KR20210156910A - 자동 초점 픽셀들을 포함하는 카메라 장치 - Google Patents

자동 초점 픽셀들을 포함하는 카메라 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210156910A
KR20210156910A KR1020200074269A KR20200074269A KR20210156910A KR 20210156910 A KR20210156910 A KR 20210156910A KR 1020200074269 A KR1020200074269 A KR 1020200074269A KR 20200074269 A KR20200074269 A KR 20200074269A KR 20210156910 A KR20210156910 A KR 20210156910A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pixel
autofocus
pixels
photodiode
auto
Prior art date
Application number
KR1020200074269A
Other languages
English (en)
Inventor
이희수
김대관
왕태식
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020200074269A priority Critical patent/KR20210156910A/ko
Priority to US17/189,348 priority patent/US11882372B2/en
Priority to CN202110665464.4A priority patent/CN113824856A/zh
Publication of KR20210156910A publication Critical patent/KR20210156910A/ko
Priority to US18/389,970 priority patent/US20240236523A9/en

Links

Images

Classifications

    • H04N5/36961—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14641—Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/702—SSIS architectures characterised by non-identical, non-equidistant or non-planar pixel layout
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H04N25/704—Pixels specially adapted for focusing, e.g. phase difference pixel sets
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/79—Arrangements of circuitry being divided between different or multiple substrates, chips or circuit boards, e.g. stacked image sensors
    • H04N5/2253—
    • H04N5/2254—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치는, 제1 방향, 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 적어도 하나의 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드 하부의 픽셀 회로, 상기 포토 다이오드 상부의 광 투과층, 및 상기 광 투과층 상부의 마이크로 렌즈를 포함하는 픽셀 어레이와, 상기 복수의 픽셀들부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 갖는 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서로 입사하는 빛의 진행 경로에 배치되는 복수의 렌즈들을 포함하고, 상기 렌즈들 중 적어도 하나는 제1 방향으로 연장되는 모서리를 갖는 광학 모듈을 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 일반 픽셀, 제1 자동 초점 픽셀, 및 제2 자동 초점 픽셀을 포함하고, 상기 제1 자동 초점 픽셀과 상기 제2 자동 초점 픽셀 각각은 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드를 포함하며, 상기 제1 자동 초점 픽셀의 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드는 상기 제1 방향을 따라 배열되고 상기 제2 자동 초점 픽셀의 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드는 상기 제2 방향을 따라 배열되며, 상기 제1 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 상면의 높이는, 상기 제2 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 상면의 높이와 다르다.

Description

자동 초점 픽셀들을 포함하는 카메라 장치{CAMERA DEVICE INCLUDING AUTO FOCUS PIXELS}
본 발명은 카메라 장치에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 받아들여 전기 신호를 생성하는 반도체 기반의 센서로서, 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이와, 픽셀 어레이를 구동하고 이미지를 생성하기 위한 로직 회로 등을 포함하며, 카메라 장치에 포함될 수 있다. 로직 회로는 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 이미지 센서는 피사체에 초점을 맞추기 위한 자동 초점 기능을 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 자동 초점 기능이 개선된 카메라 장치를 제공하고자 하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치는, 제1 방향, 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 적어도 하나의 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드 하부의 픽셀 회로, 상기 포토 다이오드 상부의 광 투과층, 및 상기 광 투과층 상부의 마이크로 렌즈를 포함하는 픽셀 어레이와, 상기 복수의 픽셀들부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 갖는 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서로 입사하는 빛의 진행 경로에 배치되는 복수의 렌즈들을 포함하고, 상기 렌즈들 중 적어도 하나는 제1 방향으로 연장되는 모서리를 갖는 광학 모듈을 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 일반 픽셀, 제1 자동 초점 픽셀, 및 제2 자동 초점 픽셀을 포함하고, 상기 제1 자동 초점 픽셀과 상기 제2 자동 초점 픽셀 각각은 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드를 포함하며, 상기 제1 자동 초점 픽셀의 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드는 상기 제1 방향을 따라 배열되고 상기 제2 자동 초점 픽셀의 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드는 상기 제2 방향을 따라 배열되며, 상기 제1 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 상면의 높이는, 상기 제2 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 상면의 높이와 다르다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치는, 복수의 렌즈들을 포함하며, 상기 복수의 렌즈들 중 제1 렌즈는 제1 방향으로 연장되는 모서리를 갖는 광학 모듈, 및 상기 제1 방향, 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이, 및 상기 광학부를 통과한 빛에 반응하여 상기 복수의 픽셀들이 생성한 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 갖는 이미지 센서를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 각각 갖는 제1 자동 초점 픽셀 및 제2 자동 초점 픽셀을 포함하고, 상기 제1 자동 초점 픽셀의 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드는 상기 제1 방향을 따라 배열되고, 상기 제2 자동 초점 픽셀의 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드는 상기 제2 방향을 따라 배열되며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향에서, 상기 제1 자동 초점 픽셀의 상면과 상기 광학 모듈 사이의 간격은, 상기 제2 자동 초점 픽셀의 상면과 상기 광학 모듈 사이의 간격보다 크다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치는, 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이와, 상기 복수의 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 갖는 이미지 센서, 및 제1 방향으로 연장되는 모서리를 갖는 렌즈를 적어도 하나 이상 포함하고, 상기 픽셀 어레이의 전면에 배치되는 광학 모듈을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 적어도 하나의 포토 다이오드, 및 상기 포토 다이오드로 빛이 입사하는 경로에 배치되는 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 픽셀 어레이는 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름이 제1 값을 갖는 제1 픽셀들, 및 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름이 상기 제1 값보다 큰 제2 값을 갖는 제2 픽셀들을 포함하며, 상기 제1 픽셀들의 개수는 상기 제2 픽셀들의 개수보다 많다
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 제1 자동 초점 픽셀과 제2 자동 초점 픽셀을 포함하며, 제1 자동 초점 픽셀에서는 포토 다이오드들이 제1 방향으로 배열되고 제2 자동 초점 픽셀에서는 포토 다이오드들이 제2 방향으로 배열될 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 서로 교차하는 방향일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 제1 자동 초점 픽셀에 포함되는 마이크로 렌즈의 상면과, 제2 자동 초점 픽셀에 포함되는 마이크로 렌즈의 상면이 서로 다른 높이에 위치하도록 함으로써, 이미지 센서의 자동 초점 기능을 개선할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치를 포함하는 전자 기기를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 카메라 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 19a 내지 도 19c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 27a 내지 도 28c는 도 26에 도시한 픽셀 어레이에 포함되는 픽셀들을 간단하게 도시한 도면들이다.
도 29 및 도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 31 및 도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 간단하게 나타낸 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(1)는 픽셀 어레이(10)와 로직 회로(20) 등을 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(10)는 복수의 행들과 복수의 열들을 따라서 어레이 형태로 배치되는 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX) 각각은 빛에 응답하여 전하를 생성하는 적어도 하나의 광전 변환 소자, 및 광전 변환 소자가 생성한 전하에 대응하는 픽셀 신호를 생성하는 픽셀 회로 등을 포함할 수 있다. 광전 변환 소자는 반도체 물질로 형성되는 포토 다이오드, 및/또는 유기 물질로 형성되는 유기 포토 다이오드 등을 포함할 수 있다.
일례로 픽셀 회로는 플로팅 디퓨전, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 실시예들에 따라 픽셀들(PX)의 구성은 달라질 수 있다. 일례로, 픽셀들(PX) 각각은 유기 물질을 포함하는 유기 포토 다이오드를 포함하거나, 또는 디지털 픽셀로 구현될 수도 있다. 픽셀들(PX)이 디지털 픽셀로 구현되는 경우, 픽셀들(PX) 각각은 디지털 픽셀 신호를 출력하기 위한 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
로직 회로(20)는 픽셀 어레이(10)를 제어하기 위한 회로들을 포함할 수 있다. 일례로, 로직 회로(20)는 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22), 칼럼 드라이버(23), 컨트롤 로직(24) 등을 포함할 수 있다. 로우 드라이버(21)는 픽셀 어레이(10)를 로우(ROW) 라인들 단위로 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(21)는 픽셀 회로의 전송 트랜지스터를 제어하는 전송 제어 신호, 리셋 트랜지스터를 제어하는 리셋 제어 신호, 선택 트랜지스터를 제어하는 선택 제어 신호 등을 생성하여 픽셀 어레이(10)에 로우 라인 단위로 입력할 수 있다.
리드아웃 회로(22)는 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter, ADC) 등을 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플러들은, 픽셀들(PX)과 칼럼 라인들을 통해 연결될 수 있다. 상관 이중 샘플러들은 로우 드라이버(21)의 로우 라인 선택 신호에 의해 선택되는 로우 라인에 연결되는 픽셀들(PX)로부터, 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 읽어올 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 상관 이중 샘플러가 검출한 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환하여 칼럼 드라이버(23)에 전달할 수 있다.
칼럼 드라이버(23)는 디지털 픽셀 신호를 임시로 저장할 수 있는 래치 또는 버퍼 회로와 증폭 회로 등을 포함할 수 있으며, 리드아웃 회로(22)로부터 수신한 디지털 픽셀 신호를 처리할 수 있다. 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)는 컨트롤 로직(24)에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤 로직(24)은 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.
픽셀들(PX) 중에서 제1 방향(가로 방향)으로 같은 위치에 배치되는 픽셀들(PX)은 동일한 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 일례로, 제2 방향(세로 방향)으로 같은 위치에 배치되는 픽셀들(PX)은 로우 드라이버(21)에 의해 동시에 선택되며 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에서 리드아웃 회로(22)는 칼럼 라인들을 통해 로우 드라이버(21)가 선택한 픽셀들(PX)로부터 픽셀 신호를 동시에 획득할 수 있다. 픽셀 신호는 리셋 전압과 픽셀 전압을 포함할 수 있으며, 픽셀 전압은 픽셀들(PX) 각각에서 빛에 반응하여 생성된 전하가 리셋 전압에 반영된 전압일 수 있다.
일 실시예에서, 픽셀 어레이(10)는 복수의 자동 초점 픽셀들을 포함할 수 있다. 자동 초점 픽셀들 각각은 둘 이상의 포토 다이오드들을 포함할 수 있으며, 로직 회로(20)는 자동 초점 픽셀들 각각에 포함되는 포토 다이오드들로부터 획득한 픽셀 신호들의 차이를 이용하여 이미지 센서(1) 및/또는 이미지 센서(1)를 포함하는 카메라 장치의 자동 초점 기능을 구현할 수 있다.
로직 회로(20)가 포토 다이오드들로부터 획득하는 픽셀 신호들은 외부에서 입사한 빛에 의해 결정되며, 따라서 이미지 센서(1)로 입사하는 빛의 경로에 배치되는 렌즈들의 형상으로부터 영향을 받을 수 있다. 일례로, 빛의 경로에 배치되는 렌즈들 중에서 원형이 아닌 형상의 렌즈가 존재할 경우, 포토 다이오드들이 배열되는 방향에 따라 픽셀 신호들의 차이가 자동 초점 픽셀들에서 서로 다르게 나타날 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기와 같은 특징을 고려하여 자동 초점 기능이 개선된 이미지 센서(1)를 제공할 수 있다. 일례로, 픽셀 어레이(10)에 포함되는 자동 초점 픽셀들 중 적어도 일부에 포함되는 마이크로 렌즈들의 상면이 서로 다른 높이를 갖도록 함으로써, 포토 다이오드들의 배열 방향에 관계없이 정확한 자동 초점 기능을 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치를 포함하는 전자 기기를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기(30)는 스마트 폰 등의 모바일 기기일 수 있으며, 카메라 장치들(40, 50)을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기(30)는 모바일 기기로 한정되지 않으며, 카메라 장치들(40, 50)을 포함하는 모든 기기를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 전자 기기(30)에 포함되는 카메라 장치들(40, 50)의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
도 2에 도시한 일 실시예에서 전자 기기(30)는 제1 카메라 장치(40)와 제2 카메라 장치(50)를 포함할 수 있으며, 제1 카메라 장치(40)와 제2 카메라 장치(50)는 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 일례로, 제1 카메라 장치(40)에 포함되는 이미지 센서는 픽셀 어레이의 상면이 XY 평면과 평행하도록 배치될 수 있으며, 제2 카메라 장치(50)에 포함되는 이미지 센서는 픽셀 어레이의 상면이 XZ 평면과 평행하도록 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 카메라 장치(40)와 제2 카메라 장치(50)에는 일 방향(Y축 방향)을 따라 진행하는 빛이 입사할 수 있다. 따라서 제1 카메라 장치(40)는, 입사한 빛을 일 방향(Y축 방향)과 다른 방향(Z축 방향)으로 굴절시킬 수 있는 굴절 부재를 포함할 수 있다. 일례로 굴절 부재는 프리즘 등으로 구현될 수 있다.
제1 카메라 장치(40)와 같이 굴절 부재를 이용함으로써, 일 방향(Y축 방향)에서 전자 기기(30)의 두께 증가를 최소화함과 동시에, 제1 카메라 장치(40)에 포함되는 렌즈들의 개수를 증가시킬 수 있다. 일례로, 제1 카메라 장치(40)와 같은 구조를 이용함으로써, 많은 수의 렌즈들을 필요로 하는 망원 카메라를 효율적으로 구현할 수 있다. 이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 자세히 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 카메라 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.
먼저 도 3은 제1 카메라 장치(40)를 간단하게 나타낸 도면일 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1 카메라 장치(40)는 이미지 센서(41), 및 일 방향(Y축 방향)을 따라 입사한 빛을 이미지 센서(41)로 입사시키는 광학 모듈(42) 등을 포함할 수 있다. 광학 모듈(42)은 이미지 센서(41)로 입사하는 빛의 진행 경로에 배치되는 복수의 렌즈들(43, 44), 및 일 방향(Y축 방향)으로 입사한 빛을 굴절시키는 굴절 부재(45) 등을 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 이미지 센서(41)에 포함되는 픽셀 어레이의 상면은 XY 평면과 평행할 수 있다.
광학 모듈(42)은 서로 다른 형상을 갖는 제1 렌즈(43)와 제2 렌즈(44) 등을 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1 렌즈(43)는 제1 방향(X축 방향)으로 연장되는 적어도 하나의 모서리(43E)를 포함할 수 있다. 제1 방향으로 연장되는 모서리(43E)를 형성함으로써, 제1 렌즈(43)는 제1 방향과 제2 방향(Y축 방향)에서 서로 다른 폭을 가질 수 있다. 일례로, 제1 렌즈(43)는 제1 방향에서 제1 폭(W1)을 갖고, 제2 방향에서 제1 폭(W1)보다 작은 제2 폭(W2)을 가질 수 있다.
도 3에 도시한 제1 카메라 장치(40)에서, 제2 방향(Y축 방향)은 제1 카메라 장치(40)가 장착되는 전자 기기의 두께 방향일 수 있다. 따라서, 제1 렌즈(43)와 같이 직경이 상대적으로 큰 렌즈에 제1 방향으로 연장되는 모서리(43E)를 형성함으로써, 제1 카메라 장치(40)의 두께는 물론, 제1 카메라 장치(40)가 장착되는 전자 기기의 두께를 최소화할 수 있다.
다음으로 도 4를 참조하면, 제2 카메라 장치(50)는 이미지 센서(51) 및 광학 모듈(52) 등을 포함할 수 있다. 제2 카메라 장치(50)의 광학 모듈(52)은, 제1 카메라 장치(40)와 달리 굴절 부재를 포함하지 않을 수 있으며, 이미지 센서(51)에 포함되는 픽셀 어레이의 상면은 XZ 평면과 평행할 수 있다. 광학 모듈(52)은 복수의 렌즈들(53, 54)을 포함할 수 있으며, 제1 렌즈(53)와 제2 렌즈(54)는 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 일례로, 제1 렌즈(53)는 원형 형상을 갖는 제2 렌즈(54)와 달리, 적어도 하나의 모서리(53E)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시한 실시예들에서, 제1 렌즈(43, 53)의 개수 및 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 일례로 도 3 및 도 4에 도시한 실시예들에서 제1 렌즈(43, 53)는 이미지 센서(41, 51)에 가까이 배치되는 것으로 도시되었으나, 이와 달리 광학 모듈(42, 52)의 중간 또는 전면에 배치될 수도 있다. 예시적으로, 도 4에 도시한 일 실시예에서 제1 렌즈(53)를 광학 모듈(52)의 전면에 배치함으로써, 전자 기기의 외부로 노출되는 제2 카메라 장치(50)의 면적을 줄일 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 모서리(43E, 53E)를 갖는 제1 렌즈(43, 53)를 광학 모듈(42, 52)에 포함시킴으로써 여러 효과를 얻을 수 있다. 반면, 제1 렌즈(43, 53)로 인해 이미지 센서(41, 51)에 포함되는 자동 초점 픽셀에서 나타나는 픽셀 신호의 차이에 오류가 발생할 수도 있다. 따라서, 자동 초점 기능을 정확하기 구현하기 위한 방법이 이미지 센서(41, 51) 및/또는 카메라 장치(40, 50)에 적용될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 5 및 도 6은 이미지 센서의 픽셀 어레이에 포함되는 자동 초점 픽셀들(AF1, AF2)에서 발생하는 픽셀 신호의 차이를 설명하기 위해 제공되는 도면들일 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시한 일 실시예에서, 자동 초점 픽셀들(AF1, AF2)에 입사하는 빛의 진행 경로에는 렌즈(DL)가 배치되며, 일례로 렌즈(DL)는 제1 방향(X축 방향)을 따라 연장되는 모서리(E1, E2)를 가질 수 있다. 따라서, 렌즈(DL)는 제1 방향에서 제1 폭(W1)을 갖고, 제2 방향(Y축 방향)에서는 제1 폭(W1)보다 작은 제2 폭(W2)을 가질 수 있다.
자동 초점 픽셀들(AF1, AF2) 각각은 서로 인접하는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)를 포함할 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 자동 초점 픽셀(AF1)에 포함되는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)는 제1 방향을 따라 배열되고, 제2 자동 초점 픽셀(AF2)에 포함되는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)는 제2 방향을 따라 배열될 수 있다. 따라서, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 자동 초점 픽셀(AF1)에서 획득한 픽셀 신호들의 차이와, 제2 자동 초점 픽셀(AF2)에서 획득한 픽셀 신호들의 차이가 서로 다를 수 있다.
제2 자동 초점 픽셀(AF2)에서 바라본 렌즈(DL)의 높이는 제2 폭(W2)으로서, 제1 자동 초점 픽셀(AF1)에서 바라본 렌즈(DL)의 높이인 제1 폭(W1)보다 작을 수 있다. 반면, 제1 자동 초점 픽셀(AF1) 및 제2 자동 초점 픽셀(AF2) 각각과 렌즈(DL) 사이의 직선 거리는 동일하며, 따라서 제1 자동 초점 픽셀(AF1)에서 정의되는 개구수(Numerical Aperture)와 제2 자동 초점 픽셀(AF2)에서 정의되는 개구수가 서로 다를 수 있다. 일례로, 제2 폭(W2)이 제1 폭(W1)의 1/A 배인 경우, 제2 자동 초점 픽셀(AF2)의 개구수는 제1 자동 초점 픽셀(AF1)의 개구수의 1/A 배일 수 있다. 이는, 제2 자동 초점 픽셀(AF2)이 제1 자동 초점 픽셀(AF1)보다 작은 시야각을 갖는 것으로도 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 제1 자동 초점 픽셀(AF1)과 제2 자동 초점 픽셀(AF2)의 개구수 차이를 보상하기 위해, 제2 자동 초점 픽셀(AF2)에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름 및 광 투과층의 두께 중 적어도 하나를 제1 자동 초점 픽셀(AF1)과 다르게 형성할 수 있다. 제2 자동 초점 픽셀(AF2)에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름 및 광 투과층의 두께 중 적어도 하나를 제1 자동 초점 픽셀(AF1)과 다르게 형성함으로써, 제2 자동 초점 픽셀(AF2)의 초점 거리를 변경하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 제1 자동 초점 픽셀(AF1)과 제2 자동 초점 픽셀(AF2)의 개구수 차이를 보상할 수 있다.
일례로, 제2 자동 초점 픽셀(AF2)에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름이 제1 자동 초점 픽셀(AF1)에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름보다 작을 수 있다. 또는, 제2 자동 초점 픽셀(AF2)에 포함되는 광 투과층의 두께가, 제1 자동 초점 픽셀(AF1)에 포함되는 광 투과층의 두께보다 클 수 있다. 실시예들에 따라, 제2 자동 초점 픽셀(AF2)에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름과 광 투과층의 두께가 함께 조절될 수도 있다. 마이크로 렌즈의 곡률 반지름과 광 투과층의 두께를 변경함에 따라, 구조적으로 제2 자동 초점 픽셀(AF2)에 포함되는 마이크로 렌즈의 상면이, 제1 자동 초점 픽셀(AF1)에 포함되는 마이크로 렌즈의 상면보다 높게 위치할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(100)는 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배열되는 복수의 픽셀들(110-130)을 포함할 수 있다. 일례로 픽셀 어레이(100)는, 일반 픽셀(110), 제1 자동 초점 픽셀(120), 및 제2 자동 초점 픽셀(130)을 포함할 수 있다. 일반 픽셀(110), 제1 자동 초점 픽셀(120), 및 제2 자동 초점 픽셀(130) 각각은 복수 개일 수 있으며, 그 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 일례로, 일반 픽셀(110)의 개수는 자동 초점 픽셀들(120, 130)의 개수보다 많을 수 있다. 또한, 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130)의 위치 역시 도 7에 도시한 바로 한정되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다.
제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130) 각각은 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 제1 자동 초점 픽셀(120)에서 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드는 제1 방향을 따라 배열되고, 제2 자동 초점 픽셀(130)에서 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드는 제2 방향을 따라 배열될 수 있다. 한편, 일반 픽셀(110)은 제1 자동 초점 픽셀(120) 및 제2 자동 초점 픽셀(130)과 마찬가지로 복수의 포토 다이오드들을 포함하거나, 또는 하나의 포토 다이오드를 포함할 수도 있다.
도 7에 도시한 일 실시예에서, 이미지 센서로 입사하는 빛의 경로에는 복수의 렌즈들을 배치될 수 있다. 또한, 복수의 렌즈들 중 적어도 하나는, 제1 방향을 따라 연장되는 모서리를 갖는 D-컷 렌즈일 수 있다. D-컷 렌즈가 제1 방향으로 연장되는 모서리를 갖는 경우, D-컷 렌즈는 제1 방향에서 제1 폭을 갖고, 제2 방향에서는 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가질 수 있다.
이미지 센서로 입사하는 빛의 경로에 D-컷 렌즈가 배치되면, 제1 자동 초점 픽셀(120)의 개구수와 제2 자동 초점 픽셀(130)의 개구수가 서로 다른 값을 가질 수 있다. 따라서, 제1 자동 초점 픽셀(120)이 출력하는 픽셀 신호로부터 생성되는 자동 초점 정보와, 제2 자동 초점 픽셀(130)이 출력하는 픽셀 신호로부터 생성되는 자동 초점 정보가 다를 수 있으며, 이미지 센서의 자동 초점 기능이 제대로 구현되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130)을 다르게 형성하여 상기와 같은 문제를 해결하고 이미지 센서의 자동 초점 기능을 개선할 수 있다. 일례로, 제1 자동 초점 픽셀(120)에 포함되는 마이크로 렌즈의 상면과, 제2 자동 초점 픽셀(130)에 포함되는 마이크로 렌즈의 상면이 서로 다른 높이에 위치할 수 있다. 따라서 D-컷 렌즈에 의해 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130)에서 발생하는 개구수 차이가 보상될 수 있으며, 자동 초점 기능을 정확하게 구현할 수 있다.
일례로, 제1 자동 초점 픽셀(120)에 포함되는 마이크로 렌즈의 상면보다, 제2 자동 초점 픽셀(130)에 포함되는 마이크로 렌즈의 상면이 더 높게 위치할 수 있다. 다시 말해, 픽셀 어레이(100)의 상면에 수직하는 제3 방향(Z축 방향)에서, 제1 자동 초점 픽셀(120)의 마이크로 렌즈의 상면과 D-컷 렌즈 사이의 간격이, 제2 자동 초점 픽셀(130)의 마이크로 렌즈의 상면과 D-컷 렌즈 사이의 간격보다 클 수 있다.
도 7에 도시한 일 실시예와 같은 픽셀 어레이(100)에서, 제2 자동 초점 픽셀(130)의 개구수는 제1 자동 초점 픽셀(120)의 개구수보다 작을 수 있다. 일례로, 제2 자동 초점 픽셀(130)의 마이크로 렌즈가, 제1 자동 초점 픽셀(120)의 마이크로 렌즈보다 작은 곡률 반지름을 갖도록 형성될 수 있다. 곡률 반지름이 감소하면 마이크로 렌즈의 개구수가 증가하므로, 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130) 각각에서 마이크로 렌즈의 곡률 반지름을 다르게 형성하여 D-컷 렌즈 배치에 따른 개구수 차이 문제를 해결할 수 있다. 또는, 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130) 각각에서 마이크로 렌즈와 포토 다이오드 사이에 배치되는 광 투과층의 두께를 다르게 형성하여 D-컷 렌즈 배치에 따른 개구수 차이 문제를 해결할 수도 있다. 실시예들에 따라, 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130) 각각에서, 마이크로 렌즈의 곡률 반지름과 광 투과층의 두께가 모두 다르게 형성될 수도 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
일례로 도 8a는 도 7에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(100)에서 일반 픽셀(110)의 픽셀 회로를 도시한 회로도일 수 있으며, 도 8b는 도 7에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(100)에서 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130)의 픽셀 회로를 도시한 회로도일 수 있다. 다만, 픽셀들(110, 120, 130)에 포함되는 픽셀 회로가 반드시 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이 한정되지 않으며, 필요에 따라 일부 소자가 추가되거나 또는 생략될 수도 있다.
먼저 도 8a를 참조하면, 일반 픽셀(110)의 픽셀 회로는 포토 다이오드(PD), 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 구동 트랜지스터(SF), 선택 트랜지스터(SX) 등을 포함할 수 있다. 픽셀 회로는 칼럼 라인(COL)을 통해 이미지 센서의 로직 회로와 연결되며, 로직 회로는 칼럼 라인(COL)을 통해 리셋 전압과 픽셀 전압을 획득하여 일반 픽셀(110)의 픽셀 신호를 생성할 수 있다.
다음으로 도 8b를 참조하면, 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130)의 픽셀 회로는 제1 포토 다이오드(PD1), 제1 전송 트랜지스터(TX1), 제2 포토 다이오드(PD2), 제2 전송 트랜지스터(TX2), 리셋 트랜지스터(RX), 구동 트랜지스터(SF), 선택 트랜지스터(SX) 등을 포함할 수 있다. 일반 픽셀(110)과 마찬가지로, 로직 회로는 칼럼 라인(COL)을 통해 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130)의 픽셀 신호를 획득할 수 있다.
일례로 로직 회로는, 제1 포토 다이오드(PD1)가 생성한 전하에 대응하는 제1 픽셀 신호, 및 제2 포토 다이오드(PD2)가 생성한 전하에 대응하는 제2 픽셀 신호를 각각 획득할 수 있다. 로직 회로는 제1 픽셀 신호와 제2 픽셀 신호를 이용하여 자동 초점 기능을 구현할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
일례로, 도 9 내지 도 11은 도 7에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(100)에서 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130) 각각의 단면을 나타낸 도면들일 수 있다. 도 9 내지 도 11에 도시한 실시예들 각각에서, 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130) 각각은 반도체 기판(101)에 형성되는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)를 포함할 수 있다. 제1 자동 초점 픽셀(120)과 제2 자동 초점 픽셀(130) 각각에서 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)는 소자들(102)에 연결되며, 소자들(102)은 배선 패턴들(103)과 함께 픽셀 회로를 제공할 수 있다. 소자들(102)과 배선 패턴들(103)은 절연층(104)으로 커버될 수 있다.
제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2) 각각의 수광 면적은, 일반 픽셀(110)에 포함되는 포토 다이오드의 수광 면적보다 작을 수 있다. 일례로, 제1 포토 다이오드(PD1)는 제1 서브 포토 다이오드로, 제2 포토 다이오드(PD2)는 제2 서브 포토 다이오드로 정의될 수도 있다.
먼저 도 9를 참조하면, 제1 자동 초점 픽셀(120)은 빛의 입사 경로에 배치되는 제1 마이크로 렌즈(121), 제1 광 투과층(122) 및 제1 컬러 필터(125)를 포함할 수 있다. 또한 제2 자동 초점 픽셀(130)은 빛의 입사 경로에 배치되는 제2 마이크로 렌즈(131), 제2 광 투과층(132), 및 제2 컬러 필터(135)를 포함할 수 있다. 실시예들에 따라, 제1 컬러 필터(125)와 제2 컬러 필터(135) 각각이 투과시키는 빛의 파장 대역은 서로 같거나 다를 수 있다. 또한, 제1 자동 초점 픽셀(120)에서 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)는 제1 방향(X축 방향)으로 서로 인접하고, 제2 자동 초점 픽셀(130)에서 제1 포토 다이오드(PD1)와 제2 포토 다이오드(PD2)는 제2 방향(Y축 방향)으로 서로 인접할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 마이크로 렌즈(121)의 곡률 반지름은, 일반 픽셀(110)에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름과 같을 수 있다.
도 9에 도시한 일 실시예에서는, 제1 마이크로 렌즈(121)가 제2 마이크로 렌즈(131)보다 큰 곡률 반지름을 가질 수 있다. 곡률 반지름은 곡률에 반비례하며, 따라서 제2 마이크로 렌즈(131)의 상면이 제1 마이크로 렌즈(121)의 상면보다 높게 위치할 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(131)가 상대적으로 더 작은 곡률 반지름을 갖기 때문에, 제2 자동 초점 픽셀(130)의 개구수가 증가할 수 있으며, 픽셀 어레이(100)의 전면에 배치되는 D-컷 렌즈로 인한 개구수 감소를 효과적으로 보상할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 마이크로 렌즈(121)의 곡률 반지름과 제2 마이크로 렌즈(131)의 곡률 반지름의 비율은, D-컷 렌즈의 형상에 따라 결정될 수 있다. D-컷 렌즈가 제1 방향에서 제1 폭을 갖고, 제2 방향에서는 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는 경우, 제1 마이크로 렌즈(121)의 곡률 반지름과 제2 마이크로 렌즈(131)의 곡률 반지름의 비율은, 제1 폭과 제2 폭의 비율에 대응할 수 있다. 일례로, 제1 폭이 제2 폭의 N 배인 경우(N은 1보다 큰 수), 제1 마이크로 렌즈(121)의 곡률 반지름이 제2 마이크로 렌즈(131)의 곡률 반지름의 N 배일 수 있다.
다음으로 도 10을 참조하면, 제1 자동 초점 픽셀(120)은 빛의 입사 경로에 배치되는 제1 마이크로 렌즈(121), 제1 광 투과층(122) 및 제1 컬러 필터(125)를 포함할 수 있다. 또한 제2 자동 초점 픽셀(130)은 빛의 입사 경로에 배치되는 제2 마이크로 렌즈(131A), 제2 광 투과층(132A), 및 제2 컬러 필터(135)를 포함할 수 있다. 도 10에 도시한 일 실시예에서, 제1 마이크로 렌즈(121)와 제2 마이크로 렌즈(131A)는 서로 같은 곡률 반지름을 가질 수 있다. 따라서, 도 10에 도시한 바와 같이, 제1 마이크로 렌즈(121)의 상면과 제2 마이크로 렌즈(131A)의 상면이 서로 같은 형상을 가질 수 있다.
도 10에 도시한 일 실시예에서, 제1 광 투과층(122)과 제2 광 투과층(132A)은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 일례로, 제2 광 투과층(132A)이 제1 광 투과층(122)보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 따라서 제2 자동 초점 픽셀(130)은 제1 자동 초점 픽셀(120)에 비해 더 작은 초점 거리를 가질 수 있다. 개구수는 초점 거리와 반비례하므로, 제2 광 투과층(132A)을 더 큰 두께로 형성하여 제2 자동 초점 픽셀(130)의 개구수를 증가시킬 수 있으며, 결과적으로 D-컷 렌즈로 인한 개구수 감소를 보상하고 이미지 센서의 자동 초점 기능을 개선할 수 있다.
실시예들에 따라, 제2 광 투과층(132A)은 하부 광 투과층(133A)과 상부 광 투과층(134A)을 포함할 수 있으며, 상부 광 투과층(134A)은 하부 광 투과층(133A)과 제2 마이크로 렌즈(131A) 사이에 배치될 수 있다. 상부 광 투과층(134A)은 하부 광 투과층(133A)과 같은 물질로 형성되거나, 또는 다른 물질로 형성될 수도 있다.
상부 광 투과층(134A)이 하부 광 투과층(133A)과 다른 물질로 형성되는 경우, 상부 광 투과층(134A)은 제2 마이크로 렌즈(131A)와 같은 물질로 형성될 수 있다. 또는, 상부 광 투과층(134A)이 하부 광 투과층(133A)보다 상대적으로 작은 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수도 있다. 상부 광 투과층(134A)의 물질을 상기와 같이 선택함으로써, 제2 자동 초점 픽셀(130)의 높이가 증가하여 주변 픽셀들로 입사하는 빛의 세기가 감소하는 것을 최소화할 수 있다.
다음으로 도 11을 참조하면, 제2 자동 초점 픽셀(130)에 포함되는 제2 마이크로 렌즈(131B)의 곡률 반지름 및 제2 광 투과층(132B)의 두께가, 제1 자동 초점 픽셀(120)에 포함되는 제1 마이크로 렌즈(121)의 곡률 반지름 및 제1 광 투과층(122)의 두께와 각각 다를 수 있다. 도 11에 도시한 일 실시예에서, 제2 마이크로 렌즈(131B)의 곡률 반지름은 제1 마이크로 렌즈(121)의 곡률 반지름보다 작고, 제2 광 투과층(132B)의 두께가 제1 광 투과층(122)의 두께보다 클 수 있다. 따라서 제2 마이크로 렌즈(131B)의 상면이 제1 마이크로 렌즈(121)의 상면보다 높게 위치할 수 있으며, 제2 자동 초점 픽셀(130)의 개구수를 증가시켜 D-컷 렌즈 배치에 따른 개구수 감소를 보상할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(200)는 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배열되는 복수의 픽셀들(210-230)을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(200)는, 일반 픽셀(210), 제1 자동 초점 픽셀(220), 및 제2 자동 초점 픽셀(230)을 포함할 수 있다.
제1 자동 초점 픽셀(220)은 제1 방향에서 서로 인접하는 제1 픽셀(220A)과 제2 픽셀(220B)을 포함하며, 제2 자동 초점 픽셀(230)은 제2 방향에서 서로 인접하는 제1 픽셀(230A)과 제2 픽셀(230B)을 포함할 수 있다. 따라서, 일반 픽셀(210)의 제1 수광 면적보다, 제1 자동 초점 픽셀(220)과 제2 자동 초점 픽셀(230) 각각의 제2 수광 면적이 더 클 수 있다. 일례로, 제1 픽셀들(220A, 220B)과 제2 픽셀들(230A, 230B) 각각의 수광 면적은 제1 수광 면적과 실질적으로 같을 수 있으며, 제2 수광 면적은 제1 수광 면적의 두 배일 수 있다.
제1 자동 초점 픽셀(220)과 제2 자동 초점 픽셀(230) 각각은 하나의 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 자동 초점 픽셀(220)에서 제1 픽셀(220A)과 제2 픽셀(220B)이 하나의 마이크로 렌즈를 공유하고, 제2 자동 초점 픽셀(230)에서 제1 픽셀(230A)과 제2 픽셀(230B)이 하나의 마이크로 렌즈를 공유할 수 있다. 이하, 도 13 및 도 14를 참조하여 더욱 자세히 설명하기로 한다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 13 및 도 14는 도 12에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(200)에서 제1 자동 초점 픽셀(220)과 제2 자동 초점 픽셀(230) 각각의 구조를 설명하기 위한 도면들일 수 있다. 도 13 및 도 14에 도시한 실시예들 각각에서, 제1 자동 초점 픽셀(220)과 제2 자동 초점 픽셀(230) 각각은 반도체 기판(201)에 형성되는 포토 다이오드들(PD)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 픽셀들(220A, 230A)과 제2 픽셀들(220B, 230B) 각각이 포토 다이오드(PD), 픽셀 회로를 제공하는 소자들(202)과 배선 패턴들(203), 및 절연층(204) 등을 포함할 수 있다.
반도체 기판(201)의 상부에는 컬러 필터들(225, 235)과 광 투과층들(222, 232) 및 마이크로 렌즈들(221, 231)이 배치될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 자동 초점 픽셀(220)에 포함되는 제1 픽셀(220A)과 제2 픽셀(220B)은 제1 마이크로 렌즈(221)를 공유할 수 있다. 마찬가지로, 제2 자동 초점 픽셀(230)에 포함되는 제1 픽셀(230A)과 제2 픽셀(230B)은 제2 마이크로 렌즈(231)를 공유할 수 있다. 또한, 제1 픽셀들(220A, 230A)에 포함되는 컬러 필터(225)와 제2 픽셀들(220B, 230B)에 포함되는 컬러 필터(235)는 서로 다른 색상의 빛을 통과시키는 것으로 도시하였으나, 같은 색상의 빛을 통과시킬 수도 있다.
한편, 제1 마이크로 렌즈(221)의 상면은 일반 픽셀(210)에 포함되는 마이크로 렌즈의 상면과 같은 높이에 위치할 수 있다. 다만, 일반 픽셀(210)보다 자동 초점 픽셀들(220, 230) 각각의 수광 면적이 더 크기 때문에, 제1 마이크로 렌즈(221)의 곡률 반지름은 일반 픽셀(210)에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름보다 클 수 있다.
먼저 도 13을 참조하면, 제1 마이크로 렌즈(221)와 제2 마이크로 렌즈(231)가 서로 다른 곡률 반지름을 가질 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(221)의 곡률 반지름이 제2 마이크로 렌즈(231)의 곡률 반지름보다 클 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(221)의 상면이 제2 마이크로 렌즈(231)의 상면보다 낮게 위치할 수 있으며, 제1 자동 초점 픽셀(220)의 개구수보다 제2 자동 초점 픽셀(230)의 개구수가 더 클 수 있다. 따라서, 픽셀 어레이(200)의 전면에 배치되는 D-컷 렌즈로 인한 자동 초점 기능 저하를 해결할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 픽셀 어레이(200)의 전면에 배치되는 D-컷 렌즈는, 제1 방향(X축 방향)을 따라 연장되는 모서리를 갖는 D-컷 렌즈일 수 있으며, 제1 방향의 제1 폭이 제2 방향(Y축 방향)의 제2 폭보다 클 수 있다. 일 실시예에서, 제1 마이크로 렌즈(221)의 곡률 반지름과 제2 마이크로 렌즈(231)의 곡률 반지름의 비율은, 제1 폭과 제2 폭의 비율에 따라 결정될 수 있다.
다음으로 도 14를 참조하면, 제1 마이크로 렌즈(221)와 제2 마이크로 렌즈(231A)는 서로 같은 곡률 반지름을 가질 수 있다. 따라서, 도 14에 도시한 바와 같이, 제1 마이크로 렌즈(221)의 상면과 제2 마이크로 렌즈(231A)의 상면이 서로 같은 형상을 가질 수 있다.
도 14에 도시한 일 실시예에서는, 제1 광 투과층(222)과 제2 광 투과층(232A)은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 일례로, 제2 광 투과층(232A)은 하부 광 투과층(233A)과 상부 광 투과층(234A)을 포함할 수 있으며, 제1 광 투과층(222)보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 일례로, 하부 광 투과층(233A)은 제1 광 투과층(222)과 실질적으로 같은 두께를 가질 수 있으며, 상부 광 투과층(234A)의 두께만큼 제2 광 투과층(232A)의 두께가 증가할 수 있다.
제2 광 투과층(232A)의 두께로 인해, 제2 자동 초점 픽셀(230)은 제1 자동 초점 픽셀(220)보다 작은 초점 거리를 가질 수 있다. 개구수는 초점 거리와 반비례하므로, 제2 광 투과층(232A)을 더 큰 두께로 형성하여 제2 자동 초점 픽셀(230)의 개구수를 증가시킬 수 있으며, 결과적으로 D-컷 렌즈로 인한 개구수 감소를 보상하고 이미지 센서의 자동 초점 기능을 개선할 수 있다. 상부 광 투과층(234A)은 하부 광 투과층(233A), 및 제1 광 투과층(222)보다 낮은 굴절률을 갖는 물질, 예를 들어 마이크로 렌즈들(221, 231A)과 같은 물질로 형성될 수 있다.
또한, 도 13과 도 14를 참조하여 설명한 실시예들이 제2 자동 초점 픽셀(230)에 동시에 적용될 수도 있다. 다시 말해, 제2 자동 초점 픽셀(230)에서 제2 마이크로 렌즈(231)의 곡률 반지름이 제1 마이크로 렌즈(221)의 곡률 반지름보다 작게 형성되고, 제2 광 투과층(232A)이 제1 광 투과층(222)보다 큰 두께를 갖도록 형성될 수도 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(300)는 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배열되는 복수의 픽셀들(310-330)을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(300)는, 일반 픽셀(310), 제1 자동 초점 픽셀(320), 및 제2 자동 초점 픽셀(330)을 포함할 수 있다.
제1 자동 초점 픽셀(320)은 제1 방향에서 서로 인접하는 제1 픽셀(320A)과 제2 픽셀(320B)을 포함하며, 제2 자동 초점 픽셀(330)은 제2 방향에서 서로 인접하는 제1 픽셀(330A)과 제2 픽셀(330B)을 포함할 수 있다. 따라서, 일반 픽셀(310)의 제1 수광 면적보다, 제1 자동 초점 픽셀(320)과 제2 자동 초점 픽셀(330) 각각의 제2 수광 면적이 더 클 수 있다. 일례로, 제1 픽셀들(320A, 320B)과 제2 픽셀들(330A, 330B) 각각의 수광 면적은 제1 수광 면적과 실질적으로 같을 수 있으며, 제2 수광 면적은 제1 수광 면적의 두 배일 수 있다.
한편, 도 12를 참조하여 설명한 일 실시예와 달리, 제1 자동 초점 픽셀(320)에서 제1 픽셀(320A)과 제2 픽셀(320B)은 각각 마이크로 렌즈를 포함할 수 있으며, 제2 자동 초점 픽셀(330)에서 제1 픽셀(330A)과 제2 픽셀(330B)이 각각 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 또한 제1 픽셀(320A, 330A)과 제2 픽셀(320B, 330B) 각각은 빛을 차단하는 제1 차단층(305)과 제2 차단층(306)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 차단층(305)과 제2 차단층(306)은 제1 픽셀(320A, 330A)과 제2 픽셀(320B, 330B) 사이의 경계에서 서로 인접하거나, 또는 서로 물리적으로 연결될 수도 있다. 이하, 도 16 및 도 17을 참조하여 더욱 자세히 설명하기로 한다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 16 및 도 17은 도 15에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(300)에서 제1 자동 초점 픽셀(320)과 제2 자동 초점 픽셀(330) 각각의 구조를 설명하기 위한 도면들일 수 있다. 도 16 및 도 17에 도시한 실시예들 각각에서, 제1 자동 초점 픽셀(320)과 제2 자동 초점 픽셀(330) 각각은 반도체 기판(301)에 형성되는 포토 다이오드들(PD)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 픽셀들(320A, 330A)과 제2 픽셀들(320B, 330B) 각각이 포토 다이오드(PD), 픽셀 회로를 제공하는 소자들(302)과 배선 패턴들(303), 및 절연층(304) 등을 포함할 수 있다.
반도체 기판(301)의 상부에는 컬러 필터들(325, 335)과 광 투과층들(322, 332) 및 마이크로 렌즈들(321, 331)이 배치될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 픽셀들(320A, 330A) 각각이 제1 마이크로 렌즈(321)를 포함하고, 제2 픽셀들(320B, 330B) 각각이 제2 마이크로 렌즈(331)를 포함할 수 있다.
먼저 도 16을 참조하면, 제1 마이크로 렌즈(321)와 제2 마이크로 렌즈(331)가 서로 다른 곡률 반지름을 가질 수 있으며, 일례로, 제1 마이크로 렌즈(321)의 곡률 반지름이 제2 마이크로 렌즈(331)의 곡률 반지름보다 클 수 있다. 따라서 제1 자동 초점 픽셀(320)에 포함되는 제1 픽셀(320A)과 제2 픽셀(320B)의 개구수보다 제2 자동 초점 픽셀(330)에 포함되는 제1 픽셀(330A)과 제2 픽셀(330B)의 개구수가 더 클 수 있다. 픽셀 어레이(300)로 입사하는 빛의 경로에 배치되는 D-컷 렌즈로 인한 자동 초점 기능 저하를 해결할 수 있다. 픽셀 어레이(300)의 전면에 배치되는 D-컷 렌즈는, 제1 방향(X축 방향)을 따라 연장되는 모서리를 갖는 D-컷 렌즈일 수 있으며, 제1 방향의 제1 폭이 제2 방향(Y축 방향)의 제2 폭보다 클 수 있다. 일 실시예에서, 제1 마이크로 렌즈(321)의 곡률 반지름과 제2 마이크로 렌즈(331)의 곡률 반지름의 비율은, 제1 폭과 제2 폭의 비율에 따라 결정될 수 있다.
다음으로 도 17를 참조하면, 제1 마이크로 렌즈(321)와 제2 마이크로 렌즈(331A)는 서로 같은 곡률 반지름을 가질 수 있다. 따라서, 제1 마이크로 렌즈(321)의 상면과 제2 마이크로 렌즈(331A)의 상면이 서로 같은 형상을 가질 수 있다.
한편 도 17에 도시한 일 실시예에서는, 제1 광 투과층(322)과 제2 광 투과층(332A)이 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 일례로, 제2 광 투과층(332A)은 제1 광 투과층(322)보다 더 큰 두께를 가질 수 있으며, 하부 광 투과층(333A)과 상부 광 투과층(334A)을 포함할 수 있다. 일례로, 하부 광 투과층(333A)은 제1 광 투과층(322)과 실질적으로 같은 두께를 가질 수 있으며, 상부 광 투과층(334A)의 두께만큼 제2 광 투과층(332A)의 두께가 증가할 수 있다.
제2 광 투과층(332A)으로 인해, 제2 자동 초점 픽셀(330)은 제1 자동 초점 픽셀(320)보다 작은 초점 거리를 가질 수 있다. 개구수는 초점 거리와 반비례하므로, 제2 자동 초점 픽셀(330)의 개구수가 제1 자동 초점 픽셀(320)보다 클 수 있으며, D-컷 렌즈로 인한 개구수 감소를 보상하고 이미지 센서의 자동 초점 기능을 개선할 수 있다. 상부 광 투과층(334A)은 하부 광 투과층(333A), 및 제1 광 투과층(322)보다 낮은 굴절률을 갖는 물질, 예를 들어 마이크로 렌즈들(321, 331A)과 같은 물질로 형성될 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 상부 광 투과층(334A)은 하부 광 투과층(333A)이 동일한 물질로 형성될 수도 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(400)는 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배열되는 복수의 픽셀들(PX1, PX2)을 포함할 수 있다. 도 18에 도시한 일 실시예에서, 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나에서 서로 인접한 둘 이상의 제1 픽셀들(PX1)은 일반 픽셀 블록들(410)을 제공할 수 있다. 또한, 제1 방향 또는 제2 방향에서 서로 인접한 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 자동 초점 픽셀 블록들(420, 430)을 제공할 수 있다. 제1 픽셀들(PX1)의 개수는 제2 픽셀들(PX2)의 개수보다 많을 수 있다. 제1 픽셀들(PX1)이 배치되는 영역은 일반 픽셀 영역으로, 제2 픽셀들(PX2)이 배치되는 영역은 자동 초점 픽셀 영역으로 정의될 수 있다.
자동 초점 픽셀 블록들(420, 430)은 제1 자동 초점 픽셀 블록(420)과 제2 자동 초점 픽셀 블록(430)을 포함할 수 있다. 제1 자동 초점 픽셀 블록(420)에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 제1 방향에서 서로 인접하고, 제2 자동 초점 픽셀 블록(430)에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 제2 방향에서 서로 인접할 수 있다. 자동 초점 픽셀 블록들(420, 430) 각각에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)에는 동일한 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다.
자동 초점 픽셀 블록들(420, 430) 각각에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 하나의 마이크로 렌즈를 공유할 수 있으며, 자동 초점 픽셀 블록들(420, 430) 각각에 포함되는 마이크로 렌즈는, 제1 픽셀들(PX1) 각각에 포함되는 마이크로 렌즈와 다른 곡률 반지름을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제1 픽셀들(PX1) 각각에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름은 제1 값을 갖고, 자동 초점 픽셀 블록들(420, 430) 각각에서 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)이 공유하는 하나의 마이크로 렌즈의 곡률 반지름은 제2 값을 가질 수 있다. 제2 값은 제1 값보다 클 수 있다.
일례로, 제1 값과 제2 값 각각은 정해진 하나의 값이 아니며, 소정 범위로 정의될 수 있다. 일 실시예에서 제1 값은 제1 최소값과 제1 최대값 사이의 값일 수 있으며, 제2 값은 제2 최소값과 제2 최대값 사이의 값일 수 있다. 제1 값이 정의되는 범위, 다시 말해 제1 최대값과 제1 최소값의 차이는, 제2 값이 정의되는 범위인 제2 최대값과 제2 최소값의 차이보다 작을 수 있다. 일 실시예에서, 제1 최대값과 제1 최소값의 차이는 수십 나노미터일 수 있으며, 제2 최대값과 제2 최소값의 차이는 수백 나노미터일 수 있다. 한편, 제2 최소값은 제1 최대값보다 클 수 있다.
일반 픽셀 블록들(410) 중 적어도 일부는, 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 일례로, 도 18을 참조하면, 제1 일반 픽셀 블록(411)은 4개의 제1 픽셀들(PX1)을 포함하는 반면, 제2 일반 픽셀 블록(412)은 3개의 제1 픽셀들(PX1)을 포함할 수 있다. 제2 일반 픽셀 블록(412)은 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나에서 다른 제2 일반 픽셀 블록(412)과 인접할 수 있으며, 제1 방향 또는 제2 방향에서 인접한 한 쌍의 제2 일반 픽셀 블록들(412) 사이에는 자동 초점 픽셀 블록들(420, 430) 중 하나가 배치될 수 있다.
도 19a 내지 도 19c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
도 19a는 도 18에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(300)에서 제1 일반 픽셀 블록(411)의 픽셀 회로를 도시한 회로도일 수 있다. 도 19a를 참조하면, 제1 일반 픽셀 블록(411)의 픽셀 회로는 복수의 포토 다이오드들(PD1-PD4), 복수의 전송 트랜지스터들(TX1-TX4), 리셋 트랜지스터(RX), 구동 트랜지스터(SF), 선택 트랜지스터(SX) 등을 포함할 수 있다. 픽셀 회로는 칼럼 라인(COL)을 통해 이미지 센서의 로직 회로와 연결되며, 이미지 센서의 로직 회로는 칼럼 라인(COL)을 통해 리셋 전압과 픽셀 전압을 획득하여 일반 픽셀 블록(410)의 픽셀 신호를 생성할 수 있다.
제1 일반 픽셀 블록(411)에 포함되는 제1 픽셀들(PX1) 각각은, 포토 다이오드들(PD1-PD4) 중 하나와 전송 트랜지스터들(TX1-TX4) 중 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제1 일반 픽셀 블록(411)에 포함되는 제1 픽셀들(PX1)은 플로팅 디퓨전(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 구동 트랜지스터(SF), 선택 트랜지스터(SX) 등을 공유할 수 있다.
도 19b는 도 18에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(300)에서 제2 일반 픽셀 블록(412)의 픽셀 회로를 도시한 회로도일 수 있다. 제2 일반 픽셀 블록(412)은 3개의 제1 픽셀들(PX1)을 포함할 수 있다. 따라서 도 19b에 도시한 바와 같이 3개의 포토 다이오드들(PD1-PD3)과 3개의 전송 트랜지스터들(TX1-TX3)이 플로팅 디퓨전(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 구동 트랜지스터(SF), 선택 트랜지스터(SX) 등을 공유할 수 있다.
도 19c는 도 18에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(300)에서 제1 자동 초점 픽셀 블록(420)의 픽셀 회로를 도시한 회로도일 수 있다. 제1 자동 초점 픽셀 블록(420)은 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)을 포함할 수 있다. 따라서 도 19c에 도시한 바와 같이 한 쌍의 포토 다이오드들(PD1, PD2)과 한 쌍의 전송 트랜지스터들(TX1, TX2)이 플로팅 디퓨전(FD), 리셋 트랜지스터(RX), 구동 트랜지스터(SF), 선택 트랜지스터(SX) 등을 공유할 수 있다. 제2 자동 초점 픽셀 블록(430)의 픽셀 회로는 도 19c에 도시한 바와 유사할 수 있다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 20 및 도 21은 도 18에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(400)에서 제1 자동 초점 픽셀 블록(420)과 제2 자동 초점 픽셀 블록(430) 각각의 구조를 설명하기 위한 도면들일 수 있다. 제1 자동 초점 픽셀 블록(420)과 제2 자동 초점 픽셀 블록(430) 각각은 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)을 포함할 수 있다. 제2 픽셀들(PX2) 각각은 포토 다이오드(PD)가 형성되는 반도체 기판(401), 픽셀 회로를 제공하는 소자들(402)과 배선 패턴들(403), 및 절연층(404) 등을 포함할 수 있다.
반도체 기판(401)의 상부에는 컬러 필터들(425)과 광 투과층들(422, 432) 및 마이크로 렌즈들(421, 431)이 배치될 수 있다. 제1 자동 초점 픽셀 블록(420)에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 제1 마이크로 렌즈(421)를 공유할 수 있으며, 제2 자동 초점 픽셀 블록(430)에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 제2 마이크로 렌즈(431)를 공유할 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(421)와 제2 마이크로 렌즈(431)의 곡률 반지름은, 제1 픽셀(PX1)에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름보다 클 수 있다.
도 20을 참조하면, 제1 마이크로 렌즈(421)의 곡률 반지름이 제2 마이크로 렌즈(431)의 곡률 반지름보다 클 수 있다. 한편 도 21에 도시한 일 실시예에서는, 제1 마이크로 렌즈(421)와 제2 마이크로 렌즈(431A)가 서로 같은 곡률 반지름을 갖고, 제1 광 투과층(422)과 제2 광 투과층(432A)이 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 제2 광 투과층(432A)은 하부 광 투과층(433A)과 상부 광 투과층(434A)을 포함할 수 있으며, 상부 광 투과층(434A)이 하부 광 투과층(433A)보다 작은 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 앞서 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한 바와 유사하게, 제2 마이크로 렌즈(431)의 곡률 반지름이 제1 마이크로 렌즈(421)의 곡률 반지름보다 작고, 동시에 제2 광 투과층(432A)이 제1 광 투과층(422)보다 큰 두께를 가질 수도 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 간단하게 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이(500)는 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배열되는 복수의 픽셀들(PX1, PX2)을 포함할 수 있다. 도 22를 참조하면, 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나에서 서로 인접한 복수의 제1 픽셀들(PX1)은 일반 픽셀 블록들(410)을 제공할 수 있다. 또한, 제1 방향 또는 제2 방향에서 서로 인접한 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 자동 초점 픽셀 블록들(420, 430)을 제공할 수 있다. 제1 픽셀들(PX1)의 개수는 제2 픽셀들(PX2)의 개수보다 많을 수 있다.
자동 초점 픽셀 블록들(520, 530)은 제1 자동 초점 픽셀 블록(520)과 제2 자동 초점 픽셀 블록(530)을 포함할 수 있다. 제1 자동 초점 픽셀 블록(520)에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 제1 방향에서 서로 인접하고, 제2 자동 초점 픽셀 블록(530)에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 제2 방향에서 서로 인접할 수 있다. 자동 초점 픽셀 블록들(520, 530) 각각에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)에는 동일한 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있으며, 예를 들어 녹색 컬러 필터를 포함할 수 있다.
또한, 자동 초점 픽셀 블록들(520, 530) 각각에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 하나의 마이크로 렌즈를 공유할 수 있다. 자동 초점 픽셀 블록들(420, 430) 각각에 포함되는 마이크로 렌즈는, 제1 픽셀들(PX1) 각각에 포함되는 마이크로 렌즈와 다른 곡률 반지름을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제1 픽셀들(PX1) 각각에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름은 제1 값을 갖고, 자동 초점 픽셀 블록들(420, 430) 각각에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름은 제2 값을 가질 수 있다. 제2 값은 제1 값보다 클 수 있다. 제1 값과 제2 값은, 앞서 도 18을 참조하여 설명한 바와 유사하게 결정될 수 있다.
일반 픽셀 블록들(510) 중 적어도 일부는, 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 도 22를 참조하면, 제1 일반 픽셀 블록(511)은 9개의 제1 픽셀들(PX1)을 포함하는 반면, 제2 일반 픽셀 블록(512)은 7개의 제1 픽셀들(PX1)을 포함할 수 있다. 제2 일반 픽셀 블록(512)은 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나에서 다른 제2 일반 픽셀 블록(512)과 인접할 수 있다. 제1 방향 또는 제2 방향에서 인접한 한 쌍의 제2 일반 픽셀 블록들(512) 사이에는 자동 초점 픽셀 블록들(520, 530) 중 하나가 배치될 수 있다.
일반 픽셀 블록들(510) 각각에서, 일부의 제1 픽셀들(PX1)은 픽셀 회로에 포함되는 구동 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 플로팅 디퓨전 등을 공유할 수 있다. 일례로, 제1 일반 픽셀 블록(511)에서 제1 방향 또는 제2 방향으로 같은 위치에 배치되는 3개의 제1 픽셀들(PX1)이 구동 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 플로팅 디퓨전 등을 공유할 수 있다. 한편, 자동 초점 픽셀 블록들(520, 530) 각각에 포함되는 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2) 역시, 구동 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 플로팅 디퓨전 등을 공유할 수 있다.
도 22에 도시한 일 실시예에서, 자동 초점 픽셀 블록들(520, 530) 중 한 쌍은 제1 방향 또는 제2 방향에서 연속적으로 배치될 수 있다. 일례로, 제2 방향을 따라 한 쌍의 제1 자동 초점 픽셀 블록(520)이 연속적으로 배치되고, 제1 방향을 따라 한 쌍의 제2 자동 초점 픽셀 블록(530)이 연속적으로 배치될 수 있다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에 포함되는 픽셀들을 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 23 및 도 24는 도 22에 도시한 일 실시예에 따른 픽셀 어레이(500)에서 제1 자동 초점 픽셀 블록(520)과 제2 자동 초점 픽셀 블록(530)을 간단하게 도시한 도면들일 수 있다. 제1 자동 초점 픽셀 블록(520)과 제2 자동 초점 픽셀 블록(530) 각은 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)을 포함할 수 있다. 제2 픽셀들(PX2) 각각은 포토 다이오드(PD)가 형성되는 반도체 기판(501), 픽셀 회로를 제공하는 소자들(502)과 배선 패턴들(503), 및 절연층(504) 등을 포함할 수 있다.
도 23을 참조하면, 반도체 기판(501)의 상부에는 컬러 필터들(525)과 광 투과층들(522, 532) 및 마이크로 렌즈들(521, 531)이 배치될 수 있다. 제1 자동 초점 픽셀 블록(520)에서 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 제1 마이크로 렌즈(421)를 공유할 수 있으며, 제2 자동 초점 픽셀 블록(530)에서 한 쌍의 제2 픽셀들(PX2)은 제2 마이크로 렌즈(531)를 공유할 수 있다. 일례로, 제1 마이크로 렌즈(521)와 제2 마이크로 렌즈(531)의 곡률 반지름은, 제1 픽셀(PX1)에 포함되는 마이크로 렌즈의 곡률 반지름보다 클 수 있다.
도 23을 참조하면, 제1 마이크로 렌즈(521)의 곡률 반지름이 제2 마이크로 렌즈(531)의 곡률 반지름보다 클 수 있다. 도 24에 도시한 일 실시예에서는, 제1 마이크로 렌즈(521)와 제2 마이크로 렌즈(531A)가 서로 같은 곡률 반지름을 갖고, 제1 광 투과층(522)과 제2 광 투과층(532A)이 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 제2 광 투과층(532A)은 하부 광 투과층(533A)과 상부 광 투과층(534A)을 포함할 수 있으며, 상부 광 투과층(534A)이 하부 광 투과층(533A)보다 작은 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 제2 마이크로 렌즈(531)의 곡률 반지름이 제1 마이크로 렌즈(521)의 곡률 반지름보다 작고, 동시에 제2 광 투과층(532A)이 제1 광 투과층(522)보다 큰 두께를 가질 수도 있다.
한편, 도 18 내지 도 24를 참조하여 설명한 실시예들에 따른 픽셀 어레이(400, 500)에, 도 7 또는 도 15에 도시한 실시예들에 따른 자동 초점 픽셀들이 적용될 수 있다. 다시 말해, 도 18 내지 도 24를 참조하여 설명한 실시예들에 따른 자동 초점 픽셀들(420, 430, 520, 530) 각각이 하나의 제2 픽셀(PX2)로 구현되고, 하나의 제2 픽셀(PX2)이 제1 방향 또는 제2 방향으로 배열되는 한 쌍의 포토 다이오드들을 포함할 수도 있다. 또는, 자동 초점 픽셀들(420, 430, 520, 530) 각각이 제1 방향 또는 제2 방향으로 배열되는 한 쌍의 제2 픽셀(PX2)을 포함하고, 한 쌍의 제2 픽셀(PX2) 각각이 별개의 마이크로 렌즈를 포함하며 광 차단층이 제2 픽셀(PX2)에 포함될 수도 있다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에서, 픽셀 어레이(600)의 영역 별로 나타나는 출사동들(exit pupil, 610-690)의 형상을 나타낸 도면일 수 있다. 출사동은 빛이 통과하는 구멍을 의미하며, 도 25에 도시한 일 실시예에서 픽셀들이 배열되는 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)의 위치에 따라 출사동들(610-690)이 서로 다른 형상을 가질 수 있다.
일례로, 픽셀 어레이(600)의 중앙에 가까운 영역에서는 출사동(610)이 원형에 가까운 형상을 가질 수 있다. 반면, 픽셀 어레이(600)의 제1 엣지(E1) 또는 제2 엣지(E2)에 가까운 영역들에서는, 출사동들(620-690) 각각이 원형이 아닌 형상을 가질 수 있다. 결과적으로 픽셀 어레이(600)에 포함되는 픽셀들 각각이 위치에 따라 서로 다른 출사동들(610-690)을 가질 수 있으며, 이는 픽셀들 각각의 개구수 차이를 발생시킬 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 개구수 차이로 인해, 픽셀 어레이(600)에서 서로 다른 위치에 배치되는 자동 초점 픽셀들 각각이 생성하는 자동 초점 정보가 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시에에서는, 출사동들(610-690)의 차이로 인한 개구수 차이를 보상할 수 있도록, 자동 초점 픽셀들 중 적어도 일부가 서로 다른 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
도 26은 픽셀 어레이(700)에서 서로 다른 위치들에 배치되는 자동 초점 픽셀들(710H-790H, 710V-790V)을 나타낸 도면이다. 도 26을 참조하면, 픽셀 어레이(700)는 한 쌍의 픽셀들이 제1 방향으로 배열되는 수평 자동 초점 픽셀들(710H-790H)과, 한 쌍의 픽셀들이 제2 방향으로 배열되는 수직 자동 초점 픽셀들(710V-790V)을 포함할 수 있다.
자동 초점 픽셀들(710H-790H, 710V-790V)은 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나에서 서로 다른 위치들에 배치될 수 있다. 따라서, 수평 자동 초점 픽셀들(710H-790H)은 서로 다른 출사동들(610-690)을 가질 수 있으며, 수직 자동 초점 픽셀들(710V-790V)도 서로 다른 출사동들(610-690)을 가질 수 있다. 일례로, 픽셀 어레이(700)의 중앙에 배치되는 자동 초점 픽셀들(710H, 710V)은, 다른 자동 초점 픽셀들(720H-790H, 720V-790V)보다 큰 출사동을 가질 수 있다.
제1 엣지(E1) 및 제2 엣지(E2) 중 적어도 하나에 인접하게 배치되는 자동 초점 픽셀들(720H-790H, 720V-790V)은, 중앙에 배치되는 자동 초점 픽셀들(710H, 710V)에 비해 작은 출사동들(620-690)을 가질 수 있으며, 그로 인해 개구수가 감소하여 좁은 시야각을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 출사동들(610-690)의 차이를 고려하여 자동 초점 픽셀들(710H-790H, 710V-790V) 각각의 높이를 결정할 수 있으며, 자동 초점 픽셀들(710H-790H, 710V-790V) 각각의 초점 거리를 변화시켜 개구수 차이를 보상할 수 있다. 이하, 도 27a 내지 도 28c를 참조하여 더욱 자세히 설명하기로 한다.
도 27a 내지 도 28c는 도 26에 도시한 픽셀 어레이에 포함되는 픽셀들을 간단하게 도시한 도면들이다.
도 27a 내지 도 27c는 수평 자동 초점 픽셀들(710H-790H) 중 일부를 간단하게 도시한 도면들일 수 있다. 먼저 도 27a를 참조하면, 픽셀 어레이(700)의 중앙에 배치되는 제1 수평 자동 초점 픽셀(710H)은 제1 방향(X축 방향)으로 배열되는 제1 픽셀(710HA)과 제2 픽셀(710HB)을 포함하며, 제1 픽셀(710HA)과 제2 픽셀(710HB) 각각은 반도체 기판(701)에 형성되는 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다. 반도체 기판(701)에는 픽셀 회로를 제공하는 소자들(702)과 배선 패턴들(703)이 형성되며, 절연층(704)이 반도체 기판(701)의 일면에 형성될 수 있다.
반도체 기판(701)의 상부에는 컬러 필터(715H)와 광 투과층(712H) 및 마이크로 렌즈(711H)가 배치될 수 있다. 제1 픽셀(710HA)과 제2 픽셀(710HB) 각각에 배치되는 컬러 필터(715H)는 같은 색상의 빛을 통과시킬 수 있다. 한편, 제1 수평 자동 초점 픽셀(710H)은 제3 방향(Z축 방향)으로 제1 높이(H1)를 가질 수 있다.
도 27b는 픽셀 어레이(700)의 제1 엣지(E1)에 인접한 제2 수평 자동 초점 픽셀(720H)을 나타낸 도면일 수 있다. 제2 수평 자동 초점 픽셀(720H)은 제1 수평 자동 초점 픽셀(710H)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 다만, 도 27b를 참조하면, 제2 수평 자동 초점 픽셀(720H)은 제3 방향에서 제1 높이(H1)보다 큰 제2 높이(H2)를 가질 수 있다. 따라서, 제2 수평 자동 초점 픽셀(720H)이 제1 수평 자동 초점 픽셀(710H)에 비해 상대적으로 작은 출사동을 갖기 때문에 나타나는 개구수 감소를 보상할 수 있다. 일례로, 제2 수평 자동 초점 픽셀(720H)에서 마이크로 렌즈(721H)의 곡률 반지름을 줄이거나, 광 투과층(722H)의 두께를 증가시킴으로써 제1 높이(H1)보돠 큰 제2 높이(H2)를 갖도록 제2 수평 자동 초점 픽셀(720H)을 형성할 수 있다.
도 27c는 픽셀 어레이(700)의 코너에 가까운 제6 수평 자동 초점 픽셀(760H)을 나타낸 도면일 수 있다. 제6 수평 자동 초점 픽셀(760H)은 제1 및 제2 자동 수평 초점 픽셀들(710H, 720H)과 유사한 구조를 가질 수 있으며, 다만 제2 높이(H2)보다 큰 제3 높이(H3)를 가질 수 있다. 일례로, 제6 수평 자동 초점 픽셀(760H)에 포함되는 마이크로 렌즈(761H)는, 다른 마이크로 렌즈들(711H, 721H)보다 작은 곡률 반지름을 가질 수 있다. 또한, 제6 수평 자동 초점 픽셀(760H)에 포함되는 광 투과층(762H)이, 다른 광 투과층들(712H, 722H)보다 큰 두께를 가질 수도 있다.
도 28a 내지 도 28c는 수직 자동 초점 픽셀들(710V-790V) 중 일부를 간단하게 도시한 도면들일 수 있다. 도 28a를 참조하면, 픽셀 어레이(700)의 중앙에 배치되는 제1 수직 자동 초점 픽셀(710V)은 제2 방향(Y축 방향)으로 배열되는 제1 픽셀(710VA)과 제2 픽셀(710VB)을 포함할 수 있다. 제1 수직 자동 초점 픽셀(710V)의 구조는, 수평 자동 초점 픽셀들(710H-790H)과 유사할 수 있다.
제1 수직 자동 초점 픽셀(710V)은 제4 높이(H4)를 가질 수 있으며, 제4 높이(H4)는 제1 높이(H1)보다 클 수 있다. 픽셀 어레이(700)의 전면에 제1 방향으로 연장되는 모서리를 갖는 D-컷 렌즈가 배치되는 경우, D-컷 렌즈로 인해 제1 수직 자동 초점 픽셀(710V)이 제1 수평 자동 초점 픽셀(710H)보다 작은 출사동을 가질 수 있으며, 그로 인해 제1 수직 자동 초점 픽셀(710V)의 개구수가 감소할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 개구수 감소를 보상하기 위해, 제1 높이(H1)보다 큰 제4 높이(H4)를 갖도록 제1 수직 자동 초점 픽셀(710V)을 형성할 수 있다. 일례로, 마이크로 렌즈(711V)의 곡률 반지름을 감소시키거나, 광 투과층(712V)의 두께를 증가시켜 제1 높이(H1)보다 큰 제4 높이(H4)로 제1 수직 자동 초점 픽셀(710V)을 형성할 수 있다.
도 28b는 픽셀 어레이(700)의 제1 엣지(E1)에 인접한 제2 수직 자동 초점 픽셀(720V)을 나타낸 도면일 수 있다. 도 28b를 참조하면, 제2 수직 자동 초점 픽셀(720V)은 제3 방향에서 제4 높이(H4)보다 큰 제5 높이(H5)를 가질 수 있다. 따라서, 제2 수직 자동 초점 픽셀(720V)이 제1 수직 자동 초점 픽셀(710V)에 비해 상대적으로 작은 출사동을 갖기 때문에 나타나는 개구수 감소를 보상할 수 있다. 일례로, 제2 수직 자동 초점 픽셀(720V)에서 마이크로 렌즈(721V)의 곡률 반지름을 줄이거나, 광 투과층(722V)의 두께를 증가시킴으로써 제4 높이(H4)보다 큰 제5 높이(H5)를 갖는 제2 수직 자동 초점 픽셀(720V)을 형성할 수 있다.
도 28c는 픽셀 어레이(700)의 코너에 가까운 제6 수직 자동 초점 픽셀(760V)을 나타낸 도면일 수 있다. 제6 수직 자동 초점 픽셀(760V)은 제5 높이(H5)보다 큰 제6 높이(H6)를 가질 수 있다. 일례로, 제6 수직 자동 초점 픽셀(760V)에 포함되는 마이크로 렌즈(761V)가, 다른 마이크로 렌즈들(711V, 721V)보다 작은 곡률 반지름을 가질 수 있다. 또한, 제6 수직 자동 초점 픽셀(760V)에 포함되는 광 투과층(762V)이, 다른 광 투과층들(712V, 722V)보다 큰 두께를 가질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 자동 초점 픽셀들 각각에 포함되는 한 쌍의 픽셀들 또는 한 쌍의 포토 다이오드들이 배열되는 방향과 이미지 센서에 포함되는 D-컷 렌즈의 모서리의 연장 방향을 고려하여 자동 초점 픽셀들 각각의 높이를 결정할 수 있다. 또한, 자동 초점 픽셀들 각각에서 픽셀들 또는 포토 다이오드들이 배열되는 방향과 별개로, 자동 초점 픽셀들 각각의 위치에 따라 자동 초점 픽셀들의 높이가 달라질 수도 있다. 다시 말해 본 발명의 일 실시예에서는, 자동 초점 픽셀들 각각에서 나타나는 출사동의 형상 및 그에 따른 개구수 차이를 고려하여 자동 초점 픽셀들 각각의 높이를 결정할 수 있으며, 그로부터 이미지 센서의 자동 초점 기능을 개선할 수 있다.
도 29 및 도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 도면들이다.
먼저 도 29를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(800)는 제1 레이어(810)와 제2 레이어(820)를 포함할 수 있다. 제1 레이어(810)와 제2 레이어(820)는 수직 방향에서 적층될 수 있다.
제1 레이어(810)는 픽셀 어레이(811)를 포함할 수 있으며, 제2 레이어(820)는 로직 회로들(821, 822)을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(811)는 복수의 로우 라인들 및 복수의 칼럼 라인들을 통해 로직 회로들(821, 822)에 연결될 수 있다.
일례로 픽셀 어레이(811)는 일반 픽셀들과 자동 초점 픽셀들을 포함할 수 있다. 일반 픽셀들의 개수는 자동 초점 픽셀들의 개수보다 많을 수 있으며, 자동 초점 픽셀들 각각은 복수의 포토 다이오드들을 포함할 수 있다. 또한, 픽셀 어레이(811)의 전면에 D-컷 렌즈가 배치되는 경우, 자동 초점 픽셀들은 D-컷 렌즈의 모서리 방향으로 포토 다이오드들이 배열되는 제1 자동 초점 픽셀과, D-컷 렌즈의 모서리 방향과 다른 방향으로 포토 다이오드들이 배열되는 제2 자동 초점 픽셀을 포함할 수 있다. 제1 레이어(810)와 제2 레이어(820)가 적층되는 수직 방향에서, 제1 자동 초점 픽셀의 높이는 제2 자동 초점 픽셀의 높이보다 작을 수 있다.
로직 회로들(821, 822)는 제1 로직 회로(821)와 제2 로직 회로(822)를 포함할 수 있다. 제1 로직 회로(821)는 픽셀 어레이(811)의 구동에 필요한 로우 드라이버, 리드아웃 회로, 칼럼 드라이버, 및 컨트롤 로직 등을 포함할 수 있다. 제2 로직 회로(822)는 전원 회로, 입출력 인터페이스, 이미지 신호 프로세서 등을 포함할 수 있다. 제1 로직 회로(821)와 제2 로직 회로(822) 각각이 차지하는 면적 및 배치 형태 등은 다양하게 변형될 수 있다.
다음으로 도 30을 참조하면, 이미지 센서(800A)는 제1 레이어(810), 제2 레이어(820) 및 그 사이에 배치되는 제3 레이어(830)를 포함할 수 있다. 제1 레이어(810)와 제2 레이어(820)는 앞서 도 29를 참조하여 설명한 실시예와 유사할 수 있다. 제3 레이어(830)는 저장 소자 어레이(831)를 포함할 수 있으며, 저장 소자 어레이(31)는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터, 전하 트랩 소자, MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 소자, 및 GST(게르마늄(Ge)-안티몬(Sb)-텔루륨(Te) 소자 등과 같은 저장 소자들을 포함할 수 있다. 저장 소자들은 제1 레이어(810)에 형성된 픽셀들 및/또는 로직 회로들(821, 822) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다.
이미지 센서(800, 800A)의 구성은 도 29 및 도 30에 도시한 바와 같이 한정되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다. 일례로, 로직 회로들(821, 822) 중 일부, 예를 들어 제1 로직 회로(821) 중 적어도 일부가 픽셀 어레이(811)와 함께 제1 레이어(810)에 배치될 수도 있다.
도 31 및 도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 기기를 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 31을 참조하면, 전자 기기(1000)는 카메라 모듈 그룹(1100), 애플리케이션 프로세서(1200), PMIC(1300) 및 외부 메모리(1400)를 포함할 수 있다.
카메라 모듈 그룹(1100)은 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)을 포함할 수 있다. 비록 도면에는 3개의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 배치된 실시예가 도시되어 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(1100)은 2개의 카메라 모듈만을 포함하도록 변형되어 실시될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(1100)은 n개(n은 4 이상의 자연수)의 카메라 모듈을 포함하도록 변형되어 실시될 수도 있다. 또한 일 실시예에서, 카메라 모듈 그룹(1100)에 포함되는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 하나는, 앞서 도 1 내지 도 30을 참조하여 설명한 실시예들 중 하나에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다.
이하, 도 32를 참조하여, 카메라 모듈(1100b)의 상세 구성에 대해 보다 구체적으로 설명할 것이나, 이하의 설명은 실시예에 따라 다른 카메라 모듈들(1100a, 1100b)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 32를 참조하면, 카메라 모듈(1100b)은 프리즘(1105), 광학 경로 폴딩 요소(Optical Path Folding Element, 이하, ˝OPFE˝)(1110), 액츄에이터(1130), 이미지 센싱 장치(1140) 및 저장부(1150)를 포함할 수 있다.
프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 포함하여 외부로부터 입사되는 광(L)의 경로를 변형시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 프리즘(1105)은 제1 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 제1 방향(X)에 수직인 제2 방향(Y)으로 변경시킬 수 있다. 또한, 프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1107)을 중심축(1106)을 중심으로 A방향으로 회전시키거나, 중심축(1106)을 B방향으로 회전시켜 제1 방향(X)으로 입사되는 광(L)의 경로를 수직인 제2 방향(Y)으로 변경시킬 수 있다. 이때, OPFE(1110)도 제1 방향(X)및 제2 방향(Y)과 수직인 제3 방향(Z)로 이동할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도시된 것과 같이, 프리즘(1105)의 A방향 최대 회전 각도는 플러스(+) A방향으로는 15도(degree)이하이고, 마이너스(-) A방향으로는 15도보다 클 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 프리즘(1105)은 플러스(+) 또는 마이너스(-) B방향으로 20도 내외, 또는 10도에서 20도, 또는 15도에서 20도 사이로 움직일 수 있고, 여기서, 움직이는 각도는 플러스(+) 또는 마이너스(-) B방향으로 동일한 각도로 움직이거나, 1도 내외의 범위로 거의 유사한 각도까지 움직일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 프리즘(1105)은 광 반사 물질의 반사면(1106)을 중심축(1106)의 연장 방향과 평행한 제3 방향(예를 들어, Z방향)으로 이동할 수 있다.
OPFE(1110)는 예를 들어 m(여기서, m은 자연수)개의 그룹으로 이루어진 광학 렌즈를 포함할 수 있다. m개의 렌즈는 제2 방향(Y)으로 이동하여 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율(optical zoom ratio)을 변경할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100b)의 기본 광학 줌 배율을 Z라고할 때, OPFE(1110)에 포함된 m개의 광학 렌즈를 이동시킬 경우, 카메라 모듈(1100b)의 광학 줌 배율은 3Z 또는 5Z 또는 5Z 이상의 광학 줌 배율로 변경될 수 있다.
액츄에이터(1130)는 OPFE(1110) 또는 광학 렌즈(이하, 광학 렌즈로 지칭)를 특정 위치로 이동시킬 수 있다. 예를 들어 액츄에이터(1130)는 정확한 센싱을 위해 이미지 센서(1142)가 광학 렌즈의 초점 거리(focal length)에 위치하도록 광학 렌즈의 위치를 조정할 수 있다.
이미지 센싱 장치(1140)는 이미지 센서(1142), 제어 로직(1144) 및 메모리(1146)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(1142)는 광학 렌즈를 통해 제공되는 광(L)을 이용하여 센싱 대상의 이미지를 센싱할 수 있다. 제어 로직(1144)은 카메라 모듈(1100b)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직(1144)은 제어 신호 라인(CSLb)을 통해 제공된 제어 신호에 따라 카메라 모듈(1100b)의 동작을 제어할 수 있다.
메모리(1146)는 캘리브레이션 데이터(1147)와 같은 카메라 모듈(1100b)의 동작에 필요한 정보를 저장할 수 있다. 캘리브레이션 데이터(1147)는 카메라 모듈(1100b)이 외부로부터 제공된 광(L)을 이용하여 이미지 데이터를 생성하는데 필요한 정보를 포함할 수 있다. 캘리브레이션 데이터(1147)는 예를 들어, 앞서 설명한 회전도(degree of rotation)에 관한 정보, 초점 거리(focal length)에 관한 정보, 광학 축(optical axis)에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(1100b)이 광학 렌즈의 위치에 따라 초점 거리가 변하는 멀티 스테이트(multi state) 카메라 형태로 구현될 경우, 캘리브레이션 데이터(1147)는 광학 렌즈의 각 위치별(또는 스테이트별) 초점 거리 값과 오토 포커싱(auto focusing)과 관련된 정보를 포함할 수 있다.
저장부(1150)는 이미지 센서(1142)를 통해 센싱된 이미지 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(1150)는 이미지 센싱 장치(1140)의 외부에 배치될 수 있으며, 이미지 센싱 장치(1140)를 구성하는 센서 칩과 스택된(stacked) 형태로 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 저장부(1150)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)으로 구현될 수 있으나 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 31과 도 32를 함께 참조하면, 몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 액추에이터(1130)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 그 내부에 포함된 액추에이터(1130)의 동작에 따른 서로 동일하거나 서로 다른 캘리브레이션 데이터(1147)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어, 1100b)은 앞서 설명한 프리즘(1105)과 OPFE(1110)를 포함하는 폴디드 렌즈(folded lens) 형태의 카메라 모듈이고, 나머지 카메라 모듈들(예를 들어, 1100a, 1100b)은 프리즘(1105)과 OPFE(1110)가 포함되지 않은 버티칼(vertical) 형태의 카메라 모듈일 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 하나의 카메라 모듈(예를 들어, 1100c)은 예를 들어, IR(Infrared Ray)을 이용하여 깊이(depth) 정보를 추출하는 버티컬 형태의 깊이 카메라(depth camera)일 수 있다. 이 경우, 애플리케이션 프로세서(1200)는 이러한 깊이 카메라로부터 제공받은 이미지 데이터와 다른 카메라 모듈(예를 들어, 1100a 또는 1100b)로부터 제공받은 이미지 데이터를 병합(merge)하여 3차원 깊이 이미지(3D depth image)를 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어, 1100a, 1100b)은 서로 다른 관측 시야(Field of View, 시야각)를 가질 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 적어도 두 개의 카메라 모듈(예를 들어, 1100a, 1100b)의 광학 렌즈가 서로 다를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 시야각은 서로 다를 수 있다. 이 경우, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 포함된 광학 렌즈 역시 서로 다를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각은 서로 물리적으로 분리되어 배치될 수 있다. 즉, 하나의 이미지 센서(1142)의 센싱 영역을 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 분할하여 사용하는 것이 아니라, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각의 내부에 독립적인 이미지 센서(1142)가 배치될 수 있다.
다시 도 31을 참조하면, 애플리케이션 프로세서(1200)는 이미지 처리 장치(1210), 메모리 컨트롤러(1220), 내부 메모리(1230)를 포함할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)과 분리되어 구현될 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션 프로세서(1200)와 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 별도의 반도체 칩으로 서로 분리되어 구현될 수 있다.
이미지 처리 장치(1210)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c), 이미지 생성기(1214) 및 카메라 모듈 컨트롤러(1216)를 포함할 수 있다.
이미지 처리 장치(1210)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 개수에 대응하는 개수의 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)를 포함할 수 있다.
각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 서로 분리된 이미지 신호 라인(ISLa, ISLb, ISLc)를 통해 대응되는 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLa)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212a)에 제공되고, 카메라 모듈(1100b)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLb)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212b)에 제공되고, 카메라 모듈(1100c)로부터 생성된 이미지 데이터는 이미지 신호 라인(ISLc)을 통해 서브 이미지 프로세서(1212c)에 제공될 수 있다. 이러한 이미지 데이터 전송은 예를 들어, MIPI(Mobile Industry Processor Interface)에 기반한 카메라 직렬 인터페이스(CSI; Camera Serial Interface)를 이용하여 수행될 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 몇몇 실시예에서, 하나의 서브 이미지 프로세서가 복수의의 카메라 모듈에 대응되도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 서브 이미지 프로세서(1212a)와 서브 이미지 프로세서(1212c)가 도시된 것처럼 서로 분리되어 구현되는 것이 아니라 하나의 서브 이미지 프로세서로 통합되어 구현되고, 카메라 모듈(1100a)과 카메라 모듈(1100c)로부터 제공된 이미지 데이터는 선택 소자(예를 들어, 멀티플렉서) 등을 통해 선택된 후, 통합된 서브 이미지 프로세서에 제공될 수 있다.
각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)에 제공된 이미지 데이터는 이미지 생성기(1214)에 제공될 수 있다. 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보(Generating Information) 또는 모드 신호(Mode Signal)에 따라 각각의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c)로부터 제공된 이미지 데이터를 이용하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
구체적으로, 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 적어도 일부를 병합(merge)하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 이미지 생성기(1214)는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라, 서로 다른 시야각을 갖는 카메라 모듈들(1100a, 1100b, 1100c)로부터 생성된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이미지 생성 정보는 줌 신호(zoom signal or zoom factor)를 포함할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 모드 신호는 예를 들어, 유저(user)로부터 선택된 모드에 기초한 신호일 수 있다.
이미지 생성 정보가 줌 신호(줌 팩터)이고, 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)이 서로 다른 관측 시야(시야각)를 갖는 경우, 이미지 생성기(1214)는 줌 신호의 종류에 따라 서로 다른 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 줌 신호가 제1 신호일 경우, 카메라 모듈(1100a)로부터 출력된 이미지 데이터와 카메라 모듈(1100c)로부터 출력된 이미지 데이터를 병합한 후, 병합된 이미지 신호와 병합에 사용하지 않은 카메라 모듈(1100b)로부터 출력된 이미지 데이터를 이용하여, 출력 이미지를 생성할 수 있다. 만약, 줌 신호가 제1 신호와 다른 제2 신호일 경우, 이미지 생성기(1214)는 이러한 이미지 데이터 병합을 수행하지 않고, 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)로부터 출력된 이미지 데이터 중 어느 하나를 선택하여 출력 이미지를 생성할 수 있다. 하지만 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 이미지 데이터를 처리하는 방법은 얼마든지 변형되어 실시될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이미지 생성기(1214)는 복수의 서브 이미지 프로세서(1212a, 1212b, 1212c) 중 적어도 하나로부터 노출 시간이 상이한 복수의 이미지 데이터를 수신하고, 복수의 이미지 데이터에 대하여 HDR(high dynamic range) 처리를 수행함으로서, 다이나믹 레인지가 증가된 병합된 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제어 신호를 제공할 수 있다. 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 생성된 제어 신호는 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 중 어느 하나는 줌 신호를 포함하는 이미지 생성 정보 또는 모드 신호에 따라 마스터(master) 카메라(예를 들어, 1100b)로 지정되고, 나머지 카메라 모듈들(예를 들어, 1100a, 1100c)은 슬레이브(slave) 카메라로 지정될 수 있다. 이러한 정보는 제어 신호에 포함되어, 서로 분리된 제어 신호 라인(CSLa, CSLb, CSLc)를 통해 대응되는 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공될 수 있다.
줌 팩터 또는 동작 모드 신호에 따라 마스터 및 슬레이브로서 동작하는 카메라 모듈이 변경될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100a)의 시야각이 카메라 모듈(1100b)의 시야각보다 넓고, 줌 팩터가 낮은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100b)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100a)이 슬레이브로서 동작할 수 있다. 반대로, 줌 팩터가 높은 줌 배율을 나타낼 경우, 카메라 모듈(1100a)이 마스터로서 동작하고, 카메라 모듈(1100b)이 슬레이브로서 동작할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 각각의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 싱크 인에이블 신호(sync enable) 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1100b)이 마스터 카메라이고, 카메라 모듈들(1100a, 1100c)이 슬레이브 카메라인 경우, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)는 카메라 모듈(1100b)에 싱크 인에이블 신호를 전송할 수 있다. 이러한 싱크 인에이블 신호를 제공받은 카메라 모듈(1100b)은 제공받은 싱크 인에이블 신호를 기초로 싱크 신호(sync signal)를 생성하고, 생성된 싱크 신호를 싱크 신호 라인(SSL)을 통해 카메라 모듈들(1100a, 1100c)에 제공할 수 있다. 카메라 모듈(1100b)과 카메라 모듈들(1100a, 1100c)은 이러한 싱크 신호에 동기화되어 이미지 데이터를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 카메라 모듈 컨트롤러(1216)로부터 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)에 제공되는 제어 신호는 모드 신호에 따른 모드 정보를 포함할 수 있다. 이러한 모드 정보에 기초하여 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 센싱 속도와 관련하여 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드로 동작할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 제1 동작 모드에서, 제1 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어, 제1 프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하여 이를 제1 속도보다 높은 제2 속도로 인코딩(예를 들어, 제1 프레임 레이트보다 높은 제2 프레임 레이트의 이미지 신호를 인코딩)하고, 인코딩된 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할 수 있다. 이때, 제2 속도는 제1 속도의 30배 이하일 수 있다.
애플리케이션 프로세서(1200)는 수신된 이미지 신호, 다시 말해서 인코딩된 이미지 신호를 내부에 구비되는 메모리(1230) 또는 애플리케이션 프로세서(1200) 외부의 스토리지(1400)에 저장하고, 이후, 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)로부터 인코딩된 이미지 신호를 독출하여 디코딩하고, 디코딩된 이미지 신호에 기초하여 생성되는 이미지 데이터를 디스플레이할 수 있다. 예컨대 이미지 처리 장치(1210)의 복수의 서브 프로세서들(1212a, 1212b, 1212c) 중 대응하는 서브 프로세서가 디코딩을 수행할 수 있으며, 또한 디코딩된 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행할 수 있다.
복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)은 제2 동작 모드에서, 제1 속도보다 낮은 제3 속도로 이미지 신호를 생성(예를 들어, 제1 프레임 레이트보다 낮은 제3 프레임 레이트의 이미지 신호를 생성)하고, 이미지 신호를 애플리케이션 프로세서(1200)에 전송할수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)에 제공되는 이미지 신호는 인코딩되지 않은 신호일 수 있다. 애플리케이션 프로세서(1200)는 수신되는 이미지 신호에 대하여 이미지 처리를 수행하거나 또는 이미지 신호를 메모리(1230) 또는 스토리지(1400)에 저장할 수 있다.
PMIC(1300)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 전력, 예컨대 전원 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, PMIC(1300)는 애플리케이션 프로세서(1200)의 제어 하에, 파워 신호 라인(PSLa)을 통해 카메라 모듈(1100a)에 제1 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLb)을 통해 카메라 모듈(1100b)에 제2 전력을 공급하고, 파워 신호 라인(PSLc)을 통해 카메라 모듈(1100c)에 제3 전력을 공급할 수 있다.
PMIC(1300)는 애플리케이션 프로세서(1200)로부터의 전력 제어 신호(PCON)에 응답하여, 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 대응하는 전력을 생성하고, 또한 전력의 레벨을 조정할 수 있다. 전력 제어 신호(PCON)는 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c)의 동작 모드 별 전력 조정 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작 모드는 저전력 모드(low power mode)를 포함할 수 있으며, 이때, 전력 제어 신호(PCON)는 저전력 모드로 동작하는 카메라 모듈 및 설정되는 전력 레벨에 대한 정보를 포함할 수 있다. 복수의 카메라 모듈(1100a, 1100b, 1100c) 각각에 제공되는 전력들의 레벨은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 또한, 전력의 레벨은 동적으로 변경될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 방향, 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 복수의 픽셀들 각각은 적어도 하나의 포토 다이오드, 상기 포토 다이오드 하부의 픽셀 회로, 상기 포토 다이오드 상부의 광 투과층, 및 상기 광 투과층 상부의 마이크로 렌즈를 포함하는 픽셀 어레이와, 상기 복수의 픽셀들부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 갖는 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서로 입사하는 빛의 진행 경로에 배치되는 복수의 렌즈들을 포함하고, 상기 렌즈들 중 적어도 하나는 제1 방향으로 연장되는 모서리를 갖는 광학 모듈; 을 포함하며,
    상기 픽셀 어레이는 일반 픽셀, 제1 자동 초점 픽셀, 및 제2 자동 초점 픽셀을 포함하고,
    상기 제1 자동 초점 픽셀과 상기 제2 자동 초점 픽셀 각각은 제1 포토 다이오드 및 제2 포토 다이오드를 포함하며, 상기 제1 자동 초점 픽셀의 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드는 상기 제1 방향을 따라 배열되고 상기 제2 자동 초점 픽셀의 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드는 상기 제2 방향을 따라 배열되며,
    상기 제1 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 상면의 높이는, 상기 제2 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 상면의 높이와 다른 카메라 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름은, 상기 제2 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름보다 큰 카메라 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 광 투과층의 두께는, 상기 제2 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 광 투과층의 두께보다 작은 카메라 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 일반 픽셀은 제1 수광 면적을 갖고, 상기 제1 자동 초점 픽셀과 상기 제2 자동 초점 픽셀 각각은 제2 수광 면적을 가지며,
    상기 제1 수광 면적은 상기 제2 수광 면적보다 작은 카메라 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 자동 초점 픽셀과 상기 제2 자동 초점 픽셀 각각은 제1 픽셀 및 제2 픽셀을 포함하며,
    상기 제1 픽셀과 상기 제2 픽셀은 하나의 상기 마이크로 렌즈를 공유하는 카메라 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 자동 초점 픽셀과 상기 제2 자동 초점 픽셀 각각은 제1 픽셀 및 제2 픽셀을 포함하며,
    상기 제1 픽셀은 제1 마이크로 렌즈를 포함하고 상기 제2 픽셀은 상기 제1 마이크로 렌즈와 다른 제2 마이크로 렌즈를 포함하는 카메라 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 일반 픽셀, 상기 제1 자동 초점 픽셀, 및 상기 제2 자동 초점 픽셀은 동일한 수광 면적을 갖는 카메라 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 포토 다이오드 및 상기 제2 포토 다이오드 각각은, 상기 일반 픽셀에 포함되는 상기 포토 다이오드보다 작은 수광 면적을 갖는 카메라 장치.
  9. 복수의 렌즈들을 포함하며, 상기 복수의 렌즈들 중 제1 렌즈는 제1 방향으로 연장되는 모서리를 갖는 광학 모듈; 및
    상기 제1 방향, 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 픽셀들을 갖는 픽셀 어레이, 및 상기 광학 모듈을 통과한 빛에 반응하여 상기 복수의 픽셀들이 생성한 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 갖는 이미지 센서; 를 포함하며,
    상기 픽셀 어레이는 제1 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드를 각각 갖는 제1 자동 초점 픽셀 및 제2 자동 초점 픽셀을 포함하고,
    상기 제1 자동 초점 픽셀의 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드는 상기 제1 방향을 따라 배열되고, 상기 제2 자동 초점 픽셀의 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드는 상기 제2 방향을 따라 배열되며,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향에서, 상기 제1 자동 초점 픽셀의 상면과 상기 광학 모듈 사이의 간격은, 상기 제2 자동 초점 픽셀의 상면과 상기 광학 모듈 사이의 간격보다 큰 카메라 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학 모듈은 상기 제2 방향을 따라 입사하는 빛을 상기 제3 방향으로 굴절시키는 굴절 부재를 더 포함하며,
    상기 복수의 렌즈들은 상기 제3 방향으로 배열되는 카메라 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 상기 제1 방향에서 제1 폭을 갖고 상기 제2 방향에서 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가지며,
    상기 제1 자동 초점 픽셀과 상기 제2 자동 초점 픽셀 각각은 상기 빛의 진행 경로에 배치되는 마이크로 렌즈 및 광 투과층을 포함하는 카메라 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름과 상기 제2 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름의 비율은, 상기 제1 폭과 상기 제2 폭의 비율에 대응하는 카메라 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는 상기 제1 자동 초점 픽셀 및 상기 제2 자동 초점 픽셀과 다른 일반 픽셀을 더 포함하며,
    상기 일반 픽셀, 상기 제1 자동 초점 픽셀 및 상기 제2 자동 초점 픽셀 각각은 상기 빛의 진행 경로에 배치되는 마이크로 렌즈 및 광 투과층을 포함하고,
    상기 일반 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름은, 상기 제1 자동 초점 픽셀 및 상기 제2 자동 초점 픽셀에 포함되는 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름보다 작은 카메라 장치.
  14. 복수의 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이와, 상기 복수의 픽셀들로부터 픽셀 신호를 획득하는 로직 회로를 갖는 이미지 센서; 및
    제1 방향으로 연장되는 모서리를 갖는 렌즈를 적어도 하나 이상 포함하고, 상기 픽셀 어레이의 전면에 배치되는 광학 모듈; 을 포함하며,
    상기 복수의 픽셀들 각각은 적어도 하나의 포토 다이오드, 및 상기 포토 다이오드로 빛이 입사하는 경로에 배치되는 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 픽셀 어레이는 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름이 제1 값을 갖는 제1 픽셀들, 및 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름이 상기 제1 값보다 큰 제2 값을 갖는 제2 픽셀들을 포함하며, 상기 제1 픽셀들의 개수는 상기 제2 픽셀들의 개수보다 많은 카메라 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이는 상기 제1 픽셀들이 배치되는 일반 픽셀 영역, 및 상기 제2 픽셀들이 배치되는 자동 초점 픽셀 영역을 포함하며,
    상기 자동 초점 픽셀 영역에 배치되는 복수의 자동 초점 픽셀 블록들 각각은, 상기 제2 픽셀들 중에서 일 방향에서 서로 인접하는 한 쌍의 제2 픽셀들을 포함하는 카메라 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 자동 초점 픽셀 블록들 각각에 포함되는 상기 한 쌍의 제2 픽셀들은 하나의 상기 마이크로 렌즈를 공유하는 카메라 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 자동 초점 픽셀 블록들은 상기 한 쌍의 제2 픽셀들이 상기 제1 방향에서 서로 인접하는 제1 자동 초점 픽셀 블록, 및 상기 한 쌍의 제2 픽셀들이 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에서 서로 인접하는 제2 자동 초점 픽셀 블록을 포함하며,
    상기 제1 자동 초점 픽셀 블록에 배치되는 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름은, 상기 제2 자동 초점 픽셀 블록에 배치되는 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반지름과 다른 카메라 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 픽셀들 중 서로 인접한 N개(N은 2보다 큰 자연수)의 제1 픽셀들로 각각 구성되는 복수의 제1 일반 픽셀 블록들, 및 상기 제1 픽셀들 중 서로 인접한 M개(M은 N보다 작은 자연수)의 제1 픽셀들로 각각 구성되는 복수의 제2 일반 픽셀 블록들이 상기 일반 픽셀 영역에 배치되는 카메라 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제1 값은 제1 최소값과 제1 최대값 사이의 값이고, 상기 제2 값은 제2 최소값과 제2 최대값 사이의 값이며,
    상기 제1 최대값과 상기 제1 최소값의 차이는, 상기 제2 최대값과 상기 제2 최소값의 차이보다 작은 카메라 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 제1 값은 제1 최소값과 제1 최대값 사이의 값이고, 상기 제2 값은 제2 최소값과 제2 최대값 사이의 값이며,
    상기 제1 최대값은 상기 제2 최소값보다 작은 카메라 장치.
KR1020200074269A 2020-06-18 2020-06-18 자동 초점 픽셀들을 포함하는 카메라 장치 KR20210156910A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200074269A KR20210156910A (ko) 2020-06-18 2020-06-18 자동 초점 픽셀들을 포함하는 카메라 장치
US17/189,348 US11882372B2 (en) 2020-06-18 2021-03-02 Camera devices having autofocus pixels
CN202110665464.4A CN113824856A (zh) 2020-06-18 2021-06-16 具有自动聚焦像素的相机装置
US18/389,970 US20240236523A9 (en) 2020-06-18 2023-12-20 Camera devices having autofocus pixels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200074269A KR20210156910A (ko) 2020-06-18 2020-06-18 자동 초점 픽셀들을 포함하는 카메라 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210156910A true KR20210156910A (ko) 2021-12-28

Family

ID=78912581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200074269A KR20210156910A (ko) 2020-06-18 2020-06-18 자동 초점 픽셀들을 포함하는 카메라 장치

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11882372B2 (ko)
KR (1) KR20210156910A (ko)
CN (1) CN113824856A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023249437A1 (ko) * 2022-06-24 2023-12-28 엘지이노텍 주식회사 카메라 장치

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220139740A (ko) * 2021-04-08 2022-10-17 삼성전자주식회사 오토 포커스 픽셀을 포함하는 이미지 센서
US20230317751A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 Visera Technologies Company Ltd. Image sensor and method of manufacturing the same
CN117706847B (zh) * 2024-01-31 2024-06-11 荣耀终端有限公司 一种对焦方法、电子设备及介质

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004012791A (ja) 2002-06-06 2004-01-15 Nikon Corp 補助光投影装置
JP2012064924A (ja) * 2010-08-17 2012-03-29 Canon Inc マイクロレンズアレイの製造方法、固体撮像装置の製造方法および固体撮像装置
JP2014056014A (ja) 2012-09-11 2014-03-27 Canon Inc 撮像素子および撮像装置
JP2014154662A (ja) 2013-02-07 2014-08-25 Sony Corp 固体撮像素子、電子機器、および製造方法
US9372286B2 (en) * 2013-04-11 2016-06-21 Omnivision Technologies, Inc. Method of forming dual size microlenses for image sensors
US9392188B2 (en) 2014-08-10 2016-07-12 Corephotonics Ltd. Zoom dual-aperture camera with folded lens
US9973678B2 (en) 2015-01-14 2018-05-15 Invisage Technologies, Inc. Phase-detect autofocus
KR102430566B1 (ko) * 2015-02-03 2022-08-09 삼성전자주식회사 촬상 장치, 이를 작동하는 작동 방법 및 이를 구비하는 무선 통신 단말기
KR102570101B1 (ko) * 2015-12-04 2023-08-23 삼성전자주식회사 렌즈 어셈블리 및 그를 포함하는 전자 장치
KR102570048B1 (ko) * 2018-03-20 2023-08-22 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서
US10665626B2 (en) * 2018-04-25 2020-05-26 Omnivision Technologies, Inc. High dynamic range image sensors
US11140311B2 (en) 2018-06-21 2021-10-05 Canon Kabushiki Kaisha Detecting apparatus and detecting method
US10880467B2 (en) 2018-06-25 2020-12-29 Omnivision Technologies, Inc. Image sensors with phase detection auto-focus pixels
US10914869B2 (en) * 2018-08-14 2021-02-09 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Lens assembly and portable electronic device
US11405535B2 (en) * 2019-02-28 2022-08-02 Qualcomm Incorporated Quad color filter array camera sensor configurations
US11372312B2 (en) * 2019-06-10 2022-06-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor including auto focus pixel
CN212343888U (zh) * 2020-06-10 2021-01-12 深圳市汇顶科技股份有限公司 一种图像传感器和电子设备

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023249437A1 (ko) * 2022-06-24 2023-12-28 엘지이노텍 주식회사 카메라 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US11882372B2 (en) 2024-01-23
US20240137667A1 (en) 2024-04-25
US20240236523A9 (en) 2024-07-11
US20210400216A1 (en) 2021-12-23
CN113824856A (zh) 2021-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210156910A (ko) 자동 초점 픽셀들을 포함하는 카메라 장치
KR20220019895A (ko) 이미지 센서
KR20220051052A (ko) 이미지 센서
KR20220132069A (ko) 이미지 센서
US20220344389A1 (en) Image sensor
CN114639692A (zh) 图像传感器及其制造方法
KR20210146725A (ko) 적외선 센서가 통합된 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
US20230066376A1 (en) Image sensor
KR20230078460A (ko) 이미지 센서 및 이미지 센서의 자동 초점 동작 방법
KR20220127003A (ko) 이미지 센서, 및 이미지 센서를 포함하는 카메라 모듈
US20220406836A1 (en) Image sensor
US20220216258A1 (en) Image sensor
US20230005980A1 (en) Image sensor
US11869913B2 (en) Pixel array of image sensor and method of manufacturing the same
US20220285415A1 (en) Image sensor with pixels having uniform sensitivity
KR102701854B1 (ko) 영상 정보 손실을 감소하는 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지 센서
KR20220075096A (ko) 이미지 센서
US20220174232A1 (en) Image sensor and pixel array of image sensor
KR20220162583A (ko) 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이의 제조 방법
JP2022189787A (ja) ピクセルアレイ、及びそれを含むイメージセンサ