KR20230018839A - 이미지 센싱 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센싱 장치 및 이의 동작 방법을 제공한다. 이미지 센싱 장치는, 서로 상이한 온도로 동시에 가열되는 복수의 테스트 픽셀 블록들 및 샘플 픽셀 블록들의 온도에 따른 암전류를 리드 아웃하여 컬러 별 픽셀 신호들로 추출하는 신호 처리부를 포함한다.
Description
본 발명은 광을 감지하여 이미지 데이터를 생성할 수 있는 이미지 센싱 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
이미지 센싱 장치는 빛에 반응하는 광 감지 반도체 물질의 성질을 이용하여 광학 이미지를 캡쳐(capture)하는 장치이다. 자동차, 의료, 컴퓨터 및 통신 등 산업의 발전에 따라 스마트폰, 디지털 카메라, 게임기기, 사물 인터넷(Internet of Things), 로봇, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등과 같은 다양한 분야에서 고성능(high-performance) 이미지 센싱 장치에 대한 수요가 증대되고 있다.
이미지 센싱 장치는 크게 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센싱 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센싱 장치로 구분될 수 있다. CCD 이미지 센싱 장치는 CMOS 이미지 센싱 장치에 비해 더 나은 이미지 품질을 제공하나, 더 큰 크기로 구현되고 더 많은 전력을 소비하는 경향이 있다. 반면에, CMOS 이미지 센싱 장치는 CCD 이미지 센싱 장치에 비해 더 작은 크기로 구현될 수 있고, 더 적은 전력을 소비한다. 또한, CMOS 이미지 센싱 장치는 CMOS 제조 기술을 이용하여 제조되므로, 광 감지 소자 및 신호 처리 회로를 단일 칩에 통합할 수 있으며, 이를 통해 저렴한 비용으로 소형의 이미지 센싱 장치를 생산할 수 있다. 이러한 이유로, CMOS 이미지 센싱 장치는 모바일 장치를 포함한 많은 애플리케이션을 위해 개발되고 있다.
본 발명의 실시 예들은, 보정 능력이 향상된 이미지 센싱 장치 및 이의 동작 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치는, 입사광에 각각 대응하는 제1 픽셀 신호를 생성하는 제1 액티브 픽셀들 및 상기 제1 액티브 픽셀들로 열을 전달하여 제1 온도로 유지하는 제1 발열체를 포함하는 제1 액티브 테스트 블록, 상기 입사광에 각각 대응하는 제2 픽셀 신호를 생성하는 제2 액티브 픽셀들 및 상기 제2 액티브 픽셀들로 열을 전달하여 상기 제1 온도보다 큰 제2 온도로 유지하는 제2 발열체를 포함하는 제2 액티브 테스트 블록, 상기 입사광과 무관한 제3 픽셀 신호를 생성하는 제1 옵티컬 블랙 픽셀들 및 상기 제1 옵티컬 블랙 픽셀들로 열을 전달하여 상기 제1 온도로 유지하는 제3 발열체를 포함하는 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록, 상기 입사광과 무관한 제4 픽셀 신호를 생성하는 제2 옵티컬 블랙 픽셀들 및 상기 제2 옵티컬 블랙 픽셀들로 열을 전달하여 상기 제2 온도로 유지하는 제4 발열체를 포함하는 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록 및 상기 제1 내지 제4 픽셀 신호들을 처리하는 신호 처리부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치는, 서로 상이한 온도로 동시에 가열되는 복수의 테스트 픽셀 블록들 및 상기 샘플 픽셀 블록들의 온도에 따른 암전류를 리드 아웃하여 컬러 별 픽셀 신호들로 추출하는 신호 처리부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치의 동작 방법은, 액티브 픽셀들 및 옵티컬 블랙 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이가 설정 온도로 상승하는 단계, 상기 설정 온도보다 높은 복수의 온도들로 복수의 테스트 픽셀 블록들을 한 번에 가열하는 단계, 상기 픽셀 어레이와 상기 복수의 테스트 픽셀 블록들로부터 온도에 따른 픽셀 신호들을 추출하는 단계, 및 상기 픽셀 신호들을 이용하여 상기 픽셀 어레이의 페데스탈 정보를 획득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예들의 이미지 센싱 장치 및 이의 동작 방법에 의하면, 칩 자체에 페데스탈(pedestal) 정보를 생성하기 위한 테스트 블록을 포함시키고, 칩 단위로 독립적인 페데스탈 정보를 저장하고 온도 및 컬러 별 페데스탈 보정을 수행함으로써, 보다 정확하게 이미지 데이터에 포함된 다크 노이즈 성분을 넓은 온도 범위에서 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬영 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 액티브 픽셀 및 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류를 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 액티브 테스트 블록을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a 및 도 5b는 도 3에 도시된 옵티컬 블랙 테스트 블록을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 액티브 픽셀 및 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류를 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 액티브 테스트 블록을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a 및 도 5b는 도 3에 도시된 옵티컬 블랙 테스트 블록을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하에서, 첨부된 도면들과 함께 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬영 장치를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬영 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 액티브 픽셀 및 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류를 비교한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 촬영 장치(1000)는 정지 영상을 촬영하는 디지털 스틸 카메라 또는 동영상을 촬영하는 디지털 비디오 카메라 등의 장치를 의미할 수 있다. 예를 들어, 촬영 장치(1000)는 디지털 일안 리플렉스 카메라(Digital Single Lens Reflex; DSLR), 미러리스(mirrorless) 카메라, 또는 핸드폰(특히, 스마트폰)으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 촬영 장치(1000)는 렌즈 및 촬상 소자를 포함함에 의해, 피사체를 촬영하고 이미지를 생성할 수 있는 장치를 포함하는 개념일 수 있다.
촬영 장치(1000)는 이미지 센싱 장치(100) 및 이미지 신호 프로세서(200)를 포함할 수 있다.
이미지 센싱 장치(100)는 광학 신호를 전기 신호로 변환하는 CIS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)일 수 있다. 이미지 센싱 장치(100)는 광학 신호를 전기 신호로 변환한 이미지 데이터를 이미지 신호 프로세서(200)로 제공하며, 이미지 신호 프로세서(200)로부터 수신되는 센서 제어 신호에 의해 온/오프(on/off), 동작 모드, 감도 등이 조절될 수 있다.
이미지 센싱 장치(100)는 픽셀 어레이(pixel array, 110), 로우 드라이버(row driver, 120), 상관 이중 샘플러(Correlate Double Sampler; CDS, 130), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter; ADC, 140), 출력 버퍼(output buffer, 150), 컬럼 드라이버(column driver, 160), 타이밍 컨트롤러(timing controller, 170), 온도 센서(temperature sensor, 180) 및 페데스탈 정보 저장부(pedestal information storage, 190)를 포함할 수 있다. 여기서, 이미지 센싱 장치(100)의 각 구성은 예시적인 것에 불과하며, 필요에 따라 적어도 일부의 구성이 추가되거나 생략될 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 복수의 로우들(rows) 및 복수의 컬럼들(columns)로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 복수의 단위 픽셀들은 로우들 및 컬럼들을 포함하는 2차원 픽셀 어레이로 배열될 수 있다. 다른 실시 예에서, 복수의 단위 픽셀들은 3차원 픽셀 어레이로 배열될 수 있다.
복수의 단위 픽셀들은 단위 픽셀 단위로 또는 픽셀 그룹 단위로 전기적 신호를 생성할 수 있으며, 픽셀 그룹 내 단위 픽셀들은 적어도 특정 내부 회로를 공유할 수 있다.
복수의 단위 픽셀들은 적어도 하나의 액티브 픽셀과 적어도 하나의 옵티컬 블랙(optical black) 픽셀을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 액티브 픽셀은 입사광을 감지하여 입사광의 세기에 대응하는 픽셀 신호를 생성할 수 있다. 적어도 하나의 옵티컬 블랙 픽셀은 적어도 하나의 액티브 픽셀과 실질적으로 동일한 구조를 갖되 입사광을 차단하는 구조를 포함함으로써, 입사광과 무관한 픽셀 신호를 생성할 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 로우 드라이버(120)로부터 로우 선택 신호, 픽셀 리셋 신호 및 전송 신호 등을 포함하는 구동 신호를 수신할 수 있으며, 구동 신호에 의하여 픽셀 어레이(110)의 해당 단위 픽셀은 로우 선택 신호, 픽셀 리셋 신호 및 전송 신호에 대응하는 동작을 수행하도록 활성화될 수 있다.
로우 드라이버(120)는 타이밍 컨트롤러(170)에 의해 공급되는 명령들 및 제어 신호들에 기초하여 해당 로우에 포함된 단위 픽셀들에 대해 특정 동작들을 수행하도록 픽셀 어레이(110)를 활성화할 수 있다. 일 실시 예에서, 로우 드라이버(120)는 픽셀 어레이(110)의 적어도 하나의 로우에 배열된 적어도 하나의 단위 픽셀을 선택할 수 있다. 로우 드라이버(120)는 복수의 로우들 중 적어도 하나의 로우를 선택하기 위하여 로우 선택 신호를 생성할 수 있다. 로우 드라이버(120)는 선택된 적어도 하나의 로우에 대응하는 픽셀들에 대해 픽셀 리셋 신호 및 전송 신호를 순차적으로 인에이블시킬 수 있다. 이에 따라, 선택된 로우의 픽셀들 각각으로부터 생성되는 아날로그 형태의 기준 신호와 영상 신호가 순차적으로 상관 이중 샘플러(130)로 전달될 수 있다. 여기서, 기준 신호는 단위 픽셀의 센싱 노드(예컨대, 플로팅 디퓨전 노드)가 리셋되었을 때 상관 이중 샘플러(130)로 제공되는 전기적 신호이고, 영상 신호는 단위 픽셀에 의해 생성된 광전하가 센싱 노드에 축적되었을 때 상관 이중 샘플러(130)로 제공되는 전기적 신호일 수 있다. 픽셀 고유의 리셋 노이즈(reset noise)를 나타내는 기준 신호와, 입사광의 세기를 나타내는 영상 신호는 픽셀 신호로 통칭될 수 있다.
CMOS 이미지 센서는 두 샘플들 사이의 차이를 제거하기 위해 픽셀 신호를 두 번 샘플링 함으로써, 고정 패턴 노이즈와 같은 픽셀의 원치 않는 오프셋 값을 제거할 수 있도록 상관 이중 샘플링을 이용할 수 있다. 일 예로, 상관 이중 샘플링은 입사광에 의해 생성된 광전하가 센싱 노드에 축적되기 전후로 획득된 픽셀 출력 전압들을 비교함으로써, 원치 않는 오프셋 값을 제거하여 오직 입사광에 기초하는 픽셀 출력 전압이 측정될 수 있다. 일 실시 예에서, 상관 이중 샘플러(130)는 픽셀 어레이(110)로부터 복수의 컬럼 라인들 각각에 제공되는 기준 신호와 영상 신호를 순차적으로 샘플링 및 홀딩(sampling and holding)할 수 있다. 즉, 상관 이중 샘플러(130)는 픽셀 어레이(110)의 컬럼들 각각에 대응하는 기준 신호와 영상 신호의 레벨을 샘플링하고 홀딩할 수 있다.
상관 이중 샘플러(130)는 타이밍 컨트롤러(170)로부터의 제어 신호에 기초하여 컬럼들 각각의 기준 신호와 영상 신호를 상관 이중 샘플링 신호로서 ADC(140)로 전달할 수 있다.
ADC(140)는 상관 이중 샘플러(130)로부터 출력되는 각 컬럼에 대한 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 일 실시 예에서, ADC(140)는 램프 비교 타입(ramp-compare type) ADC로 구현될 수 있다. 램프 비교 타입 ADC는 시간에 따라 상승 또는 하강하는 램프 신호와 아날로그 픽셀 신호를 비교하는 비교 회로, 및 램프 신호가 아날로그 픽셀 신호에 매칭(matching)될 때까지 카운팅 동작을 수행하는 카운터를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, ADC(140)는 컬럼들 각각을 위한 상관 이중 샘플러(130)에 의해 생성된 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
ADC(140)는 픽셀 어레이(110)의 컬럼들 각각에 대응하는 복수의 컬럼 카운터들을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(110)의 각 컬럼은 각 컬럼 카운터에 연결되며, 이미지 데이터와 노이즈 데이터는 컬럼 카운터들을 이용하여 컬럼들 각각에 대응되는 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환함에 의해 생성될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, ADC(140)는 하나의 글로벌 카운터를 포함하고, 글로벌 카운터에서 제공되는 글로벌 코드를 이용하여 컬럼들 각각에 대응되는 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 여기서, 이미지 데이터는 적어도 하나의 이미지 픽셀로부터 출력된 픽셀 신호를 변환하여 생성된 디지털 신호를 의미하고, 노이즈 데이터는 적어도 하나의 옵티컬 블랙 픽셀로부터 출력된 픽셀 신호를 변환하여 생성된 디지털 신호를 의미할 수 있다.
출력 버퍼(150)는 ADC(140)에서 제공되는 각각의 컬럼 단위의 이미지 데이터와 노이즈 데이터를 일시적으로 홀딩하여 출력할 수 있다. 출력 버퍼(150)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어 신호에 기초하여 ADC(140)로부터 출력되는 이미지 데이터와 노이즈 데이터를 일시 저장할 수 있다. 출력 버퍼(150)는 이미지 센싱 장치(100)와 연결된 다른 장치 사이의 전송(또는 처리) 속도 차이를 보상해주는 인터페이스로서 동작할 수 있다.
컬럼 드라이버(160)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어 신호에 기초하여 출력 버퍼(150)의 컬럼을 선택하고, 출력 버퍼(150)의 선택된 컬럼에 일시 저장된 이미지 데이터와 노이즈 데이터가 순차적으로 출력되도록 제어할 수 있다. 일 실시 예에서, 컬럼 드라이버(160)는 타이밍 컨트롤러(170)로부터 어드레스 신호를 수신할 수 있으며, 컬럼 드라이버(160)는 어드레스 신호를 기반으로 컬럼 선택 신호를 생성하여 출력 버퍼(150)의 컬럼을 선택함으로써, 출력 버퍼(150)의 선택된 컬럼으로부터 이미지 데이터와 노이즈 데이터가 이미지 신호 프로세서(200)로 출력되도록 제어할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(170)는 로우 드라이버(120), 상관 이중 샘플러(130), ADC(140), 출력 버퍼(150), 컬럼 드라이버(160), 온도 센서(180), 및 페데스탈 정보 저장부(190) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(170)는 이미지 센싱 장치(100)의 각 구성의 동작에 요구되는 클럭 신호, 타이밍 컨트롤을 위한 제어 신호, 및 로우 또는 컬럼을 선택하기 위한 어드레스 신호들을 로우 드라이버(120), 상관 이중 샘플러(130), ADC(140), 출력 버퍼(150), 컬럼 드라이버(160), 온도 센서(180), 및 페데스탈 정보 저장부(190) 중 적어도 하나에 제공할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 타이밍 컨트롤러(170)는 로직 제어회로(Logic control circuit), 위상 고정 루프(Phase Lock Loop, PLL) 회로, 타이밍 컨트롤 회로(timing control circuit), 및 통신 인터페이스 회로(communication interface circuit) 등을 포함할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(170)는 이미지 신호 프로세서(200)의 센서 제어 신호에 따라 온도 센서(180)로부터 온도 정보를 수신하고, 온도 정보에 대응하는 페데스탈 정보를 페데스탈 정보 저장부(190)로부터 리드(read)할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(170)는 리드된 페데스탈 정보를 센서 제어 신호에 대한 응답으로서 이미지 신호 프로세서(200)로 전송할 수 있다. 페데스탈 정보는 이미지 신호 프로세서(200)가 수행하는 페데스탈 보정(pedestal correction)의 기초가 되는 정보일 수 있다.
이미지 데이터는 입사광이 아닌 다른 요인(예컨대, 온도, 픽셀 구조에 따른 고유의 노이즈 등)으로 인해 발생하는 암전류(dark current)를 나타내는 다크 노이즈(dark noise) 성분을 포함할 수 있다. 암전류는 주로 기판의 표면에서 발생하는 댕글링 본드(dangling bond) 현상으로 인해 발생할 수 있고, 암전류에 의해 입사광과 무관한 전하가 픽셀 내 센싱 영역(예컨대, 플로팅 디퓨전 영역(floating diffusion region))으로 전달되어 입사광과는 무관한 다크 노이즈 성분이 이미지 데이터에 포함될 수 있다. 다크 노이즈 성분은 이미지 품질을 크게 저하시키는 원인이 되므로, 입사광을 차단하는 구조를 포함하는 옵티컬 블랙 픽셀로부터 생성된 노이즈 데이터를 이용하여 제거되어야 한다.
그러나, 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분이 완전히 제거되기 위해서는 노이즈 데이터가 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분과 동일하여야 한다.
도 2에는 액티브 픽셀과 옵티컬 블랙 픽셀 각각의 암전류(e-/s; electron charge per second)를 비교한 그래프가 예시되어 있다.
액티브 픽셀의 암전류는 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분을 의미하고, 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류는 노이즈 데이터를 의미할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 액티브 픽셀의 암전류와 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류는 서로 일치하지 않으며, 픽셀이 형성된 기판의 온도(junction temperature)가 고온으로 갈수록(60℃->90℃) 액티브 픽셀의 암전류와 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류 간의 차이는 증가하게 된다.
이러한 차이를 무시하고 노이즈 데이터를 이용하여 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분을 제거하는 동작을 수행하게 되면, 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분이 제대로 제거되지 않을 수 있다. 따라서, 노이즈 데이터를 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분에 동등한 수준으로(또는 노이즈 데이터가 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분을 나타내도록) 보정하는 보정 동작이 요구되며, 이러한 동작이 페데스탈 보정으로 정의될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 페데스탈 보정은 해당 온도에서 노이즈 데이터를 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분에 동등한 수준으로 보정하기 위한 페데스탈 정보를 이용하여 수행될 수 있다. 즉, 페데스탈 정보는 온도에 따라 달라질 수 있으며, 노이즈 데이터를 보정할 수 있는 페데스탈 보정치를 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(170)는 온도 정보에 대응하여 저장된 페데스탈 정보를 페데스탈 정보 저장부(190)로부터 리드하여 이미지 신호 프로세서(200)로 전송할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 페데스탈 정보는 액티브 픽셀의 컬러(예컨대, 레드, 그린, 블루) 별로 독립적으로 정해진 페데스탈 보정치를 포함할 수 있다. 이는 컬러 별 픽셀 구조의 차이 때문에(예컨대, 기판의 일 면에 접하는 광학 필터의 종류가 달라짐), 동일 온도에서도 픽셀의 컬러 별로 액티브 픽셀의 암전류와 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류 간의 차이가 달라질 수 있기 때문이다. 컬러 별로 독립적으로 정해진 페데스탈 보정치를 이용하여 페데스탈 보정이 수행됨으로써, 보다 정교하게 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분이 제거될 수 있다. 본 개시에서 언급되는 온도는 픽셀 어레이(110)가 형성된 기판(substrate)의 온도를 의미할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 온도 센서(180)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어에 따라 이미지 센싱 장치(100) 내부의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 나타내는 온도 정보를 생성하여 타이밍 컨트롤러(170)로 전송할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 온도 센서(180)는 픽셀 어레이(110)가 형성된 기판의 온도를 측정할 수 있다. 일 실시 예에서는 측정된 픽셀 어레이(110)가 형성된 기판의 온도가 60℃일 경우, 테스트 영역의 기판의 온도를 테스트 블록 별로 상승시킬 수 있다. 이에 대한 설명은 후속하여 상세하게 설명하기로 한다.
페데스탈 정보 저장부(190)는 복수의 온도들 각각에 대응하는 페데스탈 정보를 저장할 수 있다. 여기서, 복수의 온도들은 페데스탈 보정이 필요한 것으로 정해진 임의의 온도들을 의미할 수 있다. 또한, 각 온도에 대응하는 페데스탈 정보는 컬러 별 페데스탈 보정치를 포함할 수 있다. 페데스탈 정보는 테스트(test) 과정에서 실험적으로 정해질 수 있고, 페데스탈 정보 저장부(190)는 내부에 포함된 OTP(One-Time Programmable) 메모리를 이용하여 페데스탈 정보를 저장할 수 있다.
도 1에서 온도 센서(180)와 페데스탈 정보 저장부(190)는 이미지 센싱 장치(100)의 내부에 포함되는 것으로 예시되었으나, 다른 실시 예에 따라 온도 센서(180)와 페데스탈 정보 저장부(190) 중 적어도 하나는 이미지 센싱 장치(100)의 외부에 구현될 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(180)와 페데스탈 정보 저장부(190) 중 적어도 하나는 이미지 신호 프로세서(200)에 포함될 수도 있다.
이미지 신호 프로세서(200)는 이미지 센싱 장치(100)로부터 입력되는 이미지 데이터를 처리하고, 처리 결과에 따라 또는 외부 입력 신호에 따라 이미지 센싱 장치(100)를 제어할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(200)는 이미지 데이터에 대해 노이즈를 저감하고, 감마 보정(Gamma Correction), 색 필터 배열 보간(color filter array interpolation), 색 매트릭스(color matrix), 색보정(color correction), 색 향상(color enhancement) 등의 화질 개선을 위한 영상 신호 처리를 수행할 수 있다. 또한, 이미지 신호 프로세서(200)는 화질 개선을 위한 영상 신호 처리를 수행하여 생성한 영상 데이터를 압축 처리하여 영상 파일을 생성할 수 있고, 또는 상기 영상 파일로부터 영상 데이터를 복원할 수 있다. 영상의 압축 형식은 가역 형식 또는 비가역 형식일 수 있다. 압축 형식의 예로서, 정지 영상의 경우, JPEG(Joint Photographic Experts Group) 형식이나 JPEG 2000 형식 등이 이용될 수 있다. 또한, 동영상의 경우, MPEG(Moving Picture Experts Group) 표준에 따라 복수의 프레임들을 압축하여 동영상 파일이 생성될 수 있다. 영상 파일은 예를 들면 Exif(Exchangeable image file format) 표준에 따라 생성될 수 있다.
이미지 신호 프로세서(200)로부터 출력된 이미지 데이터는 사용자의 요청에 따라 또는 자동적으로 촬영 장치(1000)의 내부 메모리 또는 외장 메모리에 저장되거나, 디스플레이를 통해 표시될 수 있다.
또한, 이미지 신호 프로세서(200)는 불선명 처리, 블러 처리, 엣지 강조 처리, 영상 해석 처리, 영상 인식 처리, 영상 이펙트 처리 등을 수행할 수 있다.
아울러, 이미지 신호 프로세서(200)는 디스플레이를 위한 표시 영상 신호 처리를 행할 수 있다. 예를 들어, 이미지 신호 프로세서(200)는 휘도 레벨 조정, 색 보정, 콘트라스트 조정, 윤곽 강조 조정, 화면 분할 처리, 캐릭터 영상 생성 및 영상의 합성 처리 등을 행할 수 있다.
한편, 이미지 신호 프로세서(200)는 페데스탈 보정부(210)를 포함할 수 있다.
페데스탈 보정부(210)는 센서 제어 신호를 이용하여 이미지 센싱 장치(100)에 페데스탈 정보를 요청할 수 있고, 이미지 센싱 장치(100)로부터 현재 온도에 대응하는 페데스탈 정보를 수신할 수 있다.
페데스탈 정보는 노이즈 데이터를 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분에 동등한 수준으로(또는 노이즈 데이터가 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분을 나타내도록) 보정하기 위한 정보로서 페데스탈 보정치를 포함할 수 있다. 페데스탈 보정치는 특정 온도(예컨대, 60, 70, 80, 또는 90℃)에서 특정 컬러(예컨대, 레드, 그린, 또는 블루)에 대응하는 액티브 픽셀의 암전류와, 동일 컬러(예컨대, 레드, 그린, 또는 블루)에 대응하는 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류 간의 비율을 의미할 수 있다. 페데스탈 보정부(210)는 특정 컬러(예컨대, 레드)에 대응하는 노이즈 데이터에 대해 동일 컬러(예컨대, 레드)에 대응하는 페데스탈 보정치(예컨대, 1.8)를 연산하여 노이즈 데이터를 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분에 동등한 수준으로 보정하는 페데스탈 보정을 수행할 수 있다. 또한, 페데스탈 보정은 각 컬러 별로 독립적으로 수행될 수 있다.
페데스탈 보정부(210)로부터 제공받는 각 컬러 별로 페데스탈 보정된 노이즈 데이터는 특정 컬러(예컨대, 레드)에 대응하는 이미지 데이터와 동일 컬러(예컨대, 레드)에 대응하는 페데스탈 보정된 노이즈 데이터를 연산하여 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 픽셀 어레이(110)는 액티브 픽셀 어레이(active pixel array, 310), 옵티컬 블랙 픽셀 어레이(OB pixel array, 320), 액티브 테스트 블록(active test block, 330) 및 옵티컬 블랙 테스트 블록(OB test block, 340)을 포함할 수 있다.
액티브 테스트 블록(330)은 액티브 픽셀 어레이(310)의 일 측(예컨대, 하측)에 배치될 수 있고, 옵티컬 블랙 테스트 블록(340)은 옵티컬 블랙 픽셀 어레이(320)의 타 측(예컨대, 상측)에 배치될 수 있다.
액티브 픽셀 어레이(310), 옵티컬 블랙 픽셀 어레이(320), 액티브 테스트 블록(330) 및 옵티컬 블랙 테스트 블록(340) 각각의 상대적인 위치와 크기는 예시적인 것에 지나지 않으며, 실시 예에 따라 얼마든지 변경될 수 있다.
액티브 픽셀 어레이(310)는 각각이 입사광을 감지하여 픽셀 신호를 생성하는 액티브 픽셀들을 포함할 수 있다. 도 3에서, 액티브 픽셀 어레이(310) 중 하나의 블록을 A로 도시한다.
옵티컬 블랙 픽셀 어레이(320)는 각각이 입사광과 무관한 픽셀 신호를 생성하는 옵티컬 블랙 픽셀들을 포함할 수 있다. 도 3에서, 옵티컬 블랙 픽셀 어레이(320) 중 하나의 블록을 B로 도시한다.
액티브 테스트 블록(330)은 액티브 픽셀들 및 액티브 픽셀들의 온도를 제어할 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 액티브 테스트 블록(330)은 테스트 과정에서 설정 온도에서 각 컬러 별 액티브 픽셀의 암전류를 획득하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 액티브 테스트 블록(330)은 복수 개이며, 설명의 용이함을 위해, 제1 액티브 테스트 블록(330A), 제2 액티브 테스트 블록(330B), 및 제3 액티브 테스트 블록(330C)이라 한다. 제1 액티브 테스트 블록(330A), 제2 액티브 테스트 블록(330B), 및 제3 액티브 테스트 블록(330C) 각각은 서로 상이한 온도로 설정될 수 있다. 예컨대, 액티브 픽셀 어레이의 A블록이 60℃일 경우, 제1 액티브 테스트 블록(330A)은 70℃, 제2 액티브 테스트 블록(330B)은 80℃, 및 제3 액티브 테스트 블록(330C)은 90℃로 설정될 수 있다. 본 실시 예에서, 세 개의 액티브 테스트 블록들(330A, 330B, 330C)을 도시하였으나, 본 발명에서 액티브 테스트 블록들의 수량을 이로 한정하지 않는다.
옵티컬 블랙 테스트 블록(340)은 옵티컬 블랙 픽셀들 및 옵티컬 블랙 픽셀들의 온도를 제어할 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 옵티컬 블랙 테스트 블록(340)은 테스트 과정에서 설정 온도에서 각 컬러 별 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류를 획득하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 옵티컬 블랙 테스트 블록(340)은 복수 개이며, 설명의 용이함을 위해, 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A), 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록(340B), 및 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록(340C)이라 한다. 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A), 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록(340B), 및 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록(340C) 각각은 서로 상이한 온도로 설정될 수 있다. 예컨대, 옵티컬 블랙 픽셀 어레이의 B블록이 60℃일 경우, 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A)은 70℃, 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록(340B)은 80℃, 및 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록(340C)은 90℃로 설정될 수 있다. 본 실시 예에서, 세 개의 옵티컬 블랙 테스트 블록들(340A, 340B, 340C))을 도시하였으나, 본 발명에서 옵티컬 블랙 테스트 블록들의 수량을 이로 한정하지 않는다.
도 4a는 도 3에 도시된 액티브 테스트 블록의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 4b는 도 4a에 도시된 A-A'을 따라 액티브 테스트 블록을 절단한 단면의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b에서는 제1 액티브 테스트 블록(330A)을 예시적으로 도시하고 설명한다. 도 4a를 참조하면, 제1 액티브 테스트 블록(330A)은 복수의 제1 액티브 픽셀들(AP) 및 제1 발열체(337)를 포함할 수 있다. 제2 액티브 테스트 블록(330B) 및 제3 액티브 테스트 블록(330C)은 제1 액티브 테스트 블록(330A)의 구성 및 구조와 실질적으로 동일하며, 다만, 인가되는 온도가 상이할 뿐이다. 즉, 제2 액티브 테스트 블록(330B)은 복수의 제2 액티브 픽셀들 및 제2 발열체를 포함할 수 있다. 제3 액티브 테스트 블록(330C)은 제3 액티브 픽셀들 및 제3 발열체를 포함할 수 있다. 한편, 액티브 픽셀 어레이(310)의 A블록은 발열체 없이 복수의 액티브 픽셀들만 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 액티브 테스트 블록(330A)은 복수의 제1 액티브 픽셀들(AP) 및 제1 발열체(337)를 포함할 수 있다.
평면적 관점에서, 복수의 제1 액티브 픽셀들(AP)은 매트릭스 형태로 배열될 수 있으며, 도 4a에서는 6개의 로우 및 6개의 컬럼을 가진 6x6 매트릭스로 배열된 것으로 예시되었으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 복수의 제1 액티브 픽셀들(AP)은 임의의 개수의 로우 및 컬럼을 가진 매트릭스로 배열될 수 있다. 각 제1 액티브 픽셀들(AP)은 도 3의 액티브 픽셀 어레이(310)에 포함된 액티브 픽셀들과 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
제1 액티브 픽셀들(AP) 각각은 도핑 영역(332)을 갖는 기판(331) 상에 배치되며, 광학 그리드 구조(334), 광학 필터(335), 및 마이크로 렌즈(336)를 포함할 수 있다.
기판(331)은 대향하는 상부면과 하부면을 포함할 수 있다. 기판(331) 은 예를 들어, P형 또는 N형 벌크(bulk) 기판(331), P형 벌크 기판(331)에 P형 또는 N형 에피택셜층(epitaxial layer)이 성장된 기판(331), 또는 N형 벌크 기판(331)에 P형 또는 N형 에피택셜층이 성장된 기판(331)일 수 있으며, P형 또는 N형의 도전형을 갖는 도핑 영역(332)을 포함할 수 있다.
도핑 영역(332) 은 제1 액티브 픽셀들(AP) 각각에 대응하여 배치되는 광전 변환 영역(미도시)을 포함할 수 있다. 광전 변환 영역은 N형 이온을 주입하는 이온 주입(ion implantation) 공정을 통해 N형 도핑 영역(332)으로 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 광전 변환 영역은 복수의 도핑 영역들이 적층된 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 하부 도핑 영역은 N+형 이온이 주입되어 형성될 수 있고, 상부 도핑 영역은 N-형 이온이 주입되어 형성될 수 있다. 광전 변환 영역은 수광 효율을 나타내는 필 팩터(fill-factor)를 높이기 위해, 가능한 넓은 면적에 걸쳐 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 서로 인접하는 제1 액티브 픽셀들(AP)의 광전 변환 영역들 사이에는 전기적 분리 및 광학적 분리를 위해 수직으로 깊게 파인 형태를 가지는 소자 분리막(미도시)이 형성될 수 있다.
광전 변환 영역은 입사광의 세기에 대응하는 광전하를 생성 및 축적할 수 있다. 광전 변환 영역에 축적된 광전하는 별도의 픽셀 신호 회로를 통해 전기적 신호인 픽셀 신호로 변환될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 신호 회로는 4T(4-transistor) 픽셀의 전송 트랜지스터, 플로팅 디퓨전 영역, 리셋 트랜지스터, 소스팔로워 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터를 의미할 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 한편, 픽셀 신호 회로는 배선부(333)에 포함될 수 있으며, 배선부(333)는 도핑 영역(332) 아래에 배치될 수 있다.
광학 그리드 구조(334)는 서로 인접하는 제1 액티브 픽셀들(AP) 사이의 광학적 크로스토크(optical crosstalk)를 방지할 수 있다. 즉, 광학 그리드 구조(334)는 어느 하나의 제1 액티브 픽셀의 광학 필터(335)로 입사된 광이 다른 제1 액티브 픽셀의 광학 필터(335)로 전달되지 않도록 할 수 있다. 이를 위해 광학 그리드 구조(334)는 서로 인접하는 제1 액티브 픽셀들(AP) 간의 경계를 따라 배치될 수 있고, 광을 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 그리드 구조(334)는 광 흡수율이 높은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
광학 필터(335)는 기판(331)의 상부에 형성될 수 있고, 특정 파장 대역의 광(예컨대, 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow), 사이언(Cyan) 등)을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 각 제1 액티브 픽셀은 내부에 포함된 광학 필터(335)의 종류에 대응하는 명칭으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 레드 광을 투과시키는 광학 필터(335)를 포함하는 제1 액티브 픽셀(AP)은 레드 액티브 픽셀로, 그린 광을 투과시키는 광학 필터(335)를 포함하는 제1 액티브 픽셀(AP)은 그린 액티브 픽셀로, 그리고 블루 광을 투과시키는 광학 필터(335)를 포함하는 제1 액티브 픽셀(AP)은 블루 액티브 픽셀로 각각 정의될 수 있다.
마이크로 렌즈(336)는 광학 필터(335)의 상부에 형성될 수 있고, 입사광에 대한 집광력(light gathering power)을 높여 각 제1 액티브 픽셀에 포함된 광전 변환 영역의 수광 효율을 향상시킬 수 있다. 도 4b에서는 하나의 제1 액티브 픽셀에 하나의 마이크로 렌즈(336)가 대응되는 것으로 도시되었으나, 특정 픽셀(예컨대, PDAF(phase detection auto focus) 픽셀)의 경우 복수 개의 픽셀에 하나의 마이크로 렌즈(336)가 대응될 수도 있다.
제1 발열체(337)는 제1 액티브 픽셀들(AP)의 하부에 배치될 수 있다. 예컨대, 배선부(333)와 도핑 영역(332) 사이에 배치될 수 있다. 제1 발열체(337)는 제1 액티브 테스트 블록(330A)에 대응하는 열을 발생시켜 복수의 제1 액티브 픽셀들(AP)로 전달할 수 있다. 일 예로, 상세하게 도시되지 않았으나, 제1 액티브 테스트 블록(330A)은 제1 발열체(337)를 통해 70℃로 가열될 수 있으며, 제2 액티브 테스트 블록(330B)은 제2 발열체를 통해 80℃로 가열될 수 있으며, 제3 액티브 테스트 블록(330C)은 제3 발열체를 통해 90℃로 가열될 수 있다.
제1 발열체(337)는 복수의 제1 액티브 픽셀들(AP)로 열을 전달할 수 있도록 복수의 제1 액티브 픽셀들(AP) 아래에 배치될 수 있다. 이러한 배치는 예시적인 것에 불과하며, 제1 발열체(337)는 복수의 제1 액티브 픽셀들(AP)로 열을 효과적으로 전달하기 위한 임의의 형태로 배치될 수 있다.
도 5a는 도 3에 도시된 옵티컬 블랙 테스트 블록의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 5b는 도 5a에 도시된 B-B'선을 따라 옵티컬 블랙 테스트 블록을 절단한 단면의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b에서는 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A)을 예시적으로 도시하고 설명한다. 도 5a를 참조하면, 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A)은 복수의 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP) 및 제1 발열체(347)를 포함할 수 있다. 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록(340B) 및 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록(340C)은 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A)의 구성 및 구조와 실질적으로 동일하며, 다만, 인가되는 온도가 상이할 뿐이다. 즉, 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록(340B)은 복수의 제2 옵티컬 블랙 픽셀들 및 제2 발열체를 포함할 수 있다. 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록(340C)은 제3 옵티컬 블랙 픽셀들 및 제3 발열체를 포함할 수 있다. 한편, 옵티컬 블랙 픽셀 어레이(320)의 B블록은 발열체 없이 복수의 옵티컬 블랙 픽셀들만 포함할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A)은 복수의 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP) 및 제1 발열체(347)를 포함할 수 있다.
평면적 관점에서 복수의 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP)은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 도 5a에서는 6개의 로우 및 6개의 컬럼을 가진 6X6 매트릭스로 배열된 것으로 예시되었으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 복수의 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP)은 임의의 개수의 로우 및 컬럼을 가진 매트릭스로 배열될 수 있다. 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP)은 도 3의 옵티컬 블랙 픽셀 어레이(320)에 포함된 옵티컬 블랙 픽셀들과 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A)은 기판(341), 광 차단 구조(344), 광학 필터(345), 마이크로 렌즈(346) 및 제1 발열체(347)를 포함할 수 있다. 이하에서는, 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A)을 대표로 설명하되, 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록(340B) 및 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록(340C)에 동일하게 적용될 수 있다.
기판(341)과 마이크로 렌즈(346)는 도 4b에서 설명된 기판(331)과 마이크로 렌즈(336)와 각각 실질적으로 동일한 바, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 특히, 기판(341)은 도핑 영역(342) 및 픽셀 신호 회로를 포함하는 배선부(343)를 포함할 수 있다.
광 차단 구조(344)는 도 4b에서 설명된 광학 그리드 구조(334)와는 달리 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP) 전체 영역에 걸쳐 배치될 수 있고, 이에 따라 광 차단 구조(344)의 상부로 입사되는 광을 차단하여 기판(341)으로 전달하지 않을 수 있다.
광 차단 구조(344)는 광을 차단할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 차단 구조(344)는 광 흡수율이 높은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 광 차단 구조(344)는 광학 그리드 구조(334)와 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다.
광학 필터(345)는 도 4b에서 설명된 광학 필터(335)와는 달리 서로 인접하는 광학 그리드 구조들(334)의 사이의 영역이 아닌 광 차단 구조(344)의 상부에 배치될 수 있다. 각 제1 옵티컬 블랙 픽셀(OBP)은 내부에 포함된 광학 필터(345)의 종류에 대응하는 명칭으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 레드 광을 투과시키는 광학 필터(345)를 포함하는 제1 옵티컬 블랙 픽셀(OBP)은 레드 옵티컬 블랙 픽셀로, 그린 광을 투과시키는 광학 필터(345)를 포함하는 제1 옵티컬 블랙 픽셀(OBP)은 그린 옵티컬 블랙 픽셀로, 그리고 블루 광을 투과시키는 광학 필터(345)를 포함하는 제1 옵티컬 블랙 픽셀은 블루 옵티컬 블랙 픽셀(OBP)로 각각 정의될 수 있다.
이러한 차이를 제외하고는 광학 필터(345)는 광학 필터(345)(336)와 실질적으로 동일한 바, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
제1 발열체(347)는 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP)의 하부에 배치될 수 있다. 예컨대, 배선부(343)와 도핑 영역(342) 사이에 배치될 수 있다. 제1 발열체(347)는 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A)에 대응하는 열을 발생시켜 복수의 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP)로 전달할 수 있다. 일 예로, 상세하게 도시되지 않았으나, 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(340A)은 제1 발열체(347)를 통해 70℃로 가열될 수 있으며, 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록(340B)은 제2 발열체를 통해 80℃로 가열될 수 있으며, 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록(340C)은 제3 발열체를 통해 90℃로 가열될 수 있다.
제1 발열체(347)는 복수의 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP)로 열을 전달할 수 있도록 복수의 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP) 아래에 배치될 수 있다. 이러한 배치는 예시적인 것에 불과하며, 제1 발열체(347)는 복수의 제1 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP)로 열을 효과적으로 전달하기 위한 임의의 형태로 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 이미지 센싱 장치는 하나의 칩에 포함될 수 있고, 도 6에 도시된 각 동작은 칩에 대한 테스트 과정에서 수행되는 동작일 수 있다. 또한, 각 동작들은 광이 완전히 차단된 암 조건에서 수행될 수 있다. 이는 각 동작은 광과는 무관하게 생성되는 액티브 픽셀의 암전류와 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류 간의 비율을 나타내는 페데스탈 정보를 획득하기 위한 동작에 해당되기 때문이다.
픽셀 어레이에서 설정 온도(예컨대, 60℃)가 감지되는 경우(S110), 액티브 테스트 블록들의 제1 발열체, 제2 발열체, 및 제3 발열체과 옵티컬 블랙 테스트 블록들의 제1 발열체, 제2 발열체, 및 제3 발열체 각각은 발열 제어 신호에 대응하는 설정 온도로 가열될 수 있고, 가열된 제1 발열체, 제2 발열체, 및 제3 발열체 각각은 설정 온도보다 큰 상이한 온도에 도달할 수 있다(S120). 제1 발열체들 각각은 70℃, 제2 발열체들 각각은 80℃, 및 제3 발열체들 각각은 90℃에 동시에 도달할 수 있다.
액티브 픽셀들 및 옵티컬 블랙 픽셀들 각각으로부터 온도에 따른 픽셀 신호들을 추출할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 60℃에 도달한 A블록의 액티브 픽셀들로부터 제1 픽셀 신호들 및 B블록의 옵티컬 블랙 픽셀들로부터 제2 픽셀 신호들을 추출할 수 있다.
70℃에 도달한 제1 액티브 테스트 블록(330A)의 제1 액티브 픽셀들로부터 제3 픽셀 신호들 및 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록의 제1 옵티컬 블랙 픽셀들로부터 제4 픽셀 신호들을 추출할 수 있다.
80℃에 도달한 제2 액티브 테스트 블록의 제2 액티브 픽셀들로부터 제5 픽셀 신호들 및 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록의 제2 옵티컬 블랙 픽셀들로부터 제6 픽셀 신호들을 추출할 수 있다.
90℃에 도달한 제3 액티브 테스트 블록의 제3 액티브 픽셀들로부터 제7 픽셀 신호들 및 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록의 제3 옵티컬 블랙 픽셀들로부터 제8 픽셀 신호들을 추출할 수 있다.
설정 온도(예를 들면, 70℃)를 갖는 제1 액티브 테스트 블록의 제1 액티브 픽셀들 각각은 제3 픽셀 신호들을 생성할 수 있고, 제1 액티브 픽셀들 각각의 제3 픽셀 신호는 CDS, ADC 및 출력 버퍼를 거쳐 디지털 값으로 출력될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 액티브 픽셀들은 레드 액티브 픽셀들, 그린 액티브 픽셀들 및 블루 액티브 픽셀들을 포함할 수 있다. 이 경우, 레드 액티브 픽셀들에 대응하는 디지털 값들을 연산(예컨대, 평균값 계산)하여 레드 액티브 테스트 데이터를 산출하고, 그린 액티브 픽셀들에 대응하는 디지털 값들을 연산(예컨대, 평균값 계산)하여 그린 액티브 테스트 데이터를 산출하고, 블루 액티브 픽셀들에 대응하는 디지털 값들을 연산(예컨대, 평균값 계산)하여 블루 액티브 테스트 데이터를 산출할 수 있다. 레드 액티브 테스트 데이터는 설정 온도에서 레드 액티브 픽셀들에서 발생하는 암전류에 의한 다크 노이즈 성분을 나타내고, 그린 액티브 테스트 데이터는 설정 온도에서 그린 액티브 픽셀들에서 발생하는 암전류에 의한 다크 노이즈 성분을 나타내고, 블루 액티브 테스트 데이터는 설정 온도에서 블루 액티브 픽셀들에서 발생하는 암전류에 의한 다크 노이즈 성분을 나타낼 수 있다. 여기서, 레드 액티브 테스트 데이터, 그린 액티브 테스트 데이터 및 블루 액티브 테스트 데이터는 제1 테스트 데이터로 통칭될 수 있다.
여기에서, 제1 테스트 데이터는, 제2 액티브 테스트 블록 및 제3 액티브 테스트 블록의 컬러 별로 액티브 테스트 데이터를 포함할 수 있다(S130). 제2 액티브 테스트 블록 및 제3 액티브 테스트 블록의 컬러 별로 액티브 테스트 데이터는 제1 액티브 테스트 블록(330A)의 컬러 별 액티브 테스트 데이터를 산출하는 것과 동일하게 생략하기로 한다.
설정 온도(예를 들면, 70℃)를 갖는 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록(330)의 제1 옵티컬 블랙 픽셀들 각각은 제4 픽셀 신호들을 생성할 수 있고, 제1 옵티컬 블랙 픽셀들 각각의 제4 픽셀 신호들은 CDS, ADC 및 출력 버퍼를 거쳐 디지털 값으로 출력될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 옵티컬 블랙 픽셀들은 레드 옵티컬 블랙 픽셀들, 그린 옵티컬 블랙 픽셀들 및 블루 옵티컬 블랙 픽셀들을 포함할 수 있다. 이 경우, 테스트 장치는 레드 옵티컬 블랙 픽셀들에 대응하는 디지털 값들을 연산(예컨대, 평균값 계산)하여 레드 옵티컬 블랙 테스트 데이터를 산출하고, 그린 옵티컬 블랙 픽셀들에 대응하는 디지털 값들을 연산(예컨대, 평균값 계산)하여 그린 옵티컬 블랙 테스트 데이터를 산출하고, 블루 옵티컬 블랙 픽셀들에 대응하는 디지털 값들을 연산(예컨대, 평균값 계산)하여 블루 옵티컬 블랙 테스트 데이터를 산출할 수 있다. 레드 옵티컬 블랙 테스트 데이터는 설정 온도에서 레드 옵티컬 블랙 픽셀들에서 발생하는 암전류에 의한 다크 노이즈 성분을 나타내고, 그린 옵티컬 블랙 테스트 데이터는 설정 온도에서 그린 옵티컬 블랙 픽셀들에서 발생하는 암전류에 의한 다크 노이즈 성분을 나타내고, 블루 옵티컬 블랙 테스트 데이터는 설정 온도에서 블루 옵티컬 블랙 픽셀들에서 발생하는 암전류에 의한 다크 노이즈 성분을 나타낼 수 있다. 여기서, 레드 옵티컬 블랙 테스트 데이터, 그린 옵티컬 블랙 테스트 데이터 및 블루 옵티컬 블랙 테스트 데이터는 제2 테스트 데이터로 통칭될 수 있다.
여기에서, 제2 테스트 데이터는, 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록 및 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록의 컬러 별로 옵티컬 블랙 테스트 데이터를 포함할 수 있다(S140). 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록 및 제3 옵티컬 블랙 테스트 블록의 컬러 별로 옵티컬 블랙 테스트 데이터는 제1 옵티컬 블랙 테스트의 컬러 별 옵티컬 블랙 테스트 데이터를 산출하는 것과 동일하게 생략하기로 한다.
제1 및 제2 테스트 데이터에 기초하여 설정 온도들 각각에 대한 페데스탈 정보를 생성할 수 있다(S150). 따라서, 페데스탈 정보는 액티브 픽셀들(AP)의 픽셀 신호들 및 옵티컬 블랙 픽셀들(OBP)의 픽셀 신호들에 연관된 정보일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 제1 테스트 데이터의 레드 액티브 테스트 데이터를 제2 테스트 데이터의 레드 옵티컬 블랙 테스트 데이터로 나눈 값을 설정 온도에 대한 레드 페데스탈 보정치로 결정할 수 있다. 즉, 설정 온도에 대한 레드 페데스탈 보정치는 설정 온도에서 레드 액티브 픽셀의 암전류로 인한 다크 노이즈 성분과, 레드 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류로 인한 다크 노이즈 성분 간의 비율을 의미할 수 있다.
또한, 제1 테스트 데이터의 그린 액티브 테스트 데이터를 제2 테스트 데이터의 그린 옵티컬 블랙 테스트 데이터로 나눈 값을 설정 온도에 대한 그린 페데스탈 보정치로 결정할 수 있다. 즉, 설정 온도에 대한 그린 페데스탈 보정치는 설정 온도에서 그린 액티브 픽셀의 암전류로 인한 다크 노이즈 성분과, 그린 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류로 인한 다크 노이즈 성분 간의 비율을 의미할 수 있다.
아울러, 제1 테스트 데이터의 블루 액티브 테스트 데이터를 제2 테스트 데이터의 블루 옵티컬 블랙 테스트 데이터로 나눈 값을 설정 온도에 대한 블루 페데스탈 보정치로 결정할 수 있다. 즉, 설정 온도에 대한 블루 페데스탈 보정치는 설정 온도에서 블루 액티브 픽셀의 암전류로 인한 다크 노이즈 성분과, 블루 옵티컬 블랙 픽셀의 암전류로 인한 다크 노이즈 성분 간의 비율을 의미할 수 있다.
레드 페데스탈 보정치, 그린 페데스탈 보정치 및 블루 페데스탈 보정치를 포함하는 페데스탈 정보를 설정 온도에 대응시켜 페데스탈 정보 저장부에 저장할 수 있다(S160_.
이미지 신호 프로세서의 페데스탈 보정부는 특정 컬러(예컨대, 레드)에 대응하는 노이즈 데이터에 대해 동일 컬러(예컨대, 레드)에 대응하는 페데스탈 보정치(예컨대, 레드 페데스탈 보정치)를 연산하여, 노이즈 데이터를 이미지 데이터의 다크 노이즈 성분에 동등한 수준으로 보정하는 페데스탈 보정을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 촬영 장치에 의하면, 칩(즉, 이미지 센싱 장치) 자체에 페데스탈 정보를 생성하기 위한 테스트 블록을 포함시키고, 칩 단위로 독립적인 페데스탈 정보를 저장하여 페데스탈 보정을 수행함으로써(S170), 보다 정확하게 이미지 데이터에 포함된 다크 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
또한, 상이한 온도들로 복수의 테스트 블록들을 한 번에 도달할 수 있으며, 온도 별로 페데스탈 정보를 저장하여 페데스탈 보정을 수행함으로써, 보다 정확하게 이미지 데이터에 포함된 다크 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
1000: 촬상 장치
100: 이미지 센싱 장치
110: 픽셀 어레이
200: 이미지 신호 프로세서
210: 페데스탈 보정부
310: 액티브 픽셀 어레이
320: 옵티컬 블랙 픽셀 어레이
330, 330A: 액티브 테스트 블록
AP: 액티브 픽셀
337: 제1 발열체
340, 340A: 옵티컬 블랙 테스트 블록
OBP: 옵티컬 블랙 픽셀
347: 제1 발열체
100: 이미지 센싱 장치
110: 픽셀 어레이
200: 이미지 신호 프로세서
210: 페데스탈 보정부
310: 액티브 픽셀 어레이
320: 옵티컬 블랙 픽셀 어레이
330, 330A: 액티브 테스트 블록
AP: 액티브 픽셀
337: 제1 발열체
340, 340A: 옵티컬 블랙 테스트 블록
OBP: 옵티컬 블랙 픽셀
347: 제1 발열체
Claims (16)
- 입사광에 각각 대응하는 제1 픽셀 신호를 생성하는 제1 액티브 픽셀들 및 상기 제1 액티브 픽셀들로 열을 전달하여 제1 온도로 유지하는 제1 발열체를 포함하는 제1 액티브 테스트 블록;
상기 입사광에 각각 대응하는 제2 픽셀 신호를 생성하는 제2 액티브 픽셀들 및 상기 제2 액티브 픽셀들로 열을 전달하여 상기 제1 온도보다 큰 제2 온도로 유지하는 제2 발열체를 포함하는 제2 액티브 테스트 블록;
상기 입사광과 무관한 제3 픽셀 신호를 생성하는 제1 옵티컬 블랙 픽셀들 및 상기 제1 옵티컬 블랙 픽셀들로 열을 전달하여 상기 제1 온도로 유지하는 제3 발열체를 포함하는 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록;
상기 입사광과 무관한 제4 픽셀 신호를 생성하는 제2 옵티컬 블랙 픽셀들 및 상기 제2 옵티컬 블랙 픽셀들로 열을 전달하여 상기 제2 온도로 유지하는 제4 발열체를 포함하는 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록; 및
상기 제1 내지 제4 픽셀 신호들을 처리하는 신호 처리부를 포함하는 이미지 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 온도보다 낮은 제3 온도에서, 상기 입사광에 대응하는 제5 픽셀 신호를 생성하는 액티브 픽셀들을 포함하는 액티브 픽셀 어레이; 및
상기 제3 온도에서, 상기 입사광에 무관한 제6 픽셀 신호를 생성하는 옵티컬 블랙 픽셀들을 포함하는 옵티컬 블랙 픽셀 어레이를 더 포함하는 이미지 센싱 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 내지 제6 픽셀 신호들을 기반으로 생성된 페데스탈 정보(pedestal information)을 저장하는 페데스탈 정보 저장부를 더 포함하는 이미지 센싱 장치. - 제3항에 있어서,
상기 페데스탈 정보 저장부는 상기 제1 내지 제3 온도들에 따른 컬러 별 각각 대응하는 상기 페데스탈 정보를 저장하는 이미지 센싱 장치. - 제4항에 있어서,
상기 컬러들은 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 마젠타(magenta), 사이안(cyan), 및 옐로우(yellow) 중 적어도 하나를 포함하는 이미지 센싱 장치. - 제2항에 있어서,
상기 입사광에 각각 대응하는 제7 픽셀 신호를 생성하는 제3 액티브 픽셀들 및 상기 제3 액티브 픽셀들로 열을 전달하여 상기 제2 온도보다 큰 제4 온도로 유지하는 제5 발열체를 포함하는 제3 액티브 테스트 블록; 및
상기 입사광 무관한 제8 픽셀 신호를 생성하는 제3 옵티컬 블랙 픽셀들 및 상기 제3 옵티컬 블랙 픽셀들로 열을 전달하여 상기 제4 온도로 유지하는 제3 발열체를 포함하는 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록을 더 포함하는 이미지 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 액티브 테스트 블록은,
도핑 영역을 포함하는 기판; 및
상기 기판 아래 배치되는 배선부를 더 포함하되,
상기 제1 액티브 픽셀들은 상기 기판 상에 배치되고,
상기 제1 발열체는 상기 도핑 영역 및 상기 배선부 사이에 배치되는 이미지 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 액티브 테스트 블록은,
도핑 영역을 포함하는 기판; 및
상기 기판 아래 배치되는 배선부를 더 포함하되,
상기 제2 액티브 픽셀들은 상기 기판 상에 배치되고,
상기 제2 발열체는 상기 도핑 영역 및 상기 배선부 사이에 배치되는 이미지 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 옵티컬 블랙 테스트 블록은,
도핑 영역을 포함하는 기판; 및
상기 기판 아래 배치되는 배선부를 더 포함하되,
상기 제1 옵티컬 블랙 픽셀들은 상기 기판 상에 배치되고,
상기 제3 발열체는 상기 도핑 영역 및 상기 배선부 사이에 배치되는 이미지 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 옵티컬 블랙 테스트 블록은,
도핑 영역을 포함하는 기판; 및
상기 기판 아래 배치되는 배선부를 더 포함하되,
상기 제2 옵티컬 블랙 픽셀들은 상기 기판 상에 배치되고,
상기 제4 발열체는 상기 도핑 영역 및 상기 배선부 사이에 배치되는 이미지 센싱 장치. - 서로 상이한 온도로 동시에 가열되는 복수의 테스트 픽셀 블록들; 및
상기 샘플 픽셀 블록들의 온도에 따른 암전류를 리드 아웃하여 컬러 별 픽셀 신호들로 추출하는 신호 처리부를 포함하는 이미지 센싱 장치. - 제11항에 있어서,
상기 복수의 테스트 픽셀 블록들은,
제1 온도로 가열되는 제1 옵티컬 블랙 픽셀들 및 제1 액티브 픽셀들을 포함하는 제1 블록; 및
상기 제1 온도보다 큰 제2 온도로 가열되는 제2 옵티컬 블랙 픽셀들 및 제2 액티브 픽셀들을 포함하는 제2 블록을 포함하는 이미지 센싱 장치. - 제12항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 온도에 따른 컬러 별 픽셀 신호들을 기초하여 페데스탈 정보를 산출하는 이미지 센싱 장치. - 액티브 픽셀들 및 옵티컬 블랙 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이가 설정 온도로 상승하는 단계;
상기 설정 온도보다 높은 복수의 온도들로 복수의 테스트 픽셀 블록들을 한 번에 가열하는 단계;
상기 픽셀 어레이와 상기 복수의 테스트 픽셀 블록들로부터 온도에 따른 픽셀 신호들을 추출하는 단계; 및
상기 픽셀 신호들을 이용하여 상기 픽셀 어레이의 페데스탈 정보를 획득하는 단계를 포함하는 이미지 센싱 장치의 동작 방법. - 제14항에 있어서,
상기 페데스탈 정보를 획득하는 단계에서,
상기 온도들에 따른 상기 테스트 픽셀 블록들의 컬러별로 상기 페데스탈 정보를 획득하는 이미지 센싱 장치의 동작 방법. - 제14항에 있어서,
상기 페데스탈 정보를 저장하는 단계; 및
상기 페데스탈 정보를 이용하여 상기 픽셀 어레이를 포함하는 칩의 페데스탈을 보정하는 단계를 더 포함하는 이미지 센싱 장치의 동작 방법.
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