KR20100018449A - 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이 - Google Patents

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박윤동
진영구
장승혁
차대길
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Abstract

입체 이미지 센서의 픽셀 어레이에 관하여 개시된다. 개시된 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이는, 칼라 픽셀과 거리 측정 픽셀을 포함하는 단위픽셀 패턴이 어레이 형태로 배열되어 있다. 상기 단위픽셀 패턴은 이웃하는 상기 단위 픽셀패턴과 상기 거리 측정 픽셀이 서로 인접하도록 배치된다.

Description

입체 이미지 센서의 픽셀 어레이{Pixel array of three dimensional image sensor}
본 발명은 입체 컬러 이미지 센서의 픽셀 어레이에 관한 것이며, 특히, 인접하게 배치된 복수의 거리측정 픽셀을 선택적으로 각각 또는 통합하여 거리를 측정하는 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이에 관한 것이다.
입체 이미지 센서는 물체의 컬러 이미지와, 물체와의 거리를 측정하여 입체적으로 물체의 컬러를 재현하는 센서이다. 입체 이미지 센서는 컬러 측정용 픽셀과 거리측정 픽셀을 구비한다. 컬러 측정용 픽셀(이후 컬러 픽셀로도 칭함)은 레드 픽셀, 그린 픽셀 및 블루 픽셀 등을 구비하며, 이들 컬러 픽셀들과 거리측정픽셀은 어레이 형태로 배열된다.
컬러 픽셀들은 작은 크기, 예컨대 2 마이크로미터 이하의 크기로 형성될 수 있으나 일반적인 거리측정픽셀은 컬러 픽셀 보다 크게 형성된다. 이에 따라, 컬러픽셀에서의 마이크로 렌즈와, 거리측정 픽셀에서 사용되는 마이크로 렌즈의 크기가 달라지며, 또한, 광전변환소자, 예컨대 포토다이오드의 기판에서의 위치가 다르게 되기 때문에 제조공정상 입체 이미지 센서를 제조하는 데 어려운 점이 있다.
한편, 일반적인 종래의 입체 이미지 센서는 조도에 따라서 감도(sensitivity)가 낮을 수 있다.
본 발명은 조도에 따라서 거리측정 픽셀의 영역을 변경할 수 있는 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이를 제공한다.
본 발명은 픽셀 어레이 상에 형성된 마이크로 렌즈의 크기가 동일하며, 광전변환부의 위치가 동일한 입체 이미지 센서를 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이는:
칼라 픽셀과 거리 측정 픽셀을 포함하는 단위픽셀 패턴이 어레이 형태로 배열되어 있으며, 상기 단위픽셀 패턴은 이웃하는 상기 단위 픽셀패턴과 상기 거리 측정 픽셀이 서로 인접하도록 배치된다.
상기 인접하게 배치된 상기 거리측정픽셀은 4개이며, 상기 4개의 거리측정픽셀은 정사각형 형태로 배치될 수 있다.
상기 컬러 픽셀은 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 선택된 적어도 두개의 픽셀을 포함한다.
상기 컬러 픽셀과 상기 거리측정 픽셀은 실질적으로 동일 크기로 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이는:
제1컬러 픽셀을 N개 포함하는 제1 컬러픽셀 패턴과, 제2컬러 픽셀을 N개 포함하는 제2 컬러픽셀 패턴과, 제3컬러 픽셀을 N개 포함하는 제3컬러픽셀 패턴 및 거리측정 픽셀 패턴을 포함하며, 상기 N은 2 보다 큰 자연수이다.
상기 제1 내지 제3 컬러 픽셀은 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 선택된 픽셀이다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 거리측정용 픽셀패턴은 상기 N개의 거리측정픽셀을 구비하며,
상기 컬러 픽셀과 상기 거리 측정픽셀은 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 거리 측정용 픽셀은 상기 컬러 픽셀의 N배의 크기로 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이는, 복수의 칼라 픽셀을 포함하는 컬러픽셀 패턴과, 상기 컬러픽셀 패턴과 실질적으로 동일한 크기를 갖는 거리측정 픽셀패턴을 구비한다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 거리측정 픽셀패턴은 복수의 거리측정 픽셀을 구비한다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 거리측정 픽셀패턴은 상기 컬러픽셀패턴과 실질적으로 동일한 크기를 갖는 거리측정픽셀을 구비한다.
본 발명의 실시예에 따른 입체 이미지 센서는, 칼라 픽셀과 거리 측정 픽셀을 포함하는 단위픽셀 패턴이 어레이 형태로 배열되어 있으며, 상기 단위픽셀 패턴은 이웃하는 상기 단위 픽셀패턴과 상기 거리 측정용 픽셀이 서로 인접하도록 배 치된 픽셀 어레이; 및 상기 각 픽셀에 대응되게 형성된 마이크로 렌즈;를 구비하며, 상기 마이크로 렌즈는 실질적으로 동일한 크기로 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀어레이는, 복수의 거리측정 픽셀들이 서로 인접하게 배치되어서 조도에 따라서 각각 또는 통합하여 거리를 측정할 수 있으므로, 필요에 따라 이미지 해상도 또는 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 동일한 마이크로 렌즈와 기판에 동일한 깊이로 형성된 광전변환소자를 구비하므로, 그 제조공정이 용이하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이(100)를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이(100)는 컬러픽셀인 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루픽셀(B)과, 거리측정 픽셀(Z)을 구비한다. 이들 픽셀들(R, G, B, Z)은 하나의 사각형상을 이루면서 어레이 형태로 배열된다. 각 픽셀은 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
서로 인접하게 배치된 복수, 예컨대 4개의 단위픽셀패턴(102)의 4개의 거리측정픽셀들(Z)은 서로 인접하여 배치되며 사각형상을 이루도록 배치되어 있다. 거리측정 픽셀(Z)은 적외선 파장을 가진 광의 세기를 측정하며, 다른 컬러픽셀의 파장의 광과 비교해서 조도가 낮은 경우 광의 검출 감도가 낮다.
컬러픽셀은 도 1에서는 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루 픽셀(B)을 포함하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 적어도 두개의 픽셀을 포함하여 이루어질 수 있다.
도 2는 도 1의 II-II 선단면도이다. 도 2를 참조하면, 기판(120), 예컨대 p형 실리콘 기판에 그린 픽셀(G), 레드 픽셀(R)과 거리측정 픽셀(Z)이 형성되어 있다. 그린 픽셀(G)은 마이크로 렌즈(130)와 그린 필터(131)와 광전변환소자(132)를 구비한다. 레드 픽셀(R)은 마이크로 렌즈(140)와 레드 필터(141)와 광전변환소자 (142)를 구비한다. 광전변환소자(132, 142)는 n형 영역일 수 있으며, p형 기판(120)과 함께 p-n 접합 포토다이오드를 형성할 수 있다.
거리측정 픽셀(Z)은 마이크로 렌즈(150)와 적외선 필터(151)와 광전변환소자(152)를 구비한다. 광전변환소자(152)는 n형 영역일 수 있으며, p형 기판과 함께 p-n 접합 포토다이오드를 형성할 수 있다.
광전변환소자(132, 142, 152)는 이하에서는 포토다이오드로도 칭할 수도 있다. 또한, 컬러 필터는 레드 필터, 그린 필터, 블루 필터뿐만 아니라 적외선 필터를 가리킬 수 있다.
마이크로 렌즈(130, 140, 150)는 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다. 광전변환소자(132, 142, 152)는 마이크로 렌즈(130, 140, 150)으로부터 집중된 광을 받으며, 마이크로 렌즈(130, 140, 150)이 실질적으로 동일한 크기로 형성되므로, 광전변환소자(132, 142, 152)는 기판(120)의 표면으로부터 실질적으로 동일한 깊이에 형성될 수 있다. 또한, 도 2에는 도시되어 있지 않지만 블루 픽셀 (B)도 그린 픽셀(G), 레드 픽셀(R) 및 거리측정 픽셀(Z)과 실질적으로 그 구조가 동일할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 종래의 반도체 공정을 사용하여 용이하게 기판(120)에서 동일한 위치에 광전변환소자들을 형성하고 식각으로 동일한 크기의 마이크로 렌즈를 제조하므로 그 제조공정이 용이할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이(200) 를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 픽셀 어레이(200)는 레드 픽셀 패턴(202), 그린 픽셀 패턴(204) 및 블루픽셀 패턴(206)으로 이루어진 컬러픽셀패턴과, 거리측정 픽셀 패턴(208)을 구비한다. 각 픽셀 패턴(202, 204, 206)과 거리측정픽셀 패턴(208)은 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
레드 픽셀 패턴(202), 그린 픽셀 패턴(204) 및 블루픽셀 패턴(206)은 각각 4개의 레드 픽셀(R), 4개의 그린 픽셀(G) 및 4개의 블루 픽셀(B)을 포함한다. 도 2에는 각 컬러픽셀패턴이 4개의 컬러픽셀을 구비한 것을 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 각 컬러픽셀패턴은 복수개 예컨대 2-3개로 형성될 수도 있다.
컬러픽셀패턴은 도 3에서는 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루 픽셀(B) 을 포함하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 적어도 3개의 픽셀을 포함하여 이루어질 수 있다.
거리측정픽셀 패턴(208)은 복 수개, 예컨대 4개의 거리측정 픽셀(Z)을 포함한다. 이들 4개의 거리측정픽셀들(Z)은 서로 인접되게 배치되어 있다. 거리측정 픽셀(Z)은 적외선 파장을 가진 광의 세기를 측정하며, 다른 컬러픽셀의 파장의 광과 비교해서 조도가 낮은 경우 광의 검출 감도가 낮다.
각 컬러픽셀(R, G, B)도 4개의 동종의 픽셀들이 서로 인접되게 배치되어 있다.
도 4는 도 3의 IV-IV 선단면도이다. 도 4를 참조하면, 기판(220), 예컨대 p형 실리콘 기판 상에 레드 픽셀(R)과 거리측정 픽셀(Z)이 형성되어 있다. 레드 픽셀(R)은 마이크로 렌즈(230)와 레드 필터(231)와 광전변환소자(232)를 구비한다. 광전변환소자(232)는 n형 영역일 수 있으며, p형 기판(220)과 함께 p-n 접합 포토다이오드를 형성할 수 있다.
거리측정 픽셀(Z)은 마이크로 렌즈(240)와 적외선 필터(241)와 광전변환소자(242)를 구비한다. 광전변환소자(242)는 n형 영역일 수 있으며, p형 기판과 함께 p-n 접합 포토다이오드를 형성할 수 있다. 광전변환소자는 이하에서는 포토다이오드로도 칭할 수도 있다. 또한, 컬러 필터는 레드 필터, 그린 필터, 블루 필터뿐만 아니라 적외선 필터를 가리킬 수 있다.
마이크로 렌즈(230, 240)는 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다. 광 전변환소자(232, 142)는 마이크로 렌즈(230, 240)으로부터 집중된 광을 받으며, 마이크로 렌즈(230, 240)이 실질적으로 동일한 크기로 형성되므로, 광전변환소자(232, 242)는 기판(220)의 표면으로부터 실질적으로 동일한 깊이에 형성될 수 있다. 또한, 도 2에는 도시되어 있지 않지만 그린 픽셀(G)와 블루 픽셀 (B)도 레드 픽셀(R) 및 거리측정 픽셀(Z)과 실질적으로 그 구조가 동일할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서는 종래의 반도체 공정을 사용하여 용이하게 기판(220)에서 동일한 위치에 광전변환소자들을 형성하고 식각으로 동일한 크기의 마이크로 렌즈를 제조하므로 그 제조공정이 용이할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 구성을 보여주는 블록도의 일 예이다.
도 5를 참조하면, 도 4에서 처럼 인접된 4개의 동일한 컬러픽셀(P1~P4)과, 각각의 픽셀(P1~P4)과 연결된 4개의 증폭기(AMP)와, 상기 4개의 증폭기(AMP)로부터의 전기적 신호가 입력되는 통합기(INT)를 구비한다. 각 픽셀(P1~P4)과 각 증폭기(AMP) 사이에는 스위칭 소자(SW1~SW4)가 설치된다.
컬러픽셀(P1-P4)는 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 하나일 수 있다.
스위칭 소자(SW1~SW4)가 모두 턴온되면, 픽셀(P1~P4)로부터의 신호는 통합기(INT)로 통합되며, 통합기(INT)로부터의 신호는 비교기(250) 및 판단기(260)로 입력된다. 비교기(250)는 입력된 신호를 기준값(VHigh)과 비교하여 상기 기준값(VHigh) 이하이면, 판단기(260)으로 "1" 신호를 출력하며, 아니면 "0" 신호를 출력한다. 이에 따라 판단기(260)는 상기 신호가 "1"이면, 제1 패스게이트(261)를 오픈하며, "0"이면 제2 패스게이트(262)를 오픈한다. 제1 패스게이트(261)에는 통합기(INT)로부터의 통합된 어낼로그 신호가 입력되며, 이 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된다.
제2패스게이트(262)가 오픈되는 경우, 제1~제4 스위칭 소자(SW1~SW4)는 순차적으로 개폐되어서 제1~제4 픽셀(P1~P4)로부터의 전기 신호는 통합기(INT)로 순차적으로 입력되며, 따라서, 이들 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 순차적으로 입력된다.
비교기(250) 및 판단기(260)는 신호제어부(269)를 형성하며, 조도에 따라서 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력되는 신호를 선택한다.
어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된 신호는 어낼로그-디지털 컨버터(280)로 들어가서 디지털 신호로 바뀌며, 이어서 이미지 신호 처리부(290)로 입력된다.
도 6은 도 5의 픽셀의 등가 회로도이다.
도 6을 참조하면, 각 픽셀(P1~P4)은 트랜스터 트랜지스터(TRF), 리셋 트랜지스터(RST), 드라이브 트랜지스터(DRV), 선택 트랜지스터(SEL)를 구비한다. 제1~제4 픽셀(P1~P4)의 출력라인(선택 트랜지스터(SEL)의 일단에 연결된 출력라인(OUT)은 통합출력라인(291)에 병렬로 연결된다.
플로팅 확산영역(FD)은 드라이브 트랜지스터(DRV)의 게이트 및 리셋 트랜지스터(RST)에 연결되며, 드라이브 트랜지스터(DRV)는 선택 트랜지스터(SEL)를 통해서 통합 출력라인(291)으로 플로팅 확산영역(FD)으로부터의 신호를 출력한다.
도 5의 제1~제4 스위치(SW1~SW4)는 제1~제4 선택 트랜지스터(SEL)일 수 있다. 또한, 제1~제4 스위치(SW1~SW4)는 제1~제4 선택 트랜지스터(SEL)와 통합출력라인(291) 사이에 각각 형성된 스위치(미도시)일 수 있다.
도 5의 통합기(INT)는 통합출력라인(291)일 수 있으며, 제1~제4 픽셀(P1~P4)로부터의 신호가 모두 통합되기 위해서는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)를 모두 동시에 턴온(ON)시켜야 한다. 그리고, 각 서프픽셀(P1~P4)로부터의 신호를 각각 얻기 위해서는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)를 순차적으로 턴온시킨다.
도 5의 각 증폭기(AMP)는 해당 픽셀의 드라이브 트랜지스터(DRV)와 선택 트랜지스터(SEL)로 구성될 수 있다.
도 5 및 도 6에 따른 픽셀 구조에서는 어낼로그 시그널 처리부(270)에 입력되는 신호가 하나의 신호이므로, 어낼로그-디지털 컨버터(280)의 수가 줄어들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 입체 이미지 센서(200)는 조도가 낮을 때는 4개의 픽셀 영역에 조사된 광의 합으로 하나의 픽셀 데이터를 산출하여 각 픽셀의 데이터로 사용할 수 있으며, 따라서 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 조도가 높을 경우에는 각 픽셀을 독립적으로 사용하여 이미지 데이터로 사용하므로, 이미지 해상도를 증가시킬 수 있다.
도 7은 도 1 및 도 3에 도시된 거리측정 픽셀의 등가회로도이다. 상기 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 서로 인접하는 4개의 거리측정픽셀(Z1~Z4)은 각각 하나의 포토 다이오드(PD)와 포토 다이오드(PD)로부터의 전하가 위상차를 가지고 이동되는 제1 및 제2 회로를 구비한다. 제1회로는 트랜스터 트랜지스터(TRF1), 리셋 트랜지스터(RST1), 드라이브 트랜지스터(DRV1), 선택 트랜지스터(SEL1)를 구비한다. 제2회로는 트랜스터 트랜지스터(TRF2), 리셋 트랜지스터(RST2), 드라이브 트랜지스터(DRV2), 선택 트랜지스터(SEL2)를 구비한다. 제1~제4 거리측정픽셀(Z1~Z4)의 제1회로 출력라인(OUT1)은 제1통합출력라인(293)에 병렬로 연결되며, 제2회로 출력라인(OUT2)은 제2통합출력라인(294)에 병렬로 연결된다. 도 7에서는, 제2~제4 거리측정픽셀(Z2~Z4)의 일부 구성을 생략하였다.
제1 및 제2 플로팅 확산영역(FD1, FD2)은 각각 드라이브 트랜지스터(DRV1, DRV2)의 게이트 및 리셋 트랜지스터(RST1, RST2)에 연결되며, 드라이브 트랜지스터(DRV1, DRV2)는 선택 트랜지스터(SEL1, SEL2)를 통해서 각각 제1 및 제2 통합 출력라인(293, 294)으로 제1 및 제2 플로팅 확산영역(FD1, FD2)으로부터의 신호를 출력한다.
피사체의 조도를 측정하기 위해서는 제1통합출력라인(293) 또는 제2통합출력라인(294)을 사용할 수 있으며, 조도의 세기로부터 4개의 거리측정픽셀(Z1~Z4)을 통합하여 하나의 신호로 사용하는 것과 각각의 거리측정픽셀(Z1~Z4)을 별개의 신호 로 사용하는 것은 결정될 수 있다.
한편, 포토다이오드(PD) 및 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1, TRF2) 사이에는 포토 게이트가 더 형성될 수 있으며, 편의상 도 7에서는 생략되었다.
도 8은 도 7의 거리측정픽셀을 구비한 입체 이미지 센서의 블록도이다. 도 5의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 거리측정픽셀(Z1~Z4)은 도 5의 거리측정픽셀과 비교하여 제5~제8 스위칭 소자(SW5~SW8)와, 스위칭 소자(SW5~SW8)에 각각 연결된 증폭기(AMP')와, 상기 증폭기(AMP')로부터의 신호가 입력되는 통합기(INT')를 더 구비한다. 통합기(INT')로부터의 신호는 제3 패스게이트(263) 및 제4 패스게이트(264)로 입력되며, 이들(263, 264)로부터의 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270), 어낼로그 디지털 컨버터(280) 및 이미지 화상 처리부(290)으로 입력된다.
도 8의 제1~제4 스위치(SW1~SW4)는 제1~제4 거리측정픽셀(Z1~Z4)의 선택 트랜지스터(SEL1)일 수 있으며, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)는 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)의 제2 선택 트랜지스터(SEL2)일 수 있다. 또한, 제1~제8 스위치(SW1~SW8)는 선택 트랜지스터(SEL1, SEL2)와 제1 및 제2 통합출력라인(293, 294) 사이에 각각 형성된 스위치(미도시)일 수 있다.
도 8의 통합기(INT, INT')는 각각 제1 및 제2 통합출력라인(291, 292)일 수 있다. 도 8의 각 증폭기(AMP, AMP')는 해당 픽셀의 드라이브 트랜지스터(DRV1, DRV2)와 선택 트랜지스터(SEL1, SEL2)로 구성될 수 있다.
스위칭 소자(SW1~SW4)가 모두 턴온되면, 픽셀(Z1~Z4)로부터의 신호는 통합기(INT)로 통합되며, 통합기(INT)로부터의 신호는 비교기(250) 및 판단기(260)로 입력된다. 비교기(250)는 입력된 신호를 기준값(VHigh)과 비교하여 상기 기준값(VHigh) 이하이면, 판단기(260)로 "1" 신호를 출력하며, 아니면 "0" 신호를 출력한다. 이에 따라 판단기(260)는 상기 신호가 "1"이면, 제1 패스게이트(261) 및 제3 패스게이트(263)을 오픈하며, "0"이면 제2 패스게이트(262) 및 제4 패스게이트(264)를 오픈한다.
비교기(250) 및 판단기(260)는 신호 제어부(269)를 형성하며, 조도에 따라서 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력되는 신호를 선택한다.
상기 신호가 "1'인 경우, 즉 피사체의 조도가 낮은 경우, 제1 패스게이트(261)에는 통합기(INT)로부터의 통합된 어낼로그 신호가 입력되며, 이 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된다. 제3 패스게이트(263)에는 통합기(INT') 로부터의 통합된 어낼로그 신호가 입력되며, 이 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된다. 제1~제4 스위치(SW1~SW4)와 제5~제8 스위치(SW5~SW8)를 각각 위상차를 가지고 모두 턴온(ON)되며, 이에 따라서, 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)로부터의 신호가 위상차를 가진 두개의 신호로서 어낼로그 시그널 처리부(270)으로 입력된다.
상기 신호가 "0"인 경우, 즉 피사체의 조도가 높은 경우, 제2 패스게이트(262) 및 제4패스게이트(264)가 오픈되며, 제1~제4 스위칭 소자(SW1~SW4)는 순차적으로 개폐되어서 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)로부터의 전기 신호는 통합기(INT)로 순차적으로 입력되며, 따라서, 이들 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 순차적으로 입력된다. 또한, 제5~제8 스위칭 소자(SW5~SW8)도 각각 대응되는 제1~제4 스위칭 소자(SW1~SW4)와 위상차를 가지도록 순차적으로 개폐되며, 이에 따라 제1~제4 픽셀(Z1~Z4)로부터의 전기 신호는 통합기(INT')로 순차적으로 입력된다. 통합기(INT, INT')로부터의 위상차를 가진 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 순차적으로 입력된다.
어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된 신호는 어낼로그-디지털 컨버터(280)로 들어가서 디지털 신호로 바뀌며, 이어서 이미지 신호 처리부(290)로 입력된다.
위상차를 가진 신호로 피사체의 거리를 측정하는 로직은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 인접한 4개의 컬러픽셀(P1~P4)과, 각각의 컬러픽셀(P1~P4)과 연결된 제1~제4 스위칭 소자(SW1~SW4)와, 상기 제1~제4 스위칭 소자(SW1~SW4)와 연결되어서 상기 컬러픽셀(P1~P4)로부터의 신호가 입력되는 통합기(INT)와, 상기 통합기(INT)로부터의 신호가 입력되는 증폭기(AMP)를 구비한다.
컬러픽셀(P1-P4)은 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽 셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 하나일 수 있다.
스위칭 소자(SW1~SW4)가 모두 온되면, 통합기(INT)로부터의 신호는 비교기(250) 및 판단기(260)로 입력된다. 비교기(250)는 입력된 신호를 기준값(VHigh)과 비교하여 상기 기준값(VHigh) 이하이면, 판단기(260)로 "1" 신호를 출력하며, 아니면 "0" 신호를 출력한다. 이에 따라 판단기(260)는 상기 신호가 "1"이면, 제1 패스게이트(261)를 오픈하며, "0"이면 제2 패스게이트(262)를 오픈한다. 제1 패스게이트(261)에는 통합기(INT)로부터의 통합된 어낼로그 신호가 입력되며, 이 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된다.
제2패스게이트(262)가 오픈되는 경우, 시분할기(295)는 제1~제4 스위칭 소자(SW1~SW4)를 순차적으로 개폐하여 제1~제4 픽셀(P1~P4)로부터의 전기 신호는 통합기(INT)로 순차적으로 입력되며, 따라서, 이들 신호는 제2패스게이트(262)를 거쳐서 어낼로그 시그널 처리부(270)로 순차적으로 입력된다. 시분할기(295)는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력되는 신호가 어느 픽셀(P1-P4)로부터의 신호인 지를 알려주는 동기신호를 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력시킨다. 비교기(250) 및 판단기(260)는 신호 제어부(269)를 형성하며, 조도에 따라서 어낼로그 시그널 처리부(270)으로 입력되는 신호를 선택한다.
어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된 신호는 어낼로그-디지털 컨버터(280)로 들어가서 디지털 신호로 바뀌며, 이어서 이미지 신호 처리부(290)로 입력된다.
도 10은 도 9의 픽셀의 등가 회로도이다.
도 10을 참조하면, 각 픽셀(P1~P4)은 각각 포토다이오드(PD1~PD4)와 트랜스터 트랜지스터(TRF1~TRF4)를 구비한다. 각 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1~TRF4)는 그 일단이 포토다이오드(PD1~PD4)에 연결되며, 그 타단이 플로팅 확산영역(FD)에 병렬로 연결된다.
픽셀은 상기 플로팅 확산영역(FD)와 연결된 리셋 트랜지스터(RST)와, 플로팅 확산영역(FD)에 게이트가 연결된 드라이브 트랜지스터(DRV)와, 선택 트랜지스터(SEL)를 더 구비한다.
드라이브 트랜지스터(DRV) 및 선택 트랜지스터(SEL)는 증폭기(AMP)를 구성한다.
도 9의 제1~제4 스위치(SW1~SW4)는 제1~제4 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1~TRF4)일 수 있다. 또한, 제1~제4 스위치(SW1~SW4)는 제1~제4 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1~TRF4)와 플로팅 확산영역(FD)사이에 각각 형성된 스위치(미도시)일 수 있다.
도 9의 통합기(INT)는 도 10의 플로팅 확산영역(FD)일 수 있으며, 제1~제4 픽셀(P1~P4)로부터의 신호가 모두 통합되기 위해서는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)를 모두 동시에 턴온시켜야 한다. 그리고, 각 픽셀(P1~P4)로부터의 신호를 각각 얻기 위해서는 시분할기(295)를 사용하여 제1~제4 스위치(SW1~SW4)를 순차적으로 턴온시킨다.
도 9 및 도 10에 따른 픽셀 구조는 어낼로그 시그널 처리부(270)에 입력되 는 신호가 하나가 되므로, 어낼로그 디지털 컨버터(280)의 수가 줄어들 수 있다. 또한, 4개의 픽셀(P1~P4)에 필요한 증폭기(AMP)가 하나이므로 트랜지스터의 수가 대폭 줄 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 거리측정 픽셀의 등가 회로도이며, 도 12는 도 11의 블록도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 인접한 4개의 거리측정 픽셀(Z1~Z4) 각각은 하나의 포토 다이오드(PD1~PD4)와 포토 다이오드(PD1~PD4)로부터의 전하가 위상차를 가지고 이동되는 제1 및 제2 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1, TRF2)를 구비한다.
픽셀(Z1~Z4)의 제1 트랜스퍼 트랜지스터들(TRF1)은 제1 플로팅 확산영역(FD1)에 병렬로 연결되며, 제2 트랜스터 트랜지스터들(TRF2)은 제2 플로팅 확산영역(FD2)에 병렬로 연결된다.
인접되는 4개의 픽셀(Z1~Z4)은 제1플로팅 확산영역(FD1)과 연결된 리셋 트랜지스터(RST1)와 제1 플로팅 확산영역(FD1)에 게이트가 연결된 드라이브 트랜지스터(DRV1)와, 선택 트랜지스터(SEL1)와, 제2플로팅 확산영역(FD2)과 연결된 리셋 트랜지스터(RST2)와 제2 플로팅 확산영역(FD2)에 게이트가 연결된 드라이브 트랜지스터(DRV2)와, 선택 트랜지스터(SEL2)를 더 구비한다.
한편, 포토다이오드(PD) 및 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1, TRF2) 사이에는 포토 게이트가 더 형성될 수 있으며, 편의상 도 9에서는 생략되었다.
인접되는 4개의 픽셀(Z1~Z4)은 도 9의 컬러픽셀과 비교하여 제5~제8 스위칭 소자(SW5~SW8)와, 스위칭 소자(SW5~SW8)에 연결된 통합기(INT')와 통합기(INT') 로부터의 신호가 입력되는 증폭기(AMP')를 더 구비한다. 통합기(INT')로부터의 신호는 제3 패스게이트(263) 및 제4 패스게이트(264)로 입력되며, 이들(263, 264)로부터의 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270), 어낼로그 디지털 컨버터(28) 및 이미지 화상 처리부(290)으로 입력된다.
피사체의 조도를 측정하기 위해서는 통합기(INT) 또는 통합기(INT')를 사용할 수 있으며, 편의상 도 12에는 통합기(INT)로부터의 신호만을 이용하여 조도를 판단한다. 측정된 조도의 판단에 따라 4개의 픽셀을 통합하여 하나의 신호로 사용하는 것과 각각의 픽셀을 별개의 신호로 사용하는 것은 결정될 수 있다.
도 12의 제1~제4 스위치(SW1~SW4)는 제1~제4 픽셀의 제1 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1)일 수 있으며, 제5~제8 스위치(SW5~SW8)는 제1~제4 픽셀의 제2 트랜스퍼 트랜지스터(TRF2)일 수 있다. 또한, 제1~제8 스위치(SW1~SW8)는 트랜스퍼 트랜지스터(TRF1, TRF2)와 제1 및 제2 플로팅 확산영역(FD1, FD2) 사이에 각각 형성된 스위치(미도시)일 수 있다.
제1~제4 픽셀(Z1~Z4)로부터의 신호가 모두 통합되기 위해서는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)와 제5~제8 스위치(SW5~SW8)가 각각 위상차를 가지고 모두 동시에 온(ON)시켜야 한다. 그리고, 각 픽셀(Z1~Z4)로부터의 신호를 각각 얻기 위해서는 제1~제4 스위치(SW1~SW4)와 대응되는 제5~제8 스위치(SW5~SW8)를 순차적으로 위상차를 가지고 시분할기(295)를 사용하여 턴온시켜야 한다. 시분할기(295)는 턴온시킨 스위치(SW1~SW8)을 알려주는 신호를 어낼로그 시그널 처리부(270)으로 입력시킨다.
도 12의 각 증폭기(AMP, AMP')는 해당 픽셀의 드라이브 트랜지스터(DRV1, DRV2)와 선택 트랜지스터(SEL1, SEL2)로 구성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 13을 참조하면, 이미지 센서는, 도 5의 블록도와 비교하여 피사체의 조도를 판단하는 수단으로서의 조도미터(300)와 시분할기(295)를 더 구비한다. 조도미터(300)는 적외선광을 에 조사하고, 피사체로부터 반사된 적외선광을 수광하여 그 전기적 신호를 판단부(360)로 출력한다. 판단부(360)는 입력된 신호가 소정의 값 이하로 판단되면, 제1 패스게이트(261)를 열고, 소정의 값 보다 큰 것으로 판단하면 제2 패스게이트(262)를 연다. 제1 패스게이트(261)이 오픈되는 경우, 시분할기(295)는 제1~제4 스위칭 디바이스(SW1~SW4)를 모두 온 시켜서, 제1 패스게이트(261)에는 통합기(INT)로부터의 통합된 어낼로그 신호가 입력되며, 이 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된다.
제2패스게이트(262)가 오픈되는 경우, 시분할기(295)는 제1~제4 스위칭 소자(SW1~SW4)를 순차적으로 개폐하여 제1~제4 픽셀(P1~P4)로부터의 전기 신호는 통합기(INT)로 순차적으로 입력되며, 따라서, 이들 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 순차적으로 입력된다. 시분할기(295)는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력되는 신호가 어느 픽셀(P1~P4)로부터의 신호인 지를 알려주는 동기신호를 어낼로그 시그널 처리부(270)으로 입력한다.
어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된 신호는 어낼로그-디지털 컨버터(280)로 들어가서 디지털 신호로 바뀌며, 이어서 이미지 신호 처리부(290)로 입력된다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 14를 참조하면, 이미지 센서는, 도 9의 블록도와 비교하여 피사체의 조도를 판단하는 수단으로서 조도미터(300)를 직접 구비한다. 조도미터(300)는 피사체에 적외선광을 조사하고 피사체로부터 반사된 광을 수광하여 그 전기적 신호를 판단부(360)로 출력한다. 판단부(360)은 입력된 신호가 소정의 값 이하로 판단되면, 제1 패스게이트(261)을 열고, 소정의 값 보다 큰 것으로 판단하면 제2 패스게이트(262)를 연다. 시분할기(295)는 제1~제4 스위칭 디바이스(SW1~SW4)를 모두 온 시켜서, 제1 패스게이트(261)에는 통합기(INT)로부터의 통합된 어낼로그 신호가 입력되며, 이 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)으로 입력된다.
제2패스게이트(262)가 오픈되는 경우, 시분할기(295)는 제1~제4 스위칭 소자(SW1~SW4)를 순차적으로 개폐하여 제1~제4 픽셀(P1~P4)로부터의 전기 신호는 통합기(INT)로 순차적으로 입력되며, 따라서, 이들 신호는 어낼로그 시그널 처리부(270)로 순차적으로 입력된다.
어낼로그 시그널 처리부(270)로 입력된 신호는 어낼로그-디지털 컨버터(280)로 들어가서 디지털 신호로 바뀌며, 이어서 이미지 신호 처리부(290)로 입력된다.
도 13 및 도 14의 조도미터(300)은 도 8 및 도 12의 입체 이미지 센서에도 적용될 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레 이(400) 를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 15를 참조하면, 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이(400)는 컬러픽셀 패턴(412)과, 거리측정 픽셀 패턴(414)을 구비한다. 이들 컬러픽셀 패턴(412)과 거리측정픽셀 패턴(414)는 어레이 형태로 배열된다. 도 15에서는 복수의, 예컨대 3개의 컬러픽셀 패턴(412)이 하나의 거리측정 픽셀 패턴(414)에 대응되게 배열되어 있으나, 본 발명의 실시예는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
컬러픽셀패턴(412)은 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루픽셀(B)을 포함한다. 컬러픽셀패턴은 도 15에서는 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루 픽셀(B)을 포함하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 적어도 2개의 픽셀을 포함하여 이루어질 수 있다.
거리측정 픽셀 패턴(414)은 복수의, 예컨대 제1~제4 거리측정픽셀(Z1~Z4)로 구성되어 있다. 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루픽셀(B)과 각 거리측정픽셀(Z1~Z4)는 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
도 16은 도 15의 XVI-XVI 선단면도이다. 도 16을 참조하면, 기판(420), 예컨대 p형 실리콘 기판 상에 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G)과 거리측정 픽셀(Z1, Z2)이 형성되어 있다. 레드 픽셀(R)은 마이크로 렌즈(430)와 레드 컬러필터(431)와 광전변환소자(432)를 구비한다. 광전변환소자(432)는 n형 영역일 수 있으며, p형 기판(420)과 함께 p-n 접합 포토다이오드를 형성할 수 있다.
그린 픽셀(G)은 마이크로 렌즈(440)와 그린 컬러필터(441)와 광전변환소자(442)를 구비한다. 광전변환소자(442)는 n형 영역일 수 있으며, p형 기판(420)과 함께 p-n 접합 포토다이오드를 형성할 수 있다.
거리측정 픽셀(Z1, Z2)은 마이크로 렌즈(450)와 적외선 필터(451)와 광전변환소자(452)를 구비한다. 광전변환소자(452)는 n형 영역일 수 있으며, p형 기판과 함께 p-n 접합 포토다이오드를 형성할 수 있다.
블루 픽셀(B)도 그린 픽셀(G) 및 레드 픽셀(R)과 같은 구조를 가지며 상세한 설명은 생략한다.
광전변환소자(432, 442, 452)는 기판(420)에 표면으로부터 실질적으로 동일한 깊이에 형성될 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈(430, 440, 450)는 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 픽셀 어레이(400)를 구비한 이미지 센서는 종래의 반도체 공정을 사용하여 용이하게 기판(420)에서 동일한 위치에 광전변환소자를 형성하고 식각으로 동일한 크기의 마이크로 렌즈를 제조하므로 그 공정이 용이할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 픽셀 어레이(400)을 구비한 입체 이미지 센서는 조도가 낮을 때는 거리측정시 4개의 거리측정픽셀(Z1~Z4)로부터의 신호를 모아서 하나의 신호 데이터로 사용하므로, 거리측정 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 조도가 높을 경우에는 거리측정 픽셀(Z)을 독립적으로 각 거리측정픽셀(Z1~Z4)의 데이터로 사용하므로, 거리측정 해상도를 증가시킬 수 있다. 그리고, 컬러 픽셀들은 각각 독립적으로 배치되므로, 컬러 이미지 해상도가 증가될 수 있다.
상기 거리측정 픽셀 패턴(414)는 도 7 및 도 8, 도 11 및 도 12에 개시된 구조를 가질 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이(500) 를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 17을 참조하면, 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이(500)는 레드 픽셀 패턴(511), 그린 픽셀 패턴(512) 및 블루픽셀 패턴(513)으로 이루어진 컬러픽셀패턴과, 거리측정 픽셀 패턴(514)을 구비한다. 각 픽셀 패턴(511, 512, 513)과 거리측정픽셀 패턴(514)은 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
레드 픽셀 패턴(511), 그린 픽셀 패턴(512) 및 블루픽셀 패턴(513)은 각각 4개의 레드 픽셀(R), 4개의 그린 픽셀(G) 및 4개의 블루 픽셀(B)을 포함한다. 도 17에는 각 컬러픽셀패턴이 4개의 컬러픽셀을 구비한 것을 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 각 컬러픽셀패턴은 복수개 예컨대 2-3개의 컬러픽셀로 형성될 수도 있다.
컬러픽셀패턴은 도 17에서는 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루 픽셀(B)을 포함하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 3개의 픽셀을 포함하여 이루어질 수 있다.
거리측정픽셀 패턴(514)은 일반적으로 적외선광의 감도가 낮으며 또한 그 면적이 넓은 것을 고려하여 하나의 거리측정픽셀(Z)로 이루어져 있다.
도 18은 도 17의 XVIII - XVIII 선단면도이다. 도 18을 참조하면, 기판(520), 예컨대 p형 실리콘 기판 상에 레드 픽셀패턴(511)과 거리측정 픽셀패턴(514)이 형성되어 있다. 레드 픽셀패턴(511)은 4개의 레드 픽셀(R)에 각각 대응되는 광전변환소자(532) 및 레드 필터(531)와, 레드 픽셀 패턴(511)에 대응되는 하나의 마이크로 렌즈(530)을 구비한다. 그린 픽셀 패턴(512) 및 블루 픽셀 패턴(513)도 레드 픽셀 패턴(511)과 같은 구조로 되어 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
거리측정 픽셀 패턴(514)은 마이크로 렌즈(550)와 적외선 필터(551)와 광전변환소자(552)를 구비한다.
광전변환소자(532, 552)는 기판(520)에 표면으로부터 실질적으로 동일한 깊이에 형성될 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈(530, 540)는 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 픽셀어레이(500)를 구비한 이미지 센서는 종래의 반도체 공정을 사용하여 용이하게 기판(520)에서 동일한 위치에 광전변환소자를 형성하고 식각으로 동일한 크기의 마이크로 렌즈를 제조하므로 그 공정이 용이할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 픽셀어레이(500)를 구비한 이미지 센서는 조도가 낮을 때는 컬러 측정시, 각 컬러에 대해서 4개의 픽셀로부터의 신호를 모아서 하나의 신호 데이터로 사용하므로, 컬러 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 조도가 높을 경우에는 4개의 픽셀을 각각 독립적으로 사용하여 컬러 데이터로 사용하므로, 컬러 해상도를 증가시킬 수 있다.
상기 컬러 픽셀 패턴에서 픽셀들의 구조는 도 5 및 도 6과, 도 9 및 도 10에 개시된 구조를 가질 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이(600)의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 19를 참조하면, 픽셀 어레이(600)는 컬러픽셀 패턴(602)과, 거리측정 픽셀 패턴(604)을 구비한다. 이들 컬러픽셀 패턴(611)과 거리측정픽셀 패턴(614)는 어레이 형태로 배열된다. 도 15에서는 복수의, 예컨대 3개의 컬러픽셀 패턴(611)이 하나의 거리측정 픽셀 패턴(614)에 대응되게 배열되어 있으나, 본 발명의 실시예는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
컬러픽셀패턴(611)은 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루픽셀(B)을 포함한다. 컬러픽셀패턴(611)은 도 19에서는 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G) 및 블루 픽셀(B)을 포함하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 적어도 2개의 픽셀을 포함하여 이루어질 수 있다.
거리측정 픽셀 패턴(614)은 하나의 거리측정픽셀(Z)로 구성되어 있다. 거리측정픽셀(Z)은 컬러픽셀패턴(611)와 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다. 일반적으로 거리측정픽셀(Z)은 적외선광의 감도가 낮으며 또한 그 면적이 넓은 것을 고려하여 컬러픽셀 보다 크게 형성될 수 있다.
도 20은 도 19의 XX - XX 선단면도이다. 도 20을 참조하면, 기판(620), 예컨대 p형 실리콘 기판 상에 컬러 픽셀 패턴(611)과 거리측정 픽셀 패턴(614)이 배 열되어 있다. 컬러 픽셀 패턴(611)과 거리측정 픽셀 패턴(614)에는 각각 하나의 마이크로 렌즈(630, 650)가 배치되며, 각 마이크로 렌즈(630, 650)는 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
컬러 픽셀 패턴(611)의 그린 픽셀(G)과 블루 픽셀(B)이 도 20에 도시되어 있으며, 또 다른 그린 픽셀(G)과 레드 픽셀(R)은 도 20에 도시되지 않았으나 그 구조는 도시된 그린 픽셀(G)과 블루 픽셀(B)과 동일하다.
하나의 마이크로 렌즈(630)의 하부에는 두개의 그린 필터(631)과, 하나의 레드 필터(미도시)와 하나의 블루 필터(641)가 배치된다. 각 필터의 하부에는 대응되는 광전변환소자(632, 642)가 배치된다.
마이크로 렌즈(650)의 하부에는 하나의 거리측정필터(651)가 배치되며, 거리측정 필터의 하부에는 광전변환소자(652)가 배치된다.
광전변환소자(632, 642, 652)는 기판(620)의 표면으로부터 실질적으로 동일한 깊이에 형성될 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈(630, 650)는 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이미지 센서(600)는 종래의 반도체 공정을 사용하여 용이하게 기판(620)에서 동일한 위치에 광전변환소자를 형성하고 식각으로 동일한 크기의 마이크로 렌즈를 제조하므로 그 공정이 용이할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 선단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 구성을 보여주는 블록도의 일 예이다.
도 6은 도 5의 픽셀의 등가 회로도이다.
도 7은 도 1 및 도 3에 도시된 거리측정 픽셀의 등가회로도이다.
도 8은 도 7의 거리측정픽셀을 구비한 입체 이미지 센서의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 10은 도 9의 픽셀의 등가 회로도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 거리측정 픽셀의 등가 회로도이다.
도 12는 도 11의 블록도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 16은 도 15의 XVI-XVI 선단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 18은 도 17의 XVIII - XVIII 선단면도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 20은 도 19의 XX - XX 선단면도이다.

Claims (10)

  1. 칼라 픽셀과 거리 측정 픽셀을 포함하는 단위픽셀 패턴이 어레이 형태로 배열되어 있으며, 상기 단위픽셀 패턴은 이웃하는 상기 단위 픽셀패턴과 상기 거리 측정 픽셀이 서로 인접하도록 배치된 입체 이미지센서의 픽셀 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인접하게 배치된 상기 거리측정픽셀은 4개이며, 상기 4개의 거리측정픽셀은 정사각형 형태로 배치된 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  3. 제1컬러 픽셀을 N개 포함하는 제1 컬러픽셀 패턴과, 제2컬러 픽셀을 N개 포함하는 제2 컬러픽셀 패턴과, 제3컬러 픽셀을 N개 포함하는 제3컬러픽셀 패턴 및 거리측정 픽셀 패턴을 포함하며, 상기 N은 2 보다 큰 자연수인 입체 이미지센서의 픽셀 어레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 컬러 픽셀은 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 선택된 픽셀인 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 거리측정용 픽셀패턴은 상기 N개의 거리측정픽셀을 구비하며,
    상기 컬러 픽셀과 상기 거리 측정픽셀은 실질적으로 동일한 크기로 형성된 픽셀어레이.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 거리 측정용 픽셀은 상기 컬러 픽셀의 N배의 크기로 형성된 픽셀어레이.
  7. 복수의 칼라 픽셀을 포함하는 컬러픽셀 패턴과, 상기 컬러픽셀 패턴과 실질적으로 동일한 크기를 갖는 거리측정 픽셀패턴을 구비한 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 거리측정 픽셀패턴은 복수의 거리측정 픽셀을 구비한 픽셀어레이.
  9. 제1, 2, 7, 8 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 컬러 픽셀패턴은 레드 픽셀(R), 그린 픽셀(G), 블루 픽셀(B), 마젠타 픽셀(Mg), 시안 픽셀(Cy), 옐로우 픽셀(Y), 화이트 픽셀(W) 중 선택된 적어도 두개의 픽셀을 포함하는 입체 이미지 센서의 픽셀 어레이.
  10. 칼라 픽셀과 거리 측정 픽셀을 포함하는 단위픽셀 패턴이 어레이 형태로 배열되어 있으며, 상기 단위픽셀 패턴은 이웃하는 상기 단위 픽셀패턴과 상기 거리 측정용 픽셀이 서로 인접하도록 배치된 픽셀 어레이; 및
    상기 각 픽셀에 대응되게 형성된 마이크로 렌즈;를 구비하며,
    상기 마이크로 렌즈는 실질적으로 동일한 크기로 형성된 입체 이미지 센서.
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