KR101018175B1 - 해상도 열화 개선용 픽셀 센서 어레이 및 이미지 센서 - Google Patents
해상도 열화 개선용 픽셀 센서 어레이 및 이미지 센서 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 픽셀 센서 어레이 및 이미지 센서에 관한 것으로, 상기 픽셀 센서 어레이는 미리 정해진 픽셀센서 배열영역중 기설정된 중앙영역에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제1 픽셀 센서 그룹; 및 상기 중앙영역의 주변에 위치하는 주변영역에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제2 픽셀 센서 그룹을 포함하고, 상기 주변영역은, 상기 중앙영역보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 포함하며, 이러한 픽셀 센서 어레이를 포함하는 이미지 센서를 제안한다.
픽셀 센서 어레이, 이미지 센서, 픽셀, 해상도, 왜곡
Description
본 발명은 카메라에 적용될 수 있는 해상도 열화 개선용 픽셀 센서 어레이 및 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 중앙영역 보다, 상기 중앙영역의 주변에 위치하는 주변영역의 단위면적당 픽셀수를 상대적으로 많게 배치시킴으로써, 중앙영역보다 주변영역의 해상도를 향상시켜 해상도 열화를 개선할 수 있는 픽셀 센서 어레이 및 이미지 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 유무선 초고속 통신망에 의한 화상통신 기술과, 디지탈 카메라와 같은 화상 입력 및 인식 기술의 발달에 따라, 휴대폰이나 차량 등에서 디지탈 카메라 모듈의 채용이 증대되면서, 디지탈 카메라 모듈에 적용되는 이미지 센서(image sensor)에 대한 연구 및 개발이 활발해지고 있다.
이러한 이미지 센서는 피사체에 의해 반사된 광을 감지하여 피사체 이미지를 감지하기 위한 센서로서, 이는 제조 공정 기술에 따라 크게 CCD(Charge Coupled Device, 전하 결합소자)형과 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,상보성 금속산화물반도체)형으로 구분된다.
상기 CCD형 이미지센서는 빛에 의해 발생한 전자를 그대로 게이트 펄스를 이용해서 출력부까지 이동시킨다. 이에 따라 도중에 외부 잡음에 의해 전압은 달라지더라도 전자의 수 자체는 변함이 없으므로 잡음이 출력 신호에 영향을 주지 않아 잡음특성이 우수하다. 이러한 장점 때문에, 디지탈 카메라 및 캠코더와 같은 높은 화질을 요구하는 멀티미디어 기기에서 많이 사용되고 있다.
반면, CMOS형 이미지 센서는 빛에 의해 발생한 전자를 각 화소 내에서 전압으로 변환한 후에 여러 CMOS 스위치를 통해 출력한다. 이때, 잡음에 의해 전압 신호가 변하게 되고, 잡음 특성이 좋은 못하다. 그런데, CMOS형 이미지 센서(CMOS Image Sensor,CIS)는, CCD에 비해 제작비용이 저렴하고, 전력소모가 적으며, 주변회로와 집적이 가능하다는 장점이 부각되면서, 1990년대 후반에 들어 CMOS 공정 기술의 발달 및 신호 처리 알고리즘의 개선이 이루어져, 기존의 단점들이 극복되어 왔으며, 최근에는 더욱더 활발한 연구가 진행되고 있다.
종래 이미지 처리장치는, 마이크로렌즈, 칼라 필터 어레이, 보호층 및 픽셀 센서 어레이를 포함하는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서로부터의 색(R,G,B) 신호에 대해 보간(interpolation) 등의 신호 처리를 수행하는 신호처리부를 포함한다.
도 1은 종래 픽셀 센서 어레이의 픽셀 배열도이다.
도 1에 도시된 종래 픽셀 센서 어레이(10)는 격자 배열로 배치된 복수의 픽셀 센서(11)를 포함하고, 상기 복수의 픽셀 센서 각각은 일정한 크기를 가진다.
한편, 차량용 카메라나 광각 카메라의 경우에, 렌즈의 화각이 점차적으로 커짐에 따라서 픽셀 센서 어레이의 중앙영역의 센서가 담당하는 면적 및 거리는 주변영역의 센서가 담당하는 면적 및 거리와 서로 다르다.
즉, 픽셀 센서 어레이의 중앙영역의 센서가 담당하는 면적보다 주변영역의 센서가 담당하는 면적이 더 넓고, 또한 중앙영역의 센서와 피사체와의 거리보다 주변영역의 센서와 피사체와의 거리가 더 멀기 때문에, 픽셀 센서 어레이의 중앙영역의 센서를 통해 획득된 이미지와, 주변영역의 센서를 통해 획득된 이미지간의 선명도가 서로 다르게 나타나는 왜곡(Distortion), 특히 주변영역의 해상도가 상대적으로 떨어지는 왜곡이 도 2에 도시한 바와같이 발생하게 된다.
이러한 왜곡을 소프트웨어적으로 보정하게 되는데, 이때 해상도 열화등의 문제가 발생하게 되며, 이러한 해상도 열화로 인하여 중앙영역의 이미지에 비해 주변영역의 이미지의 품질을 현저히 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로써, 그 목적은 중앙영역 보다, 상기 중앙영역의 주변에 위치하는 주변영역의 단위면적당 픽셀수를 상대적으로 많게 배치시킴으로써, 중앙영역보다 주변영역의 해상도를 향상시켜 해상도 열화를 개선할 수 있는 픽셀 센서 어레이 및 이미지 센서를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 기술적인 측면은, 미리 정해진 픽셀센서 배열영역중 기설정된 중앙영역에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제1 픽셀 센서 그룹; 및 상기 중앙영역의 주변에 위치하는 주변영역에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제2 픽셀 센서 그룹을 포함하고, 상기 주변영역은, 상기 중앙영역보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 센서 어레이를 제안한다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에서, 상기 제2 픽셀 센서 그룹의 복수의 픽셀 센서 각각은, 상기 제1 픽셀 센서 그룹의 복수의 픽셀 센서 각각의 사이즈보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 중앙영역은, 상기 픽셀 센서 어레이의 중심점을 포함하고, 상기 중심점에서 기설정된 거리까지로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 픽셀 센서 어레이의 전체 영역중 중앙영역의 차지 비율은, 기설정되는 화각의 크기에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 주변영역은, 상기 중앙영역에 인접하는 기설정된 제1 주변영역; 및 상기 제1 중앙영역의 주변에 위치하는 제2 주변영역을 포함하고, 상기 제2 주변영역은, 상기 제1 주변영역보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 주변영역의 복수의 픽셀 센서 각각은, 상기 제1 주변영역의 복수의 픽셀 센서 각각의 사이즈보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면은, 평면 격자배열로 형성된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 렌즈 어레이; 및 미리 정해진 픽셀센서 배열영역중 기설정된 중앙영역에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제1 픽셀 센서 그룹과, 상기 중앙영역의 주변에 위치하는 주변영역에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제2 픽셀 센서 그룹을 포함하고, 상기 주변영역은, 상기 중앙영역보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 갖는 픽셀 센서 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서를 제안한다.
본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면에서, 상기 제2 픽셀 센서 그룹의 복수의 픽셀 센서 각각은, 상기 제1 픽셀 센서 그룹의 복수의 픽셀 센서 각각의 사이즈보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 중앙영역은, 상기 픽셀 센서 어레이의 중심점을 포함하고, 상기 중심점 에서 기설정된 거리까지로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 픽셀 센서 어레이의 전체 영역중 중앙영역의 차지 비율은, 기설정되는 화각의 크기에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 주변영역은, 상기 중앙영역에 인접하는 기설정된 제1 주변영역; 및 상기 제1 주변영역의 주변에 위치하는 제2 주변영역을 포함하고, 상기 제2 주변영역은, 상기 제1 주변영역보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 주변영역의 복수의 픽셀 센서 각각은, 상기 제1 주변영역의 복수의 픽셀 센서 각각의 사이즈보다 작은 것을 특징으로 한다.
이와같은 본 발명에 의하면, 중앙영역 보다, 상기 중앙영역의 주변에 위치하는 주변영역의 단위면적당 픽셀수를 상대적으로 많게 배치시킴으로써, 중앙영역보다 주변영역의 해상도를 향상시켜 해상도 열화를 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 설명되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이 다.
도 3은 본 발명에 따른 픽셀 센서 어레이의 픽셀 배열도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 픽셀 센서 어레이는, 미리 정해진 픽셀센서 배열영역중 기설정된 중앙영역(CTA)에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제1 픽셀 센서 그룹(PG10)과, 상기 중앙영역(CTA)의 주변에 위치하는 주변영역(PPA)에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제2 픽셀 센서 그룹(PG20)을 포함한다.
상기 주변영역(PPA)은, 상기 중앙영역(PPA)보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 포함한다.
예를 들어, 도 3에 도시한 바와같이, 상기 중앙영역(CTA)에 포함된 복수의 픽셀 센서는 모자이크 패턴으로써, 하나의 중앙 픽셀을 중심으로 그 주변에 배치되는 8개의 이웃 픽셀로 이루어질 수 있다.
상기 제2 픽셀 센서 그룹(PG20)의 복수의 픽셀 센서 각각은, 상기 제1 픽셀 센서 그룹(PG10)의 복수의 픽셀 센서 각각의 사이즈보다 작다.
이에 따라, 상기 제2 픽셀 센서 그룹(PG20)에 포함되는 픽셀 센서는 상기 제1 픽셀 센서 그룹(PG10)에 포함되는 픽셀 센서보다 작으므로, 단위 면적내의 개수를 보면, 상기 제2 픽셀 센서 그룹(PG20)의 단위면적당 픽셀 센서의 수는 상기 제1 픽셀 센서 그룹(PG10)의 단위 면적당 픽셀 센서의 수보다 많다.
따라서, 본 발명의 픽셀 센서 어레이를 통하면, 중앙영역보다 상대적으로 주변영역에서의 해상도가 높으므로, 중앙영역에 비해 주변영역의 이미지 품질을 상승시켜, 종래 픽셀 센서 어레이의 문제점을 해결할 수 있으며, 이에 따라 촬영 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
상기 중앙영역(CTA)은, 상기 픽셀 센서 어레이의 중심점(CP)을 포함하고, 상기 중심점(CP)에서 기설정된 거리(L)까지로 설정될 수 있다.
도 3을 참조하여 예를 들어 설명하면, 상기 거리(L)는. 상기 중앙영역(CTA)의 중앙 픽셀 센서의 중심점(CT)에서 중앙 픽셀 센서에 이웃하는 주변 픽셀 센서 까지의 거리에 해당될 수 있다.
상기 픽셀 센서 어레이의 전체 영역중 중앙영역(CTA)의 차지 비율은, 기설정되는 화각의 크기에 따라 설정될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 픽셀 센서 어레이가 적용되는 카메라 모듈의 화각에 따른 중앙영역과 주변영역간의 면적 차지 비율에 대해 설명하면, 화각이 130도 일 경우에는 중앙영역대 주변영역의 비율이 60:40으로 될 수 있고, 화각이 150도 일 경우에는 중앙영역대 주변영역의 비율이 50:50으로 될 수 있고, 화각이 180도 일 경우에는 중앙영역대 주변영역의 비율이 40:60으로 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 픽셀 센서 어레이에 대한 상세 픽셀 배열도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 픽셀 센서 어레이에서, 상기 중앙영역(CTA)의 주변에 위치하는 주변영역(PPA)은 해상도 관점에서 보다 세분화될 수 있다.
예를들어, 상기 주변영역(PPA)은, 상기 중앙영역(CTA)에 인접하는 기설정된 제1 주변영역(PPA1)과, 상기 제1 중앙영역(CTA1)의 주변에 위치하는 제2 주변영역(PPA2)을 포함하고, 상기 제2 주변영역(PPA2)은, 상기 제1 주변영역(PPA2)보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 포함한다.
상기 제2 주변영역(PPA2)의 복수의 픽셀 센서 각각은, 상기 제1 주변영역(CTA1)의 복수의 픽셀 센서 각각의 사이즈보다 작다.
한편, 본 발명의 이미지 센서는 전술한 바와 같은 픽셀 센서 어레이를 포함할 수 있으며, 이때, 본 발명에 따른 이미지 센서는, 평면 격자배열로 형성된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 렌즈 어레이와, 픽셀 센서 어레이를 포함할 수 있다.
이때, 상기 픽셀 센서 어레이는, 전술한 바와같이, 미리 정해진 픽셀센서 배열영역중 기설정된 중앙영역(CTA)에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제1 픽셀 센서 그룹(PG10)과, 상기 중앙영역(CTA)의 주변에 위치하는 주변영역(PPA)에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제2 픽셀 센서 그룹(PG20)을 포함하고, 상기 주변영역(PPA)은, 상기 중앙영역(PPA)보다 단위 면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 갖는다.
한편, 본 발명의 이미지 센서는 칼라 이미지 센서로 이루어질 수 있으며, 이 경우에는, 도 5에 도시한 바와 같이 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 이미지 센서의 구조도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 이미지 센서는, 평면 격자배열로 형성된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 렌즈 어레이(100)와, 상기 렌즈 어레이(100)의 하부층에 형성되고, 복수의 칼라 필터를 포함하는 칼라 필터 어레이(200)와, 상기 칼라 필터 어레이(300)의 하부층에 형성되는 보호층(300)과, 그리고 상기 언급한 픽셀 센서 어레이(400)를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 픽셀 센서 어레이를 이용한 촬영 이미지 도면이다.
도 6에 도시한 바와같이, 본 발명의 픽셀 센서 어레이를 이용하여 이미지를 촬영하면 중앙영역에 비하여 주변영역의 픽셀수가 상대적으로 많으므로, 주변영역의 화질을 떨어지는 현상을 개선할 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명에서, 본 발명의 픽셀 센서 어레이는 중앙영역보다 주변영역의 픽셀 센서 개수를 많게 하여, 특히 주변영역에서 발생될 수 있는 화질 열화 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 종래 픽셀 센서 어레이의 픽셀 배열도.
도 2는 종래 픽셀 센서 어레이를 이용한 촬영 이미지 도면.
도 3은 본 발명에 따른 픽셀 센서 어레이의 픽셀 배열도.
도 4는 본 발명의 픽셀 센서 어레이에 대한 상세 픽셀 배열도.
도 5는 본 발명에 따른 이미지 센서의 구조도.
도 6은 본 발명의 픽셀 센서 어레이를 이용한 촬영 이미지 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
PG10 : 제1 픽셀 센서 그룹 PG20 : 제2 픽셀 센서 그룹
CTA : 중앙영역 PPA : 주변영역
PPA1 : 제1 주변영역 PPA2 : 제2 주변영역
CP : 픽셀 센서 어레이의 중심점 100 : 렌즈 어레이
200 : 필터 300 : 보호층
400 : 픽셀 센서 어레이
Claims (12)
- 미리 정해진 픽셀센서 배열영역중 기설정된 중앙영역에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제1 픽셀 센서 그룹; 및상기 중앙영역의 주변에 위치하는 주변영역에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제2 픽셀 센서 그룹을 포함하고,상기 주변영역은, 상기 중앙영역보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 센서 어레이.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 픽셀 센서 그룹의 복수의 픽셀 센서 각각은,상기 제1 픽셀 센서 그룹의 복수의 픽셀 센서 각각의 사이즈보다 작은 것을 특징으로 하는 픽셀 센서 어레이.
- 제1항에 있어서, 상기 중앙영역은,상기 픽셀 센서 어레이의 중심점을 포함하고, 상기 중심점에서 기설정된 거리까지로 설정되는 것을 특징으로 하는 픽셀 센서 어레이.
- 제3항에 있어서, 상기 픽셀 센서 어레이의 전체 영역중 중앙영역의 차지 비율은,기설정되는 화각의 크기에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 픽셀 센서 어 레이.
- 제1항에 있어서, 상기 주변영역은,상기 중앙영역에 인접하는 기설정된 제1 주변영역; 및상기 제1 중앙영역의 주변에 위치하는 제2 주변영역을 포함하고,상기 제2 주변영역은, 상기 제1 주변영역보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 센서 어레이.
- 제5항에 있어서, 상기 제2 주변영역의 복수의 픽셀 센서 각각은,상기 제1 주변영역의 복수의 픽셀 센서 각각의 사이즈보다 작은 것을 특징으로 하는 픽셀 센서 어레이.
- 평면 격자배열로 형성된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 렌즈 어레이; 및미리 정해진 픽셀센서 배열영역중 기설정된 중앙영역에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제1 픽셀 센서 그룹과, 상기 중앙영역의 주변에 위치하는 주변영역에 배치되고, 입사되는 광을 감지하는 복수의 픽셀 센서를 포함하는 제2 픽셀 센서 그룹을 포함하고, 상기 주변영역은, 상기 중앙영역보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 갖는 픽셀 센서 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제7항에 있어서, 상기 제2 픽셀 센서 그룹의 복수의 픽셀 센서 각각은,상기 제1 픽셀 센서 그룹의 복수의 픽셀 센서 각각의 사이즈보다 작은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제7항에 있어서, 상기 중앙영역은,상기 픽셀 센서 어레이의 중심점을 포함하고, 상기 중심점에서 기설정된 거리까지로 설정되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제9항에 있어서, 상기 픽셀 센서 어레이의 전체 영역중 중앙영역의 차지 비율은,기설정되는 화각의 크기에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제7항에 있어서, 상기 주변영역은,상기 중앙영역에 인접하는 기설정된 제1 주변영역; 및상기 제1 주변영역의 주변에 위치하는 제2 주변영역을 포함하고,상기 제2 주변영역은, 상기 제1 주변영역보다 단위면적당 적어도 1개 더 많은 픽셀수를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제11항에 있어서, 상기 제2 주변영역의 복수의 픽셀 센서 각각은,상기 제1 주변영역의 복수의 픽셀 센서 각각의 사이즈보다 작은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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