 이중 샘플러(200)로 출력할 수 있다. 복수의 액티브 픽셀들(APX) 각각은 광 감지 소자, 예를 들어 포토(photo) 다이오드, 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode), 또는 포토 게이트(photo gate)로 구현될 수 있다.
복수의 액티브 픽셀들(APX) 각각은 도 4에 도시한 구조를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
광학 블랙 픽셀 영역(117B)에 구성되는 복수의 광학 블랙 픽셀들(OBPX)은 입사된 빛을 차단시켜 다크 레벨을 가지는 광학 블랙 신호를 생성한다. 실시 예에 따라 복수의 광학 블랙 픽셀들(OBPX) 각각은 광 감지 소자를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다.
일 실시예에서, 픽셀 어레이(1100)는 도 1, 도 2b 및 도 5에 도시한 샘플 픽셀 어레이 및 온도 센서 회로(113)를 구비할 수 있고, 이로부터 온도를 검출하는 온도 검출부(1331)를 추가로 더 포함할 수 있다.
제어 레지스터(1700)는 타이밍 제너레이터(1500), 램프 신호 발생기(1600), 및 버퍼(180) 각각의 동작을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 신호를 생성할 수 있다.
로우 드라이버(1200)는 픽셀 어레이(1100)를 행(row) 단위로 구동한다. 즉, 로우 드라이버(1200)는 픽셀 어레이(110)에 구현된 복수의 행들 중에서 어느 하나의 행을 선택하기 위한 행 선택 신호를 생성할 수 있다.
복수의 액티브 픽셀들(APX) 각각은 입사된 빛을 감지하여 액티브 신호를 CDS(1300)로 출력한다. 또한, 복수의 광학 블랙 픽셀들(OBPX) 각각은 광학 블랙 신호를 CDS(1300)로 출력한다.
CDS(1300)는 수신된 액티브 신호 및 광학 블랙 신호 각각에 대하여 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, CDS(1300)는 타이밍 제너레이터(1500)로부터 제공된 클럭 신호에 따라, 기준 전압 레벨과 수신된 전기적 이미지 신호의 전압 레벨을 유지(hold) 및 샘플링하여 그 차이에 해당하는 아날로그적 신호를 ADC(1400)로 전송할 수 있다.
ADC(1400)는 램프 신호 발생기(1600)로부터 생성된 램프 신호와 CDS(1300)로부터 출력되는 상관 이중 샘플링된 신호들 각각을 비교하여 복수의 비교 신호들을 출력하고, 클럭 신호에 응답하여 복수의 비교 신호들 각각이 천이되는 시간을 카운트한 값들을 버퍼(1800)로 전송할 수 있다.
버퍼(1800)는 ADC(1400)로부터 출력된 카운트 값, 즉 복수의 디지털 액티브 신호를 임시 저장한 후 센싱 및 증폭하여 출력할 수 있다. 이 때, 버퍼(1800)로 입력되는 디지털 액티브 신호들은 광전변환소자에 의해 유발되는 다크 커런트를 포함한다.
ISP(2000)는 이미지 센서(1000)의 버퍼(1800)로부터 전송되는 디지털 이미지 신호에 다크 레벨 보정값 및 페데스탈의 보정계수를 반영하여 오프셋을 조절할 수 있다.
ISP(2000)는 프로세서(2010), 메모리(2020), 온도 검출부(2030) 및 인터페이스 회로(2040)를 포함할 수 있다.
프로세서(2010)는 ISP(2000)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다.
메모리(205)는 OTP(one time programmable) 메모리로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
온도 검출부(2030)는 온도에 따른 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정계수를 결정하기 위해 이미지 센서(1000)의 동작 온도를 검출한다. 실시 예에 따라, 온도 검출부(2030)는 ISP(2000)의 외부에 구현될 수도 있다.
인터페이스 회로(2040)는 전자 장치(20-1)와 외부 장치와의 통신 환경을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 테스트 시스템(10)에 의해 도출한 보정 데이터 즉, 동작 온도별 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정계수는 메모리(2020)에 룩업 테이블(LuT, 2021) 형태로 저장될 수 있다.
프로세서(2010)는 온도 검출부(2030)로부터 수신한 온도 검출 신호에 따라, 이미지 센서(1000)의 동작 온도를 파악하고, 룩업 테이블(2021)을 참조하여 온도에 대응하는 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정 계수를 포함하는 보정 데이터를 추출할 수 있다. 그리고, 추출된 보정 데이터를 이미지 센서(1000)로부터 출력되는 디지털 이미지 신호에 반영하여 오프셋을 조절한 후 인터페이스 회로(2040)를 통해 외부 장치, 예를 들어 디스플레이 장치로 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 테스트 시스템(10)을 통해 도출한 동작 온도별 보정 데이터 산출식을 연산하도록 구현된 처리부가 프로세서(2010)에 구비될 수 있다. 프로세서(2010)는 온도 검출부(2030)로부터 수신한 온도 검출 신호에 따라, 이미지 센서(1000)의 동작 온도를 파악하고, 산출식을 연산하여 현재 동작 온도에서의 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정 계수를 포함하는 보정 데이터를 산출할 수 있다. 그리고, 산출된 보정 데이터를 이미지 센서(1000)로부터 출력되는 디지털 이미지 신호에 반영하여 오프셋을 조절한 후 인터페이스 회로(2040)를 통해 외부 장치로 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 픽셀 어레이(1100)가 도 1, 도 2b 및 도 5에 도시한 샘플 픽셀 어레이 및 온도 센서 회로(113)를 구비하는 경우, 프로세서(2010)에 다크 레벨 보정값 결정부(1333) 및 페데스탈 보정계수 도출부(1335)를 구성하여 샘플 픽셀 그룹별 온도에 따른 보정 데이터를 도출할 수 있다. 특히, 픽셀 어레이(1100)에 온도 검출부(1331)가 구비되는 경우 ISP(2000) 내의 온도 검출부(2030)는 생략하는 것도 가능하다.
도 9는 일 실시예에 의한 전자 장치의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 전자 장치(5000)는 이미지 처리부(5100), 통신부(5200), 오디오 처리부(5300), 디스플레이 장치(5400), 버퍼 메모리(5500), 불휘발성 메모리(5600), 사용자 인터페이스(5700) 및 메인 프로세서(5800)를 포함할 수 있다.
이미지 처리부(5100)눈 렌즈(5110)를 통해 광 신호를 수신할 수 있다. 이미지 처리부(5100)에 포함되는 이미지 센서(5120) 및 이미지 신호 프로세서(5130)는 수신되는 광 신호에 기초하여, 피사체를 센싱한 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(5120) 및 이미지 신호 프로세서(5130)는 도 7 및 도 8에서 설명한 이미지 센서 및 이미지 신호 프로세서의 기능을 포함할 수 있다.
통신부(5200)는 안테나(5210)를 통해 외부 장치와 신호를 교환할 수 있다. 통신부(5200)의 송수신기(5220) 및 MODEM(Modulator/Demodulator, 5230)은 다양한 무선 통신 규약에 따라, 외부 장치와 교환되는 신호를 처리할 수 있다.
오디오 처리부(5300)는 오디오 신호 프로세서(5310)를 이용하여 음성 신호를 처리할 수 있다. 오디오 처리부(5300)는 마이크(5320)를 통해 음성 신호를 수신하여 디지털 처리할 수 있고, 오디오 신호를 재생하여 스피커(5330)를 통해 출력할 수 있다.
디스플레이 장치(5400)는 외부 장치(예를 들어, 메인 프로세서(5800))로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터에 기초하여 디스플레이 패널을 통해 영상을 표시할 수 있다.
버퍼 메모리(5500)는 전자 장치(5000)의 동작에 이용되는 데이터를 저장할 수 있다. 예시적으로, 버퍼 메모리(5500)는 메인 프로세서(5800)에 의해 처리된 또는 처리될 데이터를 일시적으로 저장할 수 있다. 예시적으로, 버퍼 메모리(5500)는 SRAM(Static Random Access Memory), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, 및/또는 PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magneto-resistive RAM), ReRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferro-electric RAM) 등과 같은 불휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
불휘발성 메모리(5600)는 전력 공급과 무관하게 데이터를 저장할 수 있다. 예시적으로, 불휘발성 메모리(5600)는 플래시 메모리, PRAM, MRAM, ReRAM, FRAM 등과 같은 다양한 불휘발성 메모리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적으로, 불휘발성 메모리(5600)는 SD(Secure Digital) 카드와 같은 착탈식 메모리, 및/또는 eMMC(Embedded Multimedia Card)와 같은 내장(Embedded) 메모리를 포함할 수 있다.
사용자 인터페이스(5700)는 사용자와 전자 장치(5000) 사이의 통신을 중재할 수 있다. 예시적으로, 사용자 인터페이스(5700)는 키패드, 버튼, 터치 스크린, 터치 패드, 자이로스코프 센서, 진동 센서, 가속 센서 등과 같은 입력 인터페이스를 포함할 수 있다. 예시적으로, 사용자 인터페이스(5700)는 모니터, LED 램프 등과 같은 출력 인터페이스를 포함할 수 있다.
메인 프로세서(5800)는 전자 장치(5000)의 구성 요소들의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 메인 프로세서(5800)는 전자 장치(5000)를 동작시키기 위해 다양한 연산을 처리할 수 있다. 예시적으로, 메인 프로세서(5800)는 범용(General-purpose) 프로세서, 전용(Special-purpose) 프로세서, 어플리케이션(Application) 프로세서, 마이크로프로세서 등과 같이, 하나 이상의 프로세서 코어를 포함하는 연산 처리 장치/회로로 구현될 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 이미지 센서 테스트 시스템
110 : 이미지 센서
120 : 인터페이스 회로
130 : 테스트 장치
110 : 이미지 센서
120 : 인터페이스 회로
130 : 테스트 장치
Claims (17)
- 방열 특성이 상이한 복수의 샘플 픽셀 그룹; 및
상기 샘플 픽셀 그룹 각각에 접속되는 복수의 온도 센서;
를 포함하는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 샘플 픽셀 그룹 각각은 광학 다크 픽셀 및 액티브 픽셀을 포함하도록 구성되는 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 샘플 픽셀 그룹 각각은 광전변환소자를 포함하는 기판;
상기 기판 상에 형성된 그리드패턴;
상기 그리드패턴을 포함하는 전체 구조 상에 형성되는 방열층;
상기 방열층 상에 형성되는 컬러필터; 및
상기 컬러필터 상에 형성되는 집광소자층;을 포함하고,
상기 방열층의 두께는 상기 샘플 픽셀 그룹 별로 상이하도록 형성되는 이미지 센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 방열층은 SiO2를 포함하는 절연물질 중에서 선택되는 이미지 센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 방열층은 에어갭으로 구성되는 이미지 센서. - 방열 특성이 상이한 복수의 샘플 픽셀 그룹 및, 상기 샘플 픽셀 그룹 각각에 접속되는 복수의 온도 센서를 포함하는 이미지 센서;
상기 복수의 온도 센서로부터 상기 샘플 픽셀 그룹 각각의 온도 감지 신호를 수신하여 상기 샘플 픽셀 그룹별 동작 온도를 판단하는 온도 검출부; 및
상기 샘플 픽셀 그룹 각각으로부터 다크 커런트를 수신하여 상기 동작 온도별 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정 계수를 포함하는 보정 데이터를 도출하도록 구성되는 테스트 장치;
를 포함하는 이미지 센서 테스트 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 테스트 장치는 상기 이미지 센서로 단일 온도 신호를 전송하여 가열하는 테스트 패턴 생성부를 더 포함하도록 구성되는 이미지 센서 테스트 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 온도 검출부는 상기 이미지 센서와 함께 패키징되거나 상기 테스트 장치와 함께 패키징되는 이미지 센서 테스트 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 샘플 픽셀 그룹 각각은 광학 다크 픽셀 및 액티브 픽셀을 포함하도록 구성되고,
상기 테스트 장치는, 상기 광학 다크 픽셀의 광학 블랙 신호와, 상기 액티브 픽셀의 액티브 블랙 신호에 기초하여 상기 동작 온도별 상기 보정 데이터를 도출하도록 구성되는 이미지 센서 테스트 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 샘플 픽셀 그룹 각각은 광전변환소자를 포함하는 기판과 집광 소자층 사이에 방열층을 구비하고,
상기 방열층의 두께는 상기 샘플 픽셀 그룹 별로 상이하도록 형성되는 이미지 센서 테스트 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 방열층은 SiO2를 포함하는 절연물질 중에서 선택되는 이미지 센서 테스트 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 방열층은 에어갭으로 구성되는 이미지 센서 테스트 시스템. - 방열 특성이 상이한 복수의 샘플 픽셀 그룹과 상기 샘플 픽셀 그룹 각각에 접속되는 복수의 온도 센서를 포함하는 이미지 센서의 테스트 방법으로서,
테스트 장치가, 상기 복수의 샘플 픽셀 그룹 각각의 동작 온도를 수신하는 단계;
상기 테스트 장치가, 상기 샘플 픽셀 그룹 각각으로부터 다크 커런트를 수신하는 단계; 및
상기 동작 온도별 다크 레벨 보정값 및 페데스탈 보정 계수를 포함하는 보정 데이터를 도출하는 단계;
를 포함하도록 구성되는 이미지 센서 테스트 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 샘플 픽셀 그룹 각각은 광학 다크 픽셀 및 액티브 픽셀을 포함하도록 구성되고,
상기 다크 커런트를 수신하는 단계는, 상기 광학 다크 픽셀의 광학 블랙 신호와, 상기 액티브 픽셀의 액티브 블랙 신호를 각각 수신하는 단계를 포함하는 이미지 센서 테스트 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 샘플 픽셀 그룹 각각은 광전변환소자를 포함하는 기판과 집광 소자층 사이에 방열층을 구비하고, 상기 방열층의 두께는 상기 샘플 픽셀 그룹 별로 상이하도록 형성되는 이미지 센서 테스트 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 테스트 장치가, 상기 이미지 센서로 단일 온도 신호를 전송하여 가열하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 테스트 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 동작 온도를 수신하는 단계는, 상기 이미지 센서의 내부 또는 외부에 구비된 온도 검출부가 상기 복수의 온도 센서로부터 온도 감지 신호를 수신하여 상기 동작 온도를 검출하는 단계; 및
상기 온도 검출부가 상기 테스트 장치로 상기 동작 온도를 전송하는 단계;
를 더 포함하는 이미지 센서 테스트 방법.
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