KR101018970B1 - 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 구형 구조물과; 상기 구형 구조물의 곡면에 형성되어 이미지를 감지하는 이미지 센서 구조물로 구성된다.
따라서, 본 발명은 구형 구조물의 곡면에 이미지 센서 구조물이 형성되어 있으므로, 이미지를 감지할 수 있는 시야각을 넓힐 수 있는 장점이 있다.
이미지, 센서, 포토다이오드, 구형

Description

이미지 센서 { Image sensor }
본 발명은 이미지를 감지할 수 있는 시야각을 넓힐 수 있는 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기신호로 변환하는 장치이다.
이미지 센서의 종류는 크게 나누어 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류된다.
촬상관은 텔레비전을 중심으로 하여 화상처리기술을 구사한 계측, 제어, 인식 등에서 널리 상용되며 응용 기술이 발전되었다.
고체 이미지 센서는 MOS(Metal-Oxide Semiconductor)형과 CCD(Charge Coupled Device)형의 2종류가 있다.
CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적신호로 변환시키는 소자로서, 단위 화소내에 포토다이오드와 MOS 트랜지스터를 형성시켜 스위칭 방식으로 차례로 신호를 검출함으로써 이미지를 구현하게 된다.
이러한 이미지 센서는 조사되는 빛을 감지하는 포토 다이오드부와 감지된 빛을 전기적인 신호로 처리하여 데이터화하는 로직 회로부로 구성되는데, 상기 포토다이오드의 수광량이 많을수록 상기 이미지 센서의 광 감도(Photo Sensitivity) 특성이 양호해진다.
이러한, 광 감도를 높이기 위해서 이미지 센서의 전체면적 중에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하거나, 포토다이오드 이외의 영역으로 입사되는 광의 경로를 변경하여 상기 포토다이오드로 집광시켜 주는 기술이 사용된다.
상기 집광 기술의 대표적인 예가 마이크로 렌즈를 형성하는 것인데, 이는 포토다이오드 상부에 광투과율이 좋은 물질로 통상적으로 볼록형 마이크로 렌즈를 만들어 입사광의 경로를 굴절시켜 보다 많은 양의 빛을 포토다이오드 영역으로 조사하는 방법이다.
이 경우 마이크로 렌즈의 광축과 수평한 빛이 마이크로 렌즈에 의해서 굴절되어 광축상의 일정 위치에서 그 초점이 형성된다.
도 1은 일반적인 이미지 센서의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 일반적으로 이미지 센서는 개략적으로 포토다이오드(Photo Diode), 층간절연층, 컬러필터(Color Filter), 마이크로 렌즈(Micro Lens) 등으로 구성된다.
즉, 복수개의 포토다이오드(11)가 형성된 반도체 기판(10) 상에 층간절연층(20)이 형성되어 있고, 상기 층간절연층(20) 상에 컬러필터층(30)이 상기 복수개의 포토다이오드(11)와 각각 대응되도록 형성되어 있다.
상기 컬러필터층(30) 상에는 컬러필터층(30)의 불균일한 표면층을 평탄화하기 위한 평탄화층(40)이 형성되어 있고, 상기 평탄화층(40) 상에는 마이크로 렌즈(50)가 상기 복수개의 포토다이오드(11) 및 컬러필터층(30)과 각각 대응되도록 형성되어 있다.
상기 포토다이오드(11)는 빛을 감지하여 전기적 신호로 바꾸어 주는 역할을 하고, 상기 층간절연층(20)은 각 금속배선들 간에 절연을 시키는 역할을 하고, 상기 컬러필터층(30)은 RGB의 빛의 삼원색을 표현하며, 상기 마이크로 렌즈(50)는 빛을 포토다이오드(11)에 집광시켜주는 역할을 하게 된다.
도 2는 종래 기술에 따른 이미지 센서의 감지 기능을 설명하기 위한 개략적인 개념도로서, 종래 기술의 이미지 센서는 평면의 반도체 기판(60) 상에 이미지 센서(61)가 형성되어 있으므로, 이미지를 감지할 수 있는 시야각을 좁은 것이 단점이다.
즉, 도 2의 'a','b','c'로 입사된 광을 감지할 수 있는데, 'd'의 경로로 입사된 광은 감지하기 어렵거나, 감지되더라도 이미지에 왜곡이 발생된다.
본 발명은 종래의 이미지를 감지할 수 있는 시야각을 좁은 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 바람직한 양태(樣態)는,
구형 구조물과;
상기 구형 구조물의 곡면에 형성되어 이미지를 감지하는 이미지 센서 구조물로 구성된 이미지 센서가 제공된다.
본 발명은 구형 구조물의 곡면에 이미지 센서 구조물이 형성되어 있으므로, 이미지를 감지할 수 있는 시야각을 넓힐 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 도면으로서, 본 발명의 이미지 센서는 구형 구조물(100)과; 상기 구형 구조물(100)의 곡면에 형성되어 이미지를 감지하는 이미지 센서 구조물(200)로 구성된다.
상기 구형 구조물(100)은 플라스틱 구형 구조물인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 이미지 센서 구조물(200)은 어레이된 복수개의 단위 화소로 이루어지고, 상기 단위 화소 각각에는 포토 다이오드들이 위치되어 있으며, 상기 포토 다이오드들은 상기 구형 구조물의 곡면에 형성되어 있다.
그러므로, 본 발명의 이미지 센서는 구형 구조물의 곡면에 이미지 센서 구조물이 형성되어 있으므로, 이미지를 감지할 수 있는 시야각을 넓힐 수 있는 장점이 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드는 구형 구조물의 곡면에 형성되어 있다.
이러한 포토 다이오드는 통상적인 다양한 구조를 적용 가능한 것이므로, 포토 다이오드에 대하여 구체적인 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명에 따른 이미지 센서의 감지 기능을 설명하기 위한 개략적인 개념도로서, 본 발명에 따른 이미지 센서는 구형 구조물(100)의 곡면에 이미지 센서 구조물(200)이 형성되어 있기에, 이미지를 감지할 수 있는 시야각을 넓힐 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 'a','b','c'로 입사된 광을 감지할 수 있을 뿐더러, 도 2와 같은 종래의 평판형 이미지 센서에서 감지하지 못했던 'd'의 경로로 입사된 광을 감지할 수 있으므로, 시야각이 넓힐 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명에 따라 구형 구조물에 포토 다이오드들이 형성된 상태를 설명하기 위한 도면으로서, 구형 구조물의 곡면에 포토 다이오드들을 형성하여 이미지 센서 구조물을 형성한다.
이때, 상기 포토 다이오드들(300)은 상기 구형 구조물의 곡면의 지오데식 라 인(Geodesic line)(501,502,503)을 따라 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 지오데식 라인에 포토 다이오드들을 배열하여 이미지 센서를 구현하면, 구형 상에 배열된 포토 다이오드들을 평면 상으로 컨버팅시키기가 수월하고, 컨버팅된 포토 다이오드들에서 감지된 이미지로 평면 영상을 획득할 수 있기 때문이다.
참고로, 상기 지오데식 라인은 어떤 곡면 위에서 두 점간의 최단 거리를 만드는 곡선으로 정의된다.
도 6은 본 발명에 따라 지오데식 라인에 포토 다이오드들이 배열되어 있는 상태를 설명하기 위한 도면으로서, 구형 구조물의 곡면의 지오데식 라인(501)을 따라 포토 다이오드들(100)이 배열되어 있다.
이러한 포토 다이오드들(100)은 지오데식 라인을 제외한 영역을 마스킹하는 마스크를 이용하여 상기 구형 구조물의 지오데식 라인을 따라 형성하는 것이 바람직하다.
도 7a와 7b는 본 발명에 따라 포토 다이오드들을 마스킹하기 위한 마스크를 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면으로서, 먼저, 도 7a와 같이, 유리구(600)에 마스크막(610)을 코팅한다.
그 다음, 상기 마스크막(610)을 지오데식 라인(501,502)을 따라 분할하여 복수개의 마스크 파트들(630)을 형성한다.(도 7b)
이어서, 상기 복수개의 마스크 파트들을 상기 유리구에서 이탈시킨다.(미도시)
이렇게 이탈된 복수개의 마스크 파트들로 지오데식 라인을 제외한 영역을 마스킹함으로써, 구형 구조물의 지오데식 라인을 따라 증착과 에칭을 반복하는 일반적인 포드 다이오드 형성 공정으로 포토다이오드들을 형성할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 이미지 센서 구조물의 실시예를 설명하기 위한 도면으로서, 이미지 센서 구조물은 상기 구형 구조물(100)의 곡면에 형성되어 있는 포토 다이오드들(210)과; 상기 포토 다이오드들(210) 상부에 형성된 절연층(220)과; 상기 절연층(220) 상부에 형성된 컬러필터층(230)으로 구성할 수 있다.
이때, 상기 절연층(220)과 컬러필터층(230)은 미리 만들어진 필름 형태로 상기 포토다이오드들(210) 상부에 위치시켜 구성할 수 있다.
즉, 상기 포토 다이오드들(210)이 형성된 구형 구조물 상부에 절연 필름과 컬러필터 필름을 순차적으로 장착하는 것이다.
여기서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 포토 다이오드들이 형성된 영역을 포함된 구형 구조물의 직경(d2)는 구형 구조물 자체의 직경(d1)보다 크다.
그리고, 상기 절연 필름의 직경(d3)은 상기 포토다이오드들이 형성된 영역을 포함된 구형 구조물의 직경(d2)보다 크고, 상기 컬러필터 필름의 직경(d4)은 상기 절연 필름의 직경(d3)보다 크다.
여기서, 상기 절연 필름 및 컬러필터 필름을 상기 구형 구조물에 장착한 후, 상기 구형 구조물에 고정부재(미도시)로 고정시킬 수도 있다.
도 9는 본 발명에 따라 절연 필름 및 컬러필터 필름이 장착된 상태를 설명하기 위한 도면으로서, 구형 구조물(100)의 곡면 상부에는 포토 다이오드들(211,212,213)이 형성되어 있고, 상기 포토 다이오드들(211,212,213) 상부에는 절연 필름(221)이 위치되어 있고, 상기 절연 필름(221) 상부에는 컬러필터 필름(231)이 위치되어 있다.
이러한 컬러필터 필름(231)에는 복수개의 렌즈 형상부들(231a)이 형성되어 있고, 상기 복수개의 렌즈 형상부들(231a) 각각은 상기 포토 다이오드들(211,212,213) 각각의 상부 영역과 대응되어 있는 것이 바람직하다.
상기 복수개의 렌즈 형상부들(231a)은 광을 포토다이오드들(211,212,213) 각각에 집광시켜주는 역할을 하게 된다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 일반적인 이미지 센서의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 2는 종래 기술에 따른 이미지 센서의 감지 기능을 설명하기 위한 개략적인 개념도
도 3은 본 발명에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 4는 본 발명에 따른 이미지 센서의 감지 기능을 설명하기 위한 개략적인 개념도
도 5는 본 발명에 따라 구형 구조물에 포토 다이오드들이 형성된 상태를 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명에 따라 지오데식 라인에 포토 다이오드들이 배열되어 있는 상태를 설명하기 위한 도면
도 7a와 7b는 본 발명에 따라 포토 다이오드들을 마스킹하기 위한 마스크를 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면
도 8은 본 발명에 따른 이미지 센서 구조물의 실시예를 설명하기 위한 도면
도 9는 본 발명에 따라 절연 필름 및 컬러필터 필름이 장착된 상태를 설명하기 위한 도면

Claims (7)

  1. 구형 구조물과;
    상기 구형 구조물의 곡면에 형성되어 이미지를 감지하는 이미지 센서 구조물로 구성되며,
    상기 이미지 센서 구조물은,
    어레이된 복수개의 단위 화소로 이루어지고, 상기 단위 화소 각각에는 포토 다이오드들이 위치되어 있으며, 상기 포토 다이오드들은 상기 구형 구조물의 곡면에 형성되어 있고,
    상기 포토 다이오드들은,
    상기 구형 구조물의 곡면의 지오데식 라인(Geodesic line)을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미지 센서 구조물은,
    상기 구형 구조물의 곡면에 형성되어 있는 포토 다이오드들과;
    상기 포토 다이오드들 상부에 형성된 절연층과;
    상기 절연층 상부에 형성된 컬러필터층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미지 센서 구조물은,
    상기 구형 구조물의 곡면에 형성되어 있는 포토 다이오드들과;
    상기 포토 다이오드들 상부에 위치된 절연 필름과;
    상기 절연 필름 상부에 위치된 컬러필터 필름으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 컬러필터 필름에는 복수개의 렌즈 형상부들이 형성되어 있고,
    상기 복수개의 렌즈 형상부들 각각은 상기 포토 다이오드들 각각의 상부 영 역과 대응되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 구형 구조물은,
    플라스틱 구형 구조물인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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