KR101534547B1 - 이미지 센서 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서는 컬러 필터 어레이 및 복수의 광 감지 소자들을 포함한다. 컬러 필터 어레이는 입사광의 전체 성분을 투과하는 복수의 화이트 필터들, 입사광의 그린 성분 및 레드 성분을 투과하는 복수의 옐로우 필터들, 입사광의 그린 성분 및 블루 성분을 투과하는 복수의 시안 필터들 및 입사광의 그린 성분을 투과하는 복수의 그린 필터들을 포함한다. 복수의 광 감지 소자들은 컬러 필터 어레이를 투과한 광을 전기 신호로 변환한다. 따라서 입사광의 투과율을 높임으로써 감도 및 신호대 잡음비가 향상된다.

Description

이미지 센서 및 이를 포함하는 시스템{IMAGE SENSOR AND SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 이미지 센싱 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 감도가 향상된 이미지 센서 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
최근 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)의 성능이 급속히 개선되면서 낮은 소비전력, 소형화, 및 낮은 비용의 특징들을 갖는 CIS가 촬상 장치(image pickup device 또는 imaging device)로서 전하결합소자(Charge-Coupled Device, CCD) 이미지 센서를 대체하고 있다. 이미지의 해상도 향상을 위하여 픽셀의 사이즈가 소형화됨에 따라 다음과 같은 문제들이 발생한다.
첫째, 픽셀의 사이즈가 작아질수록 포토다이오드의 면적도 작아져 온-칩 마이크로 렌즈를 사용하더라도 픽셀로 입사되는 입사광 량이 감소하기 때문에 상기 포토다이오드에서 발생하는 전자들의 수가 감소한다. 이에 따라, 이미지 센서의 감도가 저하된다.
둘째, 픽셀의 사이즈가 작아지면 최대한 높은 감도를 얻기 위하여 인접하는 픽셀들 사이의 거리를 좁게 할 필요가 있다. 인접하는 픽셀들 사이의 거리를 좁게 하면 상기 인접하는 픽셀들 사이에서 크로스토크가 증가한다. 이에 따라, 이미지 센서의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)가 낮아지며, 색 재현(color reproduction) 특성도 악화된다.
종래의 이미지 센서는 RGB 베이어 패턴(RGB Bayer pattern)의 컬러 필터 어레이를 채용하여 컬러 필터들 각각이 입사광을 흡수하는 양이 크고, 투과율이 낮다. 따라서, 종래의 이미지 센서에서는 낮은 투과율 때문에 신호의 감도가 높지 않고, SNR이 저하되는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 입사광의 투과율을 높임으로써 감도(sensitivity)가 높고 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)가 높은 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 입사광의 투과율을 높임으로써 감도가 높고 신호대 잡음비가 높은 이미지 센서를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서는 컬러 필터 어레이 및 복수의 광 감지 소자들을 포함한다.
상기 컬러 필터 어레이는, 입사광의 전체 성분을 투과하는 복수의 화이트 필터들, 상기 입사광의 그린 성분 및 레드 성분을 투과하는 복수의 옐로우 필터들, 상기 입사광의 그린 성분 및 블루 성분을 투과하는 복수의 시안 필터들 및 상기 입 사광의 그린 성분을 투과하는 복수의 그린 필터들을 포함한다. 상기 복수의 광 감지 소자들은 상기 컬러 필터 어레이를 투과한 광을 전기 신호로 변환한다.
일 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이에 포함된 상기 복수의 화이트 필터들, 상기 복수의 옐로우 필터들, 상기 복수의 시안 필터들 및 상기 그린 복수의 그린 필터들의 개수 비는 4:1:1:2일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컬러 필터 어레이는, 2 * 2 사이즈를 가지고, 제1 화이트 필터 및 제2 화이트 필터가 제1 대각선 방향으로 배치되고, 옐로우 필터 및 제1 그린 필터가 제2 대각선 방향으로 배치된 제1 패턴, 및 2 * 2 사이즈를 가지고, 제3 화이트 필터 및 제4 화이트 필터가 상기 제1 대각선 방향으로 배치되고, 시안 필터 및 제2 그린 필터가 상기 제2 대각선 방향으로 배치된 제2 패턴을 포함할 수 있다.
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 상기 컬러 필터 어레이에서 제1 방향으로 교번하여 배치되고, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 교번하여 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이미지 센서는, 상기 복수의 광 감지 소자들로부터 출력된 상기 전기 신호를 베이어 패턴(Bayer pattern)에 상응하는 전기 신호로 변환하고, 상기 베이어 패턴에 상응하는 전기 신호를 출력하는 데이터 변환부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이미지 센서는, 상기 복수의 광 감지 소자들로부터 출력된 상기 전기 신호를 수신하고, 상기 전기 신호를 보간(interpolation)하여 각 픽셀의 전체 성분 데이터, 옐로우 성분 데이터, 시안 성분 데이터 및 그린 성분 데이터를 생성하는 보간부를 더 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는, 상기 전체 성분 데이터, 상기 옐로우 성분 데이터, 상기 시안 성분 데이터 및 상기 그린 성분 데이터를 변환하여 상기 각 픽셀의 출력 레드 성분 데이터, 출력 그린 성분 데이터 및 출력 블루 성분 데이터를 생성하는 RGB 변환부, 및 상기 RGB 변환부로부터 상기 각 픽셀의 상기 출력 레드 성분 데이터, 상기 출력 그린 성분 데이터 및 상기 출력 블루 성분 데이터를 수신하고, 상기 각 픽셀에 대하여 상기 출력 레드 성분 데이터, 상기 출력 그린 성분 데이터 또는 상기 출력 블루 성분 데이터 중 어느 하나의 데이터를 출력하는 베이어 출력부를 더 포함할 수 있다.
상기 RGB 변환부는, 상기 전체 성분 데이터 및 상기 시안 성분 데이터에 기초하여 제1 레드 성분 데이터를 생성하고, 상기 그린 성분 데이터에 기초하여 제1 그린 성분 데이터를 생성하며, 상기 전체 성분 데이터 및 상기 옐로우 성분 데이터에 기초하여 제1 블루 성분 데이터를 생성하는 제1 RGB 변환기, 상기 제1 레드 성분 데이터, 상기 제1 그린 성분 데이터 및 상기 제1 블루 성분 데이터의 노이즈를 감소시켜 제2 레드 성분 데이터, 제2 그린 성분 데이터 및 제2 블루 성분 데이터를 생성하는 노이즈 제거기, 상기 전체 성분 데이터, 상기 옐로우 성분 데이터 및 상기 시안 성분 데이터에 기초하여 휘도(luminance) 데이터를 생성하는 휘도 생성기, 및 상기 제2 레드 성분 데이터, 상기 제2 그린 성분 데이터, 상기 제2 블루 성분 데이터 및 상기 휘도 데이터에 기초하여 상기 출력 레드 성분 데이터, 상기 출력 그린 성분 데이터 및 상기 출력 블루 성분 데이터를 생성하는 제2 RGB 변환기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이미지 센서는, 상기 복수의 광 감지 소자들에 행 방향으로 연결되고, 구동 신호를 생성하는 행 구동기, 상기 복수의 광 감지 소자들에 열 방향으로 연결되고, 상기 전기 신호를 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS)하는 CDS 회로, 램프 신호를 생성하는 램프 생성기, 상기 CDS 회로의 출력 신호와 상기 램프 신호를 비교하는 비교기, 상기 비교기의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기, 및 상기 행 구동기, 상기 CDS 회로, 상기 램프 생성기, 상기 비교기 및 상기 아날로그-디지털 변환기에 제어 신호를 제공하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 이미지 센서 및 디지털 신호 처리기를 포함한다.
상기 이미지 센서는, 각각 입사광을 투과하는 복수의 화이트 필터들, 각각 상기 입사광의 그린 성분 및 레드 성분을 투과하는 복수의 옐로우 필터들, 각각 상기 입사광의 그린 성분 및 블루 성분을 투과하는 복수의 시안 필터들 및 각각 상기 입사광의 그린 성분을 투과하는 복수의 그린 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이, 및 상기 컬러 필터 어레이를 투과한 광을 전기 신호로 변환하는 복수의 광 감지 소자들을 포함한다. 상기 디지털 신호 처리기는 상기 이미지 센서로부터 상기 전기 신호를 수신하여 이미지 데이터 처리를 수행한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 및 이를 포함하는 시스템은 입사광의 투과율을 높임으로써 감도(sensitivity)를 향상시키고, 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 및 이를 포함하는 시스템은 종래의 이미지 신호 처리기를 활용하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거 나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 컬러 필터 어레이(110) 및 복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16)을 포함한다.
컬러 필터 어레이(110)는 각각 입사광의 전부 또는 일부를 투과하는 복수의 필터들(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 124, 125, 126)을 포함한다. 도 1에서는 컬러 필터 어레이(110)가 16 개의 필터들을 포함하는 예가 도시되어 있으나, 컬러 필터 어레이(110)는 다양한 수의 필터들을 포함할 수 있다. 컬러 필터 어레이(110)는 각각 상기 입사광을 투과하는 복수의 화이트(white) 필터들(112, 113, 116, 117, 120, 121, 124, 125), 각각 상기 입사광의 그린(green) 성분 및 레드(red) 성분을 투과하는 복수의 옐로우(yellow) 필터들(111, 123), 각각 상기 입사광의 그린 성분 및 블루(blue) 성분을 투과하는 복수의 시안(cyan) 필터들(115, 119) 및 각각 상기 입사광의 그린 성분을 투과하는 복수의 그린 필터들(114, 118, 122, 126)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 화이트 필터들(112, 113, 116, 117, 120, 121, 124, 125), 복수의 옐로우 필터들(111, 123), 복수의 시안 필터들(115, 119) 및 복수의 그린 필터들(114, 118, 122, 126)의 개수 비는 4:1:1:2일 수 있다.
일 실시예에서, 컬러 필터 어레이(110)는 제1 패턴(130) 및 제2 패턴(140)을 포함할 수 있다. 제1 패턴(130) 및 제2 패턴(140) 각각은 4개의 픽셀들에 대응하는 4개의 필터들이 정사각형 모양으로 배치된 2 * 2 사이즈를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴(130)에서, 제1 화이트 필터(112) 및 제2 화이트 필터(113)가 제1 대각선 방향으로 배치되고, 옐로우 필터(111) 및 제1 그린 필터(114)가 제2 대각선 방향으로 배치될 수 있다. 제2 패턴(140)에서, 제3 화이트 필터(116) 및 제4 화이트 필터(117)가 상기 제1 대각선 방향으로 배치되고, 시안 필터(115) 및 제2 그린 필터(118)가 상기 제2 대각선 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제1 대각선 방향과 상기 제2 대각선 방향은 서로 직교할 수 있다.
컬러 필터 어레이(110)에서, 제1 패턴(130) 및 제2 패턴(140)은 교번하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴(130) 및 제2 패턴(140)은 수평 방향으로 교번하여 배치되고, 수직 방향으로도 교번하여 배치될 수 있다. 즉, 제1 패턴(130)은 상하좌우의 사방으로 제2 패턴(140)에 인접하고, 제2 패턴(140)은 상하좌우의 사방으로 제1 패턴(130)에 인접할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 패턴(130)에서 제1 화이트 필터(112) 및 제2 화이트 필터(113)가 배치된 방향과 제2 패턴(140)에서 제3 화이트 필터(116) 및 제4 화이트 필터(117)가 배치된 방향은 동일하거나 직교할 수 있다.
도 1에서는, 제1 화이트 필터(112) 및 제2 화이트 필터(113)가 제2 광 감지 소자(D2) 및 제3 광 감지 소자(D3)에 각각 상응하도록 배치되고, 옐로우 필터(111) 및 제1 그린 필터(114)가 제1 광 감지 소자(D1) 및 제4 광 감지 소자(D4)에 각각 상응하도록 배치되어 있으나, 제1 화이트 필터(112) 및 제2 화이트 필터(113)가 제1 광 감지 소자(D1) 및 제4 광 감지 소자(D4)에 각각 상응하도록 배치되고, 옐로우 필터(111) 및 제1 그린 필터(114)가 제2 광 감지 소자(D2) 및 제3 광 감지 소자(D3)에 각각 상응하도록 배치될 수 있다. 또한, 도 1에서는, 제3 화이트 필터(116) 및 제4 화이트 필터(117)가 제6 광 감지 소자(D6) 및 제7 광 감지 소자(D7)에 각각 상응하도록 배치되고, 시안 필터(115) 및 제2 그린 필터(118)가 제5 광 감지 소자(D5) 및 제8 광 감지 소자(D8)에 각각 상응하도록 배치되어 있으나, 제3 화이트 필터(116) 및 제4 화이트 필터(117)가 제5 광 감지 소자(D5) 및 제8 광 감지 소자(D8)에 각각 상응하도록 배치되고, 시안 필터(115) 및 제2 그린 필터(118)가 제6 광 감지 소자(D6) 및 제7 광 감지 소자(D7)에 각각 상응하도록 배치될 수 있다.
복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16)은 컬러 필터 어레이(110)를 투과한 광을 전기 신호로 변환한다. 예를 들어, 복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16) 각각은 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(pinned photo diode, PPD), 또는 이들의 조합일 수 있다. 복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16) 각각은 복수의 필터들(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 124, 125, 126) 중 상응하는 필터와 함께 하나의 픽셀을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 광 감지 소자(D1)는 옐로우 필터(111)와 함께 하나의 픽셀을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 픽셀들 각각은 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 더 포함하는 4-트랜지스터 구조일 수 있다. 실시예에 따라, 픽셀들 각각은 1-트랜지스터 구조, 3-트랜지스터 구조 또는 5-트랜지스터 구조이거나, 복수의 픽셀들이 일부 트랜지스터를 공유하는 구조일 수 있다.
복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16) 각각은 복수의 필터들(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 124, 125, 126) 중 상응하는 필터를 투과한 광을 전기 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제1 광 감지 소자(D1)는 옐로우 필터(111)를 투과한 입사광의 옐로우 성분, 즉 상기 입사광의 레드 성분 및 그린 성분을 전기 신호로 변환할 수 있다. 제2 광 감지 소자(D2)는 화이트 필터(112)를 투과한 입사광의 화이트 성분, 즉 상기 입사광의 전체 성분을 전기 신호로 변환할 수 있다. 제4 광 감지 소자(D4)는 그린 필터(114)를 투과한 입사광의 그린 성분을 전기 신호로 변환할 수 있다. 제5 광 감지 소자(D5)는 시안 필터(115)를 투과한 입사광의 시안 성분, 즉 상기 입사광의 그린 성분 및 블루 성분을 전기 신호로 변환할 수 있다.
컬러 필터 어레이(110)는, 입사광의 레드 성분, 그린 성분 또는 블루 성분 중 하나의 성분만을 투과하는 종래의 베이어 패턴(Bayer pattern)을 가진 컬러 필터 어레이에 비하여, 높은 투과율을 가진다. 이에 따라, 복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16)의 광 감지 감도(sensitivity)가 향상되고, 이미지 센서(100)의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)가 향상될 수 있다.
도 2는 도 1의 이미지 센서에 포함된 컬러 필터 어레이의 투과율을 나타내는 도면이다.
화이트 필터(W)는 입사광의 거의 모든 성분을 그대로 투과할 수 있다. 이러한 화이트 필터(W)의 투과율을 1이라 할 때, 옐로우 필터(YE) 및 시안 필터(C)는 약 0.6 내지 약 0.7이고, 그린 필터(G)의 투과율은 약 0.3 내지 약 0.4 이다. 여기서, 투과율은 입사광이 가시 광선 영역에서 일정한 세기를 가질 때, 입사광의 세기에 대한 투과광의 상대적 세기를 나타낸다. 한편, 옐로우 필터(YE)는 입사광의 레드 성분 및 그린 성분을 투과하고, 시안 필터(C)는 입사광의 그린 성분 및 블루 성분을 투과하므로, 옐로우 필터(YE) 및 시안 필터(C) 각각은 그린 필터(G)에 비하여 두 배의 투과율을 가질 수 있다.
종래의 베이어 패턴을 가진 컬러 필터 어레이는, 각각의 필터가 입사광의 레드 성분, 그린 성분 또는 블루 성분 중 하나의 성분만을 투과하므로, 약 0.3의 평균 투과율을 가진다. 이에 비하여, 컬러 필터 어레이(110)는 약 0.73의 투과율을 가진다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 감도 및 신호대 잡음비가 향상된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 이미지 센서(200)는 픽셀 어레이(210) 및 데이터 변환부(220)를 포함한다.
픽셀 어레이(210)는 도 1의 컬러 필터 어레이(110) 및 도 1의 복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16)을 포함한다. 일 실시예에서, 픽셀 어레이(210)는 각각 하나의 필터와 하나의 광 감지 소자로 구성된 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 픽셀 어레이(210)에 포함된 각 픽셀은 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 도 1의 컬러 필터 어레이(110)는 입사광의 전부 또는 일부를 투과하고, 도 1의 복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16)은 컬러 필터 어레이(110)를 투과한 광을 전기 신호(OUT1)로 변환한다. 픽셀 어레이(210)는 전기 신호(OUT1)를 출력한다. 예를 들어, 전기 신호(OUT1)는 각 픽셀에 상응하는 이미지 데이터를 포함할 수 있고, 상기 각 픽셀에 상응하는 이미지 데이터는 전체 성분 데이터, 옐로우 성분 데이터, 시안 성분 데이터 또는 그린 성분 데이터 중 어느 하나일 수 있다.
데이터 변환부(220)는 픽셀 어레이(210)로부터 출력된 전기 신호(OUT1)를 수신한다. 데이터 변환부(220)는 전기 신호(OUT1)를 베이어 패턴에 상응하는 전기 신호(OUT)로 변환하고, 상기 베이어 패턴에 상응하는 전기 신호(OUT)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 베이어 패턴에 상응하는 전기 신호(OUT)는 각 픽셀에 상응하는 이미지 데이터를 포함하고, 상기 각 픽셀에 상응하는 이미지 데이터는 레드 성분 데이터, 그린 성분 데이터, 블루 성분 데이터 중 어느 하나일 수 있다. 일 실시예에서, 전기 신호(OUT)는 레드 성분 데이터, 그린 성분 데이터 및 블루 성분 데이 터를 1:2:1의 비로 포함할 수 있다.
이미지 센서(200)는 높은 투과율을 가진 컬러 필터 어레이를 포함하여 감도 및 신호대 잡음비가 향상된다. 또한, 이미지 센서(200)는 종래의 베이어 패턴에 상응하는 전기 신호(OUT)를 출력함으로써, 일반적인 이미지 신호 처리기(image signal processor, ISP)를 활용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 이미지 센서(300)는 픽셀 어레이(310), 보간부(320), RGB 변환부(330) 및 베이어 출력부(340)를 포함한다.
픽셀 어레이(310)는 도 1의 컬러 필터 어레이(110) 및 도 1의 복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16)을 포함한다. 픽셀 어레이(310)는 각 픽셀에 대하여 전체 성분 데이터, 옐로우 성분 데이터, 시안 성분 데이터 또는 그린 성분 데이터 중 어느 하나의 이미지 데이터를 포함하는 전기 신호(OUT1)를 출력할 수 있다.
보간부(320)는 픽셀 어레이(310)로부터 전기 신호(OUT1)를 수신할 수 있다. 보간부(320)는 전기 신호(OUT1)를 보간(interpolation)하여 픽셀 어레이(310)에 포함된 모든 픽셀들 각각에 대하여 전체 성분 데이터(WD), 옐로우 성분 데이터(YED), 시안 성분 데이터(CD) 및 그린 성분 데이터(GD)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 보간부(320)는 쌍선형(bilinear) 보간 방법, 쌍입방(bicubic) 보간 방법, 또는 이외의 다양한 보간 방법을 활용하여 상기 보간을 수행할 수 있다.
RGB 변환부(330)는 보간부(320)로부터 전체 성분 데이터(WD), 옐로우 성분 데이터(YED), 시안 성분 데이터(CD) 및 그린 성분 데이터(GD)를 수신할 수 있다. RGB 변환부(330)는 전체 성분 데이터(WD), 옐로우 성분 데이터(YED), 시안 성분 데이터(CD) 및 그린 성분 데이터(GD)를 출력 레드 성분 데이터(ROUT), 출력 그린 성분 데이터(GOUT) 및 출력 블루 성분 데이터(BOUT)로 변환할 수 있다. RGB 변환부(330)는 픽셀 어레이(310)에 포함된 모든 픽셀들 각각에 대한 출력 레드 성분 데이터(ROUT), 출력 그린 성분 데이터(GOUT) 및 출력 블루 성분 데이터(BOUT)를 출력할 수 있다.
베이어 출력부(340)는 RGB 변환부(330)로부터 출력 레드 성분 데이터(ROUT), 출력 그린 성분 데이터(GOUT) 및 출력 블루 성분 데이터(BOUT)를 수신할 수 있다. 베이어 출력부(340)는 출력 레드 성분 데이터(ROUT), 출력 그린 성분 데이터(GOUT) 및 출력 블루 성분 데이터(BOUT)를 베이어 패턴에 상응하는 데이터를 포함하는 전기 신호(OUT)로 변환할 수 있다. 즉, 베이어 출력부(340)는 각 픽셀에 대하여 출력 레드 성분 데이터(ROUT), 출력 그린 성분 데이터(GOUT) 또는 출력 블루 성분 데이터(BOUT) 중 어느 하나의 이미지 데이터만을 출력할 수 있다.
이미지 센서(300)는 높은 투과율을 가진 컬러 필터 어레이를 포함하여 감도 및 신호대 잡음비가 향상된다. 또한, 이미지 센서(300)는 종래의 베이어 패턴에 상응하는 전기 신호(OUT)를 출력함으로써, 일반적인 이미지 신호 처리기를 활용할 수 있다.
도 5는 도 4의 이미지 센서에 포함된 RGB 변환부를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, RGB 변환부(400)는 제1 RGB 변환기(410), 노이즈 제거 기(420), 휘도 생성기(430) 및 제2 RGB 변환기(440)를 포함한다.
제1 RGB 변환기(410)는 도 4의 보간부(320)로부터 각 픽셀의 전체 성분 데이터(WD), 옐로우 성분 데이터(YED), 시안 성분 데이터(CD) 및 그린 성분 데이터(GD)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 RGB 변환기(410)는 전체 성분 데이터(WD) 및 시안 성분 데이터(CD)에 기초하여 제1 레드 성분 데이터(RD1)를 생성하고, 그린 성분 데이터(GD)에 기초하여 제1 그린 성분 데이터(GD1)를 생성하며, 전체 성분 데이터(WD) 및 옐로우 성분 데이터(YED)에 기초하여 제1 블루 성분 데이터(BD1)를 생성할 수 있다. 이 경우, 제1 RGB 변환기(410)는 전체 성분 데이터(WD)로부터 시안 성분 데이터(CD)를 감산하여 제1 레드 성분 데이터(RD1)를 생성할 수 있고, 전체 성분 데이터(WD)로부터 옐로우 성분 데이터(YED)를 감산하여 제1 블루 성분 데이터(BD1)를 생성할 수 있다. 또한, 제1 RGB 변환기(410)는 그린 성분 데이터(GD)를 제1 그린 성분 데이터(GD1)로서 출력할 수 있다.
노이즈 제거기(420)는 제1 RGB 변환기(410)로부터 제1 레드 성분 데이터(RD1), 제1 그린 성분 데이터(GD1) 및 제1 블루 성분 데이터(BD1)를 수신할 수 있다. 노이즈 제거기(420)는 제1 레드 성분 데이터(RD1), 제1 그린 성분 데이터(GD1) 및 제1 블루 성분 데이터(BD1)의 노이즈를 감소시켜 제2 레드 성분 데이터(RD2), 제2 그린 성분 데이터(GD2) 및 제2 블루 성분 데이터(BD2)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 노이즈 제거기(420)는 제1 레드 성분 데이터(RD1), 제1 그린 성분 데이터(GD1) 및 제1 블루 성분 데이터(BD1)에 포함된 공간 노이즈(spatial noise)를 감소시킬 수 있다.
휘도 생성기(430)는 도 4의 보간부(320)로부터 각 픽셀의 전체 성분 데이터(WD), 옐로우 성분 데이터(YED), 시안 성분 데이터(CD) 및 그린 성분 데이터(GD)의 전부 또는 일부를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 휘도 생성기(430)는 전체 성분 데이터(WD), 옐로우 성분 데이터(YED) 및 시안 성분 데이터(CD)에 기초하여 휘도(luminance) 데이터(Y)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 휘도 생성기(430)는 전체 성분 데이터(WD), 옐로우 성분 데이터(YED)에 1.1의 계수를 곱한 데이터, 및 시안 성분 데이터(CD)에 0.4의 계수를 곱한 데이터를 합산하여 휘도 데이터(Y)를 생성할 수 있다(즉, Y = WD + 1.1YED + 0.4CD).
제2 RGB 변환기(440)는 노이즈 제거기(420)로부터 제2 레드 성분 데이터(RD2), 제2 그린 성분 데이터(GD2) 및 제2 블루 성분 데이터(BD2)를 수신하고, 휘도 생성기(430)로부터 휘도 데이터(Y)를 수신할 수 있다. 제2 RGB 변환기(440)는 제2 레드 성분 데이터(RD2), 제2 그린 성분 데이터(GD2), 제2 블루 성분 데이터(BD2) 및 휘도 데이터(Y)에 기초하여 출력 레드 성분 데이터(ROUT), 출력 그린 성분 데이터(GOUT) 및 출력 블루 성분 데이터(BOUT)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 RGB 변환기(440)는 제2 레드 성분 데이터(RD2)를, 제2 레드 성분 데이터(RD2), 제2 그린 성분 데이터(GD2) 및 제2 블루 성분 데이터(BD2)를 합산한 데이터로 나누고, 이를 휘도 데이터(Y)에 곱하여 출력 레드 성분 데이터(ROUT)를 생성할 수 있다(즉, ROUT = Y * RD2/(RD2 + GD2 + BD2)). 또한, 제2 RGB 변환기(440)는 제2 그린 성분 데이터(GD2)를, 제2 레드 성분 데이터(RD2), 제2 그린 성분 데이터(GD2) 및 제2 블루 성분 데이터(BD2)를 합산한 데이터로 나누고, 이를 휘도 데이터(Y)에 곱하여 출력 그린 성분 데이터(GOUT)를 생성할 수 있다(즉, GOUT = Y * GD2/(RD2 + GD2 + BD2)). 또한, 제2 RGB 변환기(440)는 제2 블루 성분 데이터(BD2)를, 제2 레드 성분 데이터(RD2), 제2 그린 성분 데이터(GD2) 및 제2 블루 성분 데이터(BD2)를 합산한 데이터로 나누고, 이를 휘도 데이터(Y)에 곱하여 출력 블루 성분 데이터(BOUT)를 생성할 수 있다(즉, BOUT = Y * BD2/(RD2 + GD2 + BD2)).
이에 따라, RGB 변환부(400)는 모든 픽셀들 각각에 대하여 노이즈가 저감된 레드 성분, 그린 성분 및 블루 성분 데이터를 출력할 수 있다. 또한, 전체 성분 데이터(WD), 옐로우 성분 데이터(YED) 및 시안 성분 데이터(CD)에 기초한 휘도 데이터(Y)는, 전체 성분 데이터(WD), 옐로우 성분 데이터(YED) 및 시안 성분 데이터(CD)가 넓은 범위의 휘도 정보를 포함하므로, 높은 해상도(resolution)를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 이미지 센서(500)는 픽셀 어레이(510), 행 구동기(520), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS) 회로(530), 램프 생성기(540), 비교기(550), 아날로그-디지털 변환기(560), 타이밍 컨트롤러(565), 보간부(570), RGB 변환부(580) 및 베이어 출력부(590)를 포함한다.
픽셀 어레이(510)는 도 1의 컬러 필터 어레이(110) 및 도 1의 복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 픽셀 어레이(510)는 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함할 수 있다.
행 구동기(520)는 픽셀 어레이(510)의 각 행에 연결되고, 상기 각 행을 구동하는 구동 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 행 구동기(520)는 픽셀 어레이(510)에 포함된 복수의 픽셀들을 행 단위로 선택할 수 있다.
CDS 회로(530)는 픽셀 어레이(510)의 각 열에 연결되고, 도 1의 복수의 광 감지 소자들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16)로부터 출력된 전기 신호에 기초하여 상관 이중 샘플링할 수 있다. 램프 생성기(540)는 램프 신호를 생성하고, 상기 램프 신호를 비교기(550)에 제공할 수 있다. 비교기(550)는 CDS 회로(530)의 출력 신호와 램프 생성기(540)로부터 출력된 램프 신호를 비교할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(560)는 비교기(550)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(560)는 픽셀 어레이(510)로 입사된 광에 상응하는 디지털 신호를 생성할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(565)는 행 구동기(520), CDS 회로(530), 램프 생성기(540), 비교기(550) 및 아날로그-디지털 변환기(560)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(565)는 행 구동기(520), CDS 회로(530), 램프 생성기(540), 비교기(550) 및 아날로그-디지털 변환기(560)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.
보간부(570)는 아날로그-디지털 변환기(560)의 출력 신호를 보간하여 픽셀 어레이(510)에 포함된 모든 픽셀들 각각에 대하여 전체 성분 데이터, 옐로우 성분 데이터, 시안 성분 데이터 및 그린 성분 데이터를 생성할 수 있다. RGB 변환부(580)는 상기 전체 성분 데이터, 상기 옐로우 성분 데이터, 상기 시안 성분 데이 터 및 상기 그린 성분 데이터를 레드 성분 데이터, 그린 성분 데이터 및 블루 성분 데이터로 변환할 수 있다. 베이어 출력부(590)는 상기 모든 픽셀들 각각에 대하여 상기 레드 성분 데이터, 상기 그린 성분 데이터 및 상기 블루 성분 데이터 중 어느 하나의 이미지 데이터 만을 출력함으로써, 베이어 패턴에 상응하는 이미지 데이터를 출력할 수 있다.
이미지 센서(500)는 높은 투과율을 가진 컬러 필터 어레이를 포함하여 감도 및 신호대 잡음비가 향상된다. 또한, 이미지 센서(500)는 종래의 베이어 패턴에 상응하는 이미지 데이터를 출력함으로써, 일반적인 이미지 신호 처리기를 활용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 시스템(600)은 이미지 센서(610) 및 디지털 신호 처리기(620)를 포함한다.
이미지 센서(610)는 도 1, 도 3, 도 4 또는 도 6의 이미지 센서(100, 200, 300, 500)일 수 있다. 이미지 센서(610)는 입사광에 상응하는 이미지 데이터를 출력할 수 있다. 이미지 센서(610)가 출력하는 데이터는 베이어 패턴에 상응할 수 있다.
디지털 신호 처리기(620)는 이미지 신호 처리기(625)를 포함할 수 있다. 이미지 신호 처리기(625)는 이미지 센서(610)로부터 상기 베이어 패턴에 상응하는 이미지 데이터를 수신할 수 있다. 이에 따라, 시스템(600)은 이미지 신호 처리기(625)로서 일반적인 이미지 신호 처리기를 채용함으로써, 설계 시간을 단축시킬 수 있다. 일 실시예에서, 디지털 신호 처리기(620)는 컴퓨터, 모니터 등의 외부 장치와 통신할 수 있는 입출력 인터페이스를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 이미지 센서(610) 및 디지털 신호 처리기(620)는 각각 다른 칩으로 구현될 수 있고, 하나의 칩으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(600)은 외부 장치와 통신하기 위한 인터페이스 드라이버, 디지털 신호 처리기(620)를 제어하기 위한 마이크로 컴퓨터 등을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 시스템(600)은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 차량용 네비게이션, 비디오 폰, 감시 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감지 시스템, 이미지 안정화 시스템, 또는 이 외의 이미지 센서를 이용하는 시스템일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 시스템(700)은 이미지 센서(710)를 포함한다. 시스템(700)은 데이터 처리기(720), 메모리(730), 입출력 장치(740) 및 버스(750)를 더 포함할 수 있다. 또한, 시스템(600)은 플로피 디스크 드라이브(760) 및 CD ROM 드라이브(770)를 더 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템 등과 같은 프로세서 기반 시스템(700)은 버스(750)를 통해 입출력 장치(740)와 통신할 수 있는 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치 등과 같은 데이터 처리기(720)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(710)는 버스(750) 또는 다른 통신 링크를 통해서 통신할 수 있다. 또한, 시스템(700)은 버스(750)를 통하여 CPU(720)와 통신할 수 있는 메모리(730), 플로피 디스크 드라이브(760) 및/또는 CD ROM 드라이브(770)를 더 포함할 수 있다. 시스템(700)은 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 다른 시스템과 통신할 수 있는 포트를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이미지 센서(710)는 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치, 디지털 신호 처리기 등과 함께 집적될 수 있고, 메모리(730)가 함께 집적될 수도 있다. 다른 실시예에서, 이미지 센서(710) 및 데이터 처리기(720)는 서로 다른 칩에 집적될 수 있다.
예를 들어, 시스템(700)은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 차량용 네비게이션, 비디오 폰, 감시 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감지 시스템, 이미지 안정화 시스템, 또는 이 외의 이미지 센서를 이용하는 시스템일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 및 이를 포함하는 시스템은 높은 투과율을 가진 컬러 필터 어레이를 활용하여 감도 및 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다. 또한, 이미지 센서가 종래의 베이어 패턴에 상응하는 이미지 데이터를 출력함으로써, 일반적인 이미지 신호 처리기를 활용할 수 있다.
본 발명은 고감도 이미지 센서가 요구되는 장치 및 시스템에 유용하게 이용될 수 있다. 본 발명은 컴퓨터 시스템, 카메라 시스템, 스캐너, 차량용 네비게이션, 비디오 폰, 감시 시스템, 자동 포커스 시스템, 추적 시스템, 동작 감지 시스템, 이미지 안정화 시스템 등에 유용하게 이용될 수 있다.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 이미지 센서에 포함된 컬러 필터 어레이의 투과율을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 이미지 센서에 포함된 RGB 변환부를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300, 500, 610, 710: 이미지 센서
110: 컬러 필터 어레이
220: 변환부
340, 590: 베이어 출력부
320, 570: 보간부
330, 400, 580: RGB 변환부

Claims (10)

  1. 입사광의 전체 성분을 투과하는 복수의 화이트 필터들, 상기 입사광의 그린 성분 및 레드 성분을 투과하는 복수의 옐로우 필터들, 상기 입사광의 그린 성분 및 블루 성분을 투과하는 복수의 시안 필터들 및 상기 입사광의 그린 성분을 투과하는 복수의 그린 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이; 및
    상기 컬러 필터 어레이를 투과한 광을 전기 신호로 변환하는 복수의 광 감지 소자들을 포함하고,
    상기 컬러 필터 어레이에 포함된 상기 복수의 화이트 필터들, 상기 복수의 옐로우 필터들, 상기 복수의 시안 필터들 및 상기 복수의 그린 필터들의 개수 비는 4:1:1:2인 이미지 센서.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 컬러 필터 어레이는,
    2 * 2 사이즈를 가지고, 제1 화이트 필터 및 제2 화이트 필터가 제1 대각선 방향으로 배치되고, 옐로우 필터 및 제1 그린 필터가 제2 대각선 방향으로 배치된 제1 패턴; 및
    2 * 2 사이즈를 가지고, 제3 화이트 필터 및 제4 화이트 필터가 상기 제1 대각선 방향으로 배치되고, 시안 필터 및 제2 그린 필터가 상기 제2 대각선 방향으로 배치된 제2 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 상기 컬러 필터 어레이에서 제1 방향으로 교번하여 배치되고, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 교번하여 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 광 감지 소자들로부터 출력된 상기 전기 신호를 베이어 패턴(Bayer pattern)에 상응하는 전기 신호로 변환하고, 상기 베이어 패턴에 상응하는 전기 신호를 출력하는 데이터 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 광 감지 소자들로부터 출력된 상기 전기 신호를 수신하고, 상기 전기 신호를 보간(interpolation)하여 각 픽셀의 전체 성분 데이터, 옐로우 성분 데이터, 시안 성분 데이터 및 그린 성분 데이터를 생성하는 보간부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 전체 성분 데이터, 상기 옐로우 성분 데이터, 상기 시안 성분 데이터 및 상기 그린 성분 데이터를 변환하여 상기 각 픽셀의 출력 레드 성분 데이터, 출 력 그린 성분 데이터 및 출력 블루 성분 데이터를 생성하는 RGB 변환부; 및
    상기 RGB 변환부로부터 상기 각 픽셀의 상기 출력 레드 성분 데이터, 상기 출력 그린 성분 데이터 및 상기 출력 블루 성분 데이터를 수신하고, 상기 각 픽셀에 대하여 상기 출력 레드 성분 데이터, 상기 출력 그린 성분 데이터 또는 상기 출력 블루 성분 데이터 중 어느 하나의 데이터를 출력하는 베이어 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 RGB 변환부는,
    상기 전체 성분 데이터 및 상기 시안 성분 데이터에 기초하여 제1 레드 성분 데이터를 생성하고, 상기 그린 성분 데이터에 기초하여 제1 그린 성분 데이터를 생성하며, 상기 전체 성분 데이터 및 상기 옐로우 성분 데이터에 기초하여 제1 블루 성분 데이터를 생성하는 제1 RGB 변환기;
    상기 제1 레드 성분 데이터, 상기 제1 그린 성분 데이터 및 상기 제1 블루 성분 데이터의 노이즈를 감소시켜 제2 레드 성분 데이터, 제2 그린 성분 데이터 및 제2 블루 성분 데이터를 생성하는 노이즈 제거기;
    상기 전체 성분 데이터, 상기 옐로우 성분 데이터 및 상기 시안 성분 데이터에 기초하여 휘도(luminance) 데이터를 생성하는 휘도 생성기; 및
    상기 제2 레드 성분 데이터, 상기 제2 그린 성분 데이터, 상기 제2 블루 성분 데이터 및 상기 휘도 데이터에 기초하여 상기 출력 레드 성분 데이터, 상기 출력 그린 성분 데이터 및 상기 출력 블루 성분 데이터를 생성하는 제2 RGB 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 광 감지 소자들에 행 방향으로 연결되고, 구동 신호를 생성하는 행 구동기;
    상기 복수의 광 감지 소자들에 열 방향으로 연결되고, 상기 전기 신호를 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS)하는 CDS 회로;
    램프 신호를 생성하는 램프 생성기;
    상기 CDS 회로의 출력 신호와 상기 램프 신호를 비교하는 비교기;
    상기 비교기의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 및
    상기 행 구동기, 상기 CDS 회로, 상기 램프 생성기, 상기 비교기 및 상기 아날로그-디지털 변환기에 제어 신호를 제공하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  10. 입사광의 전체 성분을 투과하는 복수의 화이트 필터들, 상기 입사광의 그린 성분 및 레드 성분을 투과하는 복수의 옐로우 필터들, 상기 입사광의 그린 성분 및 블루 성분을 투과하는 복수의 시안 필터들 및 상기 입사광의 그린 성분을 투과하는 복수의 그린 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이, 및 상기 컬러 필터 어레이를 투과한 광을 전기 신호로 변환하는 복수의 광 감지 소자들을 포함하는 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서로부터 상기 전기 신호를 수신하여 이미지 데이터 처리를 수행하는 디지털 신호 처리기를 포함하고,
    상기 컬러 필터 어레이에 포함된 상기 복수의 화이트 필터들, 상기 복수의 옐로우 필터들, 상기 복수의 시안 필터들 및 상기 복수의 그린 필터들의 개수 비는 4:1:1:2인 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019088407A1 (ko) * 2017-11-06 2019-05-09 삼성전자 주식회사 보색관계의 필터 어레이를 포함하는 카메라 모듈 및 그를 포함하는 전자 장치

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9137503B2 (en) 2010-11-03 2015-09-15 Sony Corporation Lens and color filter arrangement, super-resolution camera system and method
US9511708B2 (en) 2012-08-16 2016-12-06 Gentex Corporation Method and system for imaging an external scene by employing a custom image sensor
US9231015B2 (en) * 2012-09-24 2016-01-05 Omnivision Technologies, Inc. Backside-illuminated photosensor array with white, yellow and red-sensitive elements
JP6231284B2 (ja) 2013-02-21 2017-11-15 クラリオン株式会社 撮像装置
KR102160120B1 (ko) * 2014-03-14 2020-09-25 삼성전자주식회사 샘플링 주기를 제어할 수 있는 샘플링 주기 제어 회로
JP2015185947A (ja) * 2014-03-20 2015-10-22 株式会社東芝 撮像システム
JPWO2016084257A1 (ja) * 2014-11-28 2017-10-05 オリンパス株式会社 内視鏡装置
DE102015200580A1 (de) * 2015-01-15 2016-03-24 Conti Temic Microelectronic Gmbh Assistenzsystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betrieb eines Assistenzsystem eines Kraftfahrzeugs
US9798133B2 (en) * 2015-06-30 2017-10-24 Amazon Technologies, Inc. Electrowetting element with white filter
US10148919B2 (en) * 2015-10-15 2018-12-04 Visera Technologies Company Limited Image sensor having yellow filter units
KR20180024604A (ko) 2016-08-30 2018-03-08 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 구동 방법
US10347675B2 (en) * 2017-03-23 2019-07-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor and image processing method using the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100198677B1 (ko) * 1996-07-19 1999-06-15 구본준 이미지 센서의 칼라 필터 배열 방법 및 그에 따른 색신호 처리 장치
US6529239B1 (en) * 1998-06-01 2003-03-04 Fairchild Imaging, Inc. Image sensor with stripes of cyan filter material perpendicular to stripes of yellow filter material

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57203387A (en) * 1981-06-10 1982-12-13 Toshiba Corp Color television image pickup device
EP0119862B1 (en) * 1983-03-17 1990-12-27 Nec Corporation Solid-state color imaging apparatus
JP3272485B2 (ja) 1993-06-29 2002-04-08 マツダ株式会社 自動変速機の制御装置
JPH07184216A (ja) 1993-12-24 1995-07-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 全画素読み出し固体撮像素子
JP3068114B2 (ja) 1995-09-28 2000-07-24 日本ビクター株式会社 固体撮像素子の色フィルタ
US6366319B1 (en) * 1997-07-03 2002-04-02 Photronics Corp. Subtractive color processing system for digital imaging
JP3458080B2 (ja) * 1999-10-19 2003-10-20 松下電器産業株式会社 カラー撮像装置
US20040105021A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-03 Bolymedia Holdings Co., Ltd. Color filter patterns for image sensors
TWI247186B (en) * 2004-06-18 2006-01-11 Delta Electronics Inc Multi-function color wheel
JP5085140B2 (ja) * 2007-01-05 2012-11-28 株式会社東芝 固体撮像装置
KR100929349B1 (ko) * 2007-01-30 2009-12-03 삼성전자주식회사 유기물 컬러 필터를 포함하지 않는 컬러 픽셀, 이미지 센서, 및 컬러 보간방법
KR101441432B1 (ko) * 2008-02-11 2014-09-17 삼성전자주식회사 이미지 센서

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100198677B1 (ko) * 1996-07-19 1999-06-15 구본준 이미지 센서의 칼라 필터 배열 방법 및 그에 따른 색신호 처리 장치
US6529239B1 (en) * 1998-06-01 2003-03-04 Fairchild Imaging, Inc. Image sensor with stripes of cyan filter material perpendicular to stripes of yellow filter material

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019088407A1 (ko) * 2017-11-06 2019-05-09 삼성전자 주식회사 보색관계의 필터 어레이를 포함하는 카메라 모듈 및 그를 포함하는 전자 장치
KR20190051371A (ko) * 2017-11-06 2019-05-15 삼성전자주식회사 보색관계의 필터 어레이를 포함하는 카메라 모듈 및 그를 포함하는 전자 장치
KR102412278B1 (ko) * 2017-11-06 2022-06-24 삼성전자 주식회사 보색관계의 필터 어레이를 포함하는 카메라 모듈 및 그를 포함하는 전자 장치
US11558587B2 (en) 2017-11-06 2023-01-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Camera module comprising complementary color filter array and electronic device comprising same

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