KR20180058754A - 컬러 필터 센서들 - Google Patents
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Abstract
혁신은 복수의 센서들을 포함하는 센서 어레이로서, 각각의 센서는 길이 치수 및 폭 치수를 갖고 센서에 입사하는 방사선에 응답하여 신호를 생성하도록 구성된, 상기 센서 어레이, 및 복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이로서, 필터 어레이는 광이 센서 어레이에 입사하기 전에 광을 필터링하도록 배치되고, 필터 어레이는 센서 어레이에 대해 배열되어서 복수의 센서들의 각각이 적어도 하나의 대응 필터를 통해 전파하는 방사선을 수신하는, 상기 필터 어레이를 포함한다. 각각의 필터는 길이 치수 및 폭 치수를 가지며, 필터의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비, 필터의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비, 또는 양자 모두가 1 보다 큰 비 정수이다.
Description
본 출원은 일반적으로 디지털 이미징을 위한 컬러 필터 어레이 (CFA) 들에 관한 것이다.
상보형 금속 산화물 반도체 (complementary metal oxide semiconductor; CMOS) 이미지 센서들 및 전하 커플형 디바이스 (charge-coupled device; CCD) 들을 포함하는 이미지 센서들은, 장면들을 캡처하기 위해 디지털 이미징 어플리케이션들에 사용될 수 있다. 이미지 센서는 센서들의 어레이를 포함한다. 어레이 에서의 각각의 센서는 감광성 엘리먼트와 접촉하는 입사광 또는 방사선의 세기에 비례하는 크기를 갖는 신호를 출력하기 위한 적어도 하나의 감광성 엘리먼트를 포함한다. 장면으로부터 반사 또는 방출되는 입사광에 노출될 때, 어레이에서의 각각의 센서는 장면에서의 하나의 지점에서 광의 세기에 대응하는 크기를 갖는 신호를 출력한다. 각각의 감광성 엘리먼트로부터 출력된 신호들은 캡처된 장면을 나타내는 이미지를 형성하도록 프로세싱될 수도 있다.
컬러 이미지들을 캡처하기 위해, 감광성 엘리먼트들은 상이한 컬러들과 연관된 광의 파장을 별도로 검출할 수 있어야 한다. 예를 들어, 센서는 제 1, 제 2 및 제 3 컬러들 (예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 파장들) 을 검출하도록 설계될 수도 있다. 이를 달성하기 위해, 센서들의 어레이에서의 각각의 센서는 단일 컬러 필터 (예를 들어, 적색, 녹색 또는 청색 필터) 로 커버될 수도 있다. 단일 컬러 필터들은 컬러 필터 어레이 (CFA) 에서의 각각의 개별 필터가 어레이에서의 하나의 개별 센서와 정렬되도록 센서들의 어레이 상부에 CFA 를 형성하기 위해 패턴으로 배열될 수도 있다. 따라서, 어레이에서의 각각의 센서는 그와 정렬된 필터에 대응하는 단일 컬러의 광을 검출할 수도 있다.
CFA 패턴의 일 예는 Bayer CFA 이며, 여기서 어레이 부분은 교번하는 적색 및 녹색 컬러 필터들 및 교번하는 청색 및 녹색 컬러 필터들의 로우 (row) 로 구성된다. 각각의 컬러 필터는 하부에 놓인 센서들의 어레이에서의 하나의 센서에 대응한다. Bayer CFA 에서, 컬러 필터들의 절반은 녹색 컬러 필터들이고, 컬러 필터들의 1/4 은 청색 컬러 필터들이며, 컬러 필터들의 1/4 은 적색 컬러 필터들이다. 적색 및 청색 필터들의 2 배인 녹색 필터들의 사용은 녹색 및 적색 광보다 녹색 광을 더 잘 보는 인간의 눈의 능력을 모방한다. 일부 배열에서, Bayer CFA 에서의 각각의 센서는 어레이에서 수평 및 수직 배열로 배치된 그의 가장 근접한 이웃들과 상이한 컬러의 광에 민감하다. 예를 들어, 각각의 녹색 필터에 가장 가까운 이웃은 적색 및 청색 필터들이고, 각각의 적색 필터에 대한 가장 가까운 이웃은 녹색 필터들이고, 각각의 청색 필터에 대한 가장 가까운 이웃은 녹색 필터들이다. 각각의 필터의 가장 가까운 이웃들은 서로 상이한 컬러 표시들을 갖기 때문에, 각각의 필터는 하나의 대응 센서 상에만 놓인다.
컬러 필터 재료는 염료 (dye) 들, 또는 더 일반적으로는 안료 (pigment) 들로 구성되어, 컬러 필터의 스펙트럼을 정의한다. 각각의 컬러 필터의 사이즈는 센서의 사이즈, 예를 들어 1:1 비에 대응한다. 하지만, 이러한 레벨의 공간 해상도 (resolution) 를 달성하는데 있어서 제조상의 어려움 및 물리적 한계가 1.1㎛ 해상도 미만의 센서들에 대해 비실용적이게 된다. 현재, 기술 동향들은 더 높은 이미지 해상도를 요구하고, 따라서 센서 사이즈도 더 작다; 하지만, 기술은 안료 및 염료 컬러 필터 사이즈들을 1.1㎛ 이하로 신뢰성있게 감소시킬 수 없다. 또한, 필터 엘리먼트들을 그들의 대응 센서들과 정렬하는 것이 더 어렵다. 따라서, CFA 를 사용한 새로운 접근법들이 서브 마이크론 사이즈의 컬러 이미지 센서들을 사용하는 구현들을 개선할 수도 있다.
발명의 시스템들, 방법들 및 디바이스들은 각각 몇몇 양태들을 가지며, 이들 중 단 하나만이 그 바람직한 속성들에 단독으로 책임이 있는 것은 아니다. 후속하는 청구항들에 의해 표현된 바와 같은 본 발명의 범위를 제한하지 않으면서, 일부 특징들이 이제 간단히 논의될 것이다. 이러한 논의를 고려한 후에, 특히 "상세한 설명" 이라는 제목의 섹션을 읽은 후에, 본 발명의 특징들이 어떻게 이점들을 제공하는지를 이해할 것이다.
하나의 혁신은 센싱 디바이스를 포함하며, 센싱 디바이스는 복수의 센서들을 포함하는 센서 어레이로서, 각각의 센서는 길이 치수 및 폭 치수를 갖고 센서에 입사하는 방사선에 응답하여 신호를 생성하도록 구성되는, 센서 어레이; 및 복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이로서, 필터 어레이는 광이 센서 어레이에 입사하기 전에 광을 필터링하도록 배치되고, 필터 어레이는 센서 어레이에 대해 배열되어서 복수의 센서들의 각각이 적어도 하나의 대응 필터를 통해 전파하는 방사선을 수신하며, 각각의 필터는 길이 치수 및 폭 치수를 갖는, 필터 어레이를 포함하고, 필터의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비, 필터의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비, 또는 양자 모두가 1 보다 큰 비 정수이다.
그러한 혁신은 다른 양태들을 포함한다. 예를 들어, 필터 어레이는 필터들의 반복된 배열을 포함할 수도 있고, 반복된 배열은, 제 1 길이 및 폭 치수를 갖고 제 1 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 1 필터; 제 2 길이 및 폭 치수를 갖고 제 2 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 2 필터; 제 3 길이 및 폭 치수를 갖고 제 3 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 3 필터; 및 제 4 길이 및 폭 치수를 갖고 제 1, 제 2 또는 제 3 범위의 파장들 중 임의의 것을 통과시키도록 구성된 제 4 필터를 포함한다. 일 양태에서, 필터들의 반복된 배열은 제 1 필터가 제 1 센서 상에 그리고 제 1 센서에 인접한 적어도 3 개의 다른 센서들의 적어도 일부 상에 배치되도록 배열된다. 다른 양태에서, 필터의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비는 1 보다 큰 비 정수이다. 또 다른 양태에서, 필터의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비는 1 보다 큰 비 정수이다. 또 다른 양태에서, 복수의 센서들 중 적어도 일부는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 필터들 중 2 개 이하의 필터에 의해 필터링된 방사선을 수신하기 위해 필터 엘리먼트들에 대해 포지셔닝된다. 또 다른 양태에서, 제 1 필터, 제 2 필터, 제 3 필터 및 제 4 필터의 길이 치수는 동일하다. 또 다른 양태에서, 제 1 필터, 제 2 필터, 제 3 필터 및 제 4 필터의 폭 치수는 동일하다. 또 다른 양태에서, 제 1 필터는 약 570 nm 내지 약 750 nm 범위의 광 파장을 통과시키고; 제 2 필터는 약 450 nm 내지 약 590 nm 범위의 광 파장을 통과시키며; 그리고 제 3 필터는 약 380 nm 내지 약 570 nm 범위의 광 파장을 통과시킨다. 또 다른 양태에서, 필터 어레이는 중합체 재료를 포함한다. 또 다른 양태에서, 복수의 센서들의 각각은 실질적으로 동일한 사이즈인 면적 치수에 의해 정의되는 수광 표면을 포함한다. 또 다른 양태에서, 하나의 센서의 중심으로부터 인접 센서의 중심까지의 거리가 1.1 ㎛ 미만인, 센싱 디바이스가 구성될 수도 있다. 또 다른 양태에서, 필터의 길이 치수와 대응 센서의 길이 치수의 비는 1.0 과 2.0 사이이다. 또 다른 양태에서, 필터의 폭 치수와 대응 센서의 폭 치수의 비는 1.0 과 2.0 사이이다.
또 다른 현신은, 복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이를 갖는 센서 어레이를 향해 전파하는 광을 필터링하는 단계로서, 필터 어레이는 광이 센서 어레이에 입사하기 전에 광을 필터링하도록 센서 어레이에 대해 포지셔닝되고, 각각의 필터는 길이 치수 및 폭 치수를 가지는, 광을 필터링하는 단계; 및 센서 어레이 상에서 필터링된 광을 수신하는 단계로서, 센서 어레이는 각각이 센서에 입사하는 광에 응답하는 신호를 생성하도록 구성된 복수의 센서들을 포함하고, 센서 어레이는 필터 어레이에 대해 배열되어서 복수의 센서들의 각각이 센서에 대응하는 적어도 하나의 필터를 통해 전파하는 광을 수신하는, 상기 광을 수신하는 단계를 포함하는, 방법을 포함하며, 각각의 센서는 길이 치수 및 폭 치수를 가지며, 필터의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비, 필터의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비, 또는 양자 모두가 1 보다 큰 비 정수이다.
그러한 혁신은 다른 양태들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일 양태에서, 필터 어레이는 필터들의 반복된 배열을 포함하고, 반복된 배열은, 제 1 길이 및 폭 치수를 갖고, 제 1 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 1 필터; 제 2 길이 및 폭 치수를 갖고 제 2 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 2 필터; 제 3 길이 및 폭 치수를 갖고 제 3 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 3 필터; 및 제 4 길이 및 폭 치수를 갖고 제 1, 제 2 또는 제 3 범위의 파장들 중 임의의 것을 통과시키도록 구성되는 제 4 필터를 포함한다. 일부 양태들에서, 필터들의 반복된 배열은 제 1 필터가 제 1 센서 상에 그리고 제 1 센서에 인접한 적어도 3 개의 다른 센서들의 적어도 일부 상에 배치되도록 배열된다. 또 다른 양태에서, 필터의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비는 1 보다 큰 비 정수이다. 또 다른 양태에서, 필터의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비는 1 보다 큰 비 정수이다. 또 다른 양태에서, 제 1 필터는 약 570 nm 내지 약 750 nm 범위의 광 파장을 통과시키고; 제 2 필터는 약 450 nm 내지 약 590 nm 범위의 광 파장을 통과시키며; 그리고 제 3 필터는 약 380 nm 내지 약 570 nm 범위의 광 파장을 통과시킨다.
또 다른 혁신에서, 센싱 디바이스는 복수의 센서들을 포함하는 센서 어레이로서, 각각의 센서는 길이 치수 및 폭 치수를 갖고 센서에 입사하는 방사선에 응답하여 신호를 생성하도록 구성되는, 센서 어레이; 및 센서 어레이를 향해 전파하는 광을 필터링하는 수단으로서, 광을 필터링하는 수단은 광이 하나 이상의 대응 센서들에 입사하기 전에 광을 필터링하도록 센서 어레이에 대해 포지셔닝되고, 광을 필터링하는 수단은 각각 길이 치수 및 폭 치수를 갖는, 상기 광을 필터링 하는 수단을 포함한다. 그러한 혁신들에서, 광을 필터링하는 수단의 각각의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비, 광을 필터링하는 수단의 각각의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비, 또는 양자 모두가 1 보다 큰 비 정수이다.
그러한 혁신은 다른 양태들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일 양태에서, 센싱 디바이스의 광을 필터링하는 수단은 필터들의 어레이를 포함한다. 또 다른 양태에서, 광을 필터링하는 수단은 필터들의 반복된 배열을 포함하고, 반복된 배열은, 제 1 길이 및 폭 치수를 갖고 제 1 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 1 필터; 제 2 길이 및 폭 치수를 갖고 제 2 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 2 필터; 제 3 길이 및 폭 치수를 갖고 제 3 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 3 필터; 및 제 4 길이 및 폭 치수를 갖고 제 1, 제 2 또는 제 3 범위의 파장들 중 임의의 것을 통과시키도록 구성된 제 4 필터를 포함한다. 또 다른 양태에서, 필터들의 반복된 배치는 제 1 필터가 제 1 센서 상에 그리고 제 1 센서에 인접한 적어도 3 개의 다른 센서들의 적어도 일부 상에 배치되도록 배열된다. 또 다른 양태에서, 복수의 센서들의 적어도 일부는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 필터들 중 2 개 이하의 필터에 의해 필터링된 방사선을 수신하기 위해 필터 엘리먼트들에 대해 포지셔닝된다. 또 다른 양태에서, 제 1 필터, 제 2 필터, 제 3 필터 및 제 4 필터의 길이 치수는 동일하다. 또 다른 양태에서, 제 1 필터, 제 2 필터, 제 3 필터 및 제 4 필터의 폭 치수는 동일하다. 또 다른 양태에서, 제 1 필터는 약 570 nm 내지 약 750 nm 범위의 광 파장을 통과시키고; 제 2 필터는 약 450 nm 내지 약 590 nm 범위의 광 파장을 통과시키며; 그리고 제 3 필터는 약 380 nm 내지 약 570 nm 범위의 광 파장을 통과시킨다. 또 다른 양태에서, 광을 필터링하는 수단의 길이 치수와 대응 센서의 길이 치수의 비는 1.0 과 2.0 사이이다. 또 다른 양태에서, 광을 필터링하는 수단의 폭 치수와 대응 센서의 폭 치수의 비는 1.0 과 2.0 사이이다.
또 다른 혁신은, 복수의 센서들을 포함하는 센서 어레이로서, 복수의 센서들의 각각은 길이 치수 및 폭 치수를 갖는, 상기 센서 어레이; 및 복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이로서, 필터 어레이는 필터 어레이를 통과하는 광이 센서 어레이에 입사하도록 센서 어레이에 인접하여 배치되고, 복수의 필터들의 각각은 길이 치수 및 폭 치수를 가지는, 상기 필터 어레이를 포함하는 장치를 포함하고, 필터 길이 및 폭 치수들 중 적어도 하나는 센서 길이 및 폭 치수들에 대해 각각 사이징되어, 필터들은 센서 길이 치수보다 크고 센서 길이 치수의 2 배보다 작은 필터 길이 치수, 및 센서 폭 치수보다 크고 센서 폭 치수의 2 배보다 작은 필터 폭 치수 중 하나 또는 양자 모두를 가진다.
또 다른 혁신은 센싱 디바이스를 제조하는 방법을 포함하고, 방법은 센서들의 어레이를 제공하는 단계로서, 각각의 센서는 방사선을 수신하기 위한 표면을 가지며, 표면은 길이 치수 및 폭 치수에 의해 정의되고, 각각의 센서 엘리먼트는 센서 엘리먼트에 입사하는 방사선에 기초하여 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 센서 어레이를 제공하는 단계; 및 센서들의 어레이에서의 센서들의 표면들을 향해 전파하는 방사선을 필터링하도록 센서들의 어레이에 인접하여 필터 엘리먼트들의 엘리먼트들을 배열하는 단계를 포함하고, 각각의 필터 엘리먼트는 길이 치수 및 폭 치수를 가지며, 필터 엘리먼트의 길이 치수 및 폭 치수 중 적어도 하나는 각각의 필터 엘리먼트를 통과한 방사선을 수신하는 대응 센서 엘리먼트의 개개의 길이 치수 및 폭 치수보다 더 크도록 사이징되며, 각각의 필터 엘리먼트는 센서 엘리먼트의 개개의 길이 또는 폭 치수에 의해 제산되는 필터 엘리먼트의 길이 및 폭 치수 중 적어도 하나의 결과가 1 보다 큰 비 정수이도록 사이징된다.
도 1 은 센서 어레이의 6x6 부분의 개략적인 예를 도시한다.
도 2 는 컬러 필터 어레이의 4x4 부분의 개략적인 예를 도시한다.
도 3 은 대안의 컬러 필터 어레이 구성을 갖는 도 2 의 예를 도시한다.
도 4 는 대안의 컬러 필터 구성을 갖는 도 2 및 도 3 의 예를 도시한다.
도 5 는 컬러 필터의 4x4 부분이 적용된 센서 어레이의 6x6 부분을 도시하며, 여기서 컬러 필터 엘리먼트들의 길이 및 폭은 센서들의 1.5x 이다.
도 6 은 센서 영역에 대해 컬러 필터 엘리먼트들을 강조하는 도 3 의 예를 도시하며, 여기서 컬러 필터 엘리먼트들의 길이 및 폭은 센서들의 1.5x 이다.
도 7 은 컬러 필터 어레이 및 센서 어레이의 사이즈 감소된 패턴의 일 예를 도시하며, 여기서 컬러 필터 엘리먼트들의 길이 및 폭은 센서들의 1.5x 이다.
도 8 은 1.5:1 컬러 필터 엘리먼트 대 센서 엘리먼트 구성의 일 예를 도시한다.
도 9 는 필터 전체에 걸쳐 반복될 수도 있는 3x3 패턴을 갖는 컬러 필터 배열의 일 예를 도시한다.
도 10 은 컬러 필터 엘리먼트들이 센서들의 2.5x 사이즈인 구성의 일 예를 도시한다.
도 11 은 컬러 필터 엘리먼트들이 센서들의 1.1x 사이즈인 구성의 일 예를 도시한다.
도 12 는 컬러 필터 및 센서 어레이의 사이즈 감소된 패턴의 일 예를 도시하며, 여기서 컬러 필터 엘리먼트들의 길이 및 폭은 센서들의 1.5x 이고, 센서 어레이의 센서들은 2:1 의 종횡비를 갖는다.
도 13 은 1.5:1 컬러 필터 엘리먼트 대 센서 엘리먼트 구성의 일 예를 도시하며, 여기서 센서들을 2:1 의 종횡비를 갖는다.
도 2 는 컬러 필터 어레이의 4x4 부분의 개략적인 예를 도시한다.
도 3 은 대안의 컬러 필터 어레이 구성을 갖는 도 2 의 예를 도시한다.
도 4 는 대안의 컬러 필터 구성을 갖는 도 2 및 도 3 의 예를 도시한다.
도 5 는 컬러 필터의 4x4 부분이 적용된 센서 어레이의 6x6 부분을 도시하며, 여기서 컬러 필터 엘리먼트들의 길이 및 폭은 센서들의 1.5x 이다.
도 6 은 센서 영역에 대해 컬러 필터 엘리먼트들을 강조하는 도 3 의 예를 도시하며, 여기서 컬러 필터 엘리먼트들의 길이 및 폭은 센서들의 1.5x 이다.
도 7 은 컬러 필터 어레이 및 센서 어레이의 사이즈 감소된 패턴의 일 예를 도시하며, 여기서 컬러 필터 엘리먼트들의 길이 및 폭은 센서들의 1.5x 이다.
도 8 은 1.5:1 컬러 필터 엘리먼트 대 센서 엘리먼트 구성의 일 예를 도시한다.
도 9 는 필터 전체에 걸쳐 반복될 수도 있는 3x3 패턴을 갖는 컬러 필터 배열의 일 예를 도시한다.
도 10 은 컬러 필터 엘리먼트들이 센서들의 2.5x 사이즈인 구성의 일 예를 도시한다.
도 11 은 컬러 필터 엘리먼트들이 센서들의 1.1x 사이즈인 구성의 일 예를 도시한다.
도 12 는 컬러 필터 및 센서 어레이의 사이즈 감소된 패턴의 일 예를 도시하며, 여기서 컬러 필터 엘리먼트들의 길이 및 폭은 센서들의 1.5x 이고, 센서 어레이의 센서들은 2:1 의 종횡비를 갖는다.
도 13 은 1.5:1 컬러 필터 엘리먼트 대 센서 엘리먼트 구성의 일 예를 도시하며, 여기서 센서들을 2:1 의 종횡비를 갖는다.
단어 "예시적인" 은 본 명세서에서 "일 예, 예증, 또는 예시로서 작용하는" 을 의미하도록 사용된다. "예시적인" 으로서 본 명세서에 기재된 임의의 실시형태가 반드시 다른 형태들보다 선호되거나 이로운 것으로 해석되지 않는다.
용어 "비 정수 비 (non-integer ratio)" 는 본 명세서에서 비율의 제 1 수 또는 비율 제 2 수가 "1" 이도록 그 비율이 간략화될 때 비율의 수들 중 적어도 하나가 소수 성분으로 표현되는 비율을 정의하는데 사용된다. 예를 들어, 1:1.5 의 비는 숫자 1 이 정수이고 숫자 1.5 가 소수 성분으로 표현되며; 소수 성분은 "0.5" 또는 1/2 이다. 본 명세서에 기재된 비율의 맥락에서, 서로에 대해 측정된 임의의 2 개의 것들은 설명된 정확한 크기가 아닐 수도 있지만, 그 수들은 본 명세서에서 2 개의 것들이 실질적으로 표현된 측정치와 동일하도록 기재되는 것으로 의미된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "약" 및 "실질적으로" 는 달리 언급되지 않으면 표현된 측정치의 10% 이내의 허용오차를 나타낸다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "광" 은 인간의 눈에 가시적인 및 비가시적인 방사선의 파장을 지칭한다.
단어들 "컬러 필터 어레이", "필터 어레이", 및 "필터 엘리먼트" 는 넓은 용어들이고 광의 가시적인 및 비가시적인 파장들을 포함하는 전자기 방사선의 필터링 스펙트럼과 연관된 임의의 형태의 필터링 기술을 의미하도록 본 명세서에서 사용된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "이미지 센서" 는 "센서" 로서 또한 지칭될 수도 있다.
용어 "컬러 필터 어레이" 또는 CFA 는 "필터 어레이", "컬러 필터들", "RGB 필터들" 또는 "전자기 방사선 필터 어레이"로 지칭될 수도 있다. 필터가 적색 필터, 청색 필터 또는 녹색 필터로 지칭될 때, 이러한 필터들은 각각 적색, 청색 또는 녹색과 연관된 하나 이상의 파장들을 갖는 광이 통과할 수 있도록 구성된다.
용어 "개개의" 는 본 명세서에서 대상과 연관된 대응 장치를 의미하도록 사용된다. 필터가 소정의 컬러 (예를 들어, 적색 필터, 파란색 필터, 녹색 필터) 로 언급될 때, 이러한 용어는 광의 그 컬러의 스펙트럼이 통과할 수 있도록 구성된 필터를 지칭한다 (예를 들어, 일반적으로 그 컬러와 연관되는 광의 파장들).
다음의 상세한 설명은 발명의 소정의 특정 실시형태들에 관련된다. 하지만, 발명은 다수의 상이한 방식들로 구현될 수 있다. 본 명세서의 양태들은 다양한 형태들로 구현될 수도 있고 본 명세서에 개시된 임의의 특정 구조, 기능 또는 양자 모두는 단지 대표적인 것임이 명백해야 한다. 본 명세서에서의 교시들에 기초하여, 당업자는 여기에 개시된 양태가 임의의 다른 양태들과는 독립적으로 구현될 수도 있고, 이들 양태들의 2 이상이 다양한 방식들로 결합될 수도 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 임의의 수의 양태들을 사용하여 장치가 구현될 수도 있고 또는 방법이 실시될 수도 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 양태들의 하나 이상에 부가하여 또는 이들 이외에 다른 구조, 기능성, 또는 구조 및 기능성을 사용하여 그러한 장치가 구현될 수도 있고 또는 그러한 방법이 실시될 수도 있다.
본 명세서에 기재된 예들, 시스템들 및 방법들은 디지털 카메라 기술들에 관하여 설명된다. 본 명세서에 기재된 시스템들 및 방법들은 다양한 상이한 감광성 디바이스들 또는 이미지 센서들 상에서 구현될 수도 있다. 이들은 범용 또는 특수 목적 이미지 센서들, 환경들 또는 구성들을 포함한다. 발명과 함께 사용하기에 적합할 수도 있는 감광성 디바이스들, 환경들 및 구성들의 예들은, CMOS 또는 N 타입 금속-산화물-반도체 (NMOS) 기술들에서의 반도체 전하-커플형 디바이스들 (CCD) 또는 액티브 센서들을 포함하지만 이에 제한되지 않으며, 이들 모두는 디지털 카메라, 핸드 헬드 또는 랩탑 디바이스들, 및 모바일 디바이스들 (예를 들어, 폰들, 스마트 폰들, 개인용 데이터 보조기 (PDA) 들, 울트라 모바일 개인용 컴퓨터 (Ultra Mobile Personal Computer; UMPC) 들, 및 모바일 인터넷 디바이스 (MID) 들) 을 포함한 다양한 어플리케이션들에서 밀접하게 관련될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시형태들은 개별 센서들에 대해 정확한 필터 기능을 제공할 수 있는 컬러 필터 어레이 (CFA)(예를 들어, 도 2) 로 서브 마이크론 센서 (예를 들어, 1.1 ㎛ 미만 사이즈의 센서) 를 제작하는 것과 연관된 제조상의 어려움을 극복하기 위한 해결방안을 포함할 수도 있다. 현재의 최첨단 CFA 기술은 표준 1:1 컬러 필터 대 센서 비를 사용하여 약 1.1 ㎛ 해상도 이하로만 센서 사이즈들을 지원할 수 있다. 허용가능한 컬러 에러를 유지하고 높은 색 충실도 및 균일도를 달성하면서 더 작은 센서 사이즈들을 수용하기 위해, 개별 컬러 필터 엘리먼트들이 다수의 센서들에 걸쳐 연장할 수도 있고, 개별 센서들은 개별 센서들의 별도의 세그먼트들을 마스킹하는 다수의 컬러 필터 엘리먼트들의 부분들을 공유 할 수도 있다.
일부 예들에서, CFA 의 각각의 개별 컬러 필터 엘리먼트의 사이즈가 센서 어레이에서의 센서들의 사이즈보다 큰 경우, 소수의 컬러 필터 대 센서 비가 사용된다. 결과는 개별 센서들 상의 다수의 컬러들의 오버랩이다. 예를 들어, 컬러 필터들이 개별 센서들의 1.5x 사이즈 (예를 들어, 1.5:1 비) 이고 컬러 필터들에 사용된 컬러들이 적색, 녹색 및 청색 (RGB) 인 실시형태에서, 컬러 필터들을 통해 센서들에 의해 보여지는 바와 같은 컬러들의 조합은 또한 개별 센서들에서 보이는 광의 확장된 스펙트럼을 나타내는 청록색, 황색 및 백색을 포함하도록 RGB 를 너머 컬러들의 스펙트럼을 확장할 수 있다.
도 1 은 각각의 개별 센서 (101) 가 1:1 센서 종횡비를 갖는 정사각형으로 표현되고, 개별 센서 (101) 의 폭이 개별 센서 (101) 의 길이와 실질적으로 동일한 일 예의 센서들의 어레이 (또는 센서들)(100) 을 도시한다. 이러한 예는, 발명이 대안의 센서 엘리먼트 종횡비 (예를 들어, 센서 종횡비 2:1, 4:3 및 5:4) 를 사용하는 센서들의 어레이 (100) 에 적용될 수도 있기 때문에, 제한적으로 해석되지 않아야 한다. 도 1 은 총 36 개의 개별 센서들을 포함하는 6x6 정사각형의 센서들의 어레이 (100) 를 제공한다. 다양한 구현들이 임의의 수의 센서들을 포함하는 센서 어레이에 적용될 수 있기 때문에, 이 예는 제한적으로 해석되지 않아야 한다.
일 예의 실시형태에서, 센서들의 어레이 (100) 는 반도체 CCD 또는 시프트 레지스터에 커플링된 송신 영역과 통합된 광활성 영역 (또는 실리콘의 에피택셜층) 으로 구성된 임의의 디바이스를 포함할 수도 있다. 이미지들을 캡처하기 위한 CCD 의 일 예의 실시형태에서, 이미지는 커패시터 어레이를 포함하는 센서들의 어레이 (100) 상으로 렌즈를 통해 투영될 수 있어서, 각각의 커패시터로 하여금 그 위치에서 광 세기에 비례하는 전하를 축적하게 한다.
대안으로, 센서들의 어레이 (100) 는 액티브 센서 (본 명세서에서 CMOS 센서로 또한 지칭됨), 또는 센서들의 어레이 (100) 를 포함하는 집적 회로로 구성된 임의의 디바이스를 포함할 수도 있고, 각각의 센서는 광 검출기 및 액티브 증폭기를 포함한다. 이러한 실시형태에서, 센서들의 어레이 (100) 는 로우들 및 컬럼들로 배열될 수도 있다. 일부 예들에서, 주어진 로우에서의 개별 센서들은 리셋 라인들을 공유할 수도 있어서, 전체 로우가 한번에 리셋될 수도 있다. 로우에서 각각의 센서의 로우 선택 라인들이 또한 접속될 수도 있다. 주어진 컬럼에서의 각각의 센서의 출력은 단일 출력 단자 (또는 라인) 을 함께 형성하도록 접속될 수도 있다. 하나의 로우만이 주어진 시간에 선택되어서, 출력 라인을 위한 어떠한 "경쟁" 도 발생하지 않는다. 센서 출력을 증폭하는 증폭기 회로가 컬럼 기반 상에 제공될 수도 있다.
또 다른 예의 실시형태에서, 센서들의 어레이 (100) 는 NMOS 또는 이미지 센서의 온 칩 (on-chip) 로직을 구축하는 n-타입 트랜지스터들로 구성된 임의의 이미지 센서를 포함할 수도 있다.
도 2 는 개별 필터들의 어레이를 포함하는 일 예의 컬러 필터 어레이 (CFA)(200) 를 도시한다. 도 2, 도 3 및 도 8 에서, 수평 라인들, 대각선 라인들 및 수직 라인들의 예시된 패턴은 단지 필터의 도시된 표현이며, 이러한 라인들은 필터의 임의의 물리적 구조를 나타내지 않는다. 이 예에서, CFA (200) 는 패터닝된 정사각형들로서 도시된 4x4 CFA (200) 로 구성되고, 각각의 정사각형은 특정 범위의 파장을 통과하도록 설계된 개별 필터 (201) 를 나타내고, 각각의 정사각형은 그 특정 필터를 통과할 수도 있는 광의 컬러를 나타내는 알파벳 문자로 라벨링되며; 문자 R 은 적색, 문자 G 는 녹색, 그리고 문자 B 는 청색을 지칭한다. CFA (200) 는 도 2 의 CFA (200) 의 상부 좌측 코너에 굵은 테두리 정사각형으로 도시된 바와 같은 순환 (recurring) 필터 엘리먼트들 (230) 의 반복가능한 패턴을 나타내는 2x2 필터 어레이를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 순환 필터 엘리먼트 (230) 의 패턴은 수평 라인 패턴으로 도 2 에 나타내는 순환 필터 엘리먼트들 (230) 의 패턴의 상부 좌측 코너에 위치된, 제 1 필터 엘리먼트를 포함할 수 있고, 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에서 표시하는 중심에서의 문자 "R" 은 컬러 적색과 연관된 하나 이상의 파장들을 갖는 광을 통과시키도록 구성된 적색 필터이다. 순환 필터 엘리먼트 (230) 의 패턴은 또한 제 1 필터 엘리먼트 (210) 의 우측에 그리고 이에 인접하여 배치된 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 인접하여 그리고 그 아래에 배치된 제 3 필터 엘리먼트 (220) 를 포함할 수도 있다. 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 의 양자 모두는, 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 가 컬러 녹색과 연관된 하나 이상의 파장들을 갖는 광을 통과시키도록 구성된 녹색 필터들을 표시하는, 중심에서의 문자 "G" 로 대각선 라인 패턴을 갖는 것으로 도시된다. 순환 필터 엘리먼트들 (230) 의 패턴은 또한, 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 양자 모두에 직접 인접하고 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 대각선으로 인접하여 위치된 제 4 필터 엘리먼트 (225) 를 포함할 수도 있다. 제 4 필터 엘리먼트 (225) 는 컬러 청색과 일반적으로 연관되는 하나 이상의 파장들을 갖는 광을 통과시키도록 구성된 청색 필터를 표시하는 분자 "B" 를 포함하고, 수직 및 수평 라인들의 크로스 해치 패턴을 갖는 정사각형으로 도시된다. 이러한 2x2 배열의 순환 필터 엘리먼트들 (230) 의 패턴의 일 예 (두꺼운 경계선들을 갖는 정사각형에 의해 강조된 도시) 는 도 2 에 의해 도시된 4x4 CFA (200) 를 생성하도록 반복된다.
CFA (200) 는 방사선을 필터링하고 파장의 특정 범위만을 허용하기 위해서 센서들 (100) 의 어레이를 마스킹할 수도 있어서, CFA (200) 에 포함된 각각의 개별 필터 (201) 는, 개별 필터들의 구성, 예를 들어 CFA (200) 의 제 1 필터 엘리먼트 (210), 제 2 필터 엘리먼트 (215), 제 3 필터 엘리먼트 (220), 및 제 4 필터 엘리먼트 (225) 에 기초하여, 대응 센서들이 전자기 스펙트럼의 특정 범위에만 노출되도록 한다. 도 2 는 위에 논의된 Bayer 필터 구성을 도시하는 일 예이며, 여기서 RGB 컬러 필터들은 센서들에 노출된 광을 RGB 파장 영역들로 제한한다. 이러한 예는 적외선, 자외선, 또는 가시광 이외 전자기 스펙트럼의 다른 범위들을 포함하는 필터들 뿐만 아니라, 컬러 필터들의 사이즈 및 컬러 패턴들의 대안의 구성들을 포함할 수도 있다.
예를 들어, 도 3 은 CFA (300) 의 상부 좌측 코너에서 굵은 테두리 정사각형으로 도시된 순환 필터 엘리먼트 (230) 의 반복가능한 패턴을 나타내는 2x2 필터 어레이를 포함하는 대안의 CFA 구성을 도시한다. 순환 필터 엘리먼트 (230) 의 패턴은 순환 필터 엘리먼트 (230) 의 패턴의 상부 좌측 코너에 위치되는 제 1 필터 엘리먼트 (210) 를 포함할 수도 있으며, 이는 청색 필터를 표시하는 문자 B 를 포함하고, 수직 및 수평 라인들의 크로스 해치 패턴을 갖는 정사각형으로 도 3 에 나타낸다. 순환 필터 엘리먼트들 (230) 의 패턴은 또한 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 인접하여 그 우측에 배치된 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 인접하여 그 아래에 배치된 제 3 필터 엘리먼트 (220) 를 포함할 수도 있다. 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 는 양자 모두가 중심에서 문자 G 를 갖는 대각선 라인 패턴을 갖는 것으로 도시되어, 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 양자 모두 녹색 필터인 것을 표시한다. 순환 필터 엘리먼트 (230) 의 패턴은 또한 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 에 바로 인접하고 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 대각선으로 인접하여 위치된 제 4 필터 엘리먼트 (225) 를 포함할 수도 있다. 제 4 필터 엘리먼트 (225) 는 수평 라인 패턴으로 도시되고, 제 4 엘리먼트 (225) 를 표시하는 중심의 문자 R 은 적색 필터이다. 이러한 2x2 배열, 순환 필터 엘리먼트 (230)(두꺼운 경계선들을 갖는 정사각형으로 강조된 도시) 의 패턴의 일 예가 반복되어 도 3 에 의해 도시된 4x4 CFA (300) 를 생성한다.
대안의 구성의 다른 예가 도 4 에 제공된다. 도 4 는 CFA (400) 의 상부 좌측 코너의 굵은 테두리 정사각형에 의해 도시된 바와 같은 순환 필터 엘리먼트 (230) 의 반복가능한 패턴을 나타내는 2x2 필터 어레이를 포함하는 대안의 CFA 구성을 도시한다. 예를 들어, 순환 필터 엘리먼트 (230) 의 패턴은, 제 1 필터 엘리먼트 (210) 가 연관된 파장을 통과시키도록 설계된 녹색 필터임을 표시하는, 중심에서 문자 (G) 를 갖는 대각선 라인 패턴을 갖는 정사각형으로서 도 4 에 나타내는, 순환 필터 엘리먼트들 (230) 의 패턴의 상부 좌측 코너에 위치된, 제 1 필터 엘리먼트 (210) 를 포함할 수 있다. 순환 필터 엘리먼트 (230) 의 패턴은 또한 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 인접하여 그 우측에 배치된 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 인접하여 그 아래에 배치된 제 3 필터 엘리먼트 (220) 를 포함할 수도 있다. 제 2 필터 엘리먼트 (215) 는 통과가능한 파장의 일반적인 범위를 표시하기 위해 중심에서의 문자 R 및 수평 라인 패턴으로 도시된다. 제 3 필터 엘리먼트 (220) 는 수직 및 수평 라인들의 크로스 해치 패턴을 가지며 연관된 파장을 통과시키도록 설계된 청색 필터를 표시하는 문자 B 를 포함하는 것으로 도시된다. 순환 필터 엘리먼트 (230) 의 패턴은 또한 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 에 바로 인접하고 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 대각선으로 인접하여 위치된 제 4 필터 엘리먼트 (225) 를 포함할 수도 있다. 제 4 필터 엘리먼트 (225) 는 중심에 문자 G 가 있는 대각선 패턴으로 도시되어, 제 4 필터 엘리먼트 (225) 가 연관된 파장을 통과하도록 설계된 녹색 필터임을 표시한다. 이러한 2x2 배열, 순환 필터 엘리먼트 (230)(두꺼운 경계선들을 갖는 정사각형으로 강조된 도시) 의 패턴의 일 예가 반복되어 도 4 에 도시된 4x4 CFA (400) 를 생성한다.
이전에 논의된 바와 같이, 센서들의 어레이 (100) 에서의 개별 센서 (101) 의 사이즈와 비교할 때, 통상의 CFA (200) 의 각각의 개별 필터 (201) 의 사이즈는 1:1 비를 사용하여 동작하며, 여기서 파장의 특정 범위는 단일 센서에 대응하고 그 단일 센서에 인접하여 배치된다. 예를 들어, 통상의 CFA 의 개별 필터는 개별 센서에 대응하여 필터에 의해 필터링된 광이 그 센서에만 전파한다. 도 5 는 센서들의 어레이 (100) 의 각각의 개별 센서 (101) 에 대한 CFA (200) 의 각각의 개별 필터 (201) 의 사이즈 비가 1.5:1 인, 일 예의 실시형태를 도시한다. 이 예에서, 각각의 개별 필터 (201) 는 위에 배치되는 개별 센서 (101) 의 길이 및 폭의 1.5 배이어서, 각각의 개별 필터 (201) 가 다수의 센서들 위에 배치되게 한다. 도 5 는 본 발명에서 구현된 CFA (200) 및 센서들의 어레이 (100) 의 일 예의 구성을 제공하기 위해 도 2 의 CFA (200) 에 병합된 도 1 의 6x6 센서들의 어레이 (100) 를 추가로 도시한다. 이 구성에서, CFA (200) 의 개별 필터는 센서들의 어레이 (100) 의 개별 센서의 1.5 배 사이즈이고, 각각의 개별 센서 (101) 는 개별 센서 (101) 의 길이와 실질적으로 동일한 개별 센서의 폭을 갖는 표준 1:1 길이 및 폭 비이다. 이러한 구성은 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이마다 한번씩 중심 센서 (305) 위에 배치된 4 개까지의 별도의 인접 필터들의 인스턴스들을 생성할 수도 있다. 이 예는 제한으로서 해석되지 않아야 한다.
이전에 언급된 바와 같이, 도 5 는 예시의 구성이 어떻게 개별 센서 (101) 가 하나보다 많은 개별 필터 (201) 에 의해 마스킹되도록 야기할 수 있는지를 도시한다. 이 예에서, 중심 센서 (305) 는 2 개의 녹색 필터들, 적색 필터 및 청색 필터에 의해 마스킹될 수도 있으며, 필터들은 각각 센서의 광 센싱 표면의 1/4을 커버한다. 중심 센서 (305) 의 바로 위 그리고 그 바로 좌측에 있는 2 개의 센서들 (510, 520) 은 2 개의 필터들에 의해 각각 마스킹되고, 여기서 센서들의 광 센싱 표면의 절반이 적색 필터에 의해 마스킹되고, 나머지 절반은 녹색 필터에 의해 마스킹된다. 중심 센서 (305) 의 바로 아래 그리고 그 바로 우측에 있는 2 개의 센서들 (525, 515) 은 각각 2 개의 필터들에 의해 마스킹되며, 여기서 센서의 광 센싱 표면의 절반이 청색 필터에 의해 마스킹되고, 나머지 절반이 녹색 필터에 의해 마스킹된다. 이는 적색, 녹색 및 청색 파장 뿐만 아니라 청록색, 황색 및 백색 (RGBCYW) 을 포함하도록 소정의 센서들로 필터링된 스펙트럼 범위를 확장하는 부가 이익을 창출한다.
도 5 의 CFA (200) 는 개별 컬러 필터들의 모자이크이다. CFA (200) 는 패터닝된 정사각형으로 도시된 4x4 CFA (200) 로 구성되며, 각각의 정사각형은 개별 필터 (201) 를 나타내고 특정 필터를 통과할 수도 있는 광의 컬러를 나타내는 알파벳 문자로 라벨링된다. 문자 R 은 적색, 문자 G 는 녹색, 문자 B 는 청색을 지칭한다. CFA (200) 는 매트릭스의 상부 좌측 코너에 위치되는 제 1 필터 엘리먼트 (210) 를 포함하는데, 이는 수평 라인 패턴과 중심의 문자 R 로 구성되어 통과가능한 파장의 일반적인 범위를 나타낸다. CFA (200) 는 또한 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 인접하여 그리고 제 1 필터 엘리먼트 (210) 의 우측 (도 5 배향과 관련하여) 에 배치된 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 인접하고 제 1 필터 엘리먼트 (210) 아래에 (도 5 배향과 관련하여) 배치된 제 3 필터 엘리먼트 (220) 를 포함한다. 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 는 양자 모두가 중심에서 문자 G 를 갖는 대각선 라인 패턴을 갖는 것으로 도시되어, 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 양자 모두가 연관된 파장을 통과하도록 설계된 녹색 필터임을 표시한다. CFA 는 또한 녹색 필터 (215, 220) 양자 모두에 바로 인접하고 적색 필터 (210) 에 바로 인접하여 위치된 제 4 필터 엘리먼트 (225) 를 포함하고, 수직 및 수평 라인의 크로스 해치 패턴으로 구성되며, 청색 필터를 표시하는 문자 B 를 포함한다.
도 5 는 센서들의 어레이 (100) 및 필터 CFA (200) 구성에서의 순환 엘리먼트 (315) 의 일 예의 구성 (500) 을 추가로 도시한다. 순환 엘리먼트 (315) 는 도 5 의 상부 좌측 코너의 어두운 윤곽의 정사각형으로 강조되고, 이 어두운 윤곽의 정사각형은 정사각형 3x3 형성에서의 9 개의 개별 센서들 및 이 개별 센서들 위에 배치된 정사각형 2x2 형성에서의 4 개의 컬러 필터 엘리먼트들을 포함한다. 4 개의 컬러 필터 엘리먼트들은 각각 적색 (210), 녹색 (215), 청색 (225) 및 녹색 (220) 을 나타낸다 (상부 좌측 코너로부터 시계 방향).
도 6 은 순환 필터 엘리먼트 (230) 및 센서들의 어레이 (100) 의 예시적인 도면을 제공하며, 개별 필터 (201) 는 두꺼운 경계선들에 의해 도면에서 구분되고 센서 (100) 의 어레이는 얇은 선들로 구분되어 센서들의 어레이 (100) 비에 대한 CFA (200) 가 1.5:1 인 본 발명의 일 실시형태이다. 도 6 은 본 발명의 일 예의 실시형태의 명확성을 나타내기 위해 제공되며, 도 1 및 도 2 의 조합을 포함하지만, 도 2 에 포함된 패턴들을 제거하고 대신 본 발명의 일 예의 실시형태를 도시하기 위해 수직 (405) 및 수평 (410) 경계선들을 사용한다. 경량의 경계선들은 각각의 개별 센서 (101) 의 경계들을 나타내고, 중량의 선들은 각각의 개별 필터 (201) 의 경계들은 나타낸다. 이러한 선들은 시각화 목적으로만 도시됨을 유의한다.
도 6은 센서들의 어레이 (100) 및 필터 CFA (200) 구성에서의 순환 엘리먼트 (315) 의 예를 도시한다. 순환 엘리먼트 (315) 는 도 6 의 상부 좌측 코너에서 어두운 윤곽의 정사각형에 의해 강조되고, 이 어두운 윤곽의 정사각형은 정사각형, 3x3 형성에서의 9 개의 개별 센서 및 이 개별 센서들에 인접한 정사각형, 2x2 형성에서의 4 개의 컬러 필터 엘리먼트들을 포함한다. 4 개의 컬러 필터 엘리먼트들은 각각 적색, 녹색, 청색 및 녹색을 나타낸다 (상부 좌측 코너로부터 시계 방향).
도 5 및 도 6 양자 모두는 도 3 및 도 4 에 정의된 1.5:1 비를 사용하는 CFA (200) 및 센서들의 어레이 (100) 의 순환 패턴의 부가 예시도를 제공한다.
도 7 은 2x2 배열, 4 개의 정사각형들을 인클로징되는 순환 필터 엘리먼트 (230)(시각화 목적으로 각각의 필터 엘리먼트 주위에서 두꺼운 테두리를 사용하여 강조됨) 의 일 예의 패턴을 포함하며, 각각의 정사각형은 4 개의 컬러 필터의 어레이에서의 개별 필터 (201) 에서 나타나고, 상부 좌측 필터 (예를 들어, 제 1 필터 엘리먼트 (210)) 는 적색에 대한 문자 R을 포함하고, 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 에 바로 인접한 2 개는 녹색을 지칭하는 문자 G 를 포함하고, 제 4 필터 엘리먼트 (225) 문자 B 는 청색을 지칭한다. 이들 필터들의 컬러 라벨들은 일반적으로 각각의 필터를 통과하도록 허용된 파장을 나타낸다. 도 7 의 2x2 컬러 필터 어레이는 센서에 대한 컬러 필터의 비가 1.5:1 이 되도록 9 개의 센서 (310) 의 3x3 어레이에 인접하여 배치되어 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이와 실질적으로 매칭되는 컬러 필터의 2x2 배열을 초래한다.
도 8 은 하나의 센서 상의 복수의 컬러 필터들의 사용이 RGB 에서 RGBCYW 로의 컬러들의 스펙트럼을 확장하는 위에 간략하게 논의된 개념을 도시한다. 이러한 예시의 실시형태에서, 2x2 컬러 필터 어레이는 센서에 대한 컬러 필터의 비가 1.5:1 이 되도록 9 개의 센서 (310) 의 3x3 어레이 (시각화 목적으로 각각의 센서 엘리먼트 주위의 두꺼운 테두리를 사용하여 강조됨) 위에 배치될 수도 있다. 이는 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이와 실질적으로 매칭하는 컬러 필터들의 2x2 배열을 초래한다. 여기서, 제 1 센서 (103) 는 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 의해 완전히 마스킹될 수 있으며, 여기서 제 1 필터 엘리먼트 (210) 는 적색 광의 스펙트럼을 통과하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 제 1 센서 (103) 는 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 의해 제한되는 광의 스펙트럼에 노출될 수도 있다. 실질적으로 제 1 센서 (103) 아래 (도 8 의 배향에서) 에 놓여진 제 2 센서 (104) 는 2 개의 CFA 필터들 (이 예에서는 제 1 필터 엘리먼트 (210) 및 제 2 필터 엘리먼트 (215)) 에 의해 마스킹될 수도 있다. 각각의 CFA 필터 엘리먼트는 제 2 센서 (104) 의 부분들을 마스킹하도록 포지셔닝될 수도 있다. 이 예에서, 제 2 센서 (104) 는 녹색 및 적색 파장의 조합에 노출되어 주황색 (590 - 620 nm 파장), 황색 (570 - 590 nm 파장), 및 더 밝은 음영의 녹색 (490 - 550 nm 파장) 을 제 2 센서 (104) 에 포함하기에 충분히 넓을 수 있는 광 스펙트럼을 초래할 수 있다. 제 1 센서 (103) 에 인접하고 그 바로 우측에 놓인 제 3 센서 (109) 는 필터 엘리먼트들의 유사한 조합에 의해 야기된 동일한 광의 넓은 스펙트럼을 경험할 수도 있다. 제 3 센서 (109) 는 제 1 필터 엘리먼트 (210) 및 제 2 필터 엘리먼트 (215) 에 의해 마스킹될 수도 있다. 제 2 센서 (104) 및 제 3 센서 (109) 양자 모두가 황색을 포함할 수 있는 보다 넓은 방사선 스펙트럼을 경험하기 때문에, 양자의 센서들은 "Y" 로 라벨링된다.
도 8 은 제 2 센서 (104) 에 인접하고 그 바로 아래에 있는 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이의 저부 로우에 있는 제 4 센서 (105) 를 도시한다. 2x2 필터 매트릭스는 제 4 필터 엘리먼트 (105) 가 제 3 필터 엘리먼트 (220) 에 의해 완전히 마스킹되도록 배열될 수 있으며, 여기서 제 3 필터 엘리먼트 (220) 는 녹색 광의 스펙트럼을 통과시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 제 4 센서 (105) 의 광 센싱 엘리먼트는 제 3 필터 엘리먼트 (220) 에 의해 제한되는 광의 스펙트럼에 노출 될 수도 있다. 제 3 센서 (109) 에 인접하고 그 바로 우측에 놓이는 제 5 센서 (110) 는 제 4 센서 (105) 와 동일한 필터링된 광 스펙트럼을 경험할 수도 있다. 제 4 센서 (105) 및 제 5 센서 (110) 양자 모두가 녹색으로 제한될 수도 있는 방사선 스펙트럼을 경험하기 때문에, 양 센서는 모두 "G" 로 라벨링된다.
부가적으로, 도 8 은 제 4 센서 (105) 에 인접하고 그 바로 우측 (도 8 의 배향에서) 의 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이의 저부 로우 상의 제 6 센서 (106) 를 추가로 도시한다. 제 6 센서 (106) 는 2 개의 개별 CFA 필터들 (이 예에서, 제 3 필터 엘리먼트 (220) 및 제 4 필터 엘리먼트 (225)) 에 의해 마스킹될 수 있다. 각각의 CFA 필터 엘리먼트는 제 6 센서 (106) 의 부분들을 마스킹하도록 포지셔닝될 수도 있다. 이 예에서, 제 6 센서 (106) 는 녹색 및 청색 파장의 조합에 노출될 수도 있어서 컬러 청록색 (490-520 nm 파장) 을 포함할 수 있는 광 스펙트럼을 초래한다. 제 5 센서 (110) 에 인접하고 그 바로 아래에 (도 8 의 배향에서) 놓이는 제 7 센서 (111) 는, 제 6 센서 (106) 를 마스킹하는 필터 엘리먼트들의 조합에 의해 야기된 광의 동일한 스펙트럼을 경험할 수도 있다. 제 7 센서 (111) 는 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 4 필터 엘리먼트 (225) 에 의해 마스킹될 수 있다. 제 6 센서 (106) 및 제 7 센서 (111) 양자 모두가 컬러 청록색을 포함할 수도 있는 방사선의 넓은 스펙트럼을 경험하기 때문에, 양자의 센서들은 "C" 로 라벨링된다.
도 8 은 제 7 센서 (111) 에 인접하고 그 바로 아래 (도 8 의 배향에서) 9 개의 센서들의 3x3 어레이의 저부 로우 상의 제 8 센서 (107) 를 추가로 도시한다. 2x2 필터 매트릭스는 제 8 센서 (107) 가 제 4 필터 엘리먼트 (225) 에 의해 완전히 마스킹되도록 배열될 수 있고, 여기서 제 4 필터 엘리먼트 (225) 는 청색 광의 스펙트럼을 통과시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 제 8 센서 (107) 의 광 센싱 엘리먼트는 제 4 필터 엘리먼트 (225) 에 의해 제한되는 광의 스펙트럼에 노출될 수도 있다. 제 8 센서 (107) 가 컬러 청색으로 제한될 수도 있는 방사선의 스펙트럼을 경험하기 때문에, "B" 로 라벨링된다.
도 8 은 9 개의 센서들 (310) 의 3 × 3 어레이의 중심에서의 제 9 센서 (108) 를 도시한다. 2x2 필터 매트릭스는 제 9 센서 (108) 가 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 의해 25 %, 제 2 필터 엘리먼트 (215) 에 의해 25 %, 제 3 필터 엘리먼트 (220) 에 의해 25 % 및 제 4 필터 엘리먼트 (225) 에 의해 25 % 마스킹되도록 배열될 수 있다. 따라서, 제 9 센서 (108) 의 광 센싱 엘리먼트는 9 개의 센서 (310) 의 3x3 어레이에서의 나머지 센서들에 노출된 스펙트럼보다 넓은 광 스펙트럼에 노출될 수도 있다. 제 9 센서 (108) 가 노출될 수도 있는 광의 넓은 스펙트럼으로 인해, 화소가 필터 엘리먼트들에 의해 허용된 주파수의 혼합에 노출될 수도 있음을 나타내는 "W" 로 라벨링된다. 결과의 어레이는 각각 11 % R, W 및 B 및 22 % G 및 C 의 유효 센서 조성을 갖는다.
도 9 는 도 1 의 센서들의 어레이 (100) 에 적용된 도 8 의 예시의 실시형태들을 도시한다. 도 9 는 또한 도 8 에 기재된 예시의 실시 형태를 사용하여 개별 센서 (101) 에 노출된 광의 스펙트럼을 식별하는 각각의 개별 센서 (101) 상에 하나의 문자 라벨을 포함한다.
도 9 는 각각의 정사각형이 알파벳 문자를 포함하는 센서 어레이 (900) 또는 센서 어레이 (900) 의 일부를 나타내는 작은 정사각형의 6x6 어레이를 나타낸다. 어레이 (900) 는 3x3 센서 어레이들의 반복된 패턴으로 보여질 수 있다. 센서를 나타내는 상부 좌측 코너에서의 제 1 센서 (103)(제 1 정사각형으로 나타냄) 를 포함하고 그 센서에 의해 수신된 광을 나타내는 문자 R 을 포함하는 각각의 3x3 센서 어레이 (901) 는 적색이다. 상부 좌측 센서 (103) 에 바로 인접하고 이들 센서들에 의해 수신된 광을 표시하는 문자 "Y" 를 포함하는 2 개의 센서들 (104, 109) 은 황색이다. 황색 센서 (104, 109) 양자 모두에 직접 인접하고 적색 센서 (103) 에 대각선으로 인접하여 "W" (제 9 센서 (108)) 로 라벨링된 센서가 있으며, 이는 제 9 센서 (108) 가 제 9 센서 (108) 을 오버랩하는 RGB 필터들 (예를 들어 이전에 논의된 4 개의 필터 엘리먼트들) 의 조합으로 인해 백색 광을 수신하는 것을 나타낸다. 제 9 센서 (108) 에 대각선으로 인접하고 황색 센서들 (104, 109) 에 바로 인접하여 "G" 문자를 갖는 2 개의 센서들 (105, 110) 이 있으며, 이는 녹색 컬러 필터로 인해 녹색 광을 수신한다는 것을 나타낸다. 제 9 센서 (108) 에 바로 인접하고 황색 센서들과 관련하여 제 9 센서 (108) 의 대향 단부 상에 문자 "C"로 라벨링된 2 개의 센서들 (106, 111) 이 있다. 이들 센서들 (제 6 센서 (106) 및 제 7 센서 (111)) 에 대한 녹색 및 청색 필터들의 오버랩으로 인해 이들 센서들이 노출되는 컬러는 청록색이다. 마지막으로, 청록색 센서 (제 6 센서 (106) 및 제 7 센서 (111)) 에 직접 인접하고 제 9 센서 (108) 에 대각선으로 인접하여 청색 필터를 통해 전파하는 광을 수신하는 센서를 나타내는 B (제 8 센서 (107)) 로 라벨링된 센서가 있다.
하기에서 설명되는 바와 같이, 개별 필터 (201) 의 사이즈는 개별 센서 (101) 에 대해 달라질 수도 있으며, 결국 복수의 개별 컬러 필터들에 의해 마스킹된 개별 센서 (101) 에 노출된 광의 스펙트럼을 변화시킨다. 이를 예시하기 위해, 필터 엘리먼트가 대응 센서 엘리먼트보다 단지 1.1 배 큰 1.1:1 CFA (200) 대 센서들의 어레이 (100) 비 (하기에서 논의됨) 에서, 제 2 센서 (104) 는 녹색 광에 비해 훨씬 더 적은 적색 광의 스펙트럼을 가지게 된다.
도 10 은 개별 컬러 필터들이 개별 센서 (101) 의 2.5x 사이즈인 예시의 구성을 도시한다. 도 5 와 유사하게, 도 10 은 전자기 방사 필터 어레이 (1005) 와 병합된 6x6 센서들의 어레이 (100) 를 제공한다. 개별 필터 (201) 의 사이즈는 개별 센서 (101) 의 사이즈 및 형상에 따라 변할 수도 있음을 유의해야 한다.
도 10 은 전자기 방사선 필터 어레이 (1005) 의 개별 필터 (201) 와 센서 엘리먼트들의 어레이 (100) 의 각각의 개별 센서 (101) 의 사이즈 비가 2.5:1 인 예시의 실시형태 (1000) 를 도시한다. 이 예에서, 개별 필터 (201) 의 길이는 개별 센서 (101) 의 길이 및 폭의 2.5 배이다. 이 구성에서, 각각의 개별 센서 (101) 는 개별 센서 (101) 의 길이와 실질적으로 동일한 개별 센서 (101) 의 폭을 갖는 표준 1:1 길이 및 폭 비이다. 이 구성은 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 36 개의 센서들의 모든 그룹에서 중심 센서 (305) 에 인접하여 배치 된 4 개까지의 개별 필터들의 인스턴스를 생성할 수도 있다. 본 발명은 대안의 센서 종횡비 (예를 들어, 센서 종횡비 2:1, 4:3, 5:4 등) 를 사용하는 센서 엘리먼트들의 어레이 (100) 에, 또는 대안의 종횡비를 사용하는 전자기 방사선 필터 어레이 (1005) 에 적용될 수도 있기 때문에, 이러한 예는 제한으로서 해석되지 않아야 한다.
도 10 에서의 전자기 방사선 필터 어레이 (1005) 는 개별 컬러 필터들의 모자이크를 포함한다. 전자기 방사선 필터 어레이 (1005) 는 패터닝된 정사각형들로 도시된 2x2 필터 어레이로 구성되고, 각각의 정사각형은 개별 필터 (201) 를 나타내고 그 특정 필터를 통과할 수도 있는 광의 컬러를 나타내는 알파벳 문자로 라벨링된다. 이 예에서, 문자 R 은 적색을 지칭하고, 문자 G 는 녹색을 지칭하며, 문자 B 는 청색을 지칭한다. 전자기 방사선 필터 어레이 (1005) 는 통과가능한 파장들의 일 예의 범위를 표시하기 위해 중심에서의 문자 R 및 수평 라인 패턴으로 구성되는, 매트릭스의 상부 좌측 코너에 위치된, 제 1 필터 (1010) 를 포함한다. 전자기 방사선 필터 어레이 (1005) 는 또한 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 인접하고 그 바로 우측에 (도 10 의 배향에서) 배치된 제 2 필터 (1015) 및 제 1 필터 (1010) 에 인접하고 그 바로 아래에 배치된 제 3 필터 (1020) 를 포함한다. 제 2 필터 (1015) 및 제 3 필터 (1020) 양자 모두는 중심에서 문자 G 를 갖는 대각선 라인 패턴을 갖는 것으로 도시되어, 제 2 필터 (1015) 및 제 3 필터 (1020) 양자 모두가 연관된 파장을 통과시키도록 설계된다. CFA (200) 는 또한 제 2 필터 (1015) 및 제 3 필터 (1020) 양자 모두에 바로 인접하고 제 1 필터 (1010) 에 바로 인접하여 위치된 제 4 필터 (1025) 를 포함하고, 수직 및 수평 라인들의 크로스 해치 패턴으로 구성되며, 통과가능한 파장들의 일 예의 범위를 표시하는 문자 B 를 포함한다.
도 11 은 개별 필터 (201) 대 대응 센서 (101) 의 사이즈 비가 1.1:1 인 예시의 실시형태들 도시한다. 이 예에서, 개별 필터 (201) 의 길이는 개별 센서 (101) 의 길이 및 폭에 1.1 배이다. 이러한 구성에서, 각각의 개별 센서 (101) 는 개별 센서 (101) 의 폭이 실질적으로 그 개별 센서 (101) 의 길이와 동일한 표준 1:1 길이 및 폭 비이다.
도 11 의 필터 CFA 구성 및 센서 엘리먼트들의 어레이에서의 순환 엘리먼트 (315) 는 필터 엘리먼트들의 10x10 매트릭스 및 센서 엘리먼트들의 11x11 매트릭스를 포함한다. 필터 엘리먼트들은 시각화 목적을 위해 센서 엘리먼트들의 경계보다 굵은 윤곽으로 강조된다. 각각의 센서 엘리먼트는 노출되는 전자기 방사선의 범위를 표시하는 문자로 라벨링된다. 예를 들어, 문자 R 을 포함하는 센서 엘리먼트들은 적색을 지칭하고, G 는 녹색을 지칭하고, B 는 청색을 지칭하고, C 는 청록색을 지칭하고, Y 는 황색을 지칭하며, W 는 백색을 지칭한다. 이러한 예시의 구성에서 R, G, 및 B 의 모든 3 개의 스펙트럼들에 노출된 다수의 센서 엘리먼트들이 있음을 유의한다. 이러한 종류의 구성은 광의 모든 컬러들에 응답하는 광다이오드들에 대해 유용한 CFA 일 수도 있으며; 즉, 센서 엘리먼트들의 일부 또는 모두가 "전정색 (panchromatic)" 이고, 더 많은 광이 전형적인 Bayer 매트릭스와 비교하여 흡수되기 보다는 검출된다.
도 12 는 일 예의 2x2 배열, 연관된 화소들의 1.5x 사이즈인 일 예의 컬러 필터 엘리먼트들 (230) 의 패턴을 포함하고, 화소들은 2:1 의 종횡비를 갖는다. 이러한 예시의 순환 필터 엘리먼트들 (230) 의 패턴은 4 개의 정사각형들 (각각의 필터 엘리먼트 주위에 두꺼운 테두리를 사용하여 강조됨) 로 나타내고, 각각의 정사각형은 4 개의 컬러 필터들의 어레이에서 개별 필터 (201) 를 나타내며, 상부 좌측 필터 (예를 들어, 제 1 필터 엘리먼트 (210)) 는 적색에 대한 문자 R 을 포함하고, 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 3 필터 엘리먼트 (220) 에 바로 인접한 2 개는 적색을 지칭하는 문자 G 를 포함하며, 제 4 필터 엘리먼트 (225) 문자 B 는 청색을 지칭한다. 이들 필터들의 컬러 라벨들은 일반적으로 각각의 필터를 통과하도록 허용된 파장을 나타낸다. 도 12 의 2x2 컬러 필터 어레이는 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이에 인접하여 배치되어 컬러 필터들 대 센서들의 비가 1.5:1 이어서, 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 배열과 실질적으로 매칭하는 컬러 필터들의 2x2 배열을 초래한다.
도 13 은 2:1 종횡비를 갖는 다수의 컬러 필터들 센서의 사용에 관하여 도 12 에서 그리고 위에서 간략하게 논의된 개념을 도시한다. 이러한 예시의 실시형태에서, 2x2 컬러 필터 어레이는 컬러 필터 대 센서들의 비가 1.5 이도록 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이를 오버레이할 수도 있다. 이것은 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이와 실질적으로 매칭하는 컬러 필터들의 2x2 배열을 초래한다. 여기서, 제 1 센서 (103) 는 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 의해 완전히 마스킹될 수 있고, 제 1 필터 엘리먼트 (210) 는 적색 광의 스펙트럼을 통과시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 제 1 센서 (103) 의 광 센싱 엘리먼트는 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 의해 제한되는 광의 스펙트럼에 노출될 수도 있다. 제 1 센서 (103) 아래에 실질적으로 놓인, 제 2 센서는 2 개의 CFA 필터 엘리먼트들 (이 예에서, 제 1 필터 엘리먼트 (210) 및 제 2 필터 엘리먼트 (215)) 에 의해 마스킹될 수도 있다. 각각의 CFA 필터 엘리먼트는 제 2 센서 (104) 의 부분들을 마스킹하도록 포지셔닝될 수도 있다. 이 예에서, 제 2 센서 (104) 는 녹색 및 적색 파장들의 조합에 노출될 수도 있어서 제 2 센서 (104) 에 주황색 (590-620 nm 파장), 황색 (570-590 nm 파장), 및 녹색 (490-550 nm 파장) 의 더 밝은 음영을 포함시키기에 충분히 넓을 수 있는 광 스펙트럼을 초래한다. 제 1 센서 (103) 에 인접하여 그 바로 우측에 놓이는 제 3 센서 (109) 는 필터 엘리먼트들의 유사한 조합에 의해 야기된 광의 동일한 넓은 스펙트럼을 경험할 수도 있다. 제 3 센서 (109) 는 제 1 필터 엘리먼트 (210) 및 제 2 필터 엘리먼트 (215) 에 의해 마스킹될 수도 있다. 제 2 센서 (104) 및 제 3 센서 (109) 양자 모두가 컬러 황색을 포함할 수도 있는 방사선의 넓은 스펙트럼을 경험하기 때문에, 양자의 센서들은 "Y" 로 라벨링된다.
도 13 은 제 2 센서 (104) 에 인접하여 그 바로 아래에 있는 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이의 저부 로우 상의 제 4 센서 (105) 를 추가로 도시한다. 2x2 필터 매트릭스는 제 4 센서 (105) 가 제 3 필터 엘리먼트 (220) 에 의해 완전히 마스킹되도록 배열될 수 있고, 여기서 제 3 필터 엘리먼트 (220) 는 녹색 광의 스펙트럼을 통과시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 제 4 센서 (105) 의 광 센싱 엘리먼트는 제 3 필터 엘리먼트 (220) 에 의해 제한되는 광의 스펙트럼에 노출될 수도 있다. 제 3 센서 (109) 에 인접하여 그 바로 우측에 놓이는 제 5 센서 (110) 는 제 4 센서 (105) 와 동일한 필터링된 광 스펙트럼을 경험할 수도 있다. 제 4 센서 (105) 및 제 5 센서 (110) 가 컬러 녹색에 제한될 수도 있는 방사선의 스펙트럼을 경험하기 때문에, 양자의 센서들은 "G" 로 라벨링된다.
부가적으로, 도 13 은 제 4 센서 (105) 에 인접하여 그 바로 우측 (도 8 의 배향에서) 에 있는 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이의 저부 로우 상의 제 6 센서 (106) 를 추가로 도시한다. 제 6 센서 (106) 는 2 개의 개별 CFA 필터들 (이 예에서, 제 4 필터 엘리먼트 (220) 및 제 4 필터 엘리먼트 (225)) 에 의해 마스킹될 수 있다. 각각의 CFA 필터 엘리먼트는 제 6 센서 (106) 의 부분들을 마스킹하도록 포지셔닝될 수도 있다. 이 예에서, 제 6 센서 (106) 는 녹색 및 청색 파장들의 조합에 노출될 수도 있어서 컬러 청록색을 포함하기에 충분히 넓을 수 있는 광 스펙트럼을 초래한다. 제 5 센서 (110) 에 인접하여 그 바로 아래 (도 8 의 배향에서) 에 놓이는 제 7 센서 (111) 는 필터 엘리먼트들의 유사한 조합에 의해 야기되는 광의 동일한 넓은 스펙트럼을 경험할 수도 있다. 제 7 센서 (111) 는 제 2 필터 엘리먼트 (215) 및 제 4 필터 엘리먼트 (225) 에 의해 마스킹될 수 있다. 제 6 센서 (106) 및 제 7 센서 (111) 양자 모두가 컬러 청록색을 포함할 수도 있는 방사선의 넓은 스펙트럼을 경험하기 때문에, 양자의 센서들은 "C" 로 라벨링된다.
도 13 은 제 7 센서 (111) 에 인접하여 그 바로 아래 (도 8 의 배향에서) 의 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이의 저부 로우 상의 8 개의 센서 (107) 를 추가로 도시한다. 2x2 필터 매트릭스는 제 8 센서 (107) 가 제 4 필터 엘리먼트 (225) 에 의해 완전히 마스킹되도록 배열될 수 있고, 여기서 제 4 필터 엘리먼트 (225) 는 청색 광의 스펙트럼을 통과시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 제 8 센서 (107) 의 광 센싱 엘리먼트는 제 5 필터 엘리먼트 (225) 에 의해 제한되는 광의 스펙트럼에 노출될 수도 있다. 제 8 센서 (107) 가 컬러 청색에 제한될 수도 있는 방사선의 스펙트럼을 경험하기 때문에, "B" 로 라벨링된다.
도 13 은 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이의 중심에서의 제 9 센서 (108) 를 도시한다. 2x2 필터 매트릭스는 제 1 필터 엘리먼트 (210) 에 의해 25%, 제 2 필터 엘리먼트 (215) 에 의해 25%, 제 3 필터 엘리먼트 (220) 에 의해 25%, 그리고 제 4 필터 엘리먼트 (225) 에 의해 25% 마스킹된다. 따라서, 제 9 센서 (108) 의 광 센싱 엘리먼트는 9 개의 센서들 (310) 의 3x3 어레이에서의 나머지 센서들에 노출된 스펙트럼보다 더 넓은 광의 스펙트럼에 노출될 수도 있다. 제 9 센서 (108) 가 노출될 수도 있는 광의 넓은 스펙트럼으로 인해, 화소가 필터 엘리먼트들에 의해 허용된 주파수들의 혼합에 노출될 수 있는 것을 표시하는 "W" 로 라벨링된다.
시스템들 및 용어들의 구현
본 명세서에 개시된 구현들은 페이즈 검출 자동포커스 프로세스에서 사용하기 위한 값들을 계산하기 위해 이미징 다이오드들로부터 수신된 값들을 사용하기 위한 시스템들, 방법들 및 장치들을 제공한다. 당업자는 이러한 실시형태들이 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있음을 인식할 것이다.
일부 실시형태들에서, 위에 논의된 회로들, 프로세스들, 및 시스템들은 무선 통신 디바이스에서 활용될 수도 있다. 무선 통신 디바이스는 다른 전자 디바이스들과 무선으로 통신하는데 사용되는 일종의 전자 디바이스일 수도 있다. 무선 통신 디바이스들의 예들은 셀룰러 폰들, 스마트 폰들, 개인용 디지털 보조기 (PDA) 들, e-리더들, 게이밍 시스템을, 뮤직 플레이어들, 노트북들, 무선 모뎀들, 랩탑 컴퓨터들, 테블릿 디바이스들 등을 포함한다.
무선 통신 디바이스는 하나 이상의 이미지 센서들, 2 이상의 이미지 신호 프로세서들, 위에 논의된 프로세스들을 수행하기 위한 명령들 또는 모듈들을 포함하는 메모리를 포함할 수도 있다. 디바이스는 또한 데이터, 메모리로부터 명령들 및/또는 데이터를 로딩하는 프로세서, 하나 이상의 통신 인터페이스들, 하나 이상의 입력 디바이스들, 디스플레이 디바이스 및 전원/인터페이스와 같은 하나 이상의 출력 디바이스들을 가질 수도 있다. 무선 통신 디바이스는 송신기 및 수신기를 추가로 포함할 수도 있다. 송신기 및 수신기는 결합하여 트랜시버로 지칭될 수도 있다. 트랜시버는 무선 신호들을 송신 및/또는 수신하기 위해 하나 이상의 안테나들에 커플링될 수도 있다.
무선 통신 디바이스는 다른 전자 디바이스 (예를 들어, 기지국) 에 무선으로 접속할 수도 있다. 무선 통신 디바이스는 대안으로 이동 디바이스, 이동국, 가입자국, 사용자 장비 (UE), 원격국, 액세스 단말기, 이동 단말기, 단말기, 사용자 단말기, 가입자 유닛 등으로 지칭될 수도 있다. 무선 통신 디바이스의 예들은 랩톱 또는 데스크탑 컴퓨터들, 셀룰러 폰들, 스마트 폰들, 무선 모뎀들, e-리더들, 태블릿 디바이스들, 게이밍 시스템들 등을 포함한다. 무선 통신 디바이스는 제 3 세대 파트너십 프로젝트 (3GPP) 와 같은 하나 이상의 산업 표준들에 따라 동작 할 수도 있다. 따라서, 일반적인 용어 "무선 통신 디바이스" 는 산업 표준들 (예를 들어, 액세스 단말기, 사용자 장비 (UE), 원격 단말기 등) 에 따라 다양한 명칭들로 기재된 무선 통신 디바이스들을 포함할 수도 있다.
본 명세서에 기재된 기능들은 프로세서 판독가능 또는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령들로서 저장될 수도 있다. 용어 "컴퓨터 판독가능 매체" 는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체를 지칭한다. 한정이 아닌 예시로서, 이러한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 스토리지 디바이스들, 또는 명령 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 디스크 (disk) 및 디스크 (disc) 는 컴팩트 디스크 (Compact Disc; CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, 디지털 다기능 디스크 (Digital Versatile Disc; DVD), 플로피 디스크 및 블루 레이® 디스크를 포함하며, 여기서 디스크 (disk) 는 일반적으로 데이터를 자기 적으로 재생하는 한편 디스크 (disc) 는 레이저에 의해 광학적으로 데이터를 재생한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 유형의 그리고 및 비일시적일 수 있음을 유의해야 한다. 용어 "컴퓨터 프로그램 제품" 은 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서에 의해 실행, 프로세싱 또는 컴퓨팅될 수도 있는 코드 또는 명령들 (예를 들면, "프로그램") 과 조합하는 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "코드" 는 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서에 의해 실행가능한 소프트웨어, 명령, 코드 또는 데이터를 지칭할 수도 있다.
본 명세서에 개시된 방법들은 기재된 방법을 달성하기 위한 하나 이상의 단계들 또는 액션들을 포함한다. 방법 단계들 및/또는 액션들은 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 서로 상호교환될 수도 있다. 즉, 단계들 또는 액션들의 특정 순서가 설명되고 있는 방법의 적절한 동작에 대해 요구되지 않으면, 특정 단계들 및/또는 액션들의 순서 및/또는 사용은 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않으면서 수정될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어들 "커플", "커플링", "커플링된" 또는 단어 커플의 다른 변형들은 간접 접속 또는 직접 접속 중 어느 하나를 지시할 수도 있음을 유의해야 한다. 예를 들어, 제 1 컴포넌트가 제 2 컴포넌트에 "커플링된" 경우, 제 1 컴포넌트는 제 2 컴포넌트에 간접적으로 접속되거나 제 2 컴포넌트에 집적적으로 접속될 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "복수" 는 2 이상을 지시한다. 예를 들어, 복수의 컴포넌트들을 2 이상의 컴포넌트들을 나타낸다.
용어 "결정하는 것" 은 다양한 액션들을 포함하며, 따라서 "결정하는 것" 은 계산하는 것, 컴퓨팅하는 것, 프로세싱하는 것, 유도하는 것, 조사하는 것, 검색하는 것 (예를 들어 테이블, 데이터베이스 또는 다른 데이터 구조), 확인하는 것 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는 것" 은 수신하는 것 (예를 들어, 정보를 수신하는 것), 액세스하는 것 (예를 들어, 메모리에서의 데이터에 액세스하는 것) 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는 것" 은 해결하는 것, 선택하는 것, 선정하는 것, 확립하는 것 등을 포함할 수 있다.
구문 "에 기초하여" 는 달리 명시적으로 특정되지 않으면, "에만 기초하는" 을 의미하지 않는다. 즉, 구문 "에 기초하여" 는 "에만 기초하여" 및 "에 적어도 기초하여" 의 양자 모두를 설명한다.
상기 설명에 있어서, 특정 상세들은 예시들의 철저한 이해를 제공하기 위해 주어진다. 하지만, 이러한 예들이 이들 특정 상세들 없이 실시될 수도 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 전기 컴포넌트들/디바이스들은 불필요한 상세들로 예시들을 모호하게 하지 않도록 블록 다이어그램들로 나타낼 수도 있다. 다른 경우들에서, 그러한 컴포넌트들, 다른 구조들 및 기법들은 예시들을 추가로 설명하기 위해 상세하게 나타낼 수도 있다.
개시된 구현들의 이전 설명은 당업자가 본 발명을 제작 또는 사용하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다. 이들 구현들에 대한 다양한 수정들이 당업자에게 쉽게 명백할 것이고, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리들은 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 구현들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 나타낸 구현들에 제한되는 것으로 의도되는 것이 아니라 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규 피처들과 부합하는 최광의 범위를 따르도록 의도된다.
Claims (30)
- 센싱 디바이스로서,
복수의 센서들을 포함하는 센서 어레이로서, 각각의 센서는 길이 치수 및 폭 치수를 갖고 상기 센서에 입사하는 방사선에 응답하여 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 센서 어레이; 및
복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이로서, 상기 필터 어레이는 광이 상기 센서 어레이에 입사하기 전에 상기 광을 필터링하도록 배치되고, 상기 필터 어레이는 상기 센서 어레이에 대해 배열되어서, 상기 복수의 센서들의 각각이 적어도 하나의 대응 필터를 통해 전파하는 방사선을 수신하며, 각각의 필터는 길이 치수 및 폭 치수를 갖는, 상기 필터 어레이를 포함하고,
필터의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비, 필터의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비, 또는 양자 모두가 1 보다 큰 비 정수 (non-integer) 인, 센싱 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터 어레이는 필터들의 반복된 배열을 포함하고, 상기 반복된 배열은,
제 1 길이 및 폭 치수를 갖고, 제 1 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 1 필터;
제 2 길이 및 폭 치수를 갖고, 제 2 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 2 필터;
제 3 길이 및 폭 치수를 갖고 제 3 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 3 필터; 및
제 4 길이 및 폭 치수를 갖고, 상기 제 1, 제 2 또는 제 3 범위의 파장들 중 임의의 것을 통과시키도록 구성된 제 4 필터를 포함하는, 센싱 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 필터들의 반복된 배열은 상기 제 1 필터가 제 1 센서 상에 그리고 상기 제 1 센서에 인접한 적어도 3 개의 다른 센서들의 적어도 일부 상에 배치되도록 배열되는, 센싱 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
필터의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비는 1 보다 큰 비 정수인, 센싱 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비는 1 보다 큰 비 정수인, 센싱 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 센서들 중 적어도 일부는 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 필터 중 2 개 이하의 필터에 의해 필터링된 방사선을 수신하기 위해 필터 엘리먼트들에 대해 포지셔닝되는, 센싱 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 필터, 상기 제 2 필터, 상기 제 3 필터 및 상기 제 4 필터의 길이 치수는 동일한, 센싱 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 필터, 상기 제 2 필터, 상기 제 3 필터 및 상기 제 4 필터의 폭 치수는 동일한, 센싱 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 필터는 약 570 nm 내지 약 750 nm 범위의 광 파장을 통과시키고;
상기 제 2 필터는 약 450 nm 내지 약 590 nm 범위의 광 파장을 통과시키며; 그리고
상기 제 3 필터는 약 380 nm 내지 약 570 nm 범위의 광 파장을 통과시키는, 센싱 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터 어레이는 중합체 재료를 포함하는, 센싱 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터의 길이 치수와 대응 센서의 길이 치수의 비는 1.0 과 2.0 사이인, 센싱 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터의 폭 치수와 대응 센서의 폭 치수의 비는 1.0 과 2.0 사이인, 센싱 디바이스. - 복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이를 갖는 센서 어레이를 향해 전파하는 광을 필터링하는 단계로서, 상기 필터 어레이는 광이 상기 센서 어레이에 입사하기 전에 상기 광을 필터링하도록 상기 센서 어레이에 대해 포지셔닝되고, 각각의 필터는 길이 치수 및 폭 치수를 가지는, 상기 광을 필터링하는 단계; 및
상기 센서 어레이 상에서 필터링된 상기 광을 수신하는 단계를 포함하고,
상기 센서 어레이는 각각이 센서에 입사하는 광에 응답하는 신호를 생성하도록 구성된 복수의 센서들을 포함하고, 상기 센서 어레이는 상기 필터 어레이에 대해 배열되어서 상기 복수의 센서들의 각각이 상기 센서에 대응하는 적어도 하나의 필터를 통해 전파하는 광을 수신하며, 각각의 센서는 길이 치수 및 폭 치수를 가지며, 필터의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비, 필터의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비, 또는 양자 모두가 1 보다 큰 비 정수인, 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 필터 어레이는 필터들의 반복된 배열을 포함하고, 상기 반복된 배열은,
제 1 길이 및 폭 치수를 갖고, 제 1 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 1 필터;
제 2 길이 및 폭 치수를 갖고, 제 2 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 2 필터;
제 3 길이 및 폭 치수를 갖고, 제 3 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 3 필터; 및
제 4 길이 및 폭 치수를 갖고 상기 제 1, 제 2 또는 제 3 범위의 파장들 중 임의의 것을 통과시키도록 구성된 제 4 필터를 포함하는, 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 필터들의 반복된 배열은 상기 제 1 필터가 제 1 센서 상에 그리고 상기 제 1 센서에 인접한 적어도 3 개의 다른 센서들의 적어도 일부 상에 배치되도록 배열되는, 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 필터의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비는 1 보다 큰 비 정수인, 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 필터의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비는 1 보다 큰 비 정수인, 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 필터는 약 570 nm 내지 약 750 nm 범위의 광 파장을 통과시키고;
상기 제 2 필터는 약 450 nm 내지 약 590 nm 범위의 광 파장을 통과시키며; 그리고
상기 제 3 필터는 약 380 nm 내지 약 570 nm 범위의 광 파장을 통과시키는, 방법. - 센싱 디바이스로서,
복수의 센서들을 포함하는 센서 어레이로서, 각각의 센서는 길이 치수 및 폭 치수를 갖는, 상기 센서 어레이; 및
상기 센서 어레이를 향해 전파하는 광을 필터링하는 수단으로서, 상기 광을 필터링하는 수단의 각각은 상기 광이 하나 이상의 대응 센서들에 입사하기 전에 상기 광을 필터링하도록 상기 센서 어레이에 대해 포지셔닝되고, 상기 광을 필터링하는 수단은 각각 길이 치수 및 폭 치수를 갖는, 상기 광을 필터링하는 수단을 포함하고,
상기 광을 필터링하는 수단의 각각의 길이 치수 대 대응 센서의 길이 치수의 비, 상기 광을 필터링하는 수단의 각각의 폭 치수 대 대응 센서의 폭 치수의 비, 또는 양자 모두가 1 보다 큰 비 정수인, 센싱 디바이스. - 제 19 항에 있어서,
상기 광을 필터링하는 수단은 필터들의 어레이를 포함하는, 센싱 디바이스. - 제 19 항에 있어서,
상기 광을 필터링하는 수단은 필터들의 반복된 배열을 포함하고, 상기 반복된 배열은,
제 1 길이 치수 및 제 1 폭 치수를 갖고, 제 1 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 1 필터;
제 2 길이 치수 및 제 2 폭 치수를 갖고, 제 2 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 2 필터;
제 3 길이 치수 및 제 3 폭 치수를 갖고, 제 3 범위의 파장을 통과시키도록 구성된 제 3 필터; 및
제 4 길이 치수 및 제 4 폭 치수를 갖고, 상기 제 1 범위의 파장, 상기 제 2 범위의 파장 또는 상기 제 3 범위의 파장 중 임의의 것을 통과시키도록 구성된 제 4 필터를 포함하는, 센싱 디바이스. - 제 21 항에 있어서,
상기 필터들의 반복된 배치는 상기 제 1 필터가 제 1 센서 상에 그리고 상기 제 1 센서에 인접한 적어도 3 개의 다른 센서들의 적어도 일부 상에 배치되도록 배열되는, 센싱 디바이스. - 제 22 항에 있어서,
상기 복수의 센서들의 적어도 일부는 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 필터 중 2 개 이하의 필터에 의해 필터링된 방사선을 수신하기 위해 필터 엘리먼트들에 대해 포지셔닝되는, 센싱 디바이스. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 필터, 상기 제 2 필터, 상기 제 3 필터 및 상기 제 4 필터의 길이 치수는 동일한, 센싱 디바이스. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 필터, 상기 제 2 필터, 상기 제 3 필터 및 상기 제 4 필터의 폭 치수는 동일한, 센싱 디바이스. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 필터는 약 570 nm 내지 약 750 nm 범위의 광 파장을 통과시키고;
상기 제 2 필터는 약 450 nm 내지 약 590 nm 범위의 광 파장을 통과시키며; 그리고
상기 제 3 필터는 약 380 nm 내지 약 570 nm 범위의 광 파장을 통과시키는, 센싱 디바이스. - 제 19 항에 있어서,
상기 필터 길이 및 폭 치수들 중 적어도 하나는 상기 센서 길이 및 폭 치수들에 대해 각각 사이징되어, 상기 필터들의 각각이,
상기 센서 길이 치수보다 크고 상기 센서 길이 치수의 2 배보다 작은 필터 길이 치수, 및
상기 센서 폭 치수보다 크고 상기 센서 폭 치수의 2 배보다 작은 필터 폭 치수
중 하나 또는 양자 모두를 가지는, 센싱 디바이스. - 제 19 항에 있어서,
상기 광을 필터링하는 수단의 길이 치수와 대응 센서의 길이 치수의 비는 1.0 과 2.0 사이인, 센싱 디바이스. - 제 19 항에 있어서,
상기 광을 필터링하는 수단의 폭 치수와 대응 센서의 폭 치수의 비는 1.0 과 2.0 사이인, 센싱 디바이스. - 복수의 센서들을 포함하는 센서 어레이로서, 상기 복수의 센서들의 각각은 길이 치수 및 폭 치수를 갖는, 상기 센서 어레이; 및
복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이로서, 상기 필터 어레이는 상기 필터 어레이를 통과하는 광이 상기 센서 어레이에 입사하도록 상기 센서 어레이에 인접하여 배치되고, 상기 복수의 필터들의 각각은 길이 치수 및 폭 치수를 가지는, 상기 필터 어레이를 포함하고,
상기 필터 길이 및 폭 치수들 중 적어도 하나는 센서 길이 및 폭 치수들에 대해 각각 사이징되어, 상기 필터들은
상기 센서 길이 치수보다 크고 상기 센서 길이 치수의 2 배보다 작은 필터 길이 치수, 및
상기 센서 폭 치수보다 크고 상기 센서 폭 치수의 2 배보다 작은 필터 폭 치수
중 하나 또는 양자 모두를 가지는, 장치.
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