KR20070076694A - Image sensor having white balance calibration sensor area - Google Patents

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Abstract

An image sensor having a white balance calibration sensor region is provided to reduce the volume of a digital imaging apparatus and to improve processing time by incorporating a normal sensor region with a compensating sensor region. A normal sensor region(35) is formed on a surface of a silicon substrate(33). The normal sensor region receives light incident through a lens to perform an imaging function. A compensating sensor region(37) is formed on the silicon substrate in the proximity of the normal sensor region. The compensating sensor region is for performing a white balance compensation. A semitransparent filter is attached to the compensating sensor region. The semitransparent filter is comprised of a bending layer(38) and a dielectric(39). The bending layer irregularly reflects the light incident through the lens. The dielectric reduces transmittance of the light transmitting the bending.

Description

화이트 밸런스 보정 센서영역을 구비하는 이미지센서{IMAGE SENSOR HAVING WHITE BALANCE CALIBRATION SENSOR AREA}Image sensor with white balance correction sensor area {IMAGE SENSOR HAVING WHITE BALANCE CALIBRATION SENSOR AREA}

도 1은 종래의 디지털 촬상장치의 일 예를 나타내는 블록도.1 is a block diagram showing an example of a conventional digital imaging device.

도 2는 종래의 디지털 촬상장치의 다른 예를 나타낸 블록도.2 is a block diagram showing another example of a conventional digital imaging device.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화이트 밸런스 보정 센서영역을 구비하는 이미지센서의 단면도.3 is a cross-sectional view of an image sensor having a white balance correction sensor region according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화이트 밸런스 보정 센서영역을 구비하는 이미지센서가 장착된 디지털 촬상장치의 블록도.4 is a block diagram of a digital imaging apparatus equipped with an image sensor having a white balance correction sensor region according to an embodiment of the present invention.

<도면 부호의 설명><Description of Drawing>

30: 이미지센서 31: 포토 다이오드30: image sensor 31: photodiode

33: 실리콘 기판 35: 정상 센서영역33: silicon substrate 35: normal sensor area

37: 보정 센서영역 38: 굴곡층37: correction sensor area 38: bending layer

39: 절연층 40: 이미지 처리부39: insulating layer 40: image processing unit

50: 메모리 60: 렌즈50: memory 60: lens

본 발명은 화이트 밸런스 보정 센서영역 구비하는 이미지센서에 관한 것이다. The present invention relates to an image sensor having a white balance correction sensor region.

일반적으로 인간의 눈에는 어떠한 광원(예를 들면 태양광, 형광등, 백열등 등)하에서도 흰색은 흰색으로 느끼지만 비디오 카메라의 촬상관을 통하여 보게 되면 광원에 따라 빨갛게 되거나 푸르게 되거나 한다. 이는 광원의 색 온도 때문인데, 색 온도가 높으면 푸른색 계통이 되고 낮으면 붉은색 계통의 색상이 되므로 올바른 색상을 재현할 수 없게 된다. 따라서 영상 처리장치는 일반적으로 Red, Green, Blue(R, G, B) 세 가지 색의 혼합으로 최종적으로 원하는 영상을 표시하도록 하는데, 이 때 화면에 표시되는 색상이 맞지 않을 경우 사물의 원래의 자연 색이 아닌 변형된 색이 표시되어 인간의 시각 특성을 흐리게 하며, 영상출력장치 자체의 품질 저하의 중대한 결점으로 인지될 수 있다. In general, the human eye feels white under any light source (for example, sunlight, fluorescent light, incandescent light, etc.), but when viewed through a video camera image tube, the color becomes red or blue depending on the light source. This is due to the color temperature of the light source. If the color temperature is high, the color is blue, and if the color is low, the color is red. Therefore, the image processing device generally displays the desired image by mixing three colors of red, green, and blue (R, G, B), and when the colors on the screen do not match, the original nature of the object Distorted colors, rather than colors, are displayed to obscure human visual characteristics and can be perceived as a significant drawback of deterioration of the image output device itself.

따라서 어떤 광원 하에서 흰 피사체를 희게 재현되도록 조정하면 다른 색도 바르게 재현될 수 있는데, 이러한 조정을 화이트 밸런스 조정이라고 한다. Therefore, if a white subject is adjusted to reproduce white under a certain light source, other colors can be reproduced correctly. This adjustment is called white balance adjustment.

도 1은 일반적인 디지털 촬상장치를 나타낸 블록도로서, 렌즈(11)로부터 입사된 빛이 이미지센서에 감지되고, 이 정보가 다시 이미지 처리부(15)에 의해 처리되어 메모리에 저장된다. 여기서 이미지 처리부는 이미지에 대한 처리를 담당하고 화이트 밸런스에 대한 보정을 처리한다. 이와 같이 화이트 밸런스 보정치는 중앙 처리장치가 수행하는 프로그램의 자체 결과 만으로 얻어질 수 있지만, 도 2에서와 같이 그레이 카드(gray card) 또는 반투명 필터 등을 이용하여 얻은 값을 기반으로 얻어질 수도 있다. FIG. 1 is a block diagram illustrating a general digital imaging apparatus, in which light incident from a lens 11 is detected by an image sensor, and this information is processed by the image processor 15 and stored in a memory. Here, the image processor is responsible for processing the image and processes the correction for the white balance. As described above, the white balance correction value may be obtained only by the result of a program executed by the central processing unit, but may be obtained based on a value obtained by using a gray card or a translucent filter as shown in FIG. 2.

도 2는 반투명 필터 또는 그레이 카드(22), 서브렌즈(24) 및 서브 이미지센서(26)를 추가로 구비한다. 그레이 카드는 정해진 비율만큼의 광선을 반사하는 카드로서, 보통 반사율 18%의 회색 면과 반사율 90%의 백색 면을 가진다. 정확한 노출계의 수치를 얻기 위해서(노출계는 반사율 18%의 회색 톤을 노출의 기준으로 삼는다) 사용되거나, 또는 컬러 작업에서 알고 있는 회색 톤을 얻기 위해서 사용된다. 그리고 메인 이미지센서(23)와 메인 렌즈(21)는 촬상 기능을 수행하고, 서브 렌즈(24)와 서브 이미지센서(26)는 반투명 필터 또는 그레이 카드와 함께 빛을 혼합하여 그 일부만 인식하는 역할을 수행한다. 2 further includes a translucent filter or gray card 22, a sub lens 24 and a sub image sensor 26. A gray card reflects a predetermined amount of light rays, and usually has a gray face with 18% reflectivity and a white face with 90% reflectance. It is used to obtain accurate meter readings (the exposure meter uses gray tones with 18% reflectivity as the basis of exposure), or to obtain gray tones known in color works. The main image sensor 23 and the main lens 21 perform an imaging function, and the sub lens 24 and the sub image sensor 26 mix light with a translucent filter or a gray card to recognize only a part thereof. Perform.

이와 같이, 종래의 이미지센서는 메인 이미지센서와 서브 이미지센서 그리고 메인 렌즈와 서브 렌즈를 각각 구비해야 하기 때문에 부품 수가 증가할 뿐만 아니라 디지털 촬상장치의 크기가 증가하는 문제점을 유발하였다. 또한, 종래의 이미지센서에서 화이트 밸런스를 조정할 경우에는 촬영 조건이 바뀔 때 마다 매번 화이트 밸런스 보정치를 얻어야 하는데 이는 처리 시간을 지연시키는 원인이 된다.As described above, the conventional image sensor has a main image sensor, a sub image sensor, and a main lens and a sub lens, respectively, thereby increasing the number of components and causing a problem of increasing the size of the digital imaging device. In addition, when adjusting the white balance in the conventional image sensor, the white balance correction value must be obtained every time the shooting conditions are changed, which causes a delay in processing time.

본 발명은 메인 이미지센서와 서브 이미지센서를 하나의 칩에 통합함으로써 부품 수를 줄이고 촬상장치의 부피를 줄일 수 있는 이미지센서를 제공한다. The present invention provides an image sensor that can reduce the number of components and the volume of the image pickup device by integrating the main image sensor and the sub image sensor into one chip.

본 발명은 또한 실시간으로 해당 피사체의 화이트 밸런스 보정치를 알아낼 수 있는 이미지센서를 제공한다. The present invention also provides an image sensor that can determine the white balance correction value of the subject in real time.

본 발명의 일 측면에 따른 화이트 밸런스 보정 센서영역을 구비하는 이미지센서는 실리콘 기판의 일면에 형성되며 렌즈를 통해 입사한 빛을 수광하여 촬상기능을 수행하는 정상 센서영역과, 실리콘 기판 상에서 정상 센서영역에 근접하게 형성되며 화이트 밸런스 보정 역할을 수행하게 하는 보정 센서영역을 포함하고, 보정 센서영역 상에는 반투명 필터가 부착된 화이트 밸런스 영역을 구비한다. An image sensor having a white balance correction sensor region according to an aspect of the present invention includes a normal sensor region formed on one surface of a silicon substrate and receiving light incident through a lens to perform an imaging function, and a normal sensor region on a silicon substrate. And a correction sensor region which is formed to be close to and performs a white balance correction role, and has a white balance region to which a translucent filter is attached on the correction sensor region.

본 발명에 따른 이미지 센서의 실시예는 다음과 같은 특징들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 반투명 필터는 렌즈를 통해 입사한 빛을 난반사 시키는 굴곡층과, 굴곡층을 투과한 빛의 투과율을 떨어뜨리는 절연층으로 이루어지는 화이트 밸런스 영역을 구비할 수 있다. 절연층은 폴리실리콘(polysilicon) 또는 질화막으로 이루어질 수 있다. 그리고 굴곡층은 부분식각 또는 리플로우에 의해 형성될 수 있다. Embodiments of the image sensor according to the present invention may have one or more of the following features. For example, the translucent filter may include a white balance region including a curved layer for diffusely reflecting light incident through the lens and an insulating layer for reducing the transmittance of light transmitted through the curved layer. The insulating layer may be made of polysilicon or a nitride film. The curved layer may be formed by partial etching or reflow.

이하, 본 발명에 따른 화이트 밸런스 보정 센서영역을 구비하는 이미지센서의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, an embodiment of an image sensor having a white balance correction sensor region according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are the same reference numerals. And duplicate description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화이트 밸런스 보정 센서영역을 구비하 는 이미지센서(30)의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서(30)는 입사한 빛을 수광하여 촬상기능을 수행하는 정상 센서영역(35)과 정상 센서영역(35)에 근접하게 형성되며 화이트 밸런스 보정 역할을 수행하는 보정 센서영역(37)을 포함한다. 3 is a cross-sectional view of an image sensor 30 having a white balance correction sensor region according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the image sensor 30 according to the exemplary embodiment of the present invention is formed to be close to the normal sensor region 35 and the normal sensor region 35 that receive an incident light and perform an imaging function. And a correction sensor area 37 that serves as a balance correction role.

정상 센서영역(35)은 실리콘 기판(33) 상에 위치하는 다수 개의 포토 다이오드(photo diode)(31)를 포함하며, 포토 다이오드(31)는 렌즈(미도시)를 통해 입사한 빛을 수광하여 정상적인 촬상기능을 수행한다. 즉, 본 실시예에 따른 이미지센서(30)는 이미지 처리부(도 4의 40 참조)와 연결되어 있으며, 정상 센서영역(35)에 의해 촬상된 이미지는 이미지 처리부에 의해 처리되어 메모리(도 4의 50)에 저장된다. The normal sensor region 35 includes a plurality of photo diodes 31 positioned on the silicon substrate 33, and the photo diodes 31 receive light incident through a lens (not shown). Perform the normal imaging function. That is, the image sensor 30 according to the present embodiment is connected to the image processing unit (see 40 of FIG. 4), and the image captured by the normal sensor area 35 is processed by the image processing unit to store the memory (see FIG. 4). 50).

정상 센서영역(35) 상에는 보정 센서영역(37)과는 달리 반투명 필터가 부착되어 있지 않기 때문에 렌즈(도 4의 60 참조)를 통해 입사한 빛이 그대로 수광된다. 따라서 이미지 처리부(도 4의 40)는 정상 센서영역(35)에 의해 감지된 빛은 반투명 필터를 통해 입사한 빛을 감지하는 보정 센서영역(37)과 비교함으로써 실시간으로 해당 피사체에 대한 화이트 밸런스 보정치를 알 수 있게 된다. Unlike the correction sensor region 37, the translucent filter is not attached to the normal sensor region 35, so that light incident through the lens (see 60 of FIG. 4) is received as it is. Therefore, the image processor 40 of FIG. 4 compares the light detected by the normal sensor region 35 with the correction sensor region 37 that detects light incident through the translucent filter, thereby real-time white balance correction value for the subject. You will know.

보정 센서영역(37)은 상기 정상 센서영역(35)에 인접하여 실리콘 기판(33) 상에 위치하며, 그 상부에는 굴곡층(38) 및 절연층(39)으로 이루어지는 반투명 필터가 위치하고 있다. 보정 센서영역(37)도 다수의 포토 다이오드(31)를 구비하는데, 이러한 포토 다이오드는 반투명 필터를 투과한 빛을 수광하며, 이와 같이 수광된 이미지는 이를 정상 센서영역(35)의 포토 다이오드에 의해 감지된 이미지와 비 교됨으로써 실시간으로 화이트 밸런스 보정치가 생성되는 것이다. The correction sensor region 37 is positioned on the silicon substrate 33 adjacent to the normal sensor region 35, and a translucent filter composed of the bent layer 38 and the insulating layer 39 is positioned thereon. The correction sensor region 37 also includes a plurality of photodiodes 31, which receive light passing through the translucent filter, and the received image is thus captured by the photodiodes in the normal sensor region 35. The white balance correction value is generated in real time by comparing with the detected image.

이미지센서(30)는 CIS 반도체 칩일 수 있다. CIS 반도체 칩은 적외선 필터(미도시)를 투과한 광을 전기적 아날로그 영상신호로 변환하는 촬상수단으로서, 구체적으로는 CMOS(Complementary MOS) 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이를 이용하여 순차적인 출력을 검색하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.The image sensor 30 may be a CIS semiconductor chip. The CIS semiconductor chip is an imaging means for converting light transmitted through an infrared filter (not shown) into an electrical analog video signal. Specifically, a MOS transistor is fabricated as many as the number of pixels using CMOS (Complementary MOS) technology. It is a device that adopts a switching method for searching for an output.

도 3에서는 보정 센서영역(37)이 정상 센서영역(35)과 접하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 국한되는 것은 아니며 보정 센서영역(37)과 정상 센서영역(35) 사이에 일정한 간격이 형성될 수도 있다. 또한, 도 3에서는 보정 센서영역(37)이 정상 센서영역(35)에 비해 작게 형성되어 있지만, 보정 센서영역(37)의 크기는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.In FIG. 3, the correction sensor region 37 is shown to be in contact with the normal sensor region 35. However, the present invention is not limited thereto, and a constant distance is formed between the correction sensor region 37 and the normal sensor region 35. May be In addition, although the correction sensor region 37 is formed smaller than the normal sensor region 35 in FIG. 3, the size of the correction sensor region 37 may be variously changed as necessary.

보정 센서영역(37) 상에는 빛의 투과율을 저하시키는 절연층(39) 및 상기 절연층(39) 상에 위치하며 렌즈(60)를 통해 입사한 빛을 난반사 시키는 굴곡층(38)이 위치한다. On the correction sensor region 37, an insulating layer 39 for lowering light transmittance and a curved layer 38 disposed on the insulating layer 39 and diffusely reflecting light incident through the lens 60 are positioned.

절연층(39)은 상기 굴곡층(38)과 실리콘기판(33) 사이에 위치하며, 굴곡층(38)을 통과한 빛을 흡수 및 반사함으로써 빛의 강도를 떨어뜨리게 한다. 절연층(39)으로는 폴리 실리콘(poly silicon) 또는 질화막(Si3N4) 등을 사용할 수 있다. The insulating layer 39 is positioned between the bending layer 38 and the silicon substrate 33, and absorbs and reflects light passing through the bending layer 38 to reduce the intensity of the light. As the insulating layer 39, polysilicon, a nitride film (Si 3 N 4 ), or the like may be used.

굴곡층(38)은 상기 절연층(39)의 상부에 위치하며 렌즈(60)를 통해 입사한 빛을 난반사시켜 이미지를 번지게 하는 역할을 한다. 절연층(39) 상에 굴곡층(38) 을 형성하는 방법으로는 부분 식각 또는 리플로우(reflow) 공정 등을 들 수 있다.The bending layer 38 is positioned above the insulating layer 39 and serves to blur an image by diffusely reflecting light incident through the lens 60. As a method of forming the bending layer 38 on the insulating layer 39, a partial etching or a reflow process may be mentioned.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서(30)를 구비하는 디지털 촬상장치를 도시한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지센서(30)를 구비하는 디지털 촬상장치는 도 2와는 달리 별도의 서브렌즈 및 서브 이미지센서를 구비할 필요가 없기 때문에 부피를 줄일 수 있게 된다. 또한, 화이트 밸런스 기능을 담당하는 보정 센서영역(37)이 촬상기능을 담당하는 정상 센서영역(35)과 인접하여 배치되고 각각이 이미지 처리부(40)에 연결되어 있기 때문에 실시간으로 해당 피사체의 화이트 밸런스 보정치를 알 수 있게 된다. 4 is a block diagram illustrating a digital imaging device having an image sensor 30 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the digital imaging apparatus including the image sensor 30 according to the exemplary embodiment of the present invention does not need to include a separate sub-lens and a sub-image sensor unlike FIG. 2, thereby reducing the volume. . In addition, since the correction sensor region 37 serving as the white balance function is disposed adjacent to the normal sensor region 35 serving as the imaging function and each is connected to the image processor 40, the white balance of the subject in real time. The correction value can be seen.

이미지 처리부(40)는 ISP(Image Signal Processor) 반도체 칩일 수 있다. ISP 반도체 칩은 전기적 아날로그 신호를 디지털 영상신호로 변환하는 영상신호 처리수단이다.The image processor 40 may be an image signal processor (ISP) semiconductor chip. The ISP semiconductor chip is a video signal processing means for converting an electrical analog signal into a digital video signal.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 다양한 변경예와 수정예도 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다. Although the embodiments of the present invention have been described above, various changes and modifications of the present invention should also be construed as falling within the scope of the present invention as long as the technical idea of the present invention is realized.

본 발명은 메인 이미지센서와 서브 이미지센서를 하나의 칩에 통합함으로써 부품수를 줄이고 촬상장치의 부피를 줄일 수 있는 이미지센서를 제공할 수 있다. The present invention can provide an image sensor that can reduce the number of parts and the volume of the image pickup device by integrating the main image sensor and the sub image sensor in one chip.

본 발명은 또한 실시간으로 해당 피사체의 화이트 밸런스 보정치를 알아낼 수 있는 이미지센서를 제공할 수 있다. The present invention can also provide an image sensor that can determine the white balance correction value of the subject in real time.

Claims (5)

실리콘 기판의 일면에 형성되며 렌즈를 통해 입사한 빛을 수광하여 촬상기능을 수행하는 정상 센서영역과;A normal sensor region formed on one surface of the silicon substrate and configured to receive light incident through the lens to perform an imaging function; 상기 실리콘 기판 상에서 상기 정상 센서영역에 근접하게 형성되며 화이트 밸런스 보정 역할을 수행하게 하는 보정 센서영역을 포함하고,A correction sensor region formed on the silicon substrate in proximity to the normal sensor region and performing a white balance correction role; 상기 보정 센서영역 상에는 반투명 필터가 부착된 화이트 밸런스 영역을 구비하는 이미지센서.And a white balance region having a translucent filter attached to the correction sensor region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반투명 필터는 상기 렌즈를 통해 입사한 빛을 난반사 시키는 굴곡층과,The translucent filter may include a curved layer which diffusely reflects light incident through the lens; 상기 굴곡층을 투과한 빛의 투과율을 떨어뜨리는 절연층으로 이루어지는 화이트 밸런스 영역을 구비하는 이미지센서.And a white balance region comprising an insulating layer for reducing the transmittance of light transmitted through the curved layer. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 절연층은 폴리실리콘(polysilicon)으로 이루어지는 화이트 밸런스 영역을 구비하는 이미지센서.The insulating layer is an image sensor having a white balance area made of polysilicon (polysilicon). 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 절연층은 질화막으로 이루어지는 화이트 밸런스 영역을 구비하는 이미지센서.And the insulating layer has a white balance area formed of a nitride film. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 굴곡층은 부분식각 또는 리플로우에 의해 형성되는 화이트 밸런스 영역을 구비하는 이미지센서.The curved layer is an image sensor having a white balance region formed by partial etching or reflow.
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