カメラモジュール
【課題】 広域逆光補正機能を持ち、小型化されたカメラモジュールを提供する。
【解決手段】 入射される光を集光する複数のレンズを備えるレンズ部と、各レンズの領域に対応する複数のフィルタリング領域を持つフィルタ部と、各フィルタリング領域を通過した光を電気信号に変換する複数のセンシング領域を持つイメージセンサー部とを備える。フィルタリング領域は、相異なる色相のカラーフィルタが形成された第１フィルタリング領域と、カラーフィルタより高い透過度を持つ第２フィルタリング領域とに区分される。
【解決手段】 入射される光を集光する複数のレンズを備えるレンズ部と、各レンズの領域に対応する複数のフィルタリング領域を持つフィルタ部と、各フィルタリング領域を通過した光を電気信号に変換する複数のセンシング領域を持つイメージセンサー部とを備える。フィルタリング領域は、相異なる色相のカラーフィルタが形成された第１フィルタリング領域と、カラーフィルタより高い透過度を持つ第２フィルタリング領域とに区分される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラモジュールに係り、より詳細には広域逆光補正機能を持ち、小型化されたカメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ、カメラホンのように高解像度のカメラモジュールを含むデジタル装置の普及が広がっている。カメラモジュールは、一般的にレンズ及びイメージセンサーを備えて構成される。ここで、レンズは、被写体で反射された光を集める役割を行い、イメージセンサーは、レンズにより集められた光を検知して電気的な映像信号に変換する役割を行う。イメージセンサーは、撮像管と固体イメージセンサーとに大別され、固体イメージセンサーの代表的な例として、電荷結合素子（ＣＣＤ）、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）を例として挙げることができる。
【０００３】
図１は、従来カメラモジュールの原理を説明するための図面である。
カメラモジュールでは、口径比が大きいほど明るい像を得ることができ、Ｆ数（Ｆ／＃）が大きいほど鮮明できれいな像を得ることができる。ここで、口径比は、レンズの口径Ｄを焦点距離ｆで割った値、すなわち、Ｄ／ｆを意味するものであって、像の輝度は口径比の自乗に比例する。これに比べてＦ数は、口径比の逆数、すなわち、ｆ／Ｄを意味する。Ｆ数が大きいほどカメラモジュールのイメージセンサーに到達する単位面積当たり光量は減少し、Ｆ数が小さいほどイメージセンサーに到達する単位面積当たり光量は増加して明るい映像を得る。
【０００４】
図１に示したように、レンズの口径が大きいほど解像度が高くなる長所があるが、物体の像が結ばれるための焦点距離が長くなるので、カメラモジュールの小型化に限界がある。
【０００５】
一方、従来には広域逆光補正（Ｗｉｄｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ；ＷＤＲ）された映像を具現するための研究が持続的に進行しつつある。ＷＤＲとは、一般的な逆光補正より発展された技術であって、照明の明るい所や暗い所を撮影する時にも人の目で見るような映像を得ることができる。
【０００６】
このために従来には、イメージセンサー上に低感度センシング領域及び低感度センシング領域に比べて光に敏感な高感度センシング領域を別途に具現し、さらに多くの光を感知できるようにセンシング領域の構造を変更する技術が提示されている。
【０００７】
しかし、従来技術によれば、センシング領域の構造が複雑なだけでなく、センシング領域の構造変更による新たな工程技術が要求されるという問題がある。
【０００８】
これにより、いろいろな発明（例えば、特許文献１）が提示されたが、前述した問題は依然として解決できない。
【特許文献１】韓国公開特許第２００３−００８４３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記した問題点に鑑みてなされたものであり、新たな工程技術なしにもＷＤＲ機能を持ち、小型化されたカメラモジュールを提供するところにその目的がある。
【００１０】
本発明の目的は、以上で言及した目的に制限されず、言及されていない他の目的は下の記載から当業者に明確に理解されうる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の一実施形態によるカメラモジュールは、入射される光を集光する複数のレンズを備えるレンズ部と、前記各レンズの領域に対応する複数のフィルタリング領域を持つフィルタ部と、前記各フィルタリング領域を通過した光を電気信号に変換する複数のセンシング領域を持つイメージセンサー部と、を備えるが、前記フィルタリング領域は、相異なる色相のカラーフィルタが形成された第１フィルタリング領域と、前記カラーフィルタより高い透過度を持つ第２フィルタリング領域とに区分される。
また、前記目的を達成するために、本発明の他の実施例によるカメラモジュールは、入射される光を集光する相異なる色相の複数のレンズを備えるレンズ部と、前記各レンズを通過した光を電気信号に変換する複数のセンシング領域を持つイメージセンサー部と、を備える。
その他の実施例の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるカメラモジュールによれば、次のような効果が一つあるいはそれ以上ある。
相異なる透過度を持つカラーフィルタを使用することによって、新たな工程技術なしにイメージセンサー部に高感度センシング領域及び低感度センシング領域を同時に具現できる。
【００１３】
カメラモジュールが小型化されるので、カメラモジュールが装着されるデジタル機器の設計自由度を増加させうる。
【００１４】
イメージセンサーの内部にカラーフィルタ層及びカラーフィルタ層を平坦化するための平坦層が形成されていないので、マイクロレンズとフォトダイオードとの間隔が狭くなり、平坦層の厚さによる光損失及び信号干渉現象を減少させうる。
【００１５】
カラーフィルタをイメージセンサー上に形成せずに、別途の基板に形成することによって、イメージセンサーの生産工程を単純化させることができ、イメージセンサー上にカラーフィルタをパターニングする工程が省略されるので、カラーフィルタ層の形成に使われるインクを節約できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の利点及び特徴、そしてこれを達成する方法は添付された図面に基づいて詳細に後述されている実施例を参照すれば明確になる。
【００１７】
しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されるものではなく、この実施例から外れて多様な形に具現でき、本明細書で説明する実施例は本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で当業者に発明の範ちゅうを完全に報せるために提供されるものであり、本発明は請求項及び発明の詳細な説明により定義されるだけである。一方、明細書全体に亙って同一な参照符号は同一な構成要素を示す。
【００１８】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態によるカメラモジュールを説明する。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態によるカメラモジュール２００を示す斜視図である。図示されたカメラモジュール２００は、レンズ部３００、フィルタ部４００及びイメージセンサー部５００を備える。
【００２０】
レンズ部３００は、入射される光を集光する複数のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０を備えることができる。ここで、レンズの数は制限されず、複数のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０は、同一平面上に多様な形態に配置されうる。例えば、複数のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０は、横方向または縦方向に一列に配置されるか、横×縦の行列形態に配置されうる。以下、本明細書では説明の便宜上、レンズ部３００が４個のレンズを備え、横×縦２×２の形態に配置された場合を実施形態として説明する。
【００２１】
フィルタ部４００は、複数のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０により集光された光をフィルタリングして元来の基本色に具現する役割を行う。このためにフィルタ部４００は、複数のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０に対応し、相異なる色相のカラーフィルタが形成される複数のサブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０で形成されることが望ましい。例えば、前述したように、レンズ部３００が２×２の行列形態に配置された４個のレンズを備える場合、フィルタ部４００は、２×２の行列形態に配置された第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０、第３サブフィルタリング領域４３０及び第４サブフィルタリング領域４４０を持つ。
【００２２】
また、フィルタリング領域は、各サブフィルタリング領域に形成されるカラーフィルタの透過度によって第１フィルタリング領域４１０、４２０、４３０と第２フィルタリング領域４４０とに区分されうる。この時、第１フィルタリング領域は、複数のサブフィルタリング領域を備えることができる。これに比べて、第２フィルタリング領域は単一サブフィルタリング領域を備えることができる。
【００２３】
本発明の実施形態によって、第２フィルタリング領域に該当するサブフィルタリング領域には、第１フィルタリング領域に該当するサブフィルタリング領域に形成されたカラーフィルタに比べて透過度の高いカラーフィルタが形成されることが望ましい。例えば、第１フィルタリング領域４１０、４２０、４３０に含まれる第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０及び第３サブフィルタリング領域４３０にはそれぞれ赤色、緑色及び青色カラーフィルタが形成され、第２フィルタリング領域に含まれる第４サブフィルタリング領域４４０には、赤色、緑色及び青色に比べて透過度の高い色、例えば、灰色カラーフィルタが形成されることが望ましい。前述した例で、それぞれのカラーフィルタは青色、赤色及び緑色の順序に透過度が高くなり、灰色カラーフィルタは緑色カラーフィルタよりさらに高い透過度を持つ。
【００２４】
他の実施形態によって、第４サブフィルタリング領域には灰色以外のカラーフィルタが形成されることもある。例えば、白色（ｗｈｉｔｅ； ｎｏ ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ）、黄色、シアン及びマゼンタのうちいずれか一つの色を持つカラーフィルタが形成されうる。しかし、第４サブフィルタリング領域に形成されるカラーフィルタの色は、前述した例に限定されるものではなく、第１フィルタリング領域のサブフィルタリング領域に形成されたカラーフィルタに比べて高い透過度を持つカラーフィルタならば、本発明の範ちゅうに属すると見られる。
【００２５】
各サブフィルタリング領域にこのようにカラーフィルタが形成されれば、各サブフィルタリング領域を通過する光量に差が発生する。これは、すなわち、後述するイメージセンサー部５００の各サブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０に到達する光量に差が発生することを意味し、イメージセンサー部５００に高感度センシング機能及び低感度センシング機能が同時に具現されうるということを意味する。
【００２６】
さらに具体的に、イメージセンサー部５００のセンシング領域は、複数のサブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０にそれぞれ対応する複数のサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０に区分されうる。ところが、複数のサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０のうち、第２フィルタリング領域に含まれたサブフィルタリング領域と対応するサブセンシング領域に到達する光量は、第１フィルタリング領域４１０、４２０、４３０に含まれたサブフィルタリング領域と対応するサブセンシング領域に到達する光量より多い。したがって、第２フィルタリング領域に含まれたサブフィルタリング領域と対応するサブセンシング領域は、第１フィルタリング領域４１０、４２０、４３０に含まれたサブフィルタリング領域と対応するサブセンシング領域に比べて相対的に高感度センシング機能を持つといえる。
【００２７】
さらに具体的に、前述した例によれば、イメージセンサー部５００のセンシング領域は、第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０、第３サブフィルタリング領域４３０及び第４サブフィルタリング領域４４０にそれぞれ対応する第１サブセンシング領域５１０、第２サブセンシング領域５２０、第３サブセンシング領域５３０及び第４サブセンシング領域５４０に区分できる。この時、第４サブセンシング領域５４０に到達する光量は、第１サブセンシング領域５１０に到達する光量より多い。なぜなら、第４サブセンシング領域５４０に対応する第４サブフィルタリング領域４４０には灰色カラーフィルタが形成されており、第１サブセンシング領域５１０に対応する第１サブフィルタリング領域４１０には灰色カラーフィルタより透過度の低い赤色カラーフィルタが形成されているためである。したがって、第４サブセンシング領域５４０は、第１サブセンシング領域５１０に比べて相対的に高感度センシング機能を持つ。これと同様に、第２サブセンシング領域５２０及び第３サブセンシング領域５３０にそれぞれ到達する光量は、第４サブセンシング領域５４０に到達する光量より少ないために、第４サブセンシング領域５４０に比べて低感度センシング機能を持つと見られる。
【００２８】
前記のような構成要素に加えて、フィルタ部４００は所定波長の光、例えば、赤外線を遮断するための赤外線遮断フィルタ４６０を選択的に備えることができる。この時、赤外線遮断フィルタ４６０は、イメージセンサーに到達する赤外線を遮断して、可視光線領域のイメージ情報がき損されることを防止する役割を行う。すなわち、イメージセンサーの感度は赤外線にも反応するが、赤外線遮断フィルタ４６０を使用すれば、赤外線が遮断されるので、可視光線領域のイメージ情報がき損されることを防止できる。従来イメージセンサーの構造によれば、カラーフィルタと赤外線遮断フィルタとを統合して具現できないが、本発明によれば、カラーフィルタ４７０と赤外線遮断フィルタ４６０とを統合して製作できる。
【００２９】
赤外線遮断フィルタ４６０は、基板４５０とカラーフィルタ層４７０との間に形成されるか、カラーフィルタ層４７０の上部に設置されうる。または、基板４５０の一面にカラーフィルタ層４７０が形成された場合、赤外線遮断フィルタ４６０は、基板４５０の他面に形成されることもある。図３Ａないし図３Ｃは、図２のIII−III’線に沿って切開した断面図を図示したものであり、カラーフィルタ及び赤外線遮断フィルタ４６０の形成位置についての多様な実施形態を示している。図３Ａは、基板４５０の一面に赤外線遮断フィルタ４６０及びカラーフィルタが順に形成された態様を示しており、図３Ｂは、基板４５０の一面にカラーフィルタ及び赤外線遮断フィルタ４６０が順に形成された態様を示している。これに比べて、図３Ｃは、基板４５０の一面にはカラーフィルタが形成されており、基板４５０の他面には赤外線遮断フィルタ４６０が形成されている態様を示している。
【００３０】
一方、前述したフィルタ部４００は、相異なる色のカラーフィルタが形成された複数の基板をそれぞれ多数のサブ基板に分割した後、相異なる色のカラーフィルタを持つサブ基板を組み合わせる工程を経て生成されうる。図４は、フィルタ部４００の生成工程を図示した平面図である。例えば、図３Ｃに示したような構造のフィルタ部４００を生成するためには、まず、第１、第２、第３及び第４基板の一面に赤外線遮断フィルタ４６０層を形成する。その後、各基板の他面にそれぞれ赤色カラーフィルタ４７０Ｒ、緑色カラーフィルタ４７０Ｇ、青色及び灰色カラーフィルタを塗布してカラーフィルタ層４７０を形成する。この後、各基板を４等分して、４個のサブ基板に分離する。そして、相異なる色のカラーフィルタが形成されたサブ基板をそれぞれ組み合わせる。前述したような工程によれば、カラーフィルタのパターニング工程が省略されるので、カラーフィルタの形成に使われるインクを節約できる効果がある。
【００３１】
一方、イメージセンサー部５００は、各サブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０を通過した光を感知して、電気信号に変換する役割を行う。このために、イメージセンサー部５００は、各サブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０を通過した光を感知する光感知部（図示せず）及び光感知部により感知された光を電気的な信号に変換してデータ化する回路部（図示せず）を備えて構成される。
【００３２】
ここで、図５を参照してイメージセンサー部５００についてさらに具体的に説明する。図５は、イメージセンサー部５００の単位ピクセルについての断面図である。
【００３３】
図５を参照すれば、基板５５０上には受光素子５６０、例えば、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ；ＰＤ）が形成される。この時、受光素子５６０の間にはそれぞれ素子分離膜５７０ａ、５７０ｂが形成される。
【００３４】
受光素子５６０の上部には、回路部を形成するための金属配線層５９０が形成される。この時、受光素子５６０と金属配線層５９０との間には絶縁層（ＩＭＤ；Ｉｎｔｅｒ−Ｍｅｔａｌ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）５８０ａが形成され、金属配線層５９０は、受光素子５６０に入射される光の経路を遮断しないように設計されることが望ましい。図５は、一層の金属配線層５９０が形成されている態様を図示しているが、金属配線層５９０は、場合によって複数の層で形成されてもよい。この時、各金属配線層５９０は、各金属配線層を絶縁するための絶縁層５８０ｂが形成される。
【００３５】
絶縁層５８０ｂの最上部には受光素子５６０の光感度を増加させるためのマイクロレンズ（Ｍｉｃｒｏ Ｌｅｎｓ；ＭＬ）５９５が形成される。一般的に、受光素子５６０は、単位ピクセル領域の全域を占めるものではなく、単位ピクセルのうち一定部分のみを占める。したがって、ピクセル領域で受光素子５６０が占める面積を表す比率が１より小さな値を持つようになり、これは入射光の一部が損失されることを意味する。ところが、絶縁層５８０ｂの最上部にマイクロレンズ５９５を形成すれば、入射される光がマイクロレンズ５９５により集光されるために、受光素子５６０に収束される光量を増加させうる。
【００３６】
また、前述した形態のイメージセンサー部５００は、従来技術に比べて、カラーフィルタ層４７０及びカラーフィルタ層４７０を平坦化するための平坦層（図６Ｂ参照）が形成されていないので、光損失及び信号干渉が減少する。さらに具体的な説明のために、図６Ａ及び図６Ｂを参照する。
【００３７】
図６Ａ及び図６Ｂは、マイクロレンズ５９５に傾いて入射する光の収束程度をマイクロレンズ５９５と受光素子５６０との距離によって示す図面である。ここで、図６Ａは、本発明の実施形態によるイメージセンサーで単位ピクセルの断面図を図示したものであり、図６Ｂは、従来技術によるイメージセンサーで単位ピクセルの断面図を図示したものである。
【００３８】
図６Ｂを参照すれば、一般的に、マイクロレンズ５９５の焦点の位置は受光素子５６０の位置に固定されるが、この場合、マイクロレンズ５９５に垂直に入射される光は受光素子５６０にいずれも収束される。しかし、マイクロレンズ５９５に一定角度で傾いて入射される光は、該当ピクセルの受光素子５６０にすべて収束されずに損失されるか、隣接したピクセルの受光素子５６０に入射されて信号干渉を誘発する。ところが、本発明のように、カラーフィルタ層４７０及び平坦化層が除去されれば、マイクロレンズ５９５と受光素子５６０との間隔が狭くなるので、図６Ａに示したように、マイクロレンズ５９５に一定角度で傾いて入射される光も該当ピクセルの受光素子５６０に収束される。したがって、隣接したピクセルの受光素子５６０に入射される光量は減少し、信号干渉も減少する。
【００３９】
前述したような構造のピクセルは、複数が集まってセンシング領域を形成する。ここでセンシング領域は、前述したフィルタ部４００の各サブフィルタリング領域に対応する複数のサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０に区分されうる。すなわち、前述した例によれば、イメージセンサー部５００のセンシング領域は、第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０、第３サブフィルタリング領域４３０及び第４サブフィルタリング領域４４０にそれぞれ対応する第１サブセンシング領域５１０、第２サブセンシング領域５２０、第３サブセンシング領域５３０及び第４サブセンシング領域５４０に区分されうる。この時、第１サブセンシング領域５１０、第２サブセンシング領域５２０、第３サブセンシング領域５３０及び第４サブセンシング領域５４０は、それぞれ赤色、緑色、青色及び灰色カラーフィルタを通過した光を感知する。
【００４０】
このように複数のサブセンシング領域に区分されたセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０は、光感度によって低感度センシング領域と高感度センシング領域とに区分されうる。この時、低感度センシング領域と高感度センシング領域とは、各サブセンシング領域に到達する光量によって区分される。ところが、各サブセンシング領域に到達する光量は、各サブセンシング領域と対応するサブフィルタリング領域に形成されているカラーフィルタによって変わる。したがって、カラーフィルタの透過度によって第１フィルタリング領域と第２フィルタリング領域とに区分されたフィルタリング領域のうち、第１フィルタリング領域及び第２フィルタリング領域にそれぞれ対応するセンシング領域を低感度センシング領域と高感度センシング領域とに区分できる。
【００４１】
さらに具体的に、前述した例によれば、第１サブセンシング領域５１０、第２サブセンシング領域５２０及び第３サブセンシング領域５３０は低感度センシング領域に該当し、第４サブセンシング領域５４０は高感度センシング領域に該当する。なぜなら、第４サブフィルタリング領域４４０に形成された灰色カラーフィルタは、第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０及び第３サブフィルタリング領域４３０にそれぞれ形成された赤色、緑色及び青色カラーフィルタに比べて透過度が高くて、第４サブセンシング領域５４０に到達した光量が第１サブセンシング領域５１０、第２サブセンシング領域５２０及び第３サブセンシング領域５３０それぞれに到達した光量より多いためである。
【００４２】
このように、イメージセンサー部５００に高感度センシング領域及び低感度センシング領域が具現されれば、各センシング領域から得た輝度情報を利用してイメージを復元できるので、照度差の大きな環境でも鮮明な映像を具現できる。すなわち、ＷＤＲ機能を具現できる。
【００４３】
ここで、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、本発明の実施形態によるイメージ復元方法を説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の実施形態によるイメージ復元方法を説明するための図面であって、図７Ａは、カラー別に分離された複数の元イメージ５１１、５２１、５３１、５４１が獲得される過程を図示したものであり、図７Ｂは、図７Ａのカラー別に分離された複数の元イメージ５１１、５２１、５３１、５４１から最終イメージ７００が生成される過程を図示したものである。
【００４４】
説明の便宜上、フィルタ部４００の第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０、第３サブフィルタリング領域４３０及び第４サブフィルタリング領域４４０にはそれぞれ赤色、緑色、青色及び灰色フィルタが形成されていると仮定する。そして、イメージセンサー部５００のセンシング領域は、横×縦それぞれ８×８個のピクセルで構成され、それぞれのサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０は横×縦それぞれ４×４個のピクセルから構成されると仮定する。
【００４５】
まず、図７Ａを参照すれば、所定被写体１００で反射された光は、それぞれ４個のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０を通じて集光される。各レンズ３１０、３２０、３３０、３４０を通じて集光された光は、各レンズ３１０、３２０、３３０、３４０に対応するサブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０を透過する。この後、各サブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０を透過した光は、各サブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０に対応するサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０にそれぞれ収束される。その結果、それぞれのサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０を通じてカラー別に分離された元イメージを得ることができる。この時、それぞれのサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０を通じて獲得された元イメージは、全体センシング領域５１０、５２０、５３０、５４０が持つ解像度に比べて１／４に該当する解像度を持つ。
【００４６】
図７Ｂは、メモリー上に形成される中間イメージ６００がイメージセンサー部５００のセンシング領域と同じ数のピクセルから形成された場合を図示している。すなわち、中間イメージ６００が、横×縦それぞれ８×８個のピクセルからなる場合を図示している。
【００４７】
中間イメージ６００は、カラーフィルタの配列パターンに対応する多数のピクセルを含む多数のピクセルグループ６１０、６２０、６３０に区分されうる。例えば、横×縦それぞれ２×２個のピクセルを単位とする多数のピクセルグループ６１０、６２０、６３０に区分されうる。ここで、各ピクセルグループ６１０、６２０、６３０は、カラー情報及び輝度情報がマッピングされる主ピクセル６１１、６２１、６３１及び、主ピクセル６１１、６２１、６３１の周辺に位置し、情報を保有していないサブピクセル６１２、６２２に区分されうる。
【００４８】
主ピクセルの位置は、該当ピクセルグループで多様な位置に指定されうる。例えば、図７Ｂのように、２×２の各ピクセルグループで、最初行の最初列に該当する位置が主ピクセルの位置に指定されうる。他の例には、各ピクセルグループで、最初行の第２列に該当する位置が主ピクセルの位置に指定されることもある。
【００４９】
各ピクセルグループの主ピクセルは、３個のカラー情報及び２個の輝度情報を持つ。すなわち、各ピクセルグループの主ピクセルは、第１元イメージ５１１による赤色カラー情報、第２元イメージ５２１による緑色カラー情報、第３元イメージ５３１による青色カラー情報、第４サブセンシング領域５４０による輝度情報Ｙ’及び、３色のカラー情報から検出された輝度情報Ｙがマッピングされる。さらに具体的に、第１ピクセルグループ６１０の主ピクセル６１１は、第１元イメージ５１１で最初行の最初列に位置したピクセルが持つ赤色情報、第２元イメージ５２１で最初行の最初列に位置したピクセルが持つ緑色情報、第３元イメージ５３１で最初行の最初列に位置したピクセルが持つ青色情報、第４元イメージ５４１で最初行の最初列に位置したピクセルが持つ輝度情報及び、前記３個のカラー情報を基盤として検出された輝度情報がマッピングされる。これと同一に第２ピクセルグループ６２０の主ピクセル６２１は、第１元イメージ５１１で最初行の第２列に位置したピクセルが持つ赤色情報、第２元イメージ５２１で最初行の第２列に位置したピクセルが持つ緑色情報、第３元イメージ５３１で最初行の第２列に位置したピクセルが持つ青色情報、第４元イメージ５４１で最初行の第２列に位置したピクセルが持つ輝度情報及び、前記３個のカラー情報を基盤として検出された輝度情報がマッピングされる。
【００５０】
前述したように、各ピクセルグループ６１０、６２０、６３０の主ピクセル６１１、６２１、６３１にマッピングされた情報は、サブピクセルに記録されるカラー情報を復元するところに使われる。この時、各サブピクセルに記録されるカラー情報を復元する方法には、補間法が使われうる。さらに具体的に、第１ピクセルグループ６１０の主ピクセル６１１と第２ピクセルグループ６２０の主ピクセル６２１との間のサブピクセル６１２に記録される情報は、それぞれの主ピクセル６１１、６２１が保有した情報を基盤として復元されうる。同様に、第２ピクセルグループ６２０の主ピクセル６２１と第３ピクセルグループ６３０の主ピクセル６３１との間のサブピクセル６２２に記録される情報は、それぞれの主ピクセル６２１、６３１が保有した情報を基盤として復元されうる。
【００５１】
前述した復元過程を経れば、各サブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０を通じて得られた低解像度（すなわち、サブセンシング領域の解像度）のカラー別元イメージ５１１、５２１、５３１、５４１から高解像度（すなわち、サブセンシング領域の解像度×４）の最終イメージ７００を得ることができる。
【００５２】
次いで、本発明の第２実施形態によるカメラモジュール２０について説明する。図８は、本発明の第２実施形態によるカメラモジュール２０の構造を示す斜視図である。本発明の第２実施形態によるカメラモジュール２０は、図２に図示された一実施形態によるカメラモジュール２００に比べて次を除いては同じ構成要素を持つ。
【００５３】
すなわち、第２実施形態によるカメラモジュール２０は、レンズ部３０を構成する複数のレンズ３１、３２、３３、３４が相異なる色を持つ。ここで、レンズ部３０は、透過度によって第１グループと第２グループとに区分されうる。この時、第２グループに含まれるレンズは、第１グループに含まれるレンズに比べて透過度の高い色を持つことが望ましい。さらに具体的に、４個のレンズのうち第１グループに該当する第１レンズ３１、第２レンズ３２及び第３レンズ３３は、それぞれ赤色、緑色及び青色を持ち、第２グループに含まれる第４レンズ３４は、赤色、緑色及び青色に比べて透過度の高い色、例えば、灰色を持つことが望ましい。
【００５４】
このように、複数のレンズ３１、３２、３３、３４がそれぞれ相異なる色を持つ場合、フィルタ部４０には別のカラーフィルタ層が形成されない。
【００５５】
そして、イメージセンサー部は、各レンズ３１、３２、３３、３４に対応する複数のサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０に分割され、各サブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０を通じて各レンズによりカラー別に分離された映像を得ることができる。
【００５６】
前述した本発明の実施形態によれば、第１元イメージ、第２元イメージ及び第３元イメージのカラー情報を基盤として算出された輝度情報及び第４元イメージによる輝度情報を得ることができる。したがって、イメージセンサー部５００の構造変更による新たな工程技術なしにもＷＤＲ機能を持つカメラモジュール２００提供できる。
【００５７】
以上、例示された図面を参照として、本発明によるカメラモジュールを説明したが、本発明は本明細書に開示された実施例及び図面によって限定されるものではなく、その発明の技術思想範囲内で当業者により多様に変形可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、デジタルカメラ、カメラホンのように高解像度のカメラモジュールを含むデジタル装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来のカメラモジュールの原理を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるカメラモジュールの内部構造を示す斜視図である。
【図３Ａ】図２のフィルタ部の構造についての多様な実施形態を例示した例示図である。
【図３Ｂ】図２のフィルタ部の構造についての多様な実施形態を例示した例示図である。
【図３Ｃ】図２のフィルタ部の構造についての多様な実施形態を例示した例示図である。
【図４】図３Ｃに図示されたフィルタ部の工程過程を例示した例示図である。
【図５】図２のイメージセンサー部を構成する単位ピクセルについての断面図である。
【図６Ａ】図５のマイクロレンズに傾いて入射する光の収束程度をマイクロレンズと受光素子との距離によって示す図である。
【図６Ｂ】図５のマイクロレンズに傾いて入射する光の収束程度をマイクロレンズと受光素子との距離によって示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態によるイメージ復元方法を説明するための図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態によるイメージ復元方法を説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施形態によるカメラモジュールの内部構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
２００ カメラモジュール
３００ レンズ部
４００ フィルタ部
４１０ 第１サブフィルタリング領域
４２０ 第２サブフィルタリング領域
４３０ 第３サブフィルタリング領域
４４０ 第４サブフィルタリング領域
４７０Ｇ 緑色カラーフィルタ
４８０Ｒ 赤色カラーフィルタ
５００ イメージセンサー部
５１０ 第１サブセンシング領域
５２０ 第２サブセンシング領域
５３０ 第３サブセンシング領域
５４０ 第４サブセンシング領域
５６０ 受光素子
５７０ａ、５７０ｂ 素子分離膜
５８０ａ、５８０ｂ 絶縁層
５９０ 金属配線層
５９５ マイクロレンズ
６００ 中間イメージ
７００ 最終イメージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラモジュールに係り、より詳細には広域逆光補正機能を持ち、小型化されたカメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ、カメラホンのように高解像度のカメラモジュールを含むデジタル装置の普及が広がっている。カメラモジュールは、一般的にレンズ及びイメージセンサーを備えて構成される。ここで、レンズは、被写体で反射された光を集める役割を行い、イメージセンサーは、レンズにより集められた光を検知して電気的な映像信号に変換する役割を行う。イメージセンサーは、撮像管と固体イメージセンサーとに大別され、固体イメージセンサーの代表的な例として、電荷結合素子（ＣＣＤ）、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）を例として挙げることができる。
【０００３】
図１は、従来カメラモジュールの原理を説明するための図面である。
カメラモジュールでは、口径比が大きいほど明るい像を得ることができ、Ｆ数（Ｆ／＃）が大きいほど鮮明できれいな像を得ることができる。ここで、口径比は、レンズの口径Ｄを焦点距離ｆで割った値、すなわち、Ｄ／ｆを意味するものであって、像の輝度は口径比の自乗に比例する。これに比べてＦ数は、口径比の逆数、すなわち、ｆ／Ｄを意味する。Ｆ数が大きいほどカメラモジュールのイメージセンサーに到達する単位面積当たり光量は減少し、Ｆ数が小さいほどイメージセンサーに到達する単位面積当たり光量は増加して明るい映像を得る。
【０００４】
図１に示したように、レンズの口径が大きいほど解像度が高くなる長所があるが、物体の像が結ばれるための焦点距離が長くなるので、カメラモジュールの小型化に限界がある。
【０００５】
一方、従来には広域逆光補正（Ｗｉｄｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ；ＷＤＲ）された映像を具現するための研究が持続的に進行しつつある。ＷＤＲとは、一般的な逆光補正より発展された技術であって、照明の明るい所や暗い所を撮影する時にも人の目で見るような映像を得ることができる。
【０００６】
このために従来には、イメージセンサー上に低感度センシング領域及び低感度センシング領域に比べて光に敏感な高感度センシング領域を別途に具現し、さらに多くの光を感知できるようにセンシング領域の構造を変更する技術が提示されている。
【０００７】
しかし、従来技術によれば、センシング領域の構造が複雑なだけでなく、センシング領域の構造変更による新たな工程技術が要求されるという問題がある。
【０００８】
これにより、いろいろな発明（例えば、特許文献１）が提示されたが、前述した問題は依然として解決できない。
【特許文献１】韓国公開特許第２００３−００８４３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記した問題点に鑑みてなされたものであり、新たな工程技術なしにもＷＤＲ機能を持ち、小型化されたカメラモジュールを提供するところにその目的がある。
【００１０】
本発明の目的は、以上で言及した目的に制限されず、言及されていない他の目的は下の記載から当業者に明確に理解されうる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の一実施形態によるカメラモジュールは、入射される光を集光する複数のレンズを備えるレンズ部と、前記各レンズの領域に対応する複数のフィルタリング領域を持つフィルタ部と、前記各フィルタリング領域を通過した光を電気信号に変換する複数のセンシング領域を持つイメージセンサー部と、を備えるが、前記フィルタリング領域は、相異なる色相のカラーフィルタが形成された第１フィルタリング領域と、前記カラーフィルタより高い透過度を持つ第２フィルタリング領域とに区分される。
また、前記目的を達成するために、本発明の他の実施例によるカメラモジュールは、入射される光を集光する相異なる色相の複数のレンズを備えるレンズ部と、前記各レンズを通過した光を電気信号に変換する複数のセンシング領域を持つイメージセンサー部と、を備える。
その他の実施例の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるカメラモジュールによれば、次のような効果が一つあるいはそれ以上ある。
相異なる透過度を持つカラーフィルタを使用することによって、新たな工程技術なしにイメージセンサー部に高感度センシング領域及び低感度センシング領域を同時に具現できる。
【００１３】
カメラモジュールが小型化されるので、カメラモジュールが装着されるデジタル機器の設計自由度を増加させうる。
【００１４】
イメージセンサーの内部にカラーフィルタ層及びカラーフィルタ層を平坦化するための平坦層が形成されていないので、マイクロレンズとフォトダイオードとの間隔が狭くなり、平坦層の厚さによる光損失及び信号干渉現象を減少させうる。
【００１５】
カラーフィルタをイメージセンサー上に形成せずに、別途の基板に形成することによって、イメージセンサーの生産工程を単純化させることができ、イメージセンサー上にカラーフィルタをパターニングする工程が省略されるので、カラーフィルタ層の形成に使われるインクを節約できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の利点及び特徴、そしてこれを達成する方法は添付された図面に基づいて詳細に後述されている実施例を参照すれば明確になる。
【００１７】
しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されるものではなく、この実施例から外れて多様な形に具現でき、本明細書で説明する実施例は本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で当業者に発明の範ちゅうを完全に報せるために提供されるものであり、本発明は請求項及び発明の詳細な説明により定義されるだけである。一方、明細書全体に亙って同一な参照符号は同一な構成要素を示す。
【００１８】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態によるカメラモジュールを説明する。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態によるカメラモジュール２００を示す斜視図である。図示されたカメラモジュール２００は、レンズ部３００、フィルタ部４００及びイメージセンサー部５００を備える。
【００２０】
レンズ部３００は、入射される光を集光する複数のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０を備えることができる。ここで、レンズの数は制限されず、複数のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０は、同一平面上に多様な形態に配置されうる。例えば、複数のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０は、横方向または縦方向に一列に配置されるか、横×縦の行列形態に配置されうる。以下、本明細書では説明の便宜上、レンズ部３００が４個のレンズを備え、横×縦２×２の形態に配置された場合を実施形態として説明する。
【００２１】
フィルタ部４００は、複数のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０により集光された光をフィルタリングして元来の基本色に具現する役割を行う。このためにフィルタ部４００は、複数のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０に対応し、相異なる色相のカラーフィルタが形成される複数のサブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０で形成されることが望ましい。例えば、前述したように、レンズ部３００が２×２の行列形態に配置された４個のレンズを備える場合、フィルタ部４００は、２×２の行列形態に配置された第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０、第３サブフィルタリング領域４３０及び第４サブフィルタリング領域４４０を持つ。
【００２２】
また、フィルタリング領域は、各サブフィルタリング領域に形成されるカラーフィルタの透過度によって第１フィルタリング領域４１０、４２０、４３０と第２フィルタリング領域４４０とに区分されうる。この時、第１フィルタリング領域は、複数のサブフィルタリング領域を備えることができる。これに比べて、第２フィルタリング領域は単一サブフィルタリング領域を備えることができる。
【００２３】
本発明の実施形態によって、第２フィルタリング領域に該当するサブフィルタリング領域には、第１フィルタリング領域に該当するサブフィルタリング領域に形成されたカラーフィルタに比べて透過度の高いカラーフィルタが形成されることが望ましい。例えば、第１フィルタリング領域４１０、４２０、４３０に含まれる第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０及び第３サブフィルタリング領域４３０にはそれぞれ赤色、緑色及び青色カラーフィルタが形成され、第２フィルタリング領域に含まれる第４サブフィルタリング領域４４０には、赤色、緑色及び青色に比べて透過度の高い色、例えば、灰色カラーフィルタが形成されることが望ましい。前述した例で、それぞれのカラーフィルタは青色、赤色及び緑色の順序に透過度が高くなり、灰色カラーフィルタは緑色カラーフィルタよりさらに高い透過度を持つ。
【００２４】
他の実施形態によって、第４サブフィルタリング領域には灰色以外のカラーフィルタが形成されることもある。例えば、白色（ｗｈｉｔｅ； ｎｏ ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ）、黄色、シアン及びマゼンタのうちいずれか一つの色を持つカラーフィルタが形成されうる。しかし、第４サブフィルタリング領域に形成されるカラーフィルタの色は、前述した例に限定されるものではなく、第１フィルタリング領域のサブフィルタリング領域に形成されたカラーフィルタに比べて高い透過度を持つカラーフィルタならば、本発明の範ちゅうに属すると見られる。
【００２５】
各サブフィルタリング領域にこのようにカラーフィルタが形成されれば、各サブフィルタリング領域を通過する光量に差が発生する。これは、すなわち、後述するイメージセンサー部５００の各サブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０に到達する光量に差が発生することを意味し、イメージセンサー部５００に高感度センシング機能及び低感度センシング機能が同時に具現されうるということを意味する。
【００２６】
さらに具体的に、イメージセンサー部５００のセンシング領域は、複数のサブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０にそれぞれ対応する複数のサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０に区分されうる。ところが、複数のサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０のうち、第２フィルタリング領域に含まれたサブフィルタリング領域と対応するサブセンシング領域に到達する光量は、第１フィルタリング領域４１０、４２０、４３０に含まれたサブフィルタリング領域と対応するサブセンシング領域に到達する光量より多い。したがって、第２フィルタリング領域に含まれたサブフィルタリング領域と対応するサブセンシング領域は、第１フィルタリング領域４１０、４２０、４３０に含まれたサブフィルタリング領域と対応するサブセンシング領域に比べて相対的に高感度センシング機能を持つといえる。
【００２７】
さらに具体的に、前述した例によれば、イメージセンサー部５００のセンシング領域は、第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０、第３サブフィルタリング領域４３０及び第４サブフィルタリング領域４４０にそれぞれ対応する第１サブセンシング領域５１０、第２サブセンシング領域５２０、第３サブセンシング領域５３０及び第４サブセンシング領域５４０に区分できる。この時、第４サブセンシング領域５４０に到達する光量は、第１サブセンシング領域５１０に到達する光量より多い。なぜなら、第４サブセンシング領域５４０に対応する第４サブフィルタリング領域４４０には灰色カラーフィルタが形成されており、第１サブセンシング領域５１０に対応する第１サブフィルタリング領域４１０には灰色カラーフィルタより透過度の低い赤色カラーフィルタが形成されているためである。したがって、第４サブセンシング領域５４０は、第１サブセンシング領域５１０に比べて相対的に高感度センシング機能を持つ。これと同様に、第２サブセンシング領域５２０及び第３サブセンシング領域５３０にそれぞれ到達する光量は、第４サブセンシング領域５４０に到達する光量より少ないために、第４サブセンシング領域５４０に比べて低感度センシング機能を持つと見られる。
【００２８】
前記のような構成要素に加えて、フィルタ部４００は所定波長の光、例えば、赤外線を遮断するための赤外線遮断フィルタ４６０を選択的に備えることができる。この時、赤外線遮断フィルタ４６０は、イメージセンサーに到達する赤外線を遮断して、可視光線領域のイメージ情報がき損されることを防止する役割を行う。すなわち、イメージセンサーの感度は赤外線にも反応するが、赤外線遮断フィルタ４６０を使用すれば、赤外線が遮断されるので、可視光線領域のイメージ情報がき損されることを防止できる。従来イメージセンサーの構造によれば、カラーフィルタと赤外線遮断フィルタとを統合して具現できないが、本発明によれば、カラーフィルタ４７０と赤外線遮断フィルタ４６０とを統合して製作できる。
【００２９】
赤外線遮断フィルタ４６０は、基板４５０とカラーフィルタ層４７０との間に形成されるか、カラーフィルタ層４７０の上部に設置されうる。または、基板４５０の一面にカラーフィルタ層４７０が形成された場合、赤外線遮断フィルタ４６０は、基板４５０の他面に形成されることもある。図３Ａないし図３Ｃは、図２のIII−III’線に沿って切開した断面図を図示したものであり、カラーフィルタ及び赤外線遮断フィルタ４６０の形成位置についての多様な実施形態を示している。図３Ａは、基板４５０の一面に赤外線遮断フィルタ４６０及びカラーフィルタが順に形成された態様を示しており、図３Ｂは、基板４５０の一面にカラーフィルタ及び赤外線遮断フィルタ４６０が順に形成された態様を示している。これに比べて、図３Ｃは、基板４５０の一面にはカラーフィルタが形成されており、基板４５０の他面には赤外線遮断フィルタ４６０が形成されている態様を示している。
【００３０】
一方、前述したフィルタ部４００は、相異なる色のカラーフィルタが形成された複数の基板をそれぞれ多数のサブ基板に分割した後、相異なる色のカラーフィルタを持つサブ基板を組み合わせる工程を経て生成されうる。図４は、フィルタ部４００の生成工程を図示した平面図である。例えば、図３Ｃに示したような構造のフィルタ部４００を生成するためには、まず、第１、第２、第３及び第４基板の一面に赤外線遮断フィルタ４６０層を形成する。その後、各基板の他面にそれぞれ赤色カラーフィルタ４７０Ｒ、緑色カラーフィルタ４７０Ｇ、青色及び灰色カラーフィルタを塗布してカラーフィルタ層４７０を形成する。この後、各基板を４等分して、４個のサブ基板に分離する。そして、相異なる色のカラーフィルタが形成されたサブ基板をそれぞれ組み合わせる。前述したような工程によれば、カラーフィルタのパターニング工程が省略されるので、カラーフィルタの形成に使われるインクを節約できる効果がある。
【００３１】
一方、イメージセンサー部５００は、各サブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０を通過した光を感知して、電気信号に変換する役割を行う。このために、イメージセンサー部５００は、各サブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０を通過した光を感知する光感知部（図示せず）及び光感知部により感知された光を電気的な信号に変換してデータ化する回路部（図示せず）を備えて構成される。
【００３２】
ここで、図５を参照してイメージセンサー部５００についてさらに具体的に説明する。図５は、イメージセンサー部５００の単位ピクセルについての断面図である。
【００３３】
図５を参照すれば、基板５５０上には受光素子５６０、例えば、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ；ＰＤ）が形成される。この時、受光素子５６０の間にはそれぞれ素子分離膜５７０ａ、５７０ｂが形成される。
【００３４】
受光素子５６０の上部には、回路部を形成するための金属配線層５９０が形成される。この時、受光素子５６０と金属配線層５９０との間には絶縁層（ＩＭＤ；Ｉｎｔｅｒ−Ｍｅｔａｌ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）５８０ａが形成され、金属配線層５９０は、受光素子５６０に入射される光の経路を遮断しないように設計されることが望ましい。図５は、一層の金属配線層５９０が形成されている態様を図示しているが、金属配線層５９０は、場合によって複数の層で形成されてもよい。この時、各金属配線層５９０は、各金属配線層を絶縁するための絶縁層５８０ｂが形成される。
【００３５】
絶縁層５８０ｂの最上部には受光素子５６０の光感度を増加させるためのマイクロレンズ（Ｍｉｃｒｏ Ｌｅｎｓ；ＭＬ）５９５が形成される。一般的に、受光素子５６０は、単位ピクセル領域の全域を占めるものではなく、単位ピクセルのうち一定部分のみを占める。したがって、ピクセル領域で受光素子５６０が占める面積を表す比率が１より小さな値を持つようになり、これは入射光の一部が損失されることを意味する。ところが、絶縁層５８０ｂの最上部にマイクロレンズ５９５を形成すれば、入射される光がマイクロレンズ５９５により集光されるために、受光素子５６０に収束される光量を増加させうる。
【００３６】
また、前述した形態のイメージセンサー部５００は、従来技術に比べて、カラーフィルタ層４７０及びカラーフィルタ層４７０を平坦化するための平坦層（図６Ｂ参照）が形成されていないので、光損失及び信号干渉が減少する。さらに具体的な説明のために、図６Ａ及び図６Ｂを参照する。
【００３７】
図６Ａ及び図６Ｂは、マイクロレンズ５９５に傾いて入射する光の収束程度をマイクロレンズ５９５と受光素子５６０との距離によって示す図面である。ここで、図６Ａは、本発明の実施形態によるイメージセンサーで単位ピクセルの断面図を図示したものであり、図６Ｂは、従来技術によるイメージセンサーで単位ピクセルの断面図を図示したものである。
【００３８】
図６Ｂを参照すれば、一般的に、マイクロレンズ５９５の焦点の位置は受光素子５６０の位置に固定されるが、この場合、マイクロレンズ５９５に垂直に入射される光は受光素子５６０にいずれも収束される。しかし、マイクロレンズ５９５に一定角度で傾いて入射される光は、該当ピクセルの受光素子５６０にすべて収束されずに損失されるか、隣接したピクセルの受光素子５６０に入射されて信号干渉を誘発する。ところが、本発明のように、カラーフィルタ層４７０及び平坦化層が除去されれば、マイクロレンズ５９５と受光素子５６０との間隔が狭くなるので、図６Ａに示したように、マイクロレンズ５９５に一定角度で傾いて入射される光も該当ピクセルの受光素子５６０に収束される。したがって、隣接したピクセルの受光素子５６０に入射される光量は減少し、信号干渉も減少する。
【００３９】
前述したような構造のピクセルは、複数が集まってセンシング領域を形成する。ここでセンシング領域は、前述したフィルタ部４００の各サブフィルタリング領域に対応する複数のサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０に区分されうる。すなわち、前述した例によれば、イメージセンサー部５００のセンシング領域は、第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０、第３サブフィルタリング領域４３０及び第４サブフィルタリング領域４４０にそれぞれ対応する第１サブセンシング領域５１０、第２サブセンシング領域５２０、第３サブセンシング領域５３０及び第４サブセンシング領域５４０に区分されうる。この時、第１サブセンシング領域５１０、第２サブセンシング領域５２０、第３サブセンシング領域５３０及び第４サブセンシング領域５４０は、それぞれ赤色、緑色、青色及び灰色カラーフィルタを通過した光を感知する。
【００４０】
このように複数のサブセンシング領域に区分されたセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０は、光感度によって低感度センシング領域と高感度センシング領域とに区分されうる。この時、低感度センシング領域と高感度センシング領域とは、各サブセンシング領域に到達する光量によって区分される。ところが、各サブセンシング領域に到達する光量は、各サブセンシング領域と対応するサブフィルタリング領域に形成されているカラーフィルタによって変わる。したがって、カラーフィルタの透過度によって第１フィルタリング領域と第２フィルタリング領域とに区分されたフィルタリング領域のうち、第１フィルタリング領域及び第２フィルタリング領域にそれぞれ対応するセンシング領域を低感度センシング領域と高感度センシング領域とに区分できる。
【００４１】
さらに具体的に、前述した例によれば、第１サブセンシング領域５１０、第２サブセンシング領域５２０及び第３サブセンシング領域５３０は低感度センシング領域に該当し、第４サブセンシング領域５４０は高感度センシング領域に該当する。なぜなら、第４サブフィルタリング領域４４０に形成された灰色カラーフィルタは、第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０及び第３サブフィルタリング領域４３０にそれぞれ形成された赤色、緑色及び青色カラーフィルタに比べて透過度が高くて、第４サブセンシング領域５４０に到達した光量が第１サブセンシング領域５１０、第２サブセンシング領域５２０及び第３サブセンシング領域５３０それぞれに到達した光量より多いためである。
【００４２】
このように、イメージセンサー部５００に高感度センシング領域及び低感度センシング領域が具現されれば、各センシング領域から得た輝度情報を利用してイメージを復元できるので、照度差の大きな環境でも鮮明な映像を具現できる。すなわち、ＷＤＲ機能を具現できる。
【００４３】
ここで、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、本発明の実施形態によるイメージ復元方法を説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の実施形態によるイメージ復元方法を説明するための図面であって、図７Ａは、カラー別に分離された複数の元イメージ５１１、５２１、５３１、５４１が獲得される過程を図示したものであり、図７Ｂは、図７Ａのカラー別に分離された複数の元イメージ５１１、５２１、５３１、５４１から最終イメージ７００が生成される過程を図示したものである。
【００４４】
説明の便宜上、フィルタ部４００の第１サブフィルタリング領域４１０、第２サブフィルタリング領域４２０、第３サブフィルタリング領域４３０及び第４サブフィルタリング領域４４０にはそれぞれ赤色、緑色、青色及び灰色フィルタが形成されていると仮定する。そして、イメージセンサー部５００のセンシング領域は、横×縦それぞれ８×８個のピクセルで構成され、それぞれのサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０は横×縦それぞれ４×４個のピクセルから構成されると仮定する。
【００４５】
まず、図７Ａを参照すれば、所定被写体１００で反射された光は、それぞれ４個のレンズ３１０、３２０、３３０、３４０を通じて集光される。各レンズ３１０、３２０、３３０、３４０を通じて集光された光は、各レンズ３１０、３２０、３３０、３４０に対応するサブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０を透過する。この後、各サブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０を透過した光は、各サブフィルタリング領域４１０、４２０、４３０、４４０に対応するサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０にそれぞれ収束される。その結果、それぞれのサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０を通じてカラー別に分離された元イメージを得ることができる。この時、それぞれのサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０を通じて獲得された元イメージは、全体センシング領域５１０、５２０、５３０、５４０が持つ解像度に比べて１／４に該当する解像度を持つ。
【００４６】
図７Ｂは、メモリー上に形成される中間イメージ６００がイメージセンサー部５００のセンシング領域と同じ数のピクセルから形成された場合を図示している。すなわち、中間イメージ６００が、横×縦それぞれ８×８個のピクセルからなる場合を図示している。
【００４７】
中間イメージ６００は、カラーフィルタの配列パターンに対応する多数のピクセルを含む多数のピクセルグループ６１０、６２０、６３０に区分されうる。例えば、横×縦それぞれ２×２個のピクセルを単位とする多数のピクセルグループ６１０、６２０、６３０に区分されうる。ここで、各ピクセルグループ６１０、６２０、６３０は、カラー情報及び輝度情報がマッピングされる主ピクセル６１１、６２１、６３１及び、主ピクセル６１１、６２１、６３１の周辺に位置し、情報を保有していないサブピクセル６１２、６２２に区分されうる。
【００４８】
主ピクセルの位置は、該当ピクセルグループで多様な位置に指定されうる。例えば、図７Ｂのように、２×２の各ピクセルグループで、最初行の最初列に該当する位置が主ピクセルの位置に指定されうる。他の例には、各ピクセルグループで、最初行の第２列に該当する位置が主ピクセルの位置に指定されることもある。
【００４９】
各ピクセルグループの主ピクセルは、３個のカラー情報及び２個の輝度情報を持つ。すなわち、各ピクセルグループの主ピクセルは、第１元イメージ５１１による赤色カラー情報、第２元イメージ５２１による緑色カラー情報、第３元イメージ５３１による青色カラー情報、第４サブセンシング領域５４０による輝度情報Ｙ’及び、３色のカラー情報から検出された輝度情報Ｙがマッピングされる。さらに具体的に、第１ピクセルグループ６１０の主ピクセル６１１は、第１元イメージ５１１で最初行の最初列に位置したピクセルが持つ赤色情報、第２元イメージ５２１で最初行の最初列に位置したピクセルが持つ緑色情報、第３元イメージ５３１で最初行の最初列に位置したピクセルが持つ青色情報、第４元イメージ５４１で最初行の最初列に位置したピクセルが持つ輝度情報及び、前記３個のカラー情報を基盤として検出された輝度情報がマッピングされる。これと同一に第２ピクセルグループ６２０の主ピクセル６２１は、第１元イメージ５１１で最初行の第２列に位置したピクセルが持つ赤色情報、第２元イメージ５２１で最初行の第２列に位置したピクセルが持つ緑色情報、第３元イメージ５３１で最初行の第２列に位置したピクセルが持つ青色情報、第４元イメージ５４１で最初行の第２列に位置したピクセルが持つ輝度情報及び、前記３個のカラー情報を基盤として検出された輝度情報がマッピングされる。
【００５０】
前述したように、各ピクセルグループ６１０、６２０、６３０の主ピクセル６１１、６２１、６３１にマッピングされた情報は、サブピクセルに記録されるカラー情報を復元するところに使われる。この時、各サブピクセルに記録されるカラー情報を復元する方法には、補間法が使われうる。さらに具体的に、第１ピクセルグループ６１０の主ピクセル６１１と第２ピクセルグループ６２０の主ピクセル６２１との間のサブピクセル６１２に記録される情報は、それぞれの主ピクセル６１１、６２１が保有した情報を基盤として復元されうる。同様に、第２ピクセルグループ６２０の主ピクセル６２１と第３ピクセルグループ６３０の主ピクセル６３１との間のサブピクセル６２２に記録される情報は、それぞれの主ピクセル６２１、６３１が保有した情報を基盤として復元されうる。
【００５１】
前述した復元過程を経れば、各サブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０を通じて得られた低解像度（すなわち、サブセンシング領域の解像度）のカラー別元イメージ５１１、５２１、５３１、５４１から高解像度（すなわち、サブセンシング領域の解像度×４）の最終イメージ７００を得ることができる。
【００５２】
次いで、本発明の第２実施形態によるカメラモジュール２０について説明する。図８は、本発明の第２実施形態によるカメラモジュール２０の構造を示す斜視図である。本発明の第２実施形態によるカメラモジュール２０は、図２に図示された一実施形態によるカメラモジュール２００に比べて次を除いては同じ構成要素を持つ。
【００５３】
すなわち、第２実施形態によるカメラモジュール２０は、レンズ部３０を構成する複数のレンズ３１、３２、３３、３４が相異なる色を持つ。ここで、レンズ部３０は、透過度によって第１グループと第２グループとに区分されうる。この時、第２グループに含まれるレンズは、第１グループに含まれるレンズに比べて透過度の高い色を持つことが望ましい。さらに具体的に、４個のレンズのうち第１グループに該当する第１レンズ３１、第２レンズ３２及び第３レンズ３３は、それぞれ赤色、緑色及び青色を持ち、第２グループに含まれる第４レンズ３４は、赤色、緑色及び青色に比べて透過度の高い色、例えば、灰色を持つことが望ましい。
【００５４】
このように、複数のレンズ３１、３２、３３、３４がそれぞれ相異なる色を持つ場合、フィルタ部４０には別のカラーフィルタ層が形成されない。
【００５５】
そして、イメージセンサー部は、各レンズ３１、３２、３３、３４に対応する複数のサブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０に分割され、各サブセンシング領域５１０、５２０、５３０、５４０を通じて各レンズによりカラー別に分離された映像を得ることができる。
【００５６】
前述した本発明の実施形態によれば、第１元イメージ、第２元イメージ及び第３元イメージのカラー情報を基盤として算出された輝度情報及び第４元イメージによる輝度情報を得ることができる。したがって、イメージセンサー部５００の構造変更による新たな工程技術なしにもＷＤＲ機能を持つカメラモジュール２００提供できる。
【００５７】
以上、例示された図面を参照として、本発明によるカメラモジュールを説明したが、本発明は本明細書に開示された実施例及び図面によって限定されるものではなく、その発明の技術思想範囲内で当業者により多様に変形可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、デジタルカメラ、カメラホンのように高解像度のカメラモジュールを含むデジタル装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来のカメラモジュールの原理を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるカメラモジュールの内部構造を示す斜視図である。
【図３Ａ】図２のフィルタ部の構造についての多様な実施形態を例示した例示図である。
【図３Ｂ】図２のフィルタ部の構造についての多様な実施形態を例示した例示図である。
【図３Ｃ】図２のフィルタ部の構造についての多様な実施形態を例示した例示図である。
【図４】図３Ｃに図示されたフィルタ部の工程過程を例示した例示図である。
【図５】図２のイメージセンサー部を構成する単位ピクセルについての断面図である。
【図６Ａ】図５のマイクロレンズに傾いて入射する光の収束程度をマイクロレンズと受光素子との距離によって示す図である。
【図６Ｂ】図５のマイクロレンズに傾いて入射する光の収束程度をマイクロレンズと受光素子との距離によって示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態によるイメージ復元方法を説明するための図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態によるイメージ復元方法を説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施形態によるカメラモジュールの内部構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
２００ カメラモジュール
３００ レンズ部
４００ フィルタ部
４１０ 第１サブフィルタリング領域
４２０ 第２サブフィルタリング領域
４３０ 第３サブフィルタリング領域
４４０ 第４サブフィルタリング領域
４７０Ｇ 緑色カラーフィルタ
４８０Ｒ 赤色カラーフィルタ
５００ イメージセンサー部
５１０ 第１サブセンシング領域
５２０ 第２サブセンシング領域
５３０ 第３サブセンシング領域
５４０ 第４サブセンシング領域
５６０ 受光素子
５７０ａ、５７０ｂ 素子分離膜
５８０ａ、５８０ｂ 絶縁層
５９０ 金属配線層
５９５ マイクロレンズ
６００ 中間イメージ
７００ 最終イメージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される光を集光する複数のレンズを備えるレンズ部と、
前記各レンズの領域に対応する複数のフィルタリング領域を持つフィルタ部と、
前記各フィルタリング領域を通過した光を電気信号に変換する複数のセンシング領域を持つイメージセンサー部と、を備えるが、
前記フィルタリング領域は、相異なる色相のカラーフィルタが形成された第１フィルタリング領域と、前記カラーフィルタより高い透過度を持つ第２フィルタリング領域とに区分されるカメラモジュール。
【請求項２】
前記イメージセンサー部は、
前記各フィルタリング領域を通過した光を受信するフォトダイオードと、
前記フォトダイオード上部に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記受信された光を電気的な信号に変換するための金属配線パターンを備える金属配線層と、
前記各フィルタリング領域を通過した光を集光して前記フォトダイオードに収束させるマイクロレンズと、を備える請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項３】
前記フィルタ部は、前記複数のレンズを透過した光のうち赤外線を遮断するための赤外線遮断フィルタをさらに備える請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項４】
前記フィルタ部は、基板上に前記赤外線遮断フィルタ及び前記カラーフィルタが順に形成される請求項３に記載のカメラモジュール。
【請求項５】
前記フィルタ部は、基板の一面に前記カラーフィルタが形成され、前記基板の他面には前記赤外線遮断フィルタが形成される請求項３に記載のカメラモジュール。
【請求項６】
前記センシング領域は、前記第１フィルタリング領域及び前記第２フィルタリング領域にそれぞれ対応する第１センシング領域と第２センシング領域とに区分され、前記第２センシング領域に含まれたサブセンシング領域に収束される光量は、前記第１センシング領域に含まれたサブセンシング領域に収束される光量より多い請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項７】
前記複数のレンズは、同一平面上に位置する請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項８】
入射される光を集光する相異なる色相の複数のレンズを備えるレンズ部と、
前記各レンズを通過した光を電気信号に変換する複数のセンシング領域を持つイメージセンサー部と、を備えるカメラモジュール。
【請求項９】
前記イメージセンサー部は、
前記各レンズを通過した光を受信するフォトダイオードと、
前記フォトダイオード上部に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記受信された光を電気的な信号に変換するための金属配線パターンを備える金属配線層と、
前記各レンズを通過した光を集光して前記フォトダイオードに収束させるマイクロレンズと、が順に積層される請求項８に記載のカメラモジュール。
【請求項１０】
前記各レンズを透過した光のうち赤外線を遮断するための赤外線遮断フィルタをさらに備える請求項８に記載のカメラモジュール。
【請求項１１】
前記レンズは、前記レンズの透過度によって第１レンズ部と第２レンズ部とに区分される請求項８に記載のカメラモジュール。
【請求項１２】
前記第１レンズ部に含まれるレンズの透過度は、前記第２レンズ部に含まれるレンズの透過度より高い請求項１１に記載のカメラモジュール。
【請求項１３】
前記センシング領域は、前記第１レンズ部及び前記第２レンズ部にそれぞれ対応する第１センシング領域と第２センシング領域とに区分され、前記第１センシング領域に含まれるサブセンシング領域に収束される光量は、前記第２センシング領域に含まれるサブセンシング領域に収束される光量より多い請求項１２に記載のカメラモジュール。
【請求項１４】
前記複数のレンズは、同一平面上に位置する請求項８に記載のカメラモジュール。
【請求項１５】
互いに異なる色を有する複数個のフィルタを含み、光をフィルタリングする第１フィルタリング領域と前記第１フィルタリング領域より高い透過率を有し、前記光をフィルタリングする第２フィルタリング領域を含むフィルタ、及び
前記第１及び第２フィルタリング領域に各々対応し、前記第１及び第２フィルタリング領域によってフィルタリングされた光を受信する第１及び第２センシング領域を含み、前記受信された光を電気信号に変換するイメージセンサーを含むカメラモジュール。
【請求項１６】
前記第２フィルタリング領域は、灰色フィルタを含む請求項１５に記載のカメラモジュール。
【請求項１７】
入射した光を互いに異なる色相のカラーフィルタを含む第１フィルタリング領域を通してフィルタリングする段階と、
前記入射した光を前記第１フィルタリング領域に比べ高い透過率を有するフィルタを含む第２フィルタリング領域を通しフィルタリングする段階、及び
中間イメージを生成する段階を含むが、
前記中間イメージを生成する段階は前記第１及び第２フィルタリング領域を通過する光によって生成されるイメージを複数個のピクセルグループに分ける段階、前記各ピクセルグループを主ピクセルを含む複数個のピクセルに分かる段階、及び前記各カラーフィルタから獲得したカラー情報、前記第１フィルタリング領域から獲得した輝度情報、及び前記第２フィルタリング領域から獲得した輝度情報を前記各主ピクセルに提供する段階を含むイメージ生成方法。
【請求項１】
入射される光を集光する複数のレンズを備えるレンズ部と、
前記各レンズの領域に対応する複数のフィルタリング領域を持つフィルタ部と、
前記各フィルタリング領域を通過した光を電気信号に変換する複数のセンシング領域を持つイメージセンサー部と、を備えるが、
前記フィルタリング領域は、相異なる色相のカラーフィルタが形成された第１フィルタリング領域と、前記カラーフィルタより高い透過度を持つ第２フィルタリング領域とに区分されるカメラモジュール。
【請求項２】
前記イメージセンサー部は、
前記各フィルタリング領域を通過した光を受信するフォトダイオードと、
前記フォトダイオード上部に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記受信された光を電気的な信号に変換するための金属配線パターンを備える金属配線層と、
前記各フィルタリング領域を通過した光を集光して前記フォトダイオードに収束させるマイクロレンズと、を備える請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項３】
前記フィルタ部は、前記複数のレンズを透過した光のうち赤外線を遮断するための赤外線遮断フィルタをさらに備える請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項４】
前記フィルタ部は、基板上に前記赤外線遮断フィルタ及び前記カラーフィルタが順に形成される請求項３に記載のカメラモジュール。
【請求項５】
前記フィルタ部は、基板の一面に前記カラーフィルタが形成され、前記基板の他面には前記赤外線遮断フィルタが形成される請求項３に記載のカメラモジュール。
【請求項６】
前記センシング領域は、前記第１フィルタリング領域及び前記第２フィルタリング領域にそれぞれ対応する第１センシング領域と第２センシング領域とに区分され、前記第２センシング領域に含まれたサブセンシング領域に収束される光量は、前記第１センシング領域に含まれたサブセンシング領域に収束される光量より多い請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項７】
前記複数のレンズは、同一平面上に位置する請求項１に記載のカメラモジュール。
【請求項８】
入射される光を集光する相異なる色相の複数のレンズを備えるレンズ部と、
前記各レンズを通過した光を電気信号に変換する複数のセンシング領域を持つイメージセンサー部と、を備えるカメラモジュール。
【請求項９】
前記イメージセンサー部は、
前記各レンズを通過した光を受信するフォトダイオードと、
前記フォトダイオード上部に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記受信された光を電気的な信号に変換するための金属配線パターンを備える金属配線層と、
前記各レンズを通過した光を集光して前記フォトダイオードに収束させるマイクロレンズと、が順に積層される請求項８に記載のカメラモジュール。
【請求項１０】
前記各レンズを透過した光のうち赤外線を遮断するための赤外線遮断フィルタをさらに備える請求項８に記載のカメラモジュール。
【請求項１１】
前記レンズは、前記レンズの透過度によって第１レンズ部と第２レンズ部とに区分される請求項８に記載のカメラモジュール。
【請求項１２】
前記第１レンズ部に含まれるレンズの透過度は、前記第２レンズ部に含まれるレンズの透過度より高い請求項１１に記載のカメラモジュール。
【請求項１３】
前記センシング領域は、前記第１レンズ部及び前記第２レンズ部にそれぞれ対応する第１センシング領域と第２センシング領域とに区分され、前記第１センシング領域に含まれるサブセンシング領域に収束される光量は、前記第２センシング領域に含まれるサブセンシング領域に収束される光量より多い請求項１２に記載のカメラモジュール。
【請求項１４】
前記複数のレンズは、同一平面上に位置する請求項８に記載のカメラモジュール。
【請求項１５】
互いに異なる色を有する複数個のフィルタを含み、光をフィルタリングする第１フィルタリング領域と前記第１フィルタリング領域より高い透過率を有し、前記光をフィルタリングする第２フィルタリング領域を含むフィルタ、及び
前記第１及び第２フィルタリング領域に各々対応し、前記第１及び第２フィルタリング領域によってフィルタリングされた光を受信する第１及び第２センシング領域を含み、前記受信された光を電気信号に変換するイメージセンサーを含むカメラモジュール。
【請求項１６】
前記第２フィルタリング領域は、灰色フィルタを含む請求項１５に記載のカメラモジュール。
【請求項１７】
入射した光を互いに異なる色相のカラーフィルタを含む第１フィルタリング領域を通してフィルタリングする段階と、
前記入射した光を前記第１フィルタリング領域に比べ高い透過率を有するフィルタを含む第２フィルタリング領域を通しフィルタリングする段階、及び
中間イメージを生成する段階を含むが、
前記中間イメージを生成する段階は前記第１及び第２フィルタリング領域を通過する光によって生成されるイメージを複数個のピクセルグループに分ける段階、前記各ピクセルグループを主ピクセルを含む複数個のピクセルに分かる段階、及び前記各カラーフィルタから獲得したカラー情報、前記第１フィルタリング領域から獲得した輝度情報、及び前記第２フィルタリング領域から獲得した輝度情報を前記各主ピクセルに提供する段階を含むイメージ生成方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【公開番号】特開２００８−５４８８（Ｐ２００８−５４８８Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５９７０４（Ｐ２００７−１５９７０４）
【出願日】平成１９年６月１８日（２００７．６．１８）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１８日（２００７．６．１８）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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