KR20060130907A - 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서 - Google Patents

좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 좌측과 우측이 다른 비율로 감소시키고, 또한 상측과 우측이 각각 다르게 시프트 시킴과 동시에 에지 영역은 마이크로렌즈 피치와 픽셀피치를 갖게 하여 시프트를 일정한 비율로 하여 주변감도저하를 막고, 크로스토크를 최대한 억제시키는 구조를 갖는 이미지 센서에 관한 것이다.
본 발명에 의한 이미지 센서는 일정한 간격으로 배치되는 포토다이오드 및 입사하는 광을 상기 포토다이오드로 집중시키기 위해 상기 포토다이오드와 오버랩 되는 상부에 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 제1 영역(포토다이오드의 센터 영역 이후의 영역에서 에지 영역 이전까지의 영역)에서는 +X방향과 -X방향 또는/및 +Y방향과 -Y방향으로 거리에 따라 소정의 일정한 비율로 쉬프트시켜 배치함과 동시에 제2 영역(에지 영역)에서는 상기 제1 영역의 마지막에 있는 픽셀의 쉬프트 비율과 동일한 비율로 쉬프트시켜 배치함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 픽셀사이즈가 작아질수록 포토다이오드 면적이 차지하는 비율이 점점 작아지고 또한 마이크로렌즈의 높이가 낮아짐에 따라 포토다이오드로 입사하는 입사각이 증가하여 광(optical) 크로스-토크(cross-talk)가 줄어들고 주변 광량이 많아지는 효과가 있다.

Description

좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서{Image sensor having micro-lens arranged by each other different ratio according to left/light and up/down ratio}
도 1은 화소 영역의 센터에서 에지 방향으로 외부 렌즈가 센서로 들어오는 빛의 각도를 나타낸다.
도 2는 외부 렌즈에서 센터와 에지 영역에 있는 빛의 입사경로를 나타낸다.
도 3은 에지 영역에서 마이크로렌즈로 입사되는 빛을 포토다이오드로 집광시키기 위한 마이크로렌즈의 쉬프트 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 의한 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈의 레이아웃에 대한 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 포토다이오드 모양이 사각형 이상의 다각형인 경우를 도시한 실시예이다.
도 6은 본 발명에 의한 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈의 레이아웃에서 중앙대비 마이크로렌즈의 쉬프트 정도를 나타내는 그래프의 제1 실시예이다.
도 7은 본 발명에 의한 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈의 레이아웃에서 중앙대비 마이크로렌즈의 쉬프트 정도를 나타내는 그래프의 제2 실시예이다.
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 광감도를 향상시키기 위하여 마이크로렌즈 통해 입사되는 빛을 포토다이오드로 집광시키기 위하여 마이크로렌즈의 레이아웃에 관한 것이다.
도 1은 화소 영역의 센터에서 에지 방향으로 외부 렌즈가 센서로 들어오는 빛의 각도를 나타낸다.
일반적으로 선형적(linear)으로 증가하다가 포화(saturation)되며 오히려 에지 영역에서는 입시각이 감소한다.
도 2는 외부 렌즈에서 센터와 에지 영역에 있는 빛의 입사경로를 나타낸다.
만약, 에지 영역에서 마이크로렌즈와 포토다이오드 중앙이 일치하면 포토다이오드에 집광율이 떨어진다.
도 3은 에지 영역에서 마이크로렌즈로 입사되는 빛을 포토다이오드로 집광시키기 위한 마이크로렌즈의 쉬프트 상태를 나타낸다.
에지 영역에서 마이크로렌즈로 입사되는 빛을 포토다이오드로 집광시키기 위하여 마이크로렌즈 쉬프트를 하지 않는다면 상기 입사되는 빛을 포토다이오드로 집광시킬 수 없다.
또한, 모바일용으로 사용되는 옵티컬 렌즈는 대부분 비구면 렌즈가 사용되기 때문에 이미지 필드 대 입사각이 비선형적으로 센서에 입사된다.
이를 극복하기 위하여 마이크로 렌즈 제작 시 픽셀피치보다 마이크로렌즈 피치를 작게 만들어 에지에 있는 마이크로렌즈는 포토다이오드(PD) 중앙대비센터방향으로 쉬프트 하여 포토다이오드에 집광이 되게 제작한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 좌측과 우측이 다른 비율로 감소시키고, 또한 상측과 우측이 각각 다르게 시프트 시킴과 동시에 에지 영역은 마이크로렌즈 피치와 픽셀피치를 갖게 하여 시프트를 일정한 비율로 하여 주변감도저하를 막고, 크로스토크를 최대한 억제시키는 구조를 갖는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서는 일정한 간격으로 배치되는 포토다이오드 및 입사하는 광을 상기 포토다이오드로 집중시키기 위해 상기 포토다이오드와 오버랩 되는 상부에 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 제1 영역(포토다이오드의 센터 영역 이후의 영역에서 에지 영역 이전까지의 영역)에서는 +X방향과 -X방향 또는/및 +Y방향과 -Y방향으로 거리에 따라 소정의 일정한 비율로 쉬프트시켜 배치함과 동시에 제2 영역(에지 영역)에서는 상기 제1 영역의 마지막에 있는 픽셀의 쉬프트 비율과 동일한 비율로 쉬프트시켜 배치함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서는 일정한 간격으로 배치 되는 포토다이오드 및 입사하는 광을 상기 포토다이오드로 집중시키기 위해 상기 포토다이오드와 오버랩 되는 상부에 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 제1 영역(센터 영역 이후의 영역에서 에지 영역 이전까지의 영역)에서는 좌/우측의 감도를 맞추기 위하여 +X방향과 -X방향의 기울기가 다른 비율로 쉬프트시켜 배치함과 동시에 제2 영역(에지 영역)에서는 상기 제1 영역의 마지막에 있는 픽셀의 쉬프트 비율과 동일한 비율로 쉬프트시켜 배치함을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈의 레이아웃에 대한 실시예를 도시한 것으로, 이미지 센서의 포토다이오드의 센터 영역에서 에지 영역 이전 영역인 제1 영역과 에지 영역인 제2 영역에서의 마이크로렌즈 레이아웃(layout) 구조를 나타낸다.
픽셀 피치가 A*B라면, 마이크로 렌즈는 제1 영역에서는 A혹은 B보다 작은 피치로 구성하여 일정비율이 줄어든다.
단, +X방향(3방향)과 -X방향(4방향)이 마이크로렌즈 피치가 각각 다르고 +Y방향(5방향) 및 -Y방향(6방향) 각각 다르다.
제2 영역에서는 마이크로렌즈와 픽셀피치가 동일하게 설계된다.
그러나 +X, -X와 +Y, -Y방향의 일정비율로 제1 영역에서 다르기 때문에 결국 제2 영역에서는 비록 픽셀 피치와 마이크로렌즈 피치가 동일할지라도 결국 각각 다른 시프트 값을 갖게 된다.
도 5는 마이크로렌즈로부터 집광되는 빛이 다각형 모양의 포토다이오드에서 센터를 맞추기 어려운 예를 도시한 것이다.
상기 다각형 모양의 포토다이오드에서 마이크로렌즈로부터 집광되는 빛이 센터를 맞추기 어려운 경우에 마이크로렌즈 센터와 포토다이오드(PD) 센터를 정 중앙에 배열하지 않고 일정한 값으로 오프셋을 갖는다.
따라서, 제1 영역에서는 상기 오프셋 값을 갖고 있는 상태에서 일정한 비율로 쉬프트하고, 제2 영역에서는 쉬프트 비율이 일정하게 유지한다.
상기 제2 영역에서 쉬프트 비율을 일정하게 유지하는 이유는 빛의 입사각이 포화(saturation)되어 있고 설사 증가하더라도 마진(margin)이 있어 문제가 발생하지 않기 때문이다.
도 6은 본 발명에 의한 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈의 레이아웃에서 중앙대비 마이크로렌즈의 쉬프트 비율을 나타내는 그래프의 제1 실시예이다.
상기 제1 영역에서 마이크로렌즈 피치가 센터를 기준으로 +X 방향과 -X방향 사이의 센터가 일정 오프셋을 가지고 동일한 비율 증가시켜 쉬프트 된다.
상기 제2 영역에서는 상기 제1 영역의 마지막 픽셀 쉬프트 비율을 각각 유지한다. Y축 방향도 같은 원리로 해서 각각 쉬프트 한다.
도 7은 본 발명에 의한 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈의 레이아웃에서 중앙대비 마이크로렌즈의 쉬프트 정도를 나타내는 그래프의 제2 실시예로서, 제1 영역에서 +X방향과 -X방향의 쉬프트 정도가 각각 다른 경우를 나타낸 것이다.
마이크로 렌즈 쉬프트 정도가 각각 다른 경우 좌/우측의 감도를 맞추기 위하여 쉬프트 정도가 +X방향, -X방향 각각 다르고 제2 영역에서는 제1 영역의 맨 끝에 있는 픽셀 쉬프트 정도를 각각 유지한다. Y축 방향도 같은 원리로 해서 각각 쉬프트 한다.
이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 픽셀사이즈가 작아질수록 포토다이오드 면적이 차지하는 비율이 점점 작아지고 또한 마이크로렌즈의 높이가 낮아짐에 따라 포토다이오드로 입사하는 입사각이 증가하여 광(optical) 크로스-토크(cross-talk)가 줄어들고 주변 광량이 많아지는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 일정한 간격으로 배치되는 포토다이오드 및 입사하는 광을 상기 포토다이오드로 집중시키기 위해 상기 포토다이오드와 오버랩 되는 상부에 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는
    제1 영역(포토다이오드의 센터 영역 이후의 영역에서 에지 영역 이전까지의 영역)에서는 +X방향과 -X방향 또는/및 +Y방향과 -Y방향으로 거리에 따라 소정의 일정한 비율로 쉬프트시켜 배치함과 동시에 제2 영역(에지 영역)에서는 상기 제1 영역의 마지막에 있는 픽셀의 쉬프트 비율과 동일한 비율로 쉬프트시켜 배치함을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쉬프트 정도는
    상기 +X방향과 -X방향 또는/및 +Y방향과 -Y방향에서 쉬프트 정도가 각각 다른 것임을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈 센터와 포토다이오드 센터를 정중앙에 배열하지 않고, 상기 마 이크로렌즈 센터를 기준으로 +X방향과 -X방향 또는/및 +Y방향과 -Y방향에서 오프셋(offset)이 존재하는 구조임을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 피치는
    상기 제1 영역의 +X방향과 -X방향 또는/및 +Y방향과 -Y방향에서 픽셀 피치(A*B)보다 작은 피치로 구성하여 일정비율로 줄어드는 것을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 피치는
    상기 제1 영역의 +X방향과 -X방향 또는 +Y방향과 -Y방향에서 서로 다른 피치 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 피치는
    상기 제2 영역의 +X방향과 -X방향 또는/및 +Y방향과 -Y방향에서는 픽셀 피치(A*B)와 같은 크기의 피치로 구성하는 것을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 피치는
    상기 제2 영역의 +X방향과 -X방향 또는 +Y방향과 -Y방향에서 서로 다른 피치 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  8. 일정한 간격으로 배치되는 포토다이오드 및 입사하는 광을 상기 포토다이오드로 집중시키기 위해 상기 포토다이오드와 오버랩 되는 상부에 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는
    제1 영역(센터 영역 이후의 영역에서 에지 영역 이전까지의 영역)에서는 좌/우측의 감도를 맞추기 위하여 +X방향과 -X방향의 기울기가 다른 비율로 쉬프트시켜 배치함과 동시에 제2 영역(에지 영역)에서는 상기 제1 영역의 마지막에 있는 픽셀의 쉬프트 비율과 동일한 비율로 쉬프트시켜 배치함을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 피치는
    상기 제1 영역의 +X방향과 -X방향 또는/및 +Y방향과 -Y방향에서 픽셀 피치(A*B)보다 작은 피치로 구성하여 일정비율로 줄어드는 것을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 피치는
    상기 제1 영역의 +X방향과 -X방향 또는 +Y방향과 -Y방향에서 서로 다른 피치 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  11. 제8항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 피치는
    상기 제2 영역의 +X방향과 -X방향 또는/및 +Y방향과 -Y방향에서는 픽셀 피치(A*B)와 같은 크기의 피치로 구성하는 것을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 피치는
    상기 제2 영역의 +X방향과 -X방향 또는 +Y방향과 -Y방향에서 서로 다른 피치 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 좌우상하 비율에 따라 서로 다른 비율로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 이미지 센서.
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