KR20230063232A - 이미지 센서, 그 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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KR20230063232A
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김정우
정명화
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삼성전자주식회사
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Abstract

이미지 센서, 그 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 장치가 개시된다.
이미지 센서는, 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이, 제1 선택/리드아웃 회로, 제2 선택/리드아웃 회로, 픽셀 어레이의 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하도록 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어하는 제어부를 포함한다. 제1 선택/리드아웃 회로는, 제1방향으로 픽셀 어레이의 픽셀을 선택하는 신호를 제공하고, 제1방향에 대응하는 방향으로 픽셀 어레이로부터 수신되는 복수의 픽셀 신호를 리드아웃하며, 제2 선택/리드아웃 회로는, 제2방향으로 픽셀 어레이의 픽셀을 선택하는 신호를 제공하고, 제2방향에 대응하는 방향으로 픽셀 어레이로부터 수신되는 복수의 픽셀 신호를 리드아웃한다.

Description

이미지 센서, 그 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 장치 {Image sensor, method for operating thereof and electronic device including the same}
이미지 센서, 그 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 장치가 개시된다.
이미지 센서는 최소단위인 픽셀을 어레이화하여 2차원 평면 구조를 형성하고, 광학계를 이용하여 시야 영역의 광을 수신하여 영상을 촬영한다.
이미지 센서의 해상도 향상 요구에 따라 이미지 센서가 생성하는 이미지 데이터의 크기 역시 증가하고 있다. 그러나 이미지 센서가 적용되는 전자 장치의 물리적인 규격 한계로 인해, 이미지 센서 모듈의 크기가 제한되며, 고화질 구현을 위해 단순히 이미지 센서의 해상도를 높이는 경우, 프레임 레이트(frame rate) 저하가 발생할 수 있다. 이러한 단순한 해상도 향상은 정보량을 증가시켜 리드-아웃 회로와 인터페이스 속도에 부하를 발생시켜 화면 전환 속도가 저하된다.
이미지 센서는 2차원 픽셀 어레이 구조를 가지며 Row-by-Row 순서로 리드아웃을 수행한다. 영상의 관심 영역만 리드아웃하는 것은 불가능하며 전체 정보를 순차적으로 리드아웃한 후 관심 영역의 정보를 처리할 수 있다. 따라서, 고 해상도로 구성된 이미지 센서에서 특정 영역에 관심 정보가 있는 경우, 이미지 센서의 전체 정보를 리드아웃하고, 후처리를 통해 관심 영역의 정보를 축출할 수 있다.
특정 영역의 픽셀 정보를 선택적으로 리드아웃할 수 있는 이미지 센서, 그 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 유형에 따른 이미지 센서는, 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이; 로우 및 컬럼 중 어느 한 방향을 제1방향, 나머지 한 방향을 제2방향이라 할 때, 상기 제1방향으로 상기 픽셀 어레이의 픽셀을 선택하는 신호를 제공하고, 상기 제1방향에 대응하는 방향으로 상기 픽셀 어레이로부터 수신되는 복수의 픽셀 신호를 리드아웃하는 제1 선택/리드아웃 회로; 상기 제2방향으로 상기 픽셀 어레이의 픽셀을 선택하는 신호를 제공하고, 상기 제2방향에 대응하는 방향으로 상기 픽셀 어레이로부터 수신되는 복수의 픽셀 신호를 리드아웃하는 제2 선택/리드아웃 회로; 및 상기 픽셀 어레이의 픽셀을 선택하고, 상기 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하도록 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제1방향으로 상기 픽셀 어레이의 픽셀에 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제1선택 라인과, 상기 제1방향에 대응하는 방향으로 상기 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하기 위한 복수의 제1전송 라인을 포함하며, 상기 제2방향으로 상기 픽셀 어레이의 픽셀에 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제2선택 라인과, 상기 제2방향에 대응하는 방향으로 상기 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 리드아웃하기 위한 복수의 제2전송 라인을 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1선택 라인 중 신호가 인가되는 적어도 하나의 선택 라인과, 상기 복수의 제2선택 라인 중 신호가 인가되는 적어도 하나의 선택 라인이 전기적으로 연결되어는 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 리드아웃할 수 있다.
상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로는, 각각 제1 및 제2 ADC 회로를 포함하며, 상기 제1 ADC 회로는 상기 제1전송 라인을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하며, 상기 제2 ADC 회로는 상기 제2전송 라인을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 픽셀 어레이의 관심 영역의 중심부에서 방사형으로 픽셀 정보를 축출하도록 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 픽셀 정보를 축출하는 픽셀의 시퀀스가 나선형을 이루도록, 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어할 수 있다.
상기 관심 영역은 상기 픽셀 어레이의 중심 영역을 포함하거나 비포함하는 소정 범위에 해당할 수 있다.
상기 제어부는, 해상도를 가변하도록 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 픽셀 어레이의 비연속적인 영역에서 픽셀 정보를 축출하도록 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 픽셀 어레이의 기본 해상도보다 낮은 해상도로 픽셀 정보를 축출하도록 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀로부터 픽셀 신호를 리드아웃할 수 있다.
일 유형에 따른 전자 장치는, 피사체로부터 반사된 광을 수신하는 상기한 이미지 센서와; 상기 이미지 센서로부터 신호를 처리하는 프로세서를 포함한다.
일 유형에 따른 이미지 센서 동작 방법은, 로우 및 컬럼 중 어느 한 방향을 제1방향, 나머지 한 방향을 제2방향이라 할 때, 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이의 픽셀에 상기 제1방향으로 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제1선택 라인 중 적어도 하나의 선택 라인과, 상기 제2방향으로 상기 픽셀 어레이의 픽셀에 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제2선택 라인 중 적어도 하나의 선택 라인이 상기 픽셀 어레이의 픽셀에 전기적으로 연결되어 픽셀을 선택하도록 상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호를 인가하는 단계; 및 상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호가 인가되어 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하는 단계;를 포함한다.
상기 제1방향을 따르는 복수의 제1전송 라인과 상기 제2방향을 따르는 복수의 제2전송 라인 중 적어도 하나를 통해 상기 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃할 수 있다.
상기 제1전송 라인을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하는 단계; 및 상기 제2전송 라인을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 픽셀 어레이의 관심 영역을 설정하는 단계;를 더 포함하며, 상기 픽셀 어레이의 관심 영역의 중심부에서 방사형으로 픽셀 정보를 축출하도록 상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호를 인가할 수 있다.
상기 픽셀 정보를 축출하는 픽셀의 시퀀스가 나선형을 이루도록 상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호를 인가할 수 있다.
상기 관심 영역은 상기 픽셀 어레이의 중심부를 포함하거나, 중심부를 비포함하는 소정 범위에 해당할 수 있다.
상기 픽셀 어레이의 비연속적인 역역에서 픽셀 정보를 축출하도록 상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호를 인가하여, 상기 픽셀 어레이의 기본 해상도보다 낮은 해상도로 픽셀 정보를 축출할 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서 및 그 동작 방법에 따르면, 특정 영역의 정보를 먼저 리드아웃하는 비 순차적 방식으로 픽셀 정보를 리드아웃할 수 있어, 특정 영역의 정보만 필요한 경우 해당 영역의 정보만 축출할 수 있으므로, 필요한 정보를 처리하기 위한 메모리 용량 및 리드아웃 시간이 감소되며, 후처리 프로세싱 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 고 해상도 이미지 센서를 적용하는 경우, 필요에 따라 다양한 해상도로 응용이 가능하므로, 어플리케이션에 따른 활용성을 증가시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 보인 블록도이다.
도 2는 도 1의 이미지 센서의 픽셀 어레이에서 픽셀 정보를 축출하는 오퍼레이션의 일 예를 예시적으로 보여준다.
도 3은 픽셀 어레이의 관심 영역(Region of Interest, ROI: 해칭 부분)의 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하는 예를 보여준다.
도 4는 픽셀 어레이의 이격된 복수의 영역의 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하는 예를 보여준다.
도 5는 실시예에 따른 이미지 센서의 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 예시적으로 보여준다.
도 6a 내지 도 6c는 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 중심으로부터 방사형으로 픽셀 정보를 축출하는 과정을 예시적으로 보여준다.
도 7은 실시예에 따른 이미지 센서의 동작 방법의 일 예를 보인 순서도이다.
도 8은 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 10은 도 9의 전자 장치에 구비되는 따른 카메라 모듈의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위, 아래, 좌, 우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위, 아래, 좌, 우에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있으며, 반드시 기재된 순서에 한정되는 것은 아니다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 이미지 센서(10)를 개략적으로 보인 블록도이다. 도 2는 도 1의 이미지 센서(10)의 픽셀 어레이(13)에서 픽셀 정보를 축출하는 오퍼레이션의 일 예를 예시적으로 보여준다. 도 1 및 도 2에서는 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)의 입력단에 제1전송 라인(DL1) 및 제2전송 라인(DL2)을 통해 각각 전달되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하는 ADC1, ADC2가 도시되어 있는데, 이는 제1 선택/리드아웃 회로(15)의 ADC 회로와 제1전송 라인(DL1)과의 연결 관계 및 제2 선택/리드아웃 회로(17)의 ADC 회로와 제2전송 라인(DL2)과의 연결 관계를 보이기 위한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는, 픽셀 어레이(13), 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(Selection/Readout Circuitry, 15,17), 제어부(Controller, 19)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(13)는 복수의 픽셀(PX)을 포함한다. 로우 및 컬럼 중 어느 한 방향을 제1방향, 나머지 한 방향을 제2방향이라 할 때, 제1 선택/리드아웃 회로(15)는 제1방향 예컨대, 컬럼 방향으로 픽셀 어레이(13)의 픽셀(PX)을 선택하는 신호를 제공하고, 제1방향으로 픽셀 어레이(13)의 선택된 픽셀로부터 수신되는 픽셀 신호를 리드아웃하도록 마련된다. 제2 선택/리드아웃 회로(17)는 제2방향 예컨대, 로우 방향으로 픽셀 어레이(13)의 픽셀(PX)을 선택하는 신호를 제공하고, 제2방향으로 픽셀 어레이(13)의 선택된 픽셀(PX)로부터 수신되는 픽셀 신호를 리드아웃 하도록 마련된다. 제어부(19)는 픽셀 어레이(13)의 선택된 픽셀에 제어 신호들을 제공하고, 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하도록 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 제어한다.
픽셀 어레이(13)는 제1방향 및 제2방향을 따라 2차원으로 배열된 복수의 픽셀(PX)을 포함한다. 픽셀 어레이(13)는 제1방향으로 복수의 픽셀(PX)에 접속되는 제1선택 라인(SL1) 및 제1전송 라인(DL1) 배열, 제2방향으로 픽셀(PX)에 접속되는 제2선택 라인(SL2) 및 제2전송 라인(DL2) 배열을 포함한다. 본 실시예에 따른 이미지 센서(10)에 있어서, 픽셀 어레이(13)는 연속적인 영역 또는 비연속적인 영역에서 픽셀 정보를 축출하도록 구동될 수 있다.
픽셀 어레이(13)의 각 픽셀(PX)은 광감지 소자와 픽셀 회로를 포함할 수 있다. 각 픽셀(PX)의 광감지 소자는, 수신되는 광을 센싱하여 전기 신호로 변환한다. 각 픽셀(PX)의 픽셀 회로는 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)로부터 제1선택 라인(SL1) 및 제2선택 라인(SL2)를 통해 입력되는 선택 신호에 따라 선택된 픽셀의 정보를 제1전송 라인(DL1) 및/또는 제2전송 라인(DL2)를 통해 리드아웃하도록 구동된다.
픽셀 회로는 제1 선택/리드아웃 회로(15)와 제2 선택/리드아웃 회로(17) 둘다로부터 선택 신호가 인가될 때, 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 출력하도록 마련될 수 있다. 제1 선택/리드아웃 회로(15)로부터 인가되는 선택 신호를 제1선택 신호, 제2 선택/리드아웃 회로(17)로부터 인가되는 선택 신호를 제2선택 신호라 할 때, 제1선택 신호와 제2선택 신호는 동일 신호이거나, 다른 신호일 수 있다. 픽셀 회로는 제1 및 제2선택 신호가 인가될 때, 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 출력하도록 마련될 수 있다. 제1선택 신호와 제2선택 신호는 서로 다른 신호이고, 픽셀 회로는 제1 및 제2선택 신호에 따라 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 출력하는 방향 즉, 제1 선택/리드아웃 회로(15)쪽으로 출력할지, 제2 선택/리드아웃 회로(17)쪽으로 출력할지를 스위칭하도록 마련될 수 있다. 또한, 픽셀 회로는 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 제1 선택/리드아웃 회로(15)와 제2 선택/리드아웃 회로(17)쪽으로 모두 출력하도록 마련될 수도 있다.
픽셀 어레이(13)는 예를 들어, 서로 상이한 색상의 신호를 센싱하는 픽셀(PX)들이 열방향 및 행방향으로 반복적으로 배치될 수 있다. 여기서, 열방향 및 행방향 중 어느 하나는 제1방향, 나머지 하나는 제2방향에 해당할 수 있다. 각 픽셀(PX)에는 빛을 감지하고, 감지된 빛을 광전하로 변환하도록 광 감지 소자가 구비될 수 있다. 픽셀 어레이(13)는 각 픽셀(PX)의 광 감지 소자에서 광전 변환된 픽셀 신호를 얻도록 픽셀 회로를 구비할 수 있다. 광 감지 소자는 무기 포토(photo) 다이오드, 유기 포토 다이오드, 페로브 스카이트 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photodiode) 등과 같이, 유기 물질 또는 무기 물질로 구성되는 광 감지 소자일 수 있다.
복수의 픽셀(PX)들 각각의 상부, 또는 인접한 픽셀들로 구성되는 픽셀 그룹들 각각의 상부에 집광을 위한 마이크로 렌즈가 배치될 수 있다. 복수의 픽셀(PX)들 각각은 마이크로 렌즈를 통해 수신된 빛으로부터 특정 스펙트럼 영역의 빛을 감지할 수 있다.
예를 들어, 픽셀 어레이(13)는 적색광을 전기 신호로 변환하는 적색 픽셀(R), 녹색광을 전기 신호로 변환하기 위한 녹색 픽셀(G), 및 청색광을 전기 신호로 변환하기 위한 청색 픽셀(B)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀(PX)들 각각의 상부에는 특정 칼라의 광을 투과시키기 위한 칼라 필터가 배치될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 픽셀 어레이(13)는 적색, 녹색 및 청색 외에 다른 스펙트럼 영역의 광을 전기 신호로 변환하는 픽셀들을 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 복수의 픽셀(PX)들은 멀티-레이어 구조를 가질 수도 있다. 멀티-레이어 구조의 픽셀은 서로 다른 스펙트럼 영역의 광을 전기 신호로 변환하는 적층된 광 감지 소자들을 포함하며, 광 감지 소자들로부터 서로 다른 칼라광에 대응하는 전기 신호들이 생성될 수 있다. 즉, 하나의 픽셀(PX)에서 복수의 칼라광에 대응하는 전기 신호들이 출력될 수 있다.
픽셀 어레이(13)는 상이한 세가지 이상 칼라의 픽셀(PX)이 반복적으로 배열되는 다양한 패턴 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(13)는 도 3 및 도 4에 예시적으로 보인 바와 같은 RGB 베이어 패턴 구조를 가질 수 있다. 픽셀 어레이(13)에서, 적색 픽셀(R), 녹색 픽셀(G), 예컨대 제1 녹색 픽셀(G)이 배열되는 행과 또 다른 녹색 픽셀(G), 예컨대 제2 녹색 픽셀(G) 및 청색 픽셀(B)이 배열되는 행이 반복적으로 배열되며, 제1 녹색 픽셀(G) 및 제2 녹색 픽셀(G)은 서로 대각선 상에 위치할 수 있다. 즉, 녹색 픽셀(G)은 모든 행에 배치되고, 적색 픽셀(R) 및 청색 픽셀(B)은 각 행마다 엇갈리게 배치될 수 있다. 이와 같이, 픽셀 어레이(13)는 2개의 녹색 픽셀(G), 1개의 적색 픽셀(R), 1개의 청색 픽셀(B)을 포함하는 단위 픽셀이 베이어 패턴을 이루도록 배치될 수 있다. 도 3 및 도 4에서는 픽셀 어레이(13)가 RGB 베이어 패턴 구조를 가지는 경우를 보여주는데, 이는 예시적인 것으로, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며, 상이한 세가지 이상 칼라의 픽셀(PX)이 반복적으로 배열되는 다양한 패턴이 픽셀 어레이(13)에 적용될 수 있다.
제1 선택/리드아웃 회로(15)는 제1방향으로 제1선택 라인(SL1)을 통해 픽셀 어레이(13)의 픽셀(PX)을 선택하는 신호를 제공하고, 제1방향에 대응하는 방향(제1방향 또는 그 반대 방향) 으로 제1전송 라인(DL1)을 통해 픽셀 어레이(13)로부터 수신되는 픽셀 신호를 리드아웃한다. 제1 선택/리드아웃 회로(15)는, 제1방향으로 픽셀 어레이(13)에 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제1선택 라인(SL1)과, 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 제1방향에 대응하는 방향으로 제1 선택/리드아웃 회로(15)로 전송하기 위한 복수의 제1전송 라인(DL1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 선택/리드아웃 회로(15)는 제1전송 라인(DL1)을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하는 ADC 회로(도 5의 21)를 포함할 수 있다. ADC 회로(21)는 각 제1전송 라인(DL1)에 대해 ADC1를 구비하여, 각 제1전송 라인(DL1)을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환할 수 있다.
제2 선택/리드아웃 회로(17)는 제2방향으로 제2선택 라인(SL2)을 통해 픽셀 어레이(13)의 픽셀(PX)을 선택하는 신호를 제공하고, 제2방향에 대응하는 방향(제2방향 또는 그 반대 방향)으로 제2전송 라인(DL2)를 통해 픽셀 어레이(13)로부터 수신되는 픽셀 신호를 리드아웃한다. 제2 선택/리드아웃 회로(17)는, 제2방향으로 픽셀 어레이(13)에 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제2선택 라인(SL2)과, 2방향으로 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 제2방향에 대응하는 방향으로 제2 선택/리드아웃 회로(15)로 전송하기 위한 복수의 제2전송 라인(DL2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 선택/리드아웃 회로(17)는 제2전송 라인(DL2)을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하는 ADC 회로(도 5의 121)를 포함할 수 있다. ADC 회로(121)는 각 제2전송 라인(DL2)에 대해 ADC2를 구비하여, 각 제2전송 라인(DL2)을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환할 수 있다.
제1 선택/리드아웃 회로(15)로부터 선택 신호가 인가되는 제1선택 라인(SL1)과 제2 선택/리드아웃 회로(17)로부터 선택 신호가 인가되는 제2선택 라인(SL2)이 전기적으로 연결되는 픽셀이 선택되며, 선택된 픽셀로부터 생성되는 픽셀 신호는 해당 픽셀에 전기적으로 연결되는 제1전송 라인(DL1)을 통해 제1 선택/리드아웃 회로(15)로 전송되거나, 해당 픽셀에 전기적으로 연결되는 제2전송 라인(DL2)을 통해 제2 선택/리드아웃 회로(17)로 전송될 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는, 제1방향으로 복수의 픽셀(PX)에 접속되는 제1선택 라인(SL1) 및 제1전송 라인(DL1), 제2방향으로 복수의 픽셀(PX)에 접속되는 복수의 제2선택 라인(SL2) 및 제2전송 라인(DL2)을 포함하며, 제1선택 라인(SL1)에 선택 신호를 제공하고, 제1전송 라인(DL1)을 통해 전송되는 픽셀 신호를 리드아웃하는 제1 선택/리드아웃 회로(15)와, 제2선택 라인(SL2)에 선택 신호를 제공하고, 제2전송 라인(DL2)을 통해 전송되는 픽셀 신호를 리드아웃하는 제2 선택/리드아웃 회로(17)를 구비한다. 이러한 실시예에 따른 이미지 센서(10)는, 픽셀 어레이(13)의 특정 픽셀을 선택하고, 이 선택된 픽셀에서 생성된 픽셀 신호를 리드아웃할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)을 복수의 픽셀(PX)를 라인 단위로 선택하도록 구동함으로써, 픽셀 어레이(13)의 복수의 픽셀(PX)에서 생생된 픽셀 신호를 라인 단위로 리드아웃할 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는, 특정 픽셀에서 생성된 픽셀 신호를 선택적으로 리드아웃할 수 있으므로, 이미지 센서(10)의 특정 영역의 정보만을 리드아웃하여 관심 영역의 이미지만을 획득할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는, 이격된 복수의 영역에서만 정보를 리드아웃하며, 복수의 영역의 이격 거리를 변경하여 이미지 센서(10)에서 획득되는 이미지의 해상도를 의도에 따라 조절할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 이미지 센서(10)에 따르면, 픽셀 어레이(13)에서 이미지가 획득되는 영역이나 해상도 등을 사용자의 의도대로 조절할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 이미지 센서(10)에 따르면, 도 3에 예시적으로 보인 바와 같이, 픽셀 어레이(13)의 관심 영역(Region of Interest, ROI: 도 3에서 해칭 부분)의 모든 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하도록 구동 되거나, 관심 영역의 일부 선택된 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하도록 구동되거나, 관심 영역과 관심 영역 이외 영역에서 획득되는 이미지의 해상도를 달리하도록 구동될 수 있다.
도 3에서 해칭 영역은 픽셀 신호를 축출하도록 구동되는 픽셀들의 영역을 나타내는 것으로, 관심 영역에 해당할 수 있다. 도 3은 관심 영역의 모든 픽셀들이 픽셀 신호를 축출하는 경우를 예시적으로 보여주는데, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 관심 영역의 모든 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하도록 구동될 때, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 관심 영역에서의 이미지를 픽셀 어레이(13)의 기본 해상도 예컨대, 고해상도로 획득할 수 있다. 관심 영역의 일부 선택된 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하도록 구동될 때, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 관심 영역에서의 이미지를 픽셀 어레이(13)의 기본 해상도보다 낮은 해상도 즉, 저해상도로 획득할 수 있다. 이와 같이, 관심 영역에서 선택되는 픽셀들의 간격을 조절함에 의해 관심 영역에 대해 획득되는 이미지의 해상도를 조절할 수 있다. 또 다른 예로서, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 관심 영역에서 획득하는 이미지 해상도와 관심 영역 이외 영역에서 획득하는 이미지의 해상도를 달리하도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 관심 영역에서는 고해상도로 이미지를 획득하고, 비관심 영역에서는 저해상도로 이미지를 획득할 수 있다.
다른 예로서, 실시예에 따른 이미지 센서(10)에 따르면, 도 4에 예시적으로보인 바와 같이, 픽셀 어레이(13)의 전체 영역에서 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하도록 구동되거나, 픽셀 어레이(13)의 전체 영역 중 이격된 복수 영역의 픽셀들은 선택하고, 선택 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하도록 구동될 수 있다. 도 4에서 해칭 영역은 픽셀 신호를 축출하도록 구동되는 선택 픽셀들을 나타낸다. 도 4는 픽셀 어레이(13)의 이격된 복수 영역의 픽셀들을 선택하고, 선택된 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하는 예를 보여준다. 픽셀 어레이(13)의 전체 영역에서 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하도록 구동될 때, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 이미지를 픽셀 어레이(13)의 기본 해상도 즉, 고해상도로 획득할 수 있다. 픽셀 어레이(13)의 이격된 복수 영역의 픽셀들을 선택하고, 선택된 픽셀들의 픽셀 신호를 축출하도록 구동될 때, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 이미지를 픽셀 어레이(13)의 기본 해상도보다 낮은 해상도 즉, 저해상도로 획득할 수 있다. 픽셀들이 선택되는 복수 영역의 간격을 조절함에 의해 획득되는 이미지의 해상도를 조절할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조로 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서(10)에서, 픽셀 어레이(13)의 기본 해상도보다 낮은 해상도의 이미지 획득시, 픽셀 신호를 리드아웃하도록 선택되는 픽셀들은 연속적으로 위치하거나 적어도 일부가 불연속적으로 위치할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(13)의 적어도 하나의 선택된 픽셀을 포함하는 영역을 n픽셀(n은 1 이상의 자연수) 간격으로 선택하고, 선택된 픽셀들의 픽셀 신호들을 축출하도록 구동될 수 있다. 또한, 불규칙적인 간격으로 픽셀들을 선택하고 선택된 픽셀들의 픽셀 신호들을 축출하도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이(13)가 RGB 베이어 패턴 구조일 때, 일부 칼라 픽셀 예컨대, 적색 픽셀(R), 녹색 픽셀(G) 또는 청색 픽셀(B)의 픽셀 신호 또는 두가지 칼라 픽셀을 축출하도록 구동될 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서, 관심 영역은 픽셀 어레이(13)의 일부 영역 예컨대, 픽셀 어레이(13)의 중심부(C)을 포함하는 소정 범위에 해당할 수 있으며, 픽셀 어레이(13)의 중심에서 벗어난 소정 범위의 영역일 수도 있다. 또한, 관심 영역은 픽셀 어레이(13) 상의 서로 이격된 복수의 영역에 해당할 수 있다. 또한, 관심 영역은 픽셀 어레이(13)의 전체 영역일 수도 있다. 도 3에서는 관심 영역이 픽셀 어레이(13)의 중심부(C)를 포함하는 소정 범위인 경우를 예시적으로 보여준다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(19)는, 픽셀 어레이(13)의 선택된 픽셀에 제어 신호를 제공하고, 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하도록 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 제어한다.
관심 영역(ROI)의 정보를 리드아웃하는 경우, 제어부(19)는 예를 들어, 픽셀 어레이(13)의 관심 영역(ROI)의 중심부(C)에서 방사형으로 픽셀 정보를 축출하도록 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 제어할 수 있다.
도 2에 예시적으로 보인 바와 같이, 픽셀 어레이(13)의 관심 영역의 픽셀 정보를 축출하는 픽셀의 시퀀스(PS)가 나선형(18)을 이루도록, 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 제어함으로써, 픽셀 어레이(13)의 관심 영역(ROI)의 중심부(C)에서 방사형으로 픽셀 정보를 축출할 수 있다.
한편, 제어부(19)는 이미지 센서(10)에서 획득되는 이미지의 해상도를 가변하도록 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4를 참조로 전술한 바와 같이, 픽셀 어레이(13)의 비연속적인 복수의 영역에서 픽셀 정보를 리드아웃하는 경우, 제어부(19)가 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 제어하여, 픽셀 어레이(13)의 비연속적인 복수의 영역의 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀에서 픽셀 정보를 축출할 수 있다. 이 경우, 픽셀 어레이(13)의 기본 해상도보다 낮은 해상도로 픽셀 정보를 축출할 수 있다. 즉, 제어부(19)는, 픽셀 어레이(13)의 기본 해상도보다 낮은 해상도로 픽셀 정보를 축출하도록 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀로부터 픽셀 신호를 리드아웃하도록 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(19)로 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 제어하여, 선택 픽셀을 포함하는 비연속적인 복수의 영역의 이격 간격을 조절함으로써, 획득하는 이미지의 해상도를 변경할 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서(10)에 따르면, 제1방향으로 제1선택 라인(SL1)을 통해 선택 신호를 제공하고, 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 제1전송 라인(DL1)을 통해 리드아웃하는 제1 선택/리드아웃 회로(15)와 제2방향으로 제2선택 라인(SL2)을 통해 픽셀 선택 신호를 제공하고, 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 제2전송 라인(DL2)를 통해 리드아웃하는 제2 선택/리드아웃 회로(17)를 구비함에 의해, 복수의 제1선택 라인(SL1) 중 신호가 인가되는 적어도 하나의 선택 라인과, 복수의 제2선택 라인(SL2) 중 신호가 인가되는 적어도 하나의 선택 라인이 전기적으로 연결되는 픽셀의 정보를 리드아웃 할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 제어하여, 픽셀 어레이(13) 상의 특정 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀에서 픽셀 신호을 리드아웃할 수 있으므로, 픽셀 어레이(13)의 특정 영역의 정보를 선택적으로 리드아웃할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 제어하여 특정 픽셀을 선택할 수 있으므로, 픽셀이 선택되는 영역의 간격을 조절함에 의해 이미지 센서(10)에 의해 획득되는 이미지의 해상도를 조절할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 이미지 센서(10)의 기본 해상도 센싱 모드시, 픽셀 어레이(13)는 관심 영역 또는 전체 영역의 연속적인 픽셀에서 픽셀 정보를 축출하도록 구동될 수 있다. 또한, 실시예에 따른 이미지 센서(10)의 기본 해상도보다 낮은 해상도 센싱 모드시, 픽셀 어레이(13)는 관심 영역 또는 전체 영역의 이격된 복수 영역에서 픽셀 정보를 축출하도록 구동될 수 있다. 이격된 복수의 영역에서 픽셀 정보를 축출하는 경우, 이미지 센서(10)에서 획득되는 이미지의 해상도는 낮추지만, 전체 화소 정보량을 줄일 수 있어, 프레임 레이트(frame rate)를 향상시킬 수 있다. 또한, 픽셀 정보가 축출되는 복수의 영역의 이격 간격을 조절함으로써, 획득하는 이미지의 해상도를 의도대로 변경할 수 있으며, 프레임 레이트를 가변할 수 있다.
이와 같이 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)에 의해, 픽셀 어레이(13)의 픽셀의 선택적 구동이 가능하며, 이러한 픽셀의 선택적 구동에 의해, 관심 영역 또는 전체 영역의 이미지를 기본 해상도 즉, 고해상도로 획득하거나, 기본 해상도보다 낮은 저해상도로 획득할 수 있다. 관심 영역 또는 전체 영역의 이미지를 기본 해상도보다 낮은 저해상도로 획득하는 경우, 전체 화소 정보량을 줄일 수 있어, 프레임 레이트(frame rate)를 향상시킬 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 이미지 센서(10)의 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 예시적으로 보여준다.
도 5를 참조하면, 제1 선택/리드아웃 회로(15)는 예를 들어, 제1방향으로 픽셀 어레이(13)의 픽셀을 선택하는 신호를 제공하기 위한 구동부(30)와, 제1방향으로 픽셀 어레이(13)로부터 수신되는 복수의 픽셀 신호를 리드아웃하기 위한 리드아웃 회로(20)를 포함한다. 제2 선택/리드아웃 회로(17)는 예를 들어, 제2방향으로 픽셀 어레이(13)의 픽셀을 선택하는 신호를 제공하기 위한 구동부(130)와, 제2방향으로 픽셀 어레이(13)로부터 수신되는 복수의 픽셀 신호를 리드아웃하기 위한 리드아웃 회로(120)를 포함한다.
도 5에 예시적으로 보인 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서(10)에 있어서, 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)은 각각 구동부(30,130)와, 리드아웃 회로(20,120)를 포함할 수 있다. 제1 선택/리드아웃 회로(15)의 리드아웃 회로(20)는, ADC 회로(21), 프로세서(Processor, 25), 램프 신호 생성기(Ramp Sinal GEN, 27) 등을 포함할 수 있으며, 또한, 라인 버퍼(Line Buffer, 23) 등을 더 포함할 수 있다. 제2 선택/리드아웃 회로(17)의 리드아웃 회로(120)는, ADC 회로(121), 프로세서(Processor, 25), 램프 신호 생성기(27) 등을 포함할 수 있으며, 또한, 라인 버퍼(Line Buffer, 123) 등을 더 포함할 수 있다.. 프로세서(25)는 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)의 리드아웃 회로(20,120)로 공통으로 적용될 수 있으며, 리드아웃 회로(20,120)에 각각 별도로 마련될 수도 있다. 또한, 램프 신호 생성기(27)는 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)의 리드아웃 회로(20,120)로 공통으로 적용될 수 있으며, 리드아웃 회로(20,120)에 각각 별도로 마련될 수도 있다.
구동부(30,130)는 제어부(19)의 제어 하에, 픽셀 어레이(13)를 구동하기 위한 제어 신호들을 생성하고, 복수의 제1 및 제2선택 라인(SL1)(SL2)을 통해 픽셀 어레이(123)의 복수의 픽셀(PX) 각각에 제어 신호들을 제공할 수 있다. 구동부(30,130)는 픽셀 어레이(13)의 복수의 픽셀(PX)들이 입사되는 광을 감지하도록 제어할 수 있다. 또한 구동부(30,130)는 복수의 픽셀(PX) 중 특정 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 제1전송 라인(DL1) 및/또는 제2전송 라인(DL2)을 통해 출력하도록 제어할 수 있다.
제1 선택/리드아웃 회로(15)에서 ADC 회로(21)는 제1전송 라인(DL1)을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하도록 배치된다. 제2 선택/리드아웃 회로(17)에서 ADC 회로(121)는 제2전송 라인(DL2)을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하도록 배치된다.
ADC 회로(21,121)는 선택된 픽셀(PX)로부터 제1전송 라인(DL1) 또는 제2전송 라인(DL2)을 통해 전달되는 픽셀 신호를 수신하고, 이를 디지털 데이터인 픽셀 값으로 변환할 수 있다. ADC 회로(21,121)는 픽셀 어레이(13)로부터 제1전송 라인(DL1) 또는 제2전송 라인(DL2)을 통해 전달되는 픽셀 신호을 램프 신호 생성기(27)로부터의 램프 신호(RAMP)를 기초로 디지털 데이터로 변환함으로써, 이미지 데이터를 생성 및 출력할 수 있다. ADC 회로(21,121) 각각은 복수의 제1전송 라인(DL1) 또는 제2전송 라인(DL2)에 대응하는 복수의 ADC1, ADC2를 포함할 수 있으며, 복수의 ADC1, ADC2 각각은 대응하는 제1전송 라인(DL1) 또는 제2전송 라인(DL2)을 통해 수신되는 선택 픽셀(PX)에 대응하는 픽셀 신호를 램프 신호(RAMP)와 각각 비교하고, 비교 결과들을 기초로 픽셀(PX) 값을 생성할 수 있다. 예컨대 ADC 회로(21,121) 각각은 CDS(correlated double sampling) 방식으로 센싱 신호에서 리셋 신호를 제거하고, 픽셀(PX)에서 감지된 광량을 나타내는 픽셀(PX) 값을 생성할 수 있다.
라인 버퍼(23,123) 각각은 복수의 라인 메모리를 포함하고, ADC 회로(21,121)에서 출력되는 복수의 픽셀(PX) 값을 소정의 로우 또는 컬럼 단위로 저장할 수 있다. 다시 말해서, 라인 버퍼(23,123) 각각은 ADC 회로(21,121)로부터 출력되는 이미지 데이터를 소정의 로우 또는 컬럼 단위로 저장할 수 있다. 예를 들어, 라인 버퍼(23,123) 각각은 픽셀 어레이(13)의 세 개의 로우 또는 컬럼에 해당하는 세 개의 라인 메모리를 포함할 수 있으며, 세 개의 라인 메모리에 ADC 회로(21,121)로부터 출력되는 이미지 데이터의 세 개의 로우 또는 컬럼의 선택 픽셀(PX)의 픽셀 값들을 저장할 수 있다.
프로세서(25)는 라인 버퍼(23,123)에 저장된 이미지 데이터의 복수의 로우또는 컬럼의 선택 픽셀(PX)의 픽셀 값들을 처리할 수 있다. 프로세서(25)는 라인 버퍼(23,123)에 저장된 이미지 데이터에 대하여, 화질 보상, 비닝, 다운 사이징 등을 수행할 수 있고, 영상 데이터(CID)를 출력할 수 있다.
램프 신호 생성기(27)는 소정의 기울기로 증가 또는 감소하는 램프 신호(RAMP)를 생성하고, 램프 신호(RAMP)를 ADC 회로(21, 121)에 제공할 수 있다.
제어부(19)는 제1 및 제2 선택/리드 아웃회로(15,17)의 구성들 예컨대, 구동부(30,130), 리드아웃 회로(20,120)의 ADC 회로(21,121), 램프 신호 생성기(27), 라인 버퍼(23,123) 및 프로세서(25) 각각에 대하여 동작 타이밍을 나타내는 타이밍 신호들을 제공할 수 있다.
도 5에서는 제1선택 라인(SL1)과 제1전송 라인(DL1), 제2선택 라인(SL2)과 제2전송 라인(DL2)이 모두 가로 방향으로 배치되는 것으로 보여지는데, 이는 편의적으로 도시한 것일 뿐, 도 5의 예시가 제1선택 라인(SL1)과 제1전송 라인(DL1), 제2선택 라인(SL2)과 제2전송 라인(DL2)의 배치 방향을 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 제1선택 라인(SL1)과 제1전송 라인(DL1)은 가로 방향으로 배치되고, 제2선택 라인(SL2)과 제2전송 라인(DL2)은 세로 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 제1선택 라인(SL1)과 제1전송 라인(DL1)은 세로 방향으로 배치되고, 제2선택 라인(SL2)과 제2전송 라인(DL2)은 가로 방향으로 배치될 수 있다.
도 5에서는 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17) 각각의 구동부(30,130)와 리드아웃 회로(20,120)가 픽셀 어레이(13)의 서로 반대쪽에 배치되는 것으로 보여지는데, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17) 각각의 구동부(30,130)와 리드아웃 회로(20,120)는 픽셀 어레이(13)의 같은 쪽에 배치될 수 있다. 또한, 도 5에서는 제1 선택/리드아웃 회로(15)과 연결되는 제1선택 라인(SL1)과 제1전송 라인(DL1)이 픽셀(PX)의 양쪽에 배치되는 것으로 도시되어 있는데, 이는 예시적으로 보인 것이다. 다른 예로서, 제1선택 라인(SL1)과 제1전송 라인(DL1)은 픽셀(PX)의 같은 쪽에 배치될 수 있다. 또한, 도 5에서는 제2 선택/리드아웃 회로(17)와 연결되는 제2선택 라인(SL2)과 제2전송 라인(DL2)이 픽셀(PX)의 양쪽에 배치되는 것으로 도시되어 있는데, 이는 예시적으로 보인 것이다. 다른 예로서, 제2선택 라인(SL2)과 제2전송 라인(DL2)은 픽셀(PX)의 같은 쪽에 배치될 수 있다.
도 5를 참조로 설명한 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(20,120)는 예시적인 것일 뿐, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1방향으로 연장된 제1전송 라인(DL1) 및 제1선택 라인(SL1), 제2방향으로 연장된 제2전송 라인(DL2) 및 제2선택 라인(SL2)을 통해, 관심 영역 또는 전체 영역의 픽셀을 연속적 또는 비연속적으로 선택하고, 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하며, 그 실질적인 구성은 다양하게 변형될 수 있다.
다시 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 픽셀 어레이(13)는 행렬로 배열된 복수의 픽셀(PX) 및 복수의 픽셀(PX)에 접속되는 복수의 제1전송 라인(DL1) 및 제1선택 라인(SL1), 복수의 제2전송 라인(DL2) 및 제2선택 라인(SL2)을 포함할 수 있다.
복수의 제1전송 라인(DL1) 및 제1선택 라인(SL1)은 제1방향 방향 예컨대, 컬럼 방향으로 연장되며, 쌍을 이루는 각 제1전송 라인(DL1) 및 제1선택 라인(SL1)은 동일한 컬럼에 배치된 픽셀(PX)들에 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1선택 라인(SL1)들 각각은 픽셀(PX)에 구비되는 픽셀 회로의 소자들, 예컨대 복수의 트랜지스터들 각각에 제1 선택/리드아웃 회로(15)의 구동부(30)로부터 출력되는 제어 신호들을 전송하며, 복수의 제1전송 라인(DL1)들 각각은 픽셀 어레이(13)의 선택된 픽셀(PX)들로부터 출력되는 픽셀 신호, 예컨대 리셋 신호 및 센싱 신호를 제1 선택/리드아웃 회로(15)의 리드아웃 회로(20)에 전송할 수 있다. 복수의 제1전송 라인(DL1)들 중 일부는 적어도 두 개의 컬럼 단위로 픽셀 신호를 전송할 수도 있다.
복수의 제2전송 라인(DL2) 및 제2선택 라인(SL2)은 제2방향 방향 예컨대, 로우 방향으로 연장되며, 쌍을 이루는 각 제2전송 라인(DL2) 및 제2선택 라인(SL2)은 동일한 로우에 배치된 픽셀(PX)들에 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2선택 라인(SL2)들 각각은 픽셀(PX)에 구비되는 소자들, 예컨대 복수의 트랜지스터들 각각에 제2 선택/리드아웃 회로(17)의 구동부(130)로부터 출력되는 제어 신호들을 전송하며, 복수의 제2전송 라인(DL2)들 각각은 픽셀 어레이(13)의 선택된 픽셀(PX)들로부터 출력되는 픽셀 신호, 예컨대 리셋 신호 및 센싱 신호를 제2 선택/리드아웃 회로(17)의 리드아웃 회로(120)에 전송할 수 있다. 복수의 제2전송 라인(DL2)들 중 일부는 적어도 두 개의 로우 단위로 픽셀 신호를 전송할 수도 있다.
실시예에 따른 이미지 센서(10)에 따르면, 픽셀 어레이(13)의 픽셀에 제1방향으로 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제1선택 라인(SL1) 중 적어도 하나의 선택 라인과, 제2방향으로 픽셀 어레이(13)의 픽셀에 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제2선택 라인(SL2) 중 적어도 하나의 선택 라인이 픽셀 어레이(13)의 픽셀에 전기적으로 연결되어 픽셀을 선택하도록 상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호를 인가할 수 있다. 그리고, 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호가 인가되어 선택된 픽셀의 정보를 제1전송 라인(DL1) 및/또는 제2전송 라인(DL2)을 통해 리드아웃할 수 있다. 제1전송 라인(DL1)을 통해 전송되는 픽셀 신호는 제1 선택/리드아웃 회로(15)의 ADC 회로(21)에서 디지털 데이터로 변환되며, 제2전송 라인(DL2)을 통해 전송되는 픽셀 신호는 제2 선택/리드아웃 회로(17)의 ADC 회로(121)에서 디지털 데이터로 변환될 수 있다.
한편, 실시예에 따른 이미지 센서(10)에 따르면, 관심 영역을 설정하고, 관심 영역에서의 픽셀 정보를 방사형으로 축출할 수 있다. 여기서, 관심 영역은 픽셀 어레이(13)의 중심부를 포함하거나 포함하지 않는 소정 범위로 설정하거나, 픽셀 어레이(13)의 전체 영역으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 관심 영역의 중심부(C)가 픽셀 어레이(13)의 중심에 해당하는 경우, 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 픽셀 어레이(13)의 중심으로부터 방사형으로 픽셀 정보를 축출할 수 있다. 여기서, 방사형으로 픽셀 정보 축출시, 예를 들어, 도 2에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 픽셀 정보를 축출하는 픽셀의 시퀀스(PS)는 나선형(18)을 이룰 수 있다.
또한, 실시예에 따른 이미지 센서(10)에 따르면, 획득하고자 하는 이미지 데이터의 해상도를 설정하고, 설정한 해상도를 확보하도록 픽셀 정보를 리드아웃 할 불연속적인 영역의 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀로부터 픽셀 정보를 획득할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 실시예에 따른 이미지 센서(10)의 픽셀 어레이(13) 중심으로부터 방사형으로 픽셀 정보를 축출하는 과정을 예시적으로 보여준다. 이하에서는 예를 들어, m번째 제1선택 라인(SL1) 및 제1전송 라인(DL1)은 SL1m, DL1m, n번째 제2선택 라인(SL2) 및 제2전송 라인(DL2)은 SL2n, DL2n으로 표기하고, m번째 제1선택 라인(SL1m), n번째 제2선택 라인(SL2n)을 통해 구동 신호를 인가함으로써 선택된 픽셀은 (m,n) 픽셀로 표기하며, (m,n) 픽셀로부터 픽셀 정보는 예를 들어, 제1전송 라인(DL1m)을 통해 제1 선택/리드아웃 회로(15)로 전달되거나 제2전송 라인(DL2n)을 통해 제2 선택/리드아웃 회로(17)로 전달되는 것으로 표현한다.
도 6a를 참조하면, 제2 선택/리드아웃 회로(17)로부터 n번째 제2선택 라인(SL2n)을 통해 구동 신호가 인가되고, 제1 선택/리드아웃 회로(15)로부터 m-1, m번째 제1선택 라인(SL1m-1)(SL1m)을 통해 구동 신호가 인가될 때, (m,n) 픽셀(①) (m-1,n) 픽셀(②), 이 선택되며, 선택된 , (m,n) 픽셀(①) (m-1,n) 픽셀(②)의 픽셀 정보는 대응하는 두개의 제1전송 라인(DL1m)(DL1m-1)을 통해 제1 선택/리드아웃회로(15)로 전달된다.
도 6b를 참조하면, 제2 선택/리드아웃 회로(17)로부터 n-1번째 제2선택 라인(SL2n-1)을 통해 구동 신호가 인가되고, 제1 선택/리드아웃 회로(15)로부터 m-1, m번째 제1선택 라인(SL1m-1)(SL1m)을 통해 구동 신호가 인가될 때, (m-1,n-1) 픽셀(③), (m,n-1) 픽셀(④)이 선택되며, 선택된 (m-1,n-1) 픽셀(③), (m,n-1) 픽셀(④)의 픽셀 정보는 대응하는 두개의 제1전송 라인(DL1m-1)(DL1m)을 통해 제1 선택/리드아웃회로(15)로 전달된다.
도 6c를 참조하면, 제1 선택/리드아웃 회로(15)로부터 m+1 번째 제1선택 라인(SL1m+1)을 통해 구동 신호가 인가되고, 제2 선택/리드아웃 회로(17)로부터 n+1, n, n-1번째 제2선택 라인(SL2n+1)(SL2n)(SL2n-1)을 통해 구동 신호가 인가될 때, (m+1,n-1) 픽셀(⑤), (m+1,n) 픽셀(⑥), (m+1,n+1) 픽셀(⑦)이 선택되며, 선택된 (m+1,n+1) 픽셀(⑤), (m+1,n) 픽셀(⑥), (m+1,n-1) 픽셀(⑦)의 픽셀 정보는 대응하는 3개의 제2전송 라인(DL2n+1)(DL2n)(DL2n-1)을 통해 제2 선택/리드아웃회로(17)로 전달된다.
도 6a 내지 도 6c의 오퍼레이션에서 예시적으로 보인 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서(10)에 따르면, 관심 영역에서의 픽셀 정보를 방사형으로 축출할 수 있으며, 방사형으로 픽셀 정보 축출시, 픽셀 정보를 축출하는 픽셀의 시퀀스(PS)는 나선형(18)을 이룰 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 이미지 센서(10)의 동작 방법의 일 예를 보인 순서도이다.
도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 이미지 센서(10)는 픽셀 정보를 리드아웃할 관심 영역을 설정할 수 있다(S100). 관심 영역은 픽셀 어레이(13)의 소정 범위를 포함하는 영역일 수 있다. 관심 영역은 예를 들어 픽셀 어레이(13)의 중심부(C)를 포함하거나, 중심부(C)에서 벗어난 소정 범위의 영역일 수 있다. 다음으로, 관심 영역의 픽셀 정보를 픽셀 어레이(13)의 기본 해상도인 고해상도 모드로 리드아웃 할지를 결정한다(S110). 그리고, 관심 영역의 픽셀 정보를 고해상도 모드로 리드아웃하여, 고해상도의 이미지 데이터를 획득할 수 있다(S130). 관심 영역을 설정한 경우에도, 관심 영역의 픽셀 정보를 픽셀 어레이(13)의 기본 해상도보다 낮은 저해상도 모드로 리드아웃할지 결정할 수 있다(S210). 그리고, 관심 영역의 픽셀 정보를 저해상도 모드로 리드아웃할 때, 단계 (S230)에서 관심 영역의 복수의 이격된 영역에서 픽셀 정보를 획득하여, 관심 영역에 대해 저해상도의 이미지 데이터를 획득할 수 있다.
다른 예로서, 관심 영역을 설정하고(S100), 관심 영역에 대해서는 고해상도 모드로 리드아웃하여, 고해상도의 이미지 데이터를 획득하며(S110,S130), 픽셀 어레이(13)의 관심 영역 이외 영역에 대해서는, 복수의 이격된 영역에서 픽셀 정보를 획득하는 저해상도 모드로 리드아웃하여, 저해상도의 이미지 데이터를 획득할 수 있다(S210,S230),
한편, 이미지 센서(10)는 관심 영역 설정없이 동작될 때, 단계 (S210)에서 픽셀 어레이(13)의 기본 해상도인 고해상도보다 낮은 저해상도로 픽셀 정보를 리드아웃할지 결정한다. 저해상도 모드시, 픽셀 어레이(13)의 이격된 복수의 영역에서 픽셀 정보를 리드아웃하여, 픽셀 어레이(13)의 전체 영역에 대해 저해상도의 이미지 데이터를 획득할 수 있다(S230).
한편, 이미지 센서(10)는 관심 영역 설정없이 동작하면서, 픽셀 어레이(13)의 픽셀 정보를 고해상도 모드로 리드아웃할 수 있다. 즉, 단계(S210)에서 픽셀 어레이(13)의 픽셀 정보를 저해상도 모드가 아닌 모드 즉, 고해상도 모드로 리드아웃하는 것으로 결정하면, 픽셀 어레이(13)의 전체 픽셀에 대해 픽셀 정보를 리드아웃하여, 픽셀 어레이(13)의 전체 영역에 대해 고해상도의 이미지 데이터를 획득할 수 있다(S230).
이상에서와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서(10) 및 그 동작 방법에 따르면, 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)를 구비함에 의해, 특정 픽셀에 대한 픽셀 정보를 선택적으로 리드아웃 하는 것이 가능하므로, 픽셀 어레이(13)의 관심 영역에서만 픽셀 정보를 리드아웃하여 고해상도의 이미지 데이터를 획득하거나, 비 관심 영역 또는 픽셀 어레이(13) 전체에서 서로 이격된 복수의 영역에 대한 픽셀 정보를 리드아웃 하는 방식으로 저해상도의 이미지 데이터를 획득할 수 있으며, 복수의 영역의 이격 거리를 변경함으로써 획득하는 이미지 데이터를 해상도를 변경할 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서(10) 및 그 동작 방법에 따르면, 관심 영역의 정보를 선택적으로 리드아웃할 수 있으며, 이미지 센서(10)의 센싱 영역의 중심부 즉, 픽셀 어레이(13)의 중심부가 관심 영역인 경우, 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)의 오퍼레이션에 의해 중심부를 시작으로 방사형으로 픽셀 정보를 축출할 수 있다. 이와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서(10) 및 그 동작 방법에 따르면, 특정 영역의 정보만 리드아웃하여 임의의 프레임을 형성할 수 있으며, 해상도를 가변할 수 있으므로, 프레임 레이트와 프레임 정보량을 정보 특성에 따라 가변할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 이미지 센서(10) 및 그 동작 방법에 따르면, 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로(15,17)의 오퍼레이션에 의해, 픽셀 정보를 연속된 시리얼 또는 패킷 형태로 전송할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 이미지 센서(10)를 고해상도 이미지 센서로 구현한 경우에도, 선택적 리드아웃 방식에 의해 임의의 해상도로 이미지 센서(10)의 해상도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 이미지 센서(10)를 예컨대, 4M 픽셀 해상도로 구현한 경우, 선택적 리드아웃에 의해 4M 픽셀 이하의 임의의 해상도를 가져, 프레임 레이트가 향상된 이미지 센서로 사용할 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서(10) 및 그 동작 방법 이미지 또는 광 센싱 기능을 갖는 전자 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(10)는 카메라, 보안 카메라, 의료용 카메라, 로봇, 스마트폰, 웨어러블 기기, 사물 인터넷(Internet of Things(IoT)) 기기, 가전 기기, 태블릿 PC(Personal Computer), PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable Multimedia Player), 네비게이션(navigation), 드론(drone), 첨단 운전자 보조 시스템(Advanced Drivers Assistance System; ADAS) 등과 같은 전자 기기에 탑재될 수 있다. 또한 이미지 센서(10)는 차량, 가구, 제조 설비, 도어, 각종 계측 기기 등에 부품으로서 구비되는 전자 기기에 탑재될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 전자 장치(1000)의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 전자 장치(1000)는 이미지 센서(1200)와, 이미지 센서(1200)에서의 신호를 처리하는 프로세서(1900)를 포함하며, 피사체(OBJ)에 대한 영상 정보를 획득할 수 있는 촬상 장치이다.
전자 장치(1000)는 또한, 피사체(OBJ)의 상을 이미지 센서(1200) 위치에 결상하는 OPFE(optical path folding element)(1110), OPFE(1100)를 구동하는 액츄에이터(1300)를 포함할 수 있다.
전자 장치(1000)는 또한, 프로세서(1900)의 실행에 필요한 프로그램 코드나 데이터가 저장되는 메모리(1800)와 영상 표시를 위한 디스플레이부(1700)를 포함할 수 있다.
OPFE(1100)는 m개의 그룹으로 이루어진 광학 렌즈를 포함할 수 있다. OPFE(1100)는 또한, 피사체(OBJ)로부터의 광의 경로를 꺾어 이미지 센서(1200)로 향하게 하는 경로 전환 부재를 포함할 수도 있다. 경로 전환 부재 구비 여하 및 광학 렌즈와의 배치 형태에 따라, 버티컬(vertical) 형태, 또는 폴디드(folded) 형태로 불릴 수 있다. 이러한 광학 렌즈, 경로 전환 부재는 액츄에이터(1300)에 의해 움직일 수 있다.
예를 들어, OPFE(1100)에 포함된 광학 렌즈는 광축을 따라 움직일 수 있고, 이에 따라 광학 줌 배율(optical zoom ratio)이 조절될 수 있다. 기본 광학 줌 배율을 Z라고할 때, OPFE(1110)에 포함된 광학 렌즈의 적어도 일부를 이동시켜 인접한 렌즈간의 거리를 조절함으로써, 광학 줌 배율을 3Z 또는 5Z 또는 그 이상의 광학 줌 배율로 변경할 수 있다.
액츄에이터(1300)는 OPFE(1110)에 포함된 구성요소의 적어도 일부를 구동할 수 있다. 액츄에이터(1300)는 이미지 센서(1200)가 광학 렌즈의 초점 거리(focal length)에 위치하고 또한 원하는 줌 배율을 구현하도록 광학 렌즈의 위치를 조정할 수 있다.
이미지 센서(1200)는 예를 들어 가시광 또는 적외선광을 센싱하도록 마련될 수 있다. 이미지 센서(1200)로 전술한 실시예에 따른 이미지 센서(10) 또는 그 변경된 형태가 채용될 수 있다.
피사체(OBJ)로부터의 광은 OPFE(1110)에 의해 이미지 센서(1200)에 상을 형성한다. 피사체(OBJ)로부터의 광(LO)은 이미지 센서(1200)에 입사되게 된다.
프로세서(1900)는 이미지 센서(1200)로부터 신호를 처리하며, 또한, 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어하며, 예를 들어, 액츄에이터(1300)를 제어할 수 있다.
한편, 전자 장치(1000) 피사체(OBJ)에 적외선 광을 조명하는 조명부와, 적외선을 센싱하는 적외선 센서부를 더 포함할 수 있다. 적외선 센서부는 이미지 센서(1200)에 일체로 마련될 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서(1200)는 가시광을 센싱하도록 마련되고, 적외선 센서부는 이미지 센서(1200)에 적층된 구조로 형성되어, 가시광과 적외선을 실질적으로 동시에 센싱하도록 마련될 수 있다.
이러한 구조는 예를 들어, 피사체에 대한 가시광 정보, 적외선 정보를 얻기 위해 광경로를 공간적으로 분할하거나, 또는 이미지 센서(1200)의 해상도 공간을 나누어 사용하거나, 또는 가시광 센싱과 적외선 센싱을 시간적으로 분할하는 방식을 사용하지 않으므로, 구조가 간단하며 영상 처리도 간소화될 수 있다.
조명부와 적외선 센서부를 더 포함하는 경우, 프로세서(1900)는 적외선 센서부로부터의 신호를 처리하며, 또한, 예를 들어, 조명부를 제어할 수 있다.
조명부는 적외선 대역의 광을 생성, 방출하는 LD(laser diode), LED(light emitting diode), SLD(super luminescent diode)등의 광원을 포함할 수 있다. 이러한 광원은 적외선 대역의 광으로, 예를 들어 750nm 이상 2500nm 이하의 파장 대역의 광을 조사하도록 구성될 수 있다. 조명부는 또한, 소정 주파수로 변조된 광을 피사체(OBJ)에 조사하기 위한 구성을 포함할 수 있고, 조사광의 경로나 범위를 조절하기 위한 광학부재를 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 조명부와 적외선 센서부를 더 포함하는 경우, 프로세서(1900)는 적외선 영상 정보로부터 피사체에 대한 깊이 정보를 연산하여, 가시광 영상 정보와 결합하여 피사체의 3차원 영상을 제공할 수 있다. 또는, 프로세서(1900)는 적외선 영상 정보로부터 피사체에 대한 온도나 수분에 대한 정보를 연산할 수 있고, 피사체의 2차원 영상과 결합한 온도 분포, 수분 분포 영상을 제공할 수 있다.
프로세서(1900)가 적외선 센서부에서 센싱된 광으로부터 깊이 정보를 획득하기 위해, 광시간비행법(Time of Flight; TOF)가 사용될 수 있다. 광시간비행법은 보다 정확한 거리 정보를 얻기 위하여 도입된 것으로, 피사체(OBJ)에 빔을 조사하고, 이 빔이 피사체(OBJ)로부터 반사되어 수광부에 수광되기까지의 광 비행시간을 측정하는 방법이다. TOF 방법에 따르면, 특정 파장의 빛(예컨대, 850nm의 근적외선)을 피사체(OBJ)에 투사하고, 피사체로부터 반사된 동일한 파장의 빛을 수광부에서 수광한 후, 거리 정보를 추출하기 위한 특별한 처리 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 광 처리 과정에 따라 다양한 TOF 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 직접 시간 측정 방법은 피사체에 펄스광을 투사하고 피사체에 반사되어 광이 돌아오는 시간을 타이머로 측정하여 거리를 구한다. 상관법(correlation)은 펄스광을 피사체에 투사하고 피사체에 반사되어 돌아오는 반사광의 밝기로부터 거리를 측정한다. 위상지연 측정 방법은 사인파와 같은 연속파(continuous wave) 광을 피사체에 투사하고 피사체에 반사되어 돌아오는 반사광의 위상차를 감지하여 거리로 환산하는 방법이다.
프로세서(1900)는 예를 들어, 상술한 방법 중 어느 하나에 따라 피사체(OBJ)의 깊이 영상 정보를 연산할 수 있으며, 획득한 깊이 영상 정보를 컬러 영상 정보와 결합하여 3차원 영상을 형성할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 전자 장치(2000)의 개략적인 구성을 보이는 블록도이고, 도 10은 도 9의 전자 장치(2000)에 구비되는 따른 카메라 모듈(2100b)의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
본 실시예의 전자 장치(2000)는 멀티 카메라 모듈을 활용한 애플리케이션을 구비하는 장치이다.
도 9를 참조하면, 전자 장치(2000)는 카메라 모듈 그룹(2100), 애플리케이션 프로세서(2200), PMIC(2300) 및 외부 메모리(2400)를 포함할 수 있다.
카메라 모듈 그룹(2100)은 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)을 포함할 수 있다. 비록 도면에는 3개의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)이 배치된 실시예가 도시되어 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(2100)은 2개의 카메라 모듈만을 포함하도록 변형되어 실시될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(2100)은 n개(n은 4 이상의 자연수)의 카메라 모듈을 포함하도록 변형되어 실시될 수도 있다.
도 10을 참조하여, 도 9의 전자 장치(2000)에 구비된 카메라 모듈(2100b)의 상세 구성을 살펴보기로 한다. 도 10에 도시된 카메라 모듈(2100b)은 다른 카메라 모듈(2100a)(2100c)에 적용될 수도 있다.
도 10을 참조하면, 카메라 모듈(2100b)은 이미지 센싱 장치(2140), OPFE(2130), 액츄에이터(2110), 저장부(2150)를 포함한다. 이미지 센싱 장치(2140)는 이미지 센서(2142), 제어 로직(2144), 메모리(2146)를 포함한다.
OPFE(2130)는 하나 이상의 광학 렌즈를 포함할 수 있고, 광의 경로를 꺾어 이미지 센서(2142)를 향하게 하는 경로 전환 부재를 포함할 수 있다. 경로 전환 부재 구비 여하 및 광학 렌즈와의 배치 형태에 따라, 카메라 모듈(2100b)은 버티컬(vertical) 형태, 또는 폴디드(folede) 형태를 가질 수 있다.
액츄에이터(2110)는 OPFE(2130)를 구동한다. 액츄에이터(2110)에 의해, OPFE(2130)를 구성하는 광학 렌즈, 경로 전환 부재 중 적어도 일부가 움직일 수 있다. 액츄에이터(2110)는 이미지 센서(2142)가 광학 렌즈의 초점 거리(focal length)에 위치하고 또한 원하는 줌 배율을 구현하도록 광학 렌즈의 위치를 조정할 수 있다.
광학 렌즈는 광축을 따라 움직일 수 있고, 이에 따라 광학 줌 배율(optical zoom ratio)이 조절될 수 있다. 기본 광학 줌 배율을 Z라고 할 때, OPFE(1110)에 포함된 광학 렌즈의 적어도 일부를 이동시켜 인접한 렌즈간의 거리를 조절함으로써, 광학 줌 배율을 3Z 또는 5Z 또는 그 이상의 광학 줌 배율로 변경할 수 있다.
이미지 센서(2142)로는 전술한 실시예에 따른 이미지 센서(10)가 채용될 수 있다.
제어 로직(2144)은 카메라 모듈(2100b)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직(2144)은 제어 신호 라인(CSLb)을 통해 제공된 제어 신호에 따라 카메라 모듈(2100b)의 동작을 제어할 수 있다.
메모리(2146)는 캘리브레이션 데이터와 같은 카메라 모듈(2100b)의 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다. 캘리브레이션 데이터는 카메라 모듈(1100b)이 외부로부터 제공된 광(L)을 이용하여 이미지 데이터를 생성하는데 필요한 정보를 포함할 수 있다. 캘리브레이션 데이터는 예를 들어, 액츄에이터(2110)가 OPFE(2130)를 구동하는 것과 관련된 정보, 광학 렌즈의 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(2150)는 이미지 센서(2142)를 통해 센싱된 이미지 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(2150)는 이미지 센싱 장치(2140)의 외부에 배치될 수 있으며, 이미지 센싱 장치(2140)를 구성하는 센서 칩과 스택된(stacked) 형태로 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 저장부(2150)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)으로 구현될 수 있으나 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
다시 도 9를 참조하면, 애플리케이션 프로세서(2200)는 이미지 처리 장치(1210), 메모리 제어부(2220), 내부 메모리(2230)를 포함할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(2200)는 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)과 분리되어 구현될 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션 프로세서(2200)와 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)은 별도의 반도체 칩으로 서로 분리되어 구현될 수 있다.
이미지 처리 장치(2210)는 복수의 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c), 이미지 생성기(2214) 및 카메라 모듈 제어부(2216)를 포함할 수 있다.
이미지 처리 장치(2210)는 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)의 개수에 대응하는 개수의 복수의 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c)를 포함할 수 있다.
각각의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 서로 분리된 이미지 신호 라인(ISLa, ISLb, ISLc)를 통해 대응되는 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(2100a)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLa)을 통해 서브 이미지 프로세서(2212a)에 제공되고, 카메라 모듈(2100b)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLb)을 통해 서브 이미지 프로세서(2212b)에 제공되고, 카메라 모듈(2100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLc)을 통해 서브 이미지 프로세서(2212c)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 프로세서(2212b)가 복수의 카메라 모듈에 대응되도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 서브 이미지 프로세서(2212a)와 서브 이미지 프로세서(2212c)가 도시된 것처럼 서로 분리되어 구현되는 것이 아니라 하나의 서브 이미지 프로세서(2212b)로 통합되어 구현되고, 카메라 모듈(2100a)과 카메라 모듈(2100c)로부터 제공된 이미지 데이터는 선택 소자(예를 들어, 멀티플렉서) 등을 통해 선택된 후, 통합된 서브 이미지 프로세서(2212b)에 제공될 수 있다.
각각의 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c)에 제공된 이미지 데이터는 이미지 생성기(1214)에 제공될 수 있다. 이미지 생성기(2214)는 이미지 생성 정보(Generating Information) 또는 모드 신호(Mode Signal)에 따라 각각의 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c)로부터 제공된 이미지 데이터를 이용하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
구체적으로, 이미지 생성기(2214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(2100a, 2100b, 2100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 적어도 일부를 병합(merge)하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 이미지 생성기(2214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(2100a, 2100b, 2100c)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(2100a, 2100b, 2100c)이 서로 다른 시야각을 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(2100a)로부터 출력된 이미지 데이터와 카메라 모듈(2100c)로부터 출력된 이미지 데이터를 병합한 후, 병합된 이미지 신호와 병합에 사용하지 않은 카메라 모듈(2100b)로부터 출력된 이미지 데이터를 이용하여, 출력 이미지를 생성할 수 있다. 만약, 줌 신호가 제1 신호와 다른 제2 신호일 경우, 이미지 생성기(2214)는 이러한 이미지 데이터 병합을 수행하지 않고, 각각의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)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(2214)는 복수의 서브 이미지 프로세서(2212a, 2212b, 2212c) 중 적어도 하나로부터 노출 시간이 상이한 복수의 이미지 데이터를 수신하고, 복수의 이미지 데이터에 대하여 HDR(high dynamic range) 처리를 수행함으로서, 다이나믹 레인지가 증가된 병합된 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
카메라 모듈 제어부(2216)는 각각의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)에 제어 신호를 제공할 수 있다. 카메라 모듈 제어부(2216)로부터 생성된 제어 신호는 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)에 제공될 수 있다.
복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 중 어느 하나는 줌 신호를 포함하는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라 마스터(master) 카메라(예를 들어, 2100b)로 지정되고, 나머지 카메라 모듈들(예를 들어, 2100a, 2100c)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(2100a, 2100b, 2100c)에 제공될 수 있다.
줌 팩터 또는 동작 모드 신호에 따라 마스터 및 슬레이브로서 동작하는 카메라 모듈이 변경될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(2100a)의 시야각이 카메라 모듈(2100b)의 시야각보다 넓고, 줌 팩터가 낮은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(2100b)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(2100a)이 슬레이브로서 동작할 수 있다. 반대로, 줌 팩터가 높은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(2100a)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(2100b)이 슬레이브로서 동작할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 제어부(2216)로부터 각각의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)에 제공되는 제어 신호는 싱크 인에이블 신호(sync enable) 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(2100b)이 마스터 카메라이고, 카메라 모듈들(2100a, 2100c)이 슬레이브 카메라인 경우, 카메라 모듈 제어부(2216)는 카메라 모듈(2100b)에 싱크 인에이블 신호를 전송할 수 있다. 이러한 싱크 인에이블 신호를 제공받은 카메라 모듈(2100b)은 제공받은 싱크 인에이블 신호를 기초로 싱크 신호(sync signal)를 생성하고, 생성된 싱크 신호를 싱크 신호 라인(SSL)을 통해 카메라 모듈들(2100a, 2100c)에 제공할 수 있다. 카메라 모듈(2100b)과 카메라 모듈들(2100a, 2100c)은 이러한 싱크 신호에 동기화되어 이미지 데이터를 애플리케이션 프로세서(2200)에 전송할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 제어부(2216)로부터 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)에 제공되는 제어 신호는 모드 신호에 따른 모드 정보를 포함할 수 있다. 이러한 모드 정보에 기초하여 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)은 센싱 속도와 관련하여 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드로 동작할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)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(2200)에 전송할 수 있다. 이때, 제2 속도는 제1 속도의 30배 이하일 수 있다.
애플리케이션 프로세서(2200)는 수신된 이미지 신호, 다시 말해서 인코딩된 이미지 신호를 내부에 구비되는 메모리(2230) 또는 애플리케이션 프로세서(2200) 외부의 스토리지(2400)에 저장하고, 이후, 메모리(2230) 또는 스토리지(2400)로부터 인코딩된 이미지 신호를 독출하여 디코딩하고, 디코딩된 이미지 신호에 기초하여 생성되는 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 예컨대 이미지 처리 장치(2210)의 복수의 서브 프로세서(170)들(2100a, 2100b, 2100c) 중 대응하는 서브 프로세서(170)가 디코딩을 수행할 수 있으며, 또한 디코딩된 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)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(2200)에 전송할수 있다. 애플리케이션 프로세서(2200)에 제공되는 이미지 신호는 인코딩되지 않은 신호일 수 있다. 애플리케이션 프로세서(2200)는 수신되는 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행하거나 또는 이미지 신호를 메모리(2230) 또는 스토리지(2400)에 저장할 수 있다.
PMIC(2300)는 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각에 전력, 예컨대 전원 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, PMIC(2300)는 애플리케이션 프로세서(2200)의 제어 하에, 파워 신호 라인(PSLa)을 통해 카메라 모듈(2100a)에 제1 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLb)을 통해 카메라 모듈(2100b)에 제2 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLc)을 통해 카메라 모듈(2100c)에 제3 전력을 공급할 수 있다.
PMIC(2300)는 애플리케이션 프로세서(2200)로부터의 전력 제어 신호(PCON)에 응답하여, 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 각각에 대응하는 전력을 생성하고, 또한 전력의 레벨을 조정할 수 있다. 전력 제어 신호(PCON)는 복수의 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c)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(2100a, 2100b, 2100c) 각각에 제공되는 전력들의 레벨은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 또한, 전력의 레벨은 동적으로 변경될 수 있다.
상술한 설명에서, 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 중 적어도 어느 하나에 구비되는 이미지 센서(2142)는 전술한 실시예에 따른 이미지 센서(10) 일 수 있다. 카메라 모듈(2100a, 2100b, 2100c) 중 일부에 구비되는 이미지 센서(2142)는 가시광 및 적외선 중 적어도 하나를 센싱하도록 마련될 수 있다.
전자 장치(2000)는 멀티 카메라 모듈을 활용하는 구성을 예시적으로 보이고 있으며, 다른 형태로 변경될 수도 있다.
상술한 이미지 센서, 이미지 획득 방법 및 이를 포함하는 전자 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 따라서 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
10: 이미지 센서 13: 픽셀 어레이
15,17: 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로
20,120: 리드아웃 회로 30,130: 구동부
19: 제어부 1000,2000: 전자 장치 PX: 픽셀

Claims (19)

  1. 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이;
    로우 및 컬럼 중 어느 한 방향을 제1방향, 나머지 한 방향을 제2방향이라 할 때, 상기 제1방향으로 상기 픽셀 어레이의 픽셀을 선택하는 신호를 제공하고, 상기 제1방향에 대응하는 방향으로 상기 픽셀 어레이로부터 수신되는 복수의 픽셀 신호를 리드아웃하는 제1 선택/리드아웃 회로;
    상기 제2방향으로 상기 픽셀 어레이의 픽셀을 선택하는 신호를 제공하고, 상기 제2방향에 대응하는 방향으로 상기 픽셀 어레이로부터 수신되는 복수의 픽셀 신호를 리드아웃하는 제2 선택/리드아웃 회로; 및
    상기 픽셀 어레이의 픽셀을 선택하고, 상기 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하도록 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어하는 제어부;를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1방향으로 상기 픽셀 어레이의 픽셀에 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제1선택 라인과, 상기 제1방향에 대응하는 방향으로 상기 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하기 위한 복수의 제1전송 라인을 포함하며,
    상기 제2방향으로 상기 픽셀 어레이의 픽셀에 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제2선택 라인과, 상기 제2방향에 대응하는 방향으로 상기 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 리드아웃하기 위한 복수의 제2전송 라인을 포함하는 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 제1선택 라인 중 신호가 인가되는 적어도 하나의 선택 라인과, 상기 복수의 제2선택 라인 중 신호가 인가되는 적어도 하나의 선택 라인이 전기적으로 연결되어는 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀의 픽셀 신호를 리드아웃하는 이미지 센서.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로는, 각각 제1 및 제2 ADC 회로를 포함하며,
    상기 제1 ADC 회로는 상기 제1전송 라인을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하며,
    상기 제2 ADC 회로는 상기 제2전송 라인을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 픽셀 어레이의 관심 영역의 중심부에서 방사형으로 픽셀 정보를 축출하도록 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어하는 이미지 센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 픽셀 정보를 축출하는 픽셀의 시퀀스가 나선형을 이루도록, 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어하는 이미지 센서.
  7. 제5항에 있어서, 상기 관심 영역은 상기 픽셀 어레이의 중심부를 포함하거나, 중심부를 비포함하는 소정 범위에 해당하는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    해상도를 가변하도록 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어하는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 픽셀 어레이의 비연속적인 영역에서 픽셀 정보를 축출하도록 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어하는 이미지 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 픽셀 어레이의 기본 해상도보다 낮은 해상도로 픽셀 정보를 축출하도록 픽셀을 선택하고, 선택된 픽셀로부터 픽셀 신호를 리드아웃하는 이미지 센서.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 픽셀 어레이의 비연속적인 영역에서 픽셀 정보를 축출하도록 상기 제1 및 제2 선택/리드아웃 회로를 제어하는 이미지 센서.
  12. 피사체로부터 반사된 광을 수신하는 청구항 1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 이미지 센서와;
    상기 이미지 센서로부터 신호를 처리하는 프로세서를 포함하는 전자 장치.
  13. 로우 및 컬럼 중 어느 한 방향을 제1방향, 나머지 한 방향을 제2방향이라 할 때, 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이의 픽셀에 상기 제1방향으로 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제1선택 라인 중 적어도 하나의 선택 라인과, 상기 제2방향으로 상기 픽셀 어레이의 픽셀에 선택 신호를 제공하기 위한 복수의 제2선택 라인 중 적어도 하나의 선택 라인이 상기 픽셀 어레이의 픽셀에 전기적으로 연결되어 픽셀을 선택하도록 상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호를 인가하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호가 인가되어 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하는 단계;를 포함하는 이미지 획득 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1방향을 따르는 복수의 제1전송 라인과 상기 제2방향을 따르는 복수의 제2전송 라인 중 적어도 하나를 통해 상기 선택된 픽셀의 정보를 리드아웃하는 이미지 획득 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1전송 라인을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하는 단계; 및
    상기 제2전송 라인을 통해 수신되는 픽셀 신호를 디지털 데이터로 변환하는 단계;를 포함하는 이미지 획득 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 픽셀 어레이의 관심 영역을 설정하는 단계;를 더 포함하며
    상기 픽셀 어레이의 관심 영역의 중심부에서 방사형으로 픽셀 정보를 축출하도록 상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호를 인가하는 이미지 획득 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 픽셀 정보를 축출하는 픽셀의 시퀀스가 나선형을 이루도록 상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호를 인가하는 이미지 획득 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 관심 영역은 상기 픽셀 어레이의 중심부를 포함하거나, 중심부를 비포함하는 소정 범위에 해당하는 이미지 획득 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 픽셀 어레이의 비연속적인 역역에서 픽셀 정보를 축출하도록 상기 제1 및 제2선택 라인을 통해 선택 신호를 인가하여, 상기 픽셀 어레이의 기본 해상도보다 낮은 해상도로 픽셀 정보를 축출하는 이미지 획득 방법.
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