CN112701132A - 图像传感器和包括该图像传感器的电子装置 - Google Patents

图像传感器和包括该图像传感器的电子装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种图像传感器，包括：传感器基板，包括被配置为感测光的第一光感测单元和第二光感测单元；间隔层，其是透明的并且设置在传感器基板上；以及分色透镜阵列，设置在间隔层上，并且包括：第一区域，在竖直方向上与第一光感测单元相对设置并且具有第一图案，以及第二区域，在竖直方向上与第二光感测单元相对设置并且具有与第一图案不同的第二图案，并且其中，第一图案被配置为：从入射光分离出第一波长的光并且将第一波长的光汇聚到第一光感测单元，并且第二图案被配置为：从入射光分离出第二波长的光，并且将第二波长的光汇聚到第二光感测单元。

Description

图像传感器和包括该图像传感器的电子装置
相关申请的交叉引用
本申请要求在韩国知识产权局于2019年10月23日提交的韩国专利申请No.10-2019-0132386、2019年11月14日提交的韩国专利申请No.10-2019-0146233、以及2020年9月10日提交的韩国专利申请No.10-2020-0116388的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开的实施例涉及包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置，更具体地，涉及包括能够根据波长分离出入射光并且汇聚被分离的光的分色透镜阵列的图像传感器、以及包括该图像传感器的电子装置。
背景技术
图像传感器通常通过使用滤色器来检测入射光的颜色。然而，因为滤色器吸收除了所检测的颜色以外的其他颜色的光，所以滤色器可能具有很低的光利用效率。
例如，当使用RGB(红、绿和蓝)滤色器时，只有1/3的入射光被透射，而另外(即2/3)的入射光被RGB滤色器吸收。因此，光利用效率仅为约33％。因此，在彩色显示装置或彩色图像传感器中，大部分光损失发生在滤色器中。
发明内容
一个或多个示例实施例提供了一种图像传感器，其通过使用被配置为根据波长分离和汇聚入射光的分色透镜阵列而具有更高的光利用效率。
一个或多个示例实施例还提供了一种包括图像传感器的电子装置。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对示例实施例的实践来获知。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器基板，包括各自被配置为感测光的第一光感测单元和第二光感测单元；间隔层，间隔层是透明的并且设置在传感器基板上；以及分色透镜阵列，与传感器基板相对地设置在间隔层上，分色透镜阵列包括：第一区域，在竖直方向上与第一光感测单元相对设置，第一区域具有第一图案，以及第二区域，在竖直方向上与第二光感测单元相对设置，第二区域具有与第一图案不同的第二图案，并且其中，第一图案被配置为：从入射到分色透镜阵列上的入射光分离出第一波长的光，并将第一波长的光汇聚到第一光感测单元，并且第二图案被配置为：从入射光分离出与第一波长不同的第二波长的光，并将第二波长的光汇聚到第二光感测单元。
间隔层的厚度对应于与要由分色透镜阵列分离的入射光的波段的中心波长相关的分色透镜阵列的焦距。
其中，间隔层的理论厚度是ht，光感测单元之间的间距是p，间隔层的折射率是n，并且要由分色透镜阵列分离的入射光的波段的中心波长是λ0，间隔层的理论厚度可以满足
Figure BDA0002733823410000021
并且间隔层的实际厚度h满足ht-p≤h≤ht+p。
第一图案和第二图案可以被配置为：使第一波长的光在刚穿过分色透镜阵列之后的位置处，在与第一光感测单元的中心相对应的位置处形成2Nπ的相位分布，并且在与第二光感测单元的中心相对应的位置处形成(2N-1)π的相位分布，其中，N是大于0的整数。
第一图案和第二图案可以被配置为：使第二波长的光在刚穿过分色透镜阵列之后的位置处，在与第一光感测单元的中心相对应的位置处形成(2M-1)π的相位分布，并且在与第二光感测单元的中心相对应的位置处形成2Mπ的相位分布，其中，M是大于0的整数。
第一区域可以包括：具有第一折射率并形成第一图案的第一电介质，以及具有小于第一折射率的第二折射率并填充在第一电介质中的第二电介质，其中，第一图案被形成为使第一电介质被包括在第一区域的任意竖直截面中。
第二区域可以包括：具有第一折射率并形成第二图案的第一电介质，以及具有小于第一折射率的第二折射率并填充在第一电介质中的第二电介质，其中，第二图案被形成为使第一电介质被包括在第二区域的任意竖直截面中。
传感器基板还可以包括：第三光感测单元和第四光感测单元，并且分色透镜阵列还可以包括：第三区域，在竖直方向上与第三光感测单元相对设置，第三区域具有与第一图案和第二图案不同的第三图案，以及第四区域，在竖直方向上与第四光感测单元相对设置，第四区域具有与第一图案、第二图案和第三图案不同的第四图案。
第三区域可以被设置为邻近第一区域并且在第二区域的对角线方向，第四区域可以被设置为邻近第二区域并且在第一区域的对角线方向，第三图案可以被配置为：从入射光分离出与第一波长和第二波长不同的第三波长的光，并且将第三波长的光汇聚到第三光感测单元，第四图案可以被配置为：从入射光分离出第一波长的光，并且将第一波长的光汇聚到第四光感测单元。
第一图案、第二图案、第三图案和第四图案可以被配置为：使第一波长的光在刚穿过分色透镜阵列之后的位置处，在与第一光感测单元和第四光感测单元的中心相对应的位置处形成2Nπ的相位分布，并且在与第二光感测单元和第三光感测单元的中心相对应的位置处形成(2N-1)π的相位分布，其中，N是大于0的整数。
第一图案、第二图案、第三图案和第四图案可以被配置为：使第二波长的光在刚穿过分色透镜阵列之后的位置处，在与第一光感测单元和第四光感测单元的中心相对应的位置处形成(2M-1)π的相位分布，在与第二光感测单元的中心相对应的位置处形成2Mπ的相位分布，并且在与第三光感测单元的中心相对应的位置处形成大于(2M-2)π且小于(2M-1)π的相位分布，其中，M是大于0的整数。
第一图案、第二图案、第三图案和第四图案可以被配置为：使第三波长的光在刚穿过分色透镜阵列之后的位置处，在与第一光感测单元和第四光感测单元的中心相对应的位置处形成(2L-1)π的相位分布，在与第二光感测单元的中心相对应的位置处形成大于(2L-2)π且小于(2L-1)π的相位分布，并且在与第三光感测单元的中心相对应的位置处形成2Lπ的相位分布，其中，L是大于0的整数。
第一图案、第二图案、第三图案和第四图案可以被配置为：在入射到分色透镜阵列的第一区域上的入射光之中，使第一波长的光朝着与第一区域相对应的第一光感测单元的中心行进，使第二波长的光朝着与第一区域相对应的第一光感测单元邻近的第二光感测单元的中心行进，并且使第三波长的光朝着与第一区域相对应的第一光感测单元邻近的第三光感测单元的中心行进。
第一图案、第二图案、第三图案和第四图案可以被配置为：在入射到分色透镜阵列的第二区域上的入射光之中，使第二波长的光朝着与第二区域相对应的第二光感测单元的中心行进，使第一波长的光朝着与第二区域相对应的第二光感测单元邻近的第一光感测单元和第四光感测单元的中心行进，并且使第三波长的光朝着与第二区域相对应的第二光感测单元邻近的第三光感测单元的中心行进。
第一图案、第二图案、第三图案和第四图案可以被配置为：在入射到分色透镜阵列的第三区域上的入射光之中，使第三波长的光朝着与第三区域相对应的第三光感测单元的中心行进，使第一波长的光朝着与第三区域相对应的第三光感测单元邻近的第一光感测单元和第四光感测单元的中心行进，并且使第二波长的光朝着与第三区域相对应的第三光感测单元邻近的第二光感测单元的中心行进。
第一图案、第二图案、第三图案和第四图案可以被配置为：在入射到分色透镜阵列的第四区域上的入射光之中，使第一波长的光朝着与第四区域相对应的第四光感测单元的中心行进，使第二波长的光朝着与第四区域相对应的第四光感测单元邻近的第二光感测单元的中心行进，并且使第三波长的光朝着与第四区域相对应的第四光感测单元邻近的第三光感测单元的中心行进。
第一波长的光可以是绿光，第二波长的光可以是蓝光，并且第三波长的光可以是红光。
第一图案和第四图案可以具有双重对称性，第二图案和第三图案可以具有四重对称性，并且第四图案可以具有与第一图案被旋转90度后相同的形状。
分色透镜阵列还可以包括多个单元图案阵列，每个单元图案阵列包括彼此相邻的第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，并且多个单元图案阵列可以被二维地重复设置。
分色透镜阵列还可以包括：多个第一区域、多个第二区域、多个第三区域和多个第四区域，多个第一区域、多个第二区域、多个第三区域和多个第四区域被设置为相对于传感器基板的边缘突出并且在竖直方向上不面对传感器基板的任何光感测单元。
图像传感器还可以包括：滤色器层，设置在传感器基板和间隔层之间，滤色器层包括多个滤色器。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器基板，包括各自被配置为感测光的第一光感测单元、第二光感测单元、第三光感测单元和第四光感测单元；间隔层，间隔层是透明的并且设置在传感器基板上；以及分色透镜阵列，与传感器基板相对地设置在间隔层上，分色透镜阵列包括：第一区域，在竖直方向上与第一光感测单元相对设置，第一区域具有第一图案，第二区域，在竖直方向上与第二光感测单元相对设置，第二区域具有与第一图案不同的第二图案，第三区域，在竖直方向上与第三光感测单元相对设置，第三区域具有与第一图案和第二图案不同的第三图案，以及第四区域，在竖直方向上与第四光感测单元相对设置，第四区域具有与第一图案、第二图案和第三图案不同的第四图案，其中，第三区域被设置为邻近第一区域并且在第二区域的对角线方向，并且第四区域被设置为邻近第二区域并且在第一区域的对角线方向，其中，第一图案和第四图案具有双重对称性，第二图案和第三图案具有四重对称性，并且其中，第四图案具有与第一图案被旋转90度后相同的形状。
第一图案可以被配置为：从入射到分色透镜阵列上的入射光分离出第一波长的光，并且将第一波长的光汇聚到第一光感测单元，第二图案可以被配置为：从入射光分离出第二波长的光，并且将第二波长的光汇聚到第二光感测单元，第三图案可以被配置为：从入射光分离出第三波长的光，并且将第三波长的光汇聚到第三光感测单元，并且第四图案可以被配置为：从入射光分离出第一波长的光，并且将第一波长的光汇聚到第四光感测单元。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种成像装置，包括：物镜，被配置为聚焦从对象反射的光并形成光学图像；以及图像传感器，被配置为将由物镜形成的光学图像转换为电图像信号，其中，图像传感器包括：各自被配置为感测光的第一光感测单元和第二光感测单元；间隔层，间隔层是透明的并且设置在传感器基板上；以及分色透镜阵列，与传感器基板相对地设置在间隔层上，分色透镜阵列包括：第一区域，在竖直方向上与第一光感测单元相对设置，第一区域具有第一图案，以及第二区域，在竖直方向上与第二光感测单元相对设置，第二区域具有与第一图案不同的第二图案，并且其中，第一图案被配置为：从入射到分色透镜阵列上的入射光分离出第一波长的光，并将第一波长的光汇聚到第一光感测单元，并且第二图案被配置为：从入射光分离出与第一波长不同的第二波长的光，并将第二波长的光汇聚到第二光感测单元。
一种电子装置，可以包括该成像装置。
根据示例实施例的又一方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器基板，包括各自被配置为感测光的第一光感测单元、第二光感测单元、第三光感测单元和第四光感测单元；间隔层，间隔层是透明的并且设置在传感器基板上；以及分色透镜阵列，与传感器基板相对地设置在间隔层上，分色透镜阵列包括：第一区域，在竖直方向上与第一光感测单元相对设置，第一区域被配置为：从入射到分色透镜阵列上的入射光分离出第一波长的光，并且将第一波长的光汇聚到第一光感测单元，第二区域，在竖直方向上与第二光感测单元相对设置，第二区域被配置为：从入射光分离出与第一波长不同的第二波长的光，并且将第二波长的光汇聚到第二光感测单元，第三区域，在竖直方向上与第三光感测单元相对设置，第三区域被配置为：从入射光分离出与第一波长和第二波长不同的第三波长的光，并且将第三波长的光汇聚到第三光感测单元，以及第四区域，在竖直方向上与第四光感测单元相对设置，第四区域被配置为：从入射光分离出第一波长的光并且将第一波长的光汇聚到第四光感测单元。
第一区域可以具有第一图案，第二区域可以具有与第一图案不同的第二图案，第三区域可以具有与第一图案和第二图案不同的第三图案，并且第四区域可以具有与第一图案被旋转90度后相同的图案。
附图说明
根据结合附图的以下描述，将更清楚示例实施例的以上和/或其他方面、特征和优点，在附图中：
图1是根据示例实施例的图像传感器的框图；
图2A、图2B和图2C示出根据示例实施例的图像传感器的像素阵列的各种示例像素排列；
图3是示出根据示例实施例的分色透镜阵列的结构和操作的概念图；
图4是示出根据示例实施例的适用于拜尔图案型图像传感器的分色透镜阵列的单元图案阵列的平面图；
图5是示出图4的单元图案阵列的沿A-A′线截取的截面的截面图；
图6是示出图4的单元图案阵列的沿B-B′线截取的截面的截面图；
图7是示出包括图4所示的多个单元图案阵列的分色透镜阵列的排列的平面图；
图8A和8B是示出不同截面的根据示例实施例的图像传感器的像素阵列的截面图；
图9A是示出图4的单元图案阵列中的第一区域的图，并且图9B是示出图像传感器中的与第一区域相对应的像素和周围像素的图；
图10A是示出图4的单元图案阵列中的第二区域的图，并且图10B是示出根据示例实施例的图像传感器中的像素和周围像素的图，其中，该像素与第二区域相对应；
图11A是示出图4的单元图案阵列中的第三区域的图，并且图11B是示出根据示例实施例的图像传感器中的像素和周围像素的示例的图，其中，该像素与第三区域相对应；
图12A是示出图4的单元图案阵列中的第四区域的图，并且图12B是示出根据示例实施例的图像传感器中的像素和周围像素的示例的图，其中，该像素与第四区域相对应；
图13A和图13B是根据示例实施例的模拟穿过分色透镜阵列的蓝光的相位分布和所面对的光感测单元中的蓝光的聚焦分布的图，图13C是示出根据示例实施例的入射到分色透镜阵列的与蓝色像素相对应的第二区域及其周围的蓝光的方向的图，并且图13D是示出微透镜阵列的图，该微透镜阵列与根据示例实施例的用于蓝光的分色透镜阵列作用等同；
图14A和图14B是根据示例实施例的模拟穿过分色透镜阵列的绿光的相位分布和所面对的光感测单元中的绿光的聚焦分布的图，图14C是示出根据示例实施例的入射到分色透镜阵列的与绿色像素相对应的第一区域及其周围的绿光的方向的图，并且图14D是示出微透镜阵列的图，该微透镜阵列与根据示例实施例的用于绿光的分色透镜阵列作用等同；
图15A和图15B是根据示例实施例的模拟穿过分色透镜阵列的红光的相位分布和所面对的光感测单元中的红光的聚焦分布的图，图15C是示出根据示例实施例的入射到分色透镜阵列的与红色像素相对应的第三区域及其周围的红光的方向的图，并且图15D是示出微透镜阵列的图，该微透镜阵列与根据示例实施例的用于红光的分色透镜阵列作用等同；
图16A、图16B、图16C、图16D和图16E是示出根据示例实施例的光感测单元的间距为0.7μm的分色透镜阵列根据分色透镜阵列和传感器基板之间的距离的效率变化的曲线图；
图17A、图17B、图17C、图17D和图17E是示出根据示例实施例的光感测单元的间距为0.8μm的分色透镜阵列根据分色透镜阵列和传感器基板之间的距离的效率变化的曲线图；
图18A、图18B、图18C、图18D和图18E是示出根据示例实施例的光感测单元的间距为1.0μm的分色透镜阵列根据分色透镜阵列和传感器基板之间的距离的效率变化的曲线图；
图19是示出分别入射到图18A和图18B的图像传感器中的蓝色像素、绿色像素和红色像素的光的光谱分布；
图20是示出根据另一示例实施例的分色透镜阵列的单元图案阵列的形状的平面图；
图21是示出根据另一示例实施例的分色透镜阵列的单元图案阵列的形状的平面图；
图22A和22B是示出不同截面的根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的截面图；
图23是示出根据另一示例实施例的分色透镜阵列的平面图；
图24是包括图23的分色透镜阵列的图像传感器的像素阵列的截面图；
图25是示出包括根据示例实施例的图像传感器的电子装置的框图；以及
图26、图27、图28、图29、图30、图31、图32、图33、图34、图35和图36示出应用根据示例实施例的图像传感器的电子装置的各种示例。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，其在附图中示出。
在这点上，示例性实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。本文中所使用的术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或多个的任意和所有组合。称为“......中的至少一个”之类的表述在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c二者、或包括a、b和c的全部。在下文中，将参考附图详细描述包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置。
在附图中，类似的附图标记表示类似的组件，并且为了便于说明，附图中组件的尺寸可能被放大。示例实施例能够进行各种修改并且可以以许多不同的形式来体现。在下面描述的层结构中，诸如“上方”或“上”之类的表述不仅可以包括“以接触方式直接在上/下/左/右”的含义，而且还包括“以非接触方式在上/下/左/右”的含义。在下文中，将参考附图详细描述包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置。
示例实施例能够进行各种修改并且可以以许多不同的形式来体现。
诸如“第一”和“第二”之类的术语可用于描述各种组件，但仅用于将一个组件与其他组件区区分开来的目的。这些术语不意在限制组件的材料或结构。除非上下文另行明确指示，否则单数形式包括复数形式。
另外，应该理解的是，当本说明书中的部件“包括”或“包含”元件时，除非另外定义，否则并不排除其他元件，而是还可以包括其他元件。另外，说明书中的诸如“单元”和“模块”之类的术语表示处理功能或操作的单元，并且这些单元可以被实现为硬件或软件或者硬件和软件的组合。
诸如“所述”、“以上”和类似指代词之类的术语可应用于单数和复数两者。组成方法的操作可以任意适当的顺序执行，除非明确声明操作应按照所描述的顺序执行。
另外，所有示例性术语(例如，“例如”、“比如”、“等”)的使用仅用于详细描述技术思想，并且权利的范围不受这些术语的限制，除非其由权利要求所限制。
图1是根据示例实施例的图像传感器1000的框图。
参考图1，图像传感器1000可以包括像素阵列1100、时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030。图像传感器可以包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。像素阵列1100包括沿多个行和列二维设置的像素。
行解码器1020响应于从时序控制器1010输出的行地址信号，选择像素阵列1100的行之一。输出电路1030以列单元输出来自沿被选择的行设置的多个像素中的光感测信号。
为此，输出电路1030可以包括列解码器和模数转换器(ADC)。例如，输出电路1030可以包括：在列解码器和像素阵列1100之间针对每一列设置的多个ADC、或者在列解码器的输出端处设置的一个ADC。时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030可以被实现为单芯片或分离的芯片。
用于处理通过输出电路1030输出的图像信号的处理器可以与时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030一起实现为单芯片。像素阵列1100可以包括感测不同波长的光的多个像素。如图2A至图2C所示，可以以各种类型设置像素。首先，图2A示出图像传感器1000中普遍采用的拜尔图案。
参考图2A，一个单元像素包括四个象限区域，并且相应地，第一象限可以是蓝色像素B，第二象限可以是绿色像素G，第三象限可以是红色像素R，并且第四象限可以是绿色像素G。这些单元像素在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上被二维地重复设置。
例如，两个绿色像素G在2×2阵列型单元像素内沿一个对角线方向设置，而一个蓝色像素B和一个红色像素R沿另一对角线方向设置。在整体像素排列中，可以重复地设置其中多个绿色像素G和多个蓝色像素B沿第一方向交替设置的第一行、以及其中多个红色像素R和多个绿色像素G沿第一方向交替设置的第二行。然而，像素阵列1100的排列类型不限于拜尔图案，并且可以存在除拜尔图案以外的各种排列类型。例如，参考图2B，像素阵列的排列类型可以包括：CYGM类型，其中品红色像素M、青色像素C、黄色像素Y和绿色像素G组成一个单元像素。另外，参考图2C，绿色像素G、红色像素R、蓝色像素B和白色像素W组成一个单元像素的RGBW类型的排列也是可以的。
根据示例实施例，单元像素可以具有3×2的阵列形式。另外，像素阵列1100的像素可以根据图像传感器1000的颜色特性以各种类型设置。
在下文中，为了方便起见，图像传感器1000的像素阵列1100被描述为具有拜尔图案，但是以下描述的示例实施例的原理可应用于除了拜尔图案以外的像素排列。根据示例实施例，图像传感器1000的像素阵列1100可以包括：分色透镜阵列，被配置为将对应颜色的光汇聚到每个像素。图3是示出根据示例实施例的分色透镜阵列130的结构和操作的概念图。参考图3，分色透镜阵列130的单元图案阵列可以包括：第一区域132、第二区域132、第三区域133和第四区域134，它们各自具有彼此不同的第一图案、第二图案、第三图案和第四图案。例如，第一区域131可以具有第一图案，第二区域132可以具有与第一图案不同图案的第二图案，第三区域133可以具有与第一图案和第二图案不同图案的第三图案，第四区域134可以具有与第一图案至第三图案不同图案的第四图案。第一至第四区域131、132、133和134可以以例如2×2的形式设置在同一平面上。
因此，第一区域131和第二区域132在第一方向上彼此相邻设置，并且第三区域133和第四区域134也在第一方向上彼此相邻设置。另外，第一区域131和第三区域133在垂直于第一方向的第二方向上彼此相邻设置，并且第三区域133和第四区域134也在第二方向上彼此相邻设置。第一区域131和第四区域134沿对角线方向设置，并且第二区域132和第三区域133沿不同的对角线方向设置。根据示例实施例，可以将第一图案至第四图案确定为：在入射到分色透镜阵列130上的入射光之中，使第一波长光λ1在沿竖直方向面对第一区域131的第一目标区域R1中汇聚，使第二波长光λ2在沿竖直方向面对第二区域132的第二目标区域R2中汇聚，使第三波长光λ3在沿竖直方向面对第三区域133的第三目标区域R3中汇聚，并且使第四波长光λ4在沿竖直方向面对第四区域134的第四目标区域R4中汇聚。第一至第四区域131、132、133和134的特定图案可以根据应用了分色透镜阵列130的图像传感器的像素排列和颜色特性而被不同设计。
当将图3所示的分色透镜阵列130应用于图2A所示的拜尔图案型图像传感器时，第一区域131和第四区域134可以被设置为面对绿色像素G，第二区域132可以被设置为面对蓝色像素B，而第三区域133可以被设置为面对红色像素R。另外，第一波长光λ1和第四波长光λ4可以是绿光，第二波长光λ2可以是蓝光，而第三波长光λ3可以是红光。
图4是示出根据示例实施例的适用于拜尔图案型图像传感器的分色透镜阵列的单元图案阵列的平面图。参考图4，面对绿色像素G的第一区域131包括：形成第一图案的第一电介质131a、填充在第一电介质131a中的第二电介质131b。面对蓝色像素B的第二区域132包括：形成第二图案的第一电介质132a、填充在第一电介质132a中的第二电介质132b，面对红色像素R的第三区域133包括：形成第三图案的第一电介质133a、填充在第一电介质133a中的第二电介质133b，面对绿色像素G的第四区域134包括：形成第四图案的第一电介质134a、填充在第一电介质134a中的第二电介质134b。
第一区域131和第四区域134都面对绿色像素，因此可以具有相同的形状，但是它们的旋转方向可以不同。例如，如图4所示，在第一区域131旋转90度的状态下，第四区域134的图案可以具有与第一区域131的图案相同的形状。这种差异可能是由于相邻像素的排列所致。在图4的情况下，蓝色像素B被设置在面对第一区域131的绿色像素G的左侧和右侧，红色像素R被设置在面对第四区域134的绿色像素G的左侧和右侧。由于相邻像素的排列不同，因此可以如上所述地形成具有相同形状并且沿不同旋转方向设置的图案。第一电介质131a、132a、133a和134a可以包括彼此相同的材料，并且第二电介质131b、132b、133b和134b也可以包括彼此相同的材料。例如，第一电介质131a、132a、133a和134a可以包括：在可见光带具有较高折射率且具有较低吸收率的电介质材料(例如，氧化锡(TiO2)、氮化镓(GaN)、氮化硅(SiN3)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、氮化硅(Si3N4))，第二电介质131b、132b、133b和134b可以包括在可见光带具有较低折射率且具有较低吸收率的电介质材料(例如，空气、氧化硅(SiO2)和硅烷醇基旋涂玻璃(SOG))。当第二电介质131b、132b、133b和134b包括空气时，可以通过蚀刻第一电介质131a、132a、133a和134a更容易地形成图4所示的分色透镜阵列130。
另外，图5是图4的单元图案阵列沿线A-A′(X方向)截取的截面图，图6是图4的单元图案阵列沿线B-B′(Y方向)截取的截面图。参考图5和图6，第一电介质131a、132a、133a和134a以及第二电介质131b、132b、133b和134b可以在竖直方向上彼此平行地延伸。
图5和图6所示的竖直截面的形状是示例性的，并且第一至第四区域131、132、133和134的竖直截面的形状可以根据A-A′线和B-B′线的位置而变化。
例如，当线A-A′在Y方向上移动时，图5中所示的竖直截面的形状改变，当线B-B′在X方向上移动时，图6中所示的竖直截面的形状改变。
不管竖直截面的形状如何改变，第一电介质131a、132a、133a和134a以及第二电介质131b、132b、133b和134b都可以共存于第一至第四区域131、132、133和134的所有竖直截面中。
图7是示出根据示例实施例的包括图4所示的多个单元图案阵列的分色透镜阵列的排列的平面图。如图7所示，分色透镜阵列130可以具有将图4所示的2×2单元图案阵列二维地重复设置的形状。
在下文中，将更详细地描述将上述分色透镜阵列130应用于图像传感器1000的像素阵列1100的示例。
图8A和8B是示出不同截面的根据示例实施例的图像传感器的像素阵列的截面图。参考图8A和图8B，图像传感器1000的像素阵列1100包括：传感器基板110，包括用于感测光的多个光感测单元111、112、113和114；间隔层120，其是透明的并且设置在传感器基板上110；以及设置在间隔层120上的分色透镜阵列130。传感器基板110可以包括：第一光感测单元111、第二光感测单元112、第三光感测单元113和第四光感测单元114，其被配置为将光转换为电信号。
第一光感测单元111、第二光感测单元112、第三光感测单元113和第四光感测单元114可以被交替设置。例如，如图8A所示，第一光感测单元111和第二光感测单元112可以在第一方向(X方向)上交替设置。另外，在Y方向上的位置与图8A所示的截面不同的截面中，第三光感测单元113和第四光感测单元114可以如图8B所示被交替设置。区域的划分是为了通过将入射光划分到像素单元中来感测入射光。例如，第一光感测单元111和第四光感测单元114可以感测与第一像素相对应的第一波长的光，第二光感测单元112可以感测与第二像素相对应的第二波长的光，并且第三光感测单元113可以感测与第三像素相对应的第三波长的光。在下文中，第一波长的光可以是绿光，第二波长的光可以是蓝光，第三波长的光可以是红光，并且第一像素可以是绿色像素G，第二像素可以是蓝色像素，并且第三像素可以是红色像素R，但是实施例不限于此。还可以在单元之间的边界处形成用于分隔单元的分隔器。
间隔层120被配置为：将分色透镜阵列130支撑在传感器基板110上，并在传感器基板110和分色透镜阵列130之间保持恒定的间隙。间隔层120可以包括对可见光透明的材料。例如，间隔层120可以包括：电介质材料，例如SiO2和硅氧烷基旋涂玻璃(SOG)，其在可见光带中具有比分色透镜阵列130的第一电介质131a、132a、133a和134a的折射率更低的折射率并且具有较低的吸收率。间隔层120可以包括：与第二电介质131b、132b、133b和134b相同的材料。分色透镜阵列130可以包括：如图8A所示的在第一方向(X方向)上交替设置的第一区域131和第二区域132；以及如图8B所示的在Y方向上的不同位置处的截面中在第一方向(X方向)上交替设置的第三区域133和第四区域134。
第一区域131可以被设置为面对第一光感测单元111，其间具有间隔层120，第二区域132可以被设置为面对第二光感测单元112，其间具有间隔层120，第三区域133被设置为面对第三光感测单元113，其间具有间隔层120，而第四区域134可以被设置为面对第四光感测单元114，其间具有间隔层120。根据示例实施例，例如，在入射到分色透镜阵列130上的入射光中，绿光可以汇聚到在沿竖直方向面对第一区域131的第一光感测单元111上和在沿竖直方向面对第四区域134的第四光感测单元114上，蓝光可以汇聚到在沿竖直方向面对第二区域132的第二光感测单元112上，并且红光可以汇聚到在沿竖直方向面对第三区域133的第三光感测单元113上。在应用于拜尔图案型图像传感器的分色透镜阵列130中，第一至第四区域131、132、133和134的第一至第四图案可以具有预定规则。
例如，图9A示出根据示例实施例的图4的单元图案阵列中的第一区域131的图案，并且图9B示出根据示例实施例的图像传感器中的与第一区域相对应的像素和周围像素。参考图9B，分别将蓝色像素B设置在与第一区域131相对应的绿色像素G的左侧和右侧，将红色像素R设置在绿色像素G的上侧和下侧。与第四区域134相对应的绿色像素沿与第一区域131相对应的绿色像素G的对角线方向设置。因此，为了获得与穿过第一区域131的透射光中的蓝光沿第一区域131的左方向和右方向行进、并且穿过第一区域131的透射光中的红光沿第一区域131的上方向和下方向行进相同的光学效果，第一区域131的第一图案可以具有双重对称性。
例如，如图9A所示，第一区域131的第一图案可以关于Y方向上的第一轴I对称，并且关于X方向上的第二轴II对称。
图10A示出图4的单元图案阵列中的第二区域132的形状，并且图10B示出图像传感器中的与第二区域132相对应的像素和周围像素。参考图10B，在与第二区域132相对应的蓝色像素B的左侧、右侧、上侧、下侧设置绿色像素G。
另外，在彼此交叉的两个对角线方向上设置红色像素R。因此，为了获得与穿过第二区域132的透射光中的绿光沿第二区域132的左方向、右方向、上方向、下方向行进、并且穿过第二区域132的透射光中的红光沿第二区域132的对角线方向行进相同的光学效果，第二区域132的第二图案可以具有四重对称性。例如，如图10A所示，第二区域132的第二图案可以关于Y方向上的第一轴I、关于X方向上的第二轴II、以及关于对角线方向上的第三轴III和第四轴IV对称。图11A示出图4的单元图案阵列中的第三区域133的形状，并且图11B示出图像传感器中的与第三区域133相对应的像素和周围像素。
参考图11B，在与第三区域133相对应的红色像素R的左方向、右方向、上方向、下方向设置绿色像素G。另外，在彼此交叉的两个对角线方向上设置蓝色像素B。因此，为了获得与穿过第三区域133的透射光中的绿光沿第三区域133的左方向、右方向、上方向、下方向行进、并且穿过第三区域133的透射光中的蓝光沿第三区域133的对角线方向行进相同的光学效果，第三区域133的第三图案可以具有四重对称性。
例如，如图11A所示，第三区域133的第三图案可以关于Y方向上的第一轴I、关于X方向上的第二轴II、以及关于对角线方向上的第三轴III和第四轴IV对称。
图12A示出图4的单元图案阵列中的第四区域134的形状，并且图12B示出图像传感器中的与第四区域134相对应的像素和周围像素。
参考图12B，分别将红色像素R设置在与第四区域134相对应的绿色像素G的左侧和右侧，将蓝色像素B设置在绿色像素G的上侧和下侧。
与第一区域131相对应的绿色像素被设置在对角线方向。因此，为了获得与穿过第四区域134的透射光中的红光沿第四区域134的左方向和右方向行进、并且穿过第四区域134的透射光中的蓝光沿第四区域134的上方向和下方向行进相同的光学效果，第四区域134的第四图案可以具有双重对称性。
例如，如图12A所示，第四区域134的第四图案可以关于Y方向上的第一轴I对称，并且关于X方向上的第二轴II对称。另外，图12B所示的像素排列与基于图9B所示的状态旋转90度的像素排列相同。因此，在第一图案旋转90度的状态下，第四区域134的第四图案可以具有与第一区域131的图案相同的形状。
在应用于拜尔图案型图像传感器的分色透镜阵列130中，作为第一至第四区域131、132、133和134的第一至第四图案的另一示例规则，第一至第四区域131、132、133和134的第一至第四图案可以被设计为使透射过分色透镜阵列130的蓝光、绿光和红光具有预定的目标相位分布。例如，可以将第一至第四区域131、132、133和134的第一至第四图案确定为形成如下相位，该相位使透射过分色透镜阵列130的蓝光汇聚到与第二区域132相对应的蓝色像素B的位置，但是不行进到与邻近第二区域132的第一区域131和第四区域134相对应的位置。
另外，可以将第一至第四区域131、132、133和134的第一至第四图案确定为形成如下相位，该相位使透射过分色透镜阵列130的绿光的相位汇聚到与第一区域131和第四区域134相对应的绿色像素G的位置，但是不行进到与邻近第一区域131和第四区域134的第二区域132和第三区域133相对应的位置。另外，可以将第一至第四区域131、132、133和134的第一至第四图案确定为形成如下相位，该相位使透射过分色透镜阵列130的红光汇聚到与第三区域133相对应的红色像素R的位置，但是不行进到与邻近第三区域133的第一区域131和第四区域134相对应的位置。例如，要由分色透镜阵列130实现的目标相位分布可以是以下分布，其中，蓝光在通过分色透镜阵列130的位置处的相位在与第二光感测单元112相对应的第二区域132的中心是2Mπ，在与第一光感测单元111相对应的第一区域131的中心和在与第四光感测单元114相对应的第四区域134的中心是(2M-1)π，在与第三光感测单元113相对应的第三区域133的中心是大于(2M-2)π且小于(2M-1)π。这里，M是大于0的整数。例如，在蓝光刚穿过分色透镜阵列130之后的位置处的相位可以在第二区域132的中心变为最大值，并且可以随着距第二区域132的中心的距离减小而以同心圆形状逐渐减小，并且可以在第三区域133的中心处变为局部最小。
例如，在M＝1的情况下，蓝光在通过分色透镜阵列130的位置处的相位可以在第二区域132的中心为2π，在第一区域131的中心和第四区域134的中心为π，并且在第三区域133的中心为约0.2π至约0.7π。
另外，绿光在通过分色透镜阵列130的位置处的相位可以在与第一光感测单元111相对应的第一区域131的中心和与第四光感测单元114相对应的第四区域134的中心为2Nπ，在与第二光感测单元112相对应的第二区域132的中心和与第三光感测单元113相对应的第三区域133的中心为(2N-1)π。这里，N是大于0的整数。例如，在绿光刚穿过分色透镜阵列130之后的位置处的相位可以在第一区域131的中心和第四区域134的中心具有最大值，并且可以随着距第一区域131的中心和第四区域134的中心的距离减小而以同心圆形状逐渐减小，并且可以在第二区域132和第三区域133的中心处变为最小。例如，在N＝1的情况下，绿光在通过分色透镜阵列130的位置处的相位可以在第一区域131的中心和第四区域134的中心为2π，并且在第二区域132的中心和第三区域133的中心为π。
另外，红光在通过分色透镜阵列130的位置处的相位可以在与第三光感测单元113相对应的第三区域133的中心为2Lπ，在与第一光感测单元111相对应的第一区域131的中心和在与第四光感测单元114相对应的第四区域134的中心为(2L-1)π，并且在与第二光感测单元112相对应的第二区域132的中心为大于(2L-2)π且小于(2L-1)π。这里，L是大于0的整数。例如，在红光刚穿过分色透镜阵列130之后的位置处的相位可以在第三区域133的中心变为最大值，并且可以随着距第三区域133的中心的距离减小而以同心圆形状逐渐减小，并且可以在第二区域132的中心处变为局部最小。例如，在L＝1的情况下，红光在通过分色透镜阵列130的位置处的相位可以在第三区域133的中心为2π，在第一区域131的中心和第四区域134的中心为π，并且在第二区域132的中心为约0.2π至约0.7π。如上所述，目标相位分布是指刚穿过分色透镜阵列130之后的位置，即，光在分色透镜阵列130的下表面或间隔层120的上表面上的相位分布。当通过分色透镜阵列130的光具有这样的相位分布时，第一波长到第四波长的光分别被收集在对应的第一至第四光感测单元111、112、113和114中。例如，可以获得透射过分色透镜阵列130的光根据波长被分支并沿不同方向行进以被汇聚的光学效果。
以这种方式，可以确定用于将对应波长的光汇聚到对应的光感测单元的预定的传播距离要求，因此，可以确定间隔层120的厚度h。间隔层120的厚度h可以根据将被分支的光的波长λ、像素尺寸以及光感测单元的排列周期p而变化。间隔层120的厚度h可以大于要被分支的可见光波段的中心波长λ，并且与光感测单元的排列周期p(即，相邻光感测单元的中心之间的距离)相比，可以在约1p至约3p的范围内。例如，间隔层120的厚度h可以在约500nm至约5μm的范围内。稍后将参考图16A至图16E、图17A至图17E、以及图18A至图18E来描述用于设置间隔层120的厚度h的更多细节。图13A和图13B是根据示例实施例的模拟穿过分色透镜阵列的蓝光的相位分布和所面对的光感测单元中的蓝光的聚焦分布的图，图13C是示出根据示例实施例的入射到分色透镜阵列的与蓝色像素B相对应的第二区域及其周围的蓝光的方向的图，并且图13D是示出微透镜阵列的图，该微透镜阵列与根据示例实施例的用于蓝光的分色透镜阵列作用等同。
根据图13A所示的相位分布，与蓝色像素B相对应的区域的中心处的相位大约为2π，与相邻绿色像素G相对应的区域的中心处的相位大约为π，并且对角线方向上的与红色像素R相对应的区域的中心的相位表示大约小于π(例如，约0.2π至约0.7π)的值。上面的相位分布可以表示如图13B所示的蓝光的聚焦分布。蓝光主要聚焦在与蓝色像素B相对应的区域上，而很少到达与其他像素相对应的区域。
结果，入射到与蓝色像素B相对应的第二区域132上及其周围的蓝光穿过分色透镜阵列130，然后如图13C所示行进。例如，在入射到分色透镜阵列130的第二区域132以及第二区域132周围的其他区域中的一些区域上的入射光之中，蓝光汇聚到第二区域132正下方的第二光感测单元112的中心。例如，来自与蓝色像素B相对应的第二区域132的蓝光、来自在横向上与第二区域132相邻的两个第一区域131的蓝光、来自在纵向上与第二区域132相邻的两个第四区域134的蓝光、以及来自在对角线方向上与第二区域132相邻的四个第三区域133的蓝光入射到一个蓝色像素B上。因此，如图13D所示，分色透镜阵列130可以在功能上等同于用于蓝光的围绕第二光感测单元112设置的多个微透镜ML1阵列。因为每个等同微透镜ML1大于对应的第二光感测单元112，所以入射到第二光感测单元112的区域上的蓝光以及入射到第二光感测单元112周围的另一区域上的蓝光可以汇聚到第二光感测单元112上。例如，每个微透镜ML1可以是对应的第二光感测单元112的约4倍大，并且每个微透镜ML1的四个边可以平行于第二光感测单元112的四个边。
图14A和图14B是根据示例实施例的模拟穿过分色透镜阵列的绿光的相位分布和所面对的光感测单元中的绿光的聚焦分布的图，图14C是示出根据示例实施例的入射到分色透镜阵列的与绿色像素相对应的第一和第四区域及其周围的绿光的方向的图，并且图14D是示出微透镜阵列的图，该微透镜阵列与根据示例实施例的用于绿光的分色透镜阵列作用等同。根据图14A中示出的相位分布，在与绿色像素G相对应的区域的中心处的相位约为2π，并且在与邻近绿色像素G的蓝色像素B和红色像素R相对应的区域的中心处的相位表示约为π的值。上面的相位分布可以表示如图14B所示的绿光的聚焦分布。
绿光被分支以汇聚到与两个绿色像素G相对应的区域上，而很少到达与其他像素相对应的区域。
结果，入射到与绿色像素G相对应的第一区域131和第四区域134及其周围上的绿光穿过分色透镜阵列130，然后如图14C所示地行进。
例如，在入射到分色透镜阵列130的第一区域131以及第一区域131周围的其他区域中的一些区域上的入射光之中，绿光汇聚到第一区域131正下方的第一光感测单元111的中心。在入射到分色透镜阵列130的第四区域134以及第四区域134周围的其他区域中的一些区域上的入射光之中，绿光汇聚到第四区域134正下方的第四光感测单元114的中心。
例如，来自与绿色像素G相对应的第一区域131或第四区域134的绿光、以及来自在横向和纵向上与第一区域131或第四区域134相邻的两个第二区域132和两个第三区域133的绿光入射到一个绿色像素G。因此，如图14D所示，分色透镜阵列130可以在功能上等同于用于绿光的围绕第一光感测单元111和第四光感测单元114设置的多个微透镜ML2阵列。因为每个等同微透镜ML2大于对应的第一光感测单元111或第四光感测单元114，所以入射到第一光感测单元111和第四光感测单元114的区域上的绿光以及入射到第一光感测单元111和第四光感测单元114周围的另一区域上的绿光可以汇聚到第一光感测单元111和第四光感测单元114上。例如，每个微透镜ML2可以是对应的第一光感测单元111或第四光感测单元114的约2倍大，并且可以被设置为相对于对应的第一光感测单元111和第四光感测单元114在对角线方向上接触。
图15A和图15B是根据示例实施例的模拟穿过分色透镜阵列的红光的相位分布和所面对的光感测单元中的红光的聚焦分布的图，图15C是示出根据示例实施例的入射到分色透镜阵列的与红色像素相对应的第三区域及其周围的红光的方向的图，并且图15D是示出微透镜阵列的图，该微透镜阵列与根据示例实施例的用于红色像素R的分色透镜阵列作用等同。根据图15A所示的相位分布，与红色像素R相对应的区域的中心处的相位大约为2π，与相邻绿色像素G相对应的区域的中心处的相位大约为π，并且对角线方向上的与蓝色像素B相对应的区域的中心的相位表示大约小于π(例如，约0.2π至约0.7π)的值。
上面的相位分布可以表示如图15B所示的红光的聚焦分布。红光汇聚在与红色像素R相对应的区域上，而很少到达与其他像素相对应的区域。结果，入射到与红色像素R相对应的第三区域133及其周围的光穿过分色透镜阵列130，然后如图15C所示行进。例如，在入射到分色透镜阵列130的第三区域133以及第三区域133周围的其他区域中的一些区域上的入射光之中，红光汇聚到第三区域133正下方的第三光感测单元113的中心。
例如，来自与红色像素R相对应的第三区域133的红光、来自在横向上与第三区域133相邻的两个第四区域134的红光、来自在纵向上与第三区域133相邻的两个第一区域131的红光、以及来自在对角线方向上与第三区域133相邻的四个第二区域132的红光入射到一个红色像素R上。因此，如图15D所示，分色透镜阵列130可以在功能上等同于用于红光的围绕第三光感测单元113设置的多个微透镜ML3阵列。因为每个等同微透镜ML3大于对应的第三光感测单元113，所以入射到第三光感测单元113的区域上的红光以及入射到第三光感测单元113周围的另一区域上的红光可以汇聚到第三光感测单元113上。例如，每个微透镜ML3可以是对应的第三光感测单元113的约4倍大，并且每个微透镜ML3的四个边可以平行于第三光感测单元113的四个边。
如图13C、图13D、图14C、图14D、图15C和图15D所示，在入射到分色透镜阵列130的第一区域131上的入射光之中，绿光朝着与第一区域131相对应的第一光感测单元111的中心行进，蓝光朝着与第一区域131相对应的第一光感测单元111附近的第二光感测单元112的中心行进，并且红光朝着与第一区域131相对应的第一光感测单元111附近的第三光感测单元113的中心行进。另外，在入射到分色透镜阵列130的第二区域132上的入射光之中，蓝光朝着与第二区域132相对应的第二光感测单元112的中心行进，绿光朝着与第二区域132相对应的第二光感测单元112附近的第一光感测单元111和第四电感测单元114的中心行进，并且红光朝着与第二区域132相对应的第二光感测单元112附近的第三光感测单元113的中心行进。
类似地，在入射到分色透镜阵列130的第三区域133上的入射光之中，红光朝着与第三区域133相对应的第三光感测单元113的中心行进，绿光朝着与第三区域133相对应的第三光感测单元113附近的第一光感测单元111和第四电感测单元114的中心行进，并且蓝光朝着与第三区域133相对应的第三光感测单元113附近的第二光感测单元112的中心行进。最后，在入射到分色透镜阵列130的第四区域134上的入射光之中，绿光朝着与第四区域134相对应的第四光感测单元114的中心行进，蓝光朝着与第四区域134相对应的第四光感测单元114附近的第二光感测单元112的中心行进，并且红光朝着与第四区域134相对应的第四光感测单元114附近的第三光感测单元113的中心行进。通过适当地设置间隔层120的厚度，可以更有效地实现上述分色和聚光。
例如，当间隔层120的理论厚度为ht且间隔层120相对于λ0的折射率为n，并且光感测单元的间距为p时，可以满足以下等式1。
Figure BDA0002733823410000231
在这里，间隔层120的理论厚度ht可以表示具有波长λ0的光通过分色透镜阵列130汇聚在光感测单元111、112、113和114的上表面上的焦距。
例如，具有波长λ0的光在穿过分色透镜阵列130时可以汇聚到距分色透镜阵列130的下表面的距离ht处。如以上等式1所述，间隔层120的理论厚度ht可以根据光感测单元111、112、113和114的间距p和间隔层120的折射率n变化。
例如，当可见光带的中心波长λ0为540nm，光感测单元111、112、113和114的间距p为0.8μm，并且间隔层120在540nm的波长处的折射率n为1.46时，间隔层120的理论厚度ht(即，分色透镜阵列130的下表面和传感器基板110的上表面之间的距离)可以是大约1.64μm。然而，间隔层120的实际厚度不必仅限于等式1中描述的理论厚度ht。例如，考虑到分色透镜阵列130的效率，可以基于等式1的理论厚度ht在预定范围内选择间隔层120的实际厚度。
图16A至图16E是根据示例实施例的示出当光感测单元111、112、113和114的间距时为0.7μm时，分色透镜阵列130的效率根据分色透镜阵列130和传感器基板110之间的距离而变化的曲线图。图16A示出根据示例实施例的分色透镜阵列130针对从组成分色透镜阵列130的单元图案阵列的第一至第四区域131、132、133和134入射到第二光感测单元112上的蓝光的汇聚效率，图16B示出根据示例实施例的分色透镜阵列130针对从组成单元图案阵列的第一至第四区域131、132、133和134入射到第一光感测单元111和第四光感测单元114上的绿光的汇聚效率，并且图16C示出根据示例实施例的分色透镜阵列130针对从组成单元图案阵列的第一至第四区域131、132、133和134入射到第三光感测单元113上的红光的汇聚效率。在图16A和图16C的情况下，因为针对一个光感测单元设置了四个区域，所以理论最大值为4。在图16B的情况下，因为针对两个光感测单元设置了四个区域，所以理论最大值为2。在图16A至图16C的曲线图中，分色透镜阵列130的汇聚效率最高的距离是满足等式1的理论厚度ht。
如图16A至图16C所示，理论厚度ht根据波长而略有变化。图16D是示出考虑到人眼对于可见光的敏感度特性的分色透镜阵列的效率的变化的曲线图。例如，人眼通常对绿光具有最高的敏感度，而对蓝光的敏感度最低。
因此，可以通过为图16A的曲线图分配最低的权重，为图16C的曲线图赋予比蓝光更高的权重，为图16B分配最高的权重，对加权值求和，并且对总和值进行平均，来获得图16D的曲线图。图16E是示出对图16D所示的曲线图进行归一化的结果的曲线图。参考图16D和图16E，当光感测单元111、112、113和114的间距为0.7μm时，考虑人眼的敏感度特性，分色透镜阵列130对于可见光的效率在大约1.2μm的距离处最高。而且，分色透镜阵列130的效率在大约0.5μm的距离处为最大效率的大约80％，并且在大约1.9μm的距离处为最大效率的大约95％。
图17A至图17E是根据示例实施例的示出当光感测单元111、112、113和114的间距时为0.8μm时，分色透镜阵列130的效率根据分色透镜阵列130和传感器基板110之间的距离而变化的曲线图。参考图17A和图17E，当光感测单元111、112、113和114的间距为0.8μm时，考虑人眼的敏感度特性，分色透镜阵列130对于可见光的效率在大约1.64μm的距离处最高。
而且，分色透镜阵列130的效率在大约0.8μm的距离处为最大效率的大约85％，并且在大约2.5μm的距离处为最大效率的大约93％。图18A至图18E是根据示例实施例的示出当光感测单元111、112、113和114的间距时为1.0μm时，分色透镜阵列130的效率根据分色透镜阵列130和传感器基板110之间的距离而变化的曲线图。
参考图18A和图18E，当光感测单元111、112、113和114的间距为1.0μm时，考虑人眼的敏感度特性，分色透镜阵列130对于可见光的效率在大约2.6μm的距离处最高。而且，分色透镜阵列130的效率在大约1.6μm的距离处为最大效率的大约87％，并且在大约3.6μm的距离处为最大效率的大约94％。基于以上结果，即使当间隔层220的厚度h大于或小于等式1的理论厚度ht时，通过光感测单元111、112、113和114的间距p，分色透镜阵列130也可以具有高效率，例如，最大效率的80％以上、90％以上、或95％以上。考虑到以上结果，间隔层120的实际厚度h可以从ht-p≤h≤ht+p的范围内选择。因为上述分色透镜阵列130可以在不吸收或阻挡入射光的情况下按照波长将入射光分支并且将分支后的光汇聚到特定区域上，所以可以提高图像传感器的光利用效率。而且，由于分色透镜阵列130具有改进的分色性能，因此采用分色透镜阵列130的图像传感器可以具有更好的色纯度。
另外，采用分色透镜阵列130的图像传感器可以实现图像传感器中通常采用的拜尔图案型，因此可以使用与现有像素结构相同的图像处理算法。此外，由于分色透镜阵列130可以用作汇聚入射光的透镜，因此采用分色透镜阵列130的图像传感器可以不需要单独的微透镜来将光汇聚到每个像素上。
图19是示出分别入射到图8A和图8B的图像传感器中的蓝色像素、绿色像素和红色像素的光的光谱分布。蓝色像素可以与第二光感测单元112相对应，绿色像素可以与第一光感测单元111和第四光感测单元114相对应，红色像素可以与第三光感测单元113相对应。在图19中，粗线示出了使用分色透镜阵列130时入射到蓝色像素、绿色像素和红色像素上的光的光谱分布。粗实线示出入射到蓝色像素上的光的光谱分布，粗短划线示出入射到绿色像素上的光的光谱分布，粗点划线示出入射到红色像素上的光的光谱分布。为了比较，当使用相关滤色器代替分色透镜阵列130时，入射到蓝色像素、绿色像素和红色像素上的光的光谱分布分别由图19中的细线表示。
细实线示出入射到蓝色像素上的光的光谱分布，细短划线示出入射到绿色像素上的光的光谱分布，细点划线示出入射到红色像素上的光的光谱分布。参考图19，由粗线表示的光的强度大于由细线表示的光的强度。因此，与使用相关滤色器相比，当使用分色透镜阵列130时，可以提高图像传感器1000的光利用率。可以通过各种计算机仿真来自动设计满足上述相位分布和性能的分色透镜阵列130的图案。例如，可以通过诸如遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等的自然启发算法或基于伴随优化算法的反向设计对第一至第四区域131、132、133和134的图案进行优化。对于分色透镜阵列130的设计，可以通过使用诸如分色光谱、亮度效率和信噪比之类的评估因子来评估多个候选分色透镜阵列的性能，从而优化第一至第四区域131、132、133和134的第一至第四图案。
例如，可以通过以下方式来优化第一至第四区域131、132、133和134的第一至第四图案：预先确定每个评估元素的目标数值，随后将多个评估元素的实际值与目标数值之间的差的总和最小化。根据另一示例实施例，可以为每个评估元素编排索引，并且可以对第一至第四区域131、132、133和134的第一至第四图案进行优化，以使表示性能的值可以被最大化。图4所示的分色透镜阵列130只是一个示例，可以通过上述优化设计，根据分色透镜阵列130的第一至第四区域131、132、133和134的尺寸和厚度、应用了分色透镜阵列130的图像传感器的颜色特性、像素间距、分色透镜阵列130和图像传感器之间的距离、以及入射光的入射角，来获得各种类型的分色透镜阵列130。
例如，图20是示出根据另一示例实施例的可以应用于拜尔图案型图像传感器的分色透镜阵列的单元图案阵列的形状的平面图。图21是示出根据另一示例实施例的可以应用于拜尔图案型图像传感器的分色透镜阵列的单元图案阵列的形状的平面图。图4所示的第一至第四区域131、132、133和134中的每一个都以采用14×14矩形排列的数字化二进制形式进行优化，并且图20所示的第一至第四区域131、132、133和134中的每一个都以采用16×16矩形排列的数字化二进制形式进行优化。因此，图4所示的分色透镜阵列130的单元图案阵列具有28×28矩形排列的形状，图20所示的分色透镜阵列的单元图案阵列具有32×32矩形排列的形状。在这种情况下，图5和图6所示的第一至第四区域131、132、133和134的横截面的形状随着线A-A′沿Y方向移动或随着线B-B′沿X方向移动而不连续地改变。根据另一示例实施例，可以以未数字化的连续曲线的形式来优化图21所示的第一至第四区域131、132、133和134中的每一个。在这种情况下，图5和图6所示的第一至第四区域131、132、133和134的横截面的形状随着线A-A′沿Y方向移动或随着线B-B′沿X方向移动而连续地改变。
图22A和22B是示出不同截面的根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列1100a的截面图。参考图22A和图22B，像素阵列1100a包括：传感器基板110，包括被配置为将入射光的强度转换为电信号的多个光感测单元111、112、113和114；滤色器层105，设置在传感器基板110上；间隔层120，设置在滤色器层105上；以及分色透镜阵列130，设置在间隔层120上。滤色器层105可以包括：设置在第一光感测单元111和第四光感测单元114上的第一滤色器CF1；设置在第二光感测单元112上的第二滤色器CF2；以及设置在第三光感测单元113上的第三滤色器CF3。例如，第一滤色器CF1可以是仅透射绿光并且吸收其他入射光的绿色滤色器，第二滤色器CF2可以是仅透射蓝光并且吸收其他入射光的绿色滤色器，并且第三滤色器CF3可以是仅透射红光并且吸收其他入射光的绿色滤色器。通过使用滤色器CF1、CF2和CF3，图像传感器1000可以实现更高的色纯度。
根据示例实施例，由于已经在很大程度上被分色透镜阵列130分色的光入射到滤色器CF1、CF2和CF3上，因此由于滤色器层105造成的光损失可以较小。当通过分色透镜阵列130可以充分地进行分色时，可以省略滤色器层105，或者可以仅省略第一至第三滤色器CF1、CF2和CF3中的一些。
上述分色透镜阵列130的具体图案仅是示例性的，可以对图案进行各种修改。例如，根据分色透镜阵列130的第一至第四区域131、132、133和134的不同图案型，可以分离可见光以外的波段的光。而且，在分色透镜阵列130中配置一个单元图案阵列的分色图案的数量可以根据分色透镜阵列130的应用实例而变化。已经以拜尔图案为例描述了图像传感器的像素排列，但实施例不限于此，并且也可应用于例如图2B和图2C所示的像素排列。可以通过采用分色透镜阵列130的区域并且针对每个区域使用上述优化方法来确定适合于这种像素排列的图案。
图23是示出根据另一示例实施例的分色透镜阵列140的平面图。参考图23，分色透镜阵列140可以包括：由粗线表示并且被二维设置的多个单元图案阵列。每个单元图案阵列可以被设置为包括第一区域141、第二区域142、第三区域143和第四区域144的2×2的形式。在分色透镜阵列140的整个结构中，第一区域141和第二区域142在一排内沿横向交替设置，并且第三区域143和第四区域144在另一排内沿横向交替设置。另外，第一区域141和第三区域143在一列内沿纵向交替设置，并且第二区域142和第四区域144在另一列内沿纵向交替设置。
另外，分色透镜阵列140还可以包括：不被包括在单元图案阵列中的任何一个中的多个第一到第四个区域141、142、143和144。不被包括在单元图案阵列中的任何一个中的第一至第四区域141、142、143和144可以沿分色透镜阵列140的边缘设置。例如，构成一列的多个第二区域142和多个第四区域144被额外设置在分色透镜阵列140的左边缘，构成一列的多个第一区域141和多个第三区域143被额外设置在右边缘，构成一行的多个第三区域143和多个第四区域144被额外设置在上边缘，并且构成一行的多个第一区域141和多个第二区域142可以被额外设置在下边缘。
图24是示出沿线C-C′截取的图23的分色透镜阵列140的截面图。参考图24，分色透镜阵列140可以包括：多个第一区域141和多个第二区域142，它们被设置为：相对于传感器基板110的边缘在水平方向上突出，并且在竖直方向上不面对传感器基板110的任何光感测单元。图23中的任意单元图案阵列中未包括的多个第一至第四区域141、142、143和144全都设置为在水平方向上相对于传感器基板110的对应边缘突出，并且在竖直方向上不面对任何光感测单元。如参考图13A至图13D、图14A至图14D、以及图15A至图15D所述，光感测单元可以不仅从分色透镜阵列140的与竖直方向相对应的区域还从该区域周围的多个其他区域接收光。因此，当不沿分色透镜阵列140的边缘添加第一至第四区域141、142、143和144时，入射到沿传感器基板110的边缘设置的光感测单元上的光量会减少，并且色纯度也会下降。
当沿分色透镜阵列140的边缘附加地设置第一至第四区域141、142、143和144时，可以以与设置在传感器基板110内部的光感测单元相同的方式，将光提供给沿传感器板110的边缘设置的光感测单元。由于根据上述示例实施例的图像传感器具有由滤色器引起的非常少量的光损失，因此即使在像素的尺寸减小时也可以向像素提供足够的光量。
因此，可以制造具有数亿个以上像素的超高分辨率、超小型、高灵敏度的图像传感器。这种超高分辨率、超小型、高灵敏度的图像传感器可用于各种高性能光学装置或高性能电子装置。例如，这些电子装置是例如智能电话、移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机(PC)、各种便携式设备、家用电器、监控相机、医疗摄像机、以及汽车、互联网物联网(IoT)、移动计算设备或非移动计算设备，但不限于此。图25是示出包括根据示例实施例的图像传感器的电子装置的框图。
电子装置包括图像传感器1000、处理器2200、存储器2300、显示器2400以及总线2500。图像传感器1000在处理器2200的控制下获得关于外部对象的图像信息，并将图像信息提供给处理器2200。处理器2200可以通过总线2500将从图像传感器1000提供的图像信息存储在存储器2300中，并且将存储在存储器2300中的图像信息输出到显示设备2400以显示给用户。另外，处理器2200可以对从图像传感器1000提供的图像信息执行各种图像处理。
图26至图36示出应用了根据示例实施例的图像传感器的电子装置的各种示例。根据示例实施例的图像传感器可应用于具有图像捕获功能的各种多媒体装置。
例如，图像传感器可应用于图26所示的相机2000。相机2000可以是数码相机或数码摄像机。参考图27，相机2000可以包括成像组件2100、图像传感器1000和处理器2200。
成像组件2100通过聚焦从对象OBJ反射的光来形成光学图像。成像组件2100可以包括物镜2010、透镜驱动器2120、光圈2130和光圈驱动器2140。
在图27中，仅代表性地示出了一个透镜作为示例，但是物镜2010可以包括具有不同尺寸和形状的多个透镜。透镜驱动器2120可以与处理器2200传递关于焦点检测的信息，并且可以根据从处理器2200提供的控制信号来调整物镜2010的位置。透镜驱动器2120可以移动物镜2010以调整物镜2010和对象OBJ之间的距离，或者可以调整物镜2010中的各个透镜的位置。当物镜2010由透镜驱动器2120驱动时，可以调整到对象OBJ的聚焦。
相机2000可以具有自动聚焦功能。光圈驱动器2140可以与处理器2200传递关于光量的信息，并且可以根据从处理器2200提供的控制信号来调整光圈2130。例如，光圈驱动器2140可以根据通过物镜2010进入相机2000的光量来增加或减少光圈2130的孔径，并且可以调整光圈2130的打开时间。图像传感器1000可以基于入射光的强度来生成电像信号。
图像传感器1000可以包括像素阵列1010、时序控制器1010和输出电路1030。图像传感器1000还可以包括图1所示的行解码器。透射过物镜2010和光圈2130的光可以在像素阵列1100的光接收表面上形成对象OBJ的图像。
像素阵列1100可以是将光信号转换为电信号的电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。像素阵列1100可以包括：用于执行自动聚焦(AF)功能或距离测量功能的附加像素。另外，像素阵列1100可以包括上述分色透镜阵列。
处理器2200可以控制相机2000的整体操作并且可以具有图像处理功能。
例如，处理器2200可以提供用于每个组件(例如，透镜驱动器2120、光圈驱动器2140和时序控制器1010)的操作的控制信号。根据示例实施例的图像传感器可应用于图28所示的移动电话或智能电话3000、图29所示的平板计算机或智能平板计算机3100、图30所示的笔记本计算机3200、图31所示的电视机或智能电视机3300等。
例如，智能电话3000或智能平板计算机3100可以包括均配备有高分辨率图像传感器的多个高分辨率相机。
高分辨率相机可用于提取图像中的对象的深度信息、调整图像的散焦或自动识别图像中的对象。
另外，图像传感器可应用于图32所示的智能冰箱3400、图33所示的监控相机3500、图34所示的机器人3600、图35所示的医用相机3700等。
例如，智能冰箱3400可以使用图像传感器自动识别冰箱中的食物，并且通过智能电话通知用户存在特定食物、已经放入或拿走的食物的类型等。
监控相机3500可以提供超高分辨率图像，并且可以具有即使在较黑暗的环境中也可以识别图像中的物体或人的高灵敏度。
机器人3600可以进入人类无法直接进入的灾难或工业现场，以提供高分辨率图像。
医用相机3700可以提供用于诊断或手术的高分辨率图像，并且可以动态地调整视野。另外，图像传感器可应用于图36所示的车辆3800。
车辆3800可以包括：设置在不同位置的多个车辆相机3810、3820、3830和3840，并且各个车辆相机3810、3820、3830和3840可以包括根据示例实施例的图像传感器。
车辆3800可以使用多个车辆相机3810、3820、3830和3840向驾驶员提供关于车辆3800的内部或环境的各种信息，并且可以自动识别图像中的物体或人，以提供自动驾驶所需的信息。
由于所公开的分色透镜阵列可以根据入射光的波长来分离和汇聚入射光，而不会吸收或阻挡入射光，因此可以提高根据示例实施例的图像传感器的光利用效率。
另外，根据示例实施例的采用分色透镜阵列的图像传感器可以实现图像传感器中通常采用的拜尔图案型，因此可以使用现有图像传感器的像素结构和图像处理算法。
另外，根据示例实施例的采用所公开的分色透镜阵列的图像传感器不需要单独的微透镜来将光汇聚到像素。
尽管已经参考示例性实施例描述了包括分色透镜阵列的图像传感器、包括图像传感器的电子装置，但是本领域技术人员要理解，可以做出形式和细节上的各种改变，而不背离由所附权利要求所定义的精神和范围。
应当仅在描述的意义下而非为了限制目的来考虑示例实施例。
因此，本公开的范围不是由本公开的详细描述来限定，而是由所附权利要求来限定，并且范围内的所有差异将解释为包括在本公开中。

Claims (27)

1.一种图像传感器，包括：
传感器基板，包括各自被配置为感测光的第一光感测单元和第二光感测单元；
间隔层，所述间隔层是透明的并且设置在所述传感器基板上；以及
分色透镜阵列，与所述传感器基板相对地设置在所述间隔层上，
其中，所述分色透镜阵列包括：
第一区域，在竖直方向上与所述第一光感测单元相对设置，所述第一区域具有第一图案，以及
第二区域，在竖直方向上与所述第二光感测单元相对设置，所述第二区域具有与所述第一图案不同的第二图案，并且
其中，所述第一图案被配置为：从入射到所述分色透镜阵列上的入射光分离出第一波长的光，并将所述第一波长的光汇聚到所述第一光感测单元，并且所述第二图案被配置为：从所述入射光分离出与所述第一波长不同的第二波长的光，并将所述第二波长的光汇聚到所述第二光感测单元。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述间隔层的厚度对应于与要由所述分色透镜阵列分离的所述入射光的波段的中心波长相关的所述分色透镜阵列的焦距。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述间隔层的理论厚度是ht，相邻光感测单元之间的间距是p，所述间隔层的折射率是n，并且要由所述分色透镜阵列分离的所述入射光的波段的中心波长是λ0，所述间隔层的所述理论厚度满足：
Figure FDA0002733823400000011
以及
所述间隔层的实际厚度h满足ht-p≤h≤ht+p。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一图案和所述第二图案被配置为：使所述第一波长的光在刚穿过所述分色透镜阵列之后的位置处，在与所述第一光感测单元的中心相对应的位置处形成2Nπ的相位分布，并且在与所述第二光感测单元的中心相对应的位置处形成(2N-1)π的相位分布，其中，N是大于0的整数。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述第一图案和所述第二图案被配置为：使所述第二波长的光在刚穿过所述分色透镜阵列之后的位置处，在与所述第一光感测单元的中心相对应的位置处形成(2M-1)π的相位分布，并且在与所述第二光感测单元的中心相对应的位置处形成2Mπ的相位分布，其中，M是大于0的整数。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一区域包括：具有第一折射率并形成所述第一图案的第一电介质，以及具有小于所述第一折射率的第二折射率并填充在所述第一电介质中的第二电介质，
其中，所述第一图案被形成为使所述第一电介质被包括在所述第一区域的任意竖直截面中。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第二区域包括：具有第一折射率并形成所述第二图案的第一电介质，以及具有小于所述第一折射率的第二折射率并填充在所述第一电介质中的第二电介质，
其中，所述第二图案被形成为使所述第一电介质被包括在所述第二区域的任意竖直截面中。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述传感器基板还包括第三光感测单元和第四光感测单元，并且
其中，所述分色透镜阵列还包括：
第三区域，在竖直方向上与所述第三光感测单元相对设置，所述第三区域具有与所述第一图案和所述第二图案不同的第三图案，以及
第四区域，在竖直方向上与所述第四光感测单元相对设置，所述第四区域具有与所述第一图案、所述第二图案和所述第三图案不同的第四图案。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述第三区域被设置为邻近所述第一区域并且在所述第二区域的对角线方向，并且所述第四区域被设置为邻近所述第二区域并且在所述第一区域的对角线方向，并且
其中，所述第三图案被配置为：从所述入射光分离出与所述第一波长和所述第二波长不同的第三波长的光，并且将所述第三波长的光汇聚到所述第三光感测单元，并且所述第四图案被配置为：从所述入射光分离出所述第一波长的光，并且将所述第一波长的光汇聚到所述第四光感测单元。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一图案、所述第二图案、所述第三图案和所述第四图案被配置为：使所述第一波长的光在刚穿过所述分色透镜阵列之后的位置处，在与所述第一光感测单元和所述第四光感测单元的中心相对应的位置处形成2Nπ的相位分布，并且在与所述第二光感测单元和所述第三光感测单元的中心相对应的位置处形成(2N-1)π的相位分布，其中，N是大于0的整数。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述第一图案、所述第二图案、所述第三图案和所述第四图案被配置为：使所述第二波长的光在刚穿过所述分色透镜阵列之后的位置处，在与所述第一光感测单元和所述第四光感测单元的中心相对应的位置处形成(2M-1)π的相位分布，在与所述第二光感测单元的中心相对应的位置处形成2Mπ的相位分布，并且在与所述第三光感测单元的中心相对应的位置处形成大于(2M-2)π且小于(2M-1)π的相位分布，其中，M是大于0的整数。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述第一图案、所述第二图案、所述第三图案和所述第四图案被配置为：使所述第三波长的光在刚穿过所述分色透镜阵列之后的位置处，在与所述第一光感测单元和所述第四光感测单元的中心相对应的位置处形成(2L-1)π的相位分布，在与所述第二光感测单元的中心相对应的位置处形成大于(2L-2)π且小于(2L-1)π的相位分布，并且在与所述第三光感测单元的中心相对应的位置处形成2Lπ的相位分布，其中，L是大于0的整数。
13.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一图案、所述第二图案、所述第三图案和所述第四图案被配置为：在入射到所述分色透镜阵列的所述第一区域上的入射光之中，使所述第一波长的光朝着与所述第一区域相对应的所述第一光感测单元的中心行进，使所述第二波长的光朝着与所述第一区域相对应的所述第一光感测单元邻近的所述第二光感测单元的中心行进，并且使所述第三波长的光朝着与所述第一区域相对应的所述第一光感测单元邻近的所述第三光感测单元的中心行进。
14.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一图案、所述第二图案、所述第三图案和所述第四图案被配置为：在入射到所述分色透镜阵列的所述第二区域上的入射光之中，使所述第二波长的光朝着与所述第二区域相对应的所述第二光感测单元的中心行进，使所述第一波长的光朝着与所述第二区域相对应的所述第二光感测单元邻近的所述第一光感测单元和所述第四光感测单元的中心行进，并且使所述第三波长的光朝着与所述第二区域相对应的所述第二光感测单元邻近的所述第三光感测单元的中心行进。
15.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一图案、所述第二图案、所述第三图案和所述第四图案被配置为：在入射到所述分色透镜阵列的所述第三区域上的入射光之中，使所述第三波长的光朝着与所述第三区域相对应的所述第三光感测单元的中心行进，使所述第一波长的光朝着与所述第三区域相对应的所述第三光感测单元邻近的所述第一光感测单元和所述第四光感测单元的中心行进，并且使所述第二波长的光朝着与所述第三区域相对应的所述第三光感测单元邻近的所述第二光感测单元的中心行进。
16.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一图案、所述第二图案、所述第三图案和所述第四图案被配置为：在入射到所述分色透镜阵列的所述第四区域上的入射光之中，使所述第一波长的光朝着与所述第四区域相对应的所述第四光感测单元的中心行进，使所述第二波长的光朝着与所述第四区域相对应的所述第四光感测单元邻近的所述第二光感测单元的中心行进，并且使所述第三波长的光朝着与所述第四区域相对应的所述第四光感测单元邻近的所述第三光感测单元的中心行进。
17.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一波长的光是绿光，所述第二波长的光是蓝光，所述第三波长的光是红光。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述第一图案和所述第四图案具有双重对称性，所述第二图案和所述第三图案具有四重对称性，并且所述第四图案具有与所述第一图案被旋转90度后相同的形状。
19.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述分色透镜阵列还包括多个单元图案阵列，每个单元图案阵列包括彼此相邻的所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域，并且
其中，所述多个单元图案阵列被二维地重复设置。
20.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述分色透镜阵列还包括：多个第一区域、多个第二区域、多个第三区域和多个第四区域，所述多个第一区域、多个第二区域、多个第三区域和多个第四区域被设置为相对于所述传感器基板的边缘突出并且在竖直方向上不面对所述传感器基板的任何光感测单元。
21.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：滤色器层，设置在所述传感器基板和所述间隔层之间，所述滤色器层包括多个滤色器。
22.一种图像传感器，包括：
传感器基板，包括各自被配置为感测光的第一光感测单元、第二光感测单元、第三光感测单元和第四光感测单元；
间隔层，所述间隔层是透明的并且设置在所述传感器基板上；以及
分色透镜阵列，与所述传感器基板相对地设置在所述间隔层上，所述分色透镜阵列包括：
第一区域，在竖直方向上与所述第一光感测单元相对设置，所述第一区域具有第一图案，
第二区域，在竖直方向上与所述第二光感测单元相对设置，所述第二区域具有与所述第一图案不同的第二图案，
第三区域，在竖直方向上与所述第三光感测单元相对设置，所述第三区域具有与所述第一图案和所述第二图案不同的第三图案，以及
第四区域，在竖直方向上与所述第四光感测单元相对设置，所述第四区域具有与所述第一图案、所述第二图案和所述第三图案不同的第四图案，
其中，所述第三区域被设置为邻近所述第一区域并且在所述第二区域的对角线方向，并且所述第四区域被设置为邻近所述第二区域并且在所述第一区域的对角线方向，
其中，所述第一图案和所述第四图案具有双重对称性，所述第二图案和所述第三图案具有四重对称性，并且
其中，所述第四图案具有与所述第一图案被旋转90度后相同的形状。
23.根据权利要求22所述的图像传感器，其中，所述第一图案被配置为：从入射到所述分色透镜阵列上的入射光分离出第一波长的光，并且将所述第一波长的光汇聚到所述第一光感测单元，
其中，所述第二图案被配置为：从所述入射光分离出第二波长的光，并且将所述第二波长的光汇聚到所述第二光感测单元，
其中，所述第三图案被配置为：从所述入射光分离出第三波长的光，并且将所述第三波长的光汇聚到所述第三光感测单元，并且
其中，所述第四图案被配置为：从所述入射光分离出所述第一波长的光，并且将所述第一波长的光汇聚到所述第四光感测单元。
24.一种成像装置，包括：
物镜，被配置为聚焦从对象反射的光并形成光学图像；以及
图像传感器，被配置为将由所述物镜形成的所述光学图像转换为电图像信号，
其中，所述图像传感器包括：
传感器基板，包括各自被配置为感测光的第一光感测单元和第二光感测单元；
间隔层，所述间隔层是透明的并且设置在所述传感器基板上；以及
分色透镜阵列，与所述传感器基板相对地设置在所述间隔层上，
其中，所述分色透镜阵列包括：
第一区域，在竖直方向上与所述第一光感测单元相对设置，所述第一区域具有第一图案，以及
第二区域，在竖直方向上与所述第二光感测单元相对设置，所述第二区域具有与所述第一图案不同的第二图案，并且
其中，所述第一图案被配置为：从入射到所述分色透镜阵列上的入射光分离出第一波长的光，并将所述第一波长的光汇聚到所述第一光感测单元，并且所述第二图案被配置为：从所述入射光分离出与所述第一波长不同的第二波长的光，并将所述第二波长的光汇聚到所述第二光感测单元。
25.一种电子装置，包括根据权利要求24所述的成像装置。
26.一种图像传感器，包括：
传感器基板，包括各自被配置为感测光的第一光感测单元、第二光感测单元、第三光感测单元和第四光感测单元；
间隔层，所述间隔层是透明的并且设置在所述传感器基板上；以及
分色透镜阵列，与所述传感器基板相对地设置在所述间隔层上，
其中，所述分色透镜阵列包括：
第一区域，在竖直方向上与所述第一光感测单元相对设置，所述第一区域被配置为：从入射到所述分色透镜阵列上的入射光分离出第一波长的光，并且将所述第一波长的光汇聚到所述第一光感测单元，
第二区域，在竖直方向上与所述第二光感测单元相对设置，所述第二区域被配置为：从所述入射光分离出与所述第一波长不同的第二波长的光，并且将所述第二波长的光汇聚到所述第二光感测单元，
第三区域，在竖直方向上与所述第三光感测单元相对设置，所述第三区域被配置为：从所述入射光分离出与所述第一波长和所述第二波长不同的第三波长的光，并且将所述第三波长的光汇聚到所述第三光感测单元，以及
第四区域，在竖直方向上与所述第四光感测单元相对设置，所述第四区域被配置为：从所述入射光分离出所述第一波长的光并且将所述第一波长的光汇聚到所述第四光感测单元。
27.根据权利要求26所述的图像传感器，其中，所述第一区域具有第一图案，所述第二区域具有与所述第一图案不同的第二图案，所述第三区域具有与所述第一图案和所述第二图案不同的第三图案，并且所述第四区域具有与所述第一图案被旋转90度后相同的图案。
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