KR102558497B1

KR102558497B1 - 이미지 센서

Info

Publication number: KR102558497B1
Application number: KR1020180002217A
Authority: KR
Inventors: 서은성; 이쌍수
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2018-01-08
Filing date: 2018-01-08
Publication date: 2023-07-21
Also published as: WO2019135652A1; US20200373339A1; KR20190084446A

Abstract

실시 예에 의한 이미지 센서는 서로 인접하여 배치된 복수의 픽셀 영역을 포함하고, 복수의 픽셀 영역은 중앙 픽셀 영역; 및 중앙 픽셀 영역의 주위에 배치되는 주변 픽셀 영역을 포함하고, 중앙 픽셀 영역은 복수의 중앙 픽셀을 포함하고, 주변 픽셀 영역은 복수의 주변 픽셀을 포함하고, 중앙 픽셀의 크기는 주변 픽셀의 크기보다 작다.

Description

이미지 센서{Image sensor}

실시 예는 이미지 센서에 관한 것이다.

광의 강도를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 이미지 센서(또는, 컬러 센서 또는 광 센서)는 널리 알려져 있다. 이미지 센서는 인간의 생활 환경에 따라 조도 조정이나 온/오프 제어 등이 필요한 기기에 많이 사용된다.

표시 장치는 표시 장치의 주위의 밝기를 검출하고, 그 표시 휘도를 조정하기 위해 이미지 센서를 사용한다. 즉, 이미지 센서에 의하여 주위의 밝기를 검출하여 적당한 표시 휘도를 얻음으로써, 표시 장치는 시인성을 향상시켜 낭비 전력을 저감할 수 있다. 예를 들어, 휘도 조정용의 이미지 센서는, 휴대 전화나 표시부를 갖는 컴퓨터 등의 표시 장치에 이용될 수 있다.

이미지 센서는 광을 센싱(sensing)하기 위해 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자를 포함한다. 즉, 이미지 센서는 광전 변환 소자에 흐르는 전류량에 의거하여 조도를 검출할 수 있다. 이를 위해, 이미지 센서는 특정한 파장 대역의 광을 필터링하는 컬러 필터와 각 컬러 필터별로 배치된 포토 다이오드를 포함한다. 컬러 필터의 종류로서, 그린(Green) 광을 투과시키는 그린 컬러 필터와, 레드(red) 광을 투과시키는 레드 컬러 필터와, 블루(blue) 광을 투과시키는 블루 컬러 필터가 있다. 포토 다이오드는 각 컬러 필터에서 투과된 광을 센싱하고, 센싱된 광의 크기에 상응하는 레벨을 갖는 전기적인 신호를 생성하여 출력한다.

도 1은 기존의 이미지 센서의 평면도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 기존의 이미지 센서는 컬러 영상 정보를 제공하는 컬러 픽셀들(R, G, B)를 포함한다. 이러한 기존의 이미지 센서에 포함된 복수의 픽셀의 크기는 서로 동일하므로, 이미지 센서의 중앙이나 가장 자리의 해상도가 동일하다. 따라서, 인간의 시각적 특성을 반영한 이미지 센서에 대한 연구가 진행되고 있다.

실시 예는 인간의 시각적 특성을 반영한 우수한 해상도를 갖는 이미지 센서를 제공한다.

실시 예에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시 예에 의한 이미지 센서는 서로 인접하여 배치된 복수의 픽셀 영역을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 영역은 중앙 픽셀 영역; 및 상기 중앙 픽셀 영역의 주위에 배치되는 주변 픽셀 영역을 포함하고, 상기 중앙 픽셀 영역은 복수의 중앙 픽셀을 포함하고, 상기 주변 픽셀 영역은 복수의 주변 픽셀을 포함하고, 상기 중앙 픽셀의 크기는 상기 주변 픽셀의 크기보다 작을 수 있다.

예를 들어, 평면상에서, 상기 중앙 픽셀 영역은 상기 이미지 센서의 중심으로부터 제1 지점까지의 영역이고, 상기 제1 지점은 상기 중심으로부터 상기 이미지 센서의 가장 자리까지의 전체 거리 중에서 3/10 내지 7/10인 지점에 해당할 수 있다.

예를 들어, 상기 중앙 픽셀 영역과 상기 주변 픽셀 영역은 동심원 형태의 평면 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 중앙 픽셀 영역과 상기 주변 픽셀 영역은 다각형 평면 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 주변 픽셀 영역은 상기 중앙 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 주변 픽셀 영역과 상기 중앙 픽셀 영역은 서로 다른 평면 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨과 상기 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨 간의 차는 아래와 같을 수 있다.

여기서, L1은 상기 제1 휘도 레벨을 나타내고, L2는 상기 제2 휘도 레벨을 나타내고, ΔL는 L1과 L2의 휘도 레벨차를 나타내고, Δl은 상기 중앙 픽셀의 크기와 상기 주변 픽셀의 크기가 동일할 경우, 상기 제1 휘도 레벨과 상기 제2 휘도 레벨 간의 차를 나타낸다.

예를 들어, 상기 중앙 픽셀 영역과 상기 주변 픽셀 영역의 경계에 위치한 픽셀의 휘도 레벨은 상기 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨과 상기 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨의 중간값을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 중앙 픽셀 영역과 상기 주변 픽셀 영역의 경계에 위치한 픽셀의 휘도 레벨은 상기 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨과 상기 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨의 평균값을 가질 수 있다.

예를 들어, 평면상에서 상기 중앙 픽셀 영역은 상기 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨이 상기 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨의 80% 이상인 지점으로 결정될 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 픽셀 영역은 제1 크기를 갖는 픽셀들을 포함하며, 상기 중앙 픽셀 영역에 속하는 제1 픽셀 영역; 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제1 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 제2 픽셀 영역; 상기 제2 크기보다 큰 제3 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제2 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 제3 픽셀 영역; 및 상기 제3 크기보다 큰 제4 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제3 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 가지며, 상기 주변 픽셀 영역에 속하는 제4 픽셀 영역을 포함하고, 상기 제2 또는 제3 픽셀 영역 중 적어도 하나는 상기 중앙 픽셀 영역 또는 상기 주변 픽셀 영역에 속할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 내지 제4 크기는 서로 2의 배수 관계를 가질 수 있다.

다른 실시 예에 의한 이미지 센서는 중심으로부터 가장 자리에 접근하는 방향으로 서로 구분되어 인접하여 배치된 복수의 픽셀 영역을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 영역은 복수의 픽셀을 포함하고, 상기 중심으로부터 상기 가장 자리로 갈수록, 상기 복수의 픽셀 영역에 포함된 픽셀의 크기는 증가할 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 픽셀 영역은 제1 크기를 갖는 픽셀들을 포함하는 제1 픽셀 영역; 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제1 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 제2 픽셀 영역; 상기 제2 크기보다 큰 제3 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제2 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 제3 픽셀 영역; 및 상기 제3 크기보다 큰 제4 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제3 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 제4 픽셀 영역을 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 이미지 센서는 인간의 시각적 특성에 맞추어 중앙에 위치한 픽셀의 크기가 중앙 주변의 가장 자리에 위치한 픽셀의 크기보다 작으므로 개선된 유효 해상도를 갖고, 중앙에 위치한 픽셀의 휘도 레벨을 감소시키는 작업이 불필요하므로 기존보다 간단한 구성을 가지며, 제작 비용이 절감되고, 복수의 픽셀 영역 간의 경계에 위치한 휘도 레벨을 보간하므로 자연스러운 이미지를 제공할 수 있다.

또한, 본 실시 예에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 기존의 이미지 센서의 평면도를 나타낸다.
도 2는 일 실시 예에 의한 이미지 센서의 평면도를 나타낸다.
도 3은 다른 실시 예에 의한 이미지 센서의 평면도를 나타낸다.
도 4는 또 다른 실시 예에 의한 이미지 센서의 평면도를 나타낸다.
도 5는 또 다른 실시 예에 의한 이미지 센서의 평면도를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6d는 도 2 내지 도 4에 도시된 이미지 센서에 포함된 제1 내지 제4 픽셀 영역 각각의 평면도를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예를 상세히 설명한다. 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시 예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시 예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시 예의 범위를 한정하는 것이 아니다.

실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.

이하, 실시 예에 의한 이미지 센서(100A 내지 100D)를 데카르트 좌표계를 이용하여 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축, z축은 직교하는 대신에 서로 교차할 수 있다.

도 2는 일 실시 예에 의한 이미지 센서(100A)의 평면도를 나타낸다.

이미지 센서(100A)는 광을 센싱(sensing)하기 위해 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자를 포함한다. 즉, 이미지 센서(100A)는 광전 변환 소자에 흐르는 전류량에 의거하여 조도를 검출할 수 있다. 이를 위해, 이미지 센서(100A)는 특정한 파장 대역의 광을 필터링하는 컬러 필터와 각 컬러 필터별로 배치된 포토 다이오드를 포함한다. 컬러 필터의 종류로서, 그린(Green) 광을 투과시키는 그린 컬러 필터와, 레드(red) 광을 투과시키는 레드 컬러 필터와, 블루(blue) 광을 투과시키는 블루 컬러 필터가 있다. 포토 다이오드는 각 컬러 필터에서 투과된 광을 센싱하고, 센싱된 광의 크기에 상응하는 레벨을 갖는 전기적인 신호를 생성하여 출력한다.

일 실시 예에 의한 이미지 센서(100A)는 서로 인접하여 배치된 N개의 픽셀 영역(Z:Zone)을 포함할 수 있다. 여기서, N은 2이상의 양의 정수이다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 센서는 4개(N=4)의 제1 내지 제4 픽셀 영역(Z1 내지 Z4)를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

복수의 픽셀 영역(예를 들어, Z1 내지 Z4)은 중앙 픽셀 영역 및 주변 픽셀 영역을 포함할 수 있다.

중앙 픽셀 영역이란 이미지 센서의 중앙에 배치되는 영역으로서 정의되고, 주변 픽셀 영역이란 중앙 픽셀 영역의 주위에 배치되는 영역으로서 정의될 수 있다.

또한, 주변 픽셀 영역은 중앙 픽셀 영역의 주위에 배치되되, 중앙 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 픽셀 영역(Z2)은 제1 픽셀 영역(Z1)을 에워싸는 평면 형상을 갖고, 제3 픽셀 영역(Z3)은 제2 픽셀 영역(Z2)을 에워싸는 평면 형상을 갖고, 제4 픽셀 영역(Z4)은 제3 픽셀 영역(Z3)을 에워싸는 평면 형상을 가질 수 있다.

평면상에서, 중앙 픽셀 영역은 이미지 센서(100A)의 중심(C)으로부터 제1 지점까지의 영역에 해당할 수 있다. 여기서, 제1 지점이란, 중심(C)으로부터 이미지 센서(100A)의 가장 자리까지의 전체 거리 중에서 3/10 내지 7/10 예를 들어, 5/10인 지점에 해당할 수 있다.

예를 들어, 도 2를 참조하면, 제1 지점이란, 제1-1 지점(y=i)과 제1-2 지점(x=j)을 의미할 수 있다. 제1-1 지점(y=y1)이란, 이미지 센서(100A)의 중심(C)으로부터 수평 방향(예를 들어, y축 방향)으로 이미지 센서(100A)의 우측 가장 자리(E1)(또는, 좌측 가장 자리)까지의 전체 거리(y=1) 중에서 i/10인 지점을 의미할 수 있다. 여기서, i는 3 내지 7 예를 들어, 5일 수 있다. 제1-2 지점(x=j)이란, 이미지 센서(100A)의 중심(C)으로부터 수직 방향(예를 들어, x축 방향)으로 이미지 센서(100A)의 상측 가장 자리(E2)(또는, 하측 가장 자리)까지의 전체 거리(x=1) 중에서 j/10인 지점을 의미할 수 있다. 여기서, j는 3 내지 7 예를 들어, 5일 수 있다. 여기서, i는 j와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

제1 픽셀 영역(Z1)은 중앙 픽셀 영역에 속하고, 제4 픽셀 영역(Z4)은 주변 픽셀 영역에 속할 수 있다.

또한, 제2 또는 제3 픽셀 영역(Z2, Z3) 중 적어도 하나는 중앙 픽셀 영역 또는 주변 픽셀 영역에 속할 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 픽셀 영역(Z2)은 중앙 픽셀 영역에 속하며 제3 픽셀 영역(Z3)은 주변 픽셀 영역에 속할 수도 있다. 또는, 도 2에 도시된 바와 달리 제2 및 제3 픽셀 영역(Z2, Z3)이 모두 중앙 픽셀 영역에 속하거나 주변 픽셀 영역에 속할 수도 있다.

이하, 도 3 내지 도 6d에서 도 2과 중복되는 부분에 대한 설명을 생략한다.

도 3은 다른 실시 예에 의한 이미지 센서(100B)의 평면도를 나타낸다.

중앙 픽셀 영역과 주변 픽셀 영역은 다각형 평면 형상을 가질 수도 있고, 원형 또는 타원형 평면 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 중앙 픽셀 영역과 주변 픽셀 영역 각각의 특정한 평면 형상에 국한되지 않는다.

예를 들어, 중앙 픽셀 영역과 주변 픽셀 영역은 도 2에 도시된 바와 같이 사각형 평면 형상을 갖거나, 도 3에 도시된 바와 같이 타원형 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 중앙 픽셀 영역과 주변 픽셀 영역이 타원형 또는 원형 평면 형상을 가질 경우, 중앙 픽셀 영역과 주변 픽셀 영역은 동심원 형태의 평면 형상을 가질 수 있다.

도 4는 또 다른 실시 예에 의한 이미지 센서(100C)의 평면도를 나타낸다.

또한, 주변 픽셀 영역과 중앙 픽셀 영역은 서로 다른 또는 서로 동일한 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 주변 픽셀 영역과 중앙 픽셀 영역은 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이 서로 동일한 평면 형상을 가질 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 서로 다른 평면 형상을 가질 수도 있다.

도 5는 또 다른 실시 예에 의한 이미지 센서(100D)의 평면도를 나타낸다.

또한, 도 2 내지 도 4에 도시된 이미지 센서(100A 내지 100C)와 달리, 도 5를 참조하면 평면상에서 이미지 센서(100D)의 가장 자리보다는 중앙에 위치한 픽셀을 더 많이 포함하도록 중앙 픽셀 영역을 정의할 수 있다.

또한, 전술한 실시 예에 의한 이미지 센서(100A 내지 100D)에서 중앙 픽셀 영역은 크기가 서로 동일한 복수의 픽셀(이하, ‘중앙 픽셀’이라 함)을 포함하고, 주변 픽셀 영역은 크기가 서로 동일한 복수의 픽셀(이하, ‘주변 픽셀’이라 함)을 포함할 수 있다. 이때, 중앙 픽셀의 크기는 주변 픽셀의 크기보다 작을 수 있다. 여기서, 픽셀의 크기란, 픽셀의 평면적을 의미할 수도 있고, 픽셀의 수평 방향(예를 들어, y축 방향)으로의 길이(또는, 폭) 또는 픽셀의 수직 방향(예를 들어, x출 방향)으로의 길이를 의미할 수 있다.

중앙 픽셀 또는 주변 픽셀 각각은 단위 픽셀 패턴(PI)일 수 있으며, 이미지 센서는 이러한 단위 픽셀 패턴(PI)이 반복되는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 단위 픽셀 패턴(PI)은 시안 컬러 필터(Cy), 마젠타 컬러 필터(Mg) 및 옐로 컬러 필터(Ye)를 배열 요소로 포함할 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 레드 컬러 필터(R), 그린 컬러 필터(G) 및 블루 컬러 필터(B)를 배열 요소로서 포함하는 베이어(bayer) 패턴일 수 있다.

실시 예에 따라, 레드 컬러 필터(R), 그린 컬러 필터(G) 및 블루 컬러 필터(B) 각각은 포토 다이오드(Photodiode), 포토 트랜지스터(Photo-transistor), 포토 게이트(Photo-gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode; PPD), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

그러나, 실시 예는 단위 픽셀 패턴(PI)의 특정한 배열 요소 및 배열 요소의 배치 형태에 국한되지 않는다.

예를 들어, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 픽셀 영역(Z1)은 제1 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 제2 픽셀 영역(Z2)은 제2 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 제3 픽셀 영역(Z3)은 제3 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 제4 픽셀 영역(Z4)은 제4 크기를 갖는 픽셀들을 포함한다. 이때, 제1 픽셀 영역(Z1)은 중앙 픽셀 영역에 속하고, 제4 픽셀 영역(Z4)은 주변 픽셀 영역에 속할 수 있다. 따라서, 중앙 픽셀 영역에 속하는 제1 픽셀 영역(Z1)에 포함된 픽셀의 제1 크기는 주변 픽셀 영역에 속하는 제4 픽셀 영역(Z4)에 포함된 픽셀의 제4 크기보다 작을 수 있다.

또한, 제2 픽셀 영역(Z2)이 중앙 픽셀 영역에 속하고 제3 픽셀 영역(Z3)이 주변 픽셀 영역에 속할 경우, 중앙 픽셀 영역에 속하는 제2 픽셀 영역(Z2)에 포함된 픽셀의 제2 크기는 주변 픽셀 영역에 속하는 제3 픽셀 영역(Z3)에 포함된 픽셀의 제3 크기보다 작을 수 있다.

또한, 제2 및 제3 픽셀 영역(Z2, Z3)이 모두 중앙 픽셀 영역에 속할 경우, 중앙 픽셀 영역에 속하는 제1 내지 제3 픽셀 영역(Z1 내지 Z3)에 포함된 픽셀의 제1, 제2 또는 제3 크기는 주변 픽셀 영역에 속하는 제4 크기보다 작을 수 있다.

또한, 제2 및 제3 픽셀 영역(Z2, Z3)이 모두 주변 픽셀 영역에 속할 경우, 중앙 픽셀 영역에 속하는 제1 픽셀 영역(Z1)에 포함된 픽셀의 제1 크기는 주변 픽셀 영역에 속하는 제2, 제3 또는 제4 크기보다 작을 수 있다.

또한, 실시 예에 의한 이미지 센서(100A 내지 100D)에 포함되는 복수의 픽셀 영역은 이미지 센서(100A 내지 100D)의 중심(C)으로부터 가장 자리(E1, E2)로 접근하는 방향으로 즉, 중심(C)으로부터 멀어지는 방향으로 서로 구분될 수 있다.

또한, 복수의 픽셀 영역 각각에 포함된 픽셀의 크기는 서로 동일할 수 있다. 즉, 제1 픽셀 영역(Z1)에 배치된 픽셀의 크기는 서로 동일하고, 제2 픽셀 영역(Z2)에 배치된 픽셀의 크기는 서로 동일하고, 제3 픽셀 영역(Z)에 배치된 픽셀의 크기는 서로 동일하고, 제4 픽셀 영역(Z4)에 배치된 픽셀의 크기는 서로 동일할 수 있다.

이때, 중심(C)으로부터 가장 자리(E1, E2)로 갈수록 복수의 픽셀 영역에 포함된 픽셀의 크기는 픽셀 영역의 단위로 증가할 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 도 4에 예시된 바와 같이 이미지 센서(100A 내지 100C)가 제1 내지 제4 픽셀 영역(Z1 내지 Z4)을 포함할 때, 중심(C)으로부터 가장 자리(E1, E2)로 갈수록 제1 내지 제4 픽셀 영역(Z1 내지 Z4)에 포함된 픽셀의 크기는 증가할 수 있다. 즉, 중심(C)에 가장 가까운 제1 픽셀 영역(Z1)에 포함된 픽셀의 제1 크기는 제2, 제3 및 제4 크기 어느 것 보다 작을 수 있다.

또한, 중심(C)에 더 가깝게 배치된 제2 픽셀 영역(Z2)에 포함된 픽셀의 제2 크기는 제3 픽셀 영역(Z3)에 포함된 픽셀의 제3 크기보다 작을 수 있다.

또한, 제3 및 제4 픽셀 영역(Z3, Z4) 중에서 중심(C)에 더 가깝게 배치된 제3 픽셀 영역(Z3)에 포함된 픽셀의 제3 크기는 제4 픽셀 영역(Z4)에 포함된 픽셀의 제4 크기보다 작을 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 4에 예시된 실시 예에 의한 이미지 센서(100A 내지 100C)에 포함된 픽셀의 크기를 첨부된 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 다음과 같이 설명하지만, 도 5에 도시된 이미지 센서(100D)에 포함된 픽셀에 대해서도 하기의 설명은 적용될 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 도 2 내지 도 4에 도시된 이미지 센서(100A 내지 100C)에 포함된 제1 내지 제4 픽셀 영역(Z1 내지 Z4) 각각의 평면도를 나타낸다.

도 6a에 예시된 바와 같이, 제1 픽셀 영역(Z1)에 포함된 복수의 픽셀들은 서로 동일한 제1 크기(A1)를 갖는다. 여기서, 제1 크기(A1)란, 제1 픽셀 영역(Z1)에 포함된 복수의 픽셀들 각각의 평면적으로서 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

여기서, x1과 y1은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.

도 6b를 참조하면, 제2 픽셀 영역(Z2)에 포함된 복수의 픽셀들은 서로 동일한 제2 크기(A2)를 갖는다. 여기서, 제2 크기(A2)란, 제2 픽셀 영역(Z2)에 포함된 복수의 픽셀들 각각의 평면적으로서 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

여기서, x2와 y2는 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.

도 6c를 참조하면, 제3 픽셀 영역(Z3)에 포함된 복수의 픽셀들은 서로 동일한 제3 크기(A3)를 갖는다. 여기서, 제3 크기(A3)란, 제3 픽셀 영역(Z3)에 포함된 복수의 픽셀들 각각의 평면적으로서 다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.

여기서, x3과 y3은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.

도 6d를 참조하면, 제4 픽셀 영역(Z4)에 포함된 복수의 픽셀들은 서로 동일한 제4 크기(A4)를 갖는다. 여기서, 제4 크기(A4)란, 제4 픽셀 영역(Z4)에 포함된 복수의 픽셀들 각각의 평면적으로서 다음 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

여기서, x4와 y4는 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.

전술한 수학식 1 내지 4에 표기된 제1 내지 제4 영역(A1 내지 A4)의 대소 관계는 다음 수학식 5와 같다.

예를 들어, 제1 내지 제4 크기(A1 내지 A4)는 서로 2의 배수 관계를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 픽셀의 크기에 있어서, A2는 A1보다 2배 크고, A3은 A2보다 2배 크고, A4는 A3보다 2배 클 수 있다. 예를 들어, x1과 y1이 서로 동일하고, x2와 y2가 서로 동일하고, x3과 y3이 서로 동일하고, x4와 y4가 서로 동일할 경우, x1(또는, y1)이 0.5 ㎛일 때, x2(또는, y2)는 1 ㎛이고, x3(또는, y3)은 2 ㎛이고, x4(또는, y4)는 4 ㎛일 수 있다.

일반적으로 눈의 구조 즉, 인간의 시각적 특성에 의하면, 인간이 대상물을 바라볼 때 대상물의 중앙 부분과 대상물의 주변 부분의 해상도를 달리 느낄 수 있다. 왜냐하면, 눈의 중심 쪽으로 원추세포가 많이 분포하고 있고, 그 주위로 간상세포가 많이 분포하기 때문이다. 이로 인해, 인간이 바라보는 대상물의 중앙 부분은 정밀한 높은 해상도로 받아들이고 바라보는 대상의 주변 부분은 중앙 부분보다 낮은 해상도로 받아들인다. 따라서, 실시 예에 의한 이미지 센서(100A 내지 100C)에서, 인간의 시각적 특성에 맞도록, 평면상에서 중심(C)에 가깝게 위치한 중앙 픽셀일수록 작은 크기를 갖고, 중심(C)으로부터 멀어지고 가장 자리(E1, E2)에 가깝게 위치한 주변 픽셀일수록 중앙 픽셀의 크기보다 상대적으로 큰 크기를 갖는다. 그러므로, 이미지 센서(100A 내지 100C)의 가장 자리(E1, E2)로부터 중심(C)으로 갈수록 해상도가 증가하여, 인간의 시각적 특성과 일치한 높은 해상도(즉, 유효 해상도)가 제공될 수 있다.

결국, 실시 예에 의한 이미지 센서(100A 내지 100D)는 도 1에 도시된 기존의 이미지 센서보다 해상도가 높은 이미지를 제공할 수 있다. 또한, 이미지 센서에 포함된 모든 픽셀들이 모두 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 크기를 갖는 경우에 인간이 느끼는 해상도와 실시 예에서와 같이 이미지 센서에 포함된 픽셀들 중에서 중앙 픽셀만이 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 크기를 갖는 경우에 인간이 느끼는 해상도는 유사한다. 따라서, 모든 픽셀이 제1 크기를 가질 필요가 없다.

또한, 중심(C)에 가까운 픽셀을 중앙 픽셀 영역에 더욱 많이 포함시킬수록, 중심(C)에 가까운 픽셀들의 크기를 줄여 얻어지는 전술한 효과는 극대화될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 이미지 센서(100D)의 경우 중심(C)에 가까운 픽셀들을 중앙 픽셀 영역에 더욱 많이 포함시키기 위해서 중앙 픽셀 영역은 중앙이 주변보다 뾰쪽한 평면 형상을 갖는다. 따라서, 도 2에 도시된 이미지 센서(100A)보다 도 5에 도시된 이미지 센서(100D)의 유효 해상도가 더욱 높을 수 있다.

또한, 전술한 i(또는, j)가 3보다 작을 경우, 유효 해상도 개선의 효과가 미미해지고, i(또는, j)가 7보다 클 경우 이미지 센서의 구조가 복잡해지고 이미지 센서의 전체 휘도가 감소할 수 있다. 따라서, i(또는, j)는 3 내지 7 예를 들어, 5일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

일반적으로, 도 1에 도시된 기존의 이미지 센서의 경우, 이미지 센서의 중앙에 위치한 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨(L1)은 이미지 센서의 중앙의 주변에 위치한 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨(L2)보다 높다. 예를 들어, 제2 휘도 레벨(L2)은 제1 휘도 레벨(L1)의 30%정도에 불과하다. 이와 같이, 기존의 이미지 센서에서 제1 휘도 레벨과 제2 휘도 레벨 간의 차(Δl)가 매우 크므로 이를 해소하기 위해 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨을 감소시키는 작업이 수반된다.

반면에, 실시 예에 의한 이미지 센서(100A 내지 100D)의 경우 중앙 픽셀의 크기가 주변 픽셀의 크기보다 작기 때문에, 다음 수학식 6과 같이 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨(L1)과 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨(L2) 간의 차(ΔL)가 기존의 휘도 레벨 차(Δl)보다 더 적어진다.

예를 들어, 제2 휘도 레벨(L2)은 제1 휘도 레벨(L1)의 80% 이상일 수 있다.

또한, 실시 예에 의한 이미지 센서(100A 내지 100D)에서 중앙 픽셀 영역과 주변 픽셀 영역을 구분 짓는 전술한 제1 지점은 제2 휘도 레벨(L2)이 제1 휘도 레벨(L1)의 80% 이상인 지점으로 결정될 수도 있다.

따라서, 실시 예에 의한 이미지 센서(100A 내지 100D)의 경우 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨을 감소시키는 작업이 필요하지 않으므로, 기존보다 간단한 구성을 가지며, 제작 비용이 절감될 수 있다.

또한, 실시 예에서와 같이, 평면상에서 이미지 센서(100A 내지 100D)를 복수의 픽셀 영역으로 구분할 경우, 복수의 픽셀 영역 간의 휘도 레벨 차로 인해, 복수의 픽셀 영역의 경계(BO)가 도드라질 수 있다.

이를 방지하기 위해, 일 실시 예에 의하면, 중앙 픽셀 영역과 주변 픽셀 영역의 경계에 위치한 픽셀의 휘도 레벨이 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨과 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨의 중간값을 갖도록 조정하는 보간 작업을 수행할 수 있다.

또는, 다른 실시 예에 의하면, 중앙 픽셀 영역과 주변 픽셀 영역의 경계에 위치한 픽셀의 휘도 레벨이 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨과 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨의 평균값을 갖도록 조정하는 보간 작업을 수행할 수 있다.

예를 들어, 도 2를 참조하면, 제3 픽셀 영역(Z3)이 중앙 픽셀 영역에 속하고 제4 픽셀 영역(Z4)이 주변 픽셀 영역에 속한다고 가정할 때, 이들(Z3, Z3)의 경계(BO)에 위치한 중앙 픽셀(P31 내지 P36)과 주변 픽셀(P41 내지 P46)의 휘도 레벨이 중앙 픽셀(P31 내지 P36)의 제1 휘도 레벨과 주변 픽셀(P41 내지 P46)의 제2 휘도 레벨의 평균값 또는 중간값을 갖도록 조정할 수 있다. 제1 픽셀 영역(Z1)과 제2 픽셀 영역(Z2)의 경계 또는 제2 픽셀 영역(Z2)과 제3 픽셀 영역(Z3)의 경계에 대해서도 전술한 바와 같은 보간 작업을 수행할 수 있다.

이와 같이, 실시 예에 의한 이미지 센서(100A 내지 100D)에서 복수의 픽셀 영역 간의 경계(BO)에 위치한 픽셀들의 휘도 레벨을 보간함으로 인해, 복수의 픽셀 영역 간의 경계(BO)가 도드라지는 현상을 방지할 수 있어, 자연스러운 이미지를 제공할 수 있다.

전술한 실시 예에 의한 이미지 센서는 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 실시 예는 이미지 센서가 적용되는 특정한 분야에 국한되지 않는다. 예를 들어, 실시 에에 의한 이미지 센서는 휴대폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC), 서버 컴퓨터(Server Computer), 워크스테이션(Workstation), 노트북(Laptop), 디지털 TV(Digital Television), 셋-탑 박스(Set-Top Box), 음악 재생기 (Music Player), 휴대용 게임 콘솔(Portable Game Console), 네비게이션(Navigation) 시스템 등에 적용될 수 있다.

또한, 실시 예에 의한 이미지 센서는 다양한 형태들의 패키지로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서의 적어도 일부의 구성들은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Waferlevel Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100A 내지 100D: 이미지 센서 C: 중심
E1, E2: 가장 자리 Z1 내지 Z4: 픽셀 영역
IVL(imaginary vertical line): 가상 수직선
IHL(imaginary horizontal line): 가상 수평선
Z11: 제1 영역
Z21; Z23;: 제2-1 영역 Z22; Z24;: 제2-2 영역

Claims

서로 인접하여 배치된 복수의 픽셀 영역을 포함하고,
상기 복수의 픽셀 영역은
중앙 픽셀 영역; 및
상기 중앙 픽셀 영역의 주위에 배치되는 주변 픽셀 영역을 포함하고,
상기 중앙 픽셀 영역은 복수의 중앙 픽셀을 포함하고,
상기 주변 픽셀 영역은 복수의 주변 픽셀을 포함하고,
상기 중앙 픽셀의 크기는 상기 주변 픽셀의 크기보다 작으며,
상기 중앙 픽셀 영역은,
평면상에서 사각형 평면 형상을 갖는 제1 영역; 및
상기 제1 영역으로부터 이미지 센서의 가장자리를 향해 돌출된 제2 영역을 포함하고,
상기 제2 영역은,
상기 중앙 픽셀 영역의 중심을 지나고 수직 방향과 나란한 가상 수직선을 따라 돌출되고, 상기 제1 영역으로부터 상기 가장자리로 갈수록 수평 방향으로의 폭이 작아지는 제2-1영역; 및
상기 중앙 픽셀 영역의 상기 중심을 지나고 상기 수평 방향과 나란한 가상 수평선을 따라 돌출되고, 상기 제1 영역으로부터 상기 가장자리로 갈수록 상기 수직 방향으로의 폭이 작아지는 제2-2 영역을 포함하는
이미지 센서.
제1 항에 있어서, 평면상에서, 상기 중앙 픽셀 영역은 상기 이미지 센서의 중심으로부터 제1 지점까지의 영역이고, 상기 제1 지점은 상기 중심으로부터 상기 이미지 센서의 가장 자리까지의 전체 거리 중에서 3/10 내지 7/10인 지점에 해당하는 이미지 센서.
제1 항에 있어서, 상기 중앙 픽셀 영역과 상기 주변 픽셀 영역은 동심원 형태의 평면 형상을 갖는 이미지 센서.
제1 항에 있어서, 상기 중앙 픽셀 영역과 상기 주변 픽셀 영역은 다각형 평면 형상을 갖는 이미지 센서.
제1 항에 있어서, 상기 주변 픽셀 영역은 상기 중앙 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 이미지 센서.
제1 항에 있어서, 상기 주변 픽셀 영역과 상기 중앙 픽셀 영역은 서로 다른 평면 형상을 갖는 이미지 센서.
제1 항에 있어서, 상기 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨과 상기 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨 간의 차는 아래와 같은 이미지 센서.

(여기서, L1은 상기 제1 휘도 레벨을 나타내고, L2는 상기 제2 휘도 레벨을 나타내고, ΔL는 L1과 L2의 휘도 레벨차를 나타내고, Δl은 상기 중앙 픽셀의 크기와 상기 주변 픽셀의 크기가 동일할 경우, 상기 제1 휘도 레벨과 상기 제2 휘도 레벨 간의 차를 나타낸다.)
제1 항에 있어서, 상기 중앙 픽셀 영역과 상기 주변 픽셀 영역의 경계에 위치한 픽셀의 휘도 레벨은 상기 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨과 상기 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨의 중간값을 갖는 이미지 센서.
제1 항에 있어서, 상기 중앙 픽셀 영역과 상기 주변 픽셀 영역의 경계에 위치한 픽셀의 휘도 레벨은 상기 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨과 상기 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨의 평균값을 갖는 이미지 센서.
제1 항에 있어서, 평면상에서 상기 중앙 픽셀 영역은 상기 주변 픽셀의 제2 휘도 레벨이 상기 중앙 픽셀의 제1 휘도 레벨의 80% 이상인 지점으로 결정되는 이미지 센서.
제1 항에 있어서, 상기 복수의 픽셀 영역은
제1 크기를 갖는 픽셀들을 포함하며, 상기 중앙 픽셀 영역에 속하는 제1 픽셀 영역;
상기 제1 크기보다 큰 제2 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제1 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 제2 픽셀 영역;
상기 제2 크기보다 큰 제3 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제2 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 제3 픽셀 영역; 및
상기 제3 크기보다 큰 제4 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제3 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 가지며, 상기 주변 픽셀 영역에 속하는 제4 픽셀 영역을 포함하고,
상기 제2 또는 제3 픽셀 영역 중 적어도 하나는 상기 중앙 픽셀 영역 또는 상기 주변 픽셀 영역에 속하는 이미지 센서.
제11 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 크기는 서로 2의 배수 관계를 갖는 이미지 센서.
이미지 센서의 중심으로부터 상기 이미지 센서의 가장 자리에 접근하는 방향으로 서로 구분되어 인접하여 배치된 복수의 픽셀 영역을 포함하고,
상기 복수의 픽셀 영역은 복수의 픽셀을 포함하고,
상기 중심으로부터 상기 가장 자리로 갈수록, 상기 복수의 픽셀 영역에 포함된 픽셀의 크기는 증가하며,
상기 복수의 픽셀 영역은 상기 이미지 센서의 중심을 중심으로 갖는 중앙 픽셀 영역을 포함하고,
상기 중앙 픽셀 영역은,
평면상에서 사각형 평면 형상을 갖는 제1 영역; 및
상기 제1 영역으로부터 상기 가장자리를 향해 돌출된 제2 영역을 포함하고,
상기 제2 영역은,
상기 중심을 지나고 수직 방향과 나란한 가상 수직선을 따라 돌출되고, 상기 제1 영역으로부터 상기 가장자리로 갈수록 수평 방향으로의 폭이 작아지는 제2-1 영역; 및
상기 중심을 지나고 상기 수평 방향과 나란한 가상 수평선을 따라 돌출되고, 상기 가장자리로 갈수록 상기 수직 방향으로의 폭이 작아지는 제2-2 영역을 포함하는
이미지 센서.
제13 항에 있어서, 상기 복수의 픽셀 영역은
제1 크기를 갖는 픽셀들을 포함하는 제1 픽셀 영역;
상기 제1 크기보다 큰 제2 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제1 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 제2 픽셀 영역;
상기 제2 크기보다 큰 제3 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제2 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 제3 픽셀 영역; 및
상기 제3 크기보다 큰 제4 크기를 갖는 픽셀들을 포함하고, 상기 제3 픽셀 영역을 에워싸는 평면 형상을 갖는 제4 픽셀 영역을 포함하는 이미지 센서.