KR20150077996A - Tfa 기반의 시모스 이미지 센서 및 그 동작방법 - Google Patents

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Abstract

TFA 기반의 시모스 이미지 센서 및 그 동작방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서는, 반도체 기판에 형성된 플로팅 확산 영역과, 다수의 픽셀들에 대응하여 배치되는 박막 형태의 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드와 상기 플로팅 확산 영역 사이에 전기적으로 연결된 다수 개의 비아들 및 적어도 두 개의 픽셀들에 대응하여 배치되는 제1 마이크로 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

TFA 기반의 시모스 이미지 센서 및 그 동작방법{CMOS Image Sensor based on a Thin-Film on ASIC and operating method thereof}
본 발명은 시모스 이미지 센서에 관한 것으로, 자세하게는 TFA 기반의 시모스 이미지 센서 및 그 동작방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고체 촬상 장치로서 이용되는 시모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor, CIS)는 외부의 광학 영상신호를 전기 영상신호로 변환하는 장치로서, CCD(Charge-Coupled Device) 형에 비해 저전압 동작이 가능하고 소비전력이 작으며, 집적화에 유리한 장점으로 인해 현재 많은 분야에서 사용되고 있다. 시모스 이미지 센서는 다수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이를 구비할 수 있으며, 각각의 픽셀은 광 감지 소자로서 빛의 세기에 따라 전기적 신호를 발생시키는 포토 다이오드를 포함할 수 있다.
그러나, 광 감지 소자를 구현함에 있어서 그 두께로 인하여 크로스토크 성분이 증가할 수 있으며, 크로스토크 성분을 갖는 신호를 처리함에 따라 정확한 이미지를 구현하기 어려운 문제가 발생될 수 있다. 또한, 일반적인 시모스 이미지 센서의 경우 렌즈 설계에 한계가 발생됨에 따라 입체 이미지를 구현하기 위해 산출되는 뎁스(Depth) 정보의 정확도를 확보하는 데 어려움이 발생될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은, 크로스토크 성분을 감소하여 이미지 구현의 정확도를 향상할 수 있으며, 입체 이미지를 구현하기 위한 뎁스(Depth) 정보를 효율적으로 생성할 수 있는 TFA 기반의 시모스 이미지 센서 및 그 동작방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서는, 반도체 기판에 형성된 플로팅 확산 영역과, 다수의 픽셀들에 대응하여 배치되는 박막 형태의 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드와 상기 플로팅 확산 영역 사이에 전기적으로 연결된 다수 개의 비아들 및 적어도 두 개의 픽셀들에 대응하여 배치되는 제1 마이크로 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 시모스 이미지 센서는, 상기 다수의 픽셀들에 대응하여 배치되는 칼라 필터 어레이를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀들은, 서로 동일한 칼라를 센싱하는 제1 및 제2 서브 픽셀들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 서브 픽셀들로부터의 픽셀 신호들을 이용하여 뎁스(Depth) 정보가 산출되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 마이크로 렌즈에 대응하여 n 개의 서브 픽셀들이 배치되며(단, n 은 2 이상의 정수), 상기 다수 개의 비아들은, 상기 n 개의 서브 픽셀들 각각에 대응하여 배치되는 n 개의 비아들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 적어도 두 개의 픽셀들은 하나의 필터 그룹을 구성하며, 상기 필터 그룹은 동일한 칼라를 센싱하는 제1 및 제2 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 다수 개의 비아들은, 상기 하나의 필터 그룹에 포함되는 다수의 필터들 각각에 대응하여 배치되는 다수 개의 비아들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 시모스 이미지 센서는, 적어도 다른 두 개의 픽셀들에 대응하여 배치되는 제2 마이크로 렌즈를 더 구비하며, 상기 제1 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀들은 제1 칼라를 센싱하기 위한 필터들이며, 상기 제2 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀들은 제2 칼라를 센싱하기 위한 필터들인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 시모스 이미지 센서는, 적어도 다른 두 개의 픽셀들에 대응하여 배치되는 제2 마이크로 렌즈를 더 구비하며, 상기 제1 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀들의 칼라 패턴과 상기 상기 제2 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀들의 칼라 패턴은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 동작방법은, 제1 마이크로 렌즈 및 제1 필터를 투과한 빛에 의하여 박막 형태의 포토 다이오드에 축적된 광 전하를, 제1 비아를 통해 제1 플로팅 확산 영역으로 전달하는 단계와, 제1 마이크로 렌즈 및 제2 필터를 투과한 빛에 의하여 박막 형태의 포토 다이오드에 축적된 광 전하를, 제2 비아를 통해 제2 플로팅 확산 영역으로 전달하는 단계와, 상기 제1 플로팅 확산 영역에 축적된 광 전하에 대응하는 제1 픽셀 신호와, 상기 제2 플로팅 확산 영역에 축적된 광 전하에 대응하는 제2 픽셀 신호를 생성하는 단계 및 상기 제1 및 제2 픽셀 신호를 이용하여 뎁스(Depth) 정보를 산출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 TFA 기반의 시모스 이미지 센서 및 그 동작방법에 따르면, 크로스토크 성분을 감소함으로써 이미지 화질을 향상할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 TFA 기반의 시모스 이미지 센서 및 그 동작방법에 따르면, 하나의 픽셀에 속하는 두 개 이상의 서브 픽셀들로부터의 픽셀 신호들을 이용하여 뎁스(Depth) 정보를 산출하거나, 하나의 픽셀 그룹에 속하는 두 개 이상의 픽셀들로부터의 픽셀 신호들을 이용하여 뎁스(Depth) 정보를 산출함으로써, 보다 정확한 뎁스(Depth) 정보를 용이하게 산출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 2는 일반적인 시모스 이미지 센서(CIS)의 단위 픽셀(pixel)를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서에 구비되는 픽셀들의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 시모스 이미지 센서에 구비되는 픽셀들의 구조의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 칼라 필터 및 마이크로 렌즈의 배치 예를 나타내는 도면이다.
도 8a,b,c는 서브 픽셀들의 일 구현 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8a의 픽셀 회로의 단면의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라 필터 및 마이크로 렌즈의 배치 예를 나타내는 도면이다.
도 11a,b,c는 픽셀 그룹의 일 구현 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11a의 픽셀 회로의 단면의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서에 적용되는 칼라 필터 어레이의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 동작방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 동작방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 포함하는 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 17은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시모스 이미지 센서(1000)는 픽셀 어레이(1100), 로우 드라이버(1200) 및 픽셀 신호 처리부(1300)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(1100)는 매트릭스 형태로 배치된 복수개의 픽셀(1110)들을 포함할 수 있다. 로우 드라이버(1200)는 로우 신호(R_SIG)를 출력할 수 있으며, 로우 신호(R_SIG)가 픽셀 어레이(1100)에 입력됨에 따라 하나 이상의 픽셀들이 선택될 수 있다.
픽셀 신호 처리부(1300)는 픽셀 어레이(1100)가 포함하는 하나 이상의 픽셀(1110)들이 출력하는 출력 전압(VOUT)을 픽셀 신호로서 입력받을 수 있다. 픽셀 어레이(1100)의 하나의 행을 구성하는 복수개의 픽셀(1110)들은 동일한 로우 신호(R_SIG)를 공유할 수 있으며, 픽셀 어레이(1100)의 열을 구성하는 복수 개의 픽셀(1110)들은 각각의 출력 전압(VOUT)이 출력되는 신호 라인을 공유할 수 있다. 상기 출력 전압(VOUT)에 대한 신호 처리 동작을 통하여 픽셀(1110)들 각각에 의해 감지된 빛의 양이 검출될 수 있다.
픽셀 신호 처리부(1300)는 픽셀 어레이(1100)의 출력 전압(VOUT)을 픽셀 신호로서 수신하고, 상기 픽셀 신호를 처리하여 칼라 신호 및 뎁스 정보를 산출할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 적어도 두 개의 픽셀(또는 서브 픽셀)들에 대응하여 마이크로 렌즈가 배치되며, 상기 적어도 두 개의 픽셀들에 대응하는 픽셀 신호들을 처리함으로써 칼라 신호 및 뎁스 정보가 산출될 수 있다.
도 2는 일반적인 시모스 이미지 센서(CIS)의 단위 픽셀(pixel)를 나타내는 회로도이다. 상기 단위 픽셀(pixel)은 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 도 2에서는 3 트랜지스터 구조의 단위 픽셀이 예시된다. 도시된 바와 같이 픽셀 어레이에 구비되는 각각의 픽셀(1110)은, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토 다이오드(PD)와, 복수 개의 트랜지스터들(T1 ~ T3)을 구비할 수 있다.
포토 다이오드(PD)에서 축적된 광전하는 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달되며, 만약 4 트랜지스터 구조에서는 전송 트랜지스터의 턴온 동작에 기반하여 광전하가 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달될 수 있다. 또한 리셋 트랜지스터(T1)는, 리셋 신호(Rx)에 응답하여 상기 플로팅 확산 영역(FD)의 전위를 소정의 전원전압(VDD) 레벨로 리셋시킨다.
또한 드라이브 트랜지스터(T2)는 소스 팔로워-버퍼 증폭기(Source Follower-Buffer Amplifier)의 역할을 하며, 선택 트랜지스터(T3)는 어드레싱(Addressing)을 위한 것으로서, 선택 제어신호(Sx)에 응답하여 스위칭됨으로써 출력단(OUT)을 통해 단위 픽셀의 출력 전압(VOUT)이 픽셀 신호로서 픽셀 신호 처리부로 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서에 구비되는 픽셀들의 구조를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 픽셀들은 TFA(Thin Film on ASIC) 구조를 갖는 픽셀들(예컨대, TFA 픽셀)로서, 시모스 이미지 센서(2000)는 플로팅 확산 영역(FD)이 형성된 반도체 기판(2100), 신호를 전달하기 위한 하나 이상의 전극(2200), 포토 다이오드(2400), 포토 다이오드(2400)에 축적된 광 전하를 플로팅 확산 영역(FD)로 제공하는 비아(2300), 하나 이상의 칼라 성분을 센싱하기 위한 칼라 필터(2500) 및 칼라 필터(2500) 상에 배치되는 마이크로 렌즈(2600)를 포함할 수 있다. 또한, 포토 다이오드(2400)와 칼라 필터(2500) 사이에 투명전극층(2700)이 더 배치될 수 있다. 하나의 칼라 필터에 대응하는 부분을 단위 픽셀로서 정의할 수 있다.
포토 다이오드(2400)는 유기물질(Organic), 퀀텀 돗(Quantum Dot, QD), a-Si 또는 화합물 반도체 등의 물질로서 박막(Thin film) 형태로 제조될 수 있으며, 포토 다이오드(2400)에 축적된 광 전하는 하나 이상의 비아(2300)를 통해 플로팅 확산 영역(FD)으로 제공될 수 있다. 도 3에는 도시되지 않았으나, 포토 다이오드(2400)와 플로팅 확산 영역(FD)의 전기적 연결을 제어하는 스위치(미도시)가 전송 트랜지스터로서 더 구비될 수도 있다.
시모스 이미지 센서(2000)에 구비되는 픽셀들이 어레이 구조를 가짐에 따라, 칼라 필터(2500) 또한 어레이 구조를 가질 수 있다. 칼라 필터(2500)는 서로 다른 파장의 빛을 투과시키는 다수의 필터들을 포함할 수 있으며, 예컨대 베이어(Bayer) 패턴 또는 비 베이어(Non-Bayer) 패턴을 갖는 필터들을 포함할 수 있다.
도 3의 실시예에 따르면, 복수의 TFA 픽셀들에 마이크로 렌즈가 적용된 구조가 예시된다. 일예로서, 서로 다른 칼라를 센싱하는 다수의 픽셀들에 하나의 마이크로 렌즈가 배치될 수 있으며, 다수의 픽셀들 각각에 대응하는 포토 다이오드 영역에 플로팅 확산 영역(FD)과의 전기적 연결을 위한 비아(2300)가 배치된다. 구체적으로, 하나의 마이크로 렌즈에 대응하여 서로 다른 칼라를 센싱하기 위한 픽셀들이 배치될 수 있으며, 예컨대 제1 픽셀에 대응하여 제1 칼라 필터가 배치되고, 또한 제2 픽셀에 대응하여 제2 칼라 필터가 배치되는 경우, 제1 칼라 필터에 대응하는 제1 비아와 제2 칼라 필터에 대응하는 제2 비아가 각각 배치될 수 있다. 박막(Thin Film) 형태의 포토 다이오드(2400)가 구현되고, 그 상부에 마이크로 렌즈(2600)가 배치되므로 픽셀들 사이의 크로스토크(crosstalk) 성분이 최소화될 수 있으므로, 마이크로 렌즈의 영향을 최대화시킬 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈(2600)의 두께를 두껍게 구성하는 경우 광학 성능을 최대화할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘 기판을 픽셀 회로의 구현에 대부분 활용할 수 있으므로, 와이드 다이내믹 레인지(WDR), 글로벌 셔터(global shutter) 등의 기능 확장이 용이하다. 또한, 수광 수단에 의한 두께를 감소시키고 그 상부에 상대적으로 두꺼운 마이크로 렌즈(2600)를 배치할 수 있으므로 크로스토크(crosstalk) 성분을 감소할 수 있다. 또한, 적어도 두 개의 동일한 칼라를 센싱하는 픽셀들에 대응하여 하나의 마이크로 렌즈(2600)를 배치하고, 상기 동일한 칼라를 센싱하는 픽셀들로부터의 신호를 분석하여 뎁스(depth) 정보를 추출할 수 있으므로 입체 이미지를 용이하게 구현할 수 있다.
한편, 투명전극층(2700)은 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 예컨대 박형 메탈(thin metal)이나 그래핀(graphene) 또는 투명 전도성 산화막(Transparent Conducting Oxide, TCO) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 포토 다이오드(2400)와 플로팅 확산 영역(FD)과의 전기적 연결을 위하여, 비아(2300)와 컨택하기 위한 다수의 하부 전극들이 포토 다이오드(2400)의 하부에 배치될 수 있다. 반도체 기판(2100)에는 플로팅 확산 영역(FD)만이 도시되었으나, 실제 픽셀 회로들이 반도체 기판(2100)에 배치될 수 있으며, 픽셀 회로의 경우 도 2에 도시된 3 트랜지스터 구조 이외에도 다양한 픽셀 회로가 적용이 가능하다.
도 4는 도 3의 시모스 이미지 센서에 구비되는 픽셀들의 구조의 다른 예를 나타내는 도면이다. 만약 박막 형태로 구현되는 포토 다이오드(2400)가 파장 선택성을 갖는 경우, 특정 파장 성분을 센싱하기 위한 칼라 필터(2500)는 시모스 이미지 센서(2000)에 구비되지 않아도 무방하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(2400)와 투명전극층(2700)이 배치되고, 그 상부에 마이크로 렌즈(2600)가 배치될 수 있다. 이 경우, 도 4의 포토 다이오드(2400)는 서로 다른 파장의 빛을 통과시키기 위한 적어도 두 개의 영역을 구비할 수 있으며, 각각의 영역에 대응하여 서로 다른 비아(2300)가 배치될 수 있다. 이외에도, 전술한 실시예에서와 같이 시모스 이미지 센서(2000)는 하나 이상의 전극(2200) 및 플로팅 확산 영역(FD)이 형성된 반도체 기판(2100)을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서(3000)는 TFA(Thin Film on ASIC) 구조를 갖는 픽셀들(예컨대, TFA 픽셀)을 포함하며, 상기 시모스 이미지 센서(3000)는 플로팅 확산 영역(FD)이 형성된 반도체 기판(3100), 신호를 전달하기 위한 하나 이상의 전극(3200), 포토 다이오드(3400), 하나 이상의 비아(3300), 하나 이상의 칼라 성분을 센싱하기 위한 칼라 필터(3500) 및 마이크로 렌즈(3600)를 포함할 수 있다.
도 5의 실시예에 따르면 칼라 필터 어레이와 상부 전극의 복합 구조가 개시되며, 이에 따라 칼라 필터들 사이에 전극이 배치될 수 있으며, 예컨대 격자 형태의 상부 전극(TE)이 배치될 수 있다. 상기 상부 전극은 다양한 소자로서 구현될 수 있으며, 예컨대 불투명한 전극으로 구현되어도 무방하다. 마이크로 렌즈(3600)는 복수의 칼라필터들의 상부에 배치될 수 있으며, 예컨대 두 개 이상의 서로 다른 칼라를 센싱하는 칼라필터들의 상부에 배치될 수 있다. 또는, 도 5에 도시된 바와 같이 2*2 픽셀에 대응하여 하나의 마이크로 렌즈(3600)가 배치될 수 있으며, 2*2 픽셀은 다양한 종류의 칼라 필터들을 포함할 수 있다. 예컨대, 2*2 픽셀에 대응하는 칼라 필터로서 RGB 필터가 배치될 수 있다.
2*2 픽셀에 대응하여 하나의 마이크로 렌즈(3600)가 배치되는 경우를 예로 들어 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 또한, 2*2 픽셀은 하나의 레드 필터, 하나의 블루 필터 및 두 개의 그린 필터를 포함하는 것으로 가정한다.
마이크로 렌즈(3600)를 통과한 빛은 2*2 픽셀에 대응하는 칼라 필터를 거쳐 포토 다이오드(3400)로 제공된다. 각각의 필터에 대응하는 신호 성분이 하나 이상의 비아(3300) 및 플로팅 확산 영역(FD)을 통해 센싱되어 픽셀 신호로서 제공될 수 있다. 또한, 입체 이미지를 구현하기 위한 뎁스(Depth) 정보를 산출하기 위하여, 2*2 픽셀들 중 적어도 두 개의 신호 성분이 이용될 수 있다. 일예로서, 동일한 칼라 필터를 거친 두 개의 신호 성분이 뎁스(Depth) 정보를 산출하기 위해 이용될 수 있으며, 이에 따라 제1 그린 필터를 통과한 제1 신호 성분에 대응하는 픽셀 신호와 제2 그린 필터를 통과한 제2 신호 성분에 대응하는 픽셀 신호를 참조하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다. 피사체가 위치한 거리에 따라서 제1 신호 성분과 제2 신호 성분이 비대칭한 값을 가질 수 있으며, 예컨대 제1 신호 성분과 제2 신호 성분이 대칭한 값을 갖는 소정의 기준 거리를 중심으로 하여, 제1 신호 성분과 제2 신호 성분의 비대칭 정보를 분석함에 의하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서(4000)는 플로팅 확산 영역(FD)이 형성된 반도체 기판(4100), 신호를 전달하기 위한 하나 이상의 전극(4200), 포토 다이오드(4400), 하나 이상의 비아(4300), 전극층(4500) 및 마이크로 렌즈(4600)를 포함할 수 있다. 도 6의 실시예에 따르면, 별도의 칼라 필터 어레이를 배치함이 없이, 금속 재료를 이용하여 플라즈모닉 필터(plasmonic filter)를 구현할 수 있다. 전극층(4500)은 다수의 홀들을 포함할 수 있으며, 또한 전극층(4500)은 다수 개의 영역으로 나뉘며 각각의 영역마다 홀의 크기 및 간격이 달라질 수 있다. 상기 홀의 크기 및 간격에 의하여 파장 선택성이 제어될 수 있다. 도 6의 실시예에서는 RGB 칼라 성분을 투과하도록 설계된 플라즈모닉 필터가 예시된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 칼라 필터 및 마이크로 렌즈의 배치 예를 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서(5000)는 박막 형태로 배치되는 포토 다이오드(5100), 선택적으로 빛을 투과시키기 위한 칼라 필터 어레이(5200) 및 칼라 필터 어레이(5200) 상에 배치되는 하나 이상의 마이크로 렌즈(5300)를 포함할 수 있다. 도 7의 실시예에서는 2*2 이상 서브 픽셀 어레이에 마이크로 렌즈를 적용한 구조가 도시된다.
하나의 픽셀은 다수 개의 서브 픽셀들로 구분될 수 있다. 예컨대, 도 8a에서와 같이 각각의 픽셀은 2*2 서브 픽셀들로 구분될 수 있으며, 또는 도 8b에서와 같이 각각의 픽셀은 3*3 서브 픽셀들로 구분될 수 있다. 또는 도 8c에서와 같이 각각의 픽셀은 4*4 서브 픽셀들로 구분될 수 있다. 도 7의 실시예의 경우 각각의 픽셀이 2*2 서브 픽셀들로 구분되는 예에 해당한다.
하나의 픽셀에 대응하여 하나의 마이크로 렌즈(5300)가 배치되며, 이에 따라 다수의 서브 픽셀들 상에 하나의 마이크로 렌즈(5300)가 배치될 수 있다. 각각의 서브 픽셀들에 대응되는 서브 필터들 각각을 투과한 빛에 따라 포토 다이오드(5100)에 광 전하가 축적되며, 서브 필터들 각각에 대응하여 배치되는 비아들(미도시)를 통해 광전하가 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달될 수 있다. 각각의 서브 필터에 대응하여 픽셀 회로(미도시)가 배치될 수 있으며, 이에 따라 하나의 픽셀에 대응하여 4 개의 픽셀 신호들이 생성될 수 있다.
각 픽셀에 대응하는 칼라 신호를 산출함에 있어서, 각각의 픽셀로부터의 4 개의 픽셀 신호들 중 적어도 하나를 이용하여 칼라 신호가 산출될 수 있다. 일예로서, 도 7의 도면 상에서 왼쪽에 배치된 칼라 필터가 레드 필터에 해당하는 경우, 상기 레드 필터에 포함되는 4 개의 서브 필터들에 대응하는 제1 내지 제4 픽셀 신호들은 모두 레드 칼라에 해당하는 신호일 수 있으며, 이에 따라 제1 내지 제4 픽셀 신호들 중 적어도 하나의 픽셀 신호를 이용하여 레드 칼라 신호가 산출될 수 있다.
한편, 입체 이미지 구현을 위하여 상기 제1 내지 제4 픽셀 신호들 중 적어도 두 개의 픽셀 신호를 분석함으로써 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다. 예컨대, 2*2 서브 필터 상에서 왼쪽에 위치하는 서브 필터에 대응하는 픽셀 신호와 2*2 서브 필터 상에서 오른쪽에 위치하는 서브 필터에 대응하는 픽셀 신호의 비대칭 정도를 검출함에 의하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다. 이외에도, 2*2 서브 필터 상에서 윗 측에 위치하는 서브 필터에 대응하는 픽셀 신호와, 아래 측에 위치하는 서브 필터에 대응하는 픽셀 신호가 더 분석되어도 무방하다.
한편, 도 8b에서와 같이 각각의 픽셀은 3*3 서브 픽셀들로 구분될 수 있다. 이에 따라 하나의 픽셀에 대응하여 9 개의 픽셀 신호들이 생성될 수 있다. 전술한 실시예에서와 같이 9 개의 픽셀 신호들 중 적어도 하나의 픽셀 신호를 이용하여 칼라 신호가 산출될 수 있다. 또한, 9 개의 픽셀 신호들 중 적어도 두 개의 픽셀 신호를 분석함에 의하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다. 또는 도 8c에서와 같이 각각의 픽셀이 4*4 서브 픽셀들로 구분되는 경우, 하나의 픽셀에 대응하여 16 개의 픽셀 신호들이 생성될 수 있으며, 상기 생성된 픽셀 신호들을 이용하여 각각의 필터에 대응하는 칼라 신호와, 입체 이미지 구현을 위한 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있을 것이다.
도 9는 도 8a의 픽셀 회로의 단면의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 9에서는 도 8a의 픽셀들의 A-B 방향으로의 단면도가 예시된다.
도 9에 도시된 바와 같이 하나의 픽셀은 두 개 이상의 서브 픽셀들을 포함할 수 있으며, 예컨대 도 9에는 하나의 레드 픽셀에 포함되는 두 개의 레드 서브픽셀들과, 하나의 그린 픽셀에 포함되는 두 개의 그린 서브픽셀들이 도시된다.
도 9의 시모스 이미지 센서(5000)는 박막 형태로 배치되는 포토 다이오드(5100), 다수의 서브 픽셀들(5200) 및 두 개 이상의 서브 픽셀들에 대응하여 하나의 마이크로 렌즈가 배치되도록 구현되는 다수의 마이크로 렌즈들(5300)을 포함할 수 있다. 또한, 플로팅 확산 영역(FD)이 배치되는 반도체 기판(5400)과, 포토 다이오드에 축적된 광 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달하기 위한 다수의 비아들(5500)이 시모스 이미지 센서(5000)에 더 구비될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 다수의 비아들(5500)을 형성함에 있어서, 각각의 서브 픽셀에 대응하여 각각의 비아(5500)가 배치될 수 있다. 예컨대, 각각의 서브 픽셀을 투과한 빛에 의하여 포토 다이오드(5100)에 광 전하가 축적되고, 축적된 광 전하가 다수의 비아들(5500) 각각을 통해 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달된다. 제1 및 제2 레드 서브픽셀들에 대응하여 제1 및 제2 픽셀 신호에 대응하는 출력 전압들이 생성될 수 있으며, 또한 제1 및 제2 그린 서브픽셀들에 대응하여 제3 및 제4 픽셀 신호에 대응하는 출력 전압들이 생성될 수 있다. 제1 및 제2 픽셀 신호를 이용하여 레드 픽셀에 대응하는 칼라 신호와 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있으며, 또한 제3 및 제4 픽셀 신호를 이용하여 그린 픽셀에 대응하는 칼라 신호와 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라 필터 및 마이크로 렌즈의 배치 예를 나타내는 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서(6000)는 박막 형태로 배치되는 포토 다이오드(6100), 선택적으로 빛을 투과시키기 위한 칼라 필터 어레이(6200) 및 칼라 필터 어레이(6200) 상에 배치되는 하나 이상의 마이크로 렌즈(6300)를 포함할 수 있다.
도 10의 실시예에 따르면, 2*2 이상 픽셀들이 하나의 픽셀 그룹으로 정의될 수 있으며, 각각의 픽셀 그룹에 대응하여 하나의 마이크로 렌즈가 배치될 수 있다. 픽셀 그룹은 다양한 형태로 정의될 수 있으며, 예컨대, 도 11a에서와 같이 2*2 픽셀들이 하나의 픽셀 그룹으로 정의될 수 있으며, 또는 도 11b에서와 같이 3*3 픽셀들이 하나의 픽셀 그룹으로 정의될 수 있다. 또는 도 11c에서와 같이 4*4 픽셀들이 하나의 픽셀 그룹으로 정의될 수 있다. 도 10의 실시예의 경우 각각의 픽셀 그룹이 2*2 픽셀들을 포함하는 예에 해당한다. 시모스 이미지 센서(6000)에 적용되는 칼라 필터 어레이가 RGB 필터들을 포함하는 베이어(Bayer) 구조를 갖는 것으로 가정한다.
다수의 필터들 상에 마이크로 렌즈(6300)가 배치되며, 예컨대 2*2 픽셀들을 포함하는 하나의 픽셀 그룹 상에 하나의 마이크로 렌즈(6300)가 배치된다. 하나의 마이크로 렌즈(6300) 및 다수 개의 필터들을 투과한 빛에 따라 포토 다이오드(6100)에 광전하가 축적되며, 다수 개의 필터들 각각에 대응하여 배치되는 비아들(미도시)를 통해 광전하가 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달될 수 있다. 이에 따라 하나의 마이크로 렌즈(6300)에 대응하여 레드 칼라 신호, 블루 칼라 신호, 제1 및 제2 그린 칼라 신호가 생성될 수 있다.
입체 이미지 구현을 위하여 상기 2*2 픽셀들에 의해 생성된 4 개의 픽셀 신호들 중 적어도 두 개의 픽셀 신호들을 분석함으로써 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다. 예컨대, 동일한 칼라를 센싱하는 필터들에 대응하는 픽셀 신호들이 뎁스(Depth) 정보를 산출하는 데에 이용될 수 있으며, 이에 따라 제1 및 제2 그린 필터들에 대응하는 두 개의 필터 신호들을 분석함에 의하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다. 2*2 픽셀들을 포함하는 하나의 픽셀 그룹의 경우, 제1 그린 픽셀은 도면 상 왼쪽에 배치될 수 있으며, 제2 그린 픽셀은 도면 상 오른 쪽에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 그린 픽셀들에 대응하는 제1 및 제2 픽셀 신호의 비대칭 정도를 검출함에 의하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다.
한편, 도 11b에서와 같이 하나의 픽셀 그룹은 3*3 픽셀들을 포함할 수 있다. 이에 따라 하나의 마이크로 렌즈(6300)에 대응하여 9 개의 픽셀들이 배치될 수 있으며, 이에 따라 9 개의 픽셀 신호들이 생성될 수 있다. 상기 9 개의 픽셀 신호들에 따라 제1 내지 제9 출력 전압이 생성될 수 있다. 또한, 9 개의 픽셀 신호들 중 적어도 두 개의 픽셀 신호들을 분석함에 의하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다. 예컨대 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 9 개의 픽셀들은 동일한 칼라를 센싱하는 복수 개의 칼라 필터들을 포함할 수 있으며, 이에 따라 적어도 두 개의 동일한 칼라 필터에 따른 픽셀 신호들을 분석함으로써 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다. 한편, 도 11c에서와 같이 하나의 마이크로 렌즈(6300)에 대응하여 16 개의 픽셀들이 배치될 수 있으며, 상기 16 개의 픽셀들로부터 생성된 16 개의 픽셀 신호들 중 적어도 일부를 이용하여, 입체 이미지 구현을 위한 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있을 것이다.
도 12는 도 11a의 픽셀 회로의 단면의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 12에서는 도 11a의 픽셀들의 A-B 방향으로의 단면도가 예시된다.
도 12에 도시된 바와 같이 하나의 마이크로 렌즈(6300)에 대응하여 복수개의 필터들이 배치될 수 있으며, 일예로서 도 11a의 A-B 방향으로의 단면도에 따라 하나의 마이크로 렌즈(6300)에 배치되는 다수의 필터들 중 그린 필터 및 블루 필터가 도시된다.
도 12의 시모스 이미지 센서(6000)는 박막 형태로 배치되는 포토 다이오드(6100), 다수의 픽셀들(6200) 및 두 개 이상의 픽셀들에 대응하여 하나의 마이크로 렌즈가 배치되도록 구현되는 다수의 마이크로 렌즈들(6300)을 포함할 수 있다. 또한, 플로팅 확산 영역(FD)이 배치되는 반도체 기판(6400)과, 포토 다이오드에 축적된 광 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달하기 위한 다수의 비아들(6500)이 시모스 이미지 센서(6000)에 더 구비될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 다수의 비아들(6500)을 형성함에 있어서, 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 다수의 픽셀들 각각에 대응하여 비아(6500)가 배치될 수 있다. 예컨대, 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 다수의 픽셀들 각각을 투과한 빛에 의하여 포토 다이오드(6100)에 광 전하가 축적되고, 축적된 광 전하가 다수의 비아들(6500) 각각을 통해 플로팅 확산 영역(FD)으로 전달된다. 동일한 마이크로 렌즈(6300)를 통과한 칼라 신호들 중 적어도 일부를 분석하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있으며, 예컨대 동일한 칼라를 갖는 필터들을 통해 생성된 두 개 이상의 픽셀 신호들을 이용하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서에 적용되는 칼라 필터 어레이의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 13에서는 비 베이어(Non-Bayer) 형태의 칼라 필터 어레이가 예시된다. 또한, 도 13에서는 3*3 픽셀들이 하나의 픽셀 그룹으로 정의되며, 각각의 픽셀 그룹이 동일한 칼라 패턴을 갖는 예가 도시된다. 특히, 도 13에 도시된 칼라 필터 어레이는 대각선 방향을 따라 동일한 칼라를 센싱하기 위한 필터들이 배치될 수 있다.
하나의 픽셀 그룹에 속한 3*3 픽셀들에 대해 하나의 마이크로 렌즈가 배치될 수 있다. 일 예로서, 하나의 픽셀 그룹은 3 개의 레드 필터, 3 개의 그린 필터 및 3 개의 블루 필터들을 포함할 수 있다. 각각의 칼라 필터에 대응하여 칼라 신호가 생성될 수 있다. 또한 하나의 마이크로 렌즈에 대응하는 9 개의 픽셀 신호들 중 적어도 두 개의 픽셀 신호들을 이용하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같은 칼라 픽셀 어레이에 따르면, 동일한 칼라를 센싱하기 위한 필터들은 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 예컨대, 그린 필터들을 참조하면, 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 제1 그린 필터는 도면상 좌측 상부에, 제2 그린 필터는 가운데에, 제3 그린 필터는 오른 쪽 하부에 배치될 수 있다. 제1 내지 제3 그린 필터들에 대응하는 픽셀 신호의 대칭성 여부를 분석함에 의하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다.
도 13에서는 레드, 그린 및 블루 필터를 포함하는 비 베이어(Non-Bayer) 형태의 칼라 필터 어레이가 예시되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요는 없다. 예컨대, 하나의 픽셀 그룹은 2*2, 4*4 등 다양한 형태로 정의가 가능하며, 또한 각각의 픽셀 그룹에 WRGB 패턴 등 다른 칼라 패턴이 적용되어도 무방하다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 동작방법을 나타내는 플로우차트이다.
먼저, 특정한 칼라(예컨대, 제1 칼라)를 센싱하는 필터(이하, 제1 필터) 상에 마이크로 렌즈가 배치된다(S11). 전술한 실시예에서와 같이 제1 필터는 다수의 서브 필터들로 구분될 수 있으며, 예컨대2*2, 3*3, 4*4 등 다양한 형태로 서브 필터의 정의가 가능하다.
하나의 픽셀에 대응하여 복수 개의 비아가 배치된다. 예컨대 다수의 서브 필터들 각각에 대응하여 비아가 배치된다. 이에 따라, 하나의 필터로부터 다수의 픽셀 신호들이 생성될 수 있으며, 상기 다수의 픽셀 신호들은 동일한 칼라를 센싱한 신호들일 수 있다. 예컨대, 칼라 필터 어레이의 하부에 박막 형태의 포토 다이오드가 배치될 수 있으며, 하나의 픽셀에 대응하여 제1 및 제2 비아가 배치되고, 상기 제1 및 제2 비아가 포토 다이오드에 전기적으로 연결될 수 있다(S12).
마이크로 렌즈, 칼라 필터 어레이를 통해 포토 다이오드에 축적된 광 전하는 제1 및 제2 비아를 통하여 플로팅 확산 영역으로 제공되며, 상기 제1 및 제2 비아에 대응하는 제1 및 제2 신호가 생성된다(S13). 상기 제1 및 제2 신호 중 적어도 하나를 이용하여 칼라 신호가 생성될 수 있으며, 또한 상기 제1 및 제2 신호의 대칭성 정도를 분석함에 의하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다(S14).
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시모스 이미지 센서의 동작방법을 나타내는 플로우차트이다.
먼저, 두 개 이상의 필터들(이하, 제1 및 제2 필터) 상에 하나의 마이크로 렌즈가 배치된다(S21). 전술한 실시예에서와 같이 다수의 필터들이 하나의 필터 그룹을 구성할 수 있으며, 예컨대 하나의 필터 그룹은 2*2, 3*3, 4*4 픽셀 등 다양한 형태로 정의가 가능하다. 상기 제1 및 제2 필터는 어느 하나의 필터 그룹에 포함되는 동일한 칼라를 센싱하기 위한 필터일 수 있다.
동일한 마이크로 렌즈의 하부에 배치되는 제1 및 제2 필터에 대응하여 각각 제1 및 제2 비아가 배치된다. 마이크로 렌즈 및 제1 및 제2 필터를 통해 박막 형태의 포토 다이오드에 광 전하가 축적되면, 제1 필터에 대응하는 포토 다이오드 영역에 제1 비아가 전기적으로 연결되고, 상기 제1 비아를 통하여 광 전하가 플로팅 확산 영역으로 전달된다(S22). 이와 유사하게, 제2 필터에 대응하는 포토 다이오드 영역에 제2 비아가 전기적으로 연결되고, 상기 제2 비아를 통하여 광 전하가 플로팅 확산 영역으로 전달된다(S23).
제1 및 제2 비아를 통해 전달된 광 전하를 이용하여 제1 및 제2 신호가 생성된다(S24). 상기 제1 및 제2 필터는 동일한 필터 그룹에 속하는 동일한 칼라를 센싱한 신호로서, 상기 제1 및 제2 신호 중 적어도 하나를 이용하여 센싱 결과에 따른 출력 전압이 생성될 수 있다. 한편, 뎁스(Depth) 정보를 산출하기 위하여 상기 제1 및 제2 신호가 이용될 수 있으며, 예컨대 제1 및 제2 신호의 대칭성 정도를 분석함에 의하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다(S125).
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 포함하는 시스템을 나타내는 블록도이다. 시스템(7000)은 이미지 데이터를 필요로 하는 컴퓨팅 시스템, 스마트 폰 등 모바일 장치, 카메라 시스템, 스캐너, 차량 네비게이션, 비디오 폰, 경비 시스템 또는 움직임 검출 시스템 중 어느 하나 일 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 시스템(7000)은 중앙 처리장치(또는 프로세서)(7100), 비휘발성 메모리(7200), 시모스 이미지 센서(7300), 입출력 장치(7400) 및 RAM(7500)을 포함할 수 있다. 중앙 처리장치(7100)는 버스(7600)를 통해서 비휘발성 메모리(7200), 시모스 이미지 센서(7300), 입출력 장치(7400) 및 RAM(7500)과 통신할 수 있다. 시모스 이미지 센서(7400)는 독립된 반도체 칩으로 구현될 수도 있고, 중앙 처리장치(7100)와 결합하여 하나의 반도체 칩으로 구현될 수도 있다. 도 16에 도시된 시스템에 포함된 시모스 이미지 센서(7300)는 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 이상에서 설명된 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 예컨대, 어느 하나의 픽셀에 대응하여 하나의 마이크로 렌즈가 배치되고, 하나의 픽셀은 다수 개의 서브 픽셀들로 구분될 수 있으며, 각각의 서브 픽셀에 대응하여 비아가 형성될 수 있다. 다수 개의 서브 픽셀들에 대응하는 픽셀 신호들을 통해 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다. 또는, 다수 개의 픽셀들을 포함하는 픽셀 그룹에 대응하여 하나의 마이크로 렌즈가 배치될 수 있으며, 하나의 픽셀 그룹으로부터의 적어도 두 개의 픽셀 신호를 분석함에 의하여 뎁스(Depth) 정보가 산출될 수 있다.
도 17은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시모스 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다. 도 17을 참조하면, 상기 전자시스템(8000)은 mipi 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA, PMP 또는 스마트 폰으로 구현될 수 있다. 상기 전자 시스템(8000)은 어플리케이션 프로세서(8010), 시모스 이미지 센서(8040) 및 디스플레이(8050)를 포함할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(8010)에 구현된 CSI 호스트(8012)는 카메라 시리얼 인터페이스(camera serial interface; CSI)를 통하여 시모스 이미지 센서(8040)의 CSI 장치(8041)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, 상기 CSI 호스트(8012)에는 광 디시리얼라이저가 구현될 수 있고, CSI 장치(8041)에는 광 시리얼라이저가 구현될 수 있다.
어플리케이션 프로세서(8010)에 구현된 DSI 호스트(8011)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface; DSI)를 통하여 디스플레이(8050)의 DSI 장치(8051)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, DSI 호스트(8011)에는 광 시리얼라이저가 구현될 수 있고, DSI 장치(8051)에는 광 디시리얼라이저가 구현될 수 있다.
전자 시스템(8000)은 어플리케이션 프로세서(8010)와 통신할 수 있는 RF 칩(8060)을 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(8000)의 PHY(8013)와 RF 칩(8060)의 PHY(8061)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
전자 시스템(8000)은 GPS(8020), 스토리지(8070), 마이크(8080), DRAM(8085) 및 스피커(8090)를 더 포함할 수 있으며, 상기 전자 시스템(8000)은 Wimax(8030), WLAN(8100) 및 UWB(8110) 등을 이용하여 통신할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 반도체 기판에 형성된 플로팅 확산 영역;
    다수의 픽셀들에 대응하여 배치되는 박막 형태의 포토 다이오드;
    상기 포토 다이오드와 상기 플로팅 확산 영역 사이에 전기적으로 연결된 다수 개의 비아들; 및
    적어도 두 개의 픽셀들에 대응하여 배치되는 제1 마이크로 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 픽셀들에 대응하여 배치되는 칼라 필터 어레이를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀들은, 서로 동일한 칼라를 센싱하는 제1 및 제2 서브 픽셀들을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 서브 픽셀들로부터의 픽셀 신호들을 이용하여 뎁스(Depth) 정보가 산출되는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈에 대응하여 n 개의 서브 픽셀들이 배치되며(단, n 은 2 이상의 정수),
    상기 다수 개의 비아들은, 상기 n 개의 서브 픽셀들 각각에 대응하여 배치되는 n 개의 비아들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 픽셀들은 하나의 필터 그룹을 구성하며, 상기 필터 그룹은 동일한 칼라를 센싱하는 제1 및 제2 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수 개의 비아들은, 상기 하나의 필터 그룹에 포함되는 다수의 필터들 각각에 대응하여 배치되는 다수 개의 비아들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 다른 두 개의 픽셀들에 대응하여 배치되는 제2 마이크로 렌즈를 더 구비하며,
    상기 제1 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀들은 제1 칼라를 센싱하기 위한 필터들이며, 상기 제2 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀들은 제2 칼라를 센싱하기 위한 필터들인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 다른 두 개의 픽셀들에 대응하여 배치되는 제2 마이크로 렌즈를 더 구비하며,
    상기 제1 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀들의 칼라 패턴과 상기 상기 제2 마이크로 렌즈에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀들의 칼라 패턴은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서.
  9. 제1 마이크로 렌즈 및 제1 필터를 투과한 빛에 의하여 박막 형태의 포토 다이오드에 축적된 광 전하를, 제1 비아를 통해 제1 플로팅 확산 영역으로 전달하는 단계;
    제1 마이크로 렌즈 및 제2 필터를 투과한 빛에 의하여 박막 형태의 포토 다이오드에 축적된 광 전하를, 제2 비아를 통해 제2 플로팅 확산 영역으로 전달하는 단계;
    상기 제1 플로팅 확산 영역에 축적된 광 전하에 대응하는 제1 픽셀 신호와, 상기 제2 플로팅 확산 영역에 축적된 광 전하에 대응하는 제2 픽셀 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 픽셀 신호를 이용하여 뎁스(Depth) 정보를 산출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 동작방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 필터는 서로 동일한 제1 칼라를 센싱하는 필터인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지 센서의 동작방법.
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