KR100863497B1 - 이미지 감지 장치, 이미지 신호 처리 방법, 광 감지 소자, 제어 방법 및 화소 어레이 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 컬러 이미지 감지 장치 및 적외선 신호 처리 방법에 관한 발명이다.
본 발명의 일측면은 복수의 단위 컬러 필터-상기 단위 컬러 필터는 적색 광을 통과시키는 적색 통과 필터, 녹색 광을 통과시키는 녹색 통과 필터 및 청색 광을 통과시키는 청색 통과 필터를 구비하며, 상기 적색 통과 필터, 상기 녹색 통과 필터 및 상기 청색 통과 필터 중 적어도 어느 한 필터는 적외선도 통과시킴-를 구비하는 컬러 필터 어레이; 상기 컬러 필터 어레이를 통과한 광에 대응하는 이미지 신호-상기 이미지 신호는 상기 적색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 적색 신호, 상기 녹색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 녹색 신호, 상기 청색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 청색 신호 및 상기 적어도 어느 한 필터를 통과한 적외선에 대응하는 적외선 신호를 구비함-를 제공하는 이미지 센서; 및 상기 적색 신호, 상기 녹색 신호 및 상기 청색 신호 중 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 수정하는 신호 처리를 수행하는 이미지 신호 처리부를 구비하는 이미지 감지 장치를 제공한다.
Description
도 1은 적색 통과 필터, 녹색 통과 필터 및 청색 통과 필터의 스펙트럼 응답을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 이미지 감지 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 이미지 감지 장치에 채용된 적색, 녹색 및 청색 포토다이오드들의 일례를 설명하기 위한 도면으로서, 도 3의 (a)는 광 감지 소자의 단면도를 나타내는 도면이고, 도 3의 (b) 및 (c)는 광 감지 소자의 평면도를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 광 감지 소자의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 이미지 감지 장치에 채용된 화소 회로들의 배선의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 7은 본 발명의 변형된 실시 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 컬러 필터의 하부에 형성된 적외선용 포토다이오드의 분광 특성을 나타내는 도면이다.
본 발명은 컬러 이미지 감지 장치 및 적외선 신호 처리 방법에 관한 발명이다.
종래기술에 의한 컬러 이미지 감지 장치는 컬러 필터 어레이(color filter array), 이미지 센서(image sensor), 이미지 신호 처리부(image signal processor) 뿐만 아니라, IR 차단 필터를 필요로 한다. 이는 컬러 필터 어레이에 포함된 적색 통과 필터(red-pass filter), 녹색 통과 필터(green-pass filter) 및 청색 통과 필터(blue-pass filter)가 각각 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 통과시킬 뿐만 아니라, 700nm 이상의 파장을 가지는 적외선 또한 통과시키기 때문이다. 적색 통과 필터, 녹색 통과 필터 및 청색 통과 필터의 스펙트럼 응답이 도 1에 표현되어 있다. IR 차단 필터는 이미지 센서 칩 외부에 별도로 구현되거나, 한국공개특허공보 제2002-17853호(발명의 명칭: 칩 내부에 적외선 필터를 구비하는 이미지 센서)에 개시된 기술과 같이 포토 다이오드 위에 질화막과 산화막을 수차례 적층함으로써 적외선의 투과를 방지하는 방식으로 구현될 수 있다. 그러나, 어느 기술을 사용하든지 IR 차단 필터는 컬러 이미지 감지 장치의 제조 비용을 많이 상승시킨다는 문제점을 야기한다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 IR 차단 필터 없이도 적외선에 의한 영향을 제거할 수 있으며, 따라서 제조 원가를 절감할 수 있는 컬러 이미지 감지 장치 및 적외선 신호 처리 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 높은 조도에서는 적외선을 보상함으로써 측정된 컬러의 정확도를 높이고, 낮은 조도에서는 적외선을 이용하여 컬러를 보강함으로써 어두운 환경에서의 촬상을 가능하게 하는 컬러 이미지 감지 장치 및 적외선 신호 처리 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면은 복수의 단위 컬러 필터-상기 단위 컬러 필터는 적색 광을 통과시키는 적색 통과 필터, 녹색 광을 통과시키는 녹색 통과 필터 및 청색 광을 통과시키는 청색 통과 필터를 구비하며, 상기 적색 통과 필터, 상기 녹색 통과 필터 및 상기 청색 통과 필터 중 적어도 어느 한 필터는 적외선도 통과시킴-를 구비하는 컬러 필터 어레이; 상기 컬러 필터 어레이를 통과한 광에 대응하는 이미지 신호-상기 이미지 신호는 상기 적색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 적색 신호, 상기 녹색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 녹색 신호, 상기 청색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 청색 신호 및 상기 적어도 어느 한 필터를 통과한 적외선에 대응하는 적외선 신호를 구비함-를 제공하는 이미지 센서; 및 상기 적색 신호, 상기 녹색 신호 및 상기 청색 신호 중 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 수정하는 신호 처리를 수행하는 이미지 신호 처리부를 구비하는 이미지 감지 장치를 제공한다.
본 발명의 제2 측면은 (a) 적색 신호, 녹색 신호, 청색 신호 및 적외선 신호를 구비한 이미지 신호를 전달받는 단계; 및 (b) 상기 적색 신호, 상기 녹색 신호 및 상기 청색 신호 중 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 수정하는 신호 처리를 수행하는 단계를 구비하는 이미지 신호 처리 방법을 제공한다. 바람직하게, 상기 적색 신호는 이미지 센서로부터 제공되는 신호로서 적색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 신호이며, 상기 녹색 신호는 상기 이미지 센서로부터 제공되는 신호로서 녹색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 신호이며, 상기 청색 신호는 상기 이미지 센서로부터 제공되는 신호로서 청색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 신호이며, 상기 적외선 신호는 상기 이미지 센서로부터 제공되는 신호로서 상기 적색 통과 필터, 상기 녹색 통과 필터 및 상기 청색 통과 필터 중 적어도 어느 한 필터를 통과한 적외선에 대응하는 신호이다.
본 발명의 제3 측면은 반도체 기판에 형성되며, 적색 통과 필터-상기 적색 통과 필터는 적색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하는 적색용 포토다이오드; 상기 반도체 기판에 형성되며, 녹색 통과 필터-상기 녹색 통과 필터는 녹색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하는 녹색용 포토다이오드; 상기 반도체 기판에 형성되며, 청색 통과 필터-상기 청색 통과 필터는 청색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과 한 광에 대응하는 전하를 축적하는 청색용 포토다이오드; 및 상기 반도체 기판에 형성되며, 상기 적색용 포토다이오드, 상기 녹색용 포토다이오드 및 상기 청색용 포토다이오드의 아래에 위치함으로써 상기 적색용 포토다이오드, 상기 녹색용 포토다이오드 및 상기 청색용 포토다이오드를 통과한 적외선에 대응하는 전하를 축적하는 적외선용 포토다이오드를 구비한 광 감지 소자를 제공한다.
본 발명의 제4 측면은 제1 도전형의 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 형성되며, 적색 통과 필터-상기 적색 통과 필터는 적색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광을 제공받으며, 상기 제1 도전형의 반대인 제2 도전형으로 도핑된 제1 도핑 영역; 상기 반도체 기판에 형성되며, 녹색 통과 필터-상기 녹색 통과 필터는 녹색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광을 제공받으며, 상기 제2 도전형으로 도핑된 제2 도핑 영역; 상기 반도체 기판에 형성되며, 청색 통과 필터-상기 청색 통과 필터는 청색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광을 제공받으며, 상기 제2 도전형으로 도핑된 제3 도핑 영역; 및 상기 반도체 기판에 형성되며, 상기 제1 내지 제3 도핑 영역들의 아래에 거리를 두고 떨어져 위치하며, 상기 제1 도핑 영역, 상기 제2 도핑 영역 및 상기 제3 도핑 영역을 통과한 광을 제공받으며, 상기 제2 도전형으로 도핑된 제4 도핑 영역을 포함하는 광 감지 소자를 제공한다.
본 발명의 제5 측면은 제1 내지 제4 화소-상기 제1 내지 제4 화소 각각은 가시 광선용 포토다이오드들 및 적외선용 포토다이오드를 구비하며, 상기 가시 광선용 포토다이오드들은 적색용 포토다이오드, 2개의 녹색용 포토다이오드들, 청색용 포토다이오드를 구비하며, 상기 제1 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 제1 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 제2 행에 위치하며, 상기 제2 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 상기 제1 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 상기 제2 행에 위치하며, 상기 제3 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 제3 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 제4 행에 위치하며, 상기 제4 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 상기 제3 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 상기 제4 행에 위치함-를 포함하는 화소 어레이의 제어 방법에 있어서, (a) 상기 제1 행에 위치한 포토다이오드들에 축적된 전하들에 대응하는 전압들을 제1 내지 제4 컬럼 선들에 제공하는 단계; (b) 상기 제2 행에 위치한 포토다이오드들에 축적된 전하들에 대응하는 전압들을 상기 제1 내지 제4 컬럼 선들에 제공하는 단계; (c) 상기 제3 행에 위치한 포토다이오드들에 축적된 전하들에 대응하는 전압들을 상기 제1 내지 제4 컬럼 선들에 제공하는 단계; (d) 상기 제4 행에 위치한 포토다이오드들에 축적된 전하들에 대응하는 전압들을 상기 제1 내지 제4 컬럼 선들에 제공하는 단계; 및 (e) 상기 제1 내지 제4 화소의 적외선용 포토다이오드들에 축적된 전하들에 대응하는 전압들을 상기 제1 내지 제4 컬럼 선들에 제공하는 단계를 구비한 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 제6 측면은 제1 내지 제4 화소를 구비하는 화소 어레이에 있어서, 상기 제1 내지 제4 화소 각각은 가시 광선용 포토다이오드들, 적외선용 포토다이오드 및 상기 적외선용 포토다이오드에 축적된 전하에 대응하는 전압을 제공하는 적 외선용 화소 회로를 구비하며, 상기 가시 광선용 포토다이오드들은 적색용 포토다이오드, 2개의 녹색용 포토다이오드들, 청색용 포토다이오드를 구비하며, 상기 적외선용 화소 회로는 복수의 트랜지스터를 구비하며, 상기 제1 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 제1 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 제2 행에 위치하며, 상기 제2 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 상기 제1 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 상기 제2 행에 위치하며, 상기 제3 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 제3 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 제4 행에 위치하며, 상기 제4 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 상기 제3 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 상기 제4 행에 위치하며, 상기 복수의 트랜지스터는 상기 제1 내지 제4 행의 위와 아래에 위치한 행간들 중 적어도 2개의 행간에 분산되어 위치하는 화소 어레이를 제공한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 이미지 감지 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면 이미지 감지 장치는 컬러 필터 어레이(100), 이미지 센서(200) 및 이미지 신호 처리부(300)를 구비한다.
컬러 필터 어레이(100)는 단위 컬러 필터(color filter unit; 110)의 어레이로 구성된다. 단위 컬러 필터(110)은 적색 통과 필터(red-pass filter; 120), 녹색 통과 필터(green-pass filter; 130) 및 청색 통과 필터(blue-pass filter; 140)를 구비한다. 적색 통과 필터(120), 녹색 통과 필터(130) 및 청색 통과 필터(140) 중 적어도 어느 하나는 적외선도 통과시킨다. 일례로, 도 1에 표현된 바와 같이 적색 통과 필터(120)는 적색뿐만 아니라 적외선도 통과시키며, 녹색 통과 필터(130)는 녹색뿐만 아니라 적외선도 통과시키며, 청색 통과 필터(140)는 청색뿐만 아니라 적외선도 통과시킨다. 일반적으로 컬러 필터 어레이(100)는 온칩(on-chip) 컬러 필터 어레이 형태로 제작된다. 즉, 컬러 필터 어레이(100)가 이미지 센서(200)와 함께 하나의 칩에 구현된다.
이미지 센서(200)는 컬러 필터 어레이(100)를 통하여 입사되는 광에 대응하는 이미지 신호를 이미지 신호 처리부(300)에 제공한다. 이미지 센서(200)에서 출력되는 이미지 신호는 적색 신호, 녹색 신호, 청색 신호뿐만 아니라 적외선 신호도 포함한다. 이미지 센서(200)는 화소 어레이(210), 쉬프트 레지스터(220), 샘플 및 홀더(230), 이득 조정부(240) 및 아날로그 디지털 변환기(analog-to-digital converter; ADC; 250)를 구비한다. 화소 어레이(210)는 쉬프트 레지스터(220)에서 출력되는 제어 신호에 의하여 선택된 화소(211)들의 아날로그 이미지 신호를 샘플 및 홀더(230)에 제공한다. 아날로그 이미지 신호는 적색, 녹색, 청색 및 적외선 신 호를 구비한다. 도면에는 화소(211)들이 2차원적으로 배열된 화소 어레이(210)가 표현되어 있으나, 화소(211)들이 1차원적으로 배열된 화소 어레이(일례로 라인 센서용 화소 어레이가 있음)도 본 발명의 범주에 포함된다. 화소(211)는 적색용 포토다이오드(미도시), 녹색용 포토다이오드(미도시), 청색용 포토다이오드(미도시), 적외선용 포토다이오드(미도시) 및 화소 회로(미도시)를 구비한다. 화소 회로는 쉬프트 레지스터(220)에서 출력되는 제어 신호에 따라 적색용 포토다이오드에 축적된 전하에 대응하는 적색 신호, 녹색용 포토다이오드에 축적된 전하에 대응하는 녹색 신호, 청색용 포토다이오드에 축적된 전하에 대응하는 청색 신호, 적외선용 포토다이오드에 축적된 전하에 대응하는 적외선 신호를 샘플 및 홀더(230)에 제공한다. 쉬프트 레지스터(220)는 화소 어레이(210)의 동작에 필요한 제어 신호를 화소 어레이(210)에 제공한다. 샘플 및 홀더(230)는 아날로그 이미지 신호를 화소 어레이(210)로부터 병렬로 전달받아, 이득 조정부(240)로 직렬로 전달한다. 이득 조정부(240)는 샘플 및 홀더(230)로부터 전달된 아날로그 이미지 신호의 이득을 조절한다. ADC(250)은 이득 조정부(240)에서 전달된 아날로그 이미지 신호를 디지털 변환하여 얻은 디지털 이미지 신호를 이미지 신호 처리부(300)에 전달한다.
이미지 신호 처리부(300)는 적외선 신호 처리(310)를 수행한다. 이미지 신호 처리부(300)는 적외선 신호 처리(310) 이외에도 다양한 기능 그 예로 감마 보정(gamma correction; 320) 및 자동 백색 균형(auto white balance; 330) 등을 수행할 수 있다. 이미지 신호 처리부(300)는 적외선 신호 처리(310)를 위하여 적색 신호, 녹색 신호, 청색 신호뿐만 아니라 적외선 신호를 포함하는 디지털 이미지 신 호를 입력받는다.
적외선 신호 처리(310)라 함은, 디지털 이미지 신호에 포함된 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호 중 적어도 어느 하나를 디지털 이미지 신호에 포함된 적외선 신호에 따라 수정하는 것을 의미한다. 적외선 신호 처리(310)는 아래의 수학식 1과 같은 매트릭스 형태로 표현될 수도 있다.
상기 수학식 1에서 R, G, B 및 IR은 각각 디지털 이미지 신호에 포함된 적색 신호, 녹색 신호, 청색 신호 및 적외선 신호를 의미하고, R`, G` 및 B`은 각각 적외선 신호 처리에 의하여 얻어진 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호를 의미하고, a11 내지 a34는 소정의 계수들이다. 소정의 계수들 중 a11, a22 및 a33은 0이 아니어야만 하며, a14, a24 및 a34 중 적어도 어느 하나는 0이 아니어야만 하며, 나머지 계수들은 0이거나 0이 아닐 수 있다. 적외선 신호 처리(310)의 예로서 적외선 보상(compensation; 311), 적외선 보강(reinforcement; 312), 자동 적외선 조 정(modification; 313) 등이 있다.
적외선 보상(311)은 디지털 이미지 신호에 포함된 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호 중 적어도 어느 하나의 적외선에 의한 영향을 감소시키는 것을 의미한다. 보다 구체적으로, 디지털 이미지 신호에 포함된 적색 신호는 적색 통과 필터를 통과한 적색 광뿐만 아니라 적외선에도 영향을 받는다. 따라서, 적색 신호에서 적외선에 의한 영향을 감소시키면 더욱 정확한 적색 신호를 얻을 수 있다. 또한, 디지털 이미지 신호에 포함된 녹색 신호 및 청색 신호에서 적외선에 의한 영향을 감소시키면 더욱 정확한 녹색 신호 및 청색 신호를 얻을 수 있다. 적외선 보상(311)도 수학식 1과 같은 매트릭스 형태로 표현될 수도 있다. 이때, 소정의 계수들 중 a11, a22 및 a33은 0이 아니어야만 하며, a14, a24 및 a34 중 적어도 어느 하나는 0이 아니어야만 하며, a14가 0이 아니면 그 부호는 a11와 달라야 하며, a24가 0이 아니면 그 부호는 a22와 달라야 하며, a34가 0이 아니면 그 부호는 a33와 달라야 한다. 바람직하게, a14, a24 및 a34 모두 0이 아니다. 적외선 보상에 해당하는 매트릭스의 일례가 수학식 2에 표현되어 있다.
적외선 보강(312)은 디지털 이미지 신호에 포함된 적외선 신호를 사용하여 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호 중 적어도 어느 하나를 강화하는 것을 의미한다. 보다 구체적으로, 어두운 환경에서는 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호만으로는 피사체를 식별할 수 없는 경우가 발생한다. 이 경우, 적외선 신호를 이용하여 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호 중 적어도 어느 하나(바람직하게는 모두)를 보강하면, 비록 컬러는 정확하지 못하더라도 피사체를 식별할 수 있는 이미지를 확보할 수 있다. 적외선 보강(312)도 수학식 1과 같은 매트릭스 형태로 표현될 수도 있다. 이때, 소정의 계수들 중 a11, a22 및 a33은 0이 아니어야만 하며, a14, a24 및 a34 중 적어도 어느 하나는 0이 아니어야만 하며, a14가 0이 아니면 그 부호는 a11와 같아야 하며, a24가 0이 아니면 그 부호는 a22와 같아야 하며, a34가 0이 아니면 그 부호는 a33와 같아야 한다. 바람직하게, a14, a24 및 a34 모두 0이 아니다. 적외선 보상에 해당하는 매트릭스의 일례가 수학식 3에 표현되어 있다.
자동 적외선 조정(313)은 화면 밝기(또는 조도)에 따라 적외선 신호 처리를 다르게 수행하는 것을 의미한다. 화면 밝기는 다양한 방식으로 측정 가능하며, 일례로 디지털 이미지 신호에 포함된 적색 신호의 평균, 디지털 이미지 신호에 포함된 녹색 신호의 평균 및 디지털 이미지 신호에 포함된 적색 신호의 평균의 평균일 수 있다. 화면 밝기에 따라 적외선 신호 처리를 다르게 수행함은 화면 밝기가 변경됨에 따라 수학식 1에 표현된 계수들(a11 내지 a34) 중 적어도 어느 한 계수의 값을 변경하는 방식으로 수행될 수 있다. 자동 적외선 조정(313)의 일례로 화면 밝기가 밝은 경우에는 적외선 보상을 수행하고, 화면 밝기가 어두운 경우에는 적외선 보강을 수행할 수 있다. 즉, 화면 밝기가 밝은 경우에는 수학식 2와 같은 연산이 수행되고, 화면 밝기가 어두운 경우에는 수학식 3과 같은 연산이 수행될 수 있다. 화면 밝기가 밝은지 어두운지 여부는 화면 밝기를 소정의 임계치와 비교하는 방식으로 판단될 수 있다. 자동 적외선 조정(313)의 다른 예로 적외선 보강을 수행함에 있어서 화면 밝기에 따라 적외선 보강의 정도를 달리할 수 있다. 화면 밝기에 따른 적외선 보강도 수학식 1과 같은 매트릭스 형태로 표현될 수도 있다. 이때, 소정의 계 수들 중 a11, a22 및 a33은 0이 아니어야만 하며, a14, a24 및 a34 중 적어도 어느 하나는 0이 아니어야만 한다. 또한, a14가 0이 아니면 그 부호는 a11와 같아야 하며 그 크기(절대값)는 화면 밝기가 어두워짐에 따라 증가하여야 한다. 또한, a24가 0이 아니면 그 부호는 a22와 같아야 하며 그 크기(절대값)는 화면 밝기가 어두워짐에 따라 증가하여야 한다. 또한, a34가 0이 아니면 그 부호는 a33와 같아야 하며 그 크기(절대값)는 화면 밝기가 어두워짐에 따라 증가하여야 한다. 화면 밝기에 따른 적외선 보강에 해당하는 매트릭스의 일례가 수학식 4에 표현되어 있다.
상기 수학식 4에서 계수 g는 화면 밝기가 제1 레벨 이하인 경우(매우 어두운 경우)에는 최대값(일례로 1)이고, 화면 밝기가 제2 레벨 이상인 경우(매우 밝은 경우)에는 최소값(일례로 0)이고, 화면 밝기가 제1 및 제2 레벨 사이인 경우에는 밝기가 증가함에 따라 감소할 수 있다.
도 3은 도 2의 이미지 감지 장치에 채용된 적색용, 녹색용, 청색용 및 적외선용 포토다이오드들(이하 광 감지 소자라 함)의 일례를 설명하기 위한 도면으로서, 도 3의 (a)는 광 감지 소자의 단면도를 나타내는 도면이고, 도 3의 (b) 및 (c)는 광 감지 소자의 평면도를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 광 감지 소자는 반도체 기판(212)과 반도체 기판(212)에 형성된 제1 내지 제5 도핑영역(213R, 213G, 213B, 213IR, 213IR')을 포함한다.
반도체 기판(212)은 P형 및 N형 중 어느 하나인 제1 도전형으로 도핑된 반도체 기판일 수 있다. 도면에는 P형 반도체 기판(212)이 표현되어 있다. 반도체 기판(212)은 바람직하게 실리콘 기판이다. 반도체 기판(212)은 도면과 같이 에피택셜 층(epitaxial layer)이 성장되기 이전의 원래의 반도체 기판(212A)과 원래의 반도체 기판(212A) 위에 성장된 에피택셜 층(212B)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 에피택셜 층(212B)은 원래의 반도체 기판(212A)와 같은 도전형이다. 원래의 반도체 기판(212A)과 에피택셜 층(212B)의 경계면은 제1 내지 제3 도핑 영역(213R, 213G, 213B)과 제4 도핑 영역(213IR) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 도면과 달리, 반도체 기판(212)은 에피택셜 층을 포함하지 아니할 수도 있다. 반도체 기판(212)이 에피택셜 층(212B)을 포함하는 경우는 에피택셜 층을 포함하지 아니하는 경우에 비하여, 제4 도핑 영역(213IR)을 보다 깊이 형성할 수 있다는 장점이 있다.
제1 도핑 영역(213R)은 반도체 기판(212)에 형성되며, 제1 도전형의 반대인 제2 도전형으로 도핑된 영역으로서, 적색 필터(120)를 통과하여 입사된 광을 감지한다. 도면에는 N형으로 도핑된 제1 도핑 영역(213R)이 표현되어 있다. 적색용 포 토 다이오드(214R)는 상호 접합된 제1 도핑 영역(213R) 및 반도체 기판(212)으로 구성된다. 적색용 포토다이오드(214R)에는 역방향 바이어스가 인가된다. 적색 필터(120)는 도면에 표현된 바와 같이 적색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킨다. 광의 파장이 길수록 반도체 물질에 더 적게 흡수되므로, 상대적으로 파장이 긴 적외선은 상대적으로 파장이 짧은 적색 광보다 더 깊은 영역까지 침투하여, 제4 도핑 역역(213IR)에서도 적색 필터(120)를 통과한 적외선을 감지할 수 있다.
제2 도핑 영역(213G)은 반도체 기판(212)에 형성되며, 제2 도전형으로 도핑된 영역으로서, 녹색 필터(130)를 통과하여 입사된 광을 감지한다. 도면에는 N형으로 도핑된 제2 도핑 영역(213G)이 표현되어 있다. 녹색용 포토다이오드(214G)는 상호 접합된 제2 도핑 영역(213G) 및 반도체 기판(212)으로 구성된다. 녹색용 포토다이오드(214G)에는 역방향 바이어스가 인가된다. 녹색 필터(130)는 도면에 표현된 바와 같이 녹색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킨다. 광의 파장이 길수록 반도체 물질에 더 적게 흡수되므로, 상대적으로 파장이 긴 적외선은 상대적으로 파장이 짧은 녹색 광보다 더 깊은 영역까지 침투하여, 제4 도핑 역역(213IR)에서도 녹색 필터(130)를 통과한 적외선을 감지할 수 있다.
제3 도핑 영역(213B)은 반도체 기판(212)에 형성되며, 제2 도전형으로 도핑된 영역으로서, 청색 필터(140)를 통과하여 입사된 광을 감지한다. 도면에는 N형으로 도핑된 제3 도핑 영역(213B)이 표현되어 있다. 청색용 포토다이오드(214B)는 상호 접합된 제3 도핑 영역(213B) 및 반도체 기판(212)으로 구성된다. 청색용 포토다이오드(214B)에는 역방향 바이어스가 인가된다. 청색 필터(140)는 도면에 표현된 바와 같이 청색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킨다. 광의 파장이 길수록 반도체 물질에 더 적게 흡수되므로, 상대적으로 파장이 긴 적외선은 상대적으로 파장이 짧은 청색 광보다 더 깊은 영역까지 침투하여, 제4 도핑 역역(213IR)에서도 청색 필터(140)를 통과한 적외선을 감지할 수 있다.
제4 도핑 영역(213IR)은 반도체 기판(212)에 형성되며, 제2 도전형으로 도핑된 영역이다. 제4 도핑 영역(213IR)은 제1 내지 제3 도핑 영역(213R, 213G, 213B)들 중 적어도 어느 한 도핑 영역의 아래에 거리를 두고 떨어져 위치하며, 적색, 녹색 및 청색 필터(120, 130, 140)들 중 적어도 어느 한 필터를 통과하여 입사된 광을 감지한다. 바람직하게 제4 도핑 영역(213IR)은 도면과 같이 제1 내지 제3 도핑 영역들(213R, 213G, 213B)의 아래에 위치한다. 이 경우에, 도 3의 (c)와 같이 제4 도핑 영역(213IR)이 제1 내지 제3 도핑 영역(213R, 213G, 213B)들의 모든 영역을 다 포함하게 형성될 수도 있으며, 도 3의 (b)와 같이 제1 도핑 영역(213R)의 일부 영역, 제2 도핑 영역(213G)의 일부 영역 및 제3 도핑 영역(213B)의 일부 영역만을 포함하게 형성될 수도 있다. 반도체 기판(212)의 표면으로부터 제4 도핑 영역(213IR)까지의 깊이는 적색, 녹색 및 청색 광의 극히 일부만이 전달되고, 적외선은 측정이 가능할 정도로 상당히 전달되도록 결정되어야 하며, 바람직하게 0.5 마이크로미터 이상이어야 한다. 적외선용 포토 다이오드(214IR)는 상호 접합된 제4 도핑 영역(213IR) 및 반도체 기판(212)으로 구성된다. 적외선용 포토 다이오드(214IR)에는 역방향 바이어스가 인가된다. 적외선용 포토 다이오드(214IR)의 PN 접합은 적색용, 녹색용 및 청색용 포토 다이오드(214R, 214G, 214B)의 PN 접합들보 다 깊은 곳에 위치하여, 적외선용 포토 다이오드(214IR)의 PN 접합에는 가시광선보다 적외선이 많이 전달되도록 하는 것이 바람직하다.
제5 도핑 영역(213IR')은 반도체 기판(212)에 형성되며, 제2 도전형으로 도핑된 영역이다. 제5 도핑 영역(213IR')은 제4 도핑 영역(213IR)과 전기적으로 접속되며, 제4 도핑 영역(213IR)에서 형성된 정공 또는 전자를 반도체 기판(212)의 표면에 전달하기 위하여 상기 제4 도핑 영역과 상기 반도체 기판의 표면 사이에 형성된다.
도 4는 도 3의 광 감지 소자의 제조 방법의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4에 표현된 제조 방법은 특히 반도체 기판(212)이 에피택셜 층이 성장되기 이전의 원래의 반도체 기판(212A)과 원래의 반도체 기판(212A) 위에 성장된 에피택셜 층(212B)으로 구성된 경우의 제조 방법이다. 도 4를 참조하면, 광 감지 소자의 제조 방법은 제4 도핑 영역 형성 단계(도 4의 (a)), 에피택셜 층 성장 단계(도 4의 (b)), 제5 도핑 영역 형성 단계(도 4의 (c)), 및 제1 내지 제3 도핑 영역 형성 단계(도 4의 (d))를 포함한다.
제4 도핑 영역 형성 단계(도 4의 (a))에서, 에피택셜 층이 성장되지 아니한 원래의 반도체 기판(212A)에 이온 주입(ion implantation) 방법으로 제4 도핑 영역(213IR)을 형성한다. 원래의 반도체 기판(212A)은 실리콘 기판일 수 있으며, 제1 도전형으로 도핑되어 있다. 제4 도핑 영역(213IR)은 제1 도전형의 반대인 제2 도전형으로 도핑된다. 도면에는 제1 도전형이 P형이고, 제2 도전형이 N형인 일례가 표 현되어 있다. 제4 도핑 영역을 형성하기 위하여, 먼저 반도체 기판(212A) 상에 제4 도핑 영역(213IR)이 형성될 부분을 개방하는 이온 주입 마스크(미도시)를 형성한다. 그 후, N형의 도펀트(dopant)를 주입하여 제4 도핑 영역을 형성한다. 그 후, 이온 주입 마스크를 제거한다. 이온 주입 마스크는 일례로 산화막일 수 있다. N형의 도펀트는 일례로 비소(Arsenic)일 수 있으며, 그 주입량(dose)은 1011 내지 1013/cm2일 수 있다. 또한, 이후에 형성될 에피택셜 층의 두께를 줄이기 위해서는 이온 주입 에너지는 높은 것이 바람직하며, 따라서, 100 KeV 이상의 높은 에너지로 수행되는 것이 바람직하다. 제4 도핑 영역은 적외선 감지를 위한 도핑 영역이라고도 호칭될 수 있다.
에피택셜 층 성장 단계(도 4의 (b))에서, 바람직하게 0.2 내지 0.4 마이크로 미터의 에피택셜 층(212B)을 성장시킨다. 에피택셜 층(212B)은 제1 도전형으로 도핑되며, 가급적 저온으로 형성되며, 그 농도는 원래의 반도체 기판(212A)의 농도와 유사한 것이 바람직하다.
제5 도핑 영역 형성 단계(도 4의 (c))에서, 이온 주입 방법으로, 제2 도전형의 제5 도핑 영역(213IR')을 형성한다. 이를 위하여, 먼저 반도체 기판(212) 상에 제5 도핑 영역(213IR')이 형성될 부분을 개방하는 이온 주입 마스크(미도시)를 형성한 다음, N형의 도펀트를 주입하여 제5 도핑 영역(213IR')을 형성한다. 그 후, 이온 주입 마스크를 제거한다. 제5 도핑 영역(213IR')은 적외선 감지를 위한 도핑 영역(213IR)과 전기적으로 접속되며, 적외선 감지를 위한 도핑 영역(213IR)에서 형 성된 정공 또는 전자를 반도체 기판(212)의 표면에 전달하기 위하여 상기 제4 도핑 영역과 상기 반도체 기판(212)의 표면 사이에 형성된다.
제1 내지 제3 도핑 영역 형성 단계(도 4의 (d))에서, 이온 주입 방법으로 제2 도전형의 제1 내지 제3 도핑 영역들(213R, 213G, 213B)을 형성한다. 이를 위하여, 먼저 반도체 기판(212) 상에 제1 내지 제3 도핑 영역(213R, 213G, 213B)이 형성될 부분을 개방하는 이온 주입 마스크(미도시)를 형성한 다음, N형의 도펀트를 주입하여 제1 내지 제3 도핑 영역들(213R, 213G, 213B)을 형성한다. 그 후, 이온 주입 마스크를 제거한다. 제1 내지 제3 도핑 영역의 도핑 농도는 일례로 1012ions/cm3 정도일 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 감지를 위한 도핑 영역들(213R, 213G, 213B) 중 적어도 어느 하나는 상기 적외선 감지를 위한 도핑 영역의 위에 형성되며, 바람직하게, 적색, 녹색 및 청색 감지를 위한 도핑 영역들(213R, 213G, 213B)이 상기 적외선 감지를 위한 도핑 영역(213IR)의 위에 형성된다. 제1 내지 제3 도핑 영역(213R, 213G, 213B)은 각각 적색, 녹색 및 청색 감지를 위한 도핑 영역이라고도 호칭될 수 있다.
이와 같은 방법으로 공정을 진행하면, 도 3과 같은 구조가 형성된다. 적외선의 감지를 위해서는, 최종적으로 형성된 광 감지 소자에서 적외선 감지를 위한 도핑 영역(213IR)은 에피택셜 층(212B)의 표면으로부터 0.5 마이크로 미터 이상의 깊이에 형성되는 것이 바람직하다. 도면에 표현된 제조 방법을 따르는 경우, 특히 적외선 감지를 위한 도핑 영역(213IR)을 먼저 형성한 후 에피택셜 층(212B)을 형성하 므로, 0.5 마이크로 미터 이상의 깊이를 원하는 적외선 감지를 위한 도핑 영역(213IR)을 충분히 깊게 형성할 수 있다는 장점이 있다.
도 5는 도 2의 이미지 감지 장치에 채용된 화소 회로들의 배선의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 화소 어레이는 제1 내지 제4 화소를 구비한다.
제1 화소는 가시 광선용 포토다이오드들 및 적외선용 포토다이오드(214IR_1)를 구비하며, 가시 광선용 포토다이오드들은 적색용 포토다이오드(214R_1), 2개의 녹색용 포토다이오드들(214G_1, 214G_1'), 청색용 포토다이오드(214B_1)를 구비한다. 제1 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들(214R_1, 214G_1)은 제1 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들(214G_1', 214B_1)은 제2 행에 위치한다. 적외선용 포토다이오드(214IR_1)의 화소 회로는 복수의 트랜지스터(M1_1 내지 M4_1)를 구비하며, 복수의 트랜지스터(M1_1 내지 M4_1)는 제1 내지 제4 행의 위와 아래에 위치한 행간들 중 적어도 2개의 행간에 분산되어 위치한다.
제2 화소는 가시 광선용 포토다이오드들 및 적외선용 포토다이오드(214IR_2)를 구비하며, 가시 광선용 포토다이오드들은 적색용 포토다이오드(214R_2), 2개의 녹색용 포토다이오드들(214G_2, 214G_2'), 청색용 포토다이오드(214B_2)를 구비한다. 제2 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들(214R_2, 214G_2)은 제1 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들(214G_2', 214B_2)은 제2 행에 위치한다. 적외선용 포토다이오드(214IR_2)의 화소 회로는 복수의 트랜지 스터(M1_2 내지 M4_2)를 구비하며, 복수의 트랜지스터(M1_2 내지 M4_2)는 제1 내지 제4 행의 위와 아래에 위치한 행간들 중 적어도 2개의 행간에 분산되어 위치한다.
제3 화소는 가시 광선용 포토다이오드들 및 적외선용 포토다이오드(214IR_3)를 구비하며, 가시 광선용 포토다이오드들은 적색용 포토다이오드(214R_3), 2개의 녹색용 포토다이오드들(214G_3, 214G_3'), 청색용 포토다이오드(214B_3)를 구비한다. 제3 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들(214R_3, 214G_3)은 제3 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들(214G_3', 214B_3)은 제4 행에 위치한다. 적외선용 포토다이오드(214IR_3)의 화소 회로는 복수의 트랜지스터(M1_3 내지 M4_3)를 구비하며, 복수의 트랜지스터(M1_3 내지 M4_3)는 제1 내지 제4 행의 위와 아래에 위치한 행간들 중 적어도 2개의 행간에 분산되어 위치한다.
제4 화소는 가시 광선용 포토다이오드들 및 적외선용 포토다이오드(214IR_4)를 구비하며, 가시 광선용 포토다이오드들은 적색용 포토다이오드(214R_4), 2개의 녹색용 포토다이오드들(214G_4, 214G_4'), 청색용 포토다이오드(214B_4)를 구비한다. 제1 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들(214R_4, 214G_4)은 제3 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들(214G_4', 214B_4)은 제4 행에 위치한다. 적외선용 포토다이오드(214IR_4)의 화소 회로는 복수의 트랜지스터(M1_4 내지 M4_4)를 구비하며, 복수의 트랜지스터(M1_4 내지 M4_4)는 제1 내지 제4 행의 위와 아래에 위치한 행간들 중 적어도 2개의 행간에 분산되어 위치한다.
제1 제어신호(Ctrl1)에 따라 제1 행에 위치한 포토다이오드들(214R_1, 214G_1, 214R_2, 214G_2)에 축적된 전하들에 대응하는 전압들이 제1 내지 제4 컬럼 선들(CL1, CL2, CL3, CL4)로 인가된다. 제2 제어신호(Ctrl2)에 따라 제2 행에 위치한 포토다이오드들(214G_1', 214B_1, 214G_2', 214B_2)에 축적된 전하들에 대응하는 전압들이 제1 내지 제4 컬럼 선들(CL1, CL2, CL3, CL4)로 인가된다. 제3 제어신호(Ctrl3)에 따라 제3 행에 위치한 포토다이오드들(214R_3, 214G_3, 214R_4, 214G_4)에 축적된 전하들에 대응하는 전압들이 제1 내지 제4 컬럼 선들(CL1, CL2, CL3, CL4)로 인가된다. 제4 제어신호(Ctrl4)에 따라 제4 행에 위치한 포토다이오드들(214G_3', 214B_3, 214G_4', 214B_4)에 축적된 전하들에 대응하는 전압들이 제1 내지 제4 컬럼 선들(CL1, CL2, CL3, CL4)로 인가된다. 제5 제어신호(Ctrl5)에 따라 적외선용 포토다이오드들(214IR_1, 214IR_2, 214IR_3, 214IR_4)에 축적된 전하들에 대응하는 전압들이 제1 내지 제4 컬럼 선들(CL1, CL2, CL3, CL4)로 인가된다. 바람직하게, 제5 제어 신호(Ctrl5)는 제1 내지 제4 제어 신호(Ctrl1 내지 Ctrl4) 중 어느 한 신호가 인가되기 이전 또는 이후에 인가된다.
본 발명은 다양하게 변형가능하다. 일례로 도 6에 표현된 바와 같이, 적외선 신호는 청색 통과 필터(140)를 통과한 적외선에 대응하는 제1 적외선 신호만을 구비하며, 적외선용 포토다이오드는 청색 통과 필터(140)를 통과한 적외선을 입력받는 제1 적외선용 포토다이오드(214IR_1)만을 구비할 수 있다. 이 경우, 보다 정확한 적외선 측정을 가능하게 한다는 장점이 있다. 보다 구체적으로, 적외선용 포토다이오드를 적색용 포토다이오드 및 녹색용 포토다이오드의 아래에 둘 경우, 적외선뿐만 아니라 적색 광 및 녹색 광도 적외선용 포토다이오드에 도달하여 정확한 적 외선 측정을 어렵게 한다. 이에 반하여 적외선용 포토다이오드를 청색용 포토다이오드의 아래에 둘 경우, 상대적으로 파장이 짧은 청색 광은 적외선용 포토다이오드에 거의 도달하지 아니하여 정확한 적외선 측정을 가능하게 한다. 따라서, 청색 통과 필터를 통과한 적외선을 이용하여 컬러를 보상할 경우 보다 정확히 컬러를 보상할 수 있다. 또한, 적외선 신호는 청색 통과 필터(140) 및 녹색 통과 필터(130)를 통과한 적외선에 대응하는 제1 적외선 신호만을 구비하며, 적외선용 포토다이오드는 청색 통과 필터(140) 및 녹색 통과 필터(130)를 통과한 적외선을 입력받는 제1 적외선용 포토다이오드만을 구비할 수 있다. 청색 통과 필터(140) 및 녹색 통과 필터(130)를 통과한 적외선을 입력받는 경우는, 청색 통과 필터(140)만을 통과한 적외선을 입력받는 경우와 비교하여 어두운 환경에서도 더 강한 신호를 얻을 수 있으며, 적색 통과 필터(120), 녹색 통과 필터(130) 및 청색 통과 필터(140)를 통과한 적외선을 입력받는 경우와 비교하여 정확한 적외선 측정을 가능하게 한다. 참조로, 컬러 필터의 하부에 형성된 적외선용 포토다이오드의 분광 특성이 도 8에 표현되어 있다.
본 발명의 변형의 다른 예로, 도 7에 표현된 바와 같이, 적외선 신호는 청색 통과 필터(140)를 통과한 적외선에 대응하는 제1 적외선 신호 및 적색 통과 필터(120) 및 녹색 통과 필터(130) 중 적어도 어느 한 필터를 통과한 적외선에 대응하는 제2 적외선 신호를 구비하며, 적외선용 포토다이오드는 청색 통과 필터(140)를 통과한 적외선을 입력받는 제1 적외선용 포토다이오드(214IR_1) 및 적색 통과 필터(120)를 통과한 적외선 및 녹색 통과 필터(130)를 통과한 적외선 중 적어도 어 느 하나를 입력받는 제2 적외선용 포토다이오드(214IR_2)를 구비할 수 있다. 이 경우, 도 6에 표현된 예와 유사하게 제1 적외선 신호를 이용하여 적외선 보상을 수행함으로써 보다 정확한 컬러를 얻을 수 있으며, 제1 및 제2 적외선 신호를 이용하여 적외선 강화를 수행함으로써 어두운 환경에서 도 6에 표현된 예보다 더욱 강한 신호를 얻을 수 있다. 도 7에 표현된 예의 회로의 복잡도는 도 6에 표현된 예보다 다소 높다.
본 발명에 의한 컬러 이미지 감지 장치 및 적외선 신호 처리 방법은 별도의 IR 차단 필터 없이도 적외선에 의한 영향을 제거 또는 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 컬러 이미지 감지 장치 및 적외선 신호 처리 방법은 제조 원가를 절감할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 컬러 이미지 감지 장치 및 적외선 신호 처리 방법은 낮은 조도에서는 적외선을 이용하여 컬러를 보강함으로써 어두운 환경에서도 피상체를 식별할 수 있는 이미지를 형성할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 컬러 이미지 감지 장치 및 적외선 신호 처리 방법은 밝기에 따라 적외선 신호 처리를 다르게 함으로써, 밝기에 적합한 이미지를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
Claims (27)
- 복수의 단위 컬러 필터-상기 단위 컬러 필터는 적색 광을 통과시키는 적색 통과 필터, 녹색 광을 통과시키는 녹색 통과 필터 및 청색 광을 통과시키는 청색 통과 필터를 구비하며, 상기 적색 통과 필터, 상기 녹색 통과 필터 및 상기 청색 통과 필터 중 적어도 어느 한 필터는 적외선도 통과시킴-를 구비하는 컬러 필터 어레이;상기 컬러 필터 어레이를 통과한 광에 대응하는 이미지 신호-상기 이미지 신호는 상기 적색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 적색 신호, 상기 녹색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 녹색 신호, 상기 청색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 청색 신호 및 상기 적어도 어느 한 필터를 통과한 적외선에 대응하는 적외선 신호를 구비함-를 제공하는 이미지 센서; 및상기 적색 신호, 상기 녹색 신호 및 상기 청색 신호 중 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 수정하는 신호 처리를 수행하는 이미지 신호 처리부를 구비하는 이미지 감지 장치.
- 제1 항에 있어서,상기 이미지 신호 처리부는 상기 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 보상함으로써 상기 적어도 어느 한 신호의 적외선에 의한 영향을 감소시키는 상기 신호 처리를 수행하는 이미지 감지 장치.
- 제1 항에 있어서,상기 이미지 신호 처리부는 상기 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 강화하는 상기 신호 처리를 수행하는 이미지 감지 장치.
- 제3 항에 있어서,상기 이미지 신호 처리부가 상기 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 강화함에 있어서, 화면 밝기 또는 조도에 따라 강화하는 정도를 달리하는 이미지 감지 장치.
- 제1 항에 있어서,상기 이미지 신호 처리부는 화면 밝기 또는 조도에 따라 상기 적어도 한 신호의 수정을 달리하는 상기 신호 처리를 수행하는 이미지 감지 장치.
- 제1 항에 있어서,상기 이미지 신호 처리부는 화면 밝기 또는 조도가 높은 경우에는 상기 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 보상하고, 낮은 경우에는 상기 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 강화하는 이미지 감지 장치.
- 제6 항에 있어서,상기 이미지 신호 처리부는 상기 화면 밝기 또는 조도가 높고 낮음을 상기 화면 밝기 또는 조도와 소정의 임계값을 비교한 결과에 따라 판단하는 이미지 감지 장치.
- 제1 항에 있어서,상기 이미지 센서는 화소 어레이를 구비하며,상기 화소 어레이는 반도체 기판에 형성되며, 적색 통과 필터를 통과한 광에 따라 상기 적색 신호에 대응하는 전하를 축적하는 적색용 포토다이오드; 상기 반도체 기판에 형성되며, 녹색 통과 필터를 통과한 광에 따라 상기 녹색 신호에 대응하는 전하를 축적하는 녹색용 포토다이오드; 상기 반도체 기판에 형성되며, 청색 통과 필터를 통과한 광에 따라 상기 청색 신호에 대응하는 전하를 축적하는 청색용 포토다이오드; 및 상기 반도체 기판에 형성되며, 적외선을 통과시키는 상기 적어도 어느 한 필터를 통과한 적외선에 따라 상기 적외선 신호에 대응하는 전하를 축적하는 적외선용 포토다이오드를 구비한 이미지 감지 장치.
- 제8 항에 있어서,상기 적외선용 포토다이오드의 PN 접합은 상기 적색용 포토다이오드, 상기 녹색용 포토다이오드 및 상기 청색용 포토다이오드의 PN 접합들보다 깊게 위치하는 이미지 감지 장치.
- (a) 적색 신호, 녹색 신호, 청색 신호 및 적외선 신호를 구비한 이미지 신호를 전달받는 단계; 및(b) 상기 적색 신호, 상기 녹색 신호 및 상기 청색 신호 중 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 수정하는 신호 처리를 수행하는 단계를 구비하는 이미지 신호 처리 방법.
- 제10 항에 있어서,상기 적색 신호는 이미지 센서로부터 제공되는 신호로서 적색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 신호이며,상기 녹색 신호는 상기 이미지 센서로부터 제공되는 신호로서 녹색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 신호이며,상기 청색 신호는 상기 이미지 센서로부터 제공되는 신호로서 청색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 신호이며,상기 적외선 신호는 상기 이미지 센서로부터 제공되는 신호로서 상기 적색 통과 필터, 상기 녹색 통과 필터 및 상기 청색 통과 필터 중 적어도 어느 한 필터를 통과한 적외선에 대응하는 신호인 이미지 신호 처리 방법.
- 제10 항에 있어서,상기 신호 처리는 수학식
으로 표현 가능하며,상기 수학식에서 R, G, B 및 IR은 각각 상기 적색 신호, 상기 녹색 신호, 상기 청색 신호 및 상기 적외선 신호를 의미하며,R`, G` 및 B`은 각각 상기 신호 처리에 의하여 얻어진 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호를 의미하며,a11 내지 a34는 계수들로서, 상기 계수들 중에서 a11, a22 및 a33은 0이 아니며, a14, a24 및 a34 중 적어도 어느 한 계수는 0이 아닌 이미지 신호 처리 방법. - 제10 항에 있어서,상기 신호 처리는 상기 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 보상하는 방식으로 수행되어, 상기 적어도 어느 한 신호의 적외선에 의한 영향을 감소시키는 이미지 신호 처리 방법.
- 제10 항에 있어서,상기 신호 처리는 상기 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 강화하는 방식으로 수행되는 이미지 신호 처리 방법.
- 제14 항에 있어서,상기 적어도 어느 한 신호가 상기 적외선 신호에 따라 강화됨에 있어서, 화면 밝기 또는 조도에 따라 강화되는 정도를 달리하는 이미지 신호 처리 방법.
- 제10 항에 있어서,상기 신호 처리는 화면 밝기 또는 조도에 따라 상기 적어도 한 신호의 수정을 달리하는 방식으로 수행되는 이미지 신호 처리 방법.
- 제10 항에 있어서,상기 신호 처리는 화면 밝기 또는 조도가 높은 경우에는 상기 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 보상하고, 낮은 경우에는 상기 적어도 어느 한 신호를 상기 적외선 신호에 따라 강화하는 방식으로 수행되는 이미지 신호 처리 방법.
- 제17 항에 있어서,상기 화면 밝기 또는 조도가 높고 낮음은 상기 화면 밝기 또는 조도와 소정의 임계값을 비교한 결과에 따라 판단되는 이미지 신호 처리 방법.
- 반도체 기판에 형성되며, 적색 통과 필터-상기 적색 통과 필터는 적색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하는 적색용 포토다이오드;상기 반도체 기판에 형성되며, 녹색 통과 필터-상기 녹색 통과 필터는 녹색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하는 녹색용 포토다이오드;상기 반도체 기판에 형성되며, 청색 통과 필터-상기 청색 통과 필터는 청색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하는 청색용 포토다이오드; 및상기 반도체 기판에 형성되며, 상기 적색용 포토다이오드, 상기 녹색용 포토다이오드 및 상기 청색용 포토다이오드의 아래에 위치함으로써 상기 적색용 포토다이오드, 상기 녹색용 포토다이오드 및 상기 청색용 포토다이오드를 통과한 적외선에 대응하는 전하를 축적하는 적외선용 포토다이오드를 구비한 광 감지 소자.
- 제1 도전형의 반도체 기판;상기 반도체 기판에 형성되며, 적색 통과 필터-상기 적색 통과 필터는 적색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광을 제공받으며, 상기 제1 도전형의 반대인 제2 도전형으로 도핑된 제1 도핑 영역;상기 반도체 기판에 형성되며, 녹색 통과 필터-상기 녹색 통과 필터는 녹색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광을 제공받으며, 상기 제2 도전형으로 도핑된 제2 도핑 영역;상기 반도체 기판에 형성되며, 청색 통과 필터-상기 청색 통과 필터는 청색 광뿐만 아니라 적외선도 통과시킴-를 통과한 광을 제공받으며, 상기 제2 도전형으로 도핑된 제3 도핑 영역; 및상기 반도체 기판에 형성되며, 상기 제1 내지 제3 도핑 영역들의 아래에 거리를 두고 떨어져 위치하며, 상기 제1 도핑 영역, 상기 제2 도핑 영역 및 상기 제3 도핑 영역을 통과한 광을 제공받으며, 상기 제2 도전형으로 도핑된 제4 도핑 영역을 포함하는 광 감지 소자.
- 제1 내지 제4 화소-상기 제1 내지 제4 화소 각각은 가시 광선용 포토다이오드들 및 적외선용 포토다이오드를 구비하며, 상기 가시 광선용 포토다이오드들은 적색용 포토다이오드, 2개의 녹색용 포토다이오드들, 청색용 포토다이오드를 구비하며, 상기 제1 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 제1 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 제2 행에 위치하며, 상기 제2 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 상기 제1 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 상기 제2 행에 위치하며, 상기 제3 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 제3 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 제4 행에 위치하며, 상기 제4 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 상기 제3 행에 위치하며, 나머지 2개의 포 토다이오드들은 상기 제4 행에 위치함-를 포함하는 화소 어레이의 제어 방법에 있어서,(a) 상기 제1 행에 위치한 포토다이오드들에 축적된 전하들에 대응하는 전압들을 제1 내지 제4 컬럼 선들에 제공하는 단계;(b) 상기 제2 행에 위치한 포토다이오드들에 축적된 전하들에 대응하는 전압들을 상기 제1 내지 제4 컬럼 선들에 제공하는 단계;(c) 상기 제3 행에 위치한 포토다이오드들에 축적된 전하들에 대응하는 전압들을 상기 제1 내지 제4 컬럼 선들에 제공하는 단계;(d) 상기 제4 행에 위치한 포토다이오드들에 축적된 전하들에 대응하는 전압들을 상기 제1 내지 제4 컬럼 선들에 제공하는 단계; 및(e) 상기 제1 내지 제4 화소의 적외선용 포토다이오드들에 축적된 전하들에 대응하는 전압들을 상기 제1 내지 제4 컬럼 선들에 제공하는 단계를 구비한 제어 방법.
- 제21 항에 있어서,상기 (e) 단계는 상기 (a) 내지 (d) 단계 중 어느 한 단계의 이전 또는 이후에 수행되는 제어 방법.
- 제21 항에 있어서,상기 적외선용 포토다이오드는 상기 가시 광선용 포토다이오드들의 아래에 위치한 제어 방법.
- 제21 항에 있어서,상기 적색용 포토다이오드는 적색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하며,상기 녹색용 포토다이오드는 녹색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하며,상기 청색용 포토다이오드는 청색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하며,상기 적색 통과 필터, 상기 녹색 통과 필터 및 상기 청색 통과 필터 중 적어도 어느 한 필터는 적외선도 통과시키며,상기 적외선용 포토다이오드는 상기 어느 한 필터를 통과한 적외선에 대응하는 전하를 축적하는 제어 방법.
- 제1 내지 제4 화소를 구비하는 화소 어레이에 있어서,상기 제1 내지 제4 화소 각각은 가시 광선용 포토다이오드들, 적외선용 포토다이오드 및 상기 적외선용 포토다이오드에 축적된 전하에 대응하는 전압을 제공하는 적외선용 화소 회로를 구비하며, 상기 가시 광선용 포토다이오드들은 적색용 포토다이오드, 2개의 녹색용 포토다이오드들, 청색용 포토다이오드를 구비하며, 상기 적외선용 화소 회로는 복수의 트랜지스터를 구비하며,상기 제1 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 제1 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 제2 행에 위치하며, 상기 제2 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 상기 제1 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 상기 제2 행에 위치하며, 상기 제3 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 제3 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 제4 행에 위치하며, 상기 제4 화소의 가시 광선용 포토다이오드들 중 2개의 포토다이오드들은 상기 제3 행에 위치하며, 나머지 2개의 포토다이오드들은 상기 제4 행에 위치하며,상기 복수의 트랜지스터는 상기 제1 내지 제4 행의 위와 아래에 위치한 행간들 중 적어도 2개의 행간에 분산되어 위치하는 화소 어레이.
- 제25 항에 있어서,상기 적외선용 포토다이오드는 상기 가시 광선용 포토다이오드들의 아래에 위치한 화소 어레이.
- 제25 항에 있어서,상기 적색용 포토다이오드는 적색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하며,상기 녹색용 포토다이오드는 녹색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하며,상기 청색용 포토다이오드는 청색 통과 필터를 통과한 광에 대응하는 전하를 축적하며,상기 적색 통과 필터, 상기 녹색 통과 필터 및 상기 청색 통과 필터 중 적어도 어느 한 필터는 적외선도 통과시키며,상기 적외선용 포토다이오드는 상기 어느 한 필터를 통과한 적외선에 대응하는 전하를 축적하는 화소 어레이.
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