CN101098400A - 数字照相机模块 - Google Patents

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CN101098400A CNA2007101126755A CN200710112675A CN101098400A CN 101098400 A CN101098400 A CN 101098400A CN A2007101126755 A CNA2007101126755 A CN A2007101126755A CN 200710112675 A CN200710112675 A CN 200710112675A CN 101098400 A CN101098400 A CN 101098400A
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金圣洙
朴斗植
李皓荣
金昌容
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Abstract

提供一种数字照相机模块。该数字照相机模块包括：多个镜头，会聚从对象反射的光；多个子图像传感器，分别与所述多个镜头对应，用于响应于反射的光产生电图像信号，其中，所述多个子图像传感器的每一个具有单种颜色的颜色滤光器。

Description

数字照相机模块
本申请要求于2006年6月26日在韩国知识产权局提交的第10-2006-0057658号韩国专利申请的优先权，该申请公开于此以资参考。
技术领域
本发明涉及一种具有多个镜头的数字照相机模块，更具体地讲，涉及一种在数字照相机中具有多个镜头的数字照相机模块，该数字照相机模块安装在小尺寸的数字装置(如移动电话、个人数字助理(PDA)、MP3播放器等)中，该数字照相机模块在减小数字照相机的尺寸的同时，配备有宽动态范围功能，能够通过改变涂覆在颜色滤光器(color filter)上的颜色的透射率(transmittance)来产生光量的差异，从而同时实现高灵敏度(sensitivity)感测和低灵敏度感测。
背景技术
像大部分数字装置一样，数字照相机为许多人开启了一个新的世界。
作为传统的基于胶片的照相机的替代物，数字照相机的优势在于操作简单，普通用户可拍摄能够与专业摄影师所拍摄的照片相比的照片，并且可在拍摄之后立即查看拍摄的照片，而不需要显影和打印。此外，由于数字照相机将捕捉的图像作为数字图像文件存储在照相机的存储器中，所以可在需要的任何时候，将拍摄的具有高画面质量的照片作为永久或半永久数字图像文件上载到例如个人计算机(PC)，以便于存储、图像处理和/或打印。
此外，数字照相机已小型化，并且变得越来越便携，所以如今，数字照相机可被嵌入小尺寸的数字装置(如移动电话、个人数字助理(PDA)、MP3播放器等)中。结果，拍摄照片并欣赏照片已经成为日常事务的一部分，而在小尺寸数字装置中是否嵌入数字照相机已经成为购买该数字装置的一个重要因素。
近来，数字装置已经变得越来越小型化，除了对个性化的装置和便利性的要求之外，消费者还要求更小更薄的数字装置产品。
因此，明显的是，为了使嵌入了数字照相机的小尺寸数字装置更小更薄，嵌入的数字照相机应该被制作得更小更薄。
图1是简要示出传统小型数字装置中安装的数字照相机的操作原理的示图。
参照图1，用户通过不同的镜头(即，直径为Da标号为101a的镜头A以及直径为Db标号为101b的镜头B)拍摄的对象101的图像A、B分别形成在图像传感器102a和102b上。
这里，在例如镜头101b的情况下，镜头的直径越大，分辨率越高。然而，尽管有这一优点，但是焦距也变长，从而给照相机模块的小型化带来限制。因此，增加的焦距使得获得小型化的薄的照相机变得困难。
相反，在镜头101a的情况下，如果镜头的直径小，则形成对象的图像的焦距减小。因此，尽管可获得小型化的薄的照相机模块，但是很难实现消费者对高分辨率图像的要求，这是数字照相机的最重要的挑战之一。
同时，对实现经过宽动态范围(WDR)处理的图像的技术正在进行积极的研究。
作为比普通的背光补偿先进的技术的WDR处理使得即使当在亮的地方或暗的地方拍摄照片时也能够获得就像人眼所感知到的图像一样的图像。
为了执行WDR处理，传统上已提出各种方法来在图像传感器中分别实现低灵敏度图像感测区域和高灵敏度图像感测区域，从而可调节地改变感测区域。然而，传统上提出的方法中的一个问题在于：感测区域的结构非常复杂。此外，可能另外需要与改变感测区域的结构相关联的新的技术。
为了解决上述问题，已提出各种尝试来减小焦距并获得高分辨率图像，例如名称为“Method for Manufacturing COMS Image Sensor for Obtaining FocalDistance”(制造CMOS图像传感器以获得焦距的方法)的第2003-0084343号韩国专利公开。然而，还没有提出过真正的解决方案。
发明内容
因此，本发明的一方面在于提供一种具有内置的数字照相机的小型化的数字照相机模块，该数字照相机模块能够通过减小安装在小尺寸数字装置中的数字照相机的尺寸来获得小尺寸数字装置。
本发明的另一方面还在于提供这样一种数字照相机模块，该数字照相机模块通过改变涂覆到颜色滤光器上的颜色的透射率来创建光量的差异，从而在即使不添加新的设计或处理操作时，也可同时实现高灵敏度和低灵敏度图像感测。
本发明还提供一种具有内置的数字照相机的数字照相机模块，在该数字照相机模块中，当设计安装有该数字照相机的小尺寸数字装置时，可用的选项的数量更多。
本发明的另外方面和/或优点将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地根据描述将变得明显，或者可通过实施本发明而了解。
本发明的前述和/或其他方面通过提供一种数字照相机模块来实现，该数字照相机模块包括：多个镜头，会聚从对象反射的光；多个子图像传感器，分别与所述多个镜头对应，用于响应于反射的光产生电图像信号，其中，所述多个子图像传感器的每一个具有单种颜色的颜色滤光器。
本发明的前述和/或其他方面还通过提供一种数字照相机模块来实现，该数字照相机模块包括：多个颜色镜头，会聚从对象反射的光；多个子图像传感器，分别与所述多个镜头对应，用于响应于反射的光产生电图像信号。
附图说明
通过下面结合附图对实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得明显并更容易理解，其中：
图1是简要示出传统小型数字装置中安装的数字照相机的操作原理的示图；
图2A是示出传统数字照相机的基本结构的示图；
图2B是用于形成图2A中的图像传感器单元的单元像素的截面图；
图3A和图3B是示出根据本发明实施例的具有多个镜头的数字照相机的结构的示图；
图3C是用于形成图3A中的子图像传感器的单元像素的截面图；
图4A和图4B是示出根据本发明示例性的颜色滤光器形成过程的示例的示图。
具体实施方式
现在，将详细描述本发明的实施例，其示例表示在附图中，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。下面，将参照附图描述实施例以解释本发明。
通常，数字照相机的性能可由单元像素的数量来确定，这是因为单元像素的数量越多，所获得的图像越清晰和干净。
除了单元像素的数量之外，照相机镜头的光强度也可影响数字照相机的性能。照相机镜头的光强度被称为F数或光圈值(iris value)。
F数表示到达数字照相机的图像传感器的每单位面积上的光的量，通过将镜头的直径D除以焦距f(即，D/f)来获得F数。
F数越大，到达数字照相机的图像传感器的每单位面积上的光的量越小。F数越小，到达图像传感器的每单位面积上的光的量越大，从而获得具有高分辨率的亮的图像。
如上所述，F数与所获得的图像的分辨率以及到达数字照相机的图像传感器的每单位面积上的光的量密切相关。
假设具有不同镜头尺寸、焦距和单元像素的两个数字照相机具有相同的F数。由于到达两个数字照相机各自的图像传感器的每单位面积上的光的量相同，所以从各个数字照相机获得的图像将具有相同的光强度。
基于上述原理，本发明的实施例提出一种能够在减小镜头直径和焦距的同时显示高像素图像的具有多个镜头的数字照相机模块。
图2A是示出传统数字照相机的基本结构的示图。
参照图2A，传统数字照相机基本包括：镜头201，直径为D2，在该镜头201中会聚从对象反射的光；对应于像素水平的图像传感器202，其响应于由镜头201会聚的光产生电图像信号。
在图像传感器202中包括被称为Bayer模式(Bayer pattern)的颜色滤光器阵列，以将在镜头201处接收的光实现为原始全彩色图像。图2A示出了图像传感器202的俯视图。
Bayer模式源于这样的原理：尽管自然世界中实际存在的图像不是由点构成的，但是数字图像不可避免地通过点来实现。
为了形成由点构成的数字图像，亮度和色度(或颜色)分量被收集，接收红(R)、绿(G)和蓝(B)颜色分量的每一亮度的点被分布在二维平面上。
在Bayer模式的阵列中，人眼最灵敏度的G颜色分量分布了50％，R和B颜色分量分别分布了25％，从而形成被称为Bayer模式颜色滤光器的二维矩阵。
Bayer模式颜色滤光器仅识别形成所述矩阵的各个R、G和B颜色分量中的分配给其的颜色分量，而不是全彩色分量，未被识别的颜色分量被插值(interpolate)，以再现全彩色分量。
图2B是用于形成图2A中的图像传感器的单元像素的截面图。
参照图2B，图2B示出了形成图像传感器(图2A中的202)的一部分单元像素202a至202d，图像传感器202中包括Bayer模式颜色滤光器203。为了上下文而示出了传感器202的特征，但是这里将不对其进行讨论。
图3A和图3B是示出根据本发明实施例的具有多个镜头的数字照相机模块的结构的示图。
参照图3A和图3B，该数字照相机模块包括：多个镜头301，会聚从对象反射的入射光，所述多个镜头301具有相同的直径；多个子图像传感器302a至302d，响应于从对象反射的光，产生电图像信号。即，颜色滤光器303包括在所述多个子图像传感器302a至302d中，所述颜色滤光器303具有被划分为多个颜色区域的空间，以将通过所述多个镜头301会聚的光实现为原始全彩色。
图3B是图3A中所示的数字照相机模块的侧视图，其中，假设从具有相同的直径D3的所述多个镜头301(301a-301d)到子图像形成传感器302a-302b的焦距f3相同。
因此，具有相同直径D3的所述多个镜头301(301a-301d)共面排列。
关于镜头的排列模式，尽管所示出的实施例显示所述多个镜头301(301a-301d)沿上下方向和左右方向对称排列，但是本发明不限于此。所述多个镜头301(301a-301d)可沿水平或垂直方向成直线排列。在可用的镜头为奇数个的情况下，所述镜头可绕中心镜头放射状排列，也可采用其他各种镜头排列模式。
以下，为了解释方便，将通过示例解释以2×2(宽×高)矩阵形式排列的四个镜头的实施例。
基于上述原理，即，假设具有不同镜头尺寸、焦距和单元像素的两个数字照相机具有相同的F数，则由于到达两个数字照相机各自的图像传感器单元的每单位面积上的光的量相同，所以从各个数字照相机获得的图像将具有相同的光强度，在本实施例中，使用了多个镜头301(301a-301d)和多个子图像传感器302a至302d，所述多个镜头301(301a-301d)的每一个比图2中所示的镜头201小，所述多个子图像传感器302a至302d的每一个的单元像素的数量少于图2中所示的图像传感器单元202的单元像素的数量。此外，图3B中的焦距f3比图2中的焦距f2短。
假设图2中所示的图像传感器202形成有四百万个像素，在图3A中所示的多个子图像传感器302a至302d中分别形成有一百万个像素。
因此，图3A中所示的子图像传感器302a至302d对应于每一个都具有一百万个像素的四个图像传感器。具有相同的直径D3的四个镜头301a-301d分别在与镜头301a-301d对应的子图像传感器302a至302d上生成图像。
图像传感器302中的颜色滤光器被四等分，以产生适合于子图像传感器302a至302d的尺寸的四个区域，然后用单种颜色涂覆每一区域。
图3C是用于形成图3A中的子图像传感器302a至302d的单元像素302d-1至302d-4的截面图。由于单元像素302d-1至302d-4存在于一个子图像传感器302d中，所以在单元像素302d-1至302d-4的区域中包括相同的颜色滤光器303。
这里，颜色滤光器303根据涂覆到其上的颜色的透射率被划分为第一滤光区域和第二滤光区域。
通过改变涂覆到第一和第二滤光区域上的颜色的透射率来使透过第一和第二滤光区域的光的量不同，从而同时实现高灵敏度感测和低灵敏度感测。
在各种颜色滤光区域中，具有最高透射率的颜色滤光区域组成第二滤光区域，其他颜色滤光区域组成第一滤光区域。
以下，为了解释方便，将解释多个颜色滤光区域和子图像传感器由相同的标号标识的实施例。
例如，在形成包括于图3A所示的子图像传感器302a至302d中的颜色滤光器的各个四等分的颜色区域(即，绿色(G)滤光区域302a、红色(R)滤光区域302b、蓝色(B)滤光区域302c和灰色(Gr)滤光区域302d)中，具有最高透射率的灰色(Gr)滤光区域302d组成第二颜色滤光区域，除了灰色(Gr)滤光区域302d之外的其他颜色滤光区域(即，绿色(G)滤光区域302a、红色(R)滤光区域302b和蓝色(B)滤光区域302c)包括在第一滤光区域中。
在另一实施例中，可在第二滤光区域中形成具有除了灰色之外的颜色的颜色滤光器。
例如，白色(无色滤光器)、黄色、青色和品红色中的任何一种颜色滤光器可形成为第二滤光区域。
然而，形成在第二滤光区域中的颜色滤光器的颜色不限于这些示例，具有透射率比形成在第一滤光区域中的颜色滤光器的颜色的透射率高的任何颜色的颜色滤光器可被认为是包括在本发明的范围内。
至于图3A中所示的颜色滤光器的透射率，灰色(Gr)滤光器的透射率是蓝色(B)、绿色(G)、红色(R)和灰色(Gr)滤光器中最高的。
这样，如果对应于第二颜色滤光区域302d的颜色的透射率比对应于第一滤光区域302a至302c的颜色的透射率高，则透过第一和第二滤光区域的光的量变得不同。
这意味着在到达与各个颜色滤光区域匹配的各个子图像传感器302a至302d的光的量中出现差异，并且在各个子图像传感器302a至302d中可同时实现高灵敏度感测功能和低灵敏度感测功能。
可通过照相平版印刷法(photo-lithography method)和喷墨法分别对上述颜色滤光器进行涂覆，如图4A和4B中所示。
在根据照相平版印刷法对蓝色(B)、绿色(G)、红色(R)和灰色(Gr)中的每一种颜色进行涂覆的情况下，没有形成颜色滤光器的原始图像传感器(401)经受绿色涂覆(402)。然后，除了四分之一(1/4)的涂覆了绿色的图像传感器区域之外，四分之三(3/4)的涂覆了绿色的图像传感器区域经受绿色清除(patterning)(403)，即，四分之三(3/4)的涂覆了绿色的图像传感器区域上的绿色涂覆被去除。
绿色涂覆被去除的图像传感器经受红色涂覆(404)。然后，除了四分之一(1/4)的涂覆了红色的图像传感器区域之外，二分之一(1/2)的涂覆了红色的图像传感器区域经受红色清除(405)，即，涂覆了红色的图像传感器的一半区域上的红色涂覆被去除。
作为结果的子图像传感器分别对应于具有四分之一的涂覆了绿色和红色的图像传感器区域的图像传感器，而四分之二(2/4)的经过绿色和红色清除的图像传感器区域经受蓝色涂覆和灰色涂覆(406-408)。
与Bayer模式颜色滤光处理相比，照相平版印刷法易于执行。
图4B示出根据本发明实施例的颜色滤光器形成过程的另一示例，即喷墨法。
喷墨法开始于白色传感器409，在示出的实施例中，在操作410，在图像传感器中形成像镜头一样多(例如，4个)的分隔壁。在操作411-414中，用期望的墨涂覆四等分的每一空间以形成预定的颜色滤光器，相同的过程被重复地执行，直到完成颜色滤光器形成过程。
喷墨法是一种相当简单的工艺，可有利地节省所使用的墨的量，从而最终减小传感器制造成本。
以上述方式涂覆的颜色滤光器可对应于各个镜头和子图像传感器提供给照相机模块，从而具有宽动态范围(WDR)功能以同时实现高灵敏度感测和低灵敏度感测。
在根据本发明实施例的具有多个镜头的数字照相机模块中，空间分割的颜色滤光器没有分别设置在所述多个镜头的每一个和相应的一个子图像传感器之间。相反，涂覆了颜色的多个镜头自身起到颜色滤光器的功能。因此，从对象反射并到达各个镜头的光线分别在与所述多个镜头匹配的子图像传感器上形成图像。
这样的高像素图像处理结构(其中，使用起到颜色滤光器的功能的颜色镜头来恢复颜色分割的图像，而不提供单独的颜色滤光器)包括接收从对象反射的光线的多个颜色镜头以及响应于反射的光线产生电图像信号的多个子图像传感器。
所述多个颜色镜头具有不同的颜色和不同的透射率。
为了同时实现高灵敏度感测和低灵敏度感测，如上面参照图3A所描述的，颜色镜头根据涂覆到其上的颜色的透射率被划分为第一镜头区域和第二镜头区域。
在实施例中，在多个颜色镜头中，具有透射率最高的颜色的镜头组成第二镜头区域，其他镜头组成第一镜头区域，这与图3A中所示的颜色滤光器的颜色滤光区域的分组基本相同。
根据如上所述的数字照相机模块，可获得下面的效果中的一个或多个。
首先，由于安装在小尺寸数字装置中的数字照相机的尺寸减小，所以数字装置可进一步小型化。
其次，通过使用起到颜色滤光器的功能的具有不同透射率的多个颜色镜头来创建光量的差异，可同时实现高灵敏度感测和低灵敏度感测，而不需要新的设计或另外的处理操作。
另外，在设计安装有所述数字照相机的小尺寸数字装置时，可用的选项的数量更多。
尽管已参照本发明的示例性实施例具体地显示和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，可在其中进行各种形式和细节上的改变。因此，应该参照指示本发明的范围的权利要求，而不是前面的描述，在示出的和没有限制的所有方面考虑这些实施例。

Claims (10)

1、一种数字照相机模块，包括：
多个镜头，会聚从对象反射的光；
多个子图像传感器，分别与所述多个镜头对应，用于响应于反射的光产生电图像信号，
其中，所述多个子图像传感器的每一个具有单种颜色的颜色滤光器。
2、如权利要求1所述的数字照相机模块，其中，颜色滤光器根据涂覆到其上的颜色的透射率被划分为第一滤光区域和第二滤光区域。
3、如权利要求1所述的数字照相机模块，其中，所述多个子图像传感器具有相同数量的单元像素。
4、如权利要求1所述的数字照相机模块，其中，颜色滤光器以一一对应的方式匹配所述多个镜头以及所述多个子图像传感器。
5、一种数字照相机模块，包括：
多个颜色镜头，会聚从对象反射的光；
多个子图像传感器，分别与所述多个镜头对应，用于响应于反射的光产生电图像信号。
6、如权利要求5所述的数字照相机模块，其中，所述多个颜色镜头中的每一个具有单种颜色。
7如权利要求5所述的数字照相机模块，其中，所述多个颜色镜头根据涂覆到其上的颜色的透射率划分为第一镜头区域和第二镜头区域，并且第二镜头区域中的镜头的颜色的透射率比第一镜头区域中的镜头的颜色的透射率高。
8、如权利要求5所述的数字照相机模块，其中，所述子图像传感器以一一对应的方式匹配所述多个镜头。
9、如权利要求7所述的数字照相机模块，其中，所述第二镜头区域包括灰色滤光器。
10、如权利要求7所述的数字照相机模块，其中，所述第二镜头区域包括白色、黄色、青色或品红色滤光器。
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