컬러 이미지 캡처 이미지 센서 document_id A220623067353

전자 이미징 시스템은 시각 이미지의 전자적 표현을 생성하기 위해 전자 이미지 센서에 의존한다. 이러한 전자적 이미지 센서의 예는 전하 결합 소자(CCD) 이미지 센서 및 능동 픽셀 센서(APS) 소자(APS 소자는 흔히 상보적 금속 산화물 반도체 프로세스에서 이들을 제조할 수 있기 때문에 CMOS 센서로 지칭됨)를 포함한다. 통상적으로, 이들 이미지는 행과 열의 규칙적 패턴으로 배열되는 다수의 감광 픽셀을 포함한다. 컬러 이미지를 캡처하기 위해, 필터의 패턴은 통상적으로 픽셀 패턴 상에 제조되며, 개별 픽셀이 가시 광 스펙트럼의 일부에만 민감하도록 상이한 필터 물질을 사용한다. 필연적으로 컬러 필터는 각 픽셀에 도달하는 광의 양을 감소시켜서 각 픽셀의 광 감도를 떨어뜨린다. 더 낮은 광 레벨에서 이미지가 캡처되게 하거나 더 높은 레벨에서 더 짧은 노출 시간으로 이미지가 캡처되게 하기 위해 전자 컬러 이미지 센서의 광 감도 또는 포토그래픽 속도를 향상시키기 위한 필요성이 존재한다. 이미지 센서는 1차원(linear)이거나 2차원이다. 일반적으로, 이들 센서는 2개의 상이한 애플리케이션 유형을 갖는다. 2차원 센서는 통상적으로 디지털 카메라, 셀룰러 전화 및 기타 애플리케이션과 같은 이미지 캡처 장치에 적합하다. 1차원 센서는 흔히 문서를 스캐닝하는 데 사용된다. 어느 경우에도, 컬러 필터가 사용되면 이미지 센서는 감소된 감도를 갖는다. 1차원 이미지 센서, Eastman Kodak Company에 의해 제조되는 KL1-4104는 4개의 1차원 단일 픽셀 와이드(single pixel wide) 픽셀 어레이를 포함하는데, 컬러 필터는 어레이 중 3개에 적용되어 각 어레이가 전체적으로 적색, 녹색 또는 청색에 민감하도록 구성하며 4번째 어레이에는 어떠한 컬러 필터도 적용되지 않게 하고, 또한, 3개의 컬러 어레이는 컬러 필터로 인한 광 감도의 감소를 보상하는 더 큰 픽셀을 가지고, 4번째 어레이는 고해상도 단색성 이미지를 캡처하는 더 작은 픽셀을 갖는다. 이 이미지 센서를 사용하여 이미지가 캡처될 때, 이미지는 거의 동일한 포토그래픽 감도를 갖는 3개의 낮은 해상도 이미지와 함께 고해상도, 높은 포토그래픽 감도 단색성 이미지(monochrome image)로서 표현되는데, 3개의 이미지 각각은 이미지로부터의 적색, 녹색 또는 청색에 대응하므로 전자적 이미지의 각 포인트는 단색성 값, 적색 값, 녹색 값 및 청색 값을 포함한다. 그러나, 이는 1차원 이미지 센서이므로, 4개의 1차원 픽셀 어레이에 걸쳐 이미지를 스캔하기 위해서 이미지 센서와 이미지 사이의 상대적인 기계적 동작을 요구한다. 이는 이미지가 스캐닝되는 속도를 제한하고 이 센서를 소형 카메라 또는 이동 물체를 포함하는 장면을 캡처하는 데에 사용할 수 없게 한다. 또한, Akira Muramatsu의 미국 특허 제 4,823,186 호에는 2개의 센서를 포함하는 전자 이미징 시스템이 개시되어 있는데, 여기서는 센서 각각이 2차원 픽셀 어레이를 포함하지만 한 센서는 컬러 필터를 갖지 않고 다른 센서는 픽셀과 포함되는 컬러 필터 패턴을 포함하고, 각 이미지 센서에 이미지를 제공하는 광학 빔 스플리터를 갖는다. 컬러 센서가 적용되는 컬러 필터의 패턴을 가지므로 컬러 센서의 각 픽셀은 단 하나의 컬러를 제공한다. 이미지가 이 시스템으로 캡처되면, 전자 이미지의 각 포인트는 하나의 단색성 값 및 하나의 컬러 값을 포함하며, 컬러 이미지는 각 픽셀 위치에서 근처 컬러로부터 보간되는(interpolated) 결여된 컬러를 가지게 된다. 이 시스템이 단일 종래 이미지 센서에 비해 광 감도를 향상시키지만, 2개의 센서 및 빔 스플리터가 필요하므로 이 시스템의 전체 복잡성, 크기 및 비용은 더 크다. 또한, 빔 스플리터는 이미지로부터 각 센서로의 광의 절반만을 유도하므로 포토그래픽 속도의 향상을 제한한다. 전술한 1차원 이미지 센서 외에도, 픽셀이 자신에 적용되는 컬러 필터를 갖지 않는 픽셀을 포함하는 2차원 픽셀 어레이를 갖는 이미지 센서가 이 기술 분야에 알려져 있다. 예를 들어, Sato 등의 미국 특허 제 4,390,895 호, Yamagami 등의 미국 특허 제 5,323,233 호 및 Gindele 등의 미국 특허 제6,476,865 호를 참조하자. 인용된 특허 각각에서, 필터링되지 않거나 단색성인 픽셀의 감도는 컬러 픽셀보다 현저히 높은데, 컬러와 픽셀 어레이로부터의 단색성 신호를 일치시키기 위해 컬러 픽셀에 이득을 적용할 것을 요구한다. 이득을 증가시키는 것은 신호 외에도 잡음을 증가시켜서, 최종 이미지의 전체 신호 대 잡음 비의 저하를 야기한다. 미국 특허 출원 2003/0210332의 프레임은 대부분의 픽셀이 필터링되지 않는 픽셀 어레이를 개시하지만, 컬러 픽셀은 전술한 바와 동일한 감도 결함을 갖는다. 그러므로, 2차원 픽셀 어레이를 갖는 단일 센서를 채택하는 전자 캡처 장치를 위해 광 감도를 향상시킬 필요가 있다.