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KR20070115243A - 이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법 - Google Patents

이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법 Download PDF

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KR20070115243A
KR20070115243A KR1020060049392A KR20060049392A KR20070115243A KR 20070115243 A KR20070115243 A KR 20070115243A KR 1020060049392 A KR1020060049392 A KR 1020060049392A KR 20060049392 A KR20060049392 A KR 20060049392A KR 20070115243 A KR20070115243 A KR 20070115243A
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KR
South Korea
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filter
optical signal
filter area
color
image
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KR1020060049392A
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권재현
최원희
이성덕
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이미지의 감도를 향상시킬 수 있는 이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 촬상 장치는, 렌즈부, 상기 렌즈부를 통해 입사되는 광신호에서 소정 색에 대한 보색을 제한하는 제 1필터 영역, 상기 입사된 광신호를 소정 원색으로 제한하는 제 2필터 영역, 상기 입사된 광신호의 모든 파장 대역을 통과시키는 제 3필터 영역, 및 상기 입사된 광신호에서 적외선 파장 대역을 제한하는 제 4필터 영역을 포함하는 필터부, 및 상기 필터부를 통과한 광신호를 검출하여 이미지를 센싱하는 이미지 센서부를 포함한다.
이미지, 감도, 컬러 필터, 적외선

Description

이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법{Apparatus for photographing image and operating method for the same}
도 1은 일반적인 원색 필터의 필터링 과정이 도시된 도면.
도 2는 일반적인 보색 필터의 필터링 과정이 도시된 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 촬상 장치가 도시된 도면.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 필터부가 도시된 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서부가 도시된 도면.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 컬러 맵핑 방법이 도시된 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 촬상 장치의 동작 방법이 도시된 도면.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110: 렌즈부 120: 필터부
121: 제 1필터 영역 122: 제 2필터 영역
123: 제 3필터 영역 124: 제 4필터 영역
130: 이미지 센서부
본 발명은 이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이미지의 감도를 향상시킬 수 있는 이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
최근 디지털 카메라, 및 카메라 폰 등과 같이 고해상도 카메라를 장착한 장치들의 보급이 확산되고 있다. 이러한 카메라는, 일반적으로 렌즈, 및 이미지 센서 등을 포함하여 구성된다.
이때, 렌즈는 피사체에서 반사된 광을 모으는 역할을 하며, 이미지 센서는 렌즈에 의해 모아진 광을 검출하여 전기적인 이미지 신호로 변환하는 역할을 한다. 이미지 센서는, 크게 촬상관(Camera Tube)과 고체 이미지 센서로 나뉠 수 있으며, 고체 이미지 센서의 대표적인 예로써, 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, CCD), 및 상보성 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 등이 있다.
또한, 이러한 카메라의 이미지 센서에는 각 픽셀에 대응하는 컬러 필터들에 대한 컬러 필터 어레이(Color Filter Array, CFA)가 형성될 수 있으며, 컬러 필터 어레이의 상부에는 적외선에 민감한 이미지 센서로 인해 이미지의 변색 등이 발생하는 것을 방지하기 위한 적외선(Infra-Red) 차단 필터가 형성된다. 이때, 적외선 차단 필터, 컬러 필터, 및 이미지 센서는 하나의 모듈로서 제조되며, 적외선 차단 필터는, 이미지 센서에 대해 소정 간격으로 이격되어 형성되고, 컬러 필터 어레이는 이미지 센서에 적층되어 형성된다.
컬러 필터 어레이로는 주로 원색 기반의 컬러 필터 어레이, 및 보색 기반의 컬러 필터 어레이가 사용되고 있다. 이 중에서 원색 기반의 컬러 필터 어레이는, 도 1과 같이 입사하는 광신호를 3원색인 적색, 녹색, 및 청색 중 어느 하나의 색으로 제한하며, 보색 기반의 컬러 필터 어레이는, 도 2와 같이 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 및 옐로우(Yellow)로 이루어지는 보색 필터를 통해 입사하는 광신호 중 보색만을 제한하게 된다.
또한, 도 1은 녹색 필터가 사용된 경우의 일 예이며, 도 2는 녹색의 보색인 마젠타 필터가 사용된 경우의 일 예이다. 이때, 도 1의 경우에는 입사하는 광신호를 녹색으로 제한하므로, 입사하는 광신호의 1/3만을 통과시키기 때문에 원색을 사용하여 색 재현력은 우수하나 감도를 향상시키는데 한계가 있으며, 도 2의 경우에는 입사하는 광신호 중 마젠타의 보색인 녹색을 제한하므로, 입사하는 광신호의 2/3를 통과시키기 때문에 도 1에 비하여 감도는 향상될 수 있으나, 색 재현력은 감소하게 된다.
한편, 최근에는 카메라에서 높은 해상도를 구현하기 위해 CIS(CMOS Image Sensor)내의 유효 픽셀 수를 증가시키고 있는 추세이다. 그러나, 제한된 CIS 크기 내에 유효 픽셀 수의 증가는, 각 픽셀에 도달하는 광량이 감소하기 때문에 감도가 저해된다는 문제점이 있다.
일본 공개 특허 2005-006066은 이미지의 색 재현력, 및 감도 향상을 위해 적색, 녹색, 및 청색 필터와 적외선을 차단하는 적외선 차단 필터로 구성된 고체 촬상 소자용 컬러 필터를 개시하고 있으나, 색 재현력을 향상시키기 위하여 3원색 필 터를 사용하기 때문에 감도를 향상시키는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 픽셀이 미세화되는 경우에도 색 재현력의 감소를 방지하면서도, 이미지의 감도를 극대화시킬 수 있는 이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 촬상 장치는, 렌즈부, 상기 렌즈부를 통해 입사되는 광신호에서 소정 색에 대한 보색을 제한하는 제 1필터 영역, 상기 입사된 광신호를 소정 원색으로 제한하는 제 2필터 영역, 상기 입사된 광신호의 모든 파장 대역을 통과시키는 제 3필터 영역, 및 상기 입사된 광신호에서 적외선 파장 대역을 제한하는 제 4필터 영역을 포함하는 필터부, 및 상기 필터부를 통과한 광신호를 검출하여 이미지를 센싱하는 이미지 센서부를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 촬상 장치의 동작 방법은, 입사된 광신호에서 소정 색에 대한 보색을 제한하는 제 1필터 영역, 상기 입사된 광신호를 소정 원색으로 제한하는 제 2필터 영역, 상기 입사된 광신호의 모든 파장 대역을 통과시키는 제 3필터 영역, 및 상기 입사된 광신호에서 적외선 파장 대역을 제한하는 제 4필터 영역을 통해 렌즈를 통해 입사하는 광신호를 필터링하는 단계, 및 상기 각 필터 영역을 통과한 광신호를 검출하여 이미지를 센싱하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범수를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법을 설명하기 위한 블록도 또는 처리 흐름도에 대한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다. 이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 촬상 장치가 도시된 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 촬상 장치(100)는, 렌즈부(110), 필터부(120), 및 이미지 센서부(130)를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에서 이미지 촬상 장치(100)는 디지털 카메라 등과 같이, 전하 결합 소자(Charge Coupled Devcie, CCD), 및 상보성 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 등의 고체 이미지 센서를 이용하여 소정 피사체에 대한 이미지를 저장할 수 있는 장치로 이해될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 촬상 장치(100)는 디지털 카메라와 같이, 고체 이미지 센서를 구비한 카메라 폰, 및 PDA(Personal Digital Assistant) 등도 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
렌즈부(110)는 입사하는 광신호를 집광하는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있으며, 렌즈의 개수는 용도, 및 필요에 따라 변경될 수 있다. 또한, 렌즈는, 동일 평면 상에 다양한 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 가로방향, 또는 세로방향으로 일렬로 배치되거나 가로*세로의 행렬 형태로도 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 렌즈부(110)가 하나의 렌즈로 이루어진 경우를 예를 들어 설명하기로 하며, 이하 본 발명의 실시예에서는 렌즈부(110)와 렌즈가 동일한 의미로 이해될 수 있다.
필터부(120)는 렌즈부(110)를 통해 입사하는 광신호를 필터링하여 소정 파장 대역의 광신호만을 통과시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에서 필터부(120)는 입사하는 광신호에서 소정 색에 대한 보색을 제한하는 제 1필터 영역(121), 입사하는 광신호를 소정 원색으로 제한하는 제 2필터 영역(122), 입사하는 광신호의 모든 파장 대역을 통과시키는 제 3필터 영역(123), 및 입사하는 광신호에서 적외선 파장 대역을 제한하는 제 4필터 영역(124)을 포함할 수 있다.
제 1필터 영역(121)은, 입사하는 광신호에서 소정 색에 대한 보색을 제한하는 보색 필터로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 시안, 마젠타, 및 옐로우 중 두 가지의 보색 필터가 사용된 경우를 예를 들어 설명하기로 한다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 보색 필터로 시안, 마젠타, 및 옐로우 중 두 가지의 보색 필터가 사용된 경우의 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로, 이에 한정되지 않고 보색 필터로, 시안, 마젠타, 및 옐로우 중 적어도 하나의 보색 필터가 선택적으로 사용될 수 있다.
제 2필터 영역(122)은 입사하는 광신호를 소정 원색으로 제한하는 원색 필터로 이루어질 수 있다. 이때, 제 2필터 영역(122)에 사용되는 원색 필터는, 3원색인 적색(Red) 필터, 녹색(Green) 필터, 및 청색(Blue) 필터 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 이때, 제 2필터 영역(122)에 전술한 제 1필터 영역(121)의 보색 필터와 다르게 원색 필터가 사용되는 것은, 전술한 제 1필터 영역(121)의 보색 필터를 통해 후술할 이미지 센서부(130)에 도달하는 광량을 증가시켜 감도 향상을 꾀하는 동시에 원색 필터를 통해 색 재현력이 감소되는 것을 방지하기 위함이다.
제 3필터 영역(123)은 입사하는 광신호의 모든 파장 대역을 통과시키는 백색(White) 필터로 이루어질 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 제 3필터 영역(123)에 백색 필터가 사용된 경우의 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 제 3필터 영역(123)에 필터를 형성하지 않음으로써, 입사하는 광신호의 모든 파장 대역을 통과시킬 수 있다.
이때, 제 3필터 영역(123)에서 광신호의 모든 파장 대역을 통과시키는 것은, 기존에 제한된 CIS 크기 내에 유효 픽셀 수가 증가하는 경우, 각 픽셀에 도달하는 광량이 감소하여 이미지의 감도가 저하될 수 있기 때문에 광신호의 모든 파장 대역을 통과시켜 소정 픽셀에 도달하는 광량을 증가시키기 위함이다.
제 4필터 영역(124)은 입사하는 광신호 중 적외선 파장 대역을 제한하는 적외선 차단 필터가 사용될 수 있다. 이때, 제 4필터 영역(124)에서 입사하는 광신호 중 적외선 파장 대역을 차단하는 것은, 전술한 바와 같은 고체 이미지 센서는 적외선에 대하여 높은 민감도를 가지고 있기 때문에 이미지의 흐림 현상, 변색, 및 안개 효과(Fogging) 등과 같은 현상이 발생될 수 있기 때문에 이를 미연에 방지하기 위해서이다.
이러한 제 4필터 영역(124)은 전술한 제 3필터 영역(123)과 더불어 소정 픽셀에 도달하는 광량을 증가시킬 수 있기 때문에 감도가 감소하는 것을 방지할 수 있게 된다.
이때, 제 3필터 영역(123)에선 입사한 광신호의 모든 파장 대역을 통과시키고, 제 4필터 영역(124)에서는 적외선 파장 대역을 제한하기 때문에, 후술할 이미지 센서부(130)는 제 3필터 영역(123), 및 제 4필터 영역(124)에서 통과한 광신호의 파장 대역의 차이를 통해 적외선 파장 대역을 산출할 수 있게 된다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 필터부의 구조가 도시된 도면이다. 이때, 도 4a 내지 도 4f에서 원색 필터인 적색 필터, 녹색 필터, 및 청색 필터는 각각 R, G, 및 B로 나타내고, 보색 필터인 시안 필터, 마젠타 필터, 및 옐로우 필터는 각각 C, M, 및 Y로 나타내며, 백색 필터는 W로 나타내고, 적외선 차단 필터는 IR로 나타낸 경우의 일 예이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 필터부(120)는, 도 4a, 도 4b, 및 도 4c와 같이, 시안, 마젠타, 및 옐로우 중 선택된 보색 필터, 적색, 녹색, 및 청색 중 선택된 원색 필터, 백색 필터, 및 적외선 차단 필터를 포함할 수 있다. 이때, 도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 픽셀이 가로 방향, 및 세로 방향의 픽셀 수가 같은 m*m의 행렬 형태로 이루어진 경우의 일 예이다.
한편, 픽셀이 m*m의 형렬 형태가 아닌, n*m의 행렬 형태와 같이 가로 방향, 및 세로 방향의 픽셀 수가 다르거나 마름모 형태인 경우에는 도 4d, 도 4e, 및 도 4f와 같이 보색 필터, 원색 필터, 백색 필터, 및 적외선 차단 필터가 배치될 수 있다.
이때, 전술한 도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로, 픽셀이 배치되는 형태에 따라 보색 필터, 원색 필터, 백색 필터, 및 적외선 차단 필터가 배치되는 형태는 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 필터부(120) 내에 배치되는 보색 필터, 원색 필터, 백색 필터, 및 적외선 차단 필터의 개수는 용도 및 필요에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 색 재현력을 우선시하는 경우에는 감도를 우선시하는 경우에 비하여 백색 필터의 개수를 줄이고 보색 필터나 원색 필터의 개수를 증가시킬 수 있는 것이다.
또한, 필터부(120)에 포함된 각 필터는 픽셀 단위로 형성될 수 있다. 따라서, 보색 필터, 원색 필터, 백색 필터, 및 적외선 차단 필터는 각각 하나의 픽셀에 대응하도록 형성되는 것이다. 또한, 도 4a 내지 도 4f에서 필터부(120)의 일부만이 도시된 것으로, 픽셀 수, 및 이미지의 해상도 등에 따라 다수의 필터부(120)가 존재할 수 있다. 다시 말해서, 전술한 고체 이미지 센서에서 본 발명의 필터부(120)가 소정 픽셀을 기준으로 가로방향, 세로방향, 및 대각선 방향으로 연장되어 형성될 수 있는 것이다.
이미지 센서부(130)는 필터부(120)를 통과한 광신호를 센싱하여 이미지를 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서부가 도시된 도면이다. 이때, 도 5에 도시된 이미지 센서부(130)는 하나의 픽셀에 대응하는 부분만이 도시된 것으로 이해될 수 있으며, 픽셀 개수에 따라 도 5의 이미지 센서부(130)의 개수가 결정될 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서부(130)는, 기판(131), 기판(131) 상에 형성된 수광 소자(132), 수광 소자(132) 상부에 형성된 금속 배선층(133), 수광 소자(132)와 금속 배선층(133) 사이에 형성된 제 1절연층(134), 금속 배선층(133) 상부에 형성된 마이크로 렌즈(135), 및 금속 배선층(133)을 절연하기 위한 제 2절연층(136)을 포함할 수 있다.
이때, 수광 소자(132)로는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 및 광도전 소자 등의 광 센서가 사용될 수 있으며, 이러한 수광 소자(132)의 일측에는 인접한 수광 소자와의 분리를 위한 분리막(132a)이 형성될 수 있다. 다시 말해서, 분리막(132a)은 각 픽셀당 형성된 수광 소자들을 분리하기 위해 형성된 것이다.
마이크로 렌즈(135)는 수광 소자(132)의 광감도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로 수광 소자(132)는 소정 픽셀의 모든 영역을 차지하는 것이 아니라, 일부만을 차지하게 된다. 따라서, 소정 픽셀 영역에서 수광 소자(132)가 차지하는 영역의 비율은 1보다 작게 되며 이는 입사되는 광신호의 일부가 손실됨을 의미한다. 이때, 마이크로 렌즈(135)는 입사하는 광신호을 모아주기 때문에 수광 소자(132)에 수렴되는 광량을 증가시킬 수 있게 된다.
이때, 동일한 CIS 크기 내에 유효 픽셀 수가 증가한다는 것은, 전술한 이미지 센서부(130)에서 수광 소자(132)의 크기가 작아진다는 것을 의미하게 된다. 수광 소자(132)의 크기가 작아지게 되면, 수광 소자(132)에 도달하는 광량 또한 작아지게 되어 이미지의 감도가 감소하게 된다. 따라서, 전술한 제 3필터 영역(123), 및 제 4필터 영역(124)에 의해 수광 소자(132)로 도달하는 광량을 증가시킬 수 있기 때문에 이미지의 감도가 감소되는 것을 방지하면서도 색 재현력을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 이미지 센서부(130)는 전술한 제 3필터 영역(123), 및 제 4필터 영역(124)을 통과한 광신호을 통해 적외선 파장 대역을 산출할 수 있으며, 산출된 적외선 파장 대역을 전술한 보색 필터, 및 원색 필터에서 통과한 광신호에서 각각 제거하여 적외선 파장 대역으로 인해 이미지의 흐림 현상, 변색, 및 안개 효과 등이 발생되는 것을 사전에 방지할 수 있게 된다.
구체적으로, 이미지 센서부(130)는 백색 필터를 통과한 광신호를 IWhite이라 하고, 적외선 차단 필터를 통과한 광신호를 IIR _ Cut라 하면, 적외선 파장 대역 IIR은 IIR=IWhite-IIR _ Cut를 통해 얻을 수 있다. 이때, 이미지 센서부(130)는 필터부(120)에 보색 필터로 시안 필터, 및 옐로우 필터가 사용되고, 원색 필터로 녹색 필터가 사용되며, 백색 필터가 사용된 경우, 각 필터를 통과한 광신호에서 전술한 IIR을 제거하여 보정을 수행하게 된다. 구체적으로, 시안 필터를 통과한 광신호를 ICyan, 옐로우 필터를 통과한 광신호를 IYellow, 녹색 필터를 통과한 광신호를 IGreen, 백색 필터를 통과한 광신호를 IWhite라 할 때, IIR이 제거된 ICyan', IYellow', IGreen', IWhite'은 각각 식 1을 통해 얻어질 수 있다.
[식 1]
ICyan' = ICyan - IIR
IYellow' = IYellow - IIR
IGreen' = IGreen - IIR
IWhite' = IWhite - IIR
이와 같이, 식 1을 통해 시안 필터를 통과한 광신호, 옐로우 필터를 통과한 광신호, 녹색 필터를 통과한 광신호, 및 백색 필터를 통과한 광신호를 보정하여 적외선 파장 대역을 제거함으로써, 적외선 파장 대역으로 인한 흐림 현상, 변색, 및 안개 효과 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이미지 센서부(130)는 전술한 필터부(120)에 포함된 보색 필터, 원색 필터, 및 백색 필터를 통과한 광신호에서 적외선 파장 대역을 제거한 후, 보간법(Interpolation)을 통한 디모자이킹(Demosaicing)을 수행할 수 있다. 이때, 이미지 센서부(130)에서 수행하는 보간법은, 이미지를 각 필터의 색에 따라 구분하고, 소정 필터에 대응하는 픽셀 간의 평균을 통해 빈 픽셀의 색을 채우는 방법 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 이미지 센서부(130)는 전술한 바와 같이, 제 1필터 영역(121), 제 2필터 영역(122), 및 제 3필터 영역(123)을 통과한 광신호를 통한 디모자이킹을 수행한 후, 컬러 맵핑(Color Mapping)을 수행할 수 있다. 다시 말해서, 이미지 센서부(130)는 제 1필터 영역(121), 제 2필터 영역(122), 및 제 3필터 영역(123)을 통과한 광신호를 이용하여 3원색인 적색, 녹색, 및 청색으로 컬러 맵핑을 수행하는 것이다.
예를 들어, 제 1필터 영역(121)의 보색 필터로는 시안 필터, 옐로우 필터가 사용되고, 제 2필터 영역(122)의 원색 필터로는 녹색 필터가 사용되며, 제 3필터 영역(123)에는 백색 필터가 사용된 경우, 녹색은 녹색 필터를 통과한 광신호를 그대로 사용하여 컬러 맵핑을 수행하고, 적색, 및 청색은 백색 필터를 통과한 광신호와 시안 필터, 및 옐로우 필터를 통과한 광신호를 통해 컬러 맵핑을 수행할 수 있다. 구체적으로, 백색 필터, 시안 필터, 및 옐로우 필터를 통과한 광신호를 통해 적색, 녹색, 및 청색으로 컬러 맵핑을 수행하기 위해서는 도 6과 같이, "R=aW-bC, B=cW-dY, G=eW-fR-gB+hG"에 의해 이루어질 수 있으나, G는 녹색 필터를 통과한 광신호를 그대로 사용하므로, "R=aW-bC, B=cW-dY, G=녹색 필터를 통과한 광신호"와 같이 간소화시킬 수 있게 된다.
이때, 도 6에서 R, G, B는 적색, 녹색, 및 청색을 나타내고, W는 백색 필터를 통과한 광신호, C는 시안 필터를 통과한 광신호, Y는 옐로우 필터를 통과한 광신호로 이해될 수 있다.
또한, 제 1필터 영역(121)의 보색 필터로는 시안 필터, 및 마젠타 필터가 사용되고, 제 2필터 영역(122)의 원색 필터로는 청색 필터가 사용되며, 제 3필터 영역(123)에 백색 필터가 사용된 경우, 청색은 청색 필터를 통과한 광신호를 그대로 사용하여 컬러 맵핑을 수행하고, 적색, 및 녹색은 백색 필터를 통과한 광신호와 시안 필터, 및 마젠타 필터를 통과한 광신호를 통해 컬러 맵핑을 수행할 수 있다. 구체적으로, 백색 필터, 시안 필터, 및 마젠타 필터를 통과한 광신호를 통해 적색, 녹색, 및 청색으로 컬러 맵핑을 수행하기 위해서는 도 7과 같이, "R=aW-bC, G=cW-dM, B=eW-fR-gG+hB" 에 의해 이루어질 수 있으나, B는 청색 필터를 통과한 광신호를 그대로 사용하므로, "R=aW-bC, G=cW-dM, B=청색 필터를 통과한 광신호"와 같이 간소화시킬 수 있게 된다.
또한, 제 1필터 영역(121)의 보색 필터로는 마젠타 필터, 및 옐로우 필터가 사용되고, 제 2필터 영역(122)의 원색 필터로는 적색 필터가 사용되며, 제 3필터 영역(123)에 백색 필터가 사용된 경우, 적색은 적색 필터를 통과한 광신호를 그대로 사용하여 컬러 맵핑을 수행하고, 녹색, 및 청색은 백색 필터를 통과한 광신호와 마젠타 필터, 및 옐로우 필터를 통과한 광신호를 통해 컬러 맵핑을 수행할 수 있다. 구체적으로, 백색 필터, 마젠타 필터, 및 옐로우 필터를 통과한 광신호를 통해 적색, 녹색, 및 청색으로 컬러 맵핑을 수행하기 위해서는 도 8과 같이, "R=aW-bM, B=cW-dY, R=eW-fG-gB+hR"에 의해 이루어질 수 있으나, R은 적색 필터를 통과한 광신호를 그대로 사용하므로, "G=aW-bM, B=cW-dY, R=적색 필터를 통과한 광신호"와 같이 간소화시킬 수 있게 된다.
이때, 도 6 내지 도 8에서 R, G, B는 적색, 녹색, 및 청색을 나타내고, W는 백색 필터를 통과한 광신호, C는 시안 필터를 통과한 광신호, Y는 옐로우 필터를 통과한 광신호, M은 마젠타 필터를 통과한 광신호로 이해될 수 있으며, a, b, c, d, e, f, g, 및 h는 가중치이다.
이후, 이미지 센서부(130)는 제 3필터 영역(123)의 백색 필터를 통과한 광신호를 통해 백색 밸런싱을 조정하고, 쉐이딩(Shading), 및 컬러, 및 감마(Gamma)를 보정하여 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 이미지 센서부(130)는 생성된 이미지를 소정의 디스플레이 모듈을 통해 디스플레이시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 촬상 장치의 동작 방법이 도시된 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 촬상 장치의 동작 방법은, 먼저 렌즈부(110)를 통해 광신호가 입사하면(S110), 필터부(120)는 각 필터 영역(121, 122, 123, 124)에서 입사한 광신호를 필터링하게 된다(S120). 구체적으로, 전술한 S120 단계는, 필터부(120)의 제 1필터 영역(121)에서, 두 가지의 보색 필터를 통해 입사한 광신호에서 보색을 제한하고(S121), 제 2필터 영역(122)에서, 원색 필터를 통해 입사한 광신호를 원색으로 제한하며(S122), 제 3필터 영역(123)에서 입사한 광신호의 모든 파장 대역을 통과시키며(S123), 제 4필터 영역(124)에서 적외선 차단 필터를 통해 입사한 광신호에서 적외선 파장 대역을 제한하게 된다(S124).
이때, 전술한 S121단계, S122단계, S123단계 및 S124 단계가 순서에 따라 이루어지는 경우의 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로, 전술한 S121, S122, S123, 및 S124단계는 동시에 이루어질 수도 있고, 그 순서가 바뀔 수도 있다.
이미지 센서부(130)는 제 3필터 영역(123)을 통과한 광신호, 및 제 4필터 영역(124)를 통과한 광신호를 통해 적외선 파장 대역을 산출하게 된다(S130).
이미지 센서부(130)는 산출된 적외선 파장 대역을 통해 제 1필터 영역(121), 제 2필터 영역(122), 및 제 3필터 영역(123)을 통과한 광신호에서 적외선 파장 대역을 제거하는 보정을 수행하게 된다(S140). 예를 들어, 제 1필터 영역(121)에 시안 필터가 사용된 경우, 시안 필터를 통과한 광신호는 적외선 파장 대역을 포함하고 있기 때문에 시안 필터를 통과한 광신호에서 산출된 적외선 파장 대역을 제거함으로써, 시안 필터를 통과한 광신호를 보정하는 것이다.
이미지 센서부(130)는 제 1필터 영역(121), 제 2필터 영역(122), 및 제 3필터 영역(123)을 통과한 광신호에서 전술한 적외선 파장 대역이 제거한 광신호에 대해 디모자이킹(Demosaicing)을 수행한다(S150).
이미지 센서부(130)는 제 1필터 영역(121), 제 2필터 영역(122), 및 제 3필터 영역(123)을 통과한 광신호의 디모자이킹 수행한 후, 컬러 맵핑을 수행하게 된 다(S160). 이러한 컬러 맵핑은, 제 1필터 영역(121)에서 사용된 보색 필터에 해당하는 보색이 제한된 광신호, 제 2필터 영역(122)에서 사용된 원색 필터로 제한된 광신호, 및 제 3필터 영역(123)에서 통과한 백색을 통해 이루어질 수 있다. 이때, 컬러 맵핑은, 제 1필터 영역(121), 및 제 2필터 영역(122)에 사용된 보색 필터, 및 원색 필터에 따라 전술한 도 6 내지 도 8 중 어느 하나에 의해 이루어질 수 있다.
컬러 맵핑이 완료되면, 이미지 센서부(130)는 백색 밸런싱을 수행하고(S170), 쉐이딩, 컬러, 및 감마 보정을 수행한 다음(S180), 이미지를 생성하고, 생성된 이미지를 디스플레이 모듈을 통해 디스플레이할 수 있다(S190).
본 발명의 실시예에서 사용되는 용어 중 '부'는 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 부는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 부는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 부는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 부는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 부들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 부들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 부들로 더 분리될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법을 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 이미지 촬상 장치, 및 그 동작 방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
보색 필터, 원색 필터, 백색 필터, 및 적외선 차단 필터의 사용으로 인해 색 재현력의 감소를 방지하면서도 소정 픽셀에 도달하는 광량을 증가시켜 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
컬러 필터 어레이에 보색 필터, 원색 필터, 및 백색 필터와 함께 적외선 차단 필터를 함께 형성하기 때문에 제조 공정이 간소화될 수 있는 효과가 있다.
원색 필터를 통과한 광신호는 그대로 사용하여 컬러 맵핑을 수행하고, 보색 필터, 및 백색 필터를 통과한 광신호을 통해 나머지 원색에 대한 컬러 맵핑을 수행할 수 있기 때문에 컬러 맵핑 과정이 간소화될 수 있는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 렌즈부;
    상기 렌즈부를 통해 입사되는 광신호에서 소정 색에 대한 보색을 제한하는 제 1필터 영역, 상기 입사된 광신호를 소정 원색으로 제한하는 제 2필터 영역, 상기 입사된 광신호의 모든 파장 대역을 통과시키는 제 3필터 영역, 및 상기 입사된 광신호에서 적외선 파장 대역을 제한하는 제 4필터 영역를 포함하는 필터부; 및
    상기 필터부를 통과한 광신호를 검출하여 이미지를 센싱하는 이미지 센서부를 포함하는 이미지 촬상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1필터 영역은, 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 및 옐로우(Yellow) 중 적어도 하나의 보색 필터로 이루어지는 이미지 촬상 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2필터 영역은, 적색(Red), 녹색(Green), 및 청색(Blue) 중 적어도 하나의 원색 필터로 이루어지는 이미지 촬상 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3필터 영역은, 백색(White) 필터로 이루어지는 이미지 촬상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4필터 영역은, 적외선 차단 필터로 이루어지는 이미지 촬상 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서부는, 상기 제 3필터 영역, 및 상기 제 4필터 영역을 통과한 광신호의 차이를 통해 상기 적외선 파장 대역을 산출하는 이미지 촬상 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이미지 센서부는, 상기 제 1필터 영역, 상기 제 2필터 영역, 및 제 3필터 영역을 통과한 광신호에서 상기 산출된 적외선 파장 대역을 제거하는 이미지 촬상 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이미지 센서부는, 상기 제 1필터 영역, 상기 제 2필터 영역, 및 상기 제 3필터 영역을 통과하여 상기 산출된 적외선 파장 대역이 제거된 광신호를 통해 컬러 맵핑을 수행하는 이미지 촬상 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이미지 센서부는, 상기 제 2필터 영역을 통과한 원색으로 해당 원색에 대한 컬러 맵핑을 수행하고,
    상기 제 1필터 영역, 및 상기 제 3필터 영역을 통과한 광신호를 통해 상기 제 2필터 영역을 통과한 원색 이외의 원색에 대한 컬러 맵핑을 수행하는 이미지 촬상 장치.
  10. 입사된 광신호에서 소정 색에 대한 보색을 제한하는 제 1필터 영역, 상기 입사된 광신호를 소정 원색으로 제한하는 제 2필터 영역, 상기 입사된 광신호의 모든 파장 대역을 통과시키는 제 3필터 영역, 및 상기 입사된 광신호에서 적외선 파장 대역을 제한하는 제 4필터 영역을 통해 렌즈를 통해 입사하는 광신호를 필터링하는 단계; 및
    상기 각 필터 영역을 통과한 광신호를 검출하여 이미지를 센싱하는 단계를 포함하는 이미지 촬상 장치의 동작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1필터 영역은, 시안, 마젠타, 및 옐로우 중 적어도 하나의 보색 필터로 이루어지는 이미지 촬상 장치의 동작 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2필터 영역은, 적색, 녹색, 및 청색 중 적어도 하나의 원색 필터로 이루어지는 이미지 촬상 장치의 동작 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 3필터 영역은, 백색 필터로 이루어지는 이미지 촬상 장치의 동작 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 4필터 영역은, 적외선 차단 필터로 이루어지는 이미지 촬상 장치의 동작 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 이미지를 센싱하는 단계는, 상기 제 3필터 영역, 및 상기 제 4필터 영역을 통과한 광신호의 차이를 통해 상기 적외선 파장 대역을 산출하는 단계를 포함하는 이미지 촬상 장치의 동작 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이미지를 센싱하는 단계는, 상기 제 1필터 영역, 상기 제 2필터 영역, 및 상기 제 3필터 영역을 통과한 광신호에 상기 산출된 적외선 파장 대역을 제거하는 단계를 포함하는 이미지 촬상 장치의 동작 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 이미지를 센싱하는 단계는, 상기 제 1필터 영역, 상기 제 2필터 영역, 및 상기 제 3필터 영역을 통과하여 상기 산출된 적외선 파장 대역이 제거된 광신호를 통해 컬러 맵핑을 수행하는 단계를 포함하는 이미지 촬상 장치의 동작 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이미지를 센싱하는 단계는, 상기 제 2필터 영역을 통과한 원색으로 해당 원색에 대한 컬러 맵핑을 수행하는 단계; 및
    상기 제 1필터 영역, 및 상기 제 3필터 영역을 통과한 광신호를 통해 상기 제 2필터 영역을 통과한 원색 이외의 원색에 대한 컬러 맵핑을 수행하는 단계를 포함하는 이미지 촬상 장치의 동작 방법.
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