KR20070120360A - 카메라 모듈 - Google Patents

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KR20070120360A
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Abstract

광역역광보정 기능을 가지며, 소형화된 카메라 모듈이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은, 입사되는 빛을 집광하는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈부, 상기 각 렌즈의 영역에 대응하는 복수의 필터링 영역을 가지는 필터부 및, 상기 각 필터링 영역을 통과한 빛을 전기 신호로 변환하는 복수의 센싱 영역을 가지는 이미지 센서부를 포함하는데, 상기 필터링 영역은, 서로 다른 색상의 컬러필터가 형성된 제1 필터링 영역과 상기 컬러필터보다 높은 투과도를 갖는 색상의 컬러필터가 형성된 제2 필터링 영역으로 구분된다.
이미지 센서 모듈(Image Sensor Module; ISM), 컬러필터(color filter), 소형화, 고해상도

Description

카메라 모듈{Camera module}
도 1은 종래 카메라 모듈의 원리를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 내부 구조를 도시한 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 필터부의 구조에 대한 다양한 실시예들을 예시한 예시도이다.
도 4는 도 3c에 도시된 필터부의 공정 과정을 예시한 예시도이다.
도 5는 도 2의 이미지 센서부를 구성하는 단위 픽셀에 대한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 마이크로 렌즈에 기울어져 입사하는 광의 수렴정도를 마이크로 렌즈와 수광소자 사이의 거리에 따라 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 복원 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 모듈의 내부 구조를 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200: 카메라 모듈 300: 렌즈부
400: 필터부 410: 제1 서브 필터링 영역
420: 제2 서브 필터링 영역 430: 제3 서브 필터링 영역
440: 제4 서브 필터링 영역 470G: 녹색 컬러필터
480R: 적색 컬러필터 500: 이미지 센서부
510: 제1 서브 센싱 영역 520: 제2 서브 센싱 영역
530: 제3 서브 센싱 영역 540: 제4 서브 센싱 영역
560: 수광소자 570a, 570b: 소자 분리막
580a, 580b: 절연층 590: 금속 배선층
595: 마이크로 렌즈 600: 중간 이미지
700: 최종 이미지
본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광역역광보정 기능을 가지며, 소형화된 카메라 모듈에 관한 것이다.
디지털 카메라, 카메라 폰 등과 같이 고해상도의 카메라 모듈을 포함하는 디지털 장치들의 보급이 확산되고 있다. 카메라 모듈은 일반적으로 렌즈 및 이미지 센서를 포함하여 구성된다. 여기서, 렌즈는 피사체에서 반사된 빛을 모으는 역할을 하며, 이미지 센서는 렌즈에 의해 모아진 빛을 검지(檢知)하여 전기적인 영상신호로 변환하는 역할을 한다. 이미지 센서는 크게 촬상관(撮像管)과 고체이미지센서로 나눌 수 있으며, 고체이미지센서의 대표적인 예로써 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD), 금속산화물반도체(Metal Oxide Silicon; MOS)를 예로 들 수 있다.
도 1은 종래 카메라 모듈의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
카메라 모듈에서는, 구경비(口徑比)가 클수록 밝은 상을 얻을 수 있으며, F수(F/#)가 클수록 선명하고 깨끗한 상을 얻을 수 있다. 여기서 구경비는, 렌즈의 구경 D를 초점거리 f로 나눈 값 즉, D/f를 의미하는 것으로서, 상의 밝기는 구경비의 제곱에 비례한다. 이에 비해 F수는, 구경비의 역수 즉, f/D를 의미한다. F수가 클수록 카메라 모듈의 이미지 센서에 도달하는 단위 면적당 광량은 감소하며, F수가 작을수록 이미지 센서에 도달하는 단위 면적당 광량은 증가하여 밝은 영상을 얻게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈의 구경이 클수록 해상도가 높아지는 장점이 있으나, 물체의 상이 맺히기 위한 초점거리가 길어지므로 카메라 모듈을 소형화하는데 한계가 있다.
한편, 종래에는 광역역광보정(Wide Dynamic Range; WDR)된 영상을 구현하기 위한 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 광역역광보정이란, 일반적인 역광보정 보다 발전된 기술로서, 조명이 밝은 곳이나 어두운 곳을 촬영할 때에도 사람의 눈으로 보는 것과 같은 영상을 얻을 수 있도록 해준다.
이를 위해 종래에는, 이미지 센서 상에 저감도 센싱 영역 및 저감도 센싱 영역에 비해 빛에 민감한 고감도 센싱 영역을 별도로 구현하고, 보다 많은 빛을 감지할 수 있도록 센싱 영역의 구조를 변경하는 기술이 제시되어 있다.
그러나 종래 기술에 의하면, 센싱 영역의 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 센싱 영역의 구조 변경에 따른 새로운 공정기술이 요구된다는 문제가 있다.
이에 여러 발명(예를 들면, 한국공개특허 2003-0084343, '초점거리 확보를 위한 시모스 이미지센서의 제조방법')이 제시되었으나, 상술한 문제는 여전히 해결하고 있지 못하다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 새로운 공정 기술 없이도 광역역광보정 기능을 가지며, 소형화된 카메라 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은, 입사되는 빛을 집광하는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈부, 상기 각 렌즈의 영역에 대응하는 복수의 필터링 영역을 가지는 필터부 및, 상기 각 필터링 영역을 통과한 빛을 전기 신호로 변환하는 복수의 센싱 영역을 가지는 이미지 센서부를 포함하는데, 상기 필터링 영역은, 서로 다른 색상의 컬러필터가 형성된 제1 필터링 영역과 상기 컬러필터보다 높은 투과도를 갖는 색상의 컬러필터가 형성된 제2 필터링 영역으로 구분된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 모듈은, 입사되는 빛을 집광하는 서로 다른 색상의 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈부 및, 상기 각 렌즈를 통과한 빛을 전기 신호로 변환하는 복수의 센싱 영역을 가지는 이미지 센서부를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있으며, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈(200)을 도시한 사시도이다. 도시된 카메라 모듈(200)은 렌즈부(300), 필터부(400) 및 이미지 센서부(500)를 포함한다.
렌즈부(300)는 입사되는 빛을 집광하는 복수의 렌즈(310, 320, 330, 340)를 포함할 수 있다. 여기서, 렌즈의 개수는 제한되지 않으며, 복수의 렌즈(310, 320, 330, 340)는 동일 평면 상에 다양한 형태로 배치될 수 있다. 예를 들면, 복수의 렌 즈(310, 320, 330, 340)는 가로 방향 또는 세로 방향으로 일렬로 배치되거나, 가로×세로의 행렬 형태로 배치될 수 있다. 이하, 본 명세서에서는 설명의 편의상, 렌즈부(300)가 4개의 렌즈를 포함하며, 가로×세로 2×2의 형태로 배치된 경우를 실시예로 하여 설명하도록 한다.
필터부(400)는 복수의 렌즈(310, 320, 330, 340)에 의해 집광된 빛을 필터링하여 원래의 기본 색으로 구현하는 역할을 한다. 이를 위해 필터부(400)는, 복수의 렌즈(310, 320, 330, 340)에 대응하며, 서로 다른 색상의 컬러필터가 형성되는 복수의 서브 필터링 영역(410, 420, 430, 440)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 앞서 언급한 바와 같이, 렌즈부(300)가 2×2의 행렬 형태로 배치된 4개의 렌즈를 포함하는 경우, 필터부(400)는 2×2 형태로 배치된 제1 서브 필터링 영역(410), 제2 서브 필터링 영역(420), 제3 서브 필터링 영역(430) 및 제4 서브 필터링 영역(440)을 갖는다.
또한, 필터링 영역은 각 서브 필터링 영역에 형성되는 컬러필터의 투과도에 따라 제1 필터링 영역(410, 420, 430)과 제2 필터링 영역(440)으로 구분될 수 있다. 이 때, 제1 필터링 영역은 복수의 서브 필터링 영역을 포함할 수 있다. 이에 비해 제2 필터링 영역은 단일 서브 필터링 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 제2 필터링 영역에 해당하는 서브 필터링 영역에는, 제1 필터링 영역에 해당하는 서브 필터링 영역에 형성된 컬러필터에 비해 투과도가 높은 컬러필터가 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 필터링 영역(410, 420, 430)에 포함되는 제1 서브 필터링 영역(410), 제2 서브 필터링 영 역(420) 및 제3 서브 필터링 영역(430)에는 각각 적색, 녹색, 및 청색 컬러필터가 형성되고, 제2 필터링 영역에 포함되는 제4 서브 필터링(440) 영역에는 적색, 녹색 및 청색에 비해 투과도가 높은 색 예를 들면, 회색 컬러필터가 형성되는 것이 바람직하다. 전술한 예에서, 각각의 컬러필터는 청색, 적색 및 녹색의 순서로 투과도가 높아지며, 회색 컬러필터는 녹색 컬러필터보다 더 높은 투과도를 갖는다.
다른 실시예에 따라, 제4 서브 필터링 영역에는 회색 이외의 컬러필터가 형성될 수도 있다. 예를 들면, 흰색(white; no color filter), 노란색, 시안(cyan) 및 마젠타(magenta) 중 어느 하나의 색을 갖는 컬러필터가 형성될 수 있다. 그러나 제4 서브 필터링 영역에 형성되는 컬러필터의 색은 전술한 예로 한정되는 것은 아니며, 제1 필터링 영역의 서브 필터링 영역에 형성된 컬러필터에 비해 높은 투과도를 갖는 컬러필터라면, 본 발명의 범주에 속하는 것으로 볼 수 있다.
각 서브 필터링 영역에 이와 같이 컬러필터가 형성되면, 각 서브 필터링 영역을 통과하는 광량에 차이가 발생하게 된다. 이는 곧 후술될 이미지 센서부(500)의 각 서브 센싱 영역(510)(520)(530)(540)에 도달되는 광량에 차이가 발생함을 의미하며, 이미지 센서부(500)에 고감도 센싱 기능 및 저감도 센싱 기능이 동시에 구현될 수 있음을 의미한다.
좀 더 구체적으로, 이미지 센서부(500)의 센싱 영역은, 복수의 서브 필터링 영역(410)(420)(430)(440)에 각각 대응하는 복수의 서브 센싱 영역(510)(520)(530)(540)으로 구분될 수 있다. 그런데 복수의 서브 센싱 영역(510)(520)(530)(540) 중, 제2 필터링 영역에 포함된 서브 필터링 영역과 대응되 는 서브 센싱 영역에 도달되는 빛의 양은, 제1 필터링 영역(410, 420, 430)에 포함된 서브 필터링 영역과 대응되는 서브 센싱 영역에 도달되는 빛의 양보다 많다. 때문에 제2 필터링 영역에 포함된 서브 필터링 영역과 대응되는 서브 센싱 영역은 제1 필터링 영역(410, 420, 430)에 포함된 서브 필터링 영역과 대응되는 서브 센싱 영역에 비해 상대적으로 고감도 센싱 기능을 갖는다고 할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 앞서 언급된 예에 의하면, 이미지 센서부(500)의 센싱 영역은 제1 서브 필터링 영역(410), 제2 서브 필터링 영역(420), 제3 서브 필터링 영역(430) 및 제4 서브 필터링 영역(440)에 각각 대응하는 제1 서브 센싱 영역(510), 제2 서브 센싱 영역(520), 제3 서브 센싱 영역(530) 및 제4 서브 센싱 영역(540)으로 구분될 수 있다. 이 때, 제4 서브 센싱 영역(540)에 도달되는 빛의 양은 제1 서브 센싱 영역(510)에 도달되는 빛의 양보다 많다. 왜냐하면, 제4 서브 센싱 영역(540)에 대응하는 제4 서브 필터링 영역(440)에는 회색 컬러필터가 형성되어 있고, 제1 서브 센싱 영역(510)에 대응하는 제1 서브 필터링 영역(410)에는 회색 컬러피터 보다 투과도가 낮은 적색 컬러필터가 형성되어 있기 때문이다. 때문에 제4 서브 센싱 영역(540)은 제1 서브 센싱 영역(510)에 비해 상대적으로 고감도 센싱 기능을 갖게 된다. 이와 마찬가지로, 제2 서브 센싱 영역(520) 및 제3 서브 센싱 영역(530)에 각각 도달되는 광량은 제4 서브 센싱 영역(540)에 도달되는 광량보다 적기 때문에, 제4 서브 센싱 영역(540)에 비해 저감도 센싱 기능을 갖는다고 볼 수 있다.
위와 같은 구성요소에 더하여, 필터부(400)는 소정 파장의 빛 예를 들면, 적 외선을 차단하기 위한 적외선 차단 필터(460)를 선택적으로 포함할 수 있다. 이 때, 적외선 차단 필터(460)는 이미지 센서에 도달되는 적외선을 차단하여, 가시광선 영역의 이미지 정보가 훼손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 이미지 센서의 감도는 적외선에도 반응하는데, 적외선 차단 필터(460)를 사용하게 되면, 적외선이 차단되므로, 가시광선 영역의 이미지 정보가 훼손되는 것을 방지할 수 있다. 종래 이미지 센서의 구조에 의하면 컬러필터와 적외선 차단 필터를 통합하여 구현할 수 없으나, 본 발명에 의하면 컬러필터(470)와 적외선 차단 필터(460)를 통합하여 제작할 수 있다.
적외선 차단 필터(460)는 기판(450)과 컬러필터층(470) 사이에 형성되거나, 컬러필터층(470)의 상부에 설치될 수 있다. 또는 기판(450)의 일면에 컬러필터층(470)이 형성된 경우, 적외선 차단 필터(460)는 기판(450)의 타면에 형성될 수도 있다. 도 3a 내지 도 3c는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 절개한 단면도를 도시한 것으로, 컬러필터 및 적외선 차단 필터(460)의 형성 위치에 대한 다양한 실시예를 보여주고 있다. 도 3a는 기판(450)의 일면에 적외선 차단 필터(460) 및 컬러필터가 차례로 형성된 모습을 보여주고 있으며, 도 3b는 기판(450)의 일면에 컬러필터 및 적외선 차단 필터(460)가 차례로 형성된 모습을 보여주고 있다. 이에 비해 도 3c는 기판(450)의 일면에는 컬러필터가 형성되어 있고, 기판(450)의 타면에는 적외선 차단 필터(460)가 형성되어 있는 모습을 보여주고 있다.
한편, 전술한 필터부(400)는, 서로 다른 색의 컬러필터가 형성된 복수의 기판을 각각 다수의 서브 기판으로 분할한 후, 서로 다른 색의 컬러필터를 갖는 서브 기판을 조합하는 공정을 거쳐 생성될 수 있다. 도 4는 필터부(400)의 생성 공정을 도시한 평면도이다. 예를 들어, 도 3c에 도시된 바와 같은 구조의 필터부(400)를 생성하기 위해서는 우선, 제1, 제2, 제3 및 제4 기판의 일면에 적외선 차단 필터(460)층을 형성한다. 그 다음, 각 기판의 타면에 각각 적색, 녹색, 청색 및 회색 컬러필터를 도포하여 컬러필터층(470)을 형성한다. 이 후, 각 기판들을 4등분하여, 4개의 서브 기판으로 분리한다. 그리고, 서로 다른 색의 컬러필터가 형성된 서브 기판을 각각 조합한다. 전술한 바와 같은 공정에 의하면, 컬러필터의 패터닝(patternning) 공정이 생략되므로 컬러필터를 형성하는데에 사용되는 잉크를 절약할 수 있는 효과가 있다.
한편, 이미지 센서부(500)는 각 서브 필터링 영역(410)(420)(430)(440)을 통과한 빛을 감지하여, 전기 신호로 변환하는 역할을 한다. 이를 위하여 이미지 센서부(500)는 각 서브 필터링 영역(410)(420)(430)(440)을 통과한 빛을 감지하는 광감지부(미도시) 및 광감지부에 의해 감지된 빛을 전기적인 신호로 변환하여 데이터화하는 회로부(미도시)를 포함하여 구성된다.
여기서, 도 5를 참조하여 이미지 센서부(500)에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 5는 이미지 센서부(500)의 단위 픽셀에 대한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 기판(550) 위에는 수광소자(560) 예를 들면, 포토다이오드(Photo Diode; PD)가 형성된다. 이 때, 수광소자(560)들 사이에는 각각 소자 분리막이 형성된다.
수광소자(560)의 상부에는 회로부를 형성하기 위한 금속 배선층(590)이 형성 된다. 이 때, 수광소자(560)와 금속 배선층(590) 사이에는 절연층(IMD; Inter-Metal Dielectric)(580a)이 형성되며, 금속 배선층(590)은 수광소자(560)로 입사되는 빛의 경로를 차단하지 않도록 설계되는 것이 바람직하다. 도 5는 한 층의 금속 배선층(590)이 형성되어 있는 모습을 도시하고 있으나, 금속 배선층(590)은 경우에 따라서 복수의 층으로 형성될 수도 있다. 이 때, 각 금속 배선층(590)은 각 금속 배선층을 절연하기 위한 절연층(580b)이 형성된다.
절연층(580b)의 최상부에는 수광소자(560)의 광감도를 증가시키기 위한 마이크로 렌즈(Micro Lens; ML)(595)가 형성된다. 일반적으로, 포토다이오드(560)는 단위 픽셀 영역의 전영역을 차지하는 것이 아니라, 단위 픽셀 중 일정 부분만을 차지한다. 따라서, 픽셀 영역에서 포토다이오드(560)가 차지하는 면적을 나타내는 비율(fill factor)이 1 보다 작은 값은 갖게 되며, 이는 입사되는 빛의 일부가 손실됨을 의미한다. 그런데 절연층(580b)의 최상부에 마이크로 렌즈(595)를 형성하게 되면, 입사되는 빛이 마이크로 렌즈(595)에 의해 집광되기 때문에 수광소자(560)로 수렴되는 광량을 증가시킬 수 있다.
또한, 전술한 형태의 이미지 센서부(500)는 종래 기술에 비하여, 컬러필터층(470) 및 컬러필터층(470)을 평탄화하기 위한 평탄층(도면 6b 참조)이 형성되지 않으므로, 광손실 및 신호 간섭(cross talk)이 감소된다. 좀 더 구체적인 설명을 위해 도 6a 도 6b를 참조하기로 한다.
도 6a 및 도 6b는 마이크로 렌즈(595)에 기울어져 입사하는 광의 수렴정도를 마이크로 렌즈(595)와 수광소자(560) 간의 거리에 따라 나타낸 도면이다. 여기서, 도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서에서 단위 픽셀의 단면도를 도시한 것이고, 도 6b는 종래 기술에 따른 이미지 센서에서 단위 픽셀의 단면도를 도시한 것이다.
도 6b를 참조하면, 일반적으로, 마이크로 렌즈(595)의 초점의 위치는 수광소자(560)의 위치에 고정되는데, 이 경우, 마이크로 렌즈(595)에 수직으로 입사되는 빛은 수광소자(560)로 모두 수렴된다. 그러나 마이크로 렌즈(595)에 일정 각도로 기울어져 입사되는 빛은 해당 픽셀의 수광소자(560)로 모두 수렴되지 못하고 손실되거나, 인접한 픽셀의 수광소자(560)로 입사되어 신호 간섭(cross talk)을 유발한다. 그런데 본 발명에서와 같이, 컬러필터층(470) 및 평탄층이 제거되면, 마이크로 렌즈(595)와 수광소자(560) 간의 간격이 좁아지므로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(595)에 일정 각도로 기울어져 입사되는 빛도 해당 픽셀의 수광소자(560)로 수렴된다. 때문에, 인접한 픽셀의 수광소자(560)로 입사되는 빛의 양은 감소되며, 신호 간섭 역시 감소된다.
전술한 바와 같은 구조의 픽셀은 다수개가 모여 센싱 영역을 형성한다. 여기서 센싱 영역은, 전술한 필터부(400)의 각 서브 필터링 영역에 대응하는 복수의 서브 센싱 영역(510, 520, 530, 540)으로 구분될 수 있다. 즉, 앞서 언급한 예에 의하면, 이미지 센서부(500)의 센싱 영역은 제1 서브 필터링 영역(410), 제2 서브 필터링 영역(420), 제3 서브 필터링 영역(430) 및 제4 서브 필터링 영역(440)에 각각 대응하는 제1 서브 센싱 영역(510), 제2 서브 센싱 영역(520), 제3 서브 센싱 영역(530) 및 제4 서브 센싱 영역(540)으로 구분될 수 있다. 이 때, 제1 서브 센싱 영역(510), 제2 서브 센싱 영역(520), 제3 서브 센싱 영역(530) 및 제4 서브 센싱 영역(540)은 각각 적색, 녹색, 청색 및 회색 컬러필터를 통과한 빛을 감지하게 된다.
이와 같이 복수의 서브 센싱 영역으로 구분된 센싱 영역(510, 520, 530, 540)은, 광감도에 따라 저감도 센싱 영역과 고감도 센싱 영역으로 구분될 수 있다. 이 때, 저감도 센싱 영역과 고감도 센싱 영역은 각 서브 센싱 영역에 도달하는 광량에 따라 구분된다. 그런데, 각 서브 센싱 영역에 도달하는 광량은 각 서브 센싱 영역과 대응하는 서브 필터링 영역에 형성되어 있는 컬러필터에 따라 달라지게 된다. 따라서, 컬러필터의 투과도에 따라 제1 필터링 영역과 제2 필터링 영역으로 구분된 필터링 영역 중, 제1 필터링 영역 및 제2 필터링 영역에 각각 대응하는 센싱 영역을 저감도 센싱 영역 및 고감도 센싱 영역으로 구분지을 수 있다.
좀 더 구체적으로, 앞서 언급한 예에 의하면, 제1 서브 센싱 영역(510), 제2 서브 센싱 영역(520) 및 제3 서브 센싱 영역(530)은 저감도 센싱 영역에 해당하며, 제4 서브 센싱 영역(540)은 고감도 센싱 영역에 해당한다. 왜냐하면, 제4 서브 필터링 영역(440)에 형성된 회색 컬러필터는 제1 서브 필터링 영역(410), 제2 서브 필터링 영역(420) 및 제3 서브 필터링 영역(430)에 각각 형성된 적색, 녹색 및 청색 컬러필터에 비해 투과도가 높아, 제4 서브 센싱 영역(540)에 도달된 빛의 양이 제1 서브 센싱 영역(510), 제2 서브 센싱 영역(520) 및 제3 서브 센싱 영역(530) 각각에 도달된 빛의 양보다 많기 때문이다.
이와 같이, 이미지 센서부(500)에 고감도 센싱 영역 및 저감도 센싱 영역이 구현되면, 각 센싱 영역으로부터 얻은 휘도 정보를 이용하여 이미지를 복원할 수 있으므로, 조도차가 큰 환경에서도 선명한 영상을 구현할 수 있다. 즉, 광역역광보정 기능(WDR; Wide Dynamic Range)을 구현할 수 있다.
여기서, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 복원 방법을 설명하기로 한다. 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 복원 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 7a는 컬러별로 분리된 복수의 원 이미지(511)(521)(531)(541)가 획득되는 과정을 도시한 것이고, 도 7b는 도 7a의 컬러별로 분리된 복수의 원 이미지(511)(521)(531)(541)로부터 최종 이미지(700)가 생성되는 과정을 도시한 것이다.
설명의 편의를 위해 필터부(400)의 제1 서브 필터링 영역(410), 제2 서브 피터링 영역(420), 제3 서브 필터링 영역(430) 및 제4 서브 필터링 영역(440)에는 각각 적색, 녹색, 청색 및 회식 필터가 형성되어 있다고 가정한다. 그리고, 이미지 센서부(500)의 전체 센싱 영역(510, 520, 530, 540)은 가로×세로 각각 8×8 개의 픽셀로 구성되며, 각각의 서브 센싱 영역(510)(520)(530)(540)은 가로×세로 각각 4×4 개의 픽셀로 이루어진다고 가정한다.
먼저, 도 7a를 참조하면, 소정 피사체(100)에서 반사된 빛은 각각 4개의 렌즈(310)(320)(330)(340)를 통해 집광된다. 각 렌즈(310)(320)(330)(340)를 통해 집광된 빛은 각 렌즈(310)(320)(330)(340)에 대응하는 서브 필터링 영역(410)(420)(430)(440)을 투과하게 된다. 이 후, 각 서브 필터링 영역(410)(420)(430)(440)을 투과한 빛은 각 서브 필터링 영역(410)(420)(430)(440) 에 대응하는 서브 센싱 영역(510)(520)(530)(540)에 각각 수렴된다. 그 결과, 각각의 서브 센싱 영역(510)(520)(530)(540)을 통해 컬러별로 분리된 원 이미지를 얻을 수 있다. 이 때, 각각의 서브 센싱 영역(510)(520)(530)(540)을 통해 획득된 각각의 원 이미지(511)(521)(531)(541)는 전체 센싱 영역(510, 520, 530, 540)이 갖는 해상도에 비해 1/4에 해당하는 해상도를 갖게된다.
도 7b은, 메모리 상에 형성되는 중간 이미지(600)가 이미지 센서부(500)의 센싱 영역과 동일한 개수의 픽셀로 이루어진 경우를 도시하고 있다. 즉, 중간 이미지(600)가, 가로×세로 각각 8×8 개의 픽셀로 이루어진 경우를 도시하고 있다.
중간 이미지(600)는, 컬러필터의 배열 패턴에 대응하는 다수의 픽셀을 포함하는 다수의 픽셀 그룹(610, 620, 630)으로 구분될 수 있다. 예를 들면, 도 7a에 도시된 바와 같이, 컬러필터가 2×2 형태의 배열패턴을 갖는 경우, 중간 이미지(600)는, 가로×세로 각각 2×2 개의 픽셀들을 단위로 하는 다수의 픽셀 그룹(610, 620, 630)으로 구분될 수 있다. 여기서, 각 픽셀 그룹(610)(620)(630)은 컬러 정보 및 휘도 정보가 매핑되는 주 픽셀(611, 621, 631) 및, 주 픽셀(611, 621, 631)의 주변에 위치하며, 정보를 보유하지 않은 서브 픽셀들(612, 622)로 구분될 수 있다.
주 픽셀의 위치는 해당 픽셀 그룹에서 다양한 위치에 지정될 수 있다. 예를 들면, 도 7b와 같이, 2×2의 각 픽셀 그룹에서, 첫 번째 행의 첫 번째 열에 해당하는 위치가 주 픽셀의 위치로 지정될 수 있다. 다른 예로는, 각 픽셀 그룹에서, 첫 번째 행의 두 번째 열에 해당하는 위치가 주 픽셀의 위치로 지정될 수도 있다.
각 픽셀 그룹의 주 픽셀은 3개의 컬러 정보 및 2개의 휘도 정보를 갖는다. 즉, 각 픽셀 그룹의 주 픽셀은, 제1 원 이미지(511)에 의한 적색 컬러 정보, 제2 원 이미지(521)에 의한 녹색 컬러 정보, 제3 원 이미지(531)에 의한 청색 컬러 정보, 제4 서브 센싱 영역(540)에 의한 휘도 정보(Y') 및, 3색의 컬러 정보로부터 검출된 휘도 정보(Y)가 매핑된다. 좀 더 구체적으로, 제1 픽셀 그룹(610)의 주 픽셀(611)은, 제1 원 이미지(511)에서 첫 번째 행의 첫 번째 열에 위치한 픽셀이 갖는 적색 정보, 제2 원 이미지(521)에서 첫 번째 행의 첫 번째 열에 위치한 픽셀이 갖는 녹색 정보, 제3 원 이미지(531)에서 첫 번째 행의 첫 번째 열에 위치한 픽셀이 갖는 청색 정보, 제4 원 이미지(540)에서 첫 번째 행의 첫 번째 열에 위치한 픽셀이 갖는 휘도 정보 및, 상기 3개의 컬러 정보를 기반으로 하여 검출된 휘도 정보가 매핑된다. 이와 동일하게 제2 픽셀 그룹(620)의 주 픽셀(621)은, 제1 원 이미지(511)에서 첫 번째 행의 두 번째 열에 위치한 픽셀이 갖는 적색 정보, 제2 원 이미지(521)에서 첫 번째 행의 두 번째 열에 위치한 픽셀이 갖는 녹색 정보, 제3 원 이미지(531)에서 첫 번째 행의 두 번째 열에 위치한 픽셀이 갖는 청색 정보, 제4 원 이미지(541)에서 첫 번째 행의 두 번째 열에 위치한 픽셀이 갖는 휘도 정보 및, 상기 3개의 컬러 정보를 기반으로 하여 검출된 휘도 정보가 매핑된다.
전술한 바와 같이, 각 픽셀 그룹(610)(620)(630)의 주 픽셀(611)(621)(631)에 매핑된 정보들은 서브 픽셀에 기록될 정보를 복원하는데 사용된다. 이 때, 각 서브 픽셀에 기록되는 컬러 정보를 복원하는 방법으로는 보간법(Interpolation)이 사용될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제1 픽셀 그룹(610)의 주 픽셀(611)과 제2 픽 셀 그룹(620)의 주 픽셀(621) 사이의 서브 픽셀(612)에 기록되는 정보는, 각각의 주 픽셀(611)(621)이 보유한 정보를 기반으로 하여 복원될 수 있다. 마찬가지로, 제2 픽셀 그룹(620)의 주 픽셀(621)과 제3 픽셀 그룹(630)의 주 픽셀(631) 사이의 서브 픽셀(622)에 기록되는 정보는, 각각의 주 픽셀(621)(631)이 보유한 정보를 기반으로 하여 복원될 수 있다.
전술한 복원 과정을 거치게 되면, 각 서브 센싱 영역(510)(520)(530)(540)을 통해 얻어진 저해상도(즉, 서브 센싱 영역의 해상도)의 컬러별 원 이미지(511)(521)(531)(541)로부터 고해상도(즉, 서브 센싱 영역의 해상도×4)의 최종 이미지(700)를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 카메라 모듈(20)에 대해서 설명하기로 한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 카메라 모듈(20)의 구조를 도시한 사시도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 카메라 모듈(20)은 도 2에 도시된 일 실시예에 따른 카메라 모듈(200)에 비해 다음을 제외하고는 동일한 구성 요소를 갖는다.
즉, 제2 실시예에 따른 카메라 모듈(20)은 렌즈부(30)를 구성하는 복수의 렌즈(31)(32)(33)(34)가 서로 다른 색을 갖는다. 여기서, 렌즈부(30)는 투과도에 따라 제1 그룹과 제2 그룹으로 구분될 수 있다. 이 때, 제2 그룹에 포함되는 렌즈는 제1 그룹에 포함되는 렌즈에 비해 투과도가 높은 색을 갖는 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로, 4개의 렌즈 중 제1 그룹에 해당하는 제1 렌즈(31), 제2 렌즈(32) 및 제3 렌즈(33)는 각각 적색, 녹색 및 청색을 갖고, 제2 그룹에 포함되는 제4 렌 즈(34)는 적색, 녹색 및 청색에 비해 투과도가 높은색 예를 들면, 회색을 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이, 복수의 렌즈(31)(32)(33)(34)가 각각 서로 다른 색을 갖는 경우, 필터부(40)에는 별도의 컬러필터층이 형성되지 않는다.
그리고, 이미지 센서부(500)는 복수의 렌즈(31)(32)(33)(34)에 각각 대응하는 복수의 서브 센싱 영역(510, 520, 530, 540)으로 분할되며, 각 서브 센싱 영역(510)(520)(530)(540)을 통해 각 렌즈에 의해 컬러별로 분리된 복수의 원 이미지를 얻을 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 제1 원 이미지, 제2 원 이미지 및 제3 원 이미지의 컬러 정보를 기반으로 하여 산출된 휘도 정보 및 제4 원 이미지에 의한 휘도 정보를 얻을 수 있다. 그러므로, 이미지 센서부(500)의 구조 변경에 따른 새로운 공정 기술 없이도 광역역광보정 기능을 갖는 카메라 모듈(200) 제공할 수 있다.
이상과 같이 예시된 도면을 참조로 하여, 본 발명에 따른 카메라 모듈에 대해여 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 그 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의한 카메라 모듈에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
서로 다른 투과도를 갖는 컬러필터를 사용함으로써, 새로운 공정 기술 없이 이미지 센서부에 고감도 센싱 영역과 저감도 센싱 영역을 동시에 구현할 수 있다는 장점이 있다.
카메라 모듈이 소형화되므로 카메라 모듈이 장착되는 디지털 기기의 설계 자유도를 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
이미지 센서의 내부에 컬러필터층 및 컬러필터층을 평탄화하기 위한 평탄층이 형성되지 않으므로, 마이크로 렌즈와 포토다이오드 사이의 간격이 좁아져, 평탄층의 두께로 인한 광손실 및 신호 간섭(cross talk) 현상을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
컬러필터를 이미지 센서 상에 형성하지 않고, 별도의 기판에 형성하므로써, 이미지 센서의 생산 공정을 단순화시킬 수 있으며, 이미지 센서 상에 컬러필터를 패터닝하는 공정이 생략되므로 컬러필터층을 형성하는데 사용되는 잉크를 절약할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (14)

  1. 입사되는 빛을 집광하는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈부;
    상기 각 렌즈의 영역에 대응하는 복수의 필터링 영역을 가지는 필터부; 및
    상기 각 필터링 영역을 통과한 빛을 전기 신호로 변환하는 복수의 센싱 영역을 가지는 이미지 센서부를 포함하는데,
    상기 필터링 영역은, 서로 다른 색상의 컬러필터가 형성된 제1 필터링 영역과 상기 컬러필터보다 높은 투과도를 갖는 제2 필터링 영역으로 구분되는 카메라 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서부는,
    상기 각 필터링 영역을 통과한 빛을 수신하는 포토다이오드;
    상기 포토다이오드 상부에 형성된 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되며, 상기 수신된 빛을 전기적인 신호로 변환하기 위한 금속 배선 패턴을 포함하는 금속 배선층; 및
    상기 각 필터링 영역을 통과한 빛을 집광하여 상기 포토다이오드로 수렴되게 하는 마이크로렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터부는, 상기 복수의 렌즈를 투과한 빛 중 적외선을 차단하기 위한 적외선 차단 필터를 더 포함하는 카메라 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 필터부는, 기판 위에 상기 적외선 차단 필터 및 상기 컬러필터가 차례로 형성되는 카메라 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 필터부는, 기판의 일면에 상기 컬러필터가 형성되고, 상기 기판의 타면에는 상기 적외선 차단 필터가 형성되는 카메라 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱 영역은, 상기 제1 필터링 영역 및 상기 제2 필터링 영역에 각각 대응하는 제1 센싱 영역과 제2 센싱 영역으로 구분되며, 상기 제2 센싱 영역에 포함된 서브 센싱 영역으로 수렴되는 광량은 상기 제1 센싱 영역에 포함된 서브 센싱 영역에 수렴되는 광량보다 많은 카메라 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는, 동일 평면 상에 위치하는 카메라 모듈.
  8. 입사되는 빛을 집광하는 서로 다른 색상의 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈부; 및
    상기 각 렌즈를 통과한 빛을 전기 신호로 변환하는 복수의 센싱 영역을 가지는 이미지 센서부를 포함하는 카메라 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이미지 센서부는,
    상기 각 필터링 영역을 통과한 빛을 수신하는 포토다이오드;
    상기 포토다이오드 상부에 형성된 절연층;
    상기 절연층 상에 형성되며, 상기 수신된 빛을 전기적인 신호로 변환하기 위한 금속 배선 패턴을 포함하는 금속 배선층; 및
    상기 각 필터링 영역을 통과한 빛을 집광하여 상기 포토다이오드로 수렴되게 하는 마이크로렌즈가 차례로 적층되는 카메라 모듈.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 각 렌즈를 투과한 빛 중 적외선을 차단하기 위한 적외선 차단 필터를 더 포함하는 카메라 모듈.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 렌즈는, 상기 렌즈의 투과도에 따라서 제1 렌즈부와 제2 렌즈부로 구분 되는 카메라 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부에 포함되는 렌즈의 투과도는 상기 제2 렌즈부에 포함되는 렌즈의 투과도 보다 높은 카메라 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센싱 영역은, 상기 제1 렌즈부 및 상기 제2 렌즈부에 각각 대응하는 제1 센싱 영역과 제2 센싱 영역으로 구분되며, 상기 제1 센싱 영역에 포함되는 서브 센싱 영역에 수렴되는 광량은 상기 제2 센싱 영역에 포함되는 서브 센싱 영역에 수렴되는 광량보다 많은 카메라 모듈.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는, 동일 평면 상에 위치하는 카메라 모듈.
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