KR20210146511A - Qbc 패턴에 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 카메라 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 카메라 시스템 및 그 동작 방법이 개시된다. 일 실시예에 따르면, 카메라 시스템은, 적어도 하나의 픽셀 블록을 포함하는 이미지 센서-상기 적어도 하나의 픽셀 블록은 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각은 픽슬렛(Pixlet)들을 포함하고, 상기 픽슬렛은 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 다이오드를 포함함-; 및 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들 중 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛에서 획득하는 이미지들을 입력 받아, 상기 이미지들 사이의 시차(Parallax)를 이용하여 상기 이미지 센서와 피사체 사이의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함할 수 있다.
Description
아래의 설명은 카메라 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상보적인 픽슬렛 구조를 갖는 이미지 센서를 포함하는 카메라 시스템에 대한 기술이다.
기존의 카메라 시스템은 마이크로 렌즈 아래 하나의 픽셀 내에 하나의 광 다이오드만이 배치되는 이미지 센서를 포함함으로써, 적어도 하나의 파장을 갖는 광선을 처리하여 일반적인 이미지를 획득하는 것 이외의 응용 기능-피사체까지의 거리(Depth) 추정 등-을 수행하지 못한다.
따라서, 기존의 카메라 시스템에서 상술한 응용 기능이 수행되기 위해서는, 두 개 이상의 카메라들이 카메라 시스템에 구비되어 활용되거나, 단일 카메라를 포함하는 카메라 시스템에 기본 조리개(aperture)와 구별되는 추가적인 조리개가 구비되어야 하는 단점이 있다.
한편, 픽셀 블록 내에 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들이 구현되고, 복수의 픽셀 그룹들 각각이 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들로 구성되는 QBC(Quad bayer coding) 패턴 또는 QBC 2×2 OCL(On-chip lens) 패턴을 갖는 이미지 센서가 제안되었다. 이러한 QBC 패턴 또는 QBC 2×2 OCL 패턴을 갖는 이미지 센서는 일반적인 Bayer 패턴을 갖는 이미지 센서와 비교하여 PDAF(Phase detection auto focus), QE(Quantum efficiency), HDR(High Dynamic Range) 및 해상도(Resolution)가 우수한 장점을 갖는다.
이에, 아래의 실시예들은 하나의 픽셀 내에 두 개의 광 다이오드들(이하, 하나의 픽셀 내에 포함되는 두 개의 광 다이오드들 각각에 대응하는 구성요소로 픽슬렛(Pixlet)의 용어를 사용함)이 구현되는 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 QBC 패턴 또는 QBC 2×2 OCL 패턴 기반의 이미지 센서를 제공함으로써, 제공된 이미지 센서를 포함하는 단일 카메라 시스템에서 피사체까지의 거리 추정이 가능한 기술을 제안하고자 한다.
일 실시예들은 단일 카메라 시스템에서 피사체까지의 거리 추정이 가능하도록 하나의 픽셀 내에 두 개의 픽슬렛(Pixlet)들이 구현되는 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 QBC 패턴 또는 QBC 2×2 OCL 패턴 기반의 이미지 센서를 제안한다.
보다 상세하게, 일 실시예들은 적어도 하나의 픽셀 블록을 포함하는 이미지 센서-적어도 하나의 픽셀 블록은 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 복수의 픽셀 그룹들 각각은 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들을 포함하며, 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각은 픽슬렛(Pixleet)들을 포함함- 기반의 카메라 시스템을 제안한다.
이에, 일 실시예들은 설명된 이미지 센서의 구조를 기반으로 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들 중 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛에서 획득하는 이미지들을 입력 받아, 이미지들 사이의 시차(Parallax)를 이용하여 이미지 센서와 피사체 사이의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함하는 카메라 시스템을 제안한다.
이처럼 일 실시예들은 거리 산출을 위한 픽슬렛을 고정적으로 사용함으로써, 거리 산출 알고리즘을 단순화하여 작업 복잡도를 낮추고, 거리 산출 시간 소모를 줄여 실시간성을 확보하며, 회로 구성을 간단하게 하는 동시에 거리 해상도(Depth resolution)를 일관성 있게 보장하는 카메라 시스템을 제안할 수 있다.
또한, 일 실시예들은 일반적인 Bayer 패턴을 갖는 이미지 센서와 비교하여 PDAF, QE, HDR 및 해상도가 우수한 QBC 패턴 또는 QBC 2×2 OCL 패턴에 상보적인 픽슬렛 구조를 적용함으로써, 고조도는 물론 저조도에서 깊이 산출과 컬러 이미지 생성이 가능한 카메라 시스템을 제안할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 카메라 시스템은, 적어도 하나의 픽셀 블록을 포함하는 이미지 센서-상기 적어도 하나의 픽셀 블록은 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각은 픽슬렛(Pixlet)들을 포함하고, 상기 픽슬렛은 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 다이오드를 포함함-; 및 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들 중 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛에서 획득하는 이미지들을 입력 받아, 상기 이미지들 사이의 시차(Parallax)를 이용하여 상기 이미지 센서와 피사체 사이의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 상부에는, 상기 복수의 픽셀들 각각에 의해 독립적으로 사용되는 마이크로 렌즈가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각의 상부에는, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 포함되는 복수의 픽셀들에 의해 공유되는 마이크로 렌즈가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각의 상부에는, 상기 마이크로 렌즈를 통해 유입되는 광 신호를 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 포함되는 복수의 픽셀들로 분기시키는 광 도파로가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛은, 서로 이격되는 거리가 최대화되도록 상기 복수의 픽셀들 각각 내에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들은, 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되도록 상반된 방향들 각각으로 편향된 편향 소형 픽슬렛 및 상기 편향 소형 픽슬렛과 인접하여 배치되는 대형 픽슬렛으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀의 편향 소형 픽슬렛은, 상기 픽셀 중심에 대해 좌측 방향으로 편향된 좌편향 소형 픽슬렛이고, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 중 나머지 하나의 픽셀의 편향 소형 픽슬렛은, 상기 픽셀 중심에 대해 우측 방향으로 편향된 우편향 소형 픽슬렛인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀의 편향 소형 픽슬렛은, 상기 픽셀 중심에 대해 상측 방향으로 편향된 상편향 소형 픽슬렛이고, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 중 나머지 하나의 픽셀의 편향 소형 픽슬렛은, 상기 픽셀 중심에 대해 하측 방향으로 편향된 하편향 소형 픽슬렛인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들은, 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심을 기준으로 좌우로 배치되는 좌우 픽슬렛들 또는 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심을 기준으로 상하로 배치되는 상하 픽슬렛들 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀은, 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심을 기준으로 좌우로 배치되는 좌우 픽슬렛들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀들 중 나머지 어느 하나의 픽셀은, 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심을 기준으로 상하로 배치되는 상하 픽슬렛들을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 포함되는 복수의 픽셀들 중 상기 픽슬렛들이 형성된 복수의 픽셀들 각각은, W(White) 광 신호를 처리하는 W 픽셀 또는 G(Green) 광 신호를 처리하는 G 픽셀 중 어느 하나이고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 포함되는 복수의 픽셀들 중 상기 픽슬렛들이 형성되지 않은 복수의 픽셀들 각각은, R(Red) 광 신호를 처리하는 R 픽셀, B(Blue) 광 신호를 처리하는 B 픽셀 또는 Y(Yellow) 광 신호를 처리하는 Y 픽셀 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 픽슬렛들이 형성된 복수의 픽셀들 각각은, 픽슬렛간 간섭 현상을 줄이기 위해 상기 픽슬렛들 사이에 배치되는 DTI(Deep trench isolation)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 이미지 센서 및 거리 산출부를 포함하는 카메라 시스템의 동작 방법은, 적어도 하나의 픽셀 블록을 포함하는 이미지 센서-상기 적어도 하나의 픽셀 블록은 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각은 픽슬렛(Pixlet)들을 포함하고, 상기 픽슬렛은 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 다이오드를 포함함-에서, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각으로 광 신호를 유입시키는 단계; 상기 이미지 센서에서, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들 중 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛을 통해 상기 광 신호를 처리하여 이미지들을 획득하는 단계; 및 상기 거리 산출부에서, 상기 이미지 센서로부터 입력되는 상기 이미지들 사이의 시차를 이용하여 상기 이미지 센서와 피사체 사이의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 유입시키는 단계는, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 상부에 배치되는 마이크로 렌즈-상기 마이크로 렌즈는 상기 복수의 픽셀들 각각에 의해 독립적으로 사용됨-를 통해, 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들로 상기 광 신호를 유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 일 측면에 따르면, 상기 유입시키는 단계는, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹의 상부에 배치되는 마이크로 렌즈-상기 마이크로 렌즈는 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들에 의해 공유됨-를 통해, 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들로 상기 광 신호를 유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들로 상기 광 신호를 유입시키는 단계는, 상기 마이크로 렌즈를 통해 유입되는 광 신호를 상기 마이크로 렌즈의 하부에 배치되는 광 도파로를 이용하여 분기시켜 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들로 유입시키는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예들은 단일 카메라 시스템에서 피사체까지의 거리 추정이 가능하도록 하나의 픽셀 내에 두 개의 픽슬렛(Pixlet)들이 구현되는 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 QBC 패턴 또는 QBC 2×2 OCL 패턴 기반의 이미지 센서를 제안할 수 있다.
보다 상세하게, 일 실시예들은 적어도 하나의 픽셀 블록을 포함하는 이미지 센서-적어도 하나의 픽셀 블록은 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 복수의 픽셀 그룹들 각각은 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들을 포함하며, 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각은 픽슬렛(Pixlet)들을 포함함- 기반의 카메라 시스템을 제안할 수 있다.
이에, 일 실시예들은 설명된 이미지 센서의 구조를 기반으로 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들 중 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛에서 획득하는 이미지들을 입력 받아, 이미지들 사이의 시차(Parallax)를 이용하여 이미지 센서와 피사체 사이의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함하는 카메라 시스템을 제안할 수 있다.
이처럼 일 실시예들은 거리 산출을 위한 픽슬렛을 고정적으로 사용함으로써, 거리 산출 알고리즘을 단순화하여 작업 복잡도를 낮추고, 거리 산출 시간 소모를 줄여 실시간성을 확보하며, 회로 구성을 간단하게 하는 동시에 거리 해상도(Depth resolution)를 일관성 있게 보장하는 카메라 시스템을 제안할 수 있다.
또한, 일 실시예들은 일반적인 Bayer 패턴을 갖는 이미지 센서와 비교하여 PDAF, QE, HDR 및 해상도가 우수한 QBC 패턴 또는 QBC 2×2 OCL 패턴에 상보적인 픽슬렛 구조를 적용함으로써, 고조도는 물론 저조도에서 깊이 산출과 컬러 이미지 생성이 가능한 카메라 시스템을 제안할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 카메라 시스템에서 피사체까지의 거리를 산출하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 3은 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 개략적인 구조를 나타낸 평면도이다.
도 4a 내지 4d는 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 다양한 예시를 나타낸 평면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 카메라 시스템의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6은 다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 개략적인 구조를 나타낸 평면도이다.
도 7 내지 9는 또 다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 개략적인 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2 내지 3은 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 개략적인 구조를 나타낸 평면도이다.
도 4a 내지 4d는 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 다양한 예시를 나타낸 평면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 카메라 시스템의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6은 다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 개략적인 구조를 나타낸 평면도이다.
도 7 내지 9는 또 다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 개략적인 구조를 나타낸 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 예컨대, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 제시된 각각의 실시예 범주에서 개별 구성요소의 위치, 배치, 또는 구성은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
깊이(이하, 깊이 Depth는 피사체와 이미지 센서 사이의 거리를 의미함)가 적용된 3차원 이미지를 획득하기 위해서는, 2차원 이미지에 포함되는 픽셀들 각각의 깊이가 산출되어야 한다. 이 때, 2차원 이미지에 포함되는 픽셀들 각각의 깊이를 산출하는 종래의 방식으로는 촬영 대상이 되는 피사체(오브젝트)에 레이저를 조사하고 그 빛이 돌아오는 시간을 측정하는 TOF(time of flight) 방식, 두 개 이상의 카메라 시스템들에서 각각 획득한 이미지들 사이의 시차를 이용하여 깊이를 산출하는 스테레오(depth from stereo) 방식, 단일 카메라 시스템에서 단일 광학계에 형성된 복수의 조리개들 각각을 통과한 광 신호를 처리하여 획득한 이미지들 사이의 시차를 이용하여 깊이를 산출하는 방식(조리개를 이용한 시차 차이 방식), 단일 카메라 시스템에서 단일 광학계에 형성된 복수의 조리개들 각각을 통과한 광 신호를 처리하여 획득한 이미지들 사이의 블러 변화를 이용하여 깊이를 산출하는 방식 등이 있다.
이에, 아래의 실시예들에서는 단일 카메라 시스템에서 피사체까지의 거리 추정이 가능하도록 하나의 픽셀 내에 두 개의 픽슬렛들이 구현되는 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 이미지 센서를 제안한다. 이하, 픽슬렛(Pixlet)은 픽셀 내 배치되어 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 다이오드를 포함하는 구성요소로서, 픽셀 내에 수광 면적이 상이하게 두 개 포함될 수 있다. 또한, 이하, 상보적인 픽슬렛 구조는, 제1 픽슬렛 및 제2 픽슬렛을 포함하는 픽셀에서 제1 픽슬렛의 면적이 주어지면, 픽셀 면적으로부터 제1 픽슬렛의 면적이 차감되어 제2 픽슬렛의 면적이 계산될 수 있는 구조를 의미한다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 픽셀에 제1 픽슬렛과 제2 픽슬렛 사이의 간섭 현상을 줄이기 위한 DTI(Deep trench isolation)가 포함되는 경우 상보적인 픽슬렛 구조는, 픽셀에서 제1 픽슬렛의 면적이 주어지면 픽셀 면적으로부터 DTI의 면적이 제외된 면적 상 제1 픽슬렛의 면적이 차감되어 제2 픽슬렛의 면적이 계산될 수 있는 구조를 의미한다.
보다 상세하게, 일 실시예들은 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되도록 상반된 방향들 각각으로 편향된 편향 소형 픽슬렛 및 편향 소형 픽슬렛과 인접하여 배치되는 대형 픽슬렛을 각각 포함하는 구조로 픽셀을 구성함으로써, 해당 픽셀을 포함하는 이미지 센서 기반의 카메라 시스템이 편향 소형 픽슬렛들에서 획득하는 이미지들 사이의 시차(Parallax)를 이용하여 이미지 센서와 피사체 사이의 거리를 산출하는 기술을 제안한다. 이와 같은 깊이 산출 방식은 OA(Offset Aperture) 기반의 깊이 산출 방식에 근거한다.
도 1은 일 실시예에 따른 카메라 시스템에서 피사체까지의 거리를 산출하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따라 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 이미지 센서(100)는 픽셀(110) 내 픽셀 중심(111)에 대해 어느 한쪽 방향으로 편향된 편향 소형 픽슬렛(112) 및 편향 소형 픽슬렛(112)과 인접하여 배치되는 대형 픽슬렛(113)을 포함할 수 있다.
이 때, 픽셀(110)의 편향 소형 픽슬렛(112)(이하, 좌편향 소형 픽슬렛)은 픽셀(110)의 픽셀 중심(111)에 대해 좌측 방향으로 편향되어, 픽셀 중심(111)을 기준으로 좌측 영역의 일부분만을 차지하는 수광 면적을 갖는 가운데, 픽셀(110)의 픽셀 중심(111)으로부터 좌측으로 일정거리 이상 오프셋되어 형성될 수 있다.
이에, 픽셀(110)의 상부에 배치된 단일 광학계를 통해 유입되는 광 신호는 픽셀(110)의 좌편향 소형 픽슬렛(112)으로 입사되게 되는 바, 도면에 도시된 바와 같은 원리를 통해, 좌편향 소형 픽슬렛(112)의 어느 한쪽 모서리가 픽셀(110)의 픽셀 중심(111)으로부터 오프셋된 거리인 O2는 단일 광학계 상에 조리개가 형성되었을 경우 해당 조리개가 단일 광학계의 중심(픽셀(110)의 중심(111)과 동일함)으로부터 오프셋된 거리인 O1와 비례하는 관계를 갖는다. 도면의 수식에서 F는 초점 거리인 f와 단일 광학계의 지름인 D로 표현되는 단일 광학계의 구비된 조리개의 개방 정도를 의미하며, n은 마이크로 렌즈의 굴절률을 의미하고, h는 픽셀(110)의 마이크로 렌즈로부터 픽셀(110)의 픽셀 중심(111)까지의 거리를 의미한다.
따라서, 픽셀(110)의 중심(111)으로부터 어긋나도록 형성된 좌편향 소형 픽슬렛(112)에는 단일 광학계의 중심(픽셀(110)의 중심(111)과 동일함)으로부터 어긋나도록 단일 광학계 상에 형성된 조리개와 동일한 원리가 적용될 수 있는 바, 이미지 센서(100)를 포함하는 카메라 시스템은 OA(Offset Aperture) 기반 깊이 산출 방식을 이용하여 피사체와 이미지 센서(100) 사이의 거리(깊이)를 산출할 수 있다.
이와 같이 OA(Offset Aperture) 기반 깊이 산출 방식이 적용됨에 따라, 이상, 단일 광학계 아래 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 이미지 센서(100)를 포함하는 카메라 시스템의 깊이 산출 원리가 OA 구조에서의 시차 차이 방식을 기초로 하는 경우로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 시차가 발생된 두 개의 이미지들을 이용하여 이미지 내 깊이를 산출하는 다양한 방식들을 기초로 할 수 있다.
또한, 이상, 이미지 센서(100)가 하나의 픽셀(110)을 포함하는 것으로 설명되었으나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 두 개 이상의 픽셀들을 포함하는 경우 역시 마찬가지로, 상술된 원리를 바탕으로 이미지 센서(100)와 피사체 사이의 거리가 산출될 수 있다.
도 2 내지 3은 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 개략적인 구조를 나타낸 평면도이고, 도 4a 내지 4d는 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 다양한 예시를 나타낸 평면도이다.
도 2 내지 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 카메라 시스템은 이미지 센서(200) 및 거리 산출부(미도시)를 포함할 수 있다. 이하, 카메라 시스템은 이미지 센서(200) 및 거리 산출부만을 포함하는 것에 제한되거나 한정되지 않고, 단일 광학계(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 이하, 피사체와 이미지 센서(200) 사이의 거리를 산출하는 동작을 카메라 시스템이 수행하는 것으로 설명되나, 이는 카메라 시스템에 포함되는 거리 산출부에서 수행하는 것을 의미한다.
이미지 센서(200)는 적어도 하나의 픽셀 블록(205)을 포함하는 픽셀 어레이로 구성될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 픽셀 블록(205)은 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240)을 포함할 수 있으며, 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240) 각각은 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들(211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224, 231, 232, 233, 234, 241, 242, 243, 244)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 픽셀 그룹(210)에는 제1-1 픽셀(211), 제1-2 픽셀(212), 제1-3 픽셀(213) 및 제1-4 픽셀(214)이 포함될 수 있으며, 제1-1 픽셀(211), 제1-2 픽셀(212), 제1-3 픽셀(213) 및 제1-4 픽셀(214)은 동일한 컬러 필터(일례로 Red 컬러 필터)를 사용할 수 있다. 또한, 제2 픽셀 그룹(220)에는 제2-1 픽셀(221), 제2-2 픽셀(222), 제2-3 픽셀(223) 및 제2-4 픽셀(224)이 포함될 수 있으며, 제2-1 픽셀(221), 제2-2 픽셀(222), 제2-3 픽셀(223) 및 제2-4 픽셀(224)은 동일한 컬러 필터(일례로 Green 컬러 필터)를 사용할 수 있다. 설명된 예시와 같이 제1 픽셀 그룹(210)과 제2 픽셀 그룹(220)이 서로 다른 컬러 필터를 사용하는 것처럼, 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240)은 서로 다른 컬러 필터를 사용함으로써, 서로 다른 컬러 채널을 갖게 될 수 있다.
이하, 적어도 하나의 픽셀 블록(205)이 2×2 픽셀들로 구성되는 것으로 설명되나 이에 제한되거나 한정되지 않고 3×3 이상의 픽셀들로 구성될 수도 있다.
이 때, 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240) 각각에 포함되는 복수의 픽셀들(211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224, 231, 232, 233, 234, 241, 242, 243, 244) 각각의 상부에는, 복수의 픽셀들(211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224, 231, 232, 233, 234, 241, 242, 243, 244) 각각에 의해 독립적으로 사용되는 마이크로 렌즈가 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 2와 같이 제1 픽셀 그룹(210)에 포함되는 제1-1 픽셀(211)의 상부에는 제1-1 마이크로 렌즈(216)가 배치될 수 있고, 제1-2 픽셀(212)의 상부에는 제1-2 마이크로 렌즈(217)가 배치될 수 있으며, 제1-3 픽셀(213)의 상부에는 제1-3 마이크로 렌즈(218)가 배치될 수 있고, 제1-4 픽셀(214)의 상부에는 제1-4 마이크로 렌즈(219)가 배치될 수 있다. 이에, 제1-1 마이크로 렌즈(216)는 제1-1 픽셀(211)에 의해서만 사용될 수 있고, 제1-2 마이크로 렌즈(217)는 제1-2 픽셀(212)에 의해서만 사용될 수 있으며, 제1-3 마이크로 렌즈(218)는 제1-3 픽셀(213)에 의해서만 사용될 수 있고, 제1-4 마이크로 렌즈(219)는 제1-4 픽셀(214)에 의해서만 사용될 수 있다. 이러한 구조는 QBC 패턴에 해당되게 된다.
이미지 센서(200)에는 설명된 QBC 패턴이 적용되는 대신에, QBC 2×2 OCL 패턴이 적용될 수도 있다. 보다 상세하게, 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240) 각각의 상부에는, 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240) 각각에 포함되는 복수의 픽셀들(211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224, 231, 232, 233, 234, 241, 242, 243, 244)에 의해 공유되는 마이크로 렌즈가 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 3과 같이 제1 픽셀 그룹(210)의 상부에 배치되는 제1 마이크로 렌즈(310)는 제1 픽셀 그룹(210)에 포함되는 제1-1 픽셀(211), 제1-2 픽셀(212), 제1-3 픽셀(213) 및 제1-4 픽셀(214)에 의해 공유될 수 있고, 제2 픽셀 그룹(220)의 상부에 배치되는 제2 마이크로 렌즈(320)는 제2 픽셀 그룹(220)에 포함되는 제2-1 픽셀(221), 제2-2 픽셀(222), 제2-3 픽셀(223) 및 제2-4 픽셀(224)에 의해 공유될 수 있다. 마찬가지로, 제3 픽셀 그룹(230)의 상부에 배치되는 제3 마이크로 렌즈(330)는 제3 픽셀 그룹(230)에 포함되는 제3-1 픽셀(231), 제3-2 픽셀(232), 제3-3 픽셀(233) 및 제3-4 픽셀(234)에 의해 공유될 수 있고, 제4 픽셀 그룹(240)의 상부에 배치되는 제4 마이크로 렌즈(340)는 제4 픽셀 그룹(340)에 포함되는 제4-1 픽셀(241), 제4-2 픽셀(242), 제4-3 픽셀(243) 및 제4-4 픽셀(244)에 의해 공유될 수 있다.
이미지 센서(200)에 QBC 2×2 OCL 패턴이 적용될 경우, 복수의 픽셀 그룹들(210, 220) 각각의 상부(마이크로 렌즈(310, 320)의 하부)에는, 마이크로 렌즈(310, 320)를 통해 유입되는 광 신호를 복수의 픽셀 그룹들(210, 220) 각각에 포함되는 복수의 픽셀들(211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224)로 분기시키는 광 도파로(미도시)가 배치될 수 있다.
이와 같은 패턴들을 갖는 이미지 센서(200)에는 상보적인 픽슬렛 구조가 적용될 수 있다. 보다 상세하게, 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240) 중 적어도 하나의 픽셀 그룹(예컨대, 제2 픽셀 그룹(220))에 포함되는 복수의 픽셀들(221, 222, 223, 224) 각각은 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되도록 상반된 방향들 각각으로 편향된 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1) 및 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)과 인접하여 배치되는 대형 픽슬렛(221-2, 223-2)을 포함함으로써, 상보적인 픽슬렛 구조가 적용될 수 있다.
예를 들어, 제2 픽셀 그룹(220)의 제2-1 픽셀(221)에는, 제2-1 픽셀(221)의 픽셀 중심에 대해 우측 방향으로 편향되어 픽셀 중심을 기준으로 우측 영역의 일부분만을 차지하는 수광 면적을 갖는 가운데 제2-1 픽셀(221)의 픽셀 중심으로부터 우측으로 일정거리 이상 오프셋되도록 형성되는 우편향 소형 픽슬렛(221-1) 및 제2-1 픽셀(221)의 픽셀 중심을 기준으로 좌측 영역 전체와 우측 영역 일부분을 차지하는 수광 면적을 갖는 가운데 우편향 소형 픽슬렛(221-1)과 인접하여 배치되는 대형 픽슬렛(221-2)이 포함될 수 있다. 반면에, 제2 픽셀 그룹(220)의 제2-3 픽셀(223)에는, 제2-3 픽셀(223)의 픽셀 중심에 대해 좌측 방향으로 편향되어 픽셀 중심을 기준으로 좌측 영역의 일부분만을 차지하는 수광 면적을 갖는 가운데 제2-3 픽셀(223)의 픽셀 중심으로부터 좌측으로 일정거리 이상 오프셋되도록 형성되는 좌편향 소형 픽슬렛(223-1) 및 제2-3 픽셀(223)의 픽셀 중심을 기준으로 우측 영역 전체와 좌측 영역 일부분을 차지하는 수광 면적을 갖는 가운데 좌편향 소형 픽슬렛(223-1)과 인접하여 배치되는 대형 픽슬렛(223-2)이 포함될 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 이미지 센서(200)의 적어도 하나의 픽셀 그룹에는 거리 산출에 사용되는 우편향 소형 픽슬렛(221-1) 및 좌편향 소형 픽슬렛(223-1)을 각각 포함하는 적어도 두 개의 픽셀들(221, 223)이 구성됨을 특징으로 한다.
도면에는 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240) 모두에 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 설명된 바와 같이 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240) 중 적어도 하나의 픽셀 그룹(한 개 내지 세 개의 픽셀 그룹들)에만 상보적인 픽슬렛 구조가 적용될 수 있으며, 더 나아가 픽셀 그룹 내 두 개의 픽셀들에게만 상보적인 픽슬렛 구조가 적용될 수도 있다.
이 때, 적어도 하나의 픽셀 그룹(예컨대, 제2 픽셀 그룹(220))에 포함되는 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)은 서로 이격되는 거리가 최대화되도록 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각 내에 배치될 수 있다. 이는 후술되는 거리 산출이 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)에서 획득하는 이미지들을 기반으로 수행되는 특성, 그리고 거리 산출에 있어서 이미지들 사이의 시차가 클수록 거리 해상도(Depth resolution)가 일관성 있게 보장되는 특성에 기인한 것이다.
여기서, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)이 서로 이격되는 거리는, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)의 크기, 배치 위치와 관련되며, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)의 크기, 배치 위치는 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)이 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 픽셀 중심으로부터 오프셋된 거리와도 관련되게 된다.
이에, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)이 서로 이격되는 거리를 최대화하는 것은, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)이 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 픽셀 중심으로부터 오프셋된 거리를 최대화하는 것과 동일한 의미인 바, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)은 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 픽셀 중심으로부터 오프셋된 거리를 최대화하도록 형성될 수 있다.
특히, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)이 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 픽셀 중심으로부터 오프셋된 거리는, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)에서 광 신호를 센싱하는 감도를 기 설정된 수준 이상 보장하는 것을 전제로, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)에서 획득하는 이미지들 사이의 시차를 최대화하도록 결정될 수 있다.
이와 관련하여 도 1을 참조하면, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)이 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 픽셀 중심으로부터 오프셋된 거리 O2는 단일 광학계의 중심으로부터 오프셋된 거리인 O1와 비례하는 관계를 갖는다. 즉, O1과 O2는 아래의 식 1과 같이 표현될 수 있다.
<식 1>
식 1에서 n은 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 마이크로 렌즈의 굴절률(또는 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223))이 공유하는 마이크로 렌즈의 굴절률)을 의미하고, f는 초점 거리(이미지 센서(200)의 중심으로부터 단일 광학계까지의 거리)를 의미하며, h는 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 마이크로 렌즈(또는 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223))이 공유하는 마이크로 렌즈)로부터 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 픽셀 중심까지의 거리를 의미한다.
한편, 실험적 기법으로 인해, 단일 광학계의 중심으로부터 오프셋된 거리인 O1는 아래의 식 2와 같은 범위에 있을 때, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)에서 광 신호를 센싱하는 감도를 기 설정된 수준 이상 보장하는 것을 전제로, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)에서 획득하는 이미지들 사이의 시차를 최대화하는 것으로 나타났다.
<식 2>
식 2에서 D는 단일 광학계의 지름을 의미하며, a는 0.2 이상의 값을 갖는 상수를 의미하고, b는 0.47 이하의 값을 갖는 상수를 의미한다.
따라서, 식 1은 식 2에 의해 아래의 식 3과 같이 나타낼 수 있는 바, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)이 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 픽셀 중심으로부터 오프셋된 거리는, 식 3과 같이 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 마이크로 렌즈의 굴절률(또는 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223))이 공유하는 마이크로 렌즈의 굴절률), 이미지 센서(200)의 중심으로부터 단일 광학계까지의 거리, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 마이크로 렌즈(또는 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223))이 공유하는 마이크로 렌즈)로부터 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 픽셀 중심까지의 거리 및 단일 광학계의 지름에 기초하여 결정됨으로써,
복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)에서 광 신호를 센싱하는 감도를 기 설정된 수준 이상 보장하는 것을 전제로, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)에서 획득하는 이미지들 사이의 시차가 최대화될 수 있다.
<식 3>
a는 0.2 이상의 값을 갖는 상수를 의미하고, b는 0.47 이하의 값을 갖는 상수를 의미하는 바, 식 3은 아래의 식 4와 같이 표현될 수 있다.
<식 4>
일 실시예로 f = 1.4D, n = 1.4, h = 2.9 um 이고 픽셀 크기가 2.8 um 인 경우 상기 식 4를 이용하여 
를 계산해보면, 
의 범위를 갖게 되어, 거리를 획득하기에 적절한 시차가 확보될 수 있다.
이에, 이미지 센서(200)를 포함하는 카메라 시스템은 도 1을 참조하여 설명된 OA 기반 깊이 산출 방식을 기반으로, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)에서 획득하는 이미지들(제2 픽셀 그룹(220)에 포함되는 제2-1 픽셀(221)의 우편향 소형 픽슬렛(221-1)에서 획득한 이미지 및 제2 픽셀 그룹(220)에 포함되는 제2-3 픽셀(223)의 좌편향 소형 픽슬렛(223-1)에서 획득한 이미지) 사이의 시차를 이용하여 이미지 센서(200)로부터 피사체 사이의 거리를 산출할 수 있다. 따라서, 카메라 시스템의 거리 산출은 픽셀 단위 연산을 통해 수행되는 것일 수 있다.
보다 상세하게, 전술된 구조의 우편향 소형 픽슬렛(221-1)에서 획득한 이미지 및 좌편향 소형 픽슬렛(223-1)에서 획득한 이미지는, 카메라 시스템에 포함되는 거리 산출부(미도시)에 입력되고, 거리 산출부가 이에 응답하여, 우편향 소형 픽슬렛(221-1)에서 획득한 이미지 및 좌편향 소형 픽슬렛(223-1)에서 획득한 이미지 사이의 시차를 이용하는 픽셀 단위 연산을 통해 이미지 센서(200)로부터 피사체 사이의 거리를 산출할 수 있다.
여기서, 거리 산출부에 입력되는 이미지들(우편향 소형 픽슬렛(221-1)에서 획득한 이미지 및 좌편향 소형 픽슬렛(223-1)에서 획득한 이미지)은 동시에 입력되지 않고 픽셀 단위로 다중화되어 입력될 수 있다. 이에, 카메라 시스템은 이미지들에 대한 잡음 제거를 위한 처리 장치를 단일로 구비함으로써, 다중화된 이미지들을 순차적으로 처리할 수 있다. 이 때, 거리 산출부는 이미지들을 공통의 이미지 공간(이미지 평면)으로 투사하는 이미지 렉티피케이션(Image rectification)을 수행하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.
특히, 이미지 센서(200)를 포함하는 카메라 시스템은 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)이 형성된 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각 내에서 거리 산출을 위한 픽슬렛을 편향 소형 픽슬렛들로만 고정적으로 사용함으로써, 거리 산출 알고리즘을 단순화하여 작업 복잡도를 낮추고, 거리 산출 시간 소모를 줄여 실시간성을 확보하며, 회로 구성을 간단하게 하는 동시에 거리 해상도(Depth resolution)를 일관성 있게 보장할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(200)를 포함하는 카메라 시스템은 거리 해상도의 일관성과 실시간성이 중요시되는 자율주행 자동차 또는 각종 실시간 거리 측정 어플리케이션에서 유용하게 사용될 수 있다.
이 때, 이미지 센서(200)를 포함하는 카메라 시스템은 거리 산출 이외의 기능(예컨대, 컬러 이미지 형성 및 획득)을 위해서, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 내에서 거리 산출을 위한 픽슬렛(221-1, 223-1) 이외의 픽슬렛들(221-2, 223-2)을 사용할 수 있다. 일례로, 이미지 센서(200)는 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 대형 픽슬렛(221-2, 223-2)에서 획득한 이미지들에 기초하여 컬러 이미지를 형성할 수 있다. 보다 상세하게, 이미지 센서(200)를 포함하는 카메라 시스템은 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 대형 픽슬렛(221-2, 223-2)에서 획득한 이미지들 및 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)에서 획득한 이미지들을 병합하여 컬러 이미지를 형성할 수 있다.
이처럼 이미지 센서(200)를 포함하는 카메라 시스템은 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 내에서 거리 산출을 위한 픽슬렛(221-1, 223-1)과 거리 산출 이외의 기능을 위해 사용하는 픽슬렛(221-2, 223-2)을 상이하게 설정함으로써, 거리 산출의 알고리즘, 거리 산출 이외의 기능을 위한 알고리즘을 단순화할 수 있으며, 거리 산출과 그 외의 기능 각각의 실시간성을 보장할 수 있다.
이와 같이 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 내에서 거리 산출을 위해 사용하는 픽슬렛(221-1, 223-1)과 거리 산출 이외의 기능을 위해 사용하는 픽슬렛(221-2, 223-2)이 상이한 바, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 픽슬렛들(221-1, 221-2, 223-1, 223-2)은 컬러 이미지 획득과 거리 산출 기능의 면에서 각 기능이 상보적인 픽슬렛(Complimentary Pixlet)일 수 있다.
이상 설명된 구조의 이미지 센서(200)는 추가적인 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)의 상부에는, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)으로 유입되는 광선의 다발 중 주변부의 광선을 차단하고 중심부의 광선만을 유입시키는 마스크(미도시)가 배치될 수 있다. 이러한 마스크로 인해 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)에서 획득하는 이미지는 광선의 다발 중 주변부까지 유입되는 경우 획득되는 이미지보다 깊은 심도를 갖게 될 수 있다. 다른 예를 들면, 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(221) 및 제2-3 픽셀(223)) 각각에는 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)과 대형 픽슬렛(221-2, 223-2)간 간섭 현상을 줄이기 위한 DTI(Deep trench isolation)이 형성될 수 있다. 이러한 경우, DTI는 편향 소형 픽슬렛(221-1, 223-1)과 대형 픽슬렛(221-2, 223-2) 사이에 형성될 수 있다.
또한, 이상 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240) 모두에 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 복수의 픽셀 그룹들(210, 220, 230, 240) 중 적어도 하나의 픽셀 그룹(한 개 내지 세 개의 픽셀 그룹들)에만 상보적인 픽슬렛 구조가 적용될 수도 있다. 이러한 경우, 편향 소형 픽슬렛이 형성되는 픽셀들 각각은, W(White) 광 신호를 처리하는 W 픽셀 또는 G(Green) 광 신호를 처리하는 G 픽셀 중 어느 하나일 수 있으며, 편향 소형 픽슬렛이 형성되지 않은 픽셀들 각각은, R(Red) 광 신호를 처리하는 R 픽셀, B(Blue) 광 신호를 처리하는 B 픽셀 또는 Y(Yellow) 광 신호를 처리하는 Y 픽셀 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 이상, 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 QBC 패턴 또는 QBC 2×2 OCL 패턴 기반 이미지 센서(200)가 도 2 내지 3과 같이 RGGB 패턴을 갖는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 도 4a와 같은 RBWW 패턴, 도 4b와 같은 RGBW 패턴, 도 4c와 같은 RYWW 패턴 또는 도 4d와 같은 GYWW 패턴을 갖게 될 수도 있다. 여기서, 도 4a 내지 4d에 도시된 도면에는 마이크로 렌즈를 제외한 구성요소를 도시하였다. 그러나 전술된 바와 같이 마찬가지로, 픽셀 그룹 별로 마이크로 렌즈가 배치되는 구조 또는 픽셀 그룹에 포함되는 픽셀들 별로 마이크로 렌즈가 배치되는 구조 모두가 적용될 수 있다.
이미지 센서(200)가 도 4a 내지 4d와 같이 구현되는 경우, W 광 신호를 처리하는 W 픽셀들 각각의 편향 소형 픽슬렛을 거리 산출에 활용함으로써, 편향 소형 픽슬렛의 면적이 작더라도 저조도에서 동작하는 효과가 기대될 수 있다.
또한, 이미지 센서(200)가 도 4c 내지 4d와 같이 구현되는 경우, 이미지 센서(200)는 Y 픽셀에서 처리하는 Y 광 신호와 R 픽셀에서 처리하는 R 광 신호 사이의 차이로부터 G 광 신호에 기반한 이미지를 생성할 수 있고(G=Y-R), W 픽셀에서 처리하는 W 광 신호와 Y 픽셀에서 처리하는 Y 광 신호 사이의 차이로부터 B 광 신호에 기반하는 이미지를 생성할 수 있기 때문에(또는 Y 픽셀에서 처리하는 Y 광 신호와 G 픽셀에서 처리하는 G 광 신호 사이의 차이로부터 R 광 신호에 기반한 이미지를 생성할 수 있고(R=Y-G), W 픽셀에서 처리하는 W 광 신호와 Y 픽셀에서 처리하는 Y 광 신호 사이의 차이로부터 B 광 신호에 기반하는 이미지를 생성할 수 있기 때문에), 도 4a와 같이 구현되는 이미지 센서보다 우수한 색재현성(Color restoration) 및 SNR(Signal-to-Noise Ratio)을 보장할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 카메라 시스템의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 이하 설명되는 카메라 시스템의 동작 방법은 도 2 내지 4d 참조하여 전술된 구조의 이미지 센서 및 거리 산출부를 포함하는 카메라 시스템에 의해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 이미지 센서는 단계(S510)에서, 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각으로 광 신호를 유입시킬 수 있다. 이 때, 이미지 센서는 도 2 내지 4d를 참조하여 전술된 구조로 구현되어(이미지 센서가 적어도 하나의 픽셀 블록을 포함하고, 적어도 하나의 픽셀 블록은 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하며, 복수의 픽셀 그룹들 각각은 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들을 포함하는 구조로 구현됨), 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각에 편향 소형 픽슬렛 및 대형 픽슬렛을 포함하므로, 단계(S510)는 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각에 편향 소형 픽슬렛으로 광 신호를 유입시키는 단계를 의미할 수 있다.
특히, 이미지 센서가 도 2와 같이 QBC 패턴에 기반하는 경우, 단계(S510)는 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 상부에 배치되는 마이크로 렌즈(마이크로 렌즈는 복수의 픽셀들 각각에 의해 독립적으로 사용됨)를 통해, 복수의 픽셀들 각각의 편향 소형 픽슬렛으로 광 신호를 유입시키는 단계일 수 있다.
또한, 이미지 센서가 도 3과 같이 QBC 2×2 OCL 패턴에 기반하는 경우, 단계(S510)는 적어도 하나의 픽셀 그룹의 상부에 배치되는 마이크로 렌즈(마이크로 렌즈는 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들에 의해 공유됨)를 통해, 복수의 픽셀들 각각의 편향 소형 픽슬렛으로 광 신호를 유입시키는 단계일 수 있다. 이러한 경우, 단계(S510)에서 이미지 센서는, 마이크로 렌즈를 통해 유입되는 광 신호를 마이크로 렌즈의 하부에 배치되는 광 도파로를 이용하여 분기시켜, 복수의 픽셀들 각각으로 유입시켜 복수의 픽셀들 각각의 편향 소형 픽슬렛에서 광 신호를 처리하도록 할 수 있다.
이미지 센서의 구현되는 예시가 도 4a 내지 4d와 같이 다양하게 됨에 따라, 단계(S510)에서 복수의 픽셀들 각각으로 유입되는 광 신호의 파장 역시 다양하게 될 수 있다.
이어서, 이미지 센서는 단계(S520)에서, 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 편향 소형 픽슬렛을 통해 광 신호를 처리하여 이미지들을 획득할 수 있다.
그 후, 거리 산출부는 단계(S530)를 통해, 이미지 센서로부터 입력되는 이미지들 사이의 시차(Parallax)를 이용하여 이미지 센서와 피사체 사이의 거리를 산출한다.
이처럼 단계들(S520 내지 S530)에서 카메라 시스템은 픽셀 내에서 거리 산출을 위한 픽슬렛을 고정적으로 사용함으로써(편향 소형 픽슬렛만을 거리 산출에 사용), 거리 산출 알고리즘을 단순화하여 작업 복잡도를 낮추고, 거리 산출 시간 소모를 줄여 실시간성을 확보하며, 회로 구성을 간단하게 하는 동시에 거리 해상도(Depth resolution)를 일관성 있게 보장할 수 있다.
또한, 단계들(S510 내지 S530)을 수행하는 카메라 시스템의 이미지 센서는, QBC 패턴 또는 QBC 2×2 OCL 패턴에 상보적인 픽슬렛 구조를 적용하였기 때문에, 고조도는 물론 저조도에서 깊이 산출과 컬러 이미지 생성이 가능할 수 있다.
이상, 이미지 센서에 적용된 상보적인 픽슬렛 구조가 좌편향 소형 픽슬렛과 우편향 소형 픽슬렛에 기반한 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 편향된 방향이 상하로 이루어진 상편향 소형 픽슬렛 및 하편향 소형 픽슬렛에 기반할 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 아래의 도 6을 참조하여 기재하기로 한다.
또한, 이미지 센서에 적용되는 상보적인 픽슬렛 구조는 동일한 면적을 갖는 픽슬렛들에 기반할 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 아래의 도 7을 참조하여 기재하기로 한다.
도 6은 다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 개략적인 구조를 나타낸 평면도이다.
도 6을 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템은 도 2 내지 3을 참조하여 설명된 카메라 시스템과 픽슬렛 구조가 상이할 뿐, 그 외의 구성요소는 모두 동일하게 구현될 수 있다. 이에, 이하에서는 이미지 센서(600)에 포함되는 적어도 하나의 픽셀 블록(605)의 복수의 픽셀 그룹들(610, 620, 630, 640) 중 적어도 하나의 픽셀 그룹(예컨대, 제2 픽셀 그룹(620))에 포함되는 복수의 픽셀들(621, 622, 623, 624)에서의 픽슬렛 구조에 대해서 설명한다.
복수의 픽셀 그룹들(610, 620, 630, 640) 중 적어도 하나의 픽셀 그룹(예컨대, 제2 픽셀 그룹(620))에 포함되는 복수의 픽셀들(621, 622, 623, 624) 각각은 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되도록 상하로 상반된 소형 픽슬렛(621-1, 623-1) 및 편향 소형 픽슬렛(621-1, 623-1)과 인접하여 배치되는 대형 픽슬렛(621-2, 623-2)을 포함함으로써, 상보적인 픽슬렛 구조가 적용될 수 있다.
예를 들어, 제2 픽셀 그룹(620)의 제2-1 픽셀(621)에는, 제2-1 픽셀(621)의 픽셀 중심에 대해 상측 방향으로 편향되어 픽셀 중심을 기준으로 상측 영역의 일부분만을 차지하는 수광 면적을 갖는 가운데 제2-1 픽셀(621)의 픽셀 중심으로부터 상측으로 일정거리 이상 오프셋되도록 형성되는 상편향 소형 픽슬렛(621-1) 및 제2-1 픽셀(621)의 픽셀 중심을 기준으로 하측 영역 전체와 상측 영역 일부분을 차지하는 수광 면적을 갖는 가운데 상편향 소형 픽슬렛(621-1)과 인접하여 배치되는 대형 픽슬렛(621-2)이 포함될 수 있다. 반면에, 제2 픽셀 그룹(220)의 제2-3 픽셀(623)에는, 제2-3 픽셀(623)의 픽셀 중심에 대해 하측 방향으로 편향되어 픽셀 중심을 기준으로 하측 영역의 일부분만을 차지하는 수광 면적을 갖는 가운데 제2-3 픽셀(623)의 픽셀 중심으로부터 하측으로 일정거리 이상 오프셋되도록 형성되는 하편향 소형 픽슬렛(623-1) 및 제2-3 픽셀(223)의 픽셀 중심을 기준으로 상측 영역 전체와 하측 영역 일부분을 차지하는 수광 면적을 갖는 가운데 하편향 소형 픽슬렛(623-1)과 인접하여 배치되는 대형 픽슬렛(623-2)이 포함될 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 이미지 센서(600)의 적어도 하나의 픽셀 그룹에는 거리 산출에 사용되는 상편향 소형 픽슬렛(621-1) 및 하편향 소형 픽슬렛(623-1)을 각각 포함하는 적어도 두 개의 픽셀들(621, 623)이 구성됨을 특징으로 한다.
마찬가지로, 적어도 하나의 픽셀 그룹(예컨대, 제2 픽셀 그룹(620))에 포함되는 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(621) 및 제2-3 픽셀(623)) 각각의 편향 소형 픽슬렛(621-1, 623-1)은 서로 이격되는 거리가 최대화되도록 복수의 픽셀들(예컨대, 제2-1 픽셀(621) 및 제2-3 픽셀(623)) 각각 내에 배치될 수 있다.
다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서(600)는 편향 소형 픽슬렛(621-1, 623-1)이 좌우가 아닌 상하로 편향되며 배치되는 것 이외에, 도 2 내지 3을 참조하여 설명된 카메라 시스템과의 차이점이 없으므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 이상 마이크로 렌즈가 복수의 픽셀 그룹들(610, 620, 630, 640) 각각에 포함되는 복수의 픽셀들(611, 612, 613, 614, 621, 622, 623, 624, 631, 632, 633, 634, 641, 642, 643, 644) 각각의 상부에 독립적으로 배치되는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 도 3에 도시된 마이크로 렌즈와 동일하게 픽셀 그룹 별로 배치될 수도 있다.
도 7 내지 9는 또 다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서의 개략적인 구조를 나타낸 평면도이다.
도 7 내지 9를 참조하면, 또 다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템은 도 2 내지 3을 참조하여 설명된 카메라 시스템과 픽슬렛의 구조가 상이할 뿐, 그 외의 구성요소는 모두 동일하게 구현될 수 있다. 이에, 이하에서는 이미지 센서(700)에 포함되는 적어도 하나의 픽셀 블록(705)의 복수의 픽셀 그룹들(710, 720, 730, 740) 중 적어도 하나의 픽셀 그룹(예컨대, 제2 픽셀 그룹(720))에 포함되는 복수의 픽셀들(721, 722, 723, 724)에서의 픽슬렛 구조에 대해서 설명한다.
복수의 픽셀 그룹들(710, 720, 730, 740) 중 적어도 하나의 픽셀 그룹(예컨대, 제2 픽셀 그룹(720))에 포함되는 복수의 픽셀들(721, 722, 723, 724) 각각은 픽셀 중심을 기준으로 동일한 면적을 갖도록 좌우(또는 상하)로 배치되는 픽슬렛들(721-1, 721-2, 723-1, 723-2)을 포함함으로써, 상보적인 픽슬렛 구조가 적용될 수 있다.
이에 따라, 거리 산출부는 복수의 픽셀들(721, 722, 723, 724) 각각의 픽슬렛들(721-1, 721-2, 723-1, 7232) 중 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛(721-1, 723-1)(보다 정확하게는, 적어도 하나의 픽셀 그룹(예컨대, 제2 픽셀 그룹(720))에서 시차를 최대화하는 위치에 배치되는 두 개의 픽슬렛들(721-1, 723-1))에서 획득하는 이미지들을 입력 받아, 이미지들 사이의 시차를 이용하여 거리를 산출할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서(700)는 픽슬렛들(721-1, 721-2, 723-1, 723-2)이 동일한 면적으로 형성되는 것 이외에 도 2 내지 3을 참조하여 설명된 카메라 시스템과의 차이점이 없으므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 또 다른 일 실시예에 따른 카메라 시스템에 포함되는 이미지 센서(700)는 도 9와 같이 적어도 하나의 픽셀 그룹(예컨대, 제2 픽셀 그룹(720))에 포함되는 복수의 픽셀들(721, 722, 723, 724) 중 어느 하나의 픽셀(721)은 픽셀 중심을 기준으로 동일한 면적을 갖도록 상하로 배치되는 픽슬렛들(721-1, 721-2)을 포함하고, 나머지 어느 하나의 픽셀(722)은 픽셀 중심을 기준으로 동일한 면적을 갖도록 좌우로 배치되는 픽슬렛들(722-1, 722-2)을 포함함으로써, 좌우 픽슬렛 구조 및 상하 픽슬렛 구조 모두가 적용될 수 있다.
이러한 경우, 적어도 하나의 픽셀 그룹(예컨대, 제2 픽셀 그룹(720))은 좌우 픽슬렛 구조가 적용된 픽셀들을 짝수 개 포함하여 하나의 세트를 형성하고, 상하 픽슬렛 구조가 적용된 픽셀들을 짝수 개 포함하여 하나의 세트를 형성함으로써, 거리 산출부는 거리 추정과정을 세트 별로 수행할 수 있다.
이와 같이 설명된 상보적인 픽슬렛 구조는, 좌우 편향 소형 픽슬렛 구조, 상하 편향 소형 픽슬렛 구조, 좌우 픽슬렛 구조(동일 픽슬렛 면적) 및 상하 픽슬렛 구조(동일 픽슬렛 면적) 모두를 포함하는 개념으로서, 적어도 하나의 픽셀 블록을 포함하는 이미지 센서-적어도 하나의 픽셀 블록은 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 복수의 픽셀 그룹들 각각은 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들을 포함하며, 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각은 픽슬렛(Pixlet)들을 포함하고, 픽슬렛은 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 다이오드를 포함함-에 적용되어, 거리 산출부로 하여금 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들 중 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛에서 획득하는 이미지들을 입력 받아, 이미지들 사이의 시차(Parallax)를 이용하여 이미지 센서와 피사체 사이의 거리를 산출하도록 할 수 있다.
또한, 이상 마이크로 렌즈가 복수의 픽셀 그룹들(710, 720, 730, 740) 각각에 포함되는 복수의 픽셀들(711, 712, 713, 714, 721, 722, 723, 724, 731, 732, 733, 734, 741, 742, 743, 744) 각각의 상부에 독립적으로 배치되는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 도 3에 도시된 마이크로 렌즈와 동일하게 픽셀 그룹 별로 배치될 수도 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수 개의 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 어플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (16)
- 적어도 하나의 픽셀 블록을 포함하는 이미지 센서-상기 적어도 하나의 픽셀 블록은 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각은 픽슬렛(Pixlet)들을 포함하고, 상기 픽슬렛은 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 다이오드를 포함함-; 및
상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들 중 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛에서 획득하는 이미지들을 입력 받아, 상기 이미지들 사이의 시차(Parallax)를 이용하여 상기 이미지 센서와 피사체 사이의 거리를 산출하는 거리 산출부
를 포함하는 카메라 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 상부에는,
상기 복수의 픽셀들 각각에 의해 독립적으로 사용되는 마이크로 렌즈가 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 그룹들 각각의 상부에는,
상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 포함되는 복수의 픽셀들에 의해 공유되는 마이크로 렌즈가 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 그룹들 각각의 상부에는,
상기 마이크로 렌즈를 통해 유입되는 광 신호를 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 포함되는 복수의 픽셀들로 분기시키는 광 도파로가 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛은,
서로 이격되는 거리가 최대화되도록 상기 복수의 픽셀들 각각 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들은,
상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되도록 상반된 방향들 각각으로 편향된 편향 소형 픽슬렛 및 상기 편향 소형 픽슬렛과 인접하여 배치되는 대형 픽슬렛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀의 편향 소형 픽슬렛은,
상기 픽셀 중심에 대해 좌측 방향으로 편향된 좌편향 소형 픽슬렛이고,
상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 중 나머지 하나의 픽셀의 편향 소형 픽슬렛은,
상기 픽셀 중심에 대해 우측 방향으로 편향된 우편향 소형 픽슬렛인 것을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀의 편향 소형 픽슬렛은,
상기 픽셀 중심에 대해 상측 방향으로 편향된 상편향 소형 픽슬렛이고,
상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 중 나머지 하나의 픽셀의 편향 소형 픽슬렛은,
상기 픽셀 중심에 대해 하측 방향으로 편향된 하편향 소형 픽슬렛인 것을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들은,
상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심을 기준으로 좌우로 배치되는 좌우 픽슬렛들 또는
상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심을 기준으로 상하로 배치되는 상하 픽슬렛들
중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀은,
상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심을 기준으로 좌우로 배치되는 좌우 픽슬렛들을 포함하고,
상기 복수의 픽셀들 중 나머지 어느 하나의 픽셀은,
상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심을 기준으로 상하로 배치되는 상하 픽슬렛들을 포함하는 것
을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 포함되는 복수의 픽셀들 중 상기 픽슬렛들이 형성된 복수의 픽셀들 각각은,
W(White) 광 신호를 처리하는 W 픽셀 또는 G(Green) 광 신호를 처리하는 G 픽셀 중 어느 하나이고,
상기 복수의 픽셀 그룹들 각각에 포함되는 복수의 픽셀들 중 상기 픽슬렛들이 형성되지 않은 복수의 픽셀들 각각은,
R(Red) 광 신호를 처리하는 R 픽셀, B(Blue) 광 신호를 처리하는 B 픽셀 또는 Y(Yellow) 광 신호를 처리하는 Y 픽셀 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 픽슬렛들이 형성된 복수의 픽셀들 각각은,
픽슬렛간 간섭 현상을 줄이기 위해 상기 픽슬렛들 사이에 배치되는 DTI(Deep trench isolation)를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템. - 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 이미지 센서 및 거리 산출부를 포함하는 카메라 시스템의 동작 방법에 있어서,
적어도 하나의 픽셀 블록을 포함하는 이미지 센서-상기 적어도 하나의 픽셀 블록은 서로 다른 컬러 채널을 갖는 복수의 픽셀 그룹들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 그룹들 각각은 동일한 컬러 필터를 사용하는 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀 그룹들 중 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각은 픽슬렛(Pixlet)들을 포함하고, 상기 픽슬렛은 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 다이오드를 포함함-에서, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각으로 광 신호를 유입시키는 단계;
상기 이미지 센서에서, 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들 중 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽셀 중심에 대해 서로 대칭되는 위치에 배치되는 픽슬렛을 통해 상기 광 신호를 처리하여 이미지들을 획득하는 단계; 및
상기 거리 산출부에서, 상기 이미지 센서로부터 입력되는 상기 이미지들 사이의 시차를 이용하여 상기 이미지 센서와 피사체 사이의 거리를 산출하는 단계
를 포함하는 카메라 시스템의 동작 방법. - 제13항에 있어서,
상기 유입시키는 단계는,
상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들 각각의 상부에 배치되는 마이크로 렌즈-상기 마이크로 렌즈는 상기 복수의 픽셀들 각각에 의해 독립적으로 사용됨-를 통해, 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들로 상기 광 신호를 유입시키는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템의 동작 방법. - 제13항에 있어서,
상기 유입시키는 단계는,
상기 적어도 하나의 픽셀 그룹의 상부에 배치되는 마이크로 렌즈-상기 마이크로 렌즈는 상기 적어도 하나의 픽셀 그룹에 포함되는 복수의 픽셀들에 의해 공유됨-를 통해, 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들로 상기 광 신호를 유입시키는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 시스템의 동작 방법. - 제15항에 있어서,
상기 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들로 상기 광 신호를 유입시키는 단계는,
상기 마이크로 렌즈를 통해 유입되는 광 신호를 상기 마이크로 렌즈의 하부에 배치되는 광 도파로를 이용하여 분기시켜 상기 복수의 픽셀들 각각의 픽슬렛들로 유입시키는 단계인 것을 특징으로 하는 카메라 시스템의 동작 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020200063358A KR102354298B1 (ko) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Qbc 패턴에 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 카메라 시스템 및 그 동작 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020200063358A KR102354298B1 (ko) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Qbc 패턴에 상보적인 픽슬렛 구조가 적용된 카메라 시스템 및 그 동작 방법 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008017116A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-01-24 | Nikon Corp | 撮像素子および撮像装置 |
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| KR20180026109A (ko) * | 2016-09-02 | 2018-03-12 | 재단법인 다차원 스마트 아이티 융합시스템 연구단 | 다중 필팩터가 적용된 이미지 센서 |
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2020
- 2020-05-27 KR KR1020200063358A patent/KR102354298B1/ko active IP Right Grant
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