KR101840154B1 - 이미지 센서 및 열 적외선 센서를 갖는 이미지 캡처링 디바이스와 이미지 캡처링 디바이스를 갖는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가시 스펙트럼 범위의 광을 캡처링해서 사진 이미지 데이터를 제공하도록 형성되는 이미지 센서(2)를 포함하고, 원적외선 범위의 열 방사를 캡처링해서 열화상 이미지 데이터를 제공하도록 형성되는 열 적외선 센서(3)를 포함하는 이미지 캡처링 디바이스(1)에 관한 것으로서, 여기서, 이미지 센서(2) 및 열 적외선 센서(3)는 공통 칩 패키지(4) 내에 집적된다.

Description

이미지 센서 및 열 적외선 센서를 갖는 이미지 캡처링 디바이스와 이미지 캡처링 디바이스를 갖는 자동차{IMAGE CAPTURING DEVICE WITH AN IMAGE SENSOR AND A THERMAL INFRARED SENSOR AS WELL AS MOTOR VEHICLE WITH AN IMAGE CAPTURING DEVICE}
본 발명은 이미지 센서 및 열 적외선 센서를 포함하는 차량용의 이미지 캡처링 디바이스(image capturing device)에 관한 것이다. 이미지 센서는 가시 스펙트럼 범위의 광을 캡처링해서 사진 이미지 데이터를 제공하도록 형성된다. 한편, 적외선 센서는 원적외선 범위의 열 방사(thermal radiation)를 캡처링해서 열 감지 이미지 데이터를 제공하도록 형성된다. 또한, 본 발명은 이러한 이미지 캡처링 디바이스를 갖는 자동차에 관한 것이다.
자동차용의 전방 카메라는 이미 선행 기술이다. 이러한 전방 카메라는 예를 들어 LDW(Lane Departure Warning : 차선 이탈 경고) 응용, ACC(Adaptive Cruise Control : 적응식 정속주행 제어) 응용, AEC(Automatic Emergency Control : 자동 비상 제어) 응용 등과 같은 다양한 응용의 첨단 운전자 지원 시스템에서 일반적으로 사용된다. 일반적으로, 전방 카메라는 가시 스펙트럼 범위의 광을 캡처링해서 사진 이미지 데이터를 제공할 수 있는 컬러 감응 이미지 센서(color-sensitive image sensor)(예를 들어, CMOS)를 포함한다. 여기서, 전방 카메라는 전형적으로 전면창(windshield)의 뒤쪽에 배치되어 가시 광이 전면창을 통해 캡처링되도록 한다. 일반적으로, 전방 카메라는 VGA 해상도 또는 1.3 메가픽셀(megapixel)의 해상도를 갖는다.
또한, 원적외선 범위의 열 방사를 검출할 수 있는 열 적외선 센서를 가진 야간 촬상 카메라(night vision cameras )도 자동차에서 사용된다. 전면창의 재료는 적외선을 감쇠시키기 때문에, 야간 촬상 카메라는 자동차의 실외에 예를 들어 전방 범퍼 등에 배치된다. 이러한 적외선 센서는 전형적으로 QVGA 해상도를 갖는다. MEMS 센서를 활용하고 진공 격리가 필요하기 때문에, 야간 촬상 카메라는 통상적인 CMOS 이미지 센서를 갖는 전방 카메라에 비해 상대적으로 고가이다.
통상적인 이미지 센서를 포함하고 있는 전방 카메라 및 열 적외선 센서를 포함하고 있는 야간 촬상 카메라를 갖는 자동차는 예를 들어 미국특허 제7,786,898호로부터 알려져 있다. 전방 카메라는 자동차 실내의 전면창 상에 배치되는 반면에, 야간 촬상 카메라는 실외에 배치된다.
독일특허공개 제10 2013 000 260 A1호에서는, 서로 다른 스펙트럼 범위에 감응하는 두 개의 다른 이미지 센서를 설명하고 있다. 이들 이미지 센서는 서로 인접하게 배치된다.
통상적인 전방 카메라 및 야간 촬상 카메라를 사용하면, 사진 이미지 및 열화상 이미지(thermographic image)는 서로 조합될 수 있다. 따라서, 열화상 이미지 데이터 및 사진 이미지 데이터의 양자를 기반으로 하는 이미지들이 제공될 수 있다. 그러나, 두 대의 개별 카메라를 사용하면, 두 개의 서로 다른 부품을 자동차에 장착해야만 하므로, 비교적 불리한 점이 있다. 두 대의 카메라는, 한편으로는 자동차의 제조 비용을 증가시키고, 다른 한편으로는 두 대 카메라의 설치 공간도 비교적 많이 필요로 하므로, 자동차에서 제한적으로만 이용될 수 있다. 그러나, 결정적인 단점은, 한편으로는 실외에 그리고 다른 한편으로는 실내에 카메라들을 달리 배치함으로 인해서 예를 들어 스테레오 이미지와 같은 조합된 이미지를 제한적으로만 제공할 수 밖에 없다는 것이다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 비해 개선된 초기에 언급한 유형의 이미지 캡처링 디바이스 및 이러한 이미지 캡처링 디바이스를 갖는 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 각각의 독립항에 따른 특징들을 갖는 이미지 캡처링 디바이스 및 자동차에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들이 본 발명의 종속항, 상세설명 및 도면의 주제이다.
본 발명에 따른 이미지 캡처링 디바이스는 자동차 상에 그리고/또는 자동차 내에 설치하기 위한 것으로서, 이미지 센서 및 열 적외선 센서를 포함한다. 이미지 센서는 (인간의) 가시 스펙트럼 범위의 광을 캡처링해서 사진 이미지 데이터를 제공하도록 형성된다. 한편, 적외선 센서는 이미지 센서와는 다른 센서로서, 이 적외선 센서는 원적외선 범위(특히, 3㎛보다 큰 파장)의 열 방사를 캡처링해서 열화상 이미지 데이터를 제공하도록 형성된다. 본 발명에 따르면, 이미지 센서 및 열 적외선 센서는 공통 칩 패키지 내에 집적된다.
본 발명에 따르면, 이미지 센서 및 열 적외선 센서는 공통 칩 패키지의 도움에 의해 집합적으로 수납된다. 따라서, 이미지 캡처링 디바이스는 칩 패키지와 함께 단일 부품의 형태로 제공되는데, 칩 패키지로부터는 전기 접속 요소들이 나오며, 이들 전기 접속 요소를 통해서 이미지 데이터가 출력될 수 있고 또한 본 발명의 집적 이미지 캡처링 디바이스가 예를 들어 회로 기판에 결합될 수 있다. 이미지 센서와 열 적외선 센서는 서로 특정 간격을 두고 인접하게 배치되므로, 많은 노력을 들이지 않고서도 열화상 이미지 데이터 및 사진 이미지 데이터의 양자를 기반으로 하는 조합된 이미지를 제공할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 스테레오 이미지를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 두 대의 개별 카메라를 더 이상 자동차 상에 장착할 필요가 없으며, 오히려 이제는 단일 부품을 장착하면 되기 때문에, 한편으로는 설치 공간이 절약될 수 있고 다른 한편으로는 비용이 절감될 수 있다. 이미지 캡처링 디바이스는 차량 전방 상에 예를 들어 전방 범퍼 상에 장착될 수 있다.
바람직하게는, CSP(Chip Scale Package : 칩 스케일 패키지) 또는 TSV(Through-Silicon Via : 스루-실리콘 비아) 패키지가 공통 칩 패키지로서 사용된다. 따라서, 반도체 회로에 대해서도 사용되는 표준 패키지 유형이 사용될 수 있다.
이미지 센서 및 열 적외선 센서를 칩 패키지 내의 공통 기판 상에 배치하면, 특히 유익한 것으로 입증되었다. 이렇게 하면, 이미지 캡처링 디바이스의 집적도가 더 향상된다. 따라서, 이미지 캡처링 디바이스가 특히 소형으로 제공될 수 있다. 추가적으로 공통 기판 상에 두 개의 센서를 배치하면, 두 개의 이미지 센서가 서로 아주 근접하게 배치되므로 원하지 않은 광학적 효과를 회피할 수 있다는 장점이 있다.
바람직하게는, 이미지 센서 및 열 적외선 센서는 제각기의 캡처링 면을 갖는데, 이들 캡처링 면을 통해 가시 광 및 열 방사가 제각기 캡처된다. 이것의 의미는, 이미지 센서가 갖는 캡처링 면을 통해서는 가시 광이 캡처링되고, 열 적외선 센서가 갖는 캡처링 면을 통해서는 열 방사가 캡처링된다는 것이다. 여기서, 이미지 센서 및 열 적외선 센서는 캡처링 면들이 공통 기판에 대향하도록 공통 기판 상에 배치된다. 여기서, 공통 기판은 가시 광 및 열 방사의 양자에 대해 투명한 재료로 만들어진다. 이 재료는 유리 및/또는 세라믹을 포함할 수 있다. 따라서, 가시 광 및 열 방사는 공통 기판을 통해 캡처링된다. 이와 같이 센서를 배치하면, 마이크로 렌즈들을 예를 들어 기판의 양면 상에 제공할 수 있다는 장점이 있다.
바람직하게는, 전기 접촉 패드들이 공통 기판 상에 제공되는데, 이들 전기 접촉 패드에는 이미지 센서 및 열 적외선 센서가 전기적으로 결합되어 제각기의 이미지 데이터가 전송되도록 한다. 이들 접촉 패드는 제각기의 접속 요소들에 결합될 수 있는데, 이들 접속 요소는 칩 패키지로부터 나와서 이미지 캡처링 디바이스를 별도의 회로 기판에 접속시키는 역할을 한다.
바람직하게는, 이미지 센서 및/또는 열 적외선 센서용의 적어도 하나의 마이크로 렌즈, 특히, WLO (Wafer Level Optics : 웨이퍼 레벨 광학) 요소가 칩 패키지 내에 집적된다. 이러한 마이크로 렌즈들은 통상적인 렌즈보다 상당히 더 소형으로서 이미지 캡처링 디바이스의 높이가 통상적인 카메라에 비해 감소될 수 있도록 한다. 따라서, 이미지 캡처링 디바이스와는 별도로 추가적인 광학 요소를 사용할 필요가 없다.
여기에서는, 바람직하게는, 이미지 센서 및 열 적외선 센서의 양자에 대해, 적어도 하나의 마이크로 렌즈, 특히, WLO가 칩 패키지 내에 제각기 집적된다. 여기에서, 마이크로 렌즈들은 이미지 센서 및 열 적외선 센서로부터 먼 쪽에 있는 공통 기판의 면 상에 배치될 수 있다.
이미지 센서는 예를 들어 CMOS 센서 또는 다른 CCD 센서일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 이미지 캡처링 디바이스를 갖는 자동차, 특히, 승용차에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 특징들은 청구항, 도면 및 도면 설명으로부터 명백하다. 전술한 모든 특징 및 이들 특징의 조합과 도면의 설명에서 후술하고/하거나 도면에만 도시하는 특징들 및 이들 특징의 조합은 제각기 특정된 조합 뿐만 아니라 다른 조합 또는 조합들에서 사용될 수 있다.
이하, 본 발명은 바람직한 실시형태에 기초를 두고 또한 첨부 도면을 참조해서 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 이미지 캡처링 디바이스의 개략적인 단면도,
도 2는 이미지 센서 및 열 적외선 센서를 가진 기판의 개략적인 평면도.
도 1에 도시된 이미지 캡처링 디바이스(1)는 자동차에서 이용되도록 형성된다. 이미지 캡처링 디바이스(1)는 차량 전방에, 예를 들어, 전방 범퍼에 장착될 수 있다. 이미지 캡처링 디바이스(1)는 이미지 센서(2) 및 열 적외선 센서(3)를 포함하는데, 이들 센서는 공통 칩 패키지(4) 내에 수용된다. 이미지 센서(2)는 예를 들어 CMOS 센서 또는 CCD이다. 이미지 센서(2)는 (예를 들어 300㎚ 내지 900㎚의 파장을 갖는) 가시 스펙트럼 범위의 광을 캡처링해서 그 캡처링된 가시 광에 의존하는 사진 이미지 데이터를 제공한다. 이와 비교해서, 열 적외선 센서(3)는 (예를 들어 3㎛ 내지 15㎛의 파장을 갖는) 원 적외선 범위의 열 방사를 캡처링해서 그 캡처링된 열 방사에 의존하는 열화상 이미지 데이터를 제공하도록 형성된다.
본 실시형태에서, 공통 칩 패키지(4)는 CSP(Chip Scale Package : 칩 스케일 패키지) 또는 TSV(Through-Silicon Via : 스루-실리콘 비아) 패키지이다. 이미지 센서(2) 및 적외선 센서(3)용의 공통 기판(5)이 제공되는데, 공통 기판(5)은 가시 광 및 적외선 방사에 대해 투명하다. 공통 기판(5)은 이미지 센서(2) 및 적외선 센서(3)용의 캐리어를 제공한다. 기판(5)의 재료로서는 세라믹 및/또는 유리가 사용될 수 있다.
이미지 센서(2) 및 적외선 센서(3)는 기판(5)의 후면에 배치된다. 이미지 센서(2) 및 적외선 센서(3)는 제각기의 캡처링 면(13, 14)을 갖는데, 이들 제각기의 캡처링 면을 통해 가시 광 및 열 방사가 제각기 캡처링된다. 캡처링 면(13, 14)은 기판(5)에 대향하며 특히 후면(6)과는 맞대고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이미지 센서(2) 및 적외선 센서(3)의 평면도로서, 이 도면은 개략적인 것이며 일정한 비율로 도시한 것은 아니다. 도 2로부터 명백하듯이, 기판(5) 상에는 전기 접촉 패드(7)들이 배치될 수 있는데, 이들 전기 접촉 패드(7)에는 한편으로는 이미지 센서(2)가 전기적으로 결합되고 다른 한편으로는 열 적외선 센서(3)가 전기적으로 결합된다. 이들 전기 접촉 패드(7)에는 접속 요소(도시 안됨)들도 결합될 수 있는데, 접속 요소들은 칩 패키지(4)로부터 나오며 이들 접속 요소를 통해서 이미지 데이터가 출력될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 칩 패키지(4) 내에는 이미지 센서(2)용의 또한 적외선 센서(3)용의 마이크로 렌즈(8, 9)들이 집적된다. 마이크로 렌즈(8, 9)는 WLO(웨이퍼 레벨 광학) 요소이다. 마이크로 렌즈(8, 9)는 센서(2, 3)로부터 먼 쪽에 있는 기판(5)의 전면(10) 상에 배치된다. 가시 광은 마이크로 렌즈(8)를 통해 또한 기판(5) 재료를 통해 그리고 이미지 센서(2)의 캡처링 면(13)을 통해서 캡처링되는데, 여기서 입사 광의 방향은 도 1에서 도면부호(11)로 표기된다. 이에 상응하여, 적외선 센서(3)는 열 방사를 마이크로 렌즈(9)를 통해 또한 기판(5) 재료를 통해 그리고 캡처링 면(14)을 통해서 캡처링되는데, 여기서, 열 방사의 입사 방향은 도면부호(12)로 표기된다.
도 1에서는, 마이크로 렌즈(8, 9)들이 두 개의 층으로 도시된다. 그러나, 이들 층의 수는 임의적인 것으로서 예를 들어 1개 내지 4개의 범위일 수 있다. 여기서, 마이크로 렌즈(8)는 가시 광에 특히 적합한 재료로 형성된다.
이에 상응하여, 마이크로 렌즈(9)는 열 방사에 특히 적합한 재료로 형성된다.

Claims (9)

  1. 가시 스펙트럼 범위의 광을 캡처링해서 사진 이미지 데이터를 제공하도록 형성되는 이미지 센서(2)와,
    원적외선 범위의 열 방사를 캡처링해서 열화상 이미지 데이터를 제공하도록 형성되는 열 적외선 센서(3)를 포함하는 자동차용의 이미지 캡처링 디바이스(1)에 있어서,
    상기 이미지 센서(2) 및 상기 열 적외선 센서(3)는 공통 칩 패키지(4) 내에 집적되고,
    상기 이미지 센서(2) 및 상기 열 적외선 센서(3)는 상기 칩 패키지(4) 내의 공통 기판 (5)의 일측면 상에 배치되고,
    상기 이미지 센서(2) 및 상기 열 적외선 센서(3)는 제각기의 캡처링 면(13, 14)을 갖고, 상기 제각기의 캡처링 면(13, 14)을 통해서는 상기 가시 광 및 상기 열 방사가 제각기 캡처링되며, 상기 캡처링 면(13, 14)은 상기 공통 기판(5)에 대향하며, 상기 공통 기판(5)은 상기 가시 광 및 상기 적외선 방사의 양자를 투과하는 재료로 형성되고,
    상기 이미지 센서(2)를 위한 제 1 마이크로 렌즈(8) 및 상기 열 적외선 센서(3)를 위한 제 2 마이크로 렌즈(9)는 상기 공통 기판(5)의 다른 일측면 상에 배치되며 상기 칩 패키지(4) 내에 집적되고,
    상기 공통 기판(5) 상에는 전기 접촉 패드(7)들이 제공되며, 상기 전기 접촉 패드(7)에는 상기 이미지 센서(2) 및 상기 열 적외선 센서(3)가 전기적으로 결합되어 제각기의 이미지 데이터가 전송되도록 하는 것을 특징으로 하는
    이미지 캡처링 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공통 칩 패키지(4)는 CSP 또는 TSV 패키지인 것을 특징으로 하는
    이미지 캡처링 디바이스.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 이미지 센서(2)는 CMOS 이미지 센서 또는 CCD 이미지 센서로서 형성되는 것을 특징으로 하는
    이미지 캡처링 디바이스.
  9. 제1항 또는 제2항에 기재된 이미지 캡처링 디바이스(1)를 갖는
    자동차.
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