KR100835894B1 - 다이내믹 레인지가 넓고, 색재현성과 해상능력이 우수한픽셀어레이 및 이미지센서 - Google Patents

다이내믹 레인지가 넓고, 색재현성과 해상능력이 우수한픽셀어레이 및 이미지센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다이내믹 레인지(Dynamic Range)가 넓고 색재현성과 해상능력이 우수한 픽셀어레이 및 상기 픽셀어레이를 사용하는 이미지센서를 개시한다. 상기 픽셀어레이는, 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 복수 개의 제2포토다이오드들 및 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비한다. 상기 복수 개의 제2형 포토다이오드들은 상기 2차원적으로 배열된 제1형 포토다이오드들 사이에 배치된다. 상기 복수 개의 영상신호 변환회로들은 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리한다. 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓다.
픽셀어레이, 다이내믹 레인지, 색재현성, 해상력

Description

다이내믹 레인지가 넓고, 색재현성과 해상능력이 우수한 픽셀어레이 및 이미지센서{Pixel array with broad dynamic range, better color reproduction and resolution, and image sensor using the pixel}
도 1은 노출을 짧게 할 때 및 길게 할 때 광량에 대응되는 픽셀의 출력전압을 나타낸다.
도 2는 1976년 세계 색표준 기관인 CIE에 의해 정해진 균등 색 공간을 이용한 색좌표를 나타낸다.
도 3은 픽셀의 면적이 큰 경우와 작은 경우, 노출 시간을 동일하게 하였을 때, 광량에 대응되는 픽셀의 출력전압을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 다이내믹 레인지가 넓고 해상력이 우수하며 색재현성을 개선할 수 있게 해줄 수 있는 픽셀어레이를 나타낸다.
도 5는 픽셀어레이 및 칼라필터를 이용하여 구현한 일반적인 이미지센서의 일부를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 이미지센서의 제1실시 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 이미지센서의 제2실시 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 이미지센서의 제3실시 예를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 이미지센서의 제4실시 예를 나타낸다.
도 10은 이미지센서의 파장에 따른 투과 필터링 특성을 나타낸다.
도 11은 6색 칼라필터를 사용하였을 때의 색좌표를 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 이미지 센서의 제5실시 예를 나타낸다.
도 13은 본 발명에 따른 이미지 센서의 제6실시 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따른 이미지센서의 제7실시 예를 나타낸다.
도 15는 본 발명에 따른 이미지센서의 제8실시 예를 나타낸다.
도 16은 본 발명에 따른 픽셀어레이의 일부를 나타낸다.
도 17은 도 16에 도시된 본 발명에 따른 픽셀어레이 관련 단위 화소의 영상신호 변환회로이다.
본 발명은 이미지센서용 픽셀어레이(Image Sensor Pixel Array)에 관한 것으로, 특히 다이내믹 레인지(Dynamic Range)가 넓고 색재현성(color reproduction) 및 해상능력(resolution)이 우수한 픽셀어레이 및 상기 픽셀어레이를 사용하는 이미지센서에 관한 것이다.
이상적인 이미지센서라면 광량이 0(zero) 룩스(lux)일 때에도 반응하겠지만, 실제 이미지센서의 빛에 대한 반응은 O 룩스보다 밝은 일정한 광량 이상의 빛에 대해서부터 반응을 시작하게 된다. 실제의 이미지센서가 반응을 시작하는 상기 시작점을 해당 픽셀의 최소광량이라고 부른다. 광량이 증가하여 이미지센서가 더 이상 반응하게 되지 않게 되는 광량을 최대광량이라고 한다.
다이내믹 레인지는 시스템이 표현할 수 있는 상대적 광량에 대한 반응의 범위(Range)로 정의되는데, 다이내믹 레인지의 하한선은 시스템이 표현 해내거나 감지해 낼 수 있는 최소광량에 의해서 제한되고 상한선은 시스템이 감지해 낼 수 있는 최대광량으로 그 이상의 광량에서는 외곡(Distortion)에 의해서 제한되는 것이 일반적이다.
도 1은 노출을 짧게 할 때 및 길게 할 때 광량에 대응되는 픽셀의 출력전압을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 실선(A)은 이미지센서를 구성하는 광 검출기의 노출을 짧게 하고 영상신호를 촬영하였을 때, 상기 영상신호(빛)를 이에 대응되는 픽셀 출력전압(Data)을 생성하는 픽셀의 응답특성을 나타낸다. 일점쇄선(B)은 광 검출기의 노출을 길게 하고 영상신호를 촬영하였을 때 영상신호에 대응되는 픽셀 출력전압을 나타낸다.
광 검출기의 노출을 짧게 하고 영상신호를 촬영하였을 때의 응답곡선인 실선 A는 상기 영상신호의 밝기가 증가함에 따라 상기 영상신호에 대응되는 픽셀 출력전압의 크기(Data)가 포화될 때(Saturation Point)까지 완만한 선형직선으로 표시된다. 반면에 광 검출기의 노출을 길게 하였을 때의 응답곡선인 일점쇄선 B는 상기 영상신호의 밝기가 증가함에 따라 상기 영상신호에 대응되는 픽셀 출력전압의 크기(Data)가 포화될 때 까지 급격한 경사를 가지는 선형직선으로 표시된다.
실선(A)을 참조하면, 노출을 짧게 한 경우 영상신호의 밝기가 ①, ②, ③, 및 ④영역 모두를 전기신호로 변환할 수 있으며, 특히 영상신호의 밝기가 밝은 ④영역 전체를 이에 대응되는 전기신호(Data)로 변환할 수 있다. 일점쇄선(B)을 참조하면, 노출을 길게 한 경우에도 영상신호의 밝기가 ①, ②, ③, 및 ④영역 모두를 전기신호로 변환할 수 있으나, 영상신호의 밝기가 밝은 ④영역의 일부인 ⑤영역에 해당하는 밝기의 영상신호는 모두 동일한 전기신호를 가지게 된다. 다시 말하면 ⑤영역에 해당하는 밝기의 영상신호는 구별할 수 없다는 단점이 있다, 그러나 영상신호의 밝기가 어두운 ①영역에서의 밝기의 변화는 보다 정확하게 표현할 수 있다는 장점이 있다.
이를 요약하면, 투명한 밝기의 영상신호를 전기신호로 변환할 때에는 노출을 짧게 하고 촬영하는 것(A)이 유리한 반면에, 어두운 밝기의 영상신호를 전기신호로 변환할 때에는 노출을 길게 하고 촬영하는 것(B)이 유리하다는 것을 알 수 있다.
종래에는 다이내믹 레인지를 넓히기 위해 도 1에 도시된 바와 같은 노출시간에 따라 몇 가지 영역으로 구분하여 아래와 같이 촬영하였다.
첫째, 노출 시간을 짧게 하여 촬영한 영상 프레임 데이터를 메모리에 저장해 놓는다.
둘째, 노출 시간을 길게 하여 촬영한 영상 프레임 데이터를 메모리에 저장해 놓는다.
셋째, 메모리에 저장된 두 프레임 데이터를 도 1에 도시된 바와 같이 몇 가지 영역으로 분리해서 수식적으로 조정하여 다이내믹 레인지가 넓어진 새로운 영상 프레임 데이터를 만들어 낸다. 이 때 첫째 및 둘째의 촬영은 동일한 영상을 노출을 다르게 하여 촬영한 것이다.
빛의 세기가 ② 및 ③의 영역에 속하는 경우의 픽셀 출력전압(Data)은, 노출을 길게 하고 촬영한 양(B) 및 노출을 짧게 하고 촬영한 양(A)의 반영비율에 의하여 적응적으로 변하며, 수학식 1과 같이 표시할 수 있다.
D(②) = xA + yB,
D(③) = yA + xB
여기서 D(②)는 빛의 밝기가 ②의 영역에 속하는 경우의 데이터이며, D(③)는 빛의 밝기가 ③의 영역에 속하는 경우의 데이터를 나타낸다. 또한 변수 x(x>0)와 변수 y(y>0)의 합이 1(one)이고, 변수 x는 변수 y에 비해 작다(x<y)고 가정한다.
수학식 1을 참조하면, 빛의 밝기가 ②영역 즉 아직 어두울 때의 데이터 D(②)는 노출을 길게 하고 촬영한 양(B)을 노출을 짧게 하고 촬영한 양(A)보다 상대적으로 많이 반영한다. 반면에 빛의 밝기가 ②영역보다는 상대적으로 밝은 ③영역에 속하는 경우의 데이터 D(③)는 노출을 짧게 하고 촬영한 양(A)을 노출을 길게 하고 촬영한 양(B)보다 상대적으로 많이 반영한다.
종래에는 상기와 같이 노출시간을 달리한 2개의 촬영정보를 이용하여 영상신호를 전기신호로 변환함으로서, 이미지센서의 다이내믹 레인지를 넓히고자 하였다.
그러나 이러한 방법은 노출시간을 달리하여 2번의 촬영을 수행해야 하는 번거로움이 있고, 빛의 세기가 ② 및 ③의 영역을 구별하는 것이 용이하지 않으며, 이들 영역에서의 반영비율(x, y)을 결정하는 것도 용이하지 않다는 단점이 있다. 상기와 같은 단점 때문에 움직이는 동영상에의 응용이 한계가 있을 수밖에 없다.
일반적인 이미지 센서의 칼라 필터는 R(Red), G(Green), B(Blue) 3가지 색으로 대변되는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 사용하고 있는데, 이러한 RGB 삼색 칼라 필터를 사용할 경우, 색을 표현해 낼 수 있는 범위가 사람이 감지해 낼 수 있는 범위에 비해 대단히 제한적이다.
도 2는 1976년에 국제 색표준 기관인 CIE에 의해 정해진 균등 색 공간을 이용한 색좌표를 나타낸다.
도 2를 참조하면, a 영역은 사람의 눈이 감지해 낼 수 있는 색의 범위를 나타내고, b 영역은 이미지센서에서 사용하고 있는 RGB 칼라 필터가 표현할 수 있는 색의 범위를 나타낸다. 따라서 a 영역과 b 영역의 차이 부분인 2개의 c 영역(암영 영역)은 사람의 눈으로는 감지해 낼 수 있지만 RGB 칼라필터를 사용하는 이미지센서는 표현할 수 없는 영역이 된다. 따라서 종래의 이미지센서의 경우 3색 칼라필터를 사용해서는 표현해 내지 못하는 칼라의 영역이 존재하는 단점을 갖게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다이내믹 레인지가 넓고 색재현성이 우수 하며, 기존의 픽셀 어레이 구조에 비해 해상력을 증진 시킬 수 있는 픽셀어레이를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 넓은 다이내믹 레인지와 사람의 색감 분해 능력에 근접한 색재현성을 갖으면서, 해상도 역시 개선된 이미지센서 를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이는, 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 복수 개의 제2포토다이오드들 및 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비한다. 상기 복수 개의 제2형 포토다이오드들은 상기 2차원적으로 배열된 제1형 포토다이오드들 사이에 배치된다. 상기 복수 개의 영상신호 변환회로들은 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리한다. 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일면에 따른 다이내믹 레인지가 넓은 이미지센서는, 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 상기 제1형 픽셀들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이를 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드 및 상기 제2형 포토다이오드의 상부에 R필터, G필터 및 B필터가 설치된다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일면에 따른 다이내믹 레인지가 넓은 이미지센서는, 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 상기 제1형 픽셀들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이를 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 R필터, G필터 및 B필터가 설치되고, 상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 C필터, M필터 및 Y필터 중 적어도 하나의 칼라 필터가 설치된다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 또 다른 일면에 따른 다이내믹 레인지가 넓은 이미지센서는, 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 상기 제1형 픽셀들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이를 구비하며, R필터, G필터 및 B필터가 각각 커버하는 파장범위를 적어도 2개의 범위로 구분하고, 상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 R필터가 커버하는 파장범위의 일부분을 커버하는 R1필터, G필터가 커버하는 파장범위의 일부분을 커버하는 G1필터 및 B필터가 커버하는 파장범위의 일부분을 커버하는 B1필 터가 설치되며, 상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 상기 R필터가 커버하는 파장범위 중 상기 R1필터가 커버하는 부분을 제외한 나머지 파장범위를 커버하는 R2필터, 상기 G필터가 커버하는 파장범위 중 상기 G1필터가 커버하는 부분을 제외한 나머지 파장범위를 커버하는 G2필터 및 상기 B필터가 커버하는 파장범위 중 상기 B1필터가 커버하는 부분을 제외한 나머지 파장범위를 커버하는 B2필터가 설치된다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 또 다른 일면에 따른 다이내믹 레인지가 넓은 이미지센서는, 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 상기 제1형 픽셀들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이를 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 R필터, G필터 및 B필터가 설치되고, 상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 적외선 필터가 설치되거나 어떠한 칼라필터도 설치되지 않는다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 또 다른 일면에 따른 다이내믹 레인지가 넓은 이미지센서는, 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 상기 제1형 픽셀들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이를 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 R필터, G필터 및 B필터 중 2개의 칼라필터가 설치되고, 상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 적외선 필터가 설치되거나 어떠한 칼라필터도 설치되지 않거나 필요에 따라 특정 칼라 필터 패턴이 설치 될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은, 이미지센서의 다이내믹 레인지를 최대한으로 하고 그 해상도를 극대화 시키며, 또한 색재현성을 증진시키기 위하여,
1. 두 개의 서로 다른 크기와 형태를 가지는 포토다이오드를 구비하는 픽셀어레이,
2. 상기 픽셀어레이의 상부에 복수 개의 칼라필터들의 배치를 적절하게 조합하여 사용함으로서, 필요에 따라 다이내믹 레인지를 조절할 수 있고 기존 기술보다 광범위한 색 표현력과 기존의 직사각형 형태의 화소 배열에 비해 약 1.3배 이상에 달하는 해상력을 얻어 낼 수 있는 이미지센서, 그리고
3. 상기 픽셀어레이의 상부에 한정된 종류의 칼라필터만을 설치하여 사용하거나, 픽셀어레이의 상부의 일부영역에 칼라필터를 전혀 사용하지 않음으로서 이미지센서가 적용될 곳의 상황에 따른 맞춤형 이미지센서를 각각 제안한다.
포토다이오드는 외부로부터 인가되는 영상신호를 감지하는 최초의 감지장치 이기 때문에 이미지센서에서 포토다이오드가 차지하는 역할이 상당히 중요하며, 영상신호를 수신하는 포토다이오드의 감지영역의 면적이 넓으면 넓을수록 영상신호에 대한 감지 효율이 증가하게 된다는 것은 구체적인 설명이 필요 없을 정도로 당연한 기술적 사실이다. 여기서 감지 효율은 종래의 기술을 설명할 때 언급하였던 다이내믹 레인지와 밀접한 관계가 있는데, 영상신호에 대한 감지효율이 좋다는 의미는 미세한 차이가 있는 영상신호들을 이에 대응되는 전기신호를 변환하기가 용이하다는 것이다. 예를 들면, 2차원으로 배열된 복수 개의 포토다이오드들에 인가되는 어두운 영상신호들 사이의 미세한 변화뿐만 아니라, 밝은 영상신호들 사이의 미세한 변화도 이를 적절하게 표현하는 전기신호로 변환할 수 있다는 의미이기 때문에, 감지효율이 좋다는 것은 궁극적으로는 다이내믹 레인지도 넓다는 의미로 확대하여 사용할 수 있다.
도 3은 픽셀의 면적이 큰 경우와 작은 경우, 노출시간을 동일하게 하였을 때, 광량에 대응되는 픽셀의 출력전압을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 점선으로 표시된 응답곡선은 픽셀의 면적이 클 경우 따라서 포토다이오드의 면적이 클 경우의 광량에 대한 픽셀의 출력전압을 나타내며 경사가 급격하다. 포토다이오드의 면적이 클 경우, 광량이 0(zero) 룩스일 때 이에 대응되는 출력전압이 생성되지 않으며 최소한 A 광량이 되어야 이에 대응되는 출력전압이 생성될 수 있다. 광량이 증가하여 B 광량이 되면 픽셀의 출력전압이 포화되고 광량이 증가하더라도 픽셀의 출력전압은 변하지 않게 된다. 이 때 A 광량 및 B 광량을 면적이 넓은 픽셀의 최소광량 및 최대광량이라고 한다.
반면 픽셀의 면적이 작을 경우, 따라서 포토다이오드의 면적이 작을 경우의 광량에 대한 픽셀의 출력전압을 나타내는 실선으로 도시된 응답곡선은 경사가 완만하다. 포토다이오드의 면적이 작을 경우에도, 광량이 0 룩스일 때는 이에 대응되는 출력전압이 생성되지 않으며, 최소한 C 광량이 되어야 이에 대응되는 출력전압이 생성될 수 있다. 광량이 증가하여 D 광량이 되면 픽셀의 출력전압이 포화되고 광량이 증가하더라도 픽셀의 출력전압은 변하지 않게 된다. 이 때 C 광량 및 D 광량을 면적이 작은 픽셀의 최소광량 및 최대광량이라고 한다.
도 3을 참조하면, A 광량과 B 광량의 사이 구간(⑥)은 픽셀의 면적이 큰 경우의 유효사용구간이고, C 광량과 D 광량 사이 구간(⑦)은 픽셀의 면적이 작은 경우의 유효사용구간이다. ⑧구간은 픽셀의 면적이 큰 경우와 작은 경우를 동시에 사용하였을 경우의 유효사용구간이 된다.
디지털 영상(Digital Image)의 다이내믹 레인지는 영상(Image) 내에서 데이터 왜곡이 발생하지 않으면서 가장 밝은 입사광의 광량과 가장 어두운 입사광의 광량의 비율로 정의되며 특히, 이미지센서(Image Sensor) 분야에서의 다이내믹 레인지는 완전히 어두운 상태인 블랙(Black) 및 완전히 포화된 상태인 화이트(White)의 광량 비를 로그(Logarithm) 값으로 표현한다. 이를 수식적으로 표현 하면 수학식 2와 같다.
Figure 112007043974121-pat00001
상기 수학식 2와 도 3에 도시된 특성 곡선을 참조하여 픽셀의 면적이 큰 경우(DRbig), 픽셀의 면적이 작은 경우(DRsmall) 및 면적이 큰 픽셀과 작은 픽셀을 동시에 사용하였을 경우(DRbig-small)의 다이내믹 레인지를 계산해 보면 수학식 3과 같다. 여기서, A 광량은 0.01 룩스, C 광량은 1 룩스, B 광량은 200 룩스, 그리고 D 광량은 1000 룩스이다.
Figure 112007043974121-pat00002
수학식 3을 참조하면, 면적이 큰 픽셀과 작은 픽셀을 동시에 사용하였을 경우의 다이내믹 레인지(DRbig-small)가 가장 넓다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.
본 발명에 따른 픽셀어레이는 상기 수학식 3 및 도 3에서 확인한 바와 같이, 면적이 큰 포토다이오드 및 작은 포토다이오드를 동시에 사용함으로서 다이내믹 레인지를 확대시키는 픽셀어레이를 제안한다.
도 4는 본 발명에 따른 다이내믹 레인지가 넓고 해상력이 우수하며 색재현성을 개선할 수 있게 해줄 수 있는 픽셀어레이를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 상기 픽셀어레이(400)는 크기와 형태가 서로 다른 2개의 포토다이오드들(PD1, PD2)이 2차원적으로 배열되어 있는 구조를 가진다. 여기서 크기와 형태가 서로 다른 2개의 포토다이오드는 상대적으로 면적이 큰 팔각형(octagonal shape)의 제1형 포토다이오드(PD1)와 상대적으로 면적이 좁은 4각형 의 제2형 포토다이오드(PD2)이다.
도 4에는 제1형 포토다이오드들(PD1) 및 제2형 포토다이오드들(PD2)이 번갈아 가면서 배열되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 두개의 포토다이오드들(PD1, PD2) 사이의 배열 비율은 조정이 가능하며 그 사용 목적과 시스템의 상황에 따라 조절하여 제작하는 것이 가능하다. 제1형 포토다이오드들 및 제2형 포토다이오드들 사이의 공간에 배치된 레이아웃(layout)은 해당 포토다이오드들에서 감지된 영상신호를 이에 대응되는 전기신호로 변환하는 영상신호 변환회로들이다. 이들 영상신호 변환회로의 구조 및 동작은 일반적으로 알려져 있으므로 여기서는 구체적으로 설명은 하지 않는다. 포토다이오드 및 영상신호 변환회로에 대한 레이아웃은 도 16에 자세하게 도시하였다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 픽셀어레이에는 팔각 형태의 제1형 포토다이오드들(PD1)이 배치되었는데, 상기 팔각 형태의 제1형 다이오드의 면적은 종래에 사용하던 사각 형태의 포토다이오드와 비교할 때 면적이 동일하거나 큰 것이 일반적이지만, 경우에 따라서는 종래의 사각 형태의 포토다이오드에 비해 면적이 적게 구현될 수도 있다. 따라서 일반적인 경우 넓은 면적을 가지는 단위 제1형 포토다이오드가 영상신호를 감지할 때 상대적으로 좁은 면적을 가지는 단위 포토다이오드에 비해 영상신호 감지효율이 향상될 것이다. 또한 제1형 포토다이오드들 사이의 잉여 공간에 제1형 포토다이오드에 비해 상대적으로 면적이 작은 사각 형태의 제2형 포토다이오드들(PD2)이 배치되어 있기 때문에, 영상신호를 감지하기 위하여 할당된 한정된 영역에 대한 포토다이오드들의 공극율이 향상되었다. 제1형 포토다이오드들 뿐만 아니라 제2형 포토다이오드들도 추가로 배열되었고, 상기 추가된 제2형 포토다이오드를 적절하게 사용한다면 본 발명에 따른 픽셀어레이 구조는 영상신호를 감지할 수 있는 능력이 향상될 것이 분명하다.
상기의 내용을 요약하면, 본 발명에 따른 픽셀어레이는 팔각 형태의 제1형 포토다이오드들과 크기가 다른 4각 형태의 제2형 포토다이오드들을 동시에 한 어레이 내에 사용함으로서 이미지센서의 다이내믹 레인지를 향상시킬 수 있다. 이러한 구조의 이미지센서의 다이내믹 레인지가 넓어지는 이유에 대해서는 수학식 2 및 도 3에서 이미 확인한 바 있다.
이하에서는 제1형 포토다이오드들 및 제2형 포토다이오드들이 배치된 본 발명에 따른 픽셀어레이를 사용하여 구현된 본 발명에 따른 이미지센서에 대하여 설명한다.
도 5는 픽셀어레이 및 칼라필터를 이용하여 구현한 일반적인 이미지센서의 일부를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 일반적인 이미지센서(500)는 포토다이오드(510)의 상부에 제1버퍼층(520), 칼라필터(530), 제2버퍼층(540) 및 마이크로렌즈(550)를 구비한다. 도 5에 도시된 이미지센서의 수직구조는 픽셀어레이 및 칼라필터(Color Filter)를 사용하는 일반적인 방법에 기인한 것이므로 각 구성 요소들의 기능 및 동작에 대해서는 설명을 하지 않는다. 도 5를 참조하면, 영상신호에 포함된 여러 주파수 성분 다시 말하면 여러 종류의 색 성분의 검출은 해당 포토다이오드의 상부에 설치된 칼라필터의 종류에 따라 결정된다는 것을 알 수 있다.
칼라 필터로는 붉은색 필터(Red Filter, 이하 R필터), 녹색 필터(Green Filter, 이하 G필터), 푸른색 필터(Blue Filter, 이하 B필터), 시안 필터(Cyan Filter, 이하 C필터), 마젠타 필터(Magenta Filter, 이하 M필터) 및 노란색 필터(Yellow Filter, 이하 Y필터) 등이 있으나, 이외에도 색 표현 능력을 향상시키는 새로운 칼라 필터 세트들도 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 이미지센서의 제1실시 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 이미지센서(600)는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 픽셀어레이(400)의 상부에 칼라필터를 설치하여 사용한다. 픽셀어레이를 구성하는 포토다이오드들의 상부에 표시된 R, G, B는, 해당 포토다이오드들의 상부에 각각 R필터, G필터 및 B필터가 설치되어 있다는 것을 의미한다.
먼저 팔각 형태의 제1형 포토다이오드들의 상부에 설치된 칼라 필터들에 대하여 설명한다.
도 6을 참조하면, 팔각형 제1형 포토다이오드들의 상부에는 복수 개의 G필터(G)들이 수평 방향으로 일렬로 배치된 복수 개의 1G수평필터라인들이 2차원적으로 정렬된다. 또한 R필터들(R) 및 B필터들(B)이 수평방향으로 일렬로 번갈아 가면서 배치된 복수 개의 1RB수평필터라인들이 2차원적으로 정렬된다. 도 6에는 점선으로 표시된 복수 개의 1G수평필터라인들이 1(n-1)G, 1nG, 1(n+1)로 각각 표시되어 있고, 복수 개의 1RB수평필터라인들이 1(n-1)RB 및 1nRB로 표시되어 있다. 여기서 n은 정수를 의미한다. 도 6을 참조하면, 1RB수평필터라인들 각각은 1G수평필터라인들 사이에 한 줄 씩 정렬됨을 알 수 있다.
여기서 1G 및 1RB와 같이 G 및 RB의 전단부에 1(one)을 기재한 것은, 상기 수평필터라인들이 제1형 포토다이오드의 상부에만 설치되었다는 것을 의미하며, 이는 이하에서 설명할 제2형 포토다이오드의 상부에만 설치될 수평필터라인들과 구별하기 위한 것이다. 이하에서 설명될 본 발명에 따른 이미지센서의 다른 실시 예에 있어서, 특별히 다른 내용의 언급이 없으면, 상기 이미지센서를 구성하는 제1형 포토다이오드들의 상부에는 R필터, G필터 및 B필터가 상기 도 6의 설치 기준과 동일하게 설치되어 있다는 것을 전제한다. 따라서 이하의 설명에서는 제1형 포토다이오드의 상부에 R필터, G필터 및 B필터가 설치되어 있다는 내용은 더 이상 기재하지 않을 것이다.
이어서 사각 형태의 제2형 포토다이오드들의 상부에 설치된 칼라필터들에 대하여 설명한다.
도 6을 참조하면, 제2형 포토다이오드들의 상부에는 복수 개의 G필터들(G)이 수평 방향으로 일렬로 배치된 복수 개의 2G수평필터라인이 수직방향으로 정렬된 2차원 정렬구조를 가진다. 마찬가지로, R필터들(R) 및 B필터들(B)이 수평방향으로 일렬로 번갈아 가면서 배치된 복수 개의 2RB수평필터라인이 수평방향으로 정렬된 2차원적으로 정렬구조를 가진다. 이 때 2RB수평필터라인들 각각은 2G수평필터라인들 사이에 정렬된다. 복수 개의 2G수평필터라인들은 2(n-1)G, 2nG, 2(n+1)로 각각 표시되어 있으며, 복수 개의 2RB수평필터라인들은 2(n-1)RB 및 2nRB로 각각 표시되어 있다.
도 6을 참조하면, 1G수평필터라인들 및 2G수평필터라인들은 가상의 동일 라 인 상에 존재하게 된다. 마찬가지로 1RB수평필터라인들 및 2RB수평필터라인들도 가상의 동일 라인 상에 존재하게 된다. 이는 도 6에 도시된 이미지센서를 수평방향으로 볼 때, 제1형 포토다이오드 및 제2형 포토다이오드가 서로 번갈아 가면서 배치되어 있고 이들 포토다이오드들의 상부에 칼라 필터들이 배치되기 때문이다. 상술한 수평필터라인에 대한 개념은 이하에서도 동일하게 적용될 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 이미지센서의 제2실시 예를 나타낸다.
도 7에 도시된 이미지센서(700)를 구성하는 제1형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들의 상부에 설치된 복수 개의 1G수평필터라인들 및 복수 개의 1RB수평필터라인들은 도 6과 동일하다. 그러나 제2형 포토다이오드들의 상부에 설치된 2G수평필터라인들은 복수 개의 1RB수평필터라인들과 가상의 동일 라인 상에 정렬되며, 2RB수평필터라인들은 복수 개의 1G수평필터라인들과 가상의 동일 라인 상에 정렬된다는 것이 도 6과 다른 점이다.
도 8은 본 발명에 따른 이미지센서의 제3실시 예를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 이미지센서(800)를 구성하는 제1형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들의 상부에 설치된 복수 개의 1G수평필터라인들 및 복수 개의 1RB수평필터라인들은 도 6과 동일하다. 제2형 포토다이오드들의 상부에는 M필터들 및 C필터들이 수평방향으로 일렬로 번갈아 가면서 배치된 복수 개의 2MC수평필터라인이 수직방향으로 배열되며, 상기 2MC수평필터라인들 각각은 1G수평필터라인들과 가상의 동일한 라인에 정렬된다. 또한 제2형 포토다이오드들의 상부에는 복수 개의 Y필터들이 수평 방향으로 일렬로 배치된 복수 개의 2Y수평필터라인이 수직방 향으로 배열되며, 상기 2Y수평필터라인들 각각은 1BR수평필터라인들과 가상의 동일한 라인에 정렬된다.
도 9는 본 발명에 따른 이미지센서의 제4실시 예를 나타낸다.
도 9를 참조하면 이미지센서(900)는, 도 8에 도시된 이미지센서(800)에 배치된 복수 개의 2MC수평필터라인들과 복수 개의 2Y수평필터라인들의 위치를 서로 바꾸었다는 점에서만 다르고 나머지는 동일하다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 이미지센서는 제1형 포토다이오드의 상부에는 R필터, G필터 및 B필터를 설치하여 사용하지만, 제2형 포토다이오드의 상부에는 C필터, M필터 및 Y필터를 설치하여 사용한다.
이하에서는 RGB 칼라필터 만을 사용하지 않고 MCY칼라 필터를 더 사용하게 될 때 색재현성에 있어서 보다 우수한 특성을 갖게 된다는 사실에 대하여 설명한다.
도 10은 이미지센서의 파장에 따른 투과 필터링 특성을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 3색 칼라필터(RGB)를 사용할 때 및 6색 칼라필터(ⓐⓑⓒⓓⓔⓕ)를 사용할 때, 빛의 파장에 따른 투과 필터링 특성을 나타낸다. 여기서 6색의 칼라필터(ⓐⓑⓒⓓⓔⓕ) 중 2개의 칼라필터(ⓐⓑ)가 커버하는 파장의 범위는 B칼라필터가 커버하는 파장의 범위를 세분화한 것이고, 다른 2개의 칼라필터(ⓒⓓ)가 커버하는 파장의 범위는 G칼라필터가 커버하는 파장의 범위를 세분화한 것이며, 나머지 2개의 칼라필터(ⓔⓕ)가 커버하는 파장의 범위는 R 칼라필터가 커버하는 파장의 범위를 세분화한 것이다.
도 11은 6색 칼라필터를 사용하였을 때의 색좌표를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 3색 칼라필터(RGB)를 사용하는 대신 세분화된 6색의 칼라필터(ⓐⓑⓒⓓⓔⓕ)를 본 발명에 따른 이미지센서에 적용하게 될 경우, 이점쇄선으로 그려진 6각형의 면적 내부의 칼라들을 표현 할 수 있게 되어 RGB 칼라필터로 표현할 수 있는 삼각형의 내부의 칼라에 비해 더 광범위한 칼라 표현 범위를 갖게 된다는 것을 알 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 이미지 센서의 제5실시 예를 나타낸다.
도 12를 참조하면 본 발명에 따른 이미지 센서(1200)는, 제1형 포토다이오드의 상부에는 도 10의 하단에 도시된 3개의 칼라 필터(ⓐⓒⓔ)를 베이어 패턴(Bayer pattern)으로 설치하여 사용하고, 제2형 포토다이오드의 상부에는 나머지 3개의 칼라필터(ⓑⓓⓕ)를 사용한다. 도 12에 도시된 바와 같이 이때 초록색 계열의 칼라를 담당하는 칼라필터(ⓒⓓ)가 다른 칼라필터에 비해 2배 더 많은 개수로 배치될 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 이미지 센서의 제6실시 예를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 이미지 센서(1300)는, 제1형 포토다이오드의 상부에는 3개의 칼라필터(ⓑⓓⓕ)를 베이어 패턴으로 설치하여 사용하고 제2형 포토다이오드의 상부에는 3개의 칼라 필터(ⓐⓒⓔ)를 설치하여 사용한다. 또한 도 12에서와 마찬가지로 초록색 계열의 칼라를 담당하는 칼라필터(ⓒⓓ)가 다른 칼라에 비해 2배 더 많은 개수로 배치될 수 있다.
도 12 및 도 13에는 R필터, G필터 및 B필터가 커버하는 파장범위를 2개의 구 역으로 나누었을 때 얻어지는 6개의 필터를 예를 들어 설명하였지만, 2개의 이상의 구역으로 나누어 필터의 개수가 3의 배수 개로 되도록 확장시킬 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 이미지센서의 제7실시 예를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 이미지센서(1400)는, 제1형 포토다이오드의 상부에는 R필터, G필터 및 B필터를 설치하여 사용하지만 제2형 포토다이오드의 상부에는 어떠한 칼라필터도 사용하지 않거나, 적외선 필터(Infrared Filter)를 설치한다.
제2형 포토다이오드의 상부에 어떠한 칼라필터도 사용하지 않을 경우 제2형 포토다이오드들은 영상신호에 포함된 흑백(Black & White) 성분을 검출하게 된다. 반면에 적외선 필터를 설치하는 경우에는 제2형 포토다이오드들은 영상신호에 포함된 적외선 성분을 검출하게 된다.
따라서 도 14에 도시된 이미지센서(1400)의 경우, 제1형 포토다이오드들을 통해서는 영상신호에 포함된 칼라성분을 검출하고, 제2형 포토다이오드들을 통해서는 영상신호에 포함된 흑백성분 또는 적외선성분을 검출할 수 있다.
도 15는 본 발명에 따른 이미지센서의 제8실시 예를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 이미지센서(1500)는 제1형 포토다이오드들의 상부에 R필터 및 B필터만을 설치하고, G필터는 설치하지 않는다. 수평 방향으로 보았을 때, R필터와 B필터는 서로 번갈아 가면서 배치된다. 또한 제2형 포토다이오드들의 상부에는 어떠한 칼라필터도 사용하지 않거나, 적외선 필터, R필터, G필터 및 B필터를 설치할 수도 있다. 도 15에는 제1형 포토다이오드들의 상부에 G필터가 없는 것으로 도시되어 있지만, R필터 또는 B필터가 없는 경우도 가능하다.
도 15를 참조하면, 이미지센서(1500)는 사용 목적 및 대상에 따라, 제1형 포토다이오드를 통해서는 적절하게 선택된 2가지 종류의 칼라성분을 검출하고, 제2형 포토다이오드를 통해서는 흑백성분, 적외선 성분 및 다른 종류의 칼라성분을 선택하여 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 16은 본 발명에 따른 픽셀어레이의 일부를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 팔각 형태의 포토다이오드, 사각 형태의 포토다이오드 및 점선 원으로 표시된 영상신호 변환회로가 본 발명에 따른 픽셀어레이를 구성함을 알 수 있다.
도 17은 도 16에 도시된 본 발명에 따른 픽셀어레이 관련 단위 화소의 영상신호 변환회로이다.
도 17을 참조하면, 팔각 형태의 큰 포토다이오드(PD1), 사각 형태의 작은 포토다이오드(PD2)에서 검출된 전하를 이에 대응되는 전기신호로 변환하는 영상신호 변환회로를 공유하여 사용한다. 작은 픽셀과 큰 픽셀을 동시에 한 어레이 내부에 배치시켜 상관관계를 맺게 할 때, 전하를 변환하는 상기 영상신호 변환회로에서 유발되는 변수를 최대한 없앨 수 있는 장점을 갖게 할 것이다. 작은 픽셀(PD2)과 큰 픽셀(PD1)이 부유 확산 노드(A)를 공유하여 활용하기 때문에, 작은 픽셀과 큰 픽셀의 변환 효율을 일치되는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이 및 이미지센서는, 다이내믹 레인지를 넓게 할 수 있는 장점이 있으며, 칼라 필터의 종류를 선택하여 설치함으로서 색도의 표현 범위 역시 더 넓히고, 이미지센서가 적용된 환경에 따라 그 적용 범위를 다양하게 넓힐 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라 그 배치가 일반적인 수직 수평 배치가 아닌 벌집 모양 배열에 다시 수직 수평 배치를 사이사이 꼬아 놓음으로 인해 해상력에 있어 벌집 모양의 화소 배열 보다 더 낳은 성능을 얻어 낼 수 있다.

Claims (13)

  1. 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들;
    상기 제1형 포토다이오드들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들; 및
    상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 이에 대응되는 전기신호로 변환하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며,
    상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1형 포토다이오드들은 8각형(octagonal shape)이고 상기 제2형 포토다이오드들은 4각형(square shape)인 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이.
  3. 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 상기 제1형 포토다이오드들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이를 구비하는 이미지센서에 있어서,
    상기 제1형 포토다이오드 및 상기 제2형 포토다이오드의 상부에 R필터, G필터 및 B필터가 설치된 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 복수 개의 G필터가 수평으로 나열된 1G수평필터라인들이 복수 개 존재하며, 복수 개의 R필터 및 B필터가 번갈아 가면서 수평으로 나열된 1RB수평필터라인이 복수 개 존재하고,
    상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 복수 개의 G필터가 수평으로 나열된 2G수평필터라인들이 복수 개 존재하며, 복수 개의 R필터 및 B필터가 번갈아 가면서 수평으로 나열된 2RB수평필터라인이 복수 개 존재하고,
    상기 복수 개의 1G수평필터라인과 상기 복수 개의 1RB수평필터라인은 수직방향으로 번갈아 가면서 배열되고,
    상기 복수 개의 2G수평필터라인은 상기 복수 개의 1G수평필터라인과 가상의 동일한 라인 상에 배열되고, 상기 복수 개의 2RB수평필터라인은 상기 복수 개의 2RB수평필터라인과 가상의 동일한 라인 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 복수 개의 G필터가 수평으로 나열된 1G수평필터라인들이 복수 개 존재하며, 복수 개의 R필터 및 B필터가 번갈아 가면서 수평으로 나열된 1RB수평필터라인이 복수 개 존재하고,
    상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 복수 개의 G필터가 수평으로 나열된 2G수평필터라인들이 복수 개 존재하며, 복수 개의 R필터 및 B필터가 번갈아 가면서 수평으로 나열된 2RB수평필터라인이 복수 개 존재하고,
    상기 복수 개의 1G수평필터라인과 상기 복수 개의 1RB수평필터라인은 수직방향으로 번갈아 가면서 배열되고,
    상기 복수 개의 2G수평필터라인은 상기 복수 개의 1RB수평필터라인과 가상의 동일한 라인 상에 배열되고, 상기 복수 개의 2RB수평필터라인은 상기 복수 개의 2G수평필터라인과 가상의 동일한 라인 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  6. 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 상기 제1형 포토다이오드들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이를 구비하는 이미지센서에 있어서,
    상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 R필터, G필터 및 B필터가 설치되고,
    상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 C필터, M필터 및 Y필터 중 적어도 하나의 칼라 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 복수 개의 G필터가 수평으로 나열된 1G수평필터라인들이 복수 개 존재하며, 복수 개의 R필터 및 B필터가 번갈아 가면서 수평으로 나열된 1RB수평필터라인이 복수 개 존재하고,
    상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 복수 개의 Y필터가 수평으로 나열된 2Y수평필터라인들이 복수 개 존재하며, 복수 개의 C필터 및 M필터가 번갈아 가면서 수평으로 나열된 2CM수평필터라인이 복수 개 존재하고,
    상기 복수 개의 1G수평필터라인과 상기 복수 개의 1RB수평필터라인은 수직방향으로 번갈아 가면서 배열되고,
    상기 복수 개의 2CM수평필터라인은 상기 복수 개의 1G수평필터라인과 가상의 동일한 라인 상에 배열되고, 상기 복수 개의 2Y수평필터라인은 상기 복수 개의 1RB수평필터라인과 가상의 동일한 라인 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 복수 개의 G필터가 수평으로 나열된 1G수평필터라인들이 복수 개 존재하며, 복수 개의 R필터 및 B필터가 번갈아 가면서 수평으로 나열된 1RB수평필터라인이 복수 개 존재하고,
    상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 복수 개의 Y필터가 수평으로 나열된 2Y수평필터라인들이 복수 개 존재하며, 복수 개의 C필터 및 M필터가 번갈아 가면서 수평으로 나열된 2CM수평필터라인이 복수 개 존재하고,
    상기 복수 개의 1G수평필터라인과 상기 복수 개의 1RB수평필터라인은 수직방향으로 번갈아 가면서 배열되고,
    상기 복수 개의 2Y수평필터라인은 상기 복수 개의 1G수평필터라인과 가상의 동일한 라인 상에 배열되고, 상기 복수 개의 2CM수평필터라인은 상기 복수 개의 1RB수평필터라인과 가상의 동일한 라인 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  9. 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 상기 제1형 포토다이오드들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이를 구비하는 이미지센서에 있어서,
    R필터, G필터 및 B필터가 각각 커버하는 파장범위를 적어도 2개의 범위로 구분하고,
    상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 R필터가 커버하는 파장범위의 일부분을 커버하는 R1필터, G필터가 커버하는 파장범위의 일부분을 커버하는 G1필터 및 B필터가 커버하는 파장범위의 일부분을 커버하는 B1필터가 설치되며,
    상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 상기 R필터가 커버하는 파장범위 중 상기 R1필터가 커버하는 부분을 제외한 나머지 파장범위를 커버하는 R2필터, 상기 G필터가 커버하는 파장범위 중 상기 G1필터가 커버하는 부분을 제외한 나머지 파장범위를 커버하는 G2필터 및 상기 B필터가 커버하는 파장범위 중 상기 B1필터가 커버하는 부분을 제외한 나머지 파장범위를 커버하는 B2필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 R1필터, 상기 G1필터 및 상기 B1필터는 베이어 패턴(Bayer pattern)으로 설치되는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 G1필터 및 상기 G2필터를 더한 개수가 상기 R1필터, 상기 R2필터, 상기 B1필터 및 상기 B2필터를 더한 개수에 비해 2배인 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  12. 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 상기 제1형 포토다이오드들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이를 구비하는 이미지센서에 있어서,
    상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 R필터, G필터 및 B필터가 설치되고,
    상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 적외선 필터가 설치되거나 어떠한 칼라필터도 설치되지 않는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  13. 2차원적으로 배열된 복수 개의 제1형 포토다이오드들, 상기 제1형 포토다이오드들 사이에 배치된 복수 개의 제2형 포토다이오드들 및 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2포토다이오드들 사이에 설치되어 상기 제1형 포토다이오드들 및 상기 제2형 포토다이오드들로부터 감지된 영상신호를 처리하는 복수 개의 영상신호 변환회로들을 구비하며, 상기 제1형 포토다이오드들의 면적은 상기 제2형 포토다이오드들의 면적에 비해 넓은 것을 특징으로 하는 다이내믹 레인지가 넓은 픽셀어레이를 구비하는 이미지센서에 있어서,
    상기 제1형 포토다이오드의 상부에는 R필터, G필터 및 B필터 중 2개의 칼라필터가 설치되고,
    상기 제2형 포토다이오드의 상부에는 적외선 필터가 설치되거나 어떠한 칼라필터도 설치되지 않는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
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