KR20230088085A - 광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치가 개시된다. 개시된 광 필터는 분광 필터 및 편광 필터 중 적어도 하나를 포함하는 액티브 필터 영역와, 상기 액티브 필터 영역을 투과하는 광량을 센싱하기 위해 마련되는 레퍼런스 필터 영역을 포함한다. 상기 레퍼런스 필터 영역은 블랙 필터 및 투명 필터 중 적어도 하나와, 상기 블랙 필터 보다는 높고 상기 투명 필터 보다는 낮은 투과율을 가지는 그레이 필터를 포함한다.
Description
본 개시는 광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
광 필터를 이용한 이미지 센서는 광학 분야에 있어서 중요한 광학 기구 중 하나이다. 종래의 이미지 센서 다양한 광학 소자를 포함하고 있어, 부피가 크고 무거웠다. 최근에는 이미지 센서의 소형화 요구에 따라 하나의 반도체 칩 상에 집적 회로 및 광학 소자를 동시에 구현하는 연구가 진행되고 있다.
예시적인 실시예는 광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치를 제공한다.
일 측면에 있어서,
분광 필터 및 편광 필터 중 적어도 하나를 포함하는 액티브 필터 영역(active filter region); 및
상기 액티브 필터 영역을 투과하는 광량을 센싱하기 위해 마련되는 레퍼런스 필터 영역(reference filter region);을 포함하고,
상기 레퍼런스 필터 영역은 블랙 필터(black filter) 및 투명 필터(transparent filter) 중 적어도 하나와, 상기 블랙 필터 보다는 높고 상기 투명 필터 보다는 낮은 투과율을 가지는 그레이 필터(gray filter)를 포함하는 광 필터가 제공된다.
상기 그레이 필터는 5% ~ 90%의 투과율을 가질 수 있다.
상기 그레이 필터는 서로 다른 투과율을 가지는 복수의 부분 그레이 필터(partial gray filter)를 포함할 수 있다.
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 액티브 필터 영역의 외곽에 마련될 수 있다.
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 상기 블랙 필터 및 상기 블랙 필터의 외곽에 마련되는 상기 그레이 필터를 포함할 수 있다. 상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 그레이 필터의 외곽에 마련되는 상기 투명 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 상기 그레이 필터 및 상기 그레이 필터의 외곽에 마련되는 상기 투명 필터를 포함할 수 있다.
상기 광 필터는 복수의 단위 필터 어레이를 포함하고,
상기 각 단위 필터 어레이는 상기 액티브 필터 영역 및 상기 레퍼런스 필터영역을 포함할 수 있다.
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 블랙 필터 및 상기 그레이 필터를 포함할 수 있다. 상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 투명 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 그레이 필터 및 상기 투명 필터를 포함할 수 있다.
상기 분광 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 4개 이상의 분광 유닛 필터를 포함할 수 있다.
상기 각 분광 필터 유닛은 하부 금속 반사판, 상기 하부 금속 반사판에 마련되는 제1 캐비티 및 상기 제1 캐비티에 마련되는 상부 금속 반사판을 포함할 수 있다.
상기 제1 캐비티의 유효 굴절률 또는 두께는 상기 각 분광 필터 유닛의 중심 파장에 따라 조절될 수 있다.
상기 각 분광 필터 유닛은 상기 하부 금속 반사판의 하부에 마련되는 하부 유전체층을 더 포함할 수 있다.
상기 각 분광 필터 유닛은 상기 상부 금속 반사판의 상부에 마련되는 상부 유전체층를 더 포함할 수 있다.
상기 하부 및 상부 유전체층의 유효 굴절률 또는 두께는 상기 각 분광 필터 유닛의 중심 파장에 따라 조절될 수 있다.
상기 편광 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 편광 유닛 필터를 포함할 수 있다.
상기 각 편광 필터 유닛은 상기 하부 금속 반사판, 상기 하부 금속 반사판에 마련되는 제2 캐비티 및 상기 제2 캐비티에 마련되는 편광판을 포함할 수 있다.
상기 편광판은 금속 그리드(metal grid)를 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
분광 필터 및 편광 필터 중 적어도 하나를 포함하는 액티브 필터 영역; 및
상기 액티브 필터를 투과하는 광량을 센싱하기 위해 마련되는 것으로, 블랙 필터 및 투명 필터를 포함하는 레퍼런스 필터 영역;을 포함하는 광 필터가 제공된다.
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 액티브 필터 영역의 외곽에 마련될 수 있다.
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 상기 블랙 필터 및 상기 블랙 필터의 외곽에 마련되는 상기 투명 필터를 포함할 수 있다.
상기 광 필터는 복수의 단위 필터 어레이를 포함하고, 상기 각 단위 필터 어레이는 상기 액티브 필터 영역 및 상기 레퍼런스 필터영역을 포함할 수 있다.
상기 분광 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 4개 이상의 분광 유닛 필터를 포함할 수 있다.
상기 각 분광 필터 유닛은 하부 금속 반사판, 상기 하부 금속 반사판에 마련되는 제1 캐비티 및 상기 제1 캐비티에 마련되는 상부 금속 반사판을 포함할 수 있다.
상기 편광 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 편광 유닛 필터를 포함할 수 있다.
상기 각 편광 필터 유닛은 상기 하부 금속 반사판, 상기 하부 금속 반사판에 마련되는 제2 캐비티 및 상기 제2 캐비티에 마련되는 편광판을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
복수의 화소를 포함하는 화소 어레이; 및
상기 화소 어레이에 마련되며 전술한 광 필터;를 포함하는 이미지 센서가 제공된다.
상기 이미지 센서는 타이밍 컨트롤러, 로우 디코더 및 출력 회로를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
전술한 이미지 센서를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
상기 전자 장치는 모바일폰, 스마트폰, 태블릿, 스마트 태블릿, 디지털 카메라, 캠코더, 노트북 검퓨터, 텔레비전, 스마트 텔레비전, 스마트 냉장고, 보안 카메라, 로봇 또는 의료용 카메라를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 광 필터가 액티브 필터 영역 주위에 마련된 레퍼런스 필터 영역을 포함함으로써 액티브 필터 영역을 투과하는 광량을 정확하게 측정할 수 있다. 블랙 필터 및 투명 필터를 투과한 광들의 세기를 기준값으로 하여 이 기준값을 분광 필터를 투과한 광의 세기와 비교함으로써 분광 유닛 필터들 사이의 미세한 광량 차이를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 블랙 필터와 투명 필터 사이에 블랙 필터보다는 높고 투명 필터보다 낮은 투과율을 가지는 그레이 필터를 배치하고, 이 그레이 필터를 투과한 광량을 기준값으로 하여 분광 필터를 투광한 광량과 비교함으로써 분광 유닛 필터들 사이의 미세한 광량 차이를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라, 분광 필터를 투과한 광들에 대한 액티브 화소들의 센싱값을 보다 정확하게 얻을 수 있다.
도 1은 도 1은 예시적인 실시예에 따른 이미지센서의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 단면도이다.
도 5는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 단면도이다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 편광판의 예시를 도시한 평면도이다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 단면도이다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 15는 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 16은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 18은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 19는 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 20은 도 19의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 21 내지 도 30은 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서들이 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면들이다.
도 2는 도 1에 도시된 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 단면도이다.
도 5는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 단면도이다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 편광판의 예시를 도시한 평면도이다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 단면도이다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터의 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 15는 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 16은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 18은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이를 도시한 것이다.
도 19는 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 20은 도 19의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 21 내지 도 30은 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서들이 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위, 아래, 좌, 우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위, 아래, 좌, 우에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있으며, 반드시 기재된 순서에 한정되는 것은 아니다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 광 필터(1100), 화소 어레이(4100), 타이밍 컨트롤러(4010), 로우 디코더(4020), 및 출력 회로(4030)를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서를 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
광 필터(1100)는 2차원적으로 배열된 복수의 유닛 필터를 포함한다. 이 광 필터(1100)는 후술하는 바와 같이, 액티브 필터 영역(도 2의 A) 및 레퍼런스 필터 영역(도 2의 B)을 포함한다. 화소 어레이(4100)는 광 필터(1100)를 투과한 광을 센싱하는 복수의 화소를 포함한다. 구체적으로, 화소 어레이(4100)는 복수의 로우와 컬럼을 따라 2차원 배열된 화소들을 포함한다. 로우 디코더(4020)는 타이밍 컨트롤러(4010)로부터 출력된 로우 어드레스 신호에 응답하여 화소 어레이(4100)의 로우들 하나를 선택한다. 출력 회로(4030)는 선택된 로우를 따라 배열된 복수의 화소로부터 컬럼 단위로 광감지 신호를 출력한다. 이를 위하여, 출력 회로(4030)는 컬럼 디코더와 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog to digital converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 회로(4030)는 컬럼 디코더와 화소 어레이(4100) 사이에서 컬럼 별로 각각 배치된 복수의 ADC, 또는, 컬럼 디코더의 출력단에 배치된 하나의 ADC를 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(4010), 로우 디코더(4020), 및 출력 회로(4030)는 하나의 칩 또는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 출력 회로(4030)를 통해 출력된 영상 신호를 처리하기 위한 프로세서가 타이밍 컨트롤러(4010), 로우 디코더(4020), 및 출력 회로(4030)와 함께 하나의 칩으로 구현될 수도 있다. 화소 어레이(1100)는 서로 다른 파장의 빛을 감지하는 복수의 화소를 포함하며, 여기서 화소들의 배열은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
이하에서는 이미지 센서(1000)의 광 필터(1100)에 대해서 상세히 설명한다. 도 2는 예시적인 실시예에 따른 광 필터(1100)의 평면도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 광 필터(1100)는 액티브 필터 영역(A)과, 레퍼런스 필터 영역(B)을 포함한다. 광 필터(1100)의 하부에는 광 필터(1100)를 투과한 광을 센싱하는 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이(4100)가 마련되어 있다. 화소 어레이(4100)는 액티브 필터 영역(A)을 투과하는 광을 센싱하는 액티브 화소들(도 3의 101,102) 및 레퍼런스 필터 영역(B)을 투과하는 광을 센싱하는 레퍼런스 화소들(201,202,203)을 포함할 수 있다.
액티브 필터 영역(A)은 실제 센싱하고자 하는 특정 광을 측정하기 위해 마련되는 것으로, 분광 필터(1101)를 포함할 수 있다. 여기서, 분광 필터(1101)는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 분광 유닛 필터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 분광 필터(1101)는 서로 다른 중심 파장을 가지는 4개 이상의 분광 유닛 필터를 포함할 수 있다.
레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)을 투과하는 광량을 측정하기 위해 마련될 수 있다. 구체적으로, 레퍼런스 필터 영역(B)을 투과한 광의 세기를 기준값(reference value)으로 하여 이 기준값을 액티브 필터 영역(A)을 투과한 광의 세기와 비교함으로써 액티브 필터 영역(A)을 투과하는 광량을 정확히 측정할 수 있다. 이에 따라, 분광 필터(1101)를 투과한 광들에 대한 액티브 화소들(101,102)의 센싱값을 보다 정확하게 얻을 수 있다.
레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)의 외곽에 마련될 수 있다. 예를 들면, 레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)을 둘러싸도록 마련될 수 있다. 레퍼런스 필터 영역(B)은 블랙 필터(black filter, 1103), 그레이 필터(gray filter, 1104) 및 투명 필터(tranparent filter, 1105)를 포함할 수 있다. 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)는 액티브 필터 영역(A)을 순차적으로 둘러싸도록 마련될 수 있다. 블랙 필터(1103)는 액티브 필터 영역(A)을 둘러싸도록 마련되고, 그레이 필터(1104)는 블랙 필터(1103)를 둘러싸도록 마련되며, 투명 필터(1105)는 그레이 필터(1104)를 둘러싸도록 마련될 수 있다.
블랙 필터(1103)는 실질적으로 0%의 투과율을 가질 수 있으며, 투명 필터(1105)는 실질적으로 100%의 투과율을 가질 수 있다. 그리고, 그레이 필터(1104)는 블랙 필터(1103) 보다는 높고 투명 필터(1105) 보다는 낮은 투과율을 가질 수 있다. 구체적인 예로서, 그레이 필터(1104)는 대략 5% ~ 90%의 투과율을 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 광 필터의 단면도이다. 도 3에는 2개의 분광 유닛 필터(111,112), 1개의 블랙 필터(1103), 1개의 그레이 필터(1104) 및 1개의 투명 필터(1105)에 대한 단면이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 분광 필터(1101), 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)가 화소 어레이의 상면에 배열되어 있다. 분광 필터(1101)는 서로 다른 중심 파장을 가지는 제1 및 제2 분광 유닛 필터(111,112)를 포함한다. 제1 및 제2 분광 유닛 필터(111,112)의 하부에는 각각 제1 및 제2 액티브 화소(101,102)가 마련되어 있으며, 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)의 하부에는 각각 제1, 제2 및 제3 레퍼런스 화소(201,202,203)가 마련되어 있다.
분광 필터(1101)를 구성하는 제1 및 제2 분광 유닛 필터(111,112)는 서로 다른 중심 파장들을 가질 수 있다. 제1 및 제2 분광 유닛 필터(111,112)는 패브리-페로(Fabry-Perot) 구조의 공진기를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 분광 유닛 필터(111,112)는 하부 금속 반사판(127), 하부 금속 반사판(127)에 마련되는 캐비티들(121,122) 및 캐비티들(121,122)에 마련되는 상부 금속 반사판(128)을 포함한다.
빛이 상부 금속 반사판(128)을 투과하여 소정의 캐비티(121,122)로 입사되면 이 빛은 하부 및 상부 금속 반사판(127,128) 사이에서 캐비티(121,122) 내부를 왕복하게 되고 이 과정에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키게 된다. 그리고, 캐비티(121,122)에서 보강 간섭 조건을 만족하는 특정 중심 파장을 가지는 광이 하부 금속 반사판(127)을 투과하여 화소 어레이(4100)로 입사된다.
하부 및 상부 금속 반사판(127,128)은 소정 파장 영역의 빛을 반사시킬 수 있는 금속 물질을 포함할 수 있다. 하부 및 상부 금속 반사판(127,128)은 각각 예를 들어, Al, Ag, Au, Cu 또는 TiN 등을 포함할 수 있지만 이는 단지 예시적인 것이다. 하부 및 상부 금속 반사판(127,128)은 동일한 금속 물질을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 및 상부 금속 반사판(127,128) 사이에는 캐비티들(121,122)이 마련되어 있다. 제1 캐비티들(121,122)은 동일한 두께로 형성될 수 있다. 캐비티들(121,122)의 유효 굴절률을 조절함으로써 제1 및 제2 분광 유닛 필터(111,112)의 중심 파장들이 결정될 수 있다. 각 캐비티(121,122)는 제1 유전체(125a)와, 이 제1 유전체(125a) 내에 주기적으로 배치되어 패턴을 형성하는 제2 유전체(125b)를 포함할 수 있다. 제2 유전체(125b)는 제1 유전체(125a)와 다른 굴절률을 가질 수 있다.
제1 및 제2 유전체(125a,125b)는 각각 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물 등을 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 제1 유전체(125a)는 실리콘 산화물을 포함하고, 제2 유전체(125b)는 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 제2 유전체(125b)의 형태 및/또는 크기를 변화시킴으로써 캐비티(121,122)의 유효 굴절률을 조절할 수 있고, 이에 따라 제1 및 제2 분광 유닛 필터(111,112)의 중심 파장들이 결정될 수 있다.
캐비티들(121,122)의 하면에는 식각 정지층(etch stop layer,129)이 더 마련될 수 있다. 이 식각 정지층(129)은 캐비티(121,122)의 형성을 위한 패터닝 공정을 보다 용이하게 하기 위한 것이다. 식각 정지층(129)은 예를 들면, 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 또는 하프늄 산화물 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 금속 반사판(127)과 화소 어레이(4100) 사이에는 하부 유전체층이 더 마련될 수 있다. 하부 유전체층은 분광 유닛 필터들(111,112)의 투과율을 향상시키기 위해 마련될 수 있다. 하부 유전체층은 서로 다른 중심 파장들에 대응하여 마련되는 하부 패턴막들(131,132)을 포함할 수 있다. 하부 패턴막들(131,132)은 동일한 두께로 형성될 수 있다.
하부 패턴막들(131,132)은 제1 및 제2 분광 유닛 필터(111,112)의 중심 파장들에 대응하는 유효 굴절률을 가지도록 마련될 수 있다. 각 하부 패턴막(131,132)은 제3 유전체(135a)와, 이 제3 유전체(135a) 내에 주기적으로 배치되어 패턴을 형성하는 제4 유전체(135b)를 포함할 수 있다. 제4 유전체(135b)는 제3 유전체(125a)와 다른 굴절률을 가질 수 있다. 제3 및 제4 유전체(135a,135b)는 각각 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 있지만, 이는 한정되는 것은 아니다. 제4 유전체(135b)의 형태 및/또는 크기를 변화시킴으로써 제1 하부 패턴막들(131,132)의 유효 굴절률을 조절할 수 있다.
하부 패턴막들(131,132)의 하면에는 식각 정지층(139)이 더 마련될 수 있다. 이 식각 정지층(139)은 하부 패턴막들(131,132)의 형성을 위한 패터닝 공정을 보다 용이하게 하기 위한 것이다. 식각 정지층(139)은 예를 들면, 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 또는 하프늄 산화물 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상부 금속 반사판(128)의 상면에는 상부 유전체층이 더 마련될 수 있다. 상부 유전체층은 하부 유전체층과 마찬가지로 분광 유닛 필터들(111,112)의 투과율을 향상시키기 위해 마련될 수 있다. 상부 유전체층은 서로 다른 중심 파장들에 대응하여 마련되는 상부 패턴막들(141,142)을 포함할 수 있다. 상부 패턴막들(141,142)은 동일한 두께로 형성될 수 있다.
상부 패턴막들(141,142)은 제1 및 제2 분광 유닛 필터의 중심 파장들에 대응하는 유효 굴절률을 가지도록 마련될 수 있다. 각 상부 패턴막(141,142)는 제5 유전체(145a)와, 이 제5 유전체(145a) 내에 주기적으로 배치되어 패턴을 형성하는 제6 유전체(145b)를 포함할 수 있다. 제6 유전체(145b)는 제5 유전체(145a)와 다른 굴절률을 가질 수 있다. 제5 및 제6 유전체(145a,145b)는 각각 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 있지만, 이는 한정되는 것은 아니다. 제6 유전체(145b)의 형태 및/또는 크기를 변화시킴으로써 상부 패턴막들(141,142)의 유효 굴절률을 조절할 수 있다.
상부 패턴막들(141,142)의 하면에는 식각 정지층(149)이 더 마련될 수 있다. 이 식각 정지층(149)은 상부 패턴막들(141,142)의 형성을 위한 패터닝 공정을 보다 용이하게 하기 위한 것이다. 식각 정지층(149)은 예를 들면, 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 또는 하프늄 산화물 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
분광 필터(1101)의 외측에는 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)가 순차적으로 마련되어 있다. 구체적으로, 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)는 분광 필터를 순차적으로 둘러싸도록 마련될 수 있다. 블랙 필터(1103)는 실질적으로 0%의 투과율을 가지는 구조를 포함할 수 있다. 블랙 필터(1103)는 예를 들면, 입사광을 대부분 반사시킬 수 있는 두꺼운 두께의 금속 반사판(170)을 포함할 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 금속 반사판(170)의 하부에는 분광 필터(1101)의 일부 구조가 마련될 수 있다. 예를 들면, 금속 반사판(170)의 하부에는 제1 유전체(125a), 하부 금속 반사판(127) 및 제3 유전체(135a)가 마련될 수 있으며, 제1 유전체(125a)의 하면 및 제3 유전체(135a)의 하면에는 각각 식각 정지층(129,139)이 더 마련될 수 있다. 이와 같이, 블랙 필터(1103)는 분광 필터(1101)와 일부 구조를 공유할 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
그레이 필터(1104)는 블랙 필터(1103) 보다는 높고 투명 필터(1105) 보다는 낮은 투과율을 가지는 구조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 그레이 필터(1104)는 대략 5% ~ 90%의 투과율을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 그레이 필터(1104)는 광대역 투과 특성 및 무편광성을 가질 수 있다.
그레이 필터(1104)는 분광 필터(1101)의 일부 구조를 포함할 수 있다. 구체적으로, 그레이 필터(1104)는 제1 유전체(125a), 하부 금속 반사판(127) 및 제3 유전체(135a)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1 유전체(125a)의 하면 및 제3 유전체(135a)의 하면에는 각각 식각 정지층(129,139)이 더 마련될 수 있다. 그레이 필터(1104)를 구성하는 요소들 각각의 재질 및 두께 중 적어도 하나를 조절함으로써 원하는 투과율을 구현할 수 있다. 이와 같이, 그레이 필터(1104)는 분광 필터(1101)와 일부 구조를 공유할 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
투명 필터(1105)는 실질적으로 100%의 투과율을 가지는 구조를 포함할 수 있다. 투명 필터(1105)는 입사광의 대부분을 투과시키는 투명 부재(160)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 이미지 센서(1000)에서는 광 필터(1100)가 액티브 필터 영역(A) 주위에 마련된 레퍼런스 필터 영역(B)을 포함함으로써 액티브 필터 영역(A)을 투과하는 광량을 정확하게 측정할 수 있다. 분광 필터(1101)를 투과한 광량은 분광 필터(1101)가 없는 경우에 비해 매우 낮을 수 있다. 본 실시예에서는 블랙 필터(1103) 및 투명 필터(1105)를 투과한 광들의 세기를 기준값으로 하여 이 기준값을 분광 필터(1101)를 투과한 광의 세기와 비교함으로써 분광 유닛 필터들(111,112) 사이의 미세한 광량 차이를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 분광 필터(1101)를 투과한 광량은 투명 필터(1105)를 투과한 광량에 비해 매우 낮아서 투명 필터(1105)를 투과한 광량이 분광 필터(1101)를 투과한 광량 보다 너무 클 수 있으며, 이 경우 분광 유닛 필터들(111,112) 사이의 광량 차이를 정확하게 측정하기에는 한계가 있을 수 있다. 본 실시예에서는 블랙 필터(1103)와 투명 필터(1105) 사이에 블랙 필터(1103)보다는 높고 투명 필터(1105)보다 낮은 투과율(예를 대략, 5% ~ 90%의 투과율)을 가지는 그레이 필터(1104)를 배치하고, 이 그레이 필터(1104)를 투과한 광량을 기준값으로 하여 분광 필터(1101)를 투광한 광량과 비교함으로써 분광 유닛 필터들(111,112) 사이의 미세한 광량 차이를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라, 분광 필터(1101)를 투과한 광들에 대한 액티브 화소들(101,102)의 센싱값을 보다 정확하게 얻을 수 있다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터(1200)의 단면도이다. 도 4에 도시된 광 필터(1200)는 제1 및 제2 분광 유닛 필터(211,212)가 스페이서(spacer,126)를 포함하고 있다는 점을 제외하면 도 3에 도시된 광 필터(1100)와 동일하다.
도 4를 참조하면, 광 필터(1200)는 분광 필터(1201)를 포함하는 액티브 필터 영역과, 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)를 포함하는 레퍼런스 필터 영역을 포함한다. 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
분광 필터(1201)는 제1 및 제2 분광 유닛 필터(211,212)를 포함한다. 여기서, 여기서, 제1 및 제2 분광 유닛 필터(211,212)는 캐비티들(121,122)과 상부 금속 반사판(128) 사이에 마련되는 스페이서(126)를 포함한다.
캐비티들(121,122)은 복수의 중심 파장을 가지는 멀티 모드(multi-mode) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 스페이서(126)에 의해 캐비티들(121,122)의 멀티 모드 구조에서 2차 모드의 중심 파장을 각 분광 유닛 필터(211,212)의 중심 파장으로 사용할 수 있다. 스페이서(126)는 예를 들면, 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물 등을 포함할 수 있지만 이는 단지 예시적인 것이다. 이상에서는 제1 및 제2 분광 유닛 필터(211,212) 모두가 스페이서(126)를 포함하는 경우가 설명되었으나, 제1 및 제2 분광 유닛 필터(211,212) 중 일부만 스페이서(126)를 포함할 수도 있다.
도 5는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터(1300)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 광 필터(1300)는 분광 필터(1301)를 포함하는 액티브 필터 영역과, 블랙 필터(1303), 그레이 필터(1304) 및 투명 필터(1305)를 포함하는 레퍼런스 필터 영역을 포함한다.
분광 필터(1301)는 제1 및 제2 분광 유닛 필터(311,312)를 포함한다. 제1 및 제2 분광 유닛 필터(311,312)는 하부 금속 반사판(227), 하부 금속 반사판(227)에 마련되는 캐비티들(221,222) 및 캐비티들(221,222)에 마련되는 상부 금속 반사판(228)을 포함한다. 예를 들면, 캐비티들(221,222)는 소정의 유전 물질, 예를 들면 실리콘, 실리콘 산화물 또는 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 캐비티들(221,222)의 두께는 제1 및 제2 분광 유닛 필터(211,212)의 중심 파장들에 따라 조절될 수 있다.
하부 금속 반사판(227)과 화소 어레이(4100) 사이에는 하부 유전체층이 더 마련될 수 있다. 하부 유전체층은 분광 유닛 필터들(211,212)의 투과율을 향상시키기 위해 마련될 수 있다. 하부 유전체층은 하부 유전막들(231,232)을 포함할 수 있으며, 하부 유전막들(231,232)의 두께는 제1 및 제2 분광 유닛 필터(311,312)의 중심 파장들에 따라 조절될 수 있다.
상부 금속 반사판(228)의 상면에는 상부 유전체층이 더 마련될 수 있다. 상부 유전체층은 하부 유전체층과 마찬가지로 분광 유닛 필터들(211,212)의 투과율을 향상시키기 위해 마련될 수 있다. 상부 유전체층은 상부 유전막들(241,242)을 포함할 수 있으며, 이 상부 유전막들(241,242)의 두께는 제1 및 제2 분광 유닛 필터(311,312)의 중심 파장들에 따라 조절될 수 있다.
블랙 필터(1303)는 예를 들면, 입사광을 대부분 반사시킬 수 있는 두꺼운 두께의 금속 반사판(270)을 포함할 수 있다. 이러한 금속 반사판(170)의 하부에는 분광 필터(1301)의 일부 구조가 마련될 수 있다. 예를 들면, 금속 반사판(270)의 하부에는 제1 유전체(223), 하부 금속 반사판(227) 및 제2 유전체(233)가 마련될 수 있다. 여기서, 제1 유전체(223)는 캐비티들(221,222)과 동일한 유전 물질을 포함할 수 있으며, 제2 유전체(233)는 하부 유전막(231,232)과 동일한 유전 물질을 포함할 수 있다. 그레이 필터(1304)는 제1 유전체(223), 하부 금속 반사판(227) 및 제2 유전체(233)를 포함할 수 있다. 여기서, 그레이 필터(1104)를 구성하는 요소들 각각의 재질 및 두께 중 적어도 하나를 조절함으로써 원하는 투과율을 구현할 수 있다. 투명 필터(1305)는 입사광의 대부분을 투과시키는 투명 부재(160)를 포함할 수 있다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터(1400)의 단면도이다. 도 6에 도시된 광 필터(1400)는 액티브 필터 영역이 편광 필터(1102)를 포함하고 있다는 점을 제외하면 도 3에 도시된 광 필터(1100)와 동일하다.
도 6을 참조하면, 광 필터(1400)는 편광 필터(1102)를 포함하는 액티브 필터 영역과, 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)를 포함하는 레퍼런스 필터 영역을 포함한다. 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
편광 필터(1102)는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 편광 유닛 필터(113,114)를 포함한다. 도 6에는 2개의 편광 유닛 필터(113,114)가 예시적으로 도시되어 있다. 편광 필터(1102)를 구성하는 제1 및 제2 편광 유닛 필터(113,114)는 서로 다른 중심 파장들을 가질 수 있다. 제1 및 제2 편광 유닛 필터(113,114)는 하부 금속 반사판(127), 하부 금속 반사판(127)에 마련되는 캐비티들(123,124) 및 캐비티들(123,124)에 마련되는 편광판들(polarizer, 151,152)을 포함한다.
하부 금속 반사판(127)의 상면에는 캐비티들(123,124)이 마련되어 있다. 제1 및 제2 편광 유닛 필터(113,114)의 중심 파장들은 캐비티들(123,124)의 유효 굴절률을 조절함으로써 결정될 수 있다. 캐비티(123,124)는 제1 유전체(125a)와, 이 제1 유전체(125a) 내에 주기적으로 배치되어 패턴을 형성하는 제2 유전체(125b)를 포함할 수 있다. 캐비티들(123,124)의 하면에는 식각 정지층(129)이 더 마련될 수 있다.
캐비티들(123,124)의 상면에는 편광판들(151,152)이 마련되어 있다. 각 편광판(151,152)은 편광 기능 및 분광 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 각 편광판(151,152)은 외부의 입사광 중 특정 편광(예를 들면, 수직 편광 또는 수평 편광)을 가지는 광만을 투과시킬 수 있다. 또한, 편광판(151,152)은 소정 파장 영역의 빛을 반사시킬 수 있는 역할도 수행할 수 있다.
도 7에는 편광판(151,152)의 평면이 예시적으로 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 각 편광판(151,152)은 금속 그리드(metal grid, 151a,152a)를 포함할 수 있다. 금속 그리드(151a,152a)는 소정 방향(예를 들면, y축 방향)을 따라 연장되는 선형 패턴들이 소정 간격으로 배치되는 형태를 가질 수 있다. 여기서, 선형 패턴들 사이에는 공기나 또는 다른 투명한 유전 물질이 마련될 수 있다. 한편, 선형 패턴들 사이의 피치(pitch) 또는 선형 금속 패턴들 사이에 채워지는 물질은 편광 유닛 필터(113,114)의 중심 파장에 따라 달라질 수도 있다. 금속 그리드(151a,151b)는 소정의 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가시광 영역의 중심 파장 영역에서 금속 그리드(151a,151b)는 Al 그리드를 포함할 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
빛은 편광판(151,152)을 투과하면서 특정 편광을 가지는 광만이 캐비티(123,124)로 입사된다. 그리고, 특정 편광을 가지는 광은 하부 금속 반사판(127)과 편광판(151,152) 사이에서 캐비티(123,124) 내부를 왕복한 다음, 보강 간섭 조건을 만족하는 특정 중심 파장을 가지는 광은 하부 금속 반사판(127)을 투과하게 된다. 하부 금속 반사판(127)을 투과한 특정 편광 및 특정 중심 파장을 가지는 광은 화소 어레이(4100)로 입사된다.
하부 금속 반사판(127)과 화소 어레이(4100) 사이에는 하부 유전체층이 더 마련될 수 있다. 하부 유전체층은 서로 다른 중심 파장들에 대응하여 마련되는 하부 패턴막들(131, 132)을 포함할 수 있다. 하부 패턴막들(131,132)은 제1 및 제2 편광 유닛 필터(113,114)의 중심 파장들에 대응하는 유효 굴절률을 가질 수 있다. 각 하부 패턴막(131,132)는 제3 유전체(135a)와, 이 제3 유전체(135a) 내에 주기적으로 배치되어 패턴을 형성하는 제4 유전체(135b)를 포함할 수 있다. 하부 패턴막들(131,132)의 하면에는 식각 정지층(139)이 더 마련될 수 있다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터(1500)의 단면도이다. 도 8에 도시된 광 필터(1500)는 액티브 필터 영역이 분광 필터(1101) 및 편광 필터(1102)를 포함하고 있다는 점을 제외하면 도 3에 도시된 광 필터(1100)와 동일하다.
도 8을 참조하면, 광 필터(1500)는 분광 필터(1101) 및 편광 필터(1102)를 포함하는 액티브 필터 영역과, 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)를 포함하는 레퍼런스 필터 영역을 포함한다. 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
분광 필터(1101)는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 분광 유닛 필터(111,112)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 분광 필터(1101)는 서로 다른 중심 파장을 가지는 4개 이상의 분광 유닛 필터(111,112)를 포함할 수 있다. 편광 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 편광 유닛 필터(113,114)를 포함할 수 있다. 분광 필터(1101) 및 편광 필터(1102)에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
제1 및 제2 분광 유닛 필터(111,112)의 하부에는 각각 제1 및 제2 액티브 화소(101,102)가 마련되어 있으며, 제1 및 제2 편광 유닛 필터(113,114)의 하부에는 각각 제3 및 제4 액티브 화소(103,104)가 마련되어 있다. 그리고, 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)의 하부에는 각각 제1, 제2 및 제3 레퍼런스 화소(201,202,203)가 마련되어 있다.
본 실시예에 따르면, 분광 필터(1101)는 분광 기능을 수행하고, 편광 필터(1102)는 편광 기능 및 분광 기능을 수행함으로써 분광 이미지 및 편광 이미지를 모두 얻을 수 있는 이미지 센서(1000)를 구현할 수 있다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터(1600)의 평면도이다.
도 9를 참조하면, 광 필터(1600)는 액티브 필터 영역(A)과, 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 레퍼런스 필터 영역(B)을 포함한다. 액티브 필터 영역(A)은 전술한 분광 필터(도 3의 1101) 및 편광 필터(도 6의 1102) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 분광 필터(1101)는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 분광 유닛 필터(구체적으로, 4개 이상의 분광 유닛 필터)를 포함할 수 있다. 그리고, 편광 필터(1102)는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 편광 유닛 필터를 포함할 수 있다. 분광 필터(1101) 및 편광 필터(1102) 각각의 구체적인 구조에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)을 둘러싸도록 마련될 수 있다. 레퍼런스 필터 영역(B)은 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)를 포함할 수 있다. 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)는 액티브 필터 영역(A)을 순차적으로 둘러싸도록 마련될 수 있다. 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105) 각각의 구체적인 구조에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
블랙 필터(1103)는 실질적으로 0%의 투과율을 가질 수 있으며, 투명 필터(1105)는 실질적으로 100%의 투과율을 가질 수 있다. 그리고, 그레이 필터(1104)는 블랙 필터(1103) 보다는 높고 투명 필터(1105) 보다는 낮은 투과율(예를 들면, 대략 5% ~ 90%의 투과율)을 가질 수 있다.
그레이 필터(1104)는 서로 다른 투과율을 가지는 복수의 부분 그레이 필터(1104a,1104b)를 포함할 수 있다. 도 9에는 그레이 필터(1104)가 서로 다른 투과율을 가지는 제1 및 제2 부분 그레이 필터(1104a,1104b)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 부분 그레이 필터(1104a,1104b)는 각각 50% 및 10%의 투과율을 가지도록 마련될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다.
본 실시예에서, 그레이 필터(1104)는 서로 다른 투과율을 가지는 복수의 부분 그레이 필터(1104a,1104b)를 포함함으로써 액티브 필터 영역(A)을 투과한 광에 대한 센싱값의 정확도를 보다 향상시킬 수 있다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터(1700)의 평면도이다.
도 10을 참조하면, 광 필터(1700)는 액티브 필터 영역(A)과, 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 레퍼런스 필터 영역(B)을 포함한다. 액티브 필터 영역(A)은 분광 필터(1101) 및 편광 필터(1102) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)을 둘러싸도록 마련될 수 있다. 레퍼런스 필터 영역(B)은 블랙 필터(1103) 및 그레이 필터(1104)를 포함할 수 있다. 여기서, 블랙 필터(1103) 및 그레이 필터(1104)는 액티브 필터 영역(A)을 순차적으로 둘러싸도록 마련될 수 있다. 그레이 필터(1104)는 서로 다른 투과율을 가지는 복수의 부분 그레이 필터를 포함할 수도 있다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터(1800)의 평면도이다.
도 11을 참조하면, 광 필터(1800)는 액티브 필터 영역(A)과, 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 레퍼런스 필터 영역(B)을 포함한다. 액티브 필터 영역(A)은 분광 필터(1101) 및 편광 필터(1102) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)을 둘러싸도록 마련될 수 있다. 레퍼런스 필터 영역(B)은 그레이 필터(1103) 및 투명 필터(1104)를 포함할 수 있다. 여기서, 그레이 필터(1103) 및 투명 필터(1104)는 액티브 필터 영역(A)을 순차적으로 둘러싸도록 마련될 수 있다. 그레이 필터(1104)는 서로 다른 투과율을 가지는 복수의 부분 그레이 필터를 포함할 수도 있다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터(1900)의 평면도이다.
도 12를 참조하면, 광 필터(1900)는 액티브 필터 영역(A)과, 액티브 필터 영역의외곽에 마련되는 레퍼런스 필터 영역(B)을 포함한다. 액티브 필터 영역(A)은 분광 필터(1101) 및 편광 필터(1102) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)을 둘러싸도록 마련될 수 있다. 레퍼런스 필터 영역(B)은 블랙 필터(1103) 및 투명 필터(1104)를 포함할 수 있다. 여기서, 블랙 필터(1103) 및 투명 필터(1104)는 액티브 필터 영역(A)을 순차적으로 둘러싸도록 마련될 수 있다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광 필터(9100)의 평면도이다. 그리고, 도 14는 도 13에 도시된 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이(9110)를 도시한 것이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 광 필터(9100)는 동일 평면 상에 2차원 형태로 배열되는 복수의 단위 필터 어레이(9110)를 포함할 수 있다. 여기서, 각 단위 필터 어레이(9110)는 액티브 필터 영역(A)과 레퍼런스 필터 영역(B)을 포함할 수 있다. 각 단위 필터 어레이(9110)에서 레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)의 외곽에 배치될 수 있다.
액티브 필터 영역(A)은 분광 필터(도 3의 1101) 및 편광 필터(도 6의 1102) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 분광 필터(1101)는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 분광 유닛 필터(구체적으로, 4개 이상의 분광 유닛 필터)를 포함할 수 있다. 그리고, 편광 필터(1102)는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 편광 유닛 필터를 포함할 수 있다. 분광 필터(1101) 및 편광 필터(1102) 각각의 구체적인 구조에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)의 외곽에 배치되는 블랙 필터(1103) 및 그레이 필터(1104)를 포함할 수 있다. 여기서, 블랙 필터(1103)은 그레이 필터(1104)에 비해 액티브 필터 영역에 더 인접하게 배치될 수 있다. 블랙 필터(1103) 및 그레이 필터(1104) 각각의 구체적인 구조에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
도 15는 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이(9120)를 도시한 것이다. 도 15를 참조하면, 레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)의 외곽에 배치되는 블랙 필터(1103)와, 제1 및 제2 부분 그레이 필터(1104a, 1104b)를 포함할 수 있다. 여기서, 블랙 필터(1103)은 제1 및 제2 부분 그레이 필터(1104a, 1104b)에 비해 액티브 필터 영역(A)에 더 인접하게 배치될 수 있다. 제1 및 제2 부분 그레이 필터(1104a,1104b)는 서로 다른 투과율을 가지도록 마련될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 부분 그레이 필터(1104a,1104b)는 각각 50% 및 10%의 투과율을 가지도록 마련될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다.
도 16은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이(9130)를 도시한 것이다. 도 16을 참조하면, 레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)의 외곽에 배치되는 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)를 포함할 수 있다. 여기서, 그레이 필터(1104)은 투명 필터(1105)에 비해 액티브 필터 영역(A)에 더 인접하게 배치될 수 있다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이(9140)를 도시한 것이다. 도 17을 참조하면, 레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)의 외곽에 배치되는 블랙 필터(1103) 및 투명 필터(1105)를 포함할 수 있다. 여기서, 블랙 필터(1103)은 투명 필터(1105)에 비해 액티브 필터 영역(A)에 더 인접하게 배치될 수 있다.
도 18은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 단위 필터 어레이(9150)를 도시한 것이다.도 18을 참조하면, 레퍼런스 필터 영역(B)은 액티브 필터 영역(A)의 외곽에 배치되는 블랙 필터(1103), 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)를 포함할 수 있다. 여기서, 블랙 필터(1103)은 그레이 필터(1104) 및 투명 필터(1105)에 비해 액티브 필터 영역(A)에 더 인접하게 배치될 수 있다.
상술한 광 필터(1100~1900,9100)를 포함하는 이미지센서(1000)는 다양한 고성능 광학 장치 또는 고성능 전자 장치에 채용될 수 있다. 이러한 전자 장치는, 예컨대, 스마트 폰(smart phone), 휴대폰, 핸드폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 휴대용 기기, 가전 제품, 보안 카메라, 의료용 카메라, 자동차, 사물인터넷(IoT;Internet of Things) 기기, 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 일 수 있고, 이에 제한되지 않는다.
전자 장치는 이미지센서(1000) 외에도, 이미지센서를 제어하는 프로세서, 예를 들면, 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor)를 더 포함할 수 있으며, 프로세서를 통해 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 프로세서는 GPU (Graphic Processing Unit) 및/또는 이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor)를 더 포함할 수 있다. 프로세서에 이미지 신호 프로세서가 포함되는 경우, 이미지센서에 의해 획득된 이미지(또는 영상)를 프로세서를 이용하여 저장 및/또는 출력할 수 있다.
도 19는 이미지센서(1000)를 포함하는 전자 장치(ED01)의 일 예를 나타내는 블럭도이다. 도 19를 참조하면, 네트워크 환경(ED00)에서 전자 장치(ED01)는 제1 네트워크(ED98)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(ED02)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(ED99)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(ED04) 및/또는 서버(ED08)와 통신할 수 있다. 전자 장치(ED01)는 서버(ED08)를 통하여 전자 장치(ED04)와 통신할 수 있다. 전자 장치(ED01)는 프로세서(ED20), 메모리(ED30), 입력 장치(ED50), 음향 출력 장치(ED55), 표시 장치(ED60), 오디오 모듈(ED70), 센서 모듈(ED76), 인터페이스(ED77), 햅틱 모듈(ED79), 카메라 모듈(ED80), 전력 관리 모듈(ED88), 배터리(ED89), 통신 모듈(ED90), 가입자 식별 모듈(ED96), 및/또는 안테나 모듈(ED97)을 포함할 수 있다. 전자 장치(ED01)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(ED60) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(ED76)(지문 센서, 홍채 센서, 조도 센서 등)은 표시 장치(ED60)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다. 또한, 이미지센서(1000)에 분광 기능이 포함될 경우, 센서 모듈의 일부 기능(컬러 센서, 조도 센서)이 별도의 센서 모듈이 아닌 이미지센서(1000) 자체에서 구현될 수 있다.
프로세서(ED20)는, 소프트웨어(프로그램(ED40) 등)를 실행하여 프로세서(ED20)에 연결된 전자 장치(ED01) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(ED20)는 다른 구성요소(센서 모듈(ED76), 통신 모듈(ED90) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(ED32)에 로드하고, 휘발성 메모리(ED32)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(ED34)에 저장할 수 있다. 프로세서(ED20)는 메인 프로세서(ED21)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(ED23)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(ED23)는 메인 프로세서(ED21)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다.
보조 프로세서(ED23)는, 메인 프로세서(ED21)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(ED21)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(ED21)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(ED21)와 함께, 전자 장치(ED01)의 구성요소들 중 일부 구성요소(표시 장치(ED60), 센서 모듈(ED76), 통신 모듈(ED90) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(ED23)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(ED80), 통신 모듈(ED90) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다.
메모리(ED30)는, 전자 장치(ED01)의 구성요소(프로세서(ED20), 센서모듈(ED76) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(ED40) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(ED30)는, 휘발성 메모리(ED32) 및/또는 비휘발성 메모리(ED34)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(ED32)는 전자 장치(ED01) 내에 고정 장착된 내장 메모리(ED36)과 탈착 가능한 외장 메모리(ED38)를 포함할 수 있다.
프로그램(ED40)은 메모리(ED30)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(ED42), 미들 웨어(ED44) 및/또는 어플리케이션(ED46)을 포함할 수 있다.
입력 장치(ED50)는, 전자 장치(ED01)의 구성요소(프로세서(ED20) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(ED01)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(ED50)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(ED55)는 음향 신호를 전자 장치(ED01)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(ED55)는, 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.
표시 장치(ED60)는 전자 장치(ED01)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(ED60)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치(ED60)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry), 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(ED70)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(ED70)은, 입력 장치(ED50)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(ED55), 및/또는 전자 장치(ED01)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(ED76)은 전자 장치(ED01)의 작동 상태(전력, 온도 등), 또는 외부의 환경 상태(사용자 상태 등)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 및/또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(ED76)은, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(Infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및/또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(ED77)는 전자 장치(ED01)가 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 또는 복수의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(ED77)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(ED78)는, 전자 장치(ED01)가 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(ED78)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있
햅틱 모듈(ED79)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈(ED79)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(ED80)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 하나 또는 복수의 렌즈들을 포함하는 렌즈 어셈블리, 도 1의 이미지센서(1000), 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.
전력 관리 모듈(ED88)은 전자 장치(ED01)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(ED88)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(ED89)는 전자 장치(ED01)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(ED89)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(ED90)은 전자 장치(ED01)와 다른 전자 장치(전자 장치(ED02), 전자 장치(ED04), 서버(ED08) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(ED90)은 프로세서(ED20)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 또는 복수의 커뮤니케이션 프로세서들을 포함할 수 있다. 통신 모듈(ED90)은 무선 통신 모듈(ED92)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(ED94)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(ED98)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(ED99)(셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(LAN, WAN 등)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 다른 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(단일 칩 등)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(ED92)은 가입자 식별 모듈(ED96)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(ED98) 및/또는 제2 네트워크(ED99)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(ED01)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(ED97)은 신호 및/또는 전력을 외부(다른 전자 장치 등)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(ED97)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(ED90)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(ED98) 및/또는 제2 네트워크(ED99)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(ED90)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(ED97)의 일부로 포함될 수 있다.
구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 신호(명령, 데이터 등)를 상호 교환할 수 있다.
명령 또는 데이터는 제2 네트워크(ED99)에 연결된 서버(ED08)를 통해서 전자 장치(ED01)와 외부의 전자 장치(ED04)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(ED02, ED04)은 전자 장치(ED01)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(ED01)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(ED02, ED04, ED08) 중 하나 또는 복수의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(ED01)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때, 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 또는 복수의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 또는 복수의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(ED01)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
도 20은 도 19의 카메라 모듈(ED80)을 예시하는 블럭도이다. 도 20을 참조하면, 카메라 모듈(ED80)은 렌즈 어셈블리(CM10), 플래시(CM20), 이미지센서(1000)(도 1의 이미지센서(1000) 등), 이미지 스태빌라이저(CM40), 메모리(CM50)(버퍼 메모리 등), 및/또는 이미지 시그널 프로세서(CM60)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(CM10)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 복수의 렌즈 어셈블리(CM10)들을 포함할 수도 있으며, 이런 경우, 카메라 모듈(ED80)은, 듀얼 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(Spherical Camera)가 될 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(CM10)들 중 일부는 동일한 렌즈 속성(화각, 초점 거리, 자동 초점, F 넘버(F Number), 광학 줌 등)을 갖거나, 또는 다른 렌즈 속성들을 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리(CM10)는, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다.
플래시(CM20)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 플래시(CM20)는 하나 또는 복수의 발광 다이오드들(RGB(Red-Green-Blue) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED 등), 및/또는 Xenon Lamp를 포함할 수 있다. 이미지센서(1000)는 도 1에서 설명한 이미지센서일 수 있으며, 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(CM10)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 이미지센서(1000)는, RGB 센서, BW(Black and White) 센서, IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 이미지센서들 중 선택된 하나 또는 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 이미지센서(1000)에 포함된 각각의 센서들은, CCD(Charged Coupled Device) 센서 및/또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 구현될 수 있다.
이미지 스태빌라이저(CM40)는 카메라 모듈(ED80) 또는 이를 포함하는 전자 장치(CM01)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(CM10)에 포함된 하나 또는 복수개의 렌즈 또는 이미지센서(1000)를 특정한 방향으로 움직이거나 이미지센서(1000)의 동작 특성을 제어(리드 아웃(Read-Out) 타이밍의 조정 등)하여 움직임에 의한 부정적인 영향이 보상되도록 할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(CM40)는 카메라 모듈(ED80)의 내부 또는 외부에 배치된 자이로 센서(미도시) 또는 가속도 센서(미도시)를 이용하여 카메라 모듈(ED80) 또는 전자 장치(ED01)의 움직임을 감지할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(CM40)는, 광학식으로 구현될 수도 있다.
메모리(CM50)는 이미지센서(1000)를 통하여 획득된 이미지의 일부 또는 전체 데이터가 다음 이미지 처리 작업을 위하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 복수의 이미지들이 고속으로 획득되는 경우, 획득된 원본 데이터(Bayer-Patterned 데이터, 고해상도 데이터 등)는 메모리(CM50)에 저장하고, 저해상도 이미지만을 디스플레이 해준 후, 선택된(사용자 선택 등) 이미지의 원본 데이터가 이미지 시그널 프로세서(CM60)로 전달되도록 하는데 사용될 수 있다. 메모리(CM50)는 전자 장치(ED01)의 메모리(ED30)로 통합되어 있거나, 또는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.
이미지 시그널 프로세서(CM60)는 이미지센서(1000)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(CM50)에 저장된 이미지 데이터에 대하여 이미지 처리들을 수행할 수 있다. 이미지 처리들은, 깊이 지도(Depth Map) 생성, 3차원 모델링, 파노라마 생성, 특징점 추출, 이미지 합성, 및/또는 이미지 보상(노이즈 감소, 해상도 조정, 밝기 조정, 블러링(Blurring), 샤프닝(Sharpening), 소프트닝(Softening) 등)을 포함할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)는 카메라 모듈(ED80)에 포함된 구성 요소들(이미지센서(1000) 등)에 대한 제어(노출 시간 제어, 또는 리드 아웃 타이밍 제어 등)를 수행할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(CM50)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(ED80)의 외부 구성 요소(메모리(ED30), 표시 장치(ED60), 전자 장치(ED02), 전자 장치(ED04), 서버(ED08) 등)로 제공될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)는 프로세서(ED20)에 통합되거나, 프로세서(ED20)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)가 프로세서(ED20)와 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(CM60)에 의해 처리된 이미지는 프로세서(ED20)에 의하여 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(ED60)를 통해 표시될 수 있다.
전자 장치(ED01)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(ED80)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 복수의 카메라 모듈(ED80)들 중 하나는 광각 카메라이고, 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 복수의 카메라 모듈(ED80)들 중 하나는 전면 카메라이고, 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다.
실시예들에 따른 이미지센서(1000)는 도 21에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(5100m), 도 22에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(5200), 도 23에 도시된 디지털 카메라 또는 캠코더(5300), 도 24에 도시된 노트북 컴퓨터(5400)에 또는 도 25에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(5500) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(5100m) 또는 스마트 태블릿(5200)은 고해상 이미지센서가 각각 탑재된 복수의 고해상 카메라를 포함할 수 있다. 고해상 카메라들을 이용하여 영상 내 피사체들의 깊이 정보를 추출하거나, 영상의 아웃포커싱을 조절하거나, 영상 내 피사체들을 자동으로 식별할 수 있다.
또한, 이미지센서(1000)는 도 26에 도시된 스마트 냉장고(5600), 도 27에 도시된 보안 카메라(5700), 도 28에 도시된 로봇(5800), 도 29에 도시된 의료용 카메라(5900) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(5600)는 이미지센서를 이용하여 냉장고 내에 있는 음식을 자동으로 인식하고, 특정 음식의 존재 여부, 입고 또는 출고된 음식의 종류 등을 스마트폰을 통해 사용자에게 알려줄 수 있다. 보안 카메라(5700)는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(5800)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(5900)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.
또한, 이미지센서(1000)는 도 30에 도시된 바와 같이 차량(6000)에 적용될 수 있다. 차량(6000)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(6010, 6020, 6030, 6040)를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라(6010, 6020, 6030, 6040)는 실시예에 따른 이미지센서를 포함할 수 있다. 차량(6000)은 복수의 차량용 카메라(6010, 6020, 6030, 6040)를 이용하여 차량(6000) 내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.
상술한 광 필터를 구비하는 이미지센서 및 이를 포함하는 전자 장치가 비록 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
A.. 액티브 필터 영역
B.. 레퍼런스 필터 영역
101~104.. 액티브 화소
201~203.. 레퍼런스 화소
111,112,211,212,311,312.. 분광 유닛 필터
113,114.. 편광 유닛 필터
121,122,123,124,221,222.. 캐비티
125a.. 제1 유전체
125b.. 제2 유전체
126.. 스페이서
127,227.. 하부 금속 반사판
128,228.. 상부 금속 반사판
129,139,149.. 식각 정지층
131,132.. 하부 패턴막
135a.. 제3 유전체
135b.. 제4 유전체
141,142.. 상부 패턴막
145a.. 제5 유전체
145b.. 제6 유전체
151,152.. 편광판
151a,152b.. 금속 그리드
160.. 투명 부재
170,270.. 금속 반사판
231,232.. 하부 유전막
241,242.. 상부 유전막
1000.. 이미지 센서
1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700,1800,1900,9100.. 광 필터
1101.. 분광 필터
1102.. 편광 필터
1103.. 블랙 필터
1104.. 그레이 필터
1105.. 투명 필터
4010.. 타이밍 컨트롤러
4020.. 로우 디코더
4030.. 출력 회로
4100.. 화소 어레이
5100m.. 모바일폰 또는 스마트폰
5200.. 태블릿 또는 스마트 태블릿
5300.. 디지털 카메라 또는 캠코더
5400.. 노트북 컴퓨터
5500.. 텔레비전 또는 스마트 텔레비전
5600.. 스마트 냉장고
5700.. 보안 카메라
5800.. 로봇
5900.. 의료용 카메라
6000.. 차량
6010,6020,6030,6040.. 차량용 카메라
9110,9120,9130,9140,9150.. 단위 필터 어레이
B.. 레퍼런스 필터 영역
101~104.. 액티브 화소
201~203.. 레퍼런스 화소
111,112,211,212,311,312.. 분광 유닛 필터
113,114.. 편광 유닛 필터
121,122,123,124,221,222.. 캐비티
125a.. 제1 유전체
125b.. 제2 유전체
126.. 스페이서
127,227.. 하부 금속 반사판
128,228.. 상부 금속 반사판
129,139,149.. 식각 정지층
131,132.. 하부 패턴막
135a.. 제3 유전체
135b.. 제4 유전체
141,142.. 상부 패턴막
145a.. 제5 유전체
145b.. 제6 유전체
151,152.. 편광판
151a,152b.. 금속 그리드
160.. 투명 부재
170,270.. 금속 반사판
231,232.. 하부 유전막
241,242.. 상부 유전막
1000.. 이미지 센서
1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700,1800,1900,9100.. 광 필터
1101.. 분광 필터
1102.. 편광 필터
1103.. 블랙 필터
1104.. 그레이 필터
1105.. 투명 필터
4010.. 타이밍 컨트롤러
4020.. 로우 디코더
4030.. 출력 회로
4100.. 화소 어레이
5100m.. 모바일폰 또는 스마트폰
5200.. 태블릿 또는 스마트 태블릿
5300.. 디지털 카메라 또는 캠코더
5400.. 노트북 컴퓨터
5500.. 텔레비전 또는 스마트 텔레비전
5600.. 스마트 냉장고
5700.. 보안 카메라
5800.. 로봇
5900.. 의료용 카메라
6000.. 차량
6010,6020,6030,6040.. 차량용 카메라
9110,9120,9130,9140,9150.. 단위 필터 어레이
Claims (32)
- 분광 필터 및 편광 필터 중 적어도 하나를 포함하는 액티브 필터 영역(active filter region); 및
상기 액티브 필터 영역을 투과하는 광량을 센싱하기 위해 마련되는 레퍼런스 필터 영역(reference filter region);을 포함하고,
상기 레퍼런스 필터 영역은 블랙 필터(black filter) 및 투명 필터(transparent filter) 중 적어도 하나와, 상기 블랙 필터 보다는 높고 상기 투명 필터 보다는 낮은 투과율을 가지는 그레이 필터(gray filter)를 포함하는 광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 그레이 필터는 5% ~ 90%의 투과율을 가지는 광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 그레이 필터는 서로 다른 투과율을 가지는 복수의 부분 그레이 필터(partial gray filter)를 포함하는 광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 광 필터. - 제 4 항에 있어서,
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 상기 블랙 필터 및 상기 블랙 필터의 외곽에 마련되는 상기 그레이 필터를 포함하는 광 필터. - 제 5 항에 있어서,
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 그레이 필터의 외곽에 마련되는 상기 투명 필터를 더 포함하는 광 필터. - 제 4 항에 있어서,
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 상기 그레이 필터 및 상기 그레이 필터의 외곽에 마련되는 상기 투명 필터를 포함하는 광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 광 필터는 복수의 단위 필터 어레이를 포함하고,
상기 각 단위 필터 어레이는 상기 액티브 필터 영역 및 상기 레퍼런스 필터영역을 포함하는 광 필터. - 제 8 항에 있어서,
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 블랙 필터 및 상기 그레이 필터를 포함하는 광 필터. - 제 9 항에 있어서,
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 투명 필터를 더 포함하는 광 필터. - 제 8 항에 있어서,
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 그레이 필터 및 상기 투명 필터를 포함하는 광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 분광 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 4개 이상의 분광 유닛 필터를 포함하는 광 필터. - 제 12 항에 있어서,
상기 각 분광 필터 유닛은 하부 금속 반사판, 상기 하부 금속 반사판에 마련되는 제1 캐비티 및 상기 제1 캐비티에 마련되는 상부 금속 반사판을 포함하는 광 필터. - 제 13 항에 있어서,
상기 제1 캐비티의 유효 굴절률 또는 두께는 상기 각 분광 필터 유닛의 중심 파장에 따라 조절되는 광 필터. - 제 13 항에 있어서,
상기 각 분광 필터 유닛은 상기 하부 금속 반사판의 하부에 마련되는 하부 유전체층을 더 포함하는 광 필터. - 제 15 항에 있어서,
상기 각 분광 필터 유닛은 상기 상부 금속 반사판의 상부에 마련되는 상부 유전체층를 더 포함하는 광 필터. - 제 16 항에 있어서,
상기 하부 및 상부 유전체층의 유효 굴절률 또는 두께는 상기 각 분광 필터 유닛의 중심 파장에 따라 조절되는 광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 편광 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 편광 유닛 필터를 포함하는 광 필터. - 제 18 항에 있어서,
상기 각 편광 필터 유닛은 상기 하부 금속 반사판, 상기 하부 금속 반사판에 마련되는 제2 캐비티 및 상기 제2 캐비티에 마련되는 편광판을 포함하는 광 필터. - 제 19 항에 있어서,
상기 편광판은 금속 그리드(metal grid)를 포함하는 광 필터. - 분광 필터 및 편광 필터 중 적어도 하나를 포함하는 액티브 필터 영역; 및
상기 액티브 필터를 투과하는 광량을 센싱하기 위해 마련되는 것으로, 블랙 필터 및 투명 필터를 포함하는 레퍼런스 필터 영역;을 포함하는 광 필터. - 제 21 항에 있어서,
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 광 필터. - 제 22 항에 있어서,
상기 레퍼런스 필터 영역은 상기 액티브 필터 영역의 외곽에 마련되는 상기 블랙 필터 및 상기 블랙 필터의 외곽에 마련되는 상기 투명 필터를 포함하는 광 필터. - 제 21 항에 있어서,
상기 광 필터는 복수의 단위 필터 어레이를 포함하고,
상기 각 단위 필터 어레이는 상기 액티브 필터 영역 및 상기 레퍼런스 필터영역을 포함하는 광 필터. - 제 21 항에 있어서,
상기 분광 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 4개 이상의 분광 유닛 필터를 포함하는 광 필터. - 제 25 항에 있어서,
상기 각 분광 필터 유닛은 하부 금속 반사판, 상기 하부 금속 반사판에 마련되는 제1 캐비티 및 상기 제1 캐비티에 마련되는 상부 금속 반사판을 포함하는 광 필터. - 제 21 항에 있어서,
상기 편광 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 편광 유닛 필터를 포함하는 광 필터. - 제 27 항에 있어서,
상기 각 편광 필터 유닛은 상기 하부 금속 반사판, 상기 하부 금속 반사판에 마련되는 제2 캐비티 및 상기 제2 캐비티에 마련되는 편광판을 포함하는 광 필터. - 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이; 및
상기 화소 어레이에 마련되며 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 기재된 광 필터;를 포함하는 이미지 센서. - 제 29 항에 있어서,
상기 이미지 센서는 타이밍 컨트롤러, 로우 디코더 및 출력 회로를 더 포함하는 이미지 센서. - 제29항 또는 제30항에 기재된 이미지 센서를 포함하는 전자 장치.
- 제 31 항에 있어서,
상기 전자 장치는 모바일폰, 스마트폰, 태블릿, 스마트 태블릿, 디지털 카메라, 캠코더, 노트북 검퓨터, 텔레비전, 스마트 텔레비전, 스마트 냉장고, 보안 카메라, 로봇 또는 의료용 카메라를 포함하는 전자 장치.
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