KR20220043556A - 이미지 센싱 장치 - Google Patents

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KR20220043556A
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조민수
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Abstract

본 발명의 이미지 센싱 장치는 픽셀 어레이 상에 배열되고, 위상 신호를 생성하는 위상차 검출 픽셀들을 포함하고, 2X2 매트릭스로 배열된 상기 위상차 검출 픽셀들 각각은 하나의 제1 마이크로 렌즈의 적어도 일부를 포함하고, 상기 제1 마이크로 렌즈는, 상기 2X2 매트릭스의 중심을 지나고 상기 픽셀 어레이의 로오 방향 또는 컬럼 방향을 따라 연장되며, 상기 제1 마이크로 렌즈 밑면에 겹쳐지는 제1 직선의 길이가 상기 2X2 매트릭스의 중심을 지나고, 상기 로오 방향 또는 상기 컬럼 방향에 대한 사선 방향을 따라 연장되며, 상기 제1 마이크로 렌즈 밑면에 겹쳐지는 제2 직선의 길이와 다를 수 있다.

Description

이미지 센싱 장치 {image sensing device}
본 발명은 위상차 검출용 이미지 센싱 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 고조도 환경에서 위상차 검출 동작이 가능한 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센싱 장치(image sensing device)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 장치이다. 최근, 컴퓨터 및 통신 산업이 발달함에 따라, 스마트폰, 디지털 카메라, 캠코더, PCS(personal communication system). 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로봇산업 또는 적외선 센싱 장치 분야 등에서 향상된 성능의 이미지 센싱 장치에 대한 수요가 증가하고 있다.
이미지 센싱 장치는 크게 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센싱 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센싱 장치로 구분될 수 있다.
CMOS 이미지 센싱 장치는 간단한 방식으로 구동 가능하다는 장점이 있으며, 단일 칩에 집적할 수 있어 소형화가 용이하고 집적도가 높아 전력 소모가 매우 낮다. 또한 CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있으므로 낮은 제조 단가를 가져 최근에는 CMOS 이미지 센싱 장치가 널리 이용되고 있다.
이미지 센싱 장치는 검출된 이미지의 위상 차이를 이용해 자동으로 초점을 맞추는 위상차 검출 자동 초점 기능(Phase-Difference Detection Autofocus, PDAF)을 가질 수 있다.
위상차 검출을 위해 픽셀 어레이의 일부 화소가 위상차 검출 픽셀로 치환될 수 있다. 픽셀 어레이에 대하여 미리 설정한 개수의 픽셀들이 매트릭스로 배치될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 위상차 검출 자동 초점 기능을 가지는 이미지 센싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 고조도 범위에서 위상차 검출 자동 초점 기능을 수행할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치는 픽셀 어레이 상에 배열되고, 위상 신호를 생성하는 위상차 검출 픽셀들을 포함하고, 2X2 매트릭스로 배열된 상기 위상차 검출 픽셀들 각각은 하나의 제1 마이크로 렌즈의 적어도 일부를 포함하고, 상기 제1 마이크로 렌즈는, 상기 2X2 매트릭스의 중심을 지나고 상기 픽셀 어레이의 로오 방향 또는 컬럼 방향을 따라 연장되며, 상기 제1 마이크로 렌즈 밑면에 겹쳐지는 제1 직선의 길이가 상기 2X2 매트릭스의 중심을 지나고, 상기 로오 방향 또는 상기 컬럼 방향에 대한 사선 방향을 따라 연장되며, 상기 제1 마이크로 렌즈 밑면에 겹쳐지는 제2 직선의 길이와 다를 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면 상기 제1 직선의 길이는 상기 제2 직선의 길이보다 길 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 직선 길이는 상기 제1 직선 길이의 0.95 내지 0.5배일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 직선의 길이는 상기 제2 직선의 길이보다 짧을 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 직선 길이는 상기 제2 직선 길이의 0.95 내지 0.5배일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마이크로 렌즈의 적어도 일부를 포함하는 상기 위상차 검출 픽셀들은, 상기 제1 마이크로 렌즈 하부에 형성되는 광학 필터를 각각 포함하고, 상기 광학 필터는 적색광을 통과시키는 제1 광학 필터, 녹색광을 통과시키는 제2 광학 필터 및 청색광을 통과시키는 제3 광학 필터 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마이크로 렌즈 하부에 형성되는 광학 필터들은, 상기 제1 내지 상기 제3 광학 필터들 중 서로 다른 광을 통과시키는 광학 필터들일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마이크로 렌즈 하부에 형성되는 광학 필터들은, 상기 제1 내지 상기 제3 광학 필터들 중 서로 동일한 광을 통과시키는 광학 필터들일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 이미지 센싱 장치는 상기 픽셀 어레이 상에서 상기 2X2 매트릭스에 인접하게 배열되고, 이미지 신호를 생성하는 이미지 검출 픽셀들을 포함하고, 상기 이미지 검출 픽셀들은 제2 마이크로 렌즈를 각각 포함할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마이크로 렌즈는 상기 제2 마이크로 렌즈보다 높게 형성될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마이크로 렌즈는 상기 제2 마이크로 렌즈보다 100~300 Å(옹스트롱)더 높게 형성될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 이미지 검출 픽셀들은, 상기 제2 마이크로 렌즈 하부에 형성되는 광학 필터를 각각 포함하고, 상기 광학 필터는 적색광을 통과시키는 제1 광학 필터, 녹색광을 통과시키는 제2 광학 필터 및 청색광을 통과시키는 제3 광학 필터 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 광학 필터는, 차광 구조물을 더 포함하고, 상기 차광 구조물은 상기 위상차 검출 픽셀과 상기 이미지 검출 픽셀 사이 및 상기 이미지 검출 픽셀들 사이에 배치될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 차광구조물은 텅스텐을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치는, 픽셀 어레이 상에 배열되고, 각각이 위상 신호를 생성하는 위상차 검출 픽셀들을 포함하고, 2X2 매트릭스로 배열되는 상기 위상차 검출 픽셀들 각각은 하나의 제1 마이크로 렌즈의 적어도 일부를 포함하고, 상기 제1 마이크로 렌즈의 밑면은, 상기 2X2 매트릭스에 내접하는 원으로부터 제1 방향 및 제2 방향 각각을 따라 상기 원의 중심을 향해 오목하게 굴곡진 형상을 가질 수 있다.
또한, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 방향은 상기 픽셀 어레이의 로오 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 픽셀 어레이의 컬럼 방향일 수 있다.
또한, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 방향은 상기 픽셀 어레이의 상기 로오 방향에 대한 사선 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 수직 방향일 수 있다.
본 문서에서 개시되는 실시 예들에 따르면, 위상차 검출 기능이 향상된 이미지 센싱 장치를 제공할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이에 대한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이의 상면도이다.
도 5a, 5b 및 5c는 픽셀 어레이에 포함되는 제1 내지 제3 광학 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 6a 및 6b 는 도 3의 제1 절단선 및 제2 절단선을 따라 픽셀 어레이를 절단한 단면을 도시한 것이다.
도 7은 위상차 검출 픽셀(PDPX)에 대한 입사광의 광 경로를 도시한 것이다.
도 8은 마이크로 렌즈의 곡률이 커지는 경우, L/R RATIO(또는 R/L RATIO)가 향상되는 이유를 설명하기 위한 도면이다
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 마이크로 렌즈를 공유하는 위상차 검출 픽셀의 L/R RATIO(및 R/L RATIO)와 구면 마이크로 렌즈를 공유하는 위상차 검출 픽셀의 L/R RATIO(및 R/L RATIO)를 실험적으로 계산한 그래프이다.
도 10은 구면 마이크로 렌즈를 공유하는 위상차 검출 픽셀과 이미지 검출 픽셀의 포화 곡선을 간략하게 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 픽셀 어레이에 대한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 픽셀 어레이의 상면도이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부되는 도면을 참조하여 기재된다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태로 한정하려는 것이 아니다.
본 발명은 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 실시 예의 다양한 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치(ISD)의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 통해 이미지 센싱 장치(ISD)가 AF(Auto-Focus, 오토 포커스) 기능을 수행하는 방법이 설명된다.
도 1을 참조하면, 이미지 센싱 장치(ISD)는 촬상부(300), 이미지 센서(100) 및 프로세서(200)를 포함할 수 있다.
촬상부(300)는 광을 수신하는 구성 요소일 수 있다. 구체적으로 촬상부(300)는 렌즈(310), 렌즈 구동부(320), 조리개(330) 및 조리개 구동부(340)를 포함할 수 있다.
렌즈(310)는 단일 렌즈뿐만 아니라 복수의 렌즈를 포함하는 구성을 의미할 수 있다. 렌즈(310)의 위치가 조절됨에 따라 객체(S)에 대한 초점이 변화될 수 있으며, 렌즈(310)의 위치는 이미지 센서(100)의 픽셀들에서 생성되는 신호에 기초할 수 있다. 모바일 기기용 이미지 센싱 장치(ISD)에서 사용되는 렌즈(310)는 광축(Optical axis)에 대한 주변 광선(Marginal Ray)의 입사각 범위가 ±10°일 수 있다.
일반적으로 주변광선은 객체(S)와 광축상에서 만나고 조리개(330)의 가장자리를 지나는 광선을 의미할 수 있다. 따라서 이미지 센싱 장치(ISD)의 위상차 검출 특성은 렌즈(310)에 대해 상기 주변광선보다 작은 각도 범위로 입사하는 입사광에 대해 측정될 수 있다.
렌즈 구동부(320)는 프로세서(200)의 제어 신호에 따라 렌즈(310)의 위치를 제어할 수 있다. 구체적으로, 렌즈 구동부(320)는 렌즈(310)와 객체(S) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
조리개(330)는 조리개 구동부(340)의 제어에 따라 렌즈(310)로 들어오는 빛의 양을 조절할 수 있다. 조리개(330)를 통해 렌즈(310)로 들어오는 빛의 양(수광량)이 조절됨에 따라 이미지 센서(100)에서 생성되는 신호의 크기가 조절될 수 있다.
조리개 구동부(340)는 조리개(330) 값을 조절하여 렌즈(310)에 대한 입사광의 양을 조절할 수 있다.
프로세서(200)는 이미지 신호에 기초하여 초점 검출에 관한 정보를 렌즈 구동부(320)에 제공하거나, 조리개(330) 값의 조절을 위한 신호를 조리개 구동부(340)에 제공할 수 있다. 이미지 센서(100)에 포함된 위상차 검출 픽셀들에서 생성되는 신호의 위상차가 없는 경우, 렌즈(310)와 객체(S) 사이의 거리가 초점 위치(In-focus Position)일 수 있다.
렌즈(310)와 객체(S) 사이의 거리가 초점 위치가 아닐 경우, 위상차 검출 픽셀들에서 생성된 신호들 간에 차이가 발생할 수 있다.
프로세서(200)는 상기 신호들 간의 차이를 분석하여 렌즈 구동부(320)에 제어 신호를 제공할 수 있다.
렌즈 구동부(320)는 프로세서(200)에서 제공된 신호에 기초하여, 렌즈(310)와 객체(S) 사이의 거리가 초점 위치가 되도록 렌즈(310)를 이동시킬 수 있다.
이미지 센서(100)는 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 렌즈(310) 및 조리개(330)를 통과한 광은 픽셀 어레이에 포함되는 픽셀들에 의해 전기적 신호로 변환될 수 있다.
픽셀들은 픽셀 어레이에 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
픽셀들에서 생성된 전기적 신호는 객체(S)에 대한 이미지 신호 및 위상 신호를 포함할 수 있다.
이미지 신호는 객체로부터 이미지 센서(100)로 입사하는 광에 대응하여 생성되는 신호로, 객체(S)의 이미지를 생성하는 신호로 사용될 수 있다.
위상 신호는 객체로부터 이미지 센서(100)로 입사하는 광에 대응하여 생성되는 신호로, 객체(S)와 렌즈(310) 사이의 거리를 조절하기 위한 신호로 사용될 수 있다. 픽셀들은 출력하는 신호에 따라 위상차 검출 픽셀 또는 이미지 검출 픽셀로 구분될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위상차 검출 픽셀들은 2X2 매트릭스로 배열될 수 있다. 이미지 검출 픽셀들은 상기 위상차 검출 픽셀들로 구성된 2X2 매트릭스에 인접하게 배열될 수 있다.
프로세서(200)는 위상차 검출 픽셀 또는 이미지 검출 픽셀로부터 출력된 신호를 바탕으로 위상 정보 및 이미지 정보 등을 얻을 수 있다.
프로세서(200)는 이미지 센싱 장치(ISD)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(200)는 이미지 센서(100)로부터 수신 받은 이미지 신호에 기초하여 상기 촬상부(300)의 각 구성 요소에 대한 제어 신호를 제공할 수 있다.
프로세서(200)는 신호 처리부(120)로부터 위상 신호를 수신하여 위상 차 연산을 수행할 수 있다.
프로세서(200)는 2X2 매트릭스로 배열되는 위상차 검출 픽셀들 중 임의의 두 픽셀들로부터 얻어진 위상 정보를 기초로 위상차 연산을 수행할 수 있다.
프로세서(200)는 위상차 연산을 통해 초점의 위치, 방향 및 객체(S)와 이미지 센싱 장치(ISD) 사이의 거리 등을 구할 수 있다.
프로세서(200)는 위상차 연산 결과를 기초로 렌즈 구동부(320)에 대한 제어 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(200)는 그 외에도 화상 정보에 대한 잡음(noise) 보정 및 인접 픽셀 간의 보간(interpolation) 등의 화질 개선을 위한 이미지 신호 처리를 수행할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(100)의 구성을 도시한 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시 예에 의한 이미지 센서(100)는 복수의 픽셀들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이(pixel array, 110), 상관 이중 샘플러(correlated double sampler, CDS, 120), 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter, ADC, 130), 버퍼(Buffer, 140), 로오 드라이버(row driver, 150), 타이밍 제너레이터(timing generator, 160), 제어 레지스터(control register, 170), 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 180)를 포함할 수 있다.
프로세서(200)는 버퍼(140)의 출력 신호를 입력 받아 이미지를 가공/처리하거나 연산할 수 있다.
일 실시 예에서, 픽셀 어레이(110)는 위상차 검출 픽셀들 및 이미지 검출 픽셀들을 포함할 수 있다. 렌즈(310) 및 조리개(330)를 통과한 광학 신호는 픽셀 어레이(110)에서 결상되어 전기적 신호로 변환될 수 있다.
픽셀 어레이(110)에 포함된 이미지 검출 픽셀들 및 위상 검출 픽셀들은 빛을 흡수하여 전하를 생성하고, 생성된 전하에 대한 전기적 신호를 상관 이중 샘플러(120)에 제공할 수 있다. 이미지 검출 픽셀 및 위상차 검출 픽셀의 구체적인 구조는 도 3을 통해 설명될 것이다.
이미지 검출 픽셀들은 도 1 의 객체(S)에 대응하는 신호들을 생성할 수 있다. 위상차 검출 픽셀들은 객체(S)를 촬상하여 위상 신호들을 생성할 수 있다. 위상 신호들은 프로세서(200)로 전달되어 객체(S)와 렌즈(310) 간의 거리를 검출하는데 사용될 수 있다.
일 실시 예에서, 픽셀 어레이(110)는 4개의 위상차 검출 픽셀들을 포함하는 2X2 매트릭스를 포함할 수 있다.
이미지 센싱 장치(ISD)는 4개의 위상차 검출 픽셀들 중 임의의 두 위상차 검출 픽셀들에서 생성된 위상 신호들을 이용하여 위상 차를 검출할 수 있다.
위상 신호들은 위상 신호를 생성한 위상차 검출 픽셀의 픽셀 어레이(110)상 위치에 관한 정보를 포함할 수 있다.
프로세서(200)는 위상 차를 산출하고, 이를 통해 렌즈(310, 도 1)의 초점 위치를 연산할 수 있다. 예를 들어, 2X2 매트릭스에 포함된 위상차 검출 픽셀들에서 검출된 위상 신호들의 위상 차가 없어지는 렌즈(310, 도 1) 위치가 초점 위치일 수 있다.
이미지 검출 픽셀들은 객체(S)의 이미지 신호를 생성하기 위해 이용될 수 있다.
상관 이중 샘플러(120)는 픽셀 어레이(110)에서 제공한 신호를 샘플링 및 홀드할 수 있다. 상관 이중 샘플러(120)는 특정한 잡음 레벨 및 입사광에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여 그 차이에 해당하는 레벨을 출력할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(130)는 상관 이중 샘플러(120)로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 버퍼(140)로 전송할 수 있다.
버퍼(140)는 수신된 디지털 신호를 래치(latch)하고 및 순차적으로 프로세서(200)로 출력할 수 있다. 버퍼(140)는 디지털 신호를 래치하기 위한 메모리 및 디지털 신호를 증폭하기 위한 감지 증폭기를 포함할 수 있다.
로오 드라이버(150)는 타이밍 제너레이터(160)의 신호에 따라 픽셀 어레이(110)에 포함된 복수의 픽셀들을 구동할 수 있다. 예를 들어, 로오 드라이버(150)는 복수의 로오 라인들(row lines) 중 하나의 로오 라인(row line)을 선택하기 위한 선택 신호를 생성할 수 있다.
또한, 로오 드라이버(150)는 픽셀들에 포함된 트랜지스터들을 구동하는 신호들(예를 들어, 전송 트랜지스터 구동 신호, 리셋 트랜지스터 구동 신호 및 선택 트랜지스터 구동 신호 등)을 생성할 수 있다.
로오 드라이버(150)는 오토 포커싱 기능의 수행 여부에 기초하여, 복수의 위상차 검출 픽셀들에 대한 선택 신호 또는 구동 신호들을 생성할 수 있다.
타이밍 제네레이터(160)는 픽셀 어레이(110)가 광을 흡수하여 전하를 축적하게 하거나, 축적된 전하를 임시로 저장하게 하고, 저장된 전하에 따른 전기적 신호를 픽셀 어레이(110)의 외부로 출력하도록 로오 드라이버(150)를 제어할 수 있다.
또한, 타이밍 제네레이터(160)는 픽셀 어레이(110)에서 제공하는 전기적 신호를 샘플링 및 홀드하도록, 상관 이중 샘플러(120)를 제어할 수 있다.
제어 레지스터(170)는 프로세서(200)로부터 수신 받은 신호를 기초로 버퍼(140), 타이밍 제너레이터(160) 및 램프 신호 제너레이터(180)를 컨트롤하기 위한 제어 신호들을 생성할 수 있다.
램프 신호 제너레이터(180)는 타이밍 제너레이터(160)의 컨트롤에 따라 아날로그-디지털 컨버터(130)에서 신호를 검출하기 위한 램프 신호를 제공할 수 있다.
프로세서(200)는 버퍼(140)의 출력 신호를 입력 받아 위상 정보 또는 이미지 정보를 연산하여 신호를 생성할 수 있다. 설명한 바와 같이 프로세서(200)는 이미지 신호를 이용하여 조리개 구동부(340)에 대한 제어 신호를 제공할 수 있다. 또한 프로세서(200)는 위상 신호를 이용하여 렌즈 구동부(320)에 대한 제어 신호를 제공할 수 있다.
제어 레지스터(170)는 프로세서(200)로부터 수신 받은 신호를 기초로 상기 제어 신호들을 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이(400)에 대한 사시도이다.
픽셀 어레이(400)는 위상차 검출 픽셀(PDPX) 및 이미지 검출 픽셀(IPX)들을 포함할 수 있고, 상기 픽셀들(PDPX, IPX)이 매트릭스로 배열될 수 있다.
픽셀 어레이(400)는 제1 마이크로 렌즈(ML1) 및 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이(410), 광학 필터(CF)들을 포함하는 광학 필터 어레이(420), 광전 변환 영역(PD)을 포함하는 광전 변환 영역 어레이(430) 및 배선층(미도시)을 포함할 수 있다.
2X2 매트릭스를 이루는 각각의 위상차 검출 픽셀(PDPX)들은 하나의 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 다시 말해, 2X2 매트릭스를 이루는 각각의 위상차 검출 픽셀(PDPX)들은 하나의 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 공유할 수 있다.
이미지 검출 픽셀(IPX)은 각 픽셀 별로 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 하나씩 포함할 수 있다. 위상차 검출 픽셀(PDPX) 및 이미지 검출 픽셀(IPX)들은 각각 광학 필터(CF) 및 광전 변환 영역(PD)을 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이(410)는 광학 필터 어레이(420)에 오버랩될 수 있다. 따라서, 각 픽셀들(PDPX, IPX)에 대하여 제1 마이크로 렌즈(ML1) 및 제2 마이크로 렌즈(ML2) 하부에 광학 필터(CF)가 형성될 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이(410)는 이미지 센서(100)로 입사하는 입사광의 경로를 조절할 수 있다.
위상차 검출 픽셀(PDPX)들에 의해 공유되는 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 제2 마이크로 렌즈(ML2)보다 높게 형성될 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(ML1)가 높게 형성됨에 따라 제1 마이크로 렌즈(ML1)에서 포집되는 입사광의 양이 제2 마이크로 렌즈(ML2)에서 포집되는 입사광의 양(수광량)보다 많을 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)의 수광량이 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 수광량보다 많을 경우, 위상차 검출 픽셀(PDPX)들 광전 변환 영역(PD)이 우선적으로 포화되어 위상 신호는 생성됨에도 불구하고, 생성된 위상 신호를 통해 렌즈(310)와 객체(S)사이의 거리를 검출하지 못할 수 있다. 다시 말해, 이미지 센싱 장치(ISD)가 자동 초점 기능을 수행하지 못할 수 있다.
이미지 신호는 검출되나 자동 초점 기능을 수행하지 못하는 경우, 촬상된 이미지 품질이 저하되고, 사용자 만족도가 떨어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 위상차 검출 픽셀(PDPX)의 상부에 오버랩 되는 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 형상을 변화시켜 위상차 검출 픽셀(PDPX)의 감도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 픽셀 어레이(400)의 로오 방향 및 컬럼 방향에 대한 폭이 로오 방향 및 컬럼 방향에 대한 사선 방향의 폭보다 넓을 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)가 픽셀 어레이(400)의 로오 방향 및 컬럼 방향에 대한 폭이 더 넓게 형성됨에 따라 위상차 검출 픽셀(PDPX)의 감도를 조절할 수 있고 위상차 검출 능력이 향상될 수 있다.
제2 마이크로 렌즈(ML2)는 구면 렌즈일 수 있으며, 구면 렌즈의 경우 픽셀 어레이의 로오 방향, 컬럼 방향 및 사선 방향에 대해 일정한 폭을 가질 수 있다.
광학 필터 어레이(420)는 입사광을 파장에 따라 선택적으로 통과시키는 광학 필터(CF)들을 포함할 수 있다.
광전 변환 영역 어레이(430)는 복수의 광전 변환 소자(PD)를 포함할 수 있다. 광전 변환 소자(photoelectric transform element, PD)는 임의의 픽셀(PDPX 또는 IPX)에 각각 대응하도록 배치될 수 있다.
광전 변환 소자(PD)는 마이크로 렌즈 어레이(410) 및 광학 필터 어레이(420)를 통과한 입사광에 대응하는 광 전하를 발생시킬 수 있다.
광전 변환 소자는 포토다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode; PPD) 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 이하에서 예시적으로 광전 변환 소자(PD)는 포토 다이오드인 것으로 가정하여 설명한다.
광전 변환 소자(PD)가 포토 다이오드인 경우, 광전 변환 소자는 N형 불순물 영역과 P형 불순물 영역이 수직방향으로 적층된 구조를 포함할 수 있다.
광전 변환 소자(PD)의 하부에는 배선층(미도시)이 형성될 수 있다.
배선층(미도시)은 리셋 트랜지스터, 전송 트랜지스터, 플로팅 디퓨전, 구동 트랜지스터 및 선택 트랜지스터등을 포함할 수 있다.
리셋 트랜지스터는 리셋 신호에 응답하여 액티브 상태가 됨으로써, 위상차 검출 픽셀(PDPX) 및 이미지 검출 픽셀(IPX)의 전위를 소정의 레벨(픽셀 전압 레벨)로 리셋할 수 있다.
또한, 리셋 트랜지스터가 액티브 상태가 될 때, 플로팅 디퓨전의 리셋을 위해 전송 트랜지스터도 동시에 액티브 상태가 될 수 있다.
전송 트랜지스터는 전송 신호에 응답하여 액티브 상태가 됨으로써, 각 픽셀들의 광전 변환 소자(PD)에 축적되어 있는 전하를 플로팅 디퓨전으로 전송할 수 있다.
구동 트랜지스터는 구동 트랜지스터의 드레인에 픽셀 전압이 접속되고, 구동 트랜지스터의 게이트에 플로팅 디퓨전이 접속될 수 있다. 또한 구동 트랜지스터의 소스에 선택 트랜지스터가 접속될 수 있다.
구동 트랜지스터는 게이트 전극에 접속된 플로팅 디퓨전의 전위에 대응하는 전류를 선택 트랜지스터를 통하여 신호선으로 출력할 수 있다.
선택 트랜지스터는 게이트 전극에 공급되는 선택 신호에 응답하여 액티브 상태가 됨으로써, 구동 트랜지스터로부터 출력되는 신호를 신호선으로 출력할 수 있다.
배선층(미도시)으로부터 신호선으로 출력된 각 신호는 노이즈 제거 및 아날로그-디지털 변환을 거쳐 이미지 신호 또는 위상 신호로 변환될 수 있다.
다시 말해, 배선층(미도시)을 통해서 광전 변환 영역(PD)에서 생성된 신호가 프로세서(200, 도 2)로 전송될 수 있다. 프로세서(200, 도 2)는 위상 신호를 수신하여 위상 차 연산을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽셀 어레이(400)의 상면도이다.
픽셀 어레이(400)의 각 픽셀들(PDPX 또는 IPX)을 로오 방향 및 컬럼 방향의 폭이 R인 정사각형으로 가정할 수 있다.
다만, 이는 예시적인 것으로, 실시 예에 따라 픽셀들(IPX 또는 PDPX)의 로오 방향 및 컬럼 방향의 폭이 상이할 수 있다. 또한, 실시 예에 따라 각 픽셀들(IPX 또는 PDPX)은 마름모, 육각형등으로 형성될 수 있다.
밑면의 반지름이 R이고, 2X2 매트릭스를 이루는 위상차 검출 픽셀(PDPX)들에 오버랩 되는 구면 마이크로 렌즈를 가정할 때, 상기 구면 마이크로 렌즈의 밑면이 SL로 도시될 수 있다.
위상차 검출 픽셀(PDPX)들은 2X2 매트릭스 구조를 이루도록 배열될 수 있다. 프로세서(200)는 2X2 매트릭스 구조에 포함된 임의의 두 위상차 검출 픽셀(PDPX)을 선택할 수 있다. 프로세서(200)는 선택된 위상차 검출 픽셀(PDPX)에서 출력된 위상 신호를 이용해 위상차 연산을 수행할 수 있다.
위상차 검출 픽셀(PDPX)들이 2X2 매트릭스 구조로 배열됨으로써, 이미지 센싱 장치(ISD)가 하나의 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 공유하는 위상차 검출 서브 픽셀(PDPX)들에서 생성되는 위상 신호를 이용하여 상하 방향, 좌우 방향 또는 대각선 방향의 위상차 연산을 수행할 수 있다.
2X2 매트릭스 구조의 위상차 검출 픽셀(PDPX)들은 픽셀 어레이(400)의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 위상차 검출 픽셀(PDPX)들이 픽셀 어레이(400)상에 배치되는 위치는 실험적으로 결정될 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)는, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 적어도 일부를 포함하고, 2X2 매트릭스 상에서 상하로 배치된 위상차 검출 픽셀(PDPX)들 간의 경계선을 기준으로 대칭 형상일 수 있다.
또한, 제1 마이크로 렌즈(ML1)는, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 적어도 일부를 포함하고, 2X2 매트릭스 상에서 좌우로 배치된 위상차 검출 픽셀(PDPX)들 간의 경계선을 기준으로 대칭 형상일 수 있다.
2X2 매트릭스의 중심을 지나고, 픽셀 어레이(400)의 로오 방향 또는 컬럼 방향을 따라 연장되며, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 밑면에 겹쳐지는 직선을 제1 직선(L1)이라고 할 때, 제1 직선(L1)의 길이는 2R이 될 수 있다.
또한, 상기 2X2 매트릭스의 중심을 지나고, 로오 방향 또는 컬럼 방향에 대한 사선 방향을 따라 연장되며, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 밑면에 겹쳐지는 직선을 제2 직선(L2)이라고 할 때, 제2 직선(L2)의 길이는 2R보다 짧을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 직선(L2)의 길이는 제1 직선(L1)길이의 0.95 내지 0.5배일 수 있다. 제2 직선(L2)의 길이가 제1 직선(L1)의 길이보다 짧게 형성됨에 따라 제1 마이크로 렌즈(ML1)을 통과하여 위상차 검출 픽셀(PDPX)로 집광되는 입사광의 양이 감소할 수 있다.
제2 마이크로 렌즈(ML2)의 밑면 형상은 R/2를 반지름으로 하는 원이 될 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 대응하는 이미지 검출 단위 픽셀(IPX) 각각에 대해 입사광을 집광할 수 있다.
제2 직선(L2)의 길이가 제1 직선(L1)의 길이보다 짧게 형성됨에 따라 위상차 검출 픽셀(PDPX) 하나에 대한 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 밑면 면적이 이미지 검출 픽셀(IPX) 하나에 대한 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 밑면 면적에 비해 좁을 수 있다.
다시 말해, 제2 직선(L2)의 길이가 제1 직선(L1)의 길이보다 짧다는 것은, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 밑면이 제2 직선(L2) 방향(픽셀 어레이(400)의 로오 방향 및 칼럼 방향에 대한 사선 방향)을 따라 2X2 매트릭스의 중심을 향해 오목하게 굴곡진형상임을 의미할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 구면 마이크로 렌즈(SL)와 비교하여 픽셀 어레이(400)의 로오 방향 및 컬럼 방향의 대한 사선방향으로 오목하게 굴곡되어 있는 형상인 바, 위상차 검출 픽셀(PDPX)하나에 대한 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 밑면 면적은
Figure pat00001
보다 작게 형성될 수 있다. 반면, 이미지 검출 픽셀(IPX) 하나에 대한 제2 마이크로 렌즈의 밑면 면적은
Figure pat00002
가 될 수 있다.
도 5a, 5b 및 5c는 픽셀 어레이에 포함되는 제1 내지 제3 광학 필터 어레이(420a, 420b, 420c)를 도시한 것이다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)와 광학 필터들(R, G, B)간의 위치 관계를 설명하기 위해 도 5a, 5b 및 5c에서 제1 마이크로 렌즈(ML1)가 제1 내지 제3 광학 필터 어레이(420a, 420b, 420c)에 오버랩 되는 위치를 점선으로 표시하였다.
제1 내지 제3 광학 필터 어레이(420a, 420b, 420c)에 포함되는 광학 필터들 중, 적색광을 통과시키는 광학 필터를 제1 광학 필터(R), 녹색광을 통과시키는 광학 필터를 제2 광학 필터(G), 청색광을 통과시키는 광학 필터를 제3 광학 필터(B)라고 할 수 있다.
제1 내지 제3 광학 필터 어레이(420a, 420b, 420c)상의 제1 내지 제3 광학 필터들(R, G, B)은 쿼드 베이어 패턴(QUAD BAYER PATTERN)으로 배열될 수 있다.
쿼드 베이어 패턴은 제1 광학 필터(R), 제2 광학 필터(G) 및 제3 광학 필터(B)들이 각각 2X2 매트릭스를 구성하고, 각 광학 필터로 구성된 2X2 매트릭스들이 베이어 패턴(BAYER PATTRERN)을 이루는 것을 의미할 수 있다.
베이어 패턴(BAYER PATTERN)은 1개의 제1 광학 필터(R), 2개의 제2 광학 필터(G) 및 1개의 제3 광학 필터(B)가 매트릭스 형태로 배열되고, 2개의 제2 광학 필터(G)들이 사선 방향으로 배치되는 패턴을 의미할 수 있다. 다시 말해 쿼드 베이어 패턴은 베이어 패턴(BAYER PATTERN)이 확장된 패턴을 의미할 수 있다.
도 5a에서 2X2 매트릭스로 배열되고, 제2 광학 필터(G)를 포함하는 위상차 검출 픽셀(PDPX)들이 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 공유하는 실시 예가 도시된다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)를 공유하는 2X2 매트릭스의 위상차 검출 픽셀(PDPX)들이 동종 광학 필터를 포함하는 경우, 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 제1 광학 필터 어레이(420a)의 로오 방향 및 컬럼 방향에 대하여 대칭 형태일 수 있다
입사광은 파장에 따라 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 하부에 배치되는 광학 필터의 종류에 따라 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 형상이 달라질 수 있다.
파장이 길수록 굴절률은 작아지므로, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 하부에 배치되는 광학 필터가 통과시키는 파장을 고려하여 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 형상을 조절할 수 있다.
도 5b에서 2X2 매트릭스로 배열되고, 제2 광학 필터(G) 및 제3 광학 필터(B)를 포함하는 위상차 검출 픽셀(PDPX)들이 제1 마이크로 렌즈(ML1) 공유하는 실시 예가 도시된다.
제2 광학 필터(G)를 통과한 입사광의 파장이 제3 광학 필터(B)를 통과한 입사광의 파장보다 길기 때문에 제2 광학 필터(G)를 통과하는 입사광이 제3 광학 필터(B)를 통과하는 입사광보다 덜 굴절될 수 있다. 따라서, 도 5b에서 제1 마이크로 렌즈(ML1)가 좌우 대칭일 경우 위상 신호에 왜곡이 발생할 수 있다.
도 5b의 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 경우, 제3 광학 필터(G) 상부에 오버랩되는 영역의 굴절률이 더 큰 형상을 가질 수 있다.
도 5c에서 2X2 매트릭스로 배열되고, 제1 광학 필터(R), 제2 광학 필터(G) 및 제3 광학 필터(B)를 포함하는 위상차 검출 픽셀(PDPX)들이 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 공유하는 실시 예가 도시된다.
제1 광학 필터(R)를 통과한 입사광의 파장이 제2 광학 필터(G) 또는 제3 광학 필터(B)를 통과한 입사광의 파장보다 길기 때문에 제1 광학 필터(R)를 통과하는 입사광이 제2 광학 필터(G) 또는 제3 광학 필터(B)를 통과하는 입사광보다 덜 굴절될 수 있다. 따라서, 도 5c에서 제1 마이크로 렌즈(ML1)가 상하 및 좌우 대칭일 경우 위상 신호에 왜곡이 발생할 수 있다.
도 5c의 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 경우, 제1 광학 필터(R) 상부에 오버랩되는 영역의 굴절률이 가장 크고, 제3 광학 필터(B) 상부에 오버랩되는 영역의 굴절률이 가장 작은 형상을 가질 수 있다.
도 5b 및 5c와 같이 제1 마이크로 렌즈 하부에 형성되는 광학 필터들은 실시 예에 따라 동일한 파장의 입사광을 통과시키는 광학 필터 또는 서로 다른 파장의 입사광을 통과시키는 광학 필터일 수 있다. 2X2 매트릭스로 배열되는 위상차 검출 픽셀(PDPX)들이 포함하는 광학 필터가 반드시 동일한 광을 통과시키는 광학 필터일 필요는 없다.
또한, 제1 내지 제3 광학 필터 어레이(420a, 420b, 420c)는 차광 구조물(422)을 포함할 수 있다. 차광 구조물(422)은 인접한 위상차 검출 픽셀들(PDPX)과 이미지 검출 픽셀들(IPX)간의 CROSS TALK를 방지하거나, 인접한 이미지 검출 픽셀(IPX)들 상호간의 CROSS TALK를 방지할 수 있다. 광학적 CROSS TALK란 입사광이 인접 픽셀의 신호에 영향을 주는 것을 의미할 수 있다.
위상차 검출 픽셀들(PDPX)사이에 차광 구조물(422)이 배치되는 경우, 차광 구조물(422)이 입사광을 반사하여 위상차 검출 픽셀들(PDPX)들의 경계 근처로 입사하는 입사광에 대한 위상 신호 검출을 방해할 수 있다.
따라서 차광 구조물(422)은 위상차 검출 픽셀(PDPX)과 이미지 검출 픽셀(IPX) 사이 또는 이미지 검출 픽셀(IPX)들 사이에 배치될 수 있다.
차광 구조물(422)이 위상차 검출 픽셀(PDPX)사이에 배치되지 않음에 따라 차광 구조물(422)에 의한 입사광의 반사가 일어나지 않을 수 있다.
위상차 검출 픽셀(PDPX) 사이에 차광 구조물(422)이 배치되지 않으면, 위상차 검출 픽셀(PDPX)들의 경계 근처로 입사하는 입사광에 대한 위상 신호 검출은 용이해지는 반면, 위상차 검출 픽셀(PDPX)들의 감도는 증가할 수 있다.
위상차 검출 픽셀(PDPX)의 감도가 지나치게 증가하는 경우, 앞서 설명한 바와 같이 이미지 검출 픽셀(IPX)보다 먼저 포화되어 위상차 검출 기능을 수행하지 못할 수 있다. 따라서 이를 보완하기 위해 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 형상을 조절할 수 있다.
상기 차광 구조물(422)은 예시적으로 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
도 6a 및 6b 는 도 3의 제1 절단선(A-A') 및 제2 절단선(B-B')을 따라 픽셀 어레이(400)를 절단한 단면(600a, 600b)을 도시한 것이다.
도 6a를 통해 제1 절단선(A-A')을 따라 픽셀 어레이(400)를 절단한 단면(600a)이 도시된다. 제1 절단선(A-A')은 픽셀 어레이(400)의 로오 방향에 대해 연장되는 직선일 수 있다.
밑면의 반지름이 R이고, 제1 마이크로 렌즈(ML1)와 높이가 같으며, 2X2 매트릭스를 이루는 위상차 검출 픽셀(PDPX)들에 오버랩 되는 구면 마이크로 렌즈(SL)을 가정할 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 구체적 형상을 설명하기 위하여 상기 구면 마이크로 렌즈(SL)를 제1 절단선(A-A')을 따라 절단한 단면 및 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 제1 절단선(A-A')을 따라 절단한 단면이 함께 도시된다.
제1 절단선(A-A')에 대한 단면 방향에서 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 제2 마이크로 렌즈(ML2)보다 H1만큼 더 높게 형성될 수 있다. 예시적으로 H1은 100 내지 300 Å(옹스트롱)일 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)의 로오 방향 폭(W1_1)은 구면 마이크로 렌즈(SL)의 로오 방향 폭(WS_1) 보다 좁을 수 있다.
도 6a의 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 공유하는 위상차 검출 픽셀들(PDPX1, PDPX2)중 좌측에 위치한 위상차 검출 픽셀을 제1 위상차 검출 서브픽셀(PDPX1), 우측에 위치한 위상차 검출 픽셀을 제2 위상차 검출 픽셀(PDPX2)이라고 할 수 있다.
제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1)에서 검출되는 위상 신호와 제2 위상차 검출 픽셀(PDPX2)에서 검출되는 위상 신호를 이용해 위상차 검출 오토 포커싱을 수행할 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축에 대하여 임의의 입사각을 갖는 입사광에 대응하여 제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1) 또는 제2 위상차 검출 픽셀(PDPX2)에서 검출되는 신호를 위상 신호라고 할 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)의 광축에 대하여 임의의 입사각을 갖는 입사광에 대응하여 제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1)의 위상 신호와 제2 위상차 검출 픽셀(PDPX2)의 위상 신호 차이가 클수록 프로세서(200)가 초점 연산을 용이하게 할 수 있다.
제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1)에서 검출되는 위상 신호와 제2 위상차 검출 픽셀(PDPX2)에서 검출되는 위상 신호의 차이를 용이하게 나타내기 위해 제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1)에서 검출되는 위상 신호를 제2 위상차 검출 픽셀(PDPX2)에서 검출되는 위상 신호로 나눈 값 또는 제2 위상차 검출 픽셀(PDPX2)에서 검출되는 위상 신호를 제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1)에서 검출되는 위상 신호로 나눈 값을 이용할 수 있다.
제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1)에서 검출되는 위상 신호를 제2 위상차 검출 픽셀(PDPX2)에서 검출되는 위상 신호로 나눈 값을 L/R RATIO, 제2 위상차 검출 픽셀(PDPX2)에서 검출되는 위상 신호를 제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1)에서 검출되는 위상 신호로 나눈 값을 R/L RATIO라고 할 수 있다.
입사각이 0°인 경우 제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1)에서 검출되는 위상 신호 레벨과 제2 위상차 검출 픽셀(PDPX2)에서 검출되는 위상 신호 레벨이 동일할 수 있으며, 이 때 L/R RATIO 및 R/L RATIO는 1이 될 수 있다.
동일한 입사각을 갖는 입사광에 대하여, 마이크로 렌즈의 곡률(curvature)이 클 때 L/R RATIO(또는 R/L RATIO)가 곡률이 작을 때 L/R RATIO(또는 R/L RATIO) 보다 커질 수 있다.
곡률이란 곡선의 굽은 정도를 의미하며, 곡선이 내접하는 구면의 반지름(곡률 반지름, radius of curvature) 역수에 근사할 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 곡률과 L/R RATIO(또는 R/L RATIO)의 관계는 도 8a, 8b 및 8c에서 자세히 설명될 것이다.
제1 절단선 방향(A-A')에 대하여, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 로오 방향 폭(W1_1)이 구면 마이크로 렌즈(SL)의 로오 방향 폭(WS_1)보다 좁게 형성됨에 따라 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 곡률이 구면 마이크로 렌즈(SL)의 곡률보다 커질 수 있다. 따라서, 제1 마이크로 렌즈(ML1)에 의해 이미지 센싱 장치(ISD)의 위상차 신호 검출 특성이 개선될 수 있다.
제1 절단선 (A-A')은 픽셀 어레이(400)의 로오 방향으로 연장되는 절단선이지만, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 중심으로부터 제1 절단선(A-A')과 동일한 거리에 위치하고, 픽셀 어레이(400)의 컬럼 방향으로 연장되는 절단선을 따라 픽셀 어레이(400)를 절단하더라도 도 6a와 실질적으로 동일한 단면을 얻을 수 있다.
도 6b를 통해 제2 절단선(B-B')을 따라 픽셀 어레이(400)를 절단한 단면(600b)이 도시된다. 제2 절단선(B-B')은 픽셀 어레이(400)의 로오 방향 및 컬럼 방향에 대한 사선 방향을 따라 연장되는 직선일 수 있다. 제2 절단선(B-B')은 위상차 검출 픽셀(PDPX)의 중심을 지날 수 있다.
밑면의 반지름이 R이고, 제1 마이크로 렌즈(ML1)와 높이가 같으며, 2X2 매트릭스를 이루는 위상차 검출 픽셀(PDPX)들에 오버랩 되는 구면 마이크로 렌즈(SL)을 가정할 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 구체적 형상을 설명하기 위하여, 상기 구면 마이크로 렌즈(SL)를 제2 절단선(B-B')을 따라 절단한 단면 및 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 제2 절단선(B-B')을 따라 절단한 단면이 함께 도시된다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)의 사선 방향 폭(W1_2)은 구면 마이크로 렌즈(SL)의 사선 방향 폭(WS_2) 보다 좁게 형성될 수 있다. 또한, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 사선 방향 폭(W1_2)은 도 4의 제2 직선(L2)길이와 동일할 수 있고, 구면 마이크로 렌즈(SL)의 사선 방향 폭(WS_2)은 도 4의 제1 직선(L1) 길이와 동일할 수 있다.
제2 직선(L2)의 길이가 제1 직선(L1)의 길이보다 짧아짐에 따라 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 곡률이 구면 마이크로 렌즈(SL)의 곡률보다 커질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 6b는 제2 절단선(B-B')을 따라 픽셀 어레이(400)를 절단한 단면(600b)이므로, 제1 절단선(A-A')을 따라 픽셀 어레이(400)를 절단한 단면(600a)과 비교하여 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 높이가 더 높을 수 있다. 또한, 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 사선 방향 폭(W1_2) 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 로오 방향 폭(W1_1)보다 넓을 수 있다.
제2 절단선(B-B')에 대한 단면에서, 제1 마이크로 렌즈(ML1)는 제2 마이크로 렌즈(ML2)보다 H2만큼 더 높게 형성될 수 있다. 예시적으로 H2는 100 내지 300 Å(옹스트롱)일 수 있으며, H2는 도 6a의 H1 보다 더 큰 값일 수 있다.
도 6b의 좌측에 위치한 위상차 검출 픽셀을 제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1), 우측에 위치한 위상차 검출 픽셀을 제3 위상차 검출 픽셀(PDPX3)이라고 할 수 있다.
제1 마이크로 렌즈를 공유하는 위상차 검출 픽셀(PDPX)중 사선 방향으로 배치된 위상차 검출 픽셀들의 위상 신호를 이용하는 경우, 위상차 검출 픽셀들간의 거리가 최대가 되어 가장 큰 L/R RATIO(또는 R/L RATIO)를 얻을 수 있다.
다시 말해, 도 6b의 제1 위상차 검출 픽셀(PDPX1) 및 제3 위상차 검출 픽셀(PDPX3)에서 검출된 위상 신호를 이용하는 경우, 가장 큰 L/R RATIO(또는 R/L RATIO)를 얻을 수 있다.
도 7은 위상차 검출 픽셀(PDPX)에 대한 입사광의 광 경로를 도시한 것이다.
도 7에서 객체(S)로부터 출발한 입사광이 렌즈(310)를 통과하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 마이크로 렌즈(ML1)로 입사하는 경로가 도시된다. 제1 마이크로 렌즈(ML1)와 비교를 위해 구면 마이크로 렌즈(SL)가 함께 도시된다.
도 7은 이해를 돕기 위해 개략적으로 도시된 것에 불과한 바, 도면에 그려진 렌즈(310)와 제1 마이크로 렌즈(ML1)간 비율이 실제 렌즈(310)와 제1 마이크로 렌즈(ML1)간 비율이 동일한 것은 아니다.
L1 내지 L6는 각각 입사광의 경로를 도시한 것이며, F는 렌즈(310)의 초점을 나타낸 것이다.
객체(S)로부터 출발한 입사광 중 광축(OPTICAL AXIS)에 대하여 L1 및 L6보다 작은 입사각(이때, 입사각은 렌즈(310)의 광축(OPTICAL AXIS)과 입사광이 이루는 각도)을 갖는 입사광만이 구면 마이크로 렌즈(SL)에 의해 광전 변환 소자(PD)로 가이드 될 수 있다.
반면, 객체(S)로부터 출발한 입사광 중 광축(OPTICAL AXIS)에 대하여 L2 및 L5보다 작은 입사각을 갖는 입사광만이 제1 마이크로 렌즈(ML1)에 의해 광전 변환 소자(PD)로 가이드 될 수 있다.
따라서, 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 통과하여 광전 변환 영역(PD)에 도달하는 입사광의 양이 구면 마이크로 렌즈(SL)를 통과하는 입사광의 양에 비해 적어질 수 있다.
제1 마이크로 렌즈(ML1)를 통과하여 광전 변환 영역(PD)에 도달하는 입사광의 양이 적어짐에 따라 위상차 검출 픽셀(PDPX)의 감도가 조절될 수 있다.
도 8은 마이크로 렌즈의 곡률이 커지는 경우, L/R RATIO(또는 R/L RATIO)가 향상되는 이유를 설명하기 위한 도면이다. 도 8의 위상차 검출 픽셀들 중 좌측의 위상차 검출 픽셀을 위상차 검출 픽셀 A(PDPX_A)라고 할 수 있고 우측의 위상차 검출 픽셀을 위상차 검출 픽셀 B(PDPX_B)라고 할 수 있다.
도 8a, 8b, 및 8c를 통해 마이크로 렌즈들(MLA, MLB)의 광축에 대하여 제1 각도(θ1)로 입사한 입사광에 대한 모식도(8a), 평행하게(0°) 입사한 입사광에 대한 모식도(8b) 및 제2 각도(θ2)로 입사한 입사광에 대한 모식도(8c)가 도시된다.
이때, 제1 각도(θ1)는 광축을 기준으로 좌측 방향이므로 음의 각도, 제2 각도(θ2)는 광축을 기준으로 우측 방향이므로 양의 각도일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 마이크로 렌즈를 공유하는 위상차 검출 픽셀들에서 검출되는 위상 신호의 비를 L/R RATIO(또는 R/L RATIO)라고 할 수 있다.
위상차 검출 픽셀 A(PDPX_A) 및 위상차 검출 픽셀 B(PDPX_B)는 마이크로 렌즈A(MLA)를 공유하거나, 마이크로 렌즈 A보다 곡률이 작은 마이크로 렌즈B(MLB)를 공유할 수 있다.
위상차 검출 픽셀 A(PDPX_A) 및 위상차 검출 픽셀 B(PDPX_B)는 각각 광학 필터(CF) 및 광전 변환 영역(PD)을 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈 A와 마이크로 렌즈 B의 관계는 앞서 도3 내지 도7에서 설명한 구면 마이크로 렌즈(SL)와 제1 마이크로 렌즈(ML1)간의 관계와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 8a, 8b 및 8c를 참고하면, 마이크로 렌즈 B(MLB)를 통과한 입사광은 위상차 검출 픽셀들(PDPX_A, PDPX_B)에 대하여, 상대적으로 깊은 곳에서 초점이 맺힐 수 있다.
반면 마이크로 렌즈 A(MLA)를 통과한 입사광은 위상차 검출 픽셀들(PDPX_A, PDPX_B)에 대하여, 상대적으로 얕은 곳에서 초점이 맺힐 수 있다. 이는 마이크로 렌즈 A(MLA)의 초점 거리가 마이크로 렌즈 B(MLB)의 초점 거리 보다 길기 때문이다.
도 8a를 참고하면, 상대적으로 곡률이 작은 마이크로 렌즈A(MLA)를 통과한 입사광 A1(LA1)은 위상차 검출 픽셀 A(PDPX_A)를 일부 통과하여 위상차 검출 픽셀 B(PDPX_B)에서 초점이 맺힐 수 있다.
반면, 상대적으로 곡률이 큰 마이크로 렌즈B(MLB)를 통과한 입사광 A2(LA2)은 위상차 검출 픽셀A(PDPX_A)를 통과하지 않고 위상차 검출 픽셀B(PDPX_B)에서 초점이 맺힐 수 있다.
입사광이 인접한 위상차 검출 픽셀들(PDPX_A, PDPX_B)을 모두 통과한 뒤 초점이 맺히는 경우, 입사광에 대한 위상 신호 분리가 완전하지 않을 수 있다.
다시 말해, 마이크로 렌즈의 초점 거리가 길 경우, 마이크로 렌즈를 통과한 입사광이 인접한 모든 위상차 검출 픽셀들(PDPX_A, PDPX_B)의 위상 신호에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 위상 신호 분리가 완전하지 않을 경우 픽셀L/R RATIO(또는 R/L RATIO)가 상대적으로 작게 측정될 수 있다.
반면, 곡률이 큰 마이크로 렌즈를 이용할 경우, 마이크로 렌즈를 통과한 입사광이 인접한 위상차 검출 픽셀들(PDPX_A, PDPX_B)중 하나의 위상차 검출 픽셀의 위상 신호에만 영향을 줄 수 있다. 따라서, 마이크로 렌즈의 곡률이 커질수록 L/R RATIO(또는 R/L RATIO)가 향상될 수 있다.
도 8b는 광축에 평행하게(0°) 입사한 입사광의 경우, 인접한 위상차 검출 픽셀들(PDPX_A, PDPX_B)에서 동일한 위상 신호가 검출되는 것을 설명하기 위한 것이다. 광축에 평행하게 입사한 입사광은 인접한 위상차 검출 픽셀들(PDPX_A, PDPX_B)에 입사하는 광 경로가 대칭적일 수 있다.
도 8c를 참고하면, 상대적으로 곡률이 작은 마이크로 렌즈A(MLA)를 통과한 입사광 B1(LB1)은 위상차 검출 픽셀 B(PDPX_B)를 일부 통과하여 위상차 검출 픽셀 B(PDPX_B)에서 초점이 맺힐 수 있다.
반면, 상대적으로 곡률이 큰 마이크로 렌즈B(MLB)를 통과한 입사광 B2(LB2)은 위상차 검출 픽셀B(PDPX_B)를 통과하지 않고 위상차 검출 픽셀A(PDPX_A)에서 초점이 맺힐 수 있다.
도 8c를 통해 입사광의 입사각이 양의 각도인 경우에도 입사광의 입사각이 음의 각도인 경우와 마찬가지로 마이크로 렌즈의 곡률이 커질수록 L/R RATIO(또는 R/L RATIO)가 향상됨을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 공유하는 위상차 검출 픽셀의 L/R RATIO(및 R/L RATIO)와 구면 마이크로 렌즈(SL)를 공유하는 위상차 검출 픽셀의 L/R RATIO(및 R/L RATIO)를 실험적으로 계산한 그래프이다.
그래프의 가로축은 각도(degree)이다. L/R RATIO(및 R/L RATIO)는 신호의 크기 비이므로 세로축 단위는 없다.
그래프를 참조하면 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 공유하는 위상차 검출 픽셀의 L/R RATIO(및 R/L RATIO)가 구면 마이크로 렌즈(SL)를 공유하는 위상차 검출 픽셀의 L/R RATIO(및 R/L RATIO)보다 더 큰 값을 가지는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 공유하는 위상차 검출 픽셀의 L/R RATIO(및 R/L RATIO) 평균값은 4이고, 구면 마이크로 렌즈(SL)를 공유하는 위상차 검출 픽셀의 L/R RATIO(및 R/L RATIO) 평균값은 2.85로, 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 공유하는 위상차 검출 서브 픽셀의 L/R RATIO(및 R/L RATIO)가 약 1.4배 향상됨을 알 수 있다.
도 10은 구면 마이크로 렌즈(SL)를 공유하는 위상차 검출 픽셀(PDPX)과 이미지 검출 픽셀(IPX)의 포화 곡선을 간략하게 도시한 것이다.
도 10에 도시된 위상차 검출 픽셀(PDPX)과 이미지 검출 픽셀(IPX)은 동일한 색상에 대응하는 광학 필터(예컨대, 제2 광학 필터(G))를 포함하는 것일 수 있다.
광에 대한 노출 시간(EXPOSE TIME)에 대한 위상차 검출 픽셀(PDPX)의 포화 곡선(PDAF SUB PIXEL)의 기울기 변화량은 이미지 검출 픽셀(IPX)의 포화 곡선(IMAGE SUB PIXEL)의 기울기의 변화량보다 1.3배 클 수 있다.
픽셀의 포화 곡선의 기울기는 감도를 의미할 수 있다. 따라서, 구면 마이크로 렌즈(SL)를 공유하는 위상차 검출 픽셀(PDPX)의 감도는 이미지 검출 픽셀(IPX)의 감도보다 1.3배 클 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 위상차 검출 픽셀(PDPX)과 이미지 검출 픽셀(IPX)의 감도 차이는 제1 마이크로 렌즈(ML1)과 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 형상 차이에 의한 것일 수 있다.
위상차 검출 픽셀(PDPX)의 감도가 이미지 검출 픽셀(IPX)의 감도보다 커짐에 따라 위상차 검출 픽셀(PDPX)에서 검출되는 위상 신호로 위상차 연산을 수행할 수 없으나 이미지 검출 픽셀(IPX)이 동작하는 구간(TARGET TIMMING)이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 위상차 검출 픽셀(PDPX)들에 오버랩되는 제1 마이크로 렌즈의 형상을 조절함으로써 상기 TRAGET TIMMING을 제거할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 픽셀 어레이(1100)에 대한 사시도이다. 도 3과 마찬가지로 픽셀 어레이(1100)는 위상차 검출 픽셀(PDPX) 및 이미지 검출 픽셀(IPX)들을 포함할 수 있고, 상기 픽셀들(PDPX, IPX)이 매트릭스로 배열될 수 있다.
픽셀 어레이(1100)는 제3 마이크로 렌즈(ML3) 및 제4 마이크로 렌즈(ML4)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이(1110), 광학 필터(CF)를 포함하는 광학 필터 어레이(1120), 광전 변환 영역(PD)을 포함하는 광전 변환 영역 어레이(1130) 및 배선층(미도시)을 포함할 수 있다.
2X2 매트릭스로 배열된 위상차 검출 픽셀(PDPX)들은 하나의 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 다시 말해, 2X2 매트릭스로 배열된 위상차 검출 픽셀(PDPX)들은 하나의 제3 마이크로 렌즈(ML3)를 공유할 수 있다.
이미지 검출 픽셀(IPX)은 각 픽셀 별로 제4 마이크로 렌즈(ML4)를 하나씩 포함할 수 있다. 제4 마이크로 렌즈(ML4)는 앞서 설명한 실시 예의 제2 마이크로 렌즈(ML2)와 동일한 형상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 픽셀 어레이(1100)는 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 형상을 제외하고 앞서 설명한 도 3의 픽셀 어레이(400)와 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서 중복되는 설명은 생략한다.
위상차 검출 픽셀(PDPX)들에 의해 공유되는 제3 마이크로 렌즈(ML3)는 제4 마이크로 렌즈(ML4)보다 높게 형성될 수 있다. 제3 마이크로 렌즈(ML3)가 높게 형성됨에 따라 제3 마이크로 렌즈(ML3)에서 포집되는 입사광의 양이 제4 마이크로 렌즈(ML4)에서 포집되는 입사광의 양(수광량)보다 많을 수 있다.
앞서 설명한 실시 예와 같이, 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 형상을 조절함으로써 위상차 검출 픽셀(PDPX)의 감도를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 제3 마이크로 렌즈(ML3)는 픽셀 어레이(1100)의 로오 방향 및 컬럼 방향에 대한 폭이 로오 방향 및 컬럼 방향의 사선 방향에 대한 폭보다 좁을 수 있다.
제3 마이크로 렌즈(ML3)가 픽셀 어레이(1100)의 로오 방향 및 컬럼 방향에 대한 폭이 더 좁게 형성됨에 따라 위상차 검출 픽셀(PDPX)의 광전 변환 영역(PD)에 도달하는 입사광의 양이 적어질 수 있다.
위상차 검출 픽셀(PDPX)의 광전 변환 영역(PD)에 도달하는 입사광의 양이 적어짐에 따라 이미지 센서(100)의 감도가 조절될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 픽셀 어레이(1100)의 상면도이다.
픽셀 어레이(1100)에 포함된 각 픽셀들(PDPX, IPX)은 로오 방향 및 컬럼 방향의 폭이 R인 정사각형으로 가정할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 실시 예에 따라 각 픽셀들(IPX 또는 PDPX)은 마름모, 육각형등으로 형성될 수 있다.
밑면의 반지름이 R이고, 2X2 매트릭스를 이루는 위상차 검출 픽셀(PDPX)들에 오버랩 되는 구면 마이크로 렌즈를 가정할 때, 상기 구면 마이크로 렌즈의 밑면이 SL로 도시될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 픽셀 어레이(1100)는 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 형상이 도3 의 픽셀 어레이(400)에 포함된 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 형상과 다를 뿐, 나머지 구성요소는 도 4와 실질적으로 동일한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
제3 마이크로 렌즈(ML3)는 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 적어도 일부를 포함하고, 2X2 매트릭스 상에서 상하로 배치된 위상차 검출 픽셀(PDPX)들 간의 경계선을 기준으로 대칭 형상일 수 있다.
또한, 제3 마이크로 렌즈(ML3)는 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 적어도 일부를 포함하고, 2X2 매트릭스 상에서 좌우로 배치된 위상차 검출 픽셀(PDPX)들 간의 경계선을 기준으로 대칭 형상일 수 있다.
2X2 매트릭스의 중심을 지나고, 픽셀 어레이(1100)의 로오 방향 또는 컬럼 방향을 따라 연장되며, 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 밑면에 겹쳐지는 직선을 제3 직선(L3)이라고 할 수 있다. 제3 직선(L3)의 길이는 2R보다 짧을 수 있다.
또한, 상기 2X2 매트릭스의 중심을 지나고, 로오 방향 또는 컬럼 방향에 대한 사선 방향을 따라 연장되며, 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 밑면에 겹쳐지는 선을 제4 직선(L4)이라고 할 수 있다. 제4 직선(L4)의 길이는 2R이라고 할 수 있다.
예시적으로 상기 제3 직선(L3)의 길이는 제4 직선 길이(L4)의 0.95 내지 0.5배의 값을 가질 수 있다.
제3 직선(L3)의 길이가 제4 직선(L4)의 길이보다 짧게 형성됨에 따라 위상차 검출 픽셀(PDPX) 하나에 대한 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 밑면 면적이 이미지 검출 픽셀(IPX) 하나에 대한 제4 마이크로 렌즈(ML4)의 밑면 면적에 비해 좁을 수 있다.
다시 말해, 제3 직선(L3)의 길이가 제4 직선(L4)의 길이보다 짧다는 것은, 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 밑면이 제3 직선(L3) 방향(픽셀 어레이(1100)의 로오 방향 및 칼럼 방향)을 따라 2X2 매트릭스의 중심을 향해 오목하게 굴곡진 형상임을 의미할 수 있다.
도 12를 참조하면, 제3 마이크로 렌즈(ML3)는 구면 마이크로 렌즈(SL)와 비교하여 픽셀 어레이(400)의 로오 방향 및 컬럼 방향으로 오목하게 굴곡되어 있는 형상인 바, 위상차 검출 픽셀(PDPX)하나에 대한 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 밑면 면적은
Figure pat00003
보다 작게 형성될 수 있다. 반면, 이미지 검출 픽셀(IPX) 하나에 대한 제4 마이크로 렌즈의 밑면 면적은
Figure pat00004
가 될 수 있다. 또한, 제3 직선(L3)의 길이가 제4 직선(L4)의 길이보다 짧게 형성됨에 따라 제3 마이크로 렌즈(ML3)는 로오 방향 또는 컬럼 방향에 대한 곡률이 로오 방향 또는 컬럼 방향에 대한 사선 방향에 대한 곡률보다 커질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, L/R RATIO(또는 R/L RATIO)는 곡률이 커질수록 크게 나타나는 바, 제3 마이크로 렌즈(ML3)를 포함하는 이미지 센서(100)는 사선 방향으로 배치된 위상차 검출 픽셀들(PDPX)로부터 검출된 위상 신호의 L/R RATIO(또는 R/L RATIO)보다 로오 방향 또는 컬럼 방향으로 배치된 위상차 검출 픽셀들(PDPX)로부터 검출된 위상 신호의 L/R RATIO(또는 R/L RATIO)가 더 커질 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
400, 1100: 픽셀 어레이:
410, 1110: 마이크로 렌즈 어레이
420, 1120: 광학 필터 어레이
430, 1130: 광전 변환 영역 어레이

Claims (17)

  1. 픽셀 어레이 상에 배열되고, 위상 신호를 생성하는 위상차 검출 픽셀들을 포함하고,
    2X2 매트릭스로 배열된 상기 위상차 검출 픽셀들 각각은 하나의 제1 마이크로 렌즈의 적어도 일부를 포함하고,
    상기 제1 마이크로 렌즈는,
    상기 2X2 매트릭스의 중심을 지나고 상기 픽셀 어레이의 로오 방향 또는 컬럼 방향을 따라 연장되며, 상기 제1 마이크로 렌즈 밑면에 겹쳐지는 제1 직선의 길이가
    상기 2X2 매트릭스의 중심을 지나고, 상기 로오 방향 또는 상기 컬럼 방향에 대한 사선 방향을 따라 연장되며, 상기 제1 마이크로 렌즈 밑면에 겹쳐지는 제2 직선의 길이와 다른 이미지 센싱 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 직선의 길이는 상기 제2 직선의 길이보다 긴 이미지 센싱 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 직선 길이는
    상기 제1 직선 길이의 0.95 내지 0.5배인 이미지 센싱 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 직선의 길이는 상기 제2 직선의 길이보다 짧은 이미지 센싱 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 직선 길이는
    상기 제2 직선 길이의 0.95 내지 0.5배인 이미지 센싱 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈의 적어도 일부를 포함하는 상기 위상차 검출 픽셀들은,
    상기 제1 마이크로 렌즈 하부에 형성되는 광학 필터를 각각 포함하고,
    상기 광학 필터는 적색광을 통과시키는 제1 광학 필터, 녹색광을 통과시키는 제2 광학 필터 및 청색광을 통과시키는 제3 광학 필터 중 어느 하나인 이미지 센싱 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈 하부에 형성되는 광학 필터들은,
    상기 제1 내지 상기 제3 광학 필터들 중 서로 다른 광을 통과시키는 광학 필터들인 이미지 센싱 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈 하부에 형성되는 광학 필터들은,
    상기 제1 내지 상기 제3 광학 필터들 중 서로 동일한 광을 통과시키는 광학 필터들인 이미지 센싱 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이 상에서 상기 2X2 매트릭스에 인접하게 배열되고, 이미지 신호를 생성하는 이미지 검출 픽셀들을 포함하고,
    상기 이미지 검출 픽셀들은 제2 마이크로 렌즈를 각각 포함하는 이미지 센싱 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈는 상기 제2 마이크로 렌즈보다 높게 형성되는 이미지 센싱 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로 렌즈는 상기 제2 마이크로 렌즈보다 100~300 Å(옹스트롱) 더 높게 형성되는 이미지 센싱 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 이미지 검출 픽셀들은,
    상기 제2 마이크로 렌즈 하부에 형성되는 광학 필터를 각각 포함하고,
    상기 광학 필터는 적색광을 통과시키는 제1 광학 필터, 녹색광을 통과시키는 제2 광학 필터 및 청색광을 통과시키는 제3 광학 필터 중 어느 하나인 이미지 센싱 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 광학 필터는,
    차광 구조물을 더 포함하고,
    상기 차광 구조물은 상기 위상차 검출 픽셀과 상기 이미지 검출 픽셀 사이 및 상기 이미지 검출 픽셀들 사이에 배치되는 이미지 센싱 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 차광구조물은 텅스텐을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  15. 픽셀 어레이 상에 배열되고, 각각이 위상 신호를 생성하는 위상차 검출 픽셀들을 포함하고,
    2X2 매트릭스로 배열되는 상기 위상차 검출 픽셀들 각각은 하나의 제1 마이크로 렌즈의 적어도 일부를 포함하고,
    상기 제1 마이크로 렌즈의 밑면은,
    상기 2X2 매트릭스에 내접하는 원으로부터 제1 방향 및 제2 방향 각각을 따라 상기 원의 중심을 향해 오목하게 굴곡된 형상을 갖는 이미지 센싱 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 픽셀 어레이의 로오 방향이고,
    상기 제2 방향은 상기 픽셀 어레이의 컬럼 방향인 이미지 센싱 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 픽셀 어레이의 상기 로오 방향에 대한 사선 방향이고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 수직 방향인 이미지 센싱 장치.
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