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【発明の名称】 デジタルカメラモジュール
【発明者】 【氏名】成 基 榮

【氏名】金 聖 洙

【氏名】朴 斗 植

【氏名】李 晧 榮

【氏名】金 昌 容

【要約】 【課題】デジタルカメラモジュールを提供する。

【構成】被写体から反射された光を集光する複数のレンズと、複数のレンズにそれぞれ対応し、前記被写体から反射された光に反応して電気的な映像信号を生成する複数のサブイメージセンサーと、を備えるが、前記複数のサブイメージセンサーにそれぞれ含まれるカラーフィルタは、互いに重畳されない一つの単一カラー領域で構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被写体から反射された光を集光する複数のレンズと、
前記複数のレンズにそれぞれ対応し、前記被写体から反射された光に反応して電気的な映像信号を生成する複数のサブイメージセンサーと、を備えるが、
前記複数のサブイメージセンサーにそれぞれ含まれるカラーフィルタは、互いに重畳されない一つの単一カラー領域で構成されるデジタルカメラモジュール。
【請求項2】
前記カラーフィルタは、コーティングされるカラーの透過度によって第1フィルタ領域と第2フィルタ領域とに区分され、前記第2フィルタ領域にコーティングされるカラーの透過度は、前記第1フィルタ領域にコーティングされるカラーの透過度より高い請求項1に記載のデジタルカメラモジュール。
【請求項3】
前記複数のサブイメージセンサーは、同じピクセル数を持つことを特徴とする請求項1に記載のデジタルカメラモジュール。
【請求項4】
前記カラーフィルタは、前記各レンズ及び前記サブイメージセンサーと一対一にマッチングされる請求項1に記載のデジタルカメラモジュール。
【請求項5】
被写体から反射された光を集光する複数のカラーレンズと、
前記複数のカラーレンズにそれぞれ対応し、前記被写体から反射された光に反応して電気的な映像信号を生成する複数のサブイメージセンサーと、を備えるデジタルカメラモジュール。
【請求項6】
前記複数のカラーレンズは、互いに重畳されない一つの単一カラーで構成される請求項5に記載のデジタルカメラモジュール。
【請求項7】
前記複数のカラーレンズは、レンズカラーの透過度によって第1レンズ領域と第2レンズ領域とに区分され、前記第2レンズ領域のレンズカラーの透過度は、前記第1レンズ領域のレンズカラーの透過度より高い請求項5に記載のデジタルカメラモジュール。
【請求項8】
前記サブイメージセンサーは、前記複数のカラーレンズとそれぞれ一対一にマッチングされる請求項5に記載のデジタルカメラモジュール。
【請求項9】
前記第2レンズ領域はグレー色相のフィルタを含む請求項7に記載のデジタルカメラモジュール。
【請求項10】
前記第2レンズ領域はホワイト、イエロー、シアンおよびマジェンダ色相のフィルタのうち、少なくとも一つのフィルタを含むデジタルカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のレンズを備えるデジタルカメラモジュールに係り、より詳細には、携帯電話、PDA、MP3プレーヤーのような小型デジタル機器に装着されるデジタルカメラにおいて、デジタルカメラを小型化しつつカラーフィルタにコーティングされるカラーの透過度を異ならせて光量の差を発生させることによって、高感度及び低減度イメージセンシングを具現する広域逆光補正(Wide Dynamic Range;WDR)機能を持つデジタルカメラモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
大部分のデジタル機器のように、デジタルカメラは人間に新たな世界を開いて見せた。
デジタルカメラは、フィルムカメラとは違って簡便な操作でも専門家に劣らない写真を撮ることができ、現像と焼き付けしなくても現場で撮った写真を直ちに確認でき、きれいな画質の写真を変形なしに半永久的に使用可能な長所がある。
【0003】
また、デジタルカメラが小型化されて携帯が簡便になり、携帯電話やPDA、MP3プレーヤーのような小型デジタル機器に内蔵されつつ、過去のように特別な日にのみ写真を撮ることではなく、日常生活で写真を撮って楽しむことが自然になり、小型デジタル機器を選択して購買するに当ってデジタルカメラの内蔵如何は重要な要素として位置を占めた。
【0004】
最近、デジタル機器は益々小型化される勢いであり、自分だけの個性及び便利さを追求する傾向と共に、消費者は今よりさらに小さくてさらに薄い小型デジタル機器製品を要求している。
【0005】
結局、デジタルカメラが内蔵された小型デジタル機器が今よりさらに小型化されてスリム化されるためには、内蔵されるデジタルカメラが小型化及びスリム化されねばならないということは明らかである。
【0006】
図1は、従来の小型デジタル機器に内蔵されたデジタルカメラの原理を簡単に図示した図面である。
直径D,Dの相異なるそれぞれのレンズ101a、101bを通じてユーザが撮った被写体101の映像は、該当デジタルカメラのイメージセンサー102a、102bに形成される。
【0007】
この時、レンズ101bの直径Dが大きければ解像度に優れた長所があるが、被写体の映像(イメージB)が結ばれるための焦点距離fが長くなるので、小型デジタル機器に内蔵されるデジタルカメラモジュールが高くなる。
【0008】
したがって、大きいレンズ及び長くなった焦点距離によって小型化及びスリム化には難点がある。
一方、相対的にレンズ101aの直径Dが小さな場合、被写体101の映像(イメージA)が結ばれるための焦点距離fも減少するので、小型化及びスリム化には適しているが、デジタルカメラの最も重要な要素である解像度がレンズの直径に比例して低くなるので、鮮明な高解像度写真を所望する消費者の要求とは距離がある。
【0009】
一方、従来にはWDRされた映像を具現するための研究が持続的に進んでいる。
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られるようにする。
【0010】
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たが、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。
【0011】
これにより、焦点距離の減少と同時に高感度及び低感度イメージセンシングを具現するためのいろいろな発明(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していない。
【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】
【0012】
本発明は、デジタルカメラモジュールを通じて小型デジタル機器に内蔵されるデジタルカメラの大きさ及び高さを低減させて、デジタルカメラが内蔵される小型デジタル機器の小型化及びスリム化に寄与するところにその目的がある。
【0013】
本発明の他の目的は、カラーフィルタにコーティングされるカラーの透過度を異ならせて光量の差を発生させて新たな設計及び工程技術の追加なしにも高感度及び低感度イメージセンシングを具現することである。
【0014】
本発明のさらに他の目的は、デジタルカメラモジュールを通じてデジタルカメラが内蔵される小型デジタル機器の設計自由度を高めることである。
【0015】
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】
【0016】
前記目的を達成するために、本発明の実施形態によるデジタルカメラモジュールは、被写体から反射された光を集光する複数のレンズと、前記複数のレンズにそれぞれ対応し、前記被写体から反射された光に反応して電気的な映像信号を生成する複数のサブイメージセンサーと、を備えるが、前記複数のサブイメージセンサーにそれぞれ含まれるカラーフィルタは、互いに重畳されない一つの単一カラー領域で構成される。
【0017】
前記カラーフィルタは、相異なる透過度を持ち、第1フィルタ領域と前記第1フィルタ領域より高い透過度を持つ第2フィルタ領域とに区分される。
【0018】
前記目的を達成するために、本発明の他の実施形態によるデジタルカメラモジュールは、被写体から反射された光を集光する複数のカラーレンズと、前記複数のカラーレンズにそれぞれ対応し、前記被写体から反射された光に反応して電気的な映像信号を生成する複数のサブイメージセンサーと、を備える。
【0019】
前記複数のカラーレンズは、互いに重畳されない一つの単一カラーで構成されて相異なっている透過度を持って、レンズカラーの透過度によって第1レンズ領域と第2レンズ領域とに区分される。
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】
【0020】
本発明のデジタル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。
小型デジタル機器に内蔵されるデジタルカメラの大きさ及び高さを減らしてデジタルカメラが内蔵される小型デジタル機器の小型化及びスリム化に寄与する長所がある。
【0021】
カラーフィルタにコーティングされるカラーの透過度を異ならせて光量の差を発生させて、新たな設計及び工程技術の追加なしにも高感度及び低感度イメージセンシングを具現する長所もある。
デジタルカメラが内蔵される小型デジタル機器の設計自由度を高める長所もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
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。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。
【0023】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【0024】
一般的にデジタルカメラは、画素数を通じて該当デジタルカメラの性能を察することができる。画素数が高いほどさらに鮮明な映像を得ることができるためである。
【0025】
画素数以外にもレンズの輝度を通じてもデジタルカメラの性能が分かるが、レンズの輝度は‘Fナンバー’または‘しぼり値’と呼ばれる。
Fナンバーは、デジタルカメラのイメージセンサーに到達する単位面積当たり光量を表現したものであって、
Fナンバー=f(焦点距離)/D(レンズ直径)
すなわち、レンズの焦点距離とレンズ直径との割合で表すことができる。
【0026】
Fナンバーが大きいほど、デジタルカメラ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ナンバーが低いほどデジタルカメラの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。
【0027】
したがって、Fナンバーの大きさは、デジタルカメラのイメージセンサーに到達する光量及びデジタルカメラを通じて得る映像の解像度と密接な関係がある。
【0028】
もし、レンズの大きさ及び焦点距離そして画素数の異なる2台のデジタルカメラでFナンバーが相等しいならば、レンズの大きさと焦点距離、画素数は相異なるが、光量が同一なために同じ輝度の映像を得ることができる。
【0029】
本発明は、このような原理を利用してレンズの直径及び焦点距離を縮めつつも高解像度映像を表現できる複数のレンズを含むデジタルカメラモジュールを提案しようとする。
図2Aは、従来のデジタルカメラの基本構造を示す図面である。
【0030】
従来のデジタルカメラの基本構造は、被写体から反射された光を集光する直径がDである一つのレンズ201と、このレンズ201で集光された光に反応して電気的な映像信号を生成する画素単位のイメージセンサー202と、を備える。
【0031】
イメージセンサー202内には、レンズ201が受け入れた光を元来の天然色に具現するベイヤーパターン(Bayer Patten)のカラーフィルタが含まれており、図2Aに図示されたイメージセンサー202は、これを上から見たものである。
【0032】
ベイヤーパターンは、1970年代に発表した以降に現在までデジタルイメージの最も重要な基本原理であって、理論の開始は、自然界に存在する実際映像は点でなるものではないのに対し、デジタル映像は、点で具現されざるをえないということから出発する。
【0033】
対象の輝度及び色相を集めて点からなるイメージを作るために、2次元平面上にレッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)それぞれの輝度を受け入れる点を配置する。
【0034】
点を配置する時に人の目に最も敏感なグリーン(G)の比率が50%、レッド(R)とブルー(B)とはそれぞれ25%ずつ割り当てて格子網を形成するが、これをベイヤーパターンカラーフィルタという。
【0035】
ベイヤーパターンカラーフィルタで格子網を形成するそれぞれの画素は、総天然色を認識するものではなく、レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)のうち割り当てられた色のみを認識し、後ほどこれを補間して天然色を類推し出す。
【0036】
図2Bは、図2Aに図示されたイメージセンサーを構成する単位画素についての断面図である。
イメージセンサーを構成する単位画素の一部分202aないし202dに対する断面を見れば、イメージセンサー内にベイヤーパターンのカラーフィルタ203が含まれていることが分かる。
【0037】
図3Aないし図3Bは、本発明の実施形態による 複数のレンズを含むデジタルカメラの構造を図示した図面である。
【0038】
本発明の実施形態による複数のレンズを含むデジタルカメラの構造は、被写体から反射された光を集光する同径の複数のレンズ301と、被写体から反射された光に反応して電気的な映像信号を生成する複数のサブイメージセンサー302aないし302dとを備え、レンズが集光した光を元来の天然色で具現する複数のカラー領域に分割されたカラーフィルタがサブイメージセンサー302aないし302d内に含まれる。
【0039】
参考までに、図3Bは、図3Aに図示されたデジタルカメラモジュールの構造を側面から見た図面であって、直径Dの大きさの同じ複数のレンズから被写体の映像が形成されるイメージセンサーまでの焦点距離fはいずれも同一であると仮定する。
【0040】
したがって、直径の大きさの同じ複数のレンズ301は、同一平面上に位置することが望ましい。
また、複数のレンズ配列方式において、本発明の実施形態は上下左右対称形態に配列したが、複数のレンズを横または縦形態の一直線状に配列してもよく、レンズの数が奇数である場合、一つのレンズを中心に放射形態の配列も可能であり、これ以外にも本発明で言及されていないいろいろな形態のレンズ配列が可能である。
【0041】
以下、本発明では説明の便宜上4個のレンズが横X縦2X2の形態に配列された場合を実施形態として説明する。
【0042】
前述したように、レンズの大きさと焦点距離そして画素数の異なる2台のデジタルカメラで、Fナンバーが互いに同一ならば、レンズの大きさと焦点距離、画素数は相異なるが、光量が同一であるために同じ輝度の映像を得ることができるという原理を利用して、本発明の実施形態では、図2で図示されたレンズ201よりサイズの小さいレンズ301aないし301dと、図2で図示されたイメージセンサー202より画素数の少ないイメージセンサー302aないし302dを使用し、焦点距離fは図2で図示された焦点距離fより短い。
【0043】
図2で図示されたイメージセンサー202の画素数を400万画素と仮定し、図3で図示されたサブイメージセンサー302aないし302dの画素数はそれぞれ100万と仮定する。
【0044】
したがって、図3で図示されたサブイメージセンサー302aないし302dは、100万画素のサブイメージセンサー302aないし302dの4つが配列されたイメージセンサーになり、直径の大きさDの同じ各4個のレンズ301aないし301dは、各レンズにマッチングされたサブイメージセンサー302aないし302dに被写体の映像を生成する。
【0045】
また、サブイメージセンサー302aないし302d内に含まれるカラーフィルタは、各サブイメージセンサー302aないし302dの大きさに合わせて4分割されて、互いに重畳されない一つの単一カラーでコーティングされる。
【0046】
前述したカラーフィルタが含まれた一つのサブイメージセンサー302dを構成する単位画素302d−1ないし4に対する断面が図3Cに図示されており、同じサブイメージセンサー302d内に存在するためにいずれも同じカラーフィルタ303を含んでいる。
【0047】
この時、カラーフィルタ303は、コーティングされるカラーの透過度によって第1フィルタ領域と第2フィルタ領域とに区分される。
【0048】
第1フィルタ領域及び第2フィルタ領域にコーティングされるカラーの透過度を異ならせて光量を差を発生させることによって、高感度及び低感度のイメージセンシングを具現できる。
【0049】
フィルタ領域の区分は、カラーフィルタを構成するカラー領域のうち透過度の最も高いカラー領域を第2フィルタ領域に区分し、カラーフィルタで第2カラー領域を除外した残りの部分を第1フィルタ領域に区分することが望ましい。
【0050】
説明の便宜上、複数で分割されるカラーフィルタの領域と各サブイメージセンサーの図面表示記号とを共に使用して実施形態を説明する。
【0051】
例えば、図3Aに図示されたサブイメージセンサー302aないし302d内に含まれたカラーフィルタを構成する4分割されたそれぞれのカラー領域、すなわち、グリーン(G)302a、レッド(R)302b、ブルー(B)302c、グレー(Gr)302d領域のうち透過度の最も高いカラーであるグレー(Gr)302d領域を第2フィルタ領域に区分すれば、カラーフィルタでグレー(Gr)302d領域を除外した残りのカラー領域、すなわち、グリーン(G)302a、レッド(R)302b、ブルー(B)302c領域が第1フィルタ領域に含まれる。
【0052】
また、カラーフィルタを構成するそれぞれのカラー領域のうち第2フィルタ領域にはグレー以外のカラーが形成されてもよい。
【0053】
例えば、ホワイト(W、no color filter)、イエロー(Y)、シアン(Cyan)またはマゼンタ(Magenta)のうちいずれか一つのカラーを持つカラー領域が形成されうる。
しかし、第2フィルタ領域に形成されるカラーは、前述した例に限定されるものではなく、第1フィルタ領域に形成されたカラーに比べて高い透過度を持つカラーならば本発明の範ちゅうに属すると見なすことができる。
【0054】
結果的に、図3Aに図示されたカラーフィルタの透過度は、ブルー(B)、グリーン(G)、レッド(R)、グレー(Gr)のうちグレー(Gr)が最も高い透過度を持つ。
【0055】
このように、第2フィルタ領域302dに該当するカラーの透過度が、第1フィルタ領域302aないし302cに該当するカラーの透過度より高いカラーフィルタを形成すれば、各カラーフィルタ領域を通過する光量に差が発生する。
【0056】
これは、該当カラーフィルタ領域とマッチングされるサブイメージセンサー302aないし302dに到達する光量に差が発生することを意味し、各サブイメージセンサー302aないし302dに高感度センシング機能及び低感度センシング機能を同時に具現できる。
【0057】
前述したカラーフィルタコーティング方法の実施形態には、写真石版印刷技法とインク低減技法(Inkjet Method)とがあり、図4A及び図4Bに図示されている。
【0058】
例えば、グリーン(G)、レッド(R)、ブルー(B)、グレー(Gr)の4種つの単一カラーをコーティングする場合、写真石版印刷技法はまずイメージセンサー全体にグリーン(G)カラーをコーティングし(402)、1/4のグリーン(G)カラーコーティング部分を残した後、残りの3/4のグリーン(G)カラーコーティングは除去する(403)。
【0059】
グリーン(G)カラーコーティングを剥いだ3/4のイメージセンサー上に再びレッド(R)カラーをコーティングし(404)、1/4のレッド(R)カラーコーティング部分を残した後、残りの2/4のレッド(R)カラーコーティングは除去する(405)。
【0060】
サブイメージセンサーにはグリーン(G)、レッド(R)カラーがそれぞれ1/4ずつコーティングされており、残りの2/4ほどのコーティングはグリーン(G)、レッド(R)カラーコーティング方法のようにブルー(B)、グレー(Gr)コーティングを行える(406〜408)。
写真石版印刷技法は、ベイヤーパターンカラーフィルタ工程に比べて容易な長所がある
図4Bは、2番目コーティング方法の実施形態であるインク低減コーティング方法を図示した図面である。
インク低減コーティング方法は、イメージセンサーにレンズの数と同じ4個の分割壁を形成し(410)、各分割された1/4の空間に所望のカラーのインクをコーティングしてカラーフィルタを生成する方法である(411〜414)。
【0061】
インク低減コーティング方法は非常に簡単な工程であり、インクが低減される効果と共にセンサー製造コストを低減できる長所がある。
【0062】
前述した方法でコーティングされたカラーフィルタは、各レンズ及び各サブイメージセンサーにマッチングされ、新たな設計及び工程技術の追加なしにも高感度イメージセンシング及び低感度イメージセンシングを同時に具現するWDR機能を持つカメラモジュールを提供できる。
【0063】
本発明の実施形態による複数のレンズを含むデジタルカメラモジュールは、複数のレンズと複数のサブイメージセンサーとの間に複数に分割されたカラーフィルタが存在せず、複数のレンズ自体にカラーを付与することによって複数のそれぞれのレンズがカラーフィルタの役割を代えて、各レンズを通じて入った被写体の光が直ちに各レンズとマッチングされるサブイメージセンサーに映像を形成する。
【0064】
カラーフィルタなしにカラーレンズを通じてカラー別に分離された映像を利用して高解像度映像を復元するこのような構造は、被写体から反射された光を受光する複数のカラーレンズ及び被写体から反射された光に反応して電気的な映像信号を生成する複数のサブイメージセンサーを含む。
【0065】
複数のカラーレンズは、互いに重畳されない一つの単一カラーでそれぞれ構成され、相異なる透過度を持つ。
この時、図3Aを通じて説明したように、高感度及び低感度イメージセンシングを具現するために、レンズカラーの透過度によって第1レンズ領域と第2レンズ領域とに区分する。
【0066】
レンズ領域の区分は、複数で構成されたカラーレンズのカラーのうち透過度の最も高いレンズを第2レンズ領域に区分し、複数のカラーレンズで第2レンズ領域を除外した残りの部分を第1レンズ領域に区分することが望ましく、その例は、図3Aを通じて説明したカラーフィルタを第1フィルタ領域と第2フィルタ領域とに区分した場合と同一である。
【0067】
以上、添付図を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明が属する技術分野で当業者ならば本発明がその技術的思想や必須特徴を変更せずとも他の具体的な形に実施されうるということが理解できるであろう。したがって、前述した実施例は全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないと理解せねばならない。
【産業上の利用可能性】
【0068】
本発明は、携帯電話、PDA、MP3プレーヤーのような小型デジタル機器に装着されるデジタルカメラに好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【0069】
【図1】従来の小型デジタル機器に内蔵されたデジタルカメラの原理を簡単に図示した図である。
【図2A】従来のデジタルカメラの基本構造を示す図である。
【図2B】図2Aに図示されたイメージセンサーを構成する単位画素についての断面図である。
【図3A】本発明の実施形態によるデジタルカメラの構造を図示した図である。
【図3B】本発明の実施形態によるデジタルカメラの構造を図示した図である。
【図3C】図3Aに図示されたイメージセンサーを構成する単位画素についての断面図である。
【図4A】本発明の実施形態によるカラーフィルタコーティング方法である。
【図4B】本発明の実施形態によるカラーフィルタコーティング方法である。
【符号の説明】
【0070】
301aないし301d 第1レンズ〜第4レンズ
302aないし302d 第1レンズ〜第4レンズとそれぞれマッチングされるサブイメージセンサー
302d−1ないし302d−4 サブイメージセンサーを構成する単位画素
【出願人】 【識別番号】591003770
【氏名又は名称】三星電機株式会社
【出願日】 平成19年6月25日(2007.6.25)
【代理人】 【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦

【識別番号】100091214
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 進介

【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重


【公開番号】 特開2008−11528(P2008−11528A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2007−166286(P2007−166286)