KR20110140010A - 근적외광 신호를 이용한 이미지 센서 - Google Patents

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KR20110140010A KR1020100060174A KR20100060174A KR20110140010A KR 20110140010 A KR20110140010 A KR 20110140010A KR 1020100060174 A KR1020100060174 A KR 1020100060174A KR 20100060174 A KR20100060174 A KR 20100060174A KR 20110140010 A KR20110140010 A KR 20110140010A
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이성덕
유영진
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Abstract

색 왜곡을 최소화하면서 고감도 영상을 얻을 수 있는 근적외광 신호를 이용한 이미지 센서는 가시광 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 가시광 영역보다 장파장 대역인 제 1 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 제 1 영역보다 장파장 대역인 제 2 영역에 대응되는 빛을 차단하는 제 1 필터부, 제 1 필터부의 하부에 형성되고, 제 1 필터부를 통과한 광 중에서 가시광 영역에 대응되는 빛 중 특정 파장의 빛과 제 1 영역에 대응되는 빛을 통과시키는 제 2 필터부 및 제 2 필터부의 하부에 형성되고, 제 2 필터부를 통과한 빛을 검출하는 센서부를 포함한다.

Description

근적외광 신호를 이용한 이미지 센서{Image sensor using near infrared signal}
빛을 검출하고 검출된 빛에 따라 영상을 생성하는 기술과 관련된다.
이미지 센서는 입사된 빛을 검출하고 검출된 빛에 대응되는 영상을 생성한다. 통상적으로, 이미지 센서는 상부의 적외선 차단 필터(IR cutoff filter), 중앙부의 컬러 필터 어레이(color filter, CFA) 그리고 하부의 포토 디텍터(photo detector)로 구성된다.
적외선 차단 필터는 약 650nm 이상의 파장을 갖는 빛, 즉 적외광을 차단하는 일종의 로우 패스 필터(low pass filter, LPF)이다. 컬러 필터 어레이는 대략400nm ~ 700nm 사이의 파장을 갖는 가시광 중에서 적색광, 녹색광, 청색광과 같은 특정한 파장 대역의 가시광을 선택적으로 통과시키는 밴드 패스 필터(band pass filter, BPF)이다. 예컨대, 컬러 필터 어레이는 RG와 GB가 반복되는 베이터 패턴(Bayer pattern)이 될 수 있다. 포토 디텍터는 적외선 차단 필터 및 컬러 필터 어레이를 통과한 빛을 검출하고 검출된 빛에 대응되는 영상 신호를 생성한다.
만약 포토 디텍터에 적외광이 입력되면, 이 적외광으로 인해 영상에 색 왜곡이 발생할 수 있다. 따라서 적외선 차단 필터를 이용하여 포토 디텍터로 입사되는 적외광을 차단하는 것이 일반적이다. 그러나 이러한 색 왜곡에도 불구하고 고감도 영상을 얻기 위해 적외선 차단 필터를 제거하고 사용해야 할 경우도 있다. 적외선 차단 필터를 제거하면 더 많은 빛, 즉 더 넓은 파장 대역의 빛을 이용할 수 있기 때문에 고감도 영상을 얻는 데에 사용될 수 있기 때문이다.
다시 말해, 이미지 센서에 있어서, 적외선 차단 필터를 사용하면 영상의 색 왜곡은 줄어드나 고감도 영상을 얻기가 힘들어지고, 적외선 차단 필터를 사용하지 아니하면 고감도 영상은 얻을 수가 있으나 영상의 색 왜곡 발생 정도가 증가하게 되는 것이다.
색 왜곡을 최소화하면서 고감도 영상을 얻을 수 있는 근적외광 신호를 이용한 이미지 센서가 제공된다.
본 발명의 일 양상에 따른 이미지 센서는 가시광 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 가시광 영역보다 장파장 대역인 제 1 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 제 1 영역보다 장파장 대역인 제 2 영역에 대응되는 빛을 차단하는 필터부 및 상기 필터부를 통과한 빛을 검출하는 센서부를 포함한다.
또한 본 발명의 다른 양상에 따른 이미지 센서는 가시광 영역에 대응되는 빛 중 특정 파장의 빛을 통과시키고, 가시광 영역보다 장파장 대역인 제 1 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 제 1 영역보다 장파장 대역인 제 2 영역에 대응되는 빛을 차단하는 필터부 및 필터부의 하부에 형성되고, 필터부를 통과한 빛을 검출하는 센서부를 포함한다.
또한 본 발명의 또 다른 양상에 따른 이미지 센서는 가시광 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 가시광 영역보다 장파장 대역인 제 1 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 제 1 영역보다 장파장 대역인 제 2 영역에 대응되는 빛을 차단하는 제 1 필터부, 제 1 필터부의 하부에 형성되고, 제 1 필터부를 통과한 광 중에서 가시광 영역에 대응되는 빛 중 특정 파장의 빛과 제 1 영역에 대응되는 빛을 통과시키는 제 2 필터부 및 제 2 필터부의 하부에 형성되고, 제 2 필터부를 통과한 빛을 검출하는 센서부를 포함한다.
또한 본 발명의 또 다른 양상에 따른 이미지 센서는 가시광 영역에 대응되는 빛 중 특정 파장의 빛과 적외광을 통과시키는 필터부 및 필터부의 하부에 형성되고, 필터부를 통과한 빛을 검출하는 센서부를 포함하며, 센서부의 상부는 가시광 영역에 대응되는 빛 중 특정 파장의 빛을 검출하고, 센서부의 하부는 650nm 내지 800nm 사이의 파장을 갖는 빛을 검출하는 것이 가능하다.
개시된 내용에 따르면, 가시광 영역에 대응되는 색 신호 외에 근적외광 신호를 함께 이용하여 영상을 생성하기 때문에 색 왜곡을 최소화하면서도 고감도 영상을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빛의 파장 대역을 도시하고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 도시하고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 도시하고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빛의 파장 대역을 도시한다.
도 1을 참조하면, 빛의 파장 대역은 가시광 영역(100), 제 1 영역(101) 및 제 2 영역(102)으로 구분될 수 있다. 제 1 영역(101)은 가시광 영역(100)이 끝나는 지점에서부터 약 800nm 파장에 대응되는 지점까지가 될 수 있다. 제 2 영역(102)은 약 800nm 파장에 대응되는 지점에서부터 약 1100nm 파장에 대응되는 지점까지가 될 수 있다. 가시광 영역(100)은 통상 약 330nm ~ 770nm 정도의 파장 대역을 의미하는데, 본 실시예에서는 약 400nm ~ 650nm 파장에 대응되는 부분으로 정의한다. 따라서 제 1 영역(101)은 약 650nm ~ 800nm 파장에 대응되고, 제 2 영역(102)은 약 800nm 이상의 파장에 대응될 수 있다. 참고로 통상적인 적외선 차단 필터는 약 650nm 이상의 파장을 갖는 빛을 차단한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이미지 센서(200)는 제 1 필터부(201), 제 2 필터부(202), 센서부(203)를 포한한다.
제 1 필터부(201)는 가시광 영역(100)에 대응되는 빛을 통과시키고, 제 1 영역(101)에 대응되는 빛을 통과시키고, 제 2 영역(102)에 대응되는 빛을 차단한다. 즉, 제 1 필터부(201)는 약 800nm 이상의 파장 대역의 빛을 흡수하거나 반사하고 나머지 파장 대역의 빛만 선택적으로 통과시킨다. 예컨대, 제 1 필터부(201)는 형성 두께 및/또는 형성 물질에 따라 필터링 특성이 결정되는 다이크로익(dichroic filter)가 될 수 있다.
제 2 필터부(202)는 제 1 필터부(201)의 하부에 형성되고, 가시광 영역(100)에 대응되는 빛 중 특정 파장의 빛과 제 1 영역(101)에 대응되는 빛을 통과시킨다. 예컨대, 제 2 필터부(202)는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 갖는 RGB 컬러 필터가 될 수 있다.
센서부(203)는 제 2 필터부(202)의 하부에 형성되고, 빛을 검출하여 영상 신호를 생성한다. 예컨대, 센서부(203)는 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 등의 포토 디텍터(photo detector)가 될 수 있다.
제 1 필터부(201)로 입사되는 빛(204)은 모든 파장 대역을 갖는다. 제 1 필터부(201)는 가시광 영역(100) 및 제 1 영역(101)에 해당하는 파장 대역의 빛만 통과시킨다. 따라서 제 1 필터부(201)를 통과한 빛(205)은 가시광 영역(100)과 제 1 영역(101)에 대응되는 파장 대역을 갖는다. 제 1 필터부(201)를 통과한 빛(205)은 제 2 필터부(202)로 입력된다. 제 2 필터부(202)는 가시광 영역(100)에 대응되는 빛 중 RGB와 같은 특정한 색을 갖는 빛과 제 1 영역(101)에 대응되는 빛을 통과시킨다. 따라서 제 2 필터부(202)를 통과한 빛(206, 207, 208)은 가시광 영역(100) 중 특정한 부분과 제 1 영역(101)에 대응되는 파장 대역을 갖는다. 예컨대, 제 2 필터부(202)의 B pixel을 통과한 빛은 청색광(208)에 대응되는 약 460nm ~ 500nm 파장의 빛과 제 1 영역(101)에 대응되는 650nm ~ 800nm 파장의 빛이 될 수 있다. 따라서 센서부(203)가 빛을 검출하여 영상 신호를 생성할 때, 가시광 영역(100)에 대응되는 색 신호 외에 제 1 영역(101)에 대응되는 근적외광 신호를 함께 이용할 수 있기 때문에 색 왜곡을 최소화하면서 고감도 영상을 생성하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 이미지 센서(300)는 필터부(301) 및 센서부(302)를 포함한다.
필터부(301)는 가시광 영역(100)에 대응되는 빛 중 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B)과 같은 특정 파장의 빛을 통과시킨다. 또한 필터부(301)는 제 1 영역(101)에 대응되는 빛을 통과시키고, 제 2 영역(102)에 대응되는 빛을 차단한다. 즉 필터부(301)는 약 800nm 이상의 파장 대역의 빛을 흡수하거나 반사하고 나머지 파장 대역의 빛 중 적색광(R), 녹색광(G), 또는 청색광(B) 등의 컬러 신호와 약 650nm ~ 800nm 사이의 근적외광 신호를 통과시키는 것이 가능하다.
센서부(302)는 필터부(301)의 하부에 형성되고, 필터부(301)를 통과한 빛을 검출한다.
필터부(301)로 입사되는 빛(303)은 모든 파장 대역을 갖는다. 필터부(301)는 가시광 영역(100)에 대응되는 빛 중 RGB와 같은 특정한 색을 갖는 빛과 제 1 영역(101)에 대응되는 빛을 통과시키므로, 필터부(301)를 통과한 빛(304, 305, 306)은 가시광 영역(100) 중 특정한 부분과 제 1 영역(101)에 대응되는 파장 대역을 갖는다. 예컨대, 필터부(301)의 B pixel을 통과한 빛(306)은 청색광에 대응되는 약 460nm ~ 500nm 파장의 빛과 제 1 영역(101)에 대응되는 650nm ~ 800nm 파장의 빛이 될 수 있다. 따라서 센서부(302)가 빛을 검출하여 영상 신호를 생성할 때, 가시광 영역(100)에 대응되는 색 신호 외에 제 1 영역(101)에 대응되는 근적외광 신호를 함께 이용할 수 있기 때문에 색 왜곡을 최소화하면서 고감도 영상을 생성하는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 이미지 센서(400)는 필터부(401) 및 센서부(402)를 포함한다. 그리고 센서부(402)는 상부(403)와 하부(404)로 구분될 수 있다.
필터부(401)는 가시광 영역(100)에 대응되는 빛 중 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B)과 같은 특정 파장의 빛을 통과시킨다. 또한 필터부(401)는 제 1 영역(101) 및 제 2 영역(102)에 대응되는 빛을 통과시킨다. 즉 필터부(401)는 적색광(R), 녹색광(G), 또는 청색광(B) 등의 컬러 신호와 약 650nm 이상의 적외광 신호를 통과시키는 것이 가능하다. 예컨대, 필터부(401)로 입사된 광(405) 중 B pixel을 통과한 빛(408)은 청색광에 대응되는 약 460nm ~ 500nm 파장의 빛과 제 1 영역(101) 및 제 2 영역(102)에 대응되는 650nm 파장 이상의 빛이 될 수 있다.
필터부(401)를 통과한 빛(406, 407, 408) 중에서, 센서부(402)의 상부(403)는 가시광 영역(100)에 대응되는 빛을 검출하고, 센서부(402)의 하부(404)는 제 1 영역(101)에 대응되는 빛을 검출한다. 센서부(402)가 반도체 기반으로 만들어지는 경우, 센서부(402)의 상부(403)는 상대적으로 단파장의 빛을 검출하고 센서부(402)의 하부(404)는 상대적으로 장파장의 빛을 검출할 수 있다. 따라서 센서부(402)의 두께를 적절히 조절함으로써, 가시광 영역(100)에 대응되는 색 신호와 제 1 영역(101)에 대응되는 근적외광 신호를 함께 이용하는 것이 가능하다.
일반적으로 적외선 차단 필터는 650nm 이하의 파장을 갖는 빛을 차단한다. 따라서 적외선 차단 필터 하부에 위치한 이미지 센서 모듈은 약 400nm ~ 650nm 파장의 빛을 이용하여 영상을 생성한다. 이에 반해 본 실시예에 따른 이미지 센서들은, 전술하였듯이, 약 400nm ~ 800nm 파장의 빛을 이용하여 영상을 생성한다. 즉 약 650nm ~ 800nm 사이, 즉 150nm 정도의 대역폭을 더 사용하는 것인데, 이러한 확장된 대역폭에 따라 감도가 더 높은 영상을 생성할 수 있다. 또한 확장된 대역폭에 따라 유발될 수 있는 색 왜곡은 그리 심하지가 않다. 왜냐하면 본 실시예에 따른 약 800nm 지점은 감도 증가와 색 왜곡 증가 간의 트레이드 오프 지점이기 때문이다. 이와 같이 본 실시예에 따른 이미지 센서를 이용하면 색 왜곡을 최소화하면서도 고감도 영상을 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시를 위한 구체적인 예를 살펴보았다. 전술한 실시 예들은 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 특정 실시 예에 한정되지 아니할 것이다.

Claims (10)

  1. 가시광 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 가시광 영역보다 장파장 대역인 제 1 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 제 1 영역보다 장파장 대역인 제 2 영역에 대응되는 빛을 차단하는 필터부; 및
    상기 필터부를 통과한 빛을 검출하는 센서부; 를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터부는
    빛의 파장 대역 상에서, 가시광 영역에서 투과특성을 갖고, 650nm 내지 800nm 사이의 제 1 영역에서 투과특성을 갖고, 800nm 이상의 제 2 영역에서 차단특성을 갖는 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 필터부의 광학 특성은
    상기 필터부의 두께 또는 형성 물질에 따라 결정되는 이미지 센서.
  4. 가시광 영역에 대응되는 빛 중 특정 파장의 빛을 통과시키고, 가시광 영역보다 장파장 대역인 제 1 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 제 1 영역보다 장파장 대역인 제 2 영역에 대응되는 빛을 차단하는 필터부; 및
    상기 필터부를 통과한 빛을 검출하는 센서부; 를 포함하는 이미지 센서.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 필터부는
    빛의 파장 대역 상에서, 가시광 영역 중 특정한 파장 대역에서 투과특성을 갖고, 650nm 내지 800nm 사이의 제 1 영역에서 투과특성을 갖고, 800nm 이상의 제 2 영역에서 차단특성을 갖는 이미지 센서.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 필터부의 광학 특성은
    상기 필터부의 두께 또는 형성 물질에 따라 결정되는 이미지 센서.
  7. 가시광 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 가시광 영역보다 장파장 대역인 제 1 영역에 대응되는 빛을 통과시키고, 제 1 영역보다 장파장 대역인 제 2 영역에 대응되는 빛을 차단하는 제 1 필터부;
    상기 제 1 필터부를 통과한 광 중에서 상기 가시광 영역에 대응되는 빛 중 특정 파장의 빛과 상기 제 1 영역에 대응되는 빛을 통과시키는 제 2 필터부; 및
    상기 제 2 필터부를 통과한 빛을 검출하는 센서부; 를 포함하는 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 필터부는
    빛의 파장 대역 상에서, 가시광 영역에서 투과특성을 갖고, 650nm 내지 800nm 사이의 제 1 영역에서 투과특성을 갖고, 800nm 이상의 제 2 영역에서 차단특성을 갖는 이미지 센서.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 필터부의 광학 특성은
    상기 제 1 필터부의 두께 또는 형성 물질에 따라 결정되는 이미지 센서.
  10. 가시광 영역에 대응되는 빛 중 특정 파장의 빛과 적외광을 통과시키는 필터부; 및
    상기 필터부를 통과한 빛을 검출하는 센서부; 를 포함하며,
    상기 센서부의 상부는 상기 가시광 영역에 대응되는 빛 중 특정 파장의 빛을 검출하고, 상기 센서부의 하부는 650nm 내지 800nm 사이의 파장을 갖는 빛을 검출하는 이미지 센서.
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