KR101714832B1

KR101714832B1 - Image sensor

Info

Publication number: KR101714832B1
Application number: KR1020140022205A
Authority: KR
Inventors: 김태환
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2034-02-25
Also published as: KR20150100416A

Abstract

본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 화소들이 곡선 배치되어 있는 곡선형 이미지 센서 구조로, 인간의 망막과 같이 빛을 받는 센서의 표면이 곡선을 가짐으로서 수차와 화상의 왜곡을 줄이고 렌즈부를 간소화할 수 있다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a curved image sensor structure in which pixels are arranged in a curved shape, and a surface of a sensor that receives light such as a human retina has a curved line to reduce aberration and image distortion, have.

Description

Image sensor

본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a CMOS image sensor.

CMOS형 이미지 센서는 화소 구조에 따라 1개의 트랜지스터를 사용하는 수동형과 3~5개의 트랜지스터를 사용하는 능동형으로 나눌 수 있다. CIS는 구동 전력 기능 면에서 유리하기 때문에 휴대용 기기에 많이 사용된다. 이에 종래에는 CCD의 시장규모가 컸지만, 휴대폰의 카메라 장착 비율이 높아지면서 2007년부터는 CIS의 시장규모가 더 큰 것으로 나타난다. 4개의 화소를 가지는 CMOS형 이미지 센서의 신호전달 방식 광학렌즈에 의해 이미지 센서의 표면에 영상이 맺히면, 각 화소는 정해진 시간동안 그 위치에 들어온 빛의 세기에 비례한 수의 신호전자들을 만든다. 이 전자들은 전자의 수에 비례한 전압으로 화소 내에서 변환된다. 이 역할은 화소 내의 트랜지스터들이 하게 된다. 이 전압은 MOS 스위치에 의해 각 열의 수직 신호선으로 차례대로 연결되고, 각 수직 신호선에 붙어있는 회로에서 차례대로 외부로 출력되게 되는 것이다. CMOS형의 가장 큰 특징은 빛에 의해 각 화소에서 발생한 신호 전자들을 화소 내에서 전압으로 변환한다는 것이다CMOS image sensors can be classified into passive type using one transistor and active type using three to five transistors depending on the pixel structure. CIS is widely used in portable devices because it is advantageous in terms of driving power capability. Conventionally, the market size of CCD has been large, but the market size of CIS is bigger since 2007 because of the increase of the camera mounting ratio of mobile phones. Signal transmission method of a CMOS image sensor having four pixels When an image is formed on the surface of an image sensor by an optical lens, each pixel produces a number of signal electrons proportional to the intensity of the light entering the position for a predetermined time. These electrons are converted in the pixel with a voltage proportional to the number of electrons. This role is made of the transistors in the pixel. This voltage is sequentially connected to the vertical signal lines of the respective columns by the MOS switches and sequentially outputted to the outside in the circuit attached to each vertical signal line. The biggest feature of the CMOS type is that it converts the signal electrons generated by each pixel to light in the pixel

기존의 CMOS 이미지 센서는 평면구조이기 때문에 상의 왜곡이나 시야각의 한계를 가지게 된다. 상세하게는, 한 화상 안에서 센서의 중앙과 바깥쪽의 이미지에 차이가 생기게 된다. 또한, 평면 구조의 이미지 센서는 렌즈의 곡률에 의해 발생되는 빛의 굴절, 회절, 분산등의 특성을 모두 받아들이지 못하며 이러한 정보전달의 문제점은 결국 상의 왜곡이나 시야각의 한계로 드러나게 된다.Conventional CMOS image sensors have a planar structure and therefore have a limitation in image distortion and viewing angle. Specifically, there is a difference in the image of the center and the outside of the sensor in one image. In addition, the image sensor of a planar structure can not accept all the characteristics of light refraction, diffraction, dispersion caused by the curvature of the lens, and the problem of such information transmission is eventually revealed as a limitation of the image distortion and the viewing angle.

또한 상기 한계점을 극복하기 위해 복잡한 렌즈부를 형성하고 있으나, 렌즈부 형성으로 인해 빛의 에너지 손실이 커지고 제조가격이 증가하게 된다.Further, although a complicated lens unit is formed to overcome the above limitations, energy loss of light is increased due to the formation of the lens unit, and the manufacturing cost is increased.

이에 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 착안된 것으로서, 상의 왜곡을 감소시키고, 제한적인 시야각을 넓힐 수 있는 이미지 센서를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an image sensor capable of reducing image distortion and widening a limited viewing angle.

또한, 본 발명은 기존의 렌즈부 형성으로 인한 빛 에너지 손실을 줄이고, 제조가격을 감소시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an image sensor capable of reducing light energy loss due to the formation of an existing lens part and reducing manufacturing cost.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 계단형태로 형성된 큰 곡률을 가진 깊은 곡선형 이미지 센서를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a deep curved image sensor having a large curvature formed in a stepped shape.

본 발명에 따른 이미지 센서는 상의 왜곡을 감소시키고, 제한적인 시야각을 넓힐 수 있다.The image sensor according to the present invention can reduce image distortion and widen the limited viewing angle.

또한, 기존의 렌즈부 형성으로 인한 빛 에너지 손실을 줄이고, 제조가격을 감소시킬 수 있다.Further, it is possible to reduce the light energy loss due to the formation of the existing lens part, and to reduce the manufacturing cost.

도 1은 곡선형 이미지 센서의 동작 모식도이다.
도 2는 곡선형 이미지 센서의 구조를 나타낸 이미지이다.
도 3은 곡선형 이미지 센서의 동작 과정을 나타낸 이미지이다.1 is a schematic operational view of a curved image sensor.
2 is an image showing a structure of a curved image sensor.
3 is an image showing the operation of the curved image sensor.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms.

본 발명은 3차원적인 CMOS 이미지 소자의 구조를 큰 곡률을 가진 깊은 곡선형 이미지 센서를 제공한다. 이에 받아들일 수 있는 광량을 증가시키고 왜곡을 줄일 수 있으며 또한 받아들일 수 있는 측면에서 오는 빛의 각도 즉 화각을 늘릴 수 있다.The present invention provides a deep curved image sensor having a large curvature in the structure of a three-dimensional CMOS image element. It can increase the amount of light that can be accepted, reduce distortion, and also increase the angle of view, that is, the angle of view from the acceptable side.

상세하게는, 상기 곡선형 이미지 센서는 계단형태로 형성된 깊은 곡률의 3차원 CMOS 이미지 센서의 구조를 제시한다. 따라서 본 발명에서 제시하는 CMOS 이미지 소자의 구조를 통해 이미지 재현성이 획기적으로 높아지고 광시야각을 구현할 수 있다.In particular, the curved image sensor presents a structure of a three-dimensional CMOS image sensor with a deep curvature formed in the form of a step. Therefore, the image reproducibility is remarkably increased and a wide viewing angle can be realized through the structure of the CMOS image element proposed in the present invention.

이에 따라, 높은 곡률의 곡면의 형태로 작동하는 CMOS 이미지 센서를 구현할 수 있다. 또한, 곡면의 형태고 그 곡률이 높기 때문에 기존의 CMOS 이미지 센서에 비해 적은 왜곡을 가지면서 높은 해상도를 가지는 광시야각 소자가 될 수 있다. Accordingly, a CMOS image sensor that operates in the form of a curved surface with a high curvature can be realized. In addition, since the shape of the curved surface and the curvature thereof are high, it can be a wide viewing angle device having a small distortion and a high resolution as compared with the conventional CMOS image sensor.

이에, 본 발명에 따른 이미지 센서는 광시야각 이미지 센서가 필요한 카메라, 자동차 주행 보조 시스템, 보안 시스템, 모바일기기들에 적용되어 렌즈부 감소로 인한 소형화와 제조비용이 감소된 이미지 센서 모듈을 구성하여 활용 할 수 있다.Accordingly, the image sensor according to the present invention is applied to a camera, an automobile travel assistance system, a security system, and a mobile device requiring a wide viewing angle image sensor, thereby constituting an image sensor module with reduced size and manufacturing cost can do.

도 1은 곡선형 이미지 센서의 동작 모식도이다.1 is a schematic operational view of a curved image sensor.

도 1을 참조하면, 곡선형 이미지 센서의 렌즈가 형성됨을 알 수 있다. 이에 따라 넓은 광시야각을 확보할 수 있으며, 측면에서 들어오는 빛은 곡선형 이미지 센서의 측면부에서 받아 화상의 왜곡과 에너지 손실없이 빛의 정보를 센싱할 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that a lens of a curved image sensor is formed. Accordingly, it is possible to secure a wide viewing angle, and the light coming from the side can be received by the side portion of the curved image sensor and can sense light information without image distortion and energy loss.

도 2는 곡선형 이미지 센서의 구조를 나타낸 이미지이다.2 is an image showing a structure of a curved image sensor.

도 2를 참조하면, 곡선형 이미지 센서가 형성됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that a curved image sensor is formed.

이는 곡률을 조절하여 인간의 망막과 같이 화소의 수광부의 배열을 곡면으로 배치한 것이다.This is the arrangement of the light-receiving portion of the pixel as a curved surface like a human retina by controlling the curvature.

도 3은 곡선형 이미지 센서의 동작 과정을 나타낸 이미지이다.3 is an image showing the operation of the curved image sensor.

도 3을 참조하면, 곡선형 이미지 센서는 소자의 구조가 곡선형으로 기존의 평면성 CMOS 이미지 센서와 구동 방법이 달라짐을 알 수 있다. 각 소자들은 곡면의 중심으로부터 거리에 따라 같은 단차를 가지는 화소들을 하나의 단(n)으로 구성된다. 각각의 단 안에서는 기준선을 기준으로 단위 회전각(r)을 정하여 각 단에서 단위 회전각의 배수에 위치한 화소들을 센싱한다. 한 단을 센싱하고 나면 그 다음 단을 똑같은 방법을 이용하여 센싱하다. 각각의 화소를 센싱할때마다 그 데이터를 ( n,r )로 저장하고 모든 화소를 센싱한 후에 저장된 배열에서 이미지를 합성하여 화상을 구현한다. 단위 회전각은 곡선형 이미지 센서의 곡률과 해상도에 따라 결정된다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the curved image sensor has a curved shape of the device, and the driving method of the conventional planar CMOS image sensor is different. Each element consists of one stage (n) of pixels with the same step according to the distance from the center of the curved surface. In each stage, the unit rotation angle (r) is determined based on the reference line, and the pixels located at a multiple of the unit rotation angle at each stage are sensed. Once you have sensed one stage, use the same method to sense the next stage. Each time a pixel is sensed, the data is stored as (n, r), and all the pixels are sensed. The unit rotation angle is determined by the curvature and resolution of the curved image sensor.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. Change is possible.

Claims

A substrate having a concave portion having a curved surface; And
And a plurality of pixels arranged in the surface of the concave portion,
The pixels located at the same distance from the center of the concave portion are defined as respective unit stages,
In each unit stage, the unit rotation angle is defined based on the reference line,
And detects pixels positioned at a multiple of the unit rotation angle.

delete

The method according to claim 1,
Wherein the data obtained by sensing each of the pixels is arranged and stored on the basis of the unit stage and the rotation angle,
Wherein the image sensing device synthesizes an image through the stored data array after sensing all of the pixels, and implements an image.

The method according to claim 1,
Wherein the unit rotation angle is adjusted according to the curvature of the curved surface and the resolution of the image sensor.

The method according to claim 1,
Wherein light incident on a side surface of the image sensor is received by a pixel disposed on a side surface of the curved surface to reduce distortion of the image.