KR20220105850A - 이미지 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 이미지 센싱 장치에 관한 것으로, 픽셀 어레이는 각각 광전변환소자를 포함하는 복수의 위상차 검출 픽셀들로 구성된 하나 이상의 위상차 검출 픽셀그룹을 포함하고, 상기 위상차 검출 픽셀그룹은 적어도 둘 이상의 위상차 검출 픽셀들 각각에 꺾쇠타입(Bracket type)의 평면형상을 갖는 수광영역을 제공하는 차광패턴을 포함하는 이미지 센싱 장치가 제공된다.

Description

이미지 센싱 장치{IMAGE SENSING DEVICE}
본 기술은 이미지 센싱 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 위상차 검출 오토 포커싱(Phase-difference Detection Auto focusing) 기능 및 원샷 HDR(One-shot High Dynamic Range) 이미징 기능을 동시에 수행할 수 있는 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센싱 장치(image sensing device)는 광학 영상을 전기 신호로 변환 시키는 장치이다. 최근, 컴퓨터 및 통신 산업이 발달함에 따라, 스마트 폰, 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.
CMOS 이미지 센싱 장치는 간단한 방식으로 구동 가능하고, 단일칩에 집적할 수 있기 때문에 소형화가 용이하며, 집적도가 높아 소비 전력이 매우 낮다는 장점이 있다. 또한, CMOS 공정 기술을 사용하여 제조할 수 있기 때문에 낮은 제조 단가를 가져 최근에는 CMOS 이미지 센싱 장치가 널리 이용되고 있다.
최근, 고품질의 획득할 수 있는 이미지 센싱 장치의 요구가 증가함에 따라 검출된 이미지의 위상 차이를 이용하여 자동으로 초점을 맞추는 위상차 검출 오토 포커싱(Phase-difference Detection Auto focusing, PDAF) 기능 및 한번의 촬상 동작으로 HDR(High Dynamic Range) 이미지를 획득할 수 있는 원샷 HDR 이미징 기술이 탑재된 이미지 센싱 장치에 대한 요구가 증가하고 있다.
그러나, 종래 이미지 센싱 장치는 위상차 검출 오토 포커싱 기능을 수행하기 위한 픽셀들과 원샷 HDR 이미징 기능을 수행하기 위한 픽셀들을 각각 구비함에 따라 이미지 센싱 장치로부터 출력되는 이미지의 해상도가 저하되고, 이미지 처리 프로세스에 많은 리소스가 소모되는 문제점이 있다.
본 기술은 하나의 픽셀그룹에 포함된 복수의 단위픽셀들에서 생성된 픽셀신호를 이용하여 위상차 검출 오토 포커싱 기능 및 원샷 HDR 이미징 기능을 동시에 수행할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 각각 광전변환소자를 포함하는 복수의 위상차 검출 픽셀들로 구성된 하나 이상의 위상차 검출 픽셀그룹을 포함하고, 상기 위상차 검출 픽셀그룹은 적어도 둘 이상의 위상차 검출 픽셀들 각각에 꺾쇠타입(Bracket type)의 평면형상을 갖는 수광영역을 제공하는 차광패턴을 포함할 수 있다.
본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 각각 광전변환소자를 포함하는 제1위상차 검출 픽셀 내지 제4위상차 검출 픽셀이 2×2 매트릭스로 배치된 하나 이상의 위상차 검출 픽셀그룹을 포함하고, 상기 위상차 검출 픽셀그룹은 상기 위상차 검출 픽셀그룹의 중심부에 배치되어 상기 제1위상차 검출 픽셀 내지 상기 제4위상차 검출 픽셀 각각에 꺾쇠타입(Bracket type)의 평면형상을 갖는 제1수광영역 내지 제4수광영역을 제공하는 차광패턴을 포함할 수 있다.
본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 각각 광전변환소자를 포함하는 제1위상차 검출 픽셀 내지 제9위상차 검출 픽셀이 3×3 매트릭스로 배치된 하나 이상의 위상차 검출 픽셀그룹을 포함하고, 상기 위상차 검출 픽셀그룹은 상기 위상차 검출 픽셀그룹의 모서리에 위치하는 제1위상차 검출 픽셀, 제3위상차 검출 픽셀, 제7위상차 검출 픽셀 및 제9위상차 검출 픽셀 각각이 꺾쇠타입(Bracket type)의 평면형상을 갖는 제1수광영역, 제3수광영역, 제7수광영역 및 제9수광영역을 제공하는 차광패턴을 포함할 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 픽셀그룹에 포함된 복수의 단위픽셀들 중 적어도 둘 이상의 단위픽셀들 각각이 차광패터에 의하여 꺾쇠타입의 평면형상을 갖는 수광영역들을 구비함으로써, 하나의 픽셀그룹에서 생성된 픽셀신호들을 연산하여 수평, 수직 및 사선 방향의 위상차 검출 오토 포커싱 기능을 수행함과 동시에 원샷 HDR 이미징 기능을 수행할 수 있다.
도 1은 본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에서 픽셀 어레이의 일부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에서 위상차 검출 픽셀그룹을 도시한 평면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에서 위상차 검출 픽셀그룹의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에서 위상차 검출 픽셀그룹을 도시한 평면도이다.
본 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 기술은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 기술의 개시가 완전하도록 하며, 본 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 기술은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
후술하는 본 기술의 실시예는 복수의 단위픽셀들을 포함하는 픽셀그룹에서 생성된 픽셀신호를 이용하여 위상차 검출 오토 포커싱(Phase-difference Detection Auto focusing, PDAF) 기능 및 원샷 HDR(One-shot High Dynamic Range) 이미징 기능을 동시에 수행할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해, 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 픽셀 어레이는 복수의 단위픽셀들로 구성된 하나 이상의 픽셀그룹을 포함하고, 픽셀그룹은 적어도 둘 이상의 단위픽셀들 각각에 꺾쇠타입(Bracket type)의 평면형상을 갖는 수광영역을 제공하는 차광패턴을 포함할 수 있다. 여기서, 꺾쇠타입의 평면형상은 'ㄱ' 형태를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다. 이하에서는, 도 1을 참조하여 이미지 센싱 장치가 위상차 검출 오토 포커싱 기능을 수행하는 방법 및 원샷 HDR 이미징 기능을 수행하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센싱 장치(ISD)는 이미지 센서(100), 프로세서(200) 및 촬상부(300)를 포함할 수 있다.
촬상부(300)는 광을 수신하는 구성 요소일 수 있다. 구체적으로, 촬상부(300)는 모듈 렌즈(310), 렌즈 구동부(320), 조리개(330) 및 조리개 구동부(340)를 포함할 수 있다. 모듈 렌즈(310)는 단일 렌즈뿐만 아니라 복수의 렌즈들을 포함하는 구성을 의미할 수 있다. 렌즈 구동부(320)는 프로세서(200)의 제어신호에 따라 모듈 렌즈(310)의 위치를 제어할 수 있다. 모듈 렌즈(310)의 위치가 조절됨에 따라 모듈 렌즈(310)와 객체(S) 사이의 거리가 조절될 수 있다. 조리개(330)는 조리개 구동부(340)의 제어신호에 따라 모듈 렌즈(310)로 들어오는 광량을 조절할 수 있다. 조리개(330)를 통해 모듈 렌즈(310)로 들어오는 광량이 조절됨에 따라 이미지 센서(100)에서 생성되는 신호의 크기가 조절될 수 있다.
프로세서(200)는 이미지 센서(100)에서 생성되는 신호에 기초하여 모듈 렌즈(310)위치 조절을 위한 제어신호를 렌즈 구동부(320)에 제공하거나, 조리개(330) 값의 조절을 위한 제어신호를 조리개 구동부(330)에 제공할 수 있다.
이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(pixel array, 110), 상관 이중 샘플러(correlated double sampler, CDS, 120), 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter, ADC, 130), 버퍼(Buffer, 140), 로우 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.
본 실시예에서 픽셀 어레이(110)는 하나 이상의 픽셀그룹을 포함할 수 있다. 픽셀그룹은 복수의 단위픽셀들을 포함할 수 있다. 일례로, 픽셀그룹은 4개의 단위픽셀들이 2×2 매트릭스로 배치된 것일 수 있다. 모듈 렌즈(310) 및 조리개(330)를 통과한 입사광(즉, 광학 신호)은 픽셀 어레이(110)에 결상되어 전기적 신호로 변환될 수 있고, 단위픽셀들은 객체(S)에 대응하는 전기적 신호들 즉, 픽셀신호들을 각각 생성할 수 있다. 픽셀 어레이(110)에 포함된 단위픽셀들은 광을 흡수하여 전하를 생성하고, 생성된 전하에 대한 전기적 신호를 상관 이중 샘플러(120)에 제공할 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 픽셀 어레이(110)에 포함된 단위픽셀들 각각은 마이크로 렌즈(미도시), 광학 필터(미도시), 광전변환소자(미도시) 및 배선층(미도시)을 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈는 픽셀 어레이(110)에 입사하는 입사광을 광학 필터 및 광전변환소자로 집광할 수 있다. 광학 필터는 마이크로 렌즈를 통과한 입사광을 파장에 따라 선택적으로 투과할 수 있다. 광전변환소자는 마이크로 렌즈 및 광학 필터를 통과한 입사광에 대응하는 광 전하를 발생시킬 수 있다. 광전변환소자는 포토다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode, PPD) 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 이하에서는, 광전변환소자가 포토 다이오드인 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 광전변환소자가 포토 다이오드인 경우, 광전변환소자는 N형 불순물영역과 P형 불순물영역이 수직방향으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 광전변환소자는 반도체 기판 내부에 형성될 수 있다. 일례로, 반도체 기판은 P형 반도체 기판일 수 있다.
배선층은 광전변환소자 하부에 형성될 수 있다. 배선층은 리셋 트랜지스터, 전송 트랜지스터, 플로팅디퓨전, 구동 트랜지스터 및 선택 트랜지스터등을 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터는 리셋 신호에 응답하여 액티브 상태가 됨으로써, 단위픽셀 전위를 소정의 레벨(픽셀 전압 레벨)로 리셋할 수 있다. 또한, 리셋 트랜지스터가 액티브 상태가 될 때, 플로팅디퓨전의 리셋을 위해 전송 트랜지스터도 동시에 액티브 상태가 될 수 있다. 전송 트랜지스터는 전송 신호에 응답하여 액티브 상태가 됨으로써, 각 픽셀들의 광전변환소자에 축적되어 있는 전하를 플로팅디퓨전으로 전송할 수 있다. 플로팅디퓨전은 광전변환소자에서 생성된 전하를 전송 받아 축적함으로써 전압으로 변환할 수 있다. 구동 트랜지스터는 구동 트랜지스터의 드레인에 픽셀 전압이 접속되고, 구동 트랜지스터의 게이트에 플로팅디퓨전이 접속될 수 있다. 또한, 구동 트랜지스터의 소스에 선택 트랜지스터가 접속될 수 있다. 구동 트랜지스터는 게이트 전극에 접속된 플로팅디퓨전의 전압에 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. 신호선으로 출력된 전기적 신호는 상관 이중 샘플러(120)로 제공될 수 있다.
상관 이중 샘플러(120)는 픽셀 어레이(110)에서 제공한 전기적 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. 로우 드라이버(150)는 타이밍 제너레이터(160)의 신호에 따라 픽셀 어레이(110)에 포함된 복수의 단위픽셀들을 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(150)는 복수의 로우 라인들(row lines) 중 하나의 로우 라인(row line)을 선택하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 또한, 로우 드라이버(150)는 단위픽셀들에 포함된 트랜지스터들을 구동하는 신호들(예를 들어, 전송 트랜지스터 구동 신호, 리셋 트랜지스터 구동 신호 및 선택 트랜지스터 구동 신호 등)을 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 로우 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 제어신호를 생성할 수 있다. 램프 신호 제너레이터(180)는 타이밍 제너레이터(160)의 컨트롤에 따라 아날로그-디지털 컨버터(130)에서 신호를 검출하기 위한 기준 신호를 제공할 수 있다.
프로세서(200)는 버퍼(140)의 출력 신호를 입력 받아 이미지 데이터를 생성하거나, 또는 위상차 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 프로세서(200)는 생성된 이미지 데이터를 이용하여 조리개 구동부(340)에 대한 제어신호를 제공할 수 있다. 또한, 프로세서(200)는 위상차 데이터를 이용하여 렌즈 구동부(320)에 대한 제어신호를 제공할 수 있다.
프로세서(200)가 버퍼(140)의 출력 신호를 입력 받아 위상차 데이터를 생성하는 모드를 '제1모드'라고 할 수 있다. 제1모드 동작 시, 프로세서(200)는 픽셀그룹에 포함된 복수의 단위픽셀들에서 선택된 둘 이상의 단위픽셀들에서 생성되는 픽셀신호를 이용하여 객체(S)에 대한 위상차 데이터를 생성할 수 있다.
프로세서(200)는 픽셀그룹의 중심을 기준으로 좌측 및 우측에 위치하는 픽셀들로부터 생성되는 픽셀신호들을 연산하여 객체(S) 대한 제1위상데이터를 생성할 수 있다. 즉, 제1위상데이터는 수평방향의 위상차 정보일 수 있다. 또한, 프로세서(200)는 픽셀그룹의 중심을 기준으로 상단 및 하단에 위치하는 픽셀들로부터 생성되는 픽셀신호들을 연산하여 객체(S)에 대한 제2위상데이터를 생성할 수도 있다. 즉, 제2위상데이터는 수직방향의 위상차 정보일 수 있다. 또한, 프로세서(200)는 픽셀그룹의 중심을 기준으로 좌측 상단 및 우측 하단에 위치하는 픽셀들 또는 우측 상단 및 좌측 하단에 위치하는 픽셀들로부터 생성되는 픽셀신호들을 연산하여 객체(S) 대한 제3위상데이터를 생성할 수 있다. 즉, 제3위상데이터는 대각선방향의 위상차 정보일 수 있다. 여기서, 대각선방향은 수직방향 또는 수평방향을 기준으로 소정의 기울기를 갖는 방향을 지칭할 수 있다. 일례로, 대각선방향은 수직방향 또는 수평방향을 기준 ±45°의 기울기를 갖는 방향일 수 있다.
모듈 렌즈(310)와 객체(S) 사이의 거리가 정 초점 위치(In-focus Position)인 경우, 하나의 마이크로 렌즈를 통과하여 각 단위픽셀들에 도달하는 입사광의 크기가 동일할 수 있다. 따라서, 하나의 마이크로 렌즈를 공유하는 단위픽셀들로부터 각각 검출되는 픽셀신호의 크기가 동일할 수 있다. 따라서, 모듈 렌즈(310)와 객체(S) 사이의 거리가 정 초점 위치(In-focus Position)인 경우 프로세서(200)가 생성한 제1위상데이터 내지 제3위상데이터는 서로 동일할 수 있다. 반면, 모듈 렌즈(310)와 객체(S) 사이의 거리가 정 초점 위치가 아닌 경우, 하나의 마이크로 렌즈를 통과하여 각 단위픽셀들에 도달하는 입사광의 크기가 달라질 수 있다. 이는, 마이크로 렌즈를 통과하는 입사광에 경로차가 발생할 수 있기 때문이다. 따라서, 하나의 마이크로 렌즈를 공유하는 단위픽셀들로부터 각각 검출되는 픽셀신호들의 크기가 달라질 수 있다. 그러므로, 상이한 신호로부터 생성된 제1위상데이터 내지 제3위상데이터 각각은 임의의 위상만큼 차이가 발생할 수 있다.
프로세서(200)는 모듈 렌즈(310)와 객체(S) 사이의 거리가 정 초점 위치가 아닌 경우, 제1위상데이터 내지 제3위상데이터의 위상 차이를 연산하여 위상차 데이터를 생성할 수 있다. 프로세서(200)는 신호들을 이용해 위상차 데이터를 생성할 수 있고, 위상차 데이터에 기초하여 렌즈 구동부(320)에 대한 제어신호를 제공함으로써 객체(S)와 모듈 렌즈(310) 사이의 거리 및 픽셀 어레이(110)와 모듈 렌즈(310) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
이미지 데이터는 객체(S)로부터 이미지 센서(100)로 입사하는 광에 대응하여 생성되는 데이터로, 조리개(330) 값을 조절하기 위한 제어신호로 사용될 수 있다. 또한, 프로세서(200)는 복수의 단위픽셀들로부터 얻어진 이미지 데이터를 연산하여 HDR(High Dynamic Range) 이미지를 얻을 수 있다. 구체적으로, 프로세서(200)는 버퍼(140)의 출력 신호를 입력 받아 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 프로세서(200)가 버퍼(140)의 출력 신호를 입력 받아 이미지 데이터를 생성하는 모드를 '제2모드'라고 할 수 있다. 프로세서(200)는 픽셀그룹에 포함된 복수의 단위픽셀들에서 각각 생성되는 픽셀신호를 이용하여 객체(S)에 대한 복수의 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 제2모드 동작 시, 프로세서(200)는 하나의 마이크로 렌즈를 공유하는 둘 이상의 단위픽셀들에서 생성되는 픽셀신호를 이용하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 하나의 픽셀그룹에 포함된 단위픽셀들 각각에서 생성되는 픽셀신호를 이용해 복수의 이미지 데이터를 생성할 경우, 복수의 이미지 데이터는 상이한 조도 환경에 대응하는 이미지 데이터일 수 있다. 따라서, 프로세서(200)는 복수의 이미지 데이터를 합성하거나, 또는 연산하여 HDR 이미지를 생성할 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. 또한, 도 1에서 프로세서(200)가 이미지 센서(100)외부에 구비되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 프로세서(200)는 이미지 센서(100)의 내부에 구비되거나, 또는 이미지 센싱 장치(ISD) 외부에 별도로 구비될 수도 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 원샷 HDR 이미징 기능 및 수직, 수평, 사선 방향의 위상차 검출 오토 포커싱 기능을 동시에 수행할 수 있는 픽셀그룹에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 픽셀그룹은 4개의 단위픽셀들이 2×2 매트릭스로 배치된 것일 수 있다. 이하의 설명에서 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)은 서로 교차하는 방향을 지칭할 수 있다. 예를 들어, XY 좌표계에서 제1방향(D1)은 X축 방향일 수 있고, 제2방향(D2)은 Y축 방향일 수 있다.
도 2는 본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에서 픽셀 어레이의 일부를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 3은 본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에서 위상차 검출 픽셀그룹을 도시한 평면도이다. 참고로, 도 3에서는 차광패턴의 형상을 보다 명확하게 설명하기 위해 그리드패턴의 도시를 생략하였다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 픽셀 어레이(110, 도 1 참조)는 복수의 단위픽셀들이 매트릭스로 배열될 수 있다. 여기서, 복수의 단위픽셀들은 복수의 위상차 검출 픽셀들(PDPX) 및 이미지 검출 픽셀들(IPX)을 포함할 수 있다. 즉, 복수의 위상차 검출 픽셀들(PDPX) 및 이미지 검출 픽셀들(IPX)은 매트릭스로 배열될 수 있다. 구체적으로, 4개의 위상차 검출 픽셀(PDPX1~PDPX4)들은 하나의 위상차 검출 픽셀그룹(410)을 구성할 수 있고, 픽셀 어레이(110)는 위상차 검출 픽셀그룹(410)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 마찬가지로, 4개의 이미지 검출 픽셀들(IPX1~IPX4)은 하나의 이미지 검출 픽셀그룹을 구성할 수 있고, 픽셀 어레이(110)는 복수의 이미지 검출 픽셀그룹들을 포함할 수 있다.
위상차 검출 픽셀그룹(410)은 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각에 대응하도록 기판(400)에 형성된 광전변환소자(PD), 기판(400) 상에 형성된 광학 필터(440), 광학 필터(440) 상에 형성된 하나 이상의 마이크로 렌즈(450), 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각의 수광영역(LR1~LR4)을 제한하는 차광패턴(430) 및 차광패턴(430)으로부터 연장되어 각각의 위상차 검출 픽셀들(PDPX1~PDPX4) 경계를 따라 형성된 그리드패턴(420)을 포함할 수 있다.
한편, 복수의 이미지 검출 픽셀그룹들 각각은 차광패턴(430)을 제외한 나머지 구성들이 위상차 검출 픽셀그룹(410)과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 이하에서는 설명의 편의를 위해 이미지 검출 픽셀들(IPX) 및 이미지 검출 픽셀그룹에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
광전변환소자(PD)는 마이크로 렌즈(450) 및 광학 필터(440)를 통과한 입사광에 대응하는 광전하를 생성하는 역할을 수행할 수 있다. 광전변환소자(PD)는 포토다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 게이트(photo gate), 핀드 포토 다이오드(Pinned Photo Diode, PPD) 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 일례로, 광전변환소자(PD)는 포토다이오드일 수 있다. 포토다이오드는 N형 불순물영역과 P형 불순물영역이 수직방향으로 적층된 구조를 포함할 수 있다.
광학 필터(440)는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서, 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각은 서로 동일한 파장대역을 갖는 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성할 수 있다. 즉, 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각은 서로 동일한 색상의 컬러 필터를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각이 그린 필터를 구비하는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각은 레드 필터, 블루 필터, IR 필터 또는 화이트 필터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 구비할 수도 있다. 여기서, 화이트 필터는 입사광에서 특정 파장대역을 필터링하지 않고 그래도 통과시키는 필터를 지칭할 수 있다.
제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4)은 하나의 마이크로 렌즈(450)를 공유할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 변형예로서, 위상차 검출 픽셀그룹(410)은 2개 이상의 마이크로 렌즈들(450)을 포함할 수도 있다. 일례로, 위상차 검출 픽셀그룹(410)은 각각 평면형상이 타원형이 2개의 마이크로 렌즈(450)를 구비할 수 있고, 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1)과 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1)에 인접한 제2위상차 검출 픽셀(PDPX2) 또는 제3위상차 검출 픽셀(PDPX3)이 하나의 마이크로 렌즈(450)를 공유할 수 있고, 나머지 위상차 검출 픽셀(PDPX)들이 다른 하나의 마이크로 렌즈(450)를 공유할 수 있다. 또 다른 일례로, 위상차 검출 픽셀그룹(410)은 평면형상이 원형 또는 사각형인 4개의 마이크로 렌즈들(450)를 구비할 수 있고, 4개의 마이크로 렌즈들(450) 각각은 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각에 대응하도록 배치될 수 있다.
차광패턴(430) 및 그리드패턴(420)은 기판(400)과 광학 필터(440) 사이에 위치할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 변형예로서, 차광패턴(430) 및 그리드패턴(420)은 광학 필터(440)와 마이크로 렌즈(450) 사이에 위치할 수도 있다. 차광패턴(430) 및 그리드패턴(420)은 입사광을 차단, 흡수 또는 반사할 수 있는 물질 예컨대, 금속성 물질을 포함할 수 있다. 그리드패턴(420)은 인접한 픽셀 사이의 광학적 크로스토크를 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
차광패턴(430)은 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각의 수광영역(LR1~LR4)을 정의하기 위한 것으로, 위상차 검출 픽셀그룹(410)이 중심부에 위치할 수 있다. 따라서, 위상차 검출 픽셀그룹(410)은 하나의 차광패턴(430)을 구비하고, 차광패턴(430)은 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각과 모두 중첩될 수 있다. 다시 말해, 차광패턴(430)은 적어도 둘 이상의 위상차 검출 픽셀들(PDPX) 각각의 광전변환소자(PD) 일부와 중첩되는 단일패턴으로 구성될 수 있다. 이때, 차광패턴(430)과 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각이 중첩되는 면적은 모두 동일할 수 있다.
위상차 검출 픽셀그룹(410)이 수직, 수평 및 사선 방향의 위상차 검출 오토 포커싱 기능을 수행하기 위해 차광패턴(430)은 적어도 둘 이상의 위상차 검출 픽셀(PDPX)들 각각에 꺾쇠타입(Bracket type)의 평면형상을 갖는 수광영역(LR)을 제공할 수 있다. 여기서, 꺾쇠타입의 평면형상은 'ㄱ' 형태를 지칭할 수 있다. 꺾쇠타입의 평면형상을 갖는 수광영역(LR)은 제1방향(D1)으로 연장된 바타입(Bar type)의 평면형상을 갖는 제1영역 및 제2방향(D2)으로 연장된 바타입의 제2영역을 포함할 수 있다. 이때, 제2방향으로 제1영역의 선폭과 제1방향으로 제2영역의 선폭은 서로 동일할 수 있다. 수광영역(LR)의 형상에 따라 차광패턴(430)의 평면형상은 사각형일 수 있다.
구체적으로, 위상차 검출 픽셀그룹(410)은 중심부에 위치하는 차광패턴(430)에 의해 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각이 꺾쇠타입의 평면형상을 갖는 제1수광영역(LR1) 내지 제4수광영역(LR4)을 구비할 수 있다. 따라서, 차광패턴(430)은 위상차 검출 픽셀그룹(410)의 가장자리를 따라 링타입(Ring type)의 평면형상을 갖는 수광영역들(LR1~LR4)을 제공할 수 있다. 즉, 제1수광영역(LR1) 내지 제4수광영역(LR4)은 전체적으로 링타입의 평면형상을 가질 수 있다. 제1방향(D1)으로 제1수광영역(LR1)과 제2수광영역(LR2)이 상호 대칭일 수 있고, 제1방향(D1)으로 제3수광영역(LR3)과 제4수광영역(LR4)이 상호 대칭일 수 있다. 또한, 제2방향(D2)으로 제1수광영역(LR1)과 제3수광영역(LR3)이 상호 대칭일 수 있고, 제2방향(D2)으로 제2수광영역(LR2)과 제4수광영역(LR4)이 상호 대칭일 수 있다. 제1수광영역(LR1) 내지 제4수광영역(LR4) 각각의 면적은 실질적으로 동일할 수 있다. 다시 말해, 제1수광영역(LR1) 내지 제4수광영역(LR4) 각각은 상호 대칭되어 실질적으로 서로 동일한 수광면적을 가질 수 있다.
위상차 검출 픽셀그룹(410)에서 수평 방향 또는 제1방향(D1)으로 위상차를 검출하고자 할 경우에는 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1)과 제3위상차 검출 픽셀(PDPX3) 각각에서 생성된 픽셀신호의 합과 제2위상차 검출 픽셀(PDPX2)과 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각에서 생성된 픽셀신호의 합을 비교 및 연산하여 제1방향(D1)의 위상차 데이터를 생성할 수 있다. 수직 방향 또는 제2방향(D2)으로 위상차를 검출하고자 할 경우에는 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1)과 제2위상차 검출 픽셀(PDPX2) 각각에서 생성된 픽셀신호의 합과 제3위상차 검출 픽셀(PDPX3)과 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각에서 생성된 픽셀신호의 합을 비교 및 연산하여 제2방향(D2)의 위상차 데이터를 생성할 수 있다. 그리고, 사선 방향으로 위상차를 검출하고자 할 경우에는 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1)에서 생성된 픽셀신호와 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4)에서 생성된 픽셀신호를 비교 및 연산하거나, 또는 제2위상차 검출 픽셀(PDPX2)에서 생성된 픽셀신호와 제3위상차 검출 픽셀(PDPX3)에서 생성된 픽셀신호를 비교 및 연산하여 사선 방향의 위상차 데이터를 생성할 수 있다.
아울러, 위상차 검출 픽셀그룹(410)에서 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각에서 생성된 픽셀신호를 연산하여 HDR 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시예에 따른 위상차 검출 픽셀그룹(410)은 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각이 차광패턴(430)에 의해 꺾쇠타입의 평면형상을 갖는 제1수광영역(LR1) 내지 제4수광영역(LR4)을 구비함으로써, 하나의 위상차 검출 픽셀그룹(410)에서 생성된 픽셀신호들을 연산하여 수평, 수직 및 사선 방향의 위상차 검출 오토 포커싱 기능을 수행함과 동시에 원샷 HDR 이미징 기능을 수행할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에서 위상차 검출 픽셀그룹(410)의 변형예들을 도시한 평면도이다. 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 후술하는 위상차 검출 픽셀그룹(411~414)은 위상차 검출 오토 포커싱 기능과 원샷 HDR 이미징 기능을 동시에 수행하되, 보다 개선된 HDR 이미지를 생성할 수 있다. 참고로, 도 4a 내지 도 4d에서는 차광패턴의 형상을 보다 명확하게 설명하기 위해 그리드패턴의 도시를 생략하였다.
도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 변형예에 따른 위상차 검출 픽셀그룹(411, 412, 413, 414)은 제1수광영역(LR1) 내지 제4수광영역(LR4) 각각이 꺾쇠타입의 평면형상을 갖되, 이들의 수광면적이 서로 상이할 수 있다. 하나의 위상차 검출 픽셀그룹(410)에서 위상차 검출 픽셀들(PDPX) 각각이 서로 다른 수광면적을 갖기 때문에 보다 개선된 HDR 이미지를 생성할 수 있다.
변형예로 도 4a에 도시된 바와 같이, 위상차 검출 픽셀그룹(411)은 차광패턴(431)에 의해 제1수광영역(LR1)은 제2수광영역(LR2) 내지 제4수광영역(LR4) 중 어느 하나와 상호 대칭될 수 있다. 또한, 제1수광영역(LR1)은 상호 대칭되는 제2수광영역(LR2) 내지 제4수광영역(LR4) 중 어느 하나와 실질적으로 서로 동일한 수광면적을 가질 수 있다.
구체적으로, 위상차 검출 픽셀그룹(411)에서 제1수광영역(LR1)의 면적과 제2수광영역(LR2)의 면적이 서로 동일할 수 있고, 제3수광영역(LR3)의 면적과 제4수광영역(LR4)의 면적이 서로 동일할 수 있다. 이때, 제1수광영역(LR1)의 면적은 제3수광영역(LR3)의 면적보다 더 클 수 있다. 제1방향(D1)으로 제1수광영역(LR1)과 제2수광영역(LR2)이 상호 대칭일 수 있고, 제1방향(D1)으로 제3수광영역(LR3)과 제4수광영역(LR4)이 상호 대칭일 수 있다.
다른 변형예로 도 4b에 도시된 바와 같이, 위상차 검출 픽셀그룹(412)은 차광패턴(432)에 의해 제1수광영역(LR1)은 제2수광영역(LR2) 내지 제4수광영역(LR4) 중 어느 하나와 상호 대칭될 수 있다. 또한, 제1수광영역(LR1)은 상호 대칭되는 제2수광영역(LR2) 내지 제4수광영역(LR4) 중 어느 하나와 실질적으로 서로 동일한 수광면적을 가질 수 있다.
구체적으로, 위상차 검출 픽셀그룹(412)에서 제1수광영역(LR1)의 면적과 제3수광영역(LR3)의 면적이 서로 동일할 수 있고, 제2수광영역(LR2)의 면적과 제4수광영역(LR4)의 면적이 서로 동일할 수 있다. 이때, 제1수광영역(LR1)의 면적은 제2수광영역(LR2)의 면적보다 더 클 수 있다. 제2방향(D2)으로 제1수광영역(LR1)과 제3수광영역(LR3)이 상호 대칭일 수 있고, 제2방향(D2)으로 제2수광영역(LR2)과 제4수광영역(LR4)이 상호 대칭일 수 있다.
다른 변형예로 도 4c에 도시된 바와 같이, 위상차 검출 픽셀그룹(413)은 차광패턴(433)에 의해 제1수광영역(LR1)은 제2수광영역(LR2) 내지 제4수광영역(LR4) 중 어느 하나와 상호 대칭될 수 있다. 또한, 제1수광영역(LR1)은 상호 대칭되는 제2수광영역(LR2) 내지 제4수광영역(LR4) 중 어느 하나와 실질적으로 서로 동일한 수광면적을 가질 수 있다.
구체적으로, 위상차 검출 픽셀그룹(413)에서 제1수광영역(LR1)의 면적과 제4수광영역(LR4)의 면적이 서로 동일할 수 있고, 제2수광영역(LR2)의 면적과 제3수광영역(LR3)의 면적이 서로 동일할 수 있다. 이때, 제2수광영역(LR2)의 면적은 제1수광영역(LR1)의 면적보다 더 클 수 있다. 제1사선 방향으로 제1수광영역(LR1)과 마주보는 제4수광영역(LR4)이 상호 대칭일 수 있고, 제1사선 방향과 교차하는 제2사선 방향으로 제2수광영역(LR2)과 마주보는 제3수광영역(LR3)이 상호 대칭일 수 있다.
다른 변형예로 도 4d에 도시된 바와 같이, 위상차 검출 픽셀그룹(414)은 차광패턴(434)에 의해 제1수광영역(LR1) 내지 제4수광영역(LR4) 각가이 서로 다른 면적을 가질 수 있다.
구체적으로, 위상차 검출 픽셀그룹(414)에서 제1수광영역(LR1)의 면적이 가장 크고, 제4수광영역(LR4)의 면적이 가장 작을 수 있다. 이때, 제1수광영역(LR1)의 면적보다 제2수광영역(LR2)의 면적이 더 클 수 있고, 제2수광영역(LR2)의 면적보다 제3수광영역(LR3)의 면적이 더 클 수 있다.
상술한 바와 같이, 변형예들에 따른 위상차 검출 픽셀그룹(411~414)은 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 각각이 차광패턴(431~434)에 의해 꺾쇠타입의 평면형상을 갖는 제1수광영역(LR1) 내지 제4수광영역(LR4)을 구비함으로써, 하나의 위상차 검출 픽셀그룹(411~414)에서 생성된 픽셀신호들을 연산하여 수평, 수직 및 사선 방향의 위상차 검출 오토 포커싱 기능을 수행함과 동시에 원샷 HDR 이미징 기능을 수행할 수 있다. 아울러, 제1수광영역(LR1) 내지 제4수광영역(LR4) 각각의 수광면적을 서로 상이하게 형성함에 따라 보다 개선된 HDR 이미지를 획득할 수 있다.
한편, 상술한 실시예 및 변형예들에서는 위상차 검출 픽셀그룹(410~414)이 4개의 단위픽셀들이 2×2 매트릭스로 배치된 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예로서, 픽셀 어레이 (110, 도 1 참조)는 동일한 파장대역을 갖는 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성하는 복수의 단위픽셀들이 3×3 또는 4×4 매트릭스로 배치된 서브 픽셀 어레이들로 구성될 수 있고, 서브 픽셀 어레이 내에 상술한 실시예 및 변형예들에 따른 위상차 검출 픽셀그룹(410~414)이 배치될 수 있다. 이때, 각각의 서브 픽셀 어레이들에서 위상차 검출 픽셀그룹(410~414)이 배치되는 위치는 서로 동일하거나, 또는 서로 상이할 수 있다.
이하에서는, 도 5를 참조하여 원샷 HDR 이미징 기능 및 수직, 수평, 사선 방향의 위상차 검출 오토 포커싱 기능을 동시에 수행할 수 있는 픽셀그룹에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 픽셀그룹은 9개의 단위픽셀들이 3×3 매트릭스로 배치된 것일 수 있다. 도 5에서는 차광패턴의 형상을 보다 명확하게 설명하기 위해 그리드패턴의 도시를 생략하였다.
도 5는 본 기술의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치에서 위상차 검출 픽셀그룹을 도시한 평면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 위상차 검출 픽셀그룹(415)은 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제9위상차 검출 픽셀(PDPX9) 각각에 대응하도록 기판(미도시)에 형성된 광전변환소자(PD1~PD9), 기판 상에 형성된 광학 필터(미도시), 광학 필터 상에 형성된 하나 이상의 마이크로 렌즈(미도시), 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제9위상차 검출 픽셀(PDPX9) 각각의 수광영역(LR)을 제한하는 차광패턴(435) 및 차광패턴(435)으로부터 연장되어 각각의 위상차 검출 픽셀들(PDPX) 경계를 따라 형성된 그리드패턴(미도시)을 포함할 수 있다.
위상차 검출 픽셀그룹(415)이 수평, 수직 및 사선 방향의 위상차 검출 오토 포커싱 기능을 수행하기 위해 차광패턴(435)은 적어도 둘 이상의 위상차 검출 픽셀(PDPX)들 각각에 꺾쇠타입(Bracket type)의 평면형상을 갖는 수광영역(LR)을 제공할 수 있다. 여기서, 여기서, 꺾쇠타입의 평면형상은 'ㄱ' 형태를 지칭할 수 있다.
구체적으로, 위상차 검출 픽셀그룹(415)은 차광패턴(435)에 의해 위상차 검출 픽셀그룹(415)의 모서리에 위치하는 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1), 제3위상차 검출 픽셀(PDPX3), 제7위상차 검출 픽셀(PDPX7) 및 제9위상차 검출 픽셀(PDPX9) 각각이 꺾쇠타입의 평면형상을 갖는 제1수광영역(LR1), 제3수광영역(LR3), 제7수광영역(LR7) 및 제9수광영역(LR9)을 구비할 수 있다. 제1방향(D1)으로 제1수광영역(LR1)과 제3수광영역(LR3)이 상호 대칭일 수 있고, 제1방향(D1)으로 제7수광영역(LR7)과 제9수광영역(LR9)이 상호 대칭일 수 있다. 또한, 제2방향(D2)으로 제1수광영역(LR1)과 제7수광영역(LR7)이 상호 대칭일 수 있고, 제2방향(D2)으로 제3수광영역(LR3)과 제9수광영역(LR9)이 상호 대칭일 수 있다. 제1수광영역(LR1), 제3수광영역(LR3), 제7수광영역(LR7) 및 제9수광영역(LR9) 각각의 면적은 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 다시 말해, 제1수광영역(LR1), 제3수광영역(LR3), 제7수광영역(LR7) 및 제9수광영역(LR9) 각각은 상호 대칭되어 실질적으로 서로 동일한 수광면적을 가질 수 있다.
제1위상차 검출 픽셀(PDPX1), 제3위상차 검출 픽셀(PDPX3), 제7위상차 검출 픽셀(PDPX7) 및 제9위상차 검출 픽셀(PDPX9) 각각은 서로 동일한 파장대역의 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1), 제3위상차 검출 픽셀(PDPX3), 제7위상차 검출 픽셀(PDPX7) 및 제9위상차 검출 픽셀(PDPX9) 각각은 동일한 색상의 컬러 필터 예컨대, 그린 필터를 구비할 수 있다.
또한, 위상차 검출 픽셀그룹(415)은 차광패턴(435)에 의해 위상차 검출 픽셀그룹(415)의 모서리들 사이에 위치하는 제2위상차 검출 픽셀(PDPX2), 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4), 제6위상차 검출 픽셀(PDPX6) 및 제8위상차 검출 픽셀(PDPX8) 각각은 바타입(Bar type)의 평면형상을 갖는 제2수광영역(LR2), 제4수광영역(LR4), 제6수광영역(LR6) 및 제8수광영역(LR8)을 구비할 수 있다. 제1방향(D1)으로 제4수광영역(LR4)과 제6수광영역(LR6)이 상호 대칭일 수 있고, 제2방향(D2)으로 제2수광영역(LR2)과 제8수광영역(LR8)이 상호 대칭일 수 있다. 제2수광영역(LR2), 제4수광영역(LR4), 제6수광영역(LR6) 및 제8수광영역(LR8) 각각의 면적은 실질적으로 서로 동일할 수 있다.
제2위상차 검출 픽셀(PDPX2), 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4), 제6위상차 검출 픽셀(PDPX6) 및 제8위상차 검출 픽셀(PDPX8) 각각은 서로 동일한 파장대역의 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2위상차 검출 픽셀(PDPX2), 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4), 제6위상차 검출 픽셀(PDPX6) 및 제8위상차 검출 픽셀(PDPX8) 각각은 동일한 색상의 컬러 필터 예컨대, 그린 필터를 구비할 수 있다.
한편, 제2방향(D2)으로 서로 마주보는 제2위상차 검출 픽셀(PDPX2) 및 제8위상차 검출 픽셀(PDPX8)이 서로 동일한 제1파장대역의 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성할 수 있고, 제1방향(D1)으로 서로 마주보는 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 및 제6위상차 검출이 서로 동일한 제2파장대역의 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2위상차 검출 픽셀(PDPX2) 및 제8위상차 검출 픽셀(PDPX8)은 각각 동일한 색상의 컬러 필터 예컨대, 레드 필터를 구비할 수 있다. 반면에, 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 및 제6위상차 검출 픽셀(PDPX6)은 각각 동일한 색상의 컬러 필터 예컨대, 블루 필터를 구비할 수 있다.
차광패턴(435)은 위상차 검출 픽셀그룹(415)의 중심부에 위치하는 제5위상차 검출 픽셀(PDPX5)의 가장자리를 따라 제1위상차 검출 픽셀(PDPX1) 내지 제4위상차 검출 픽셀(PDPX4) 및 제6위상차 검출 픽셀(PDPX6) 내지 제9위상차 검출 픽셀(PDPX9) 각각의 광전변환소자(PD) 일부와 중첩되는 단일패턴으로 링타입(Ring type)의 평면형상을 가질 수 있다. 여기서, 위상차 검출 픽셀그룹(415)의 중심부에 위치하는 제5위상차 검출 픽셀(PDPX5)의 제5수광영역(LR5)은 이미지 검출 픽셀들(IPX, 도 1 참조)의 수광영역과 동일한 면적을 가질 수 있다.
이상 본 기술을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 기술은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 기술의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
ISD : 이미지 센싱 장치 100 : 이미지 센서
110 : 픽셀 어레이 120 : 상관 이중 샘플러
130 : 아날로그-디지털 컨버터 140 : 버퍼
150 : 로우 드라이버 160 : 타이밍 제너레이터
170 : 제어 레지스터 180 : 램프 신호 제너레이터
200 : 프로세서 300 : 촬상부
310 : 모듈 렌즈 320 : 렌즈 구동부
330 : 조리개 340 : 조리개 구동부
400 : 기판 410~415 : 위상차 검출 픽셀그룹
420 : 그리드패턴 430~435 : 차광패턴
440 : 광학 필터 450 : 마이크로렌즈
PD : 광전변환소자 PDPX : 위상차 검출 픽셀
LR : 수광영역

Claims (30)

  1. 픽셀 어레이는 각각 광전변환소자를 포함하는 복수의 위상차 검출 픽셀들로 구성된 하나 이상의 위상차 검출 픽셀그룹을 포함하고,
    상기 위상차 검출 픽셀그룹은 적어도 둘 이상의 위상차 검출 픽셀들 각각에 꺾쇠타입(Bracket type)의 평면형상을 갖는 수광영역을 제공하는 차광패턴을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 검출 픽셀들 각각의 수광영역들이 상기 차광패턴에 의해 상기 위상차 검출 픽셀그룹의 가장자리를 따라 링타입(Ring type)의 평면형상을 갖는 이미지 센싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 검출 픽셀그룹에서 상기 위상차 검출 픽셀들 각각은 서로 동일한 파장대역을 갖는 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성하는 이미지 센싱 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 꺾쇠타입의 평면형상을 갖는 수광영역을 구비한 위상차 검출 픽셀은 상기 위상차 검출 픽셀그룹의 모서리에 위치하는 이미지 센싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차광패턴은 적어도 둘 이상의 위상차 검출 픽셀들 각각의 광전변환소자 일부와 중첩되는 단일패턴으로 구성되는 이미지 센싱 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 꺾쇠타입의 평면형상을 갖는 수광영역은 제1방향으로 연장된 바타입(Bar type)의 평면형상을 갖는 제1영역과 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 연장된 바타입의 제2영역을 포함하고, 상기 제2방향으로 상기 제1영역의 선폭과 상기 제1방향으로 상기 제2영역의 선폭은 서로 동일한 이미지 센싱 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 검출 픽셀그룹은,
    상기 광전변환소자를 포함하는 기판;
    상기 기판 상에 형성된 광학 필터; 및
    상기 광학 필터 상에 형성된 하나 이상의 마이크로 렌즈
    를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차광패턴은 상기 기판과 상기 광학 필터 사이에 위치하는 이미지 센싱 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 차광패턴은 상기 광학 필터와 상기 마이크로 렌즈 사이에 위치하는 이미지 센싱 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 검출 픽셀그룹은 상기 차광패턴으로부터 연장되어 상기 위상차 검출 픽셀들 경계를 따라 형성된 그리드패턴을 더 포함하는 이미지 센싱 장치.
  11. 픽셀 어레이는 각각 광전변환소자를 포함하는 제1위상차 검출 픽셀 내지 제4위상차 검출 픽셀이 2×2 매트릭스로 배치된 하나 이상의 위상차 검출 픽셀그룹을 포함하고,
    상기 위상차 검출 픽셀그룹은 상기 위상차 검출 픽셀그룹의 중심부에 배치되어 상기 제1위상차 검출 픽셀 내지 상기 제4위상차 검출 픽셀 각각에 꺾쇠타입(Bracket type)의 평면형상을 갖는 제1수광영역 내지 제4수광영역을 제공하는 차광패턴을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1수광영역 내지 상기 제4수광영역은 상기 차광패턴에 의해 상기 위상차 검출 픽셀그룹의 가장자리를 따라 링타입(Ring type)의 평면형상을 갖는 이미지 센싱 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1위상차 검출 픽셀 내지 상기 제4위상차 검출 픽셀 각각은 서로 동일한 파장 대역을 갖는 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성하는 이미지 센싱 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1수광영역 내지 상기 제4수광영역 각각은 상호 대칭되어 실질적으로 서로 동일한 수광면적을 갖는 이미지 센싱 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1수광영역은 제2수광영역 내지 상기 제4수광영역 중 어느 하나와 상호 대칭되고, 상기 제1수광영역은 상호 대칭되는 상기 제2수광영역 내지 상기 제4수광영역 중 어느 하나와 실질적으로 서로 동일한 수광면적을 갖는 이미지 센싱 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1수광영역 내지 상기 제4수광영역은 각각은 서로 다른 수광면적을 갖는 이미지 센싱 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 차광패턴은 상기 제1위상차 검출 픽셀 내지 상기 제4위상차 검출 픽셀 각각의 광전변환소자와 중첩되는 단일패턴으로 구성되는 이미지 센싱 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제1수광영역 내지 상기 제4수광영역 각각은 제1방향으로 연장된 바타입(Bar type)의 평면형상을 갖는 제1영역과 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 연장된 바타입의 제2영역을 포함하고, 상기 제2방향으로 상기 제1영역의 선폭과 상기 제1방향으로 상기 제2영역의 선폭은 서로 동일한 이미지 센싱 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 위상차 검출 픽셀그룹은,
    상기 광전변환소자를 포함하는 기판;
    상기 기판 상에 형성된 광학 필터; 및
    상기 광학 필터 상에 형성된 하나 이상의 마이크로 렌즈
    를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 차광패턴은 상기 기판과 상기 광학 필터 사이에 위치하는 이미지 센싱 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 차광패턴은 상기 광학 필터와 상기 마이크로 렌즈 사이에 위치하는 이미지 센싱 장치.
  22. 제11항에 있어서,
    상기 위상차 검출 픽셀그룹은 상기 차광패턴으로부터 연장되어 상기 위상차 검출 픽셀들 경계를 따라 형성된 그리드패턴을 더 포함하는 이미지 센싱 장치.
  23. 픽셀 어레이는 각각 광전변환소자를 포함하는 제1위상차 검출 픽셀 내지 제9위상차 검출 픽셀이 3×3 매트릭스로 배치된 하나 이상의 위상차 검출 픽셀그룹을 포함하고,
    상기 위상차 검출 픽셀그룹은 상기 위상차 검출 픽셀그룹의 모서리에 위치하는 제1위상차 검출 픽셀, 제3위상차 검출 픽셀, 제7위상차 검출 픽셀 및 제9위상차 검출 픽셀 각각이 꺾쇠타입(Bracket type)의 평면형상을 갖는 제1수광영역, 제3수광영역, 제7수광영역 및 제9수광영역을 제공하는 차광패턴을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1위상차 검출 픽셀, 상기 제3위상차 검출 픽셀, 상기 제7위상차 검출 픽셀 및 상기 제9위상차 검출 픽셀 각각은 서로 동일한 파장대역을 갖는 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성하는 이미지 센싱 장치.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 제1수광영역, 상기 제3수광영역, 상기 제7수광영역 및 상기 제9수광영역 각각은 상호 대칭되어 실질적으로 서로 동일한 수광면적을 갖는 이미지 센싱 장치.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 차광패턴은 상기 위상차 검출 픽셀그룹에서 상기 제1위상차 검출 픽셀, 상기 제3위상차 검출 픽셀, 상기 제7위상차 검출 픽셀 및 상기 제9위상차 검출 픽셀 각각의 사이에 위치하는 제2위상차 검출 픽셀, 제4위상차 검출 픽셀, 제6위상차 검출 픽셀 및 제8위상차 검출 픽셀 각각에 바타입(Bar type)의 평면형상을 갖는 제2수광영역, 제4수광영역, 제6수광영역 및 제8수광영역을 제공하는 이미지 센싱 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    일방향으로 서로 마주보는 상기 제2수광영역 및 상기 제8수광영역 각각은 상호 대칭되어 실질적으로 서로 동일한 수광면적을 갖고, 다른 일방향으로 서로 마주보는 상기 제4수광영역 및 상기 제6수광영역 각각은 상호 대칭되어 실질적으로 서로 동일한 수광면적을 갖는 이미지 센싱 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제2위상차 검출 픽셀, 상기 제4위상차 검출 픽셀, 상기 제6위상차 검출 픽셀 및 상기 제8위상차 검출 픽셀 각각은 서로 동일한 파장대역을 갖는 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성하는 이미지 센싱 장치.
  29. 제26항에 있어서,
    일방향으로 서로 마주보는 상기 제2위상차 검출 픽셀 및 상기 제8위상차 검출 픽셀 각각은 서로 동일한 제1파장대역을 갖는 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성하고, 다른 일방향으로 서로 마주보는 상기 제4위상차 검출 픽셀 및 상기 제6위상차 검출 픽셀 각각은 서로 동일한 제2파장대역을 갖는 입사광에 응답하여 픽셀신호를 생성하는 이미지 센싱 장치.
  30. 제23항에 있어서,
    상기 차광패턴은 상기 위상차 검출 픽셀그룹의 중심부에 위치하는 제5위상차 검출 픽셀의 가장자리를 따라 상기 제1위상차 검출 픽셀 내지 상기 제4위상차 검출 픽셀 및 상기 제6위상차 검출 픽셀 내지 상기 제9위상차 검출 픽셀 각각의 광전변환소자 일부와 중첩되는 단일패턴으로 링타입(Ring type)의 평면형상을 갖는 이미지 센싱 장치.
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