CN117650150A - 图像传感器和包括该图像传感器的电子装置 - Google Patents

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朴贤圣
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Abstract

一种图像传感器包括：传感器基板，包括分别感测第一波长、第二波长和第三波长的光的第一像素、第二像素和第三像素；分色透镜阵列，改变第一波长、第二波长和第三波长的光的相位，并将相变光分别会聚到第一像素、第二像素和第三像素上。分色透镜阵列包括分别面对第一像素至第三像素的第一像素对应区域至第三像素对应区域。第一像素对应区域包括多个第一纳米柱，第二像素对应区域包括多个第二纳米柱，并且第三像素对应区域包括多个第三纳米柱，第二纳米柱之中具有最大截面宽度的第二中心纳米柱与第二像素的中心重叠，并且第三纳米柱之中具有最大截面宽度的第三中心纳米柱与第三像素的中心不重叠。

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
本申请基于并且要求于2022年9月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0111593的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种图像传感器和包括该图像传感器的电子装置。
背景技术
通常，图像传感器通过使用滤色器来感测入射光的颜色。然而，滤色器由于吸收除了对应颜色光之外的颜色光，因此其光利用效率可能劣化。例如，在使用RGB滤色器的情况下，由于仅1/3的入射光被透射，而其余部分的光(即，2/3的入射光)被吸收，因此其光利用效率仅为约33％。图像传感器的大部分光损失发生在滤色器中。相应地，已经尝试了一种用于在不使用滤色器的情况下按每个像素进行分色的方案。
发明内容
提供一种图像传感器，包括能够按波长分离并会聚入射光的分色透镜阵列。
提供了一种具有提高的光效率和自动对焦性能的图像传感器。
在下面的描述中将阐述附加的方面。附加的方面将从描述中变得显而易见，或者可以通过本公开的示例实施例的实践来了解。
根据本公开的一方面，一种图像传感器包括：传感器基板，包括感测第一波长的光的第一像素、感测比第一波长短的第二波长的光的第二像素、以及感测比第一波长长的第三波长的光的第三像素，其中，第一像素至第三像素中的每个像素包括多个感光单元；以及分色透镜阵列，改变第一波长、第二波长和第三波长的光的相位，并且将第一波长、第二波长和第三波长的相变光分别会聚到第一像素、第二像素和第三像素上，其中，分色透镜阵列包括分别面对第一像素、第二像素和第三像素的第一像素对应区域、第二像素对应区域和第三像素对应区域，其中，第一像素对应区域包括多个第一纳米柱，第二像素对应区域包括多个第二纳米柱，并且第三像素对应区域包括多个第三纳米柱，多个第二纳米柱之中具有最大截面宽度的第二中心纳米柱布置在与第二像素的中心重叠的位置处，并且多个第三纳米柱之中具有最大截面宽度的第三中心纳米柱布置在与第三像素的中心不重叠的位置处。
第二中心纳米柱的宽度可以大于或等于第三中心纳米柱的宽度。
第一像素至第三像素中的每个像素包括隔离结构，该隔离结构具有将相邻的感光单元分开的形状，其中，感光单元设置在第一方向和第二方向上，第一方向和第二方向彼此垂直，并且当在垂直于第一方向和第二方向的第三方向上观察时，第二中心纳米柱被布置为与第二像素中包括的隔离结构的中心重叠。
当在第三方向上观察时，多个第二纳米柱之中除了第二中心纳米柱之外的第二纳米柱可以被布置为与第二像素中包括的隔离结构不重叠。
当在第三方向上观察时，多个第一纳米柱全部可以被布置为与第一像素中包括的隔离结构不重叠。
多个第一纳米柱之中具有最大截面宽度的第一中心纳米柱可以被布置为比多个第一纳米柱中的其他纳米柱更靠近第一像素对应区域的中心。
当在第一方向上观察时，第二中心纳米柱和多个第二纳米柱之中的其他第二纳米柱可以被布置为彼此部分地重叠，并且当在第一方向上观察时，第一中心纳米柱和多个第一纳米柱之中的其他第一纳米柱可以被布置为彼此部分地重叠。
所述重叠的程度在第二像素对应区域和第一像素对应区域中可以彼此不同。
第一中心纳米柱的宽度可以小于或等于第二中心纳米柱的宽度和第三中心纳米柱的宽度。
多个第三纳米柱之中的第三中心纳米柱可以被布置为比多个第三纳米柱之中的其他纳米柱更靠近第三像素对应区域的中心。
第三中心纳米柱的宽度可以大于或等于多个第一纳米柱之中具有最大截面宽度的第一中心纳米柱的宽度。
当在第三方向上观察时，多个第一纳米柱之中具有最大截面宽度的第一中心纳米柱可以被布置为与第一像素中包括的隔离结构的中心重叠。
当在第一方向上观察时，第二中心纳米柱和多个第二纳米柱之中的其他第二纳米柱可以被布置为彼此部分地重叠，并且当在第一方向上观察时，第一中心纳米柱和多个第一纳米柱之中的其他第一纳米柱可以被布置为彼此部分地重叠。
所述重叠的程度在第二像素对应区域和第一像素对应区域中可以彼此不同。
第一中心纳米柱的宽度可以小于或等于第二中心纳米柱的宽度。
多个第一纳米柱至第三纳米柱中的每个纳米柱可以被堆叠并布置为多个层。
传感器基板还可以包括感测第一波长的光的第四像素，并且第一像素至第四像素可以以拜耳图案形式布置。
传感器基板与分色透镜阵列之间的距离可以小于分色透镜阵列针对第一波长的光的焦距。
图像传感器还可以包括布置在传感器基板和分色透镜阵列之间的滤色器，其中，分色透镜阵列和滤色器之间的距离为约1μm或更大以及约2μm或更小。
根据本公开的另一方面，一种电子装置包括：透镜组件，包括一个或多个透镜并形成对象的光学图像；图像传感器，将由透镜组件形成的光学图像转换为电信号；以及处理器，被配置为处理由图像传感器生成的电信号，其中，图像传感器包括：传感器基板，包括感测第一波长的光的第一像素、感测比第一波长短的第二波长的光的第二像素、以及感测比第一波长长的第三波长的光的第三像素，其中，第一像素至第三像素中的每个像素包括多个感光单元；以及分色透镜阵列，改变第一波长、第二波长和第三波长的光的相位，并且将第一波长、第二波长和第三波长的相变光分别会聚到第一像素、第二像素和第三像素上，其中，分色透镜阵列包括分别面对第一像素、第二像素和第三像素的第一像素对应区域、第二像素对应区域和第三像素对应区域，其中，第一像素对应区域包括多个第一纳米柱，第二像素对应区域包括多个第二纳米柱，并且第三像素对应区域包括多个第三纳米柱，多个第二纳米柱之中具有最大截面宽度的第二中心纳米柱布置在与第二像素的中心重叠的位置处，并且多个第三纳米柱之中具有最大截面宽度的第三中心纳米柱布置在与第三像素的中心不重叠的位置处。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的示例实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
图1是根据实施例的图像传感器的框图；
图2A和图2B是示出了根据实施例的图像传感器中包括的分色透镜阵列的示意性结构和操作的概念图；
图3A是示出了根据实施例的图像传感器的像素阵列的颜色布置的平面图，图3B和图3C是示出了根据实施例的图像传感器的像素阵列中包括的传感器基板和分色透镜阵列的平面图，图3D是示出了分色透镜阵列的像素对应区域中包括的纳米柱的布置形式的平面图，并且图3E是图3D的部分区域的放大平面图；
图4A和图4B是分别示出了根据实施例的图像传感器的像素阵列的不同截面的截面图；
图5A示出了在图4A的截面中穿过分色透镜阵列的绿色光和蓝色光的相位曲线，图5B和图5C示出了入射到第一绿色光会聚区域和第一绿色光会聚区域的阵列上的绿色光的传播方向，并且图5D和图5E示出了入射在蓝色光会聚区域和蓝色光会聚区域的阵列上的蓝色光的传播方向；
图6A示出了在图4B的截面中穿过分色透镜阵列的红色光和绿色光的相位曲线，图6B和图6C示出了入射在红色光会聚区域和红色光会聚区域的阵列上的红色光的传播方向，并且图6D和图6E示出了入射在第二绿色光会聚区域和第二绿色光会聚区域的阵列上的绿色光的传播方向；
图7和图8是用于描述根据实施例的图像传感器中的间隔物层的厚度与光会聚其上的区域之间的关系的图；
图9A是示出了根据比较示例的图像传感器的分色透镜阵列的第一像素对应区域中包括的纳米柱的形状和布置的平面图，并且图9B是示出了第二波长光会聚到根据比较示例的图像传感器的传感器基板的第二像素上的形式的仿真的图；
图10是示出了根据实施例的第二波长光会聚到图像传感器的传感器基板的第二像素上的形式的仿真的图；
图11是示出了根据实施例的图像传感器与根据比较示例的图像传感器之间的针对每个波长的量子效率的比较的图；
图12是示出了根据实施例的图像传感器与比较示例的图像传感器之间的针对自动对焦对比度的比较的图；
图13、图14、图15以及图16A至图16F是示出了根据实施例的可以包括在图像传感器中的各种分色透镜阵列的平面图；
图17是示出了根据实施例的图像传感器的像素阵列的示意性结构的截面图；
图18A是示出了根据实施例的图像传感器的像素阵列的示意性结构的截面图，并且图18B和图18C分别是示出了图18A的图像传感器的分色透镜阵列的第一层和第二层的纳米柱阵列的平面图；
图19是示意性地示出了根据实施例的包括图像传感器的电子装置的框图；以及
图20是示意性地示出了图19的电子装置中包括的相机模块的框图。
具体实施方式
现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，示例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。相应地，下面仅通过参考附图描述实施例，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。诸如“...中的至少一个”之类的表述当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。
在下文中，将参考附图来详细描述实施例。所描述的实施例仅是示例，并且可以在其中进行各种修改。在附图中，类似的附图标记可以表示类似的元件，并且为了清楚起见和便于描述，每个元件的大小可以被放大。
如本文所使用的，术语“之上”或“上”不仅可以包括“直接在...之上”或“直接在...上”，而且还可以包括“间接在...之上”或“间接在...上”。
尽管本文可以使用诸如“第一”和“第二”之类的术语来描述各种元件，但这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。这些术语并非旨在限制元件的材料或结构彼此不同。
如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”意在包括复数形式，除非上下文明确地另外指示。同样，除非另有说明，否则当某物被称为“包括”一个组件时，还可以包括另一组件。
同样，如本文所使用的，术语“单元”和“模块”可以指执行至少一个功能或操作的单元，并且该单元可以实现为硬件或软件或硬件和软件的组合。
术语“一”、“一个”和“该”以及其他类似指示性术语的使用可以被解释为涵盖单数和复数两者。
除非另有说明，否则本文描述的方法的操作可以以任何合适的顺序执行。同样，本文所使用的示例术语(例如，“诸如”和“和/或等”)仅旨在描述本公开的技术构思，并且本公开的范围不受示例的限制，除非在所附权利要求中另有定义。
参考图1，图像传感器1000可以包括像素阵列1100、定时控制器1010、行解码器1020和输出电路1030。图像传感器1000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可以包括被二维地布置成多个行和多个列的像素。行解码器1020可以响应于从定时控制器1010输出的行地址信号来选择像素阵列1100的行之一。输出电路1030可以以列为单位从布置在所选行中的多个像素输出感光信号。为此目的，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可以包括分别针对列布置在列解码器和像素阵列1100之间的多个ADC，或者布置在列解码器的输出端子处的一个ADC。定时控制器1010、行解码器1020和输出电路1030可以实现为一个芯片或单独的芯片。用于处理从输出电路1030输出的图像信号的处理器可以与定时控制器1010、行解码器1020和输出电路1030一起实现为一个芯片。
像素阵列1100可以包括感测不同波长的光的多个像素。可以以各种方式实现像素布置。像素阵列1100可以包括分色透镜阵列，该分色透镜阵列按波长分离入射光，使得不同波长的光可以入射在多个像素PX上。
图2A和图2B是示出了根据实施例的图像传感器中包括的分色透镜阵列的示意性结构和操作的概念图。
参考图2A，分色透镜阵列CSLA可以包括多个纳米柱NP，多个纳米柱NP根据入射光Li的入射位置不同地改变入射光Li的相位。分色透镜阵列CSLA可以以各种方式分区。例如，分色透镜阵列CSLA可以被分区为：第一像素对应区域R1，与其上会聚有入射光Li中包括的第一波长光Lλ1的第一像素PX1相对应；以及第二像素对应区域R2，与其上会聚有入射光Li中包括的第二波长光Lλ2的第二像素PX2相对应。第一像素对应区域R1和第二像素对应区域R2中的每个像素对应区域可以包括各种尺寸的一个或多个纳米柱NP，并且第一像素对应区域R1和第二像素对应区域R2可以分别面对第一像素PX1和第二像素PX2布置。作为另一示例，分色透镜阵列CSLA可以被分区为用于将第一波长光Lλ1会聚到第一像素PX1上的第一波长光会聚区域L1和用于将第二波长光Lλ2会聚到第二像素PX2上的第二波长光会聚区域L2。第一波长光会聚区域L1和第二波长光会聚区域L2可以彼此部分地重叠。
分色透镜阵列CSLA可以生成入射光Li中包括的第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2的不同相位曲线，使得第一波长光Lλ1可以会聚到第一像素PX1上并且第二波长光Lλ2可以会聚到第二像素PX2上。
例如，参考图2B，在第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2刚穿过分色透镜阵列CSLA之后的位置处(即，分色透镜阵列CSLA的底面上)，分色透镜阵列CSLA可以使第一波长光Lλ1具有第一相位曲线PP1并且使第二波长光Lλ2具有第二相位曲线PP2，因此第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2可以分别会聚在与其相对应的第一像素PX1和第二像素PX2上。具体地，穿过分色透镜阵列CSLA的第一波长光Lλ1可以具有在第一像素对应区域R1的中心处最大并且远离第一像素对应区域R1的中心(即，朝向第二像素对应区域R2)减小的相位曲线。该相位曲线可以类似于通过凸透镜(例如，在第一波长光会聚区域L1中具有凸中心的微透镜)会聚在一个点上的相位曲线，并且第一波长光Lλ1可以会聚到第一像素PX1上。同样，穿过分色透镜阵列CSLA的第二波长光Lλ2可以具有在第二像素对应区域R2的中心处最大并且远离第二像素对应区域R2的中心(即，朝向第一像素对应区域R1)减小的相位曲线，因此，第二波长光Lλ2可以会聚到第二像素PX2上。
由于材料的折射率根据光的波长而变化，因此分色透镜阵列CSLA可以针对第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2提供不同的相位曲线。换言之，由于相同的材料根据与该材料反应的光的波长而具有不同的折射率，并且穿过该材料的光的相位延迟根据波长而不同，因此相位曲线可以依赖于波长而变化。例如，由于第一像素对应区域R1对于第一波长光Lλ1的折射率和第一像素对应区域R1对于第二波长光Lλ2的折射率可以彼此不同，并且穿过第一像素对应区域R1的第一波长光Lλ1的相位延迟和穿过第一像素对应区域R1的第二波长光Lλ2的相位延迟可以彼此不同，因此，当基于光的特性来设计分色透镜阵列CSLA时，可以分别针对第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2提供不同的相位曲线。
分色透镜阵列CSLA可以包括根据特定规则布置的纳米柱NP，使得第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2可以分别具有第一相位曲线PP1和第二相位曲线PP2。这里，该规则可以适用于诸如纳米柱NP的形状、大小(宽度和高度)、纳米柱NP之间的间隔及其布置形式之类的参数，并且这些参数可以根据要由分色透镜阵列CSLA实现的相位曲线来确定。
纳米柱NP布置在第一像素对应区域R1中的规则和纳米柱NP布置在第二像素对应区域R2中的规则可以彼此不同。换言之，第一像素对应区域R1中的纳米柱NP的大小、形状、间隔和/或布置可以不同于第二像素对应区域R2中的纳米柱NP的大小、形状、间隔和/或布置。
纳米柱NP可以具有亚波长的形状尺寸。这里，亚波长可以指小于要分支的光的波段的波长。纳米柱NP的尺寸可以小于第一波长和第二波长之中的较短波长。纳米柱NP可以具有圆柱形状，该圆柱形状具有亚波长的截面直径。然而，纳米柱NP的形状不限于此，并且可以是椭圆柱形状或多棱柱形状。纳米柱NP可以具有柱形状，该柱形状具有对称或不对称的截面形状。尽管纳米柱NP被示出为具有垂直于高度方向(Z方向)的均匀宽度，即，其平行于高度方向的截面被示出为具有矩形形状，但这仅是示例。备选地，纳米柱NP可以不具有垂直于高度方向的均匀宽度；例如，其平行于高度方向的截面可以具有梯形或倒梯形形状。当入射光Li是可见光时，纳米柱NP的截面直径可以小于例如400nm、300nm或200nm。此外，纳米柱NP的高度可以为约500nm至约1，500nm，并且可以大于截面直径。纳米柱NP可以通过组合在高度方向(Z方向)上堆叠的两个或更多个柱来获得。纳米柱NP的高度可以达到亚波长或波长的若干倍。例如，纳米柱NP的高度可以是分色透镜阵列CSLA分支的波段的中心波长的5倍或更小、或者4倍或更小、或者3倍或更小。包括在不同像素对应区域(R1和R2)中的所有纳米柱NP被示出为具有相同的高度；然而，本公开不限于此，并且纳米柱NP的所有布置、宽度和数量仅是示例。可以适当地确定纳米柱NP的宽度、高度、数量和布置以形成用于分色的相位曲线，并且还可以考虑详细的制造工艺条件来确定。
纳米柱NP之间的空间可以填充有折射率与纳米柱NP的折射率不同的外围材料层。纳米柱NP可以包括具有折射率比外围材料的折射率高的材料。例如，纳米柱NP可以包括c-Si、p-Si、a-Si、III-V族化合物半导体(GaP、GaN、GaAs等)、SiC、TiO2、SiN或其任意组合。折射率与外围材料的折射率不同的纳米柱NP可以改变穿过纳米柱NP的光的相位。这可能是由于纳米柱NP的亚波长的形状尺寸而发生的相位延迟引起的，并且相位被延迟的程度可以由纳米柱NP的详细形状尺寸和/或布置形式来确定。纳米柱NP周围外围材料可以包括折射率低于纳米柱NP的折射率的介电材料。例如，外围材料可以包括SiO2或空气。然而，这仅是示例，并且纳米柱NP和外围材料的材料可以被设置为使得纳米柱NP可以具有比外围材料的折射率低的折射率。
分色透镜阵列CSLA的区域划分以及纳米柱NP的形状和布置可以被设置为形成用于根据要会聚到多个像素PX1和PX2上的波长来分离入射光的相位曲线。该波长分离可以包括可见光波段中的分色；然而，本公开不限于此，并且波段可以扩展到可见光或红外光的范围或各种其他范围。第一波长λ1和第二波长λ2可以在红外线或可见光的波段内；然而，本公开不限于此，并且根据多个纳米柱NP的阵列的布置规则可以包括各种波段。同样，已经描述了两个波长被分支和会聚的示例。然而，入射光可以根据波长在三个或更多个方向上被分支和会聚。
同样，作为示例已经描述了分色透镜阵列CSLA的纳米柱NP被布置为单个层的情况；然而，分色透镜阵列CSLA可以具有其中纳米柱NP被布置为多个层的堆叠结构。
图3A是示出了根据实施例的图像传感器的像素阵列的颜色布置的平面图。
图3A所示的颜色布置可以是在一般图像传感器中使用的拜耳图案布置。如图所示，一个单元图案可以包括四个象限区域，并且第一象限至第四象限可以分别表示蓝色(B)、绿色(G)、红色(R)和绿色(G)。单位图案可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上重复且二维地布置。对于这种颜色布置，两个绿色像素可以以2×2阵列类型的单元图案布置在一个对角方向上，并且一个蓝色像素和一个红色像素可以布置在另一对角方向。换言之，多个绿色像素和多个蓝色像素在第一方向上交替布置的第一行和多个红色像素和多个绿色像素在第一方向上交替布置的第二行可以在第二方向上重复地布置。
图3A的颜色布置仅是示例，并且本公开不限于此。例如，可以使用其中品红、青色、黄色和绿色出现在一个单元图案中的CYGM布置或者其中绿色、红色、蓝色和白色出现在一个单元图案中的RGBW布置。同样，单元图案可以实现为3×2阵列类型。此外，像素阵列1100的像素可以根据图像传感器1000的颜色特性以各种方式布置。在下文中，将描述图像传感器1000的像素阵列1100具有拜耳图案的示例；然而，操作原理还可以应用于像素布置的除了拜耳图案之外的其他图案。
为了对应于该颜色布置，图像传感器1000的像素阵列1100可以包括会聚与特定像素相对应的颜色的光的分色透镜阵列。即，纳米柱NP的区域划分以及形状和布置可以被设置为使得由图2A和图2B所示的分色透镜阵列CSLA分离的波长可以是红色波长、绿色波长和蓝色波长。
图3B和图3C是示出了根据实施例的图像传感器的像素阵列中包括的传感器基板和分色透镜阵列的平面图。
参考图3B，传感器基板110可以包括感测入射光的多个像素。传感器基板110可以包括多个单位像素组110G。单位像素组110G可以包括通过将入射光转换为电信号来生成图像信号的第一像素111、第二像素112、第三像素113和第四像素114。单位像素组110G可以具有拜耳图案类型的像素布置。传感器基板110的像素布置可以感测入射光并将其划分为单元图案，例如如图3A所示的拜耳图案。例如，第一像素111和第四像素114可以是感测绿色光的绿色像素，第二像素112可以是感测蓝色光的蓝色像素，并且第三像素113可以是感测红色光的红色像素。在下文中，图像传感器的像素布置可以与传感器基板的像素布置互换使用。同样，在下文中，第一像素111和第四像素114也可以分别被称为第一绿色像素和第二绿色像素，第二像素112也可以被称为蓝色像素，并且第三像素113也可以被称为红色像素。然而，这仅是为了便于描述，并且本公开不限于此。
第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素可以包括独立地感测入射光的多个感光单元。例如，第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素可以包括第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4。第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上二维地布置。例如，在第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素中，第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4可以以2×2阵列形式布置。
图3B示出了第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素包括四个感光单元；然而，四个或更多个独立的感光单元可以被分组并二维地布置。例如，第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素可以包括被分组并以3×3阵列或4×4阵列布置的多个独立的感光单元。在下文中，为了方便起见，将描述第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素包括以2×2阵列布置的感光单元的情况。
根据实施例，包括如上所述的感测相同颜色的光的多个感光单元的多个像素中的一些像素可以用作自动对焦像素。在自动对焦像素中，可以根据相邻感光单元的输出信号之间的差来获得自动对焦信号。例如，第一方向(X方向)上的自动聚焦信号可以根据以下来生成：第一感光单元c1的输出信号与第二感光单元c2的输出信号之间的差、第三感光单元c3的输出信号与第四感光单元c4的输出信号之间的差、或第一感光单元c1和第三感光单元c3的输出信号之和与第二感光单元c2和第四感光单元c4的输出信号之和之间的差。同样，第二方向(Y方向)上的自动聚焦信号可以根据以下来生成：第一感光单元c1的输出信号与第三感光单元c3的输出信号之间的差、第二感光单元c2的输出信号与第四感光单元c4的输出信号之间的差、或第一感光单元c1和第二感光单元c2的输出信号之和与第三感光单元c3和第四感光单元c4的输出信号之和之间的差。
此外，作为获得一般图像信号的方法，存在求和模式和全模式。在求和模式下，可以通过对第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4的输出信号进行求和来获得图像信号。例如，可以通过对第一像素111的第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4的输出信号进行求和来生成第一绿色图像信号，可以通过对第二像素112的第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4的输出信号进行求和来生成蓝色图像信号，可以通过对第三像素113的第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4的输出信号进行求和来生成红色图像信号，并且可以通过对第四像素114的第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4的输出信号进行求和来生成第二绿色图像信号。在全模式下，可以通过使用第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4中的每个感光单元作为单独的像素来获得每个输出信号。在这种情况下，可以获得高分辨率图像。
第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4可以通过隔离结构DTI电分离。隔离结构可以形成为例如深沟槽隔离结构。深沟槽可以填充有空气或电绝缘材料。可以通过形成感光层并然后在感光层上形成隔离结构DTI来形成多个电分离的单元。隔离结构可以将第一像素至第四像素111、112、113和114电分离，并且还将第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素电分离为四个区域。附图所示的十字形分离线SL指示包括在第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素中并将其分离为多个感光单元c1、c2、c3和c4的隔离结构DTI的中心线。隔离结构DTI被示出为没有厚度的线；然而，这是为了方便，并且隔离结构DTI可以具有在物理上分离相邻感光单元的厚度。第一像素至第四像素111、112、113和114中包括的隔离结构DTI可以是不感测光的区域。相应地，在下述分色透镜阵列的设计中可以考虑用于减少由于隔离结构引起的性能劣化的方案。
参考图3C，分色透镜阵列130可以包括多个像素对应区域。分色透镜阵列130可以包括分别与图3B所示的传感器基板110的多个单位像素组110G相对应的多个像素对应组130G。像素对应组130G可以包括与第一像素至第四像素111、112、113和114相对应的第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134。第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134中的每个像素对应区域可以包括多个纳米柱。多个纳米柱可以被配置为根据波长来分离入射光并将所分离的光会聚到与相应波长相对应的第一像素至第四像素111、112、113和114上。如参考图3B所述，第一像素111和第四像素114可以分别是第一绿色像素和第二绿色像素，第二像素112可以是蓝色像素，并且第三像素113可以是红色像素。在这种情况下，第一像素对应区域131和第四像素对应区域134也可以分别被称为第一绿色像素对应区域和第二绿色像素对应区域，并且第二像素对应区域132也可以被称为蓝色像素对应区域，并且第三像素对应区域133也可以被称为红色像素对应区域。
分色透镜阵列130中包括的多个纳米柱的形状和布置可以被设置为形成适合于该波长分离的相位曲线。
图3D是示出了分色透镜阵列的像素对应区域中包括的纳米柱的布置形式的平面图，并且图3E是图3D的部分区域的放大平面图。
参考附图，像素对应区域131、132、133和134可以包括具有圆形截面的圆柱形纳米柱。第一像素对应区域131可以包括多个第一纳米柱的第一布置NP1。第二像素对应区域132可以包括多个第二纳米柱的第二布置NP2，第三像素对应区域133可以包括多个第三纳米柱的第三布置NP3，并且第四像素对应区域134可以包括多个第四纳米柱的第四布置NP4。位于相邻像素对应区域之间的边界处的纳米柱(例如，位于第一像素对应区域131和第二像素对应区域132之间的边界处的纳米柱)可以被认为是多个第一纳米柱NP1或多个第二纳米柱NP2的一部分。同样，位于第一像素对应区域131和第三像素对应区域133之间的边界处的纳米柱可以作为多个第一纳米柱NP1或多个第三纳米柱NP3的一部分。
为了便于描述，在像素对应区域131、132、133和134中的每个像素对应区域中表示的十字形分离线SL可以是分别面对像素对应区域131、132、133和134的像素111、112、113和114中的每个像素中包括的隔离结构DTI的中心线，并且被表示为与像素对应区域131、132、133和134中的每个像素对应区域重叠。
具有较大截面积的纳米柱可以布置在像素对应区域131、132、133和134中的每个像素对应区域的中心部分中。具有较小截面积的纳米柱可以布置在像素对应区域的外围部分中。像素对应区域131、132、133和134中的每个像素对应区域中的具有最大截面积的纳米柱可以布置在像素对应区域131、132、133和134中的每个像素对应区域的中心部分中。多个第一纳米柱NP1之中具有最大截面宽度的第一中心纳米柱a1可以布置在其中心部分中。同样，多个第二纳米柱NP2之中具有最大截面宽度的第二中心纳米柱a2可以布置在第二像素对应区域132的中心部分中。同样，多个第三纳米柱NP3之中具有最大截面宽度的第三中心纳米柱a3和多个第四纳米柱NP4之中具有最大截面宽度的第四中心纳米柱a4可以分别布置在第三像素对应区域133的中心部分和第四像素对应区域134的中心部分中。
一个第二中心纳米柱a2可以包括在一个第二像素112中，并且可以布置在第二像素112的中心处。当在第三方向(Z方向)上观察时，第二中心纳米柱a2可以被布置为与包括在与其面对的第二像素112中的隔离结构DTI的中心重叠。换言之，纳米柱a2与分离线SL的中心重叠。相反，多个第三中心纳米柱a3可以包括在第三像素113中，并且可以被布置为远离第三像素113的中心。当在第三方向(Z方向)上观察时，第三中心纳米柱a3可以被布置为与面对其的第三像素113的分离线SL的中心不重叠。类似于第三像素对应区域133，在第一像素对应区域131和第四像素对应区域134中，第一中心纳米柱a1可以被布置为与面对其的第一像素111的分离线SL的中心不重叠，并且第四中心纳米柱a4可以被布置为与面对其的第四像素114的分离线SL的中心不重叠。
截面积的大小可以按照第二中心纳米柱a2、第三中心纳米柱a3和第一中心纳米柱a1的顺序。第二中心纳米柱a2的截面的宽度可以大于或等于第三中心纳米柱a3的截面的宽度。第三中心纳米柱a3的截面的宽度可以大于或等于第一中心纳米柱a1的截面的宽度。各自包括在与相同颜色相关的像素对应区域中的第一中心纳米柱a1和第四中心纳米柱a4可以具有相同的尺寸。当第一中心纳米柱a1、第二中心纳米柱a2和第三中心纳米柱a3的截面的宽度分别为r1、r2和r3时，可以满足r2≥r3≥r1的关系。
在第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134中，除了第二中心纳米柱a2之外的其他纳米柱可以被布置为与面对其的第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素的分离线SL不重叠。该布置可以使纳米柱NP1、NP2、NP3和NP4的布置与隔离结构DTI重叠的区域最小化，以便减少由于其中形成的隔离结构DTI引起的性能劣化。此外，由于分离线SL是指隔离结构DTI的具有物理厚度的中心线，因此与分离线SL不重叠的纳米柱NP1、NP2、NP3和NP4可以与隔离结构DTI部分地重叠。备选地，除了第二中心纳米柱a2之外的纳米柱NP1、NP2、NP3和NP4可以被布置为与面对其的像素中的隔离结构DTI完全不重叠。
如所示，纳米柱可以布置在第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134之间的边界处，即，与面对其的第一像素至第四像素111、112、113和114之间的边界重叠的位置处。换言之，纳米柱可以布置在与隔离结构重叠的位置处，该隔离结构用于以与不同颜色相对应的像素为单位进行分区。然而，在一种颜色的像素内，纳米柱可以与隔离结构不重叠，该隔离结构用于对与一种颜色相关的一个像素的内部进行分区。备选地，纳米柱可以不布置在第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134之间的边界位置处。
此外，在第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134中的每个像素对应区域中，其中心纳米柱和外围纳米柱可以被布置为：当在第一方向(X方向)上观察时以及当在第二方向(Y方向)上观察时彼此重叠。其重叠程度可以依赖于像素对应区域而变化。将参考图13和图14再次描述这一点。
布置NP1、NP2、NP3和NP4中的所有纳米柱(除了第一中心纳米柱a1、第二中心纳米柱a2、第三中心纳米柱a3和第四中心纳米柱a4之外)被示出为具有相同的大小；然而，这仅是示例，并且本公开不限于此。
例如，作为绿色像素对应区域的第一像素对应区域131和第四像素对应区域134中的每个像素对应区域中包括的第一纳米柱NP1和第四纳米柱NP4可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同的分布规则。例如，第一纳米柱NP1和第四纳米柱NP4可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同的大小布置。同样，位于第四像素对应区域134和第三像素对应区域133之间的边界处的纳米柱的截面积和位于第四像素对应区域134和第二像素对应区域132之间的边界处的纳米柱的截面积可以彼此不同。
另一方面，作为蓝色像素对应区域的第二像素对应区域132的纳米柱的第二布置NP2和作为红色像素对应区域的第三像素对应区域133的纳米柱的第三布置NP3可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有对称分布规则。位于第二像素对应区域132和第一像素对应区域131之间的边界处的纳米柱的截面积和位于第二像素对应区域132和第四像素对应区域134之间的边界处的纳米柱的截面积可以彼此相等。同样，位于第三像素对应区域133和第一像素对应区域131之间的边界处的纳米柱的截面积和位于第三像素对应区域133和第四像素对应区域134之间的边界处的纳米柱的截面积可以彼此相等。
第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134中的第一纳米柱至第四纳米柱的布置NP1、NP2、NP3和NP4可以反映拜耳图案的像素布置特性。在拜耳图案的像素布置中，在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上与蓝色像素112和红色像素113相邻的像素可以与绿色像素111和114彼此相同。另一方面，在第一方向(X方向)上与第一绿色像素111相邻的像素和在第二方向(Y方向)上与第一绿色像素111相邻的像素可以分别与蓝色像素112和红色像素113彼此不同，并且在第一方向(X方向)上与第二绿色像素114相邻的像素和在第二方向(Y方向)上与第二绿色像素114相邻的像素可以分别与红色像素113和蓝色像素114彼此不同。同样，在四个对角方向上与第一绿色像素111和第二绿色像素114相邻的像素可以是绿色像素，在四个对角方向上与蓝色像素112相邻的像素可以与红色像素113彼此相同，并且在四个对角方向上与红色像素113相邻的像素可以与蓝色像素112彼此相同。因此，第二纳米柱NP2和第三纳米柱NP3可以以4重对称的形式布置在与蓝色像素112相对应的蓝色像素对应区域132和与红色像素113相对应的红色像素对应区域133中，并且第一纳米柱NP1和第四纳米柱NP4可以以2重对称的形式布置在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134中。具体地，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134可以具有相对于彼此旋转90°的纳米柱大小布置。
第一纳米柱布置至第四纳米柱布置NP1、NP2、NP3和NP4全部被示出为具有在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有相同宽度的对称截面形状。然而，备选地，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的第一纳米柱布置NP1和第四纳米柱布置NP4可以具有在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同宽度的不对称截面形状。
第一纳米柱至第四纳米柱NP1、NP2、NP3和NP4的布置仅是与像素布置相对应的波长分离的示例，并且不限于所描述的示例或所示出的图案。
图4A和图4B是分别示出了图1的图像传感器的像素阵列1100的不同截面的截面图。图4A示出了沿图3D的线AA截取的截面，并且图4B示出了沿图3D的线BB截取的截面。
参考图4A和图4B，图像传感器1000的像素阵列1100可以包括传感器基板110和布置在该传感器基板110上的分色透镜阵列130。
如参考图3B所述，传感器基板110可以包括感测光的第一像素111、第二像素112、第三像素113和第四像素114，并且第一像素111、第二像素112、第三像素113和第四像素114中的每个像素可以包括多个感光单元。
分色透镜阵列130可以包括第一像素对应区域131中的多个第一纳米柱的第一布置NP1、第二像素对应区域132中的多个第二纳米柱的第二布置NP2、第三像素对应区域133中的多个第三纳米柱的第三布置NP3、以及第四像素对应区域134中的多个第四纳米柱的第四布置NP4。纳米柱NP的以上描述可以共同应用于第一纳米柱至第四纳米柱NP1、NP2、NP3和NP4。
透明间隔物层120可以布置在传感器基板110和分色透镜阵列130之间。滤色器阵列还可以布置在传感器基板110和间隔物层120之间。滤色器阵列可以包括红色滤色器、绿色滤色器和蓝色滤色器，并且这些滤色器可以以与图3A所示的颜色布置相对应的形式布置。在实施例中，由于分色透镜阵列130执行分色，因此当附加地包括滤色器阵列时，可以通过补偿分色透镜阵列130在分色期间可能出现的一些误差来提高颜色纯度。
间隔物层120可以支撑分色透镜阵列130，并且可以具有满足对传感器基板110和分色透镜阵列130之间的距离(即，传感器基板110的上表面与分色透镜阵列130的下表面之间的距离)的要求的厚度d。因此，间隔物层120的厚度可以依赖于滤色器阵列是否布置在分色透镜阵列130和传感器基板110之间而变化。
间隔物层120可以包括对可见光透明的材料，例如，具有比纳米柱NP的折射率低的折射率并且在可见光波段中具有低吸收率的介电材料(例如SiO2或硅氧烷基旋涂玻璃(SOG))。当填充纳米柱NP之间的空间的外围材料层包括折射率比纳米柱NP的折射率高的材料时，间隔物层120可以包括折射率比外围材料层的折射率低的材料。
间隔物层120的厚度d(即，分色透镜阵列130的下表面与传感器基板110的上表面之间的距离)可以基于针对由分色透镜阵列130会聚的光的焦距来设置，并且例如可以为针对如下所述的参考波长λ0的光的焦距的1/2或更小。当间隔物层120对于参考波长λ0的折射率为n并且像素之间的间距为p时，针对由分色透镜阵列130会聚的参考波长λ0的光的焦距f可以表示为下面的方程1。
[方程1]
假设作为绿色光的参考波长λ0为540nm，像素111、112、113和114之间的间距为0.8μm，并且间隔物层120对于波长540nm的光的折射率n为1.46，则针对绿色光的焦距f(即，分色透镜阵列的下表面与绿色光会聚的点之间的距离)可以为约1.64μm，并且间隔物层120的厚度d可以为0.82μm。作为另一示例，假设作为绿色光的参考波长λ0为540nm，像素111、112、113和114之间的间距为1.2μm，并且间隔物层120在540nm的波长处的折射率n为1.46，则针对绿色光的焦距f可以为约3.80μm，并且间隔物层的厚度d可以为约1.90μm或更小。
换言之，对于上述间隔物层120的厚度d，当像素间距为约0.5μm至约0.9μm时，间隔物层120的厚度d可以为像素间距的约70％至约120％，并且当像素间距为约0.9μm至约1.3μm时，间隔物层120的厚度d可以为像素间距的约110至约180。
当滤色器阵列布置在传感器基板110和分色透镜阵列130之间时，考虑到滤色器阵列的厚度，间隔物层120的厚度可以通过分色透镜阵列130被设置为小于针对由分色透镜阵列130分离的波段之中的中心波长的光的焦距。例如，间隔物层120的厚度可以被设置为小于分色透镜阵列130针对绿色光的焦距。
蚀刻停止层还可以包括在间隔物层120和分色透镜阵列130之间。在制造分色透镜阵列130的工艺中，可以设置蚀刻停止层来保护作为分色透镜阵列130下方的结构的间隔物层120。例如，蚀刻停止层可以良好地维持对分色透镜阵列130的下表面与传感器基板110的上表面之间的距离的要求。
同样，保护分色透镜阵列130的保护层还可以布置在分色透镜阵列130上。保护层可以包括用作抗反射层的材料。
第一绿色像素对应区域131可以对应于第一绿色像素111并且可以布置在第一绿色像素111上方，蓝色像素对应区域132可以对应于蓝色像素112并且可以布置在蓝色像素112上方，红色像素对应区域133可以对应于红色像素113并且可以布置在红色像素113上方，并且第二绿色像素对应区域134可以对应于第二绿色像素114并且可以布置在第二绿色像素114上方。即，分色透镜阵列130的像素对应区域131、132、133和134可以被布置为分别面对传感器基板110的像素111、112、113和114。如图3C所示，像素对应区域131、132、133和134可以在着第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上二维地布置，使得交替布置有第一绿色像素对应区域和蓝色像素对应区域(131和132)的第一行和交替布置有红色像素对应区域和第二绿色像素对应区域(133和134)的第二行可以交替地重复。
此外，如参考图2A给出的描述，分色透镜阵列130的区域可以被描述为包括用于会聚绿色光的绿色光会聚区域、用于会聚蓝色光的蓝色光会聚区域、以及用于会聚红色光的红色光会聚区域。
分色透镜阵列130中包括的多个第一纳米柱布置至第四纳米柱布置NP1、NP2、NP3和NP4的大小、形状、间隔和/或布置可以被设置为使得：绿色光可以被分支并会聚到第一绿色像素111和第二绿色像素114上，蓝色光可以被分支并会聚到蓝色像素112上，并且红色光可以被分支并会聚到红色像素113上。图3D、图4A和图4B所示的分色透镜阵列130示出了该分色的示例。
图5A示出了穿过图4A的截面中的分色透镜阵列130的绿色光和蓝色光的相位曲线。
参考图5A，穿过分色透镜阵列130的绿色光可以具有在第一绿色像素对应区域131的中心处最大并且远离第一绿色像素对应区域131的中心减小的第一绿色光相位曲线PPG1。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后，即在分色透镜阵列130的下表面或间隔物层120的上表面上，绿色光的相位在第一绿色像素对应区域131的中心处最大并且远离第一绿色像素对应区域131的中心以同心圆的形式减小，因此，相位在X方向和Y方向上在蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心处最小，并且在对角线方向上在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134之间的接触点处最小。当基于从第一绿色像素对应区域131的中心发射的光的相位将绿色光的相位设置为2π时，可以从蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心发射相位为约0.9π至约1.1π的光，并且可以从第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134之间的接触点发射相位为约1.1π至约1.5π的光。因此，穿过第一绿色像素对应区域131的中心的绿色光的相位与穿过蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心的绿色光的相位之间的差可以为约0.9π至约1.1π。
此外，第一绿色光相位曲线PPG1并不意味着穿过第一绿色像素对应区域131的中心的光的相位延迟量最大，并且当穿过第一绿色像素对应区域131的光的相位被设置为2π并且穿过另一位置的光的相位延迟较大且具有大于2π的相位值时，第一绿色光相位曲线PPG1可以是减去2nπ之后剩余的值，即，缠绕相位曲线。例如，当穿过第一绿色像素对应区域131的光的相位为2π并且穿过蓝色像素对应区域132的中心的光的相位为3π时，蓝色像素对应区域132中的相位可以是从3π减去2π(n＝1)之后剩余的π。
穿过分色透镜阵列130的蓝色光可以具有在蓝色像素对应区域132的中心处最大并且远离蓝色像素对应区域132的中心减小的蓝色光相位曲线PPB。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后，蓝色光的相位在蓝色像素对应区域132的中心处最大并且远离蓝色像素对应区域132的中心以同心圆的形式减小，因此，相位在X方向和Y方向上的第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处最小，并且在对角线方向上的红色像素对应区域133的中心处最小。当蓝色像素对应区域132的中心处的蓝色光的相位为2π时，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位可以为例如约0.9π至约1.1n，并且红色像素对应区域133的中心处的相位可以小于第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位并且可以为例如约0.5π至约0.9π。
图5B和图5C分别示出了入射在第一绿色光会聚区域和第一绿色光会聚区域的阵列上的绿色光的传播方向，并且图5D和图5E分别示出了入射在蓝色光会聚区域和蓝色光会聚区域的阵列上的蓝色光的传播方向。
入射在第一绿色像素对应区域131上及其周围的绿色光可以通过分色透镜阵列130会聚到第一绿色像素111上，并且来自除了第一绿色像素对应区域131之外的蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的绿色光可以入射在第一绿色像素111上。即，根据参考图5A描述的绿色光的相位曲线，穿过通过连接与第一绿色像素对应区域131相邻且一侧与其面对的两个蓝色像素对应区域132和两个红色像素对应区域133的中心而获得的第一绿色光会聚区域GL1的绿色光可以会聚到第一绿色像素111上。因此，如图5C所示，分色透镜阵列130可以用作用于将绿色光会聚到第一绿色像素111上的第一绿色光会聚区域GL1的阵列。第一绿色光会聚区域GL1可以具有比与其相对应的第一绿色像素111大的面积，并且例如可以是约1.2倍至约2倍。
蓝色光可以通过分色透镜阵列130会聚到蓝色像素112上，并且来自像素对应区域131、132、133和134的蓝色光可以入射在蓝色像素112上。根据上述蓝色光的相位曲线，穿过通过连接与蓝色像素对应区域132相邻且顶点彼此面对的四个红色像素对应区域133的中心而获得的蓝色光会聚区域BL的蓝色光可会聚到蓝色像素112上。因此，如图5E所示，分色透镜阵列130可以用作用于将蓝色光会聚到蓝色像素上的蓝色光会聚区域BL的阵列。蓝色光会聚区域BL可以具有比与其相对应的蓝色像素112大的面积，并且例如可以是约1.5倍至约4倍。蓝色光会聚区域BL可以与上述的第一绿色光会聚区域GL1以及下述的第二绿色光会聚区域GL2和红色光会聚区域RL部分地重叠。
图6A示出了穿过图4B的截面中的分色透镜阵列130的红色光和绿色光的相位曲线。
参考图6A，穿过分色透镜阵列130的红色光可以具有在红色像素对应区域133的中心处最大并且远离红色像素对应区域133的中心减小的红色光相位曲线PPR。当红色像素对应区域133的中心处的红色光的相位为2π时，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位可以为例如约0.9π至约1.1π，并且蓝色像素对应区域132的中心处的相位可以小于第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位并且可以为例如约0.6π至约0.9π。
参考图6A，类似于参考图5A描述的绿色光，穿过分色透镜阵列130的绿色光可以具有在第二绿色像素对应区域134的中心处最大并且远离第二绿色像素对应区域134的中心减小的第二绿色光相位曲线PPG2。当将图5A的第一绿色光相位曲线PPG1与图6A的第二绿色光相位曲线PPG2进行比较时，第二绿色光相位曲线PPG2可以通过在X方向和Y方向上平行于第一绿色光相位曲线PPG1移动一个像素间距来获得，并且第一绿色光相位曲线PPG1的描述可以应用于其其他特征。
图6B和图6C分别示出了入射在红色光会聚区域和红色光会聚区域的阵列上的红色光的传播方向，并且图6D和图6E分别示出了入射在第二绿色光会聚区域和第二绿色光会聚区域的阵列上的绿色光的传播方向。
根据上面参考图6A描述的红色光的相位曲线，穿过通过连接与红色像素对应区域133相邻且顶点彼此面对的四个蓝色像素对应区域132的中心而获得的红色光会聚区域RL的红色光可以会聚到红色像素113上。因此，如图6C所示，分色透镜阵列130可以用作用于将红色光会聚到红色像素上的红色光会聚区域RL的阵列。红色光会聚区域RL可以具有比与其相对应的红色像素113大的面积，并且例如可以是约1.5倍至约4倍。红色光会聚区域RL可以与第一绿色光会聚区域GL1和第二绿色光会聚区域GL2以及蓝色光会聚区域BL部分地重叠。
如图6D所示，入射在第二绿色像素对应区域134上及其周围的绿色光可以如入射在第一绿色像素对应区域131上及其周围的绿色光的描述一样传播，并且可以会聚到第二绿色像素114上。因此，如图6E所示，分色透镜阵列130可以用作用于将绿色光会聚到第二绿色像素114上的第二绿色光会聚区域GL2的阵列。第二绿色光会聚区域GL2可以具有比与其相对应的第二绿色像素114大的面积，并且例如可以是约1.2倍至约2倍。
满足上述相位曲线和性能的分色透镜阵列130可以通过各种类型的计算机仿真来自动地设计。例如，可以通过诸如遗传算法、粒子群优化算法或蚁群优化算法之类的自然启发算法或者通过基于伴随优化算法的逆向设计方法来优化像素对应区域131、132、133和134的结构。
为了设计分色透镜阵列130，可以优化绿色像素对应区域、蓝色像素对应区域和红色像素对应区域的结构，同时基于诸如分色光谱、光学效率和信噪比之类的评价因素来评价多个候选分色透镜阵列的性能。例如，可以以预先确定每个评估因素的目标数值并且最小化多个评估因素的目标数值的差之和的方式来优化绿色像素对应区域、蓝色像素对应区域和红色像素对应区域的结构。备选地，可以针对每个评估因素对性能进行索引，并且可以优化绿色像素对应区域、蓝色像素对应区域和红色像素对应区域的结构，使得可以最大化表示性能的值。
此外，已经描述了第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素包括用于自动对焦驱动的多个感光单元。如参考图3B所述，当多个像素111、112、113和114中的每个像素包括第一感光单元至第四感光单元c1、c2、c3和c4时，可以例如通过使用第一感光单元c1和第三感光单元c3的输出信号之和与第二感光单元c2和第四感光单元c4的输出信号之和之间的差来获得自动聚焦信号。当其差值为0时，可以确定图像传感器1000良好地位于包括图像传感器1000的拍摄装置的模块透镜的焦平面上。当其差值不为0时，可以根据差值及其符号来移动模块透镜，使得图像传感器1000可以位于模块透镜的焦平面上。
该差值可以与入射角成比例；即，当入射在传感器基板110上的光的角度为0度时，第一感光单元c1和第三感光单元c3的输出信号之和与第二感光单元c2和第四感光单元c4的输出信号之和之间的差值可以为0，并且其差值可以随着入射角增大而增大。该差值可以被称为自动对焦对比度(AF对比度)。依赖于分色透镜阵列130中包括的纳米柱的详细形状，即使对于相同的入射角，自动聚焦对比度也可能呈现不同。随着对比度增加，自动对焦灵敏度可以增加；即，可以提高AF性能。
已经参考图3B描述了针对该AF驱动提供隔离结构DTI，使得第一像素至第四像素111、112、113和114中的每个像素可以被电分离为多个感光单元。该隔离结构DTI可以是不感测光的区域。由于隔离结构反射、散射或吸收入射光，因此光可能不被对应的感光单元感测到，并且光效率可能降低。为了减少光效率劣化，可以设置传感器基板110和分色透镜阵列130之间的距离。
图7至图12是示出了传感器基板110和分色透镜阵列130之间的距离以及第一纳米柱至第四纳米柱NP1、NP2、NP3和NP4的形状和布置被设置为使得可以提高实施例的图像传感器1000的光效率和AF性能的图。
图7和图8是用于描述间隔物层的厚度与其上会聚光的区域之间的关系的图。
图7示出了当传感器基板110和分色透镜阵列130之间的距离(即，间隔物层120的厚度)与分色透镜阵列130针对绿色光的焦距相似时绿色光会聚到第一像素111上的区域。
参考图7，绿色光可以会聚到绿色像素111中心处的以圆圈指示的绿色光聚焦区域FRG’上。随着间隔物层120的厚度接近第一绿色光会聚区域GL1的焦距，绿色光聚焦区域FRG的尺寸可以减小。第一绿色像素111可以包括四个感光单元c1、c2、c3和c4，并且可以在感光单元之间形成用于电分离相邻的感光单元并防止串扰的隔离结构DTI。因此，由于会聚到绿色光聚焦区域FRG上的光子之中的相当多的光子可能入射在感光单元之间的隔离结构DTI上，并且入射在隔离结构DTI上的光子可能被反射或散射，并因此可能不被感光单元检测到，因此可能发生传感器基板110的光利用效率的劣化。
为了减少光利用效率的劣化，如上所述，基于参考波长λ0(例如，绿色光)，传感器基板110和分色透镜阵列130之间的距离(即，间隔物层120的厚度)可以被设置为分色透镜阵列130针对绿色光的焦距的1/2或更小。
图8示出了当间隔物层120的厚度为分色透镜阵列130针对绿色光的焦距的1/2时绿色光会聚到作为绿色像素的第一像素111上的区域。
参考图8，由于间隔物层120的厚度d小于分色透镜阵列130的第一绿色光会聚区域GL1的焦距，因此绿色光可以会聚到面积比图7的绿色光聚焦区域FRG’的面积大的经校正的绿色光聚焦区域FRG上。具体地，绿色光可以会聚到绿色像素111的中心和感光单元c1、c2、c3和c4中的由圆圈指示的五个光会聚部分LC上。与图7的绿色光聚焦区FRG’相比，在绿色光聚焦区FRG中，由于更多的光入射在感光单元c1、c2、c3和c4的中心部分上并且更少的光入射在隔离结构DTI上，因此可以减少由于被隔离结构DTI反射或散射而损失的光子的数量。换言之，例如，在一个像素包括四个感光单元的结构中，当间隔物层120的厚度d被设计为光会聚区域的焦距的1/2时，与间隔物层120的厚度d被设置为光会聚区域的焦距的情况相比，可以提高传感器基板110的光利用效率。
此外，间隔物层120的厚度可以基于绿色光来设置，并且相应地，感测波长比绿色光的波长短的光的蓝色像素112中的光效率可以不同于绿色像素111中的光效率。与一般折射透镜相反，对于使用纳米结构的分色透镜阵列130的焦距，针对短波长的光的焦距可以大于针对长波长的光的焦距。因此，蓝色光可以以比参考焦距大的焦距会聚到蓝色像素112上，并且光效率可能较低。如上面作为示例所述，根据实施例的图像传感器1000可以使用蓝色像素对应区域132的第二纳米柱NP2的布置，使得蓝色光会聚到蓝色像素112上的焦距可以与绿色光会聚到绿色像素111上的焦距相似。
图9A是示出了根据比较示例的图像传感器的分色透镜阵列的第一像素对应区域中包括的纳米柱的形状和布置的平面图，并且图9B是示出了第二波长光(蓝色光)会聚到根据比较示例的图像传感器的传感器基板的第二像素上的形式的仿真的图。图10是示出了第二波长光(蓝色光)会聚到根据实施例的图像传感器的传感器基板的第二像素上的形式的仿真的图。
图9A所示的分色透镜阵列13可以包括第一像素对应区域至第四像素对应区域1、2、3和4中的每个像素对应区域中的多个纳米柱，并且可以与图3E所示的分色透镜阵列130不同，不同之处在于第二中心纳米柱a2布置在偏离第二像素对应区域132的中心的位置处。
参考图9B和图10所示的光会聚部分LC，它们的相似之处在于，光会聚部分LC形成在隔离结构的中心处以及四个感光单元中的每个感光单元的内部。然而，对于图9B所示的光会聚部分LC，隔离结构的中心部分处的光集中程度比感光单元中的光集中程度高，并且感光单元中的光会聚部分LC形成为偏向外围部分而不是每个感光单元的中心。另一方面，在作为实施例的图10的情况下，可以看出，形成在感光单元中的光会聚部分LC比形成在隔离结构的中心处的光会聚部分LC大并且具有更高的光集中度。同样，形成在每个感光单元中的光会聚部分LC也形成为更靠近每个感光单元的中心。
从该分布图可以看出，实施例的图像传感器可以具有高于比较示例的图像传感器的光效率，并且自动对焦对比度也可以增加。
图11是示出了根据实施例的图像传感器和根据比较示例的图像传感器之间的针对每个波长的量子效率的比较的图。
参考该图，可以看出，实施例呈现高于比较示例的光效率。
图12是示出了根据实施例的图像传感器与比较示例的图像传感器之间的针对自动对焦对比度的比较的图。
参见该图可以看出，实施例的自动对焦对比度高于比较示例的自动对焦对比度；例如，对于10°的入射角，实施例的自动对焦对比度AF_CR大于或等于比较示例的自动对焦对比度AF_CR的两倍。
在下文中，将描述其中可以提高光效率和自动对焦性能的分色透镜阵列的各种示例。
图13至图16F是示出了根据实施例的可以包括在图像传感器中的各种分色透镜阵列的平面图。
图13所示的分色透镜阵列130A在第一纳米柱布置至第四纳米柱布置NP1、NP2、NP3和NP4之中的分别位于第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134的中心处的第一中心纳米柱a1、第二中心纳米柱a2、第三中心纳米柱a3和第四中心纳米柱a4的布置方面可以与图3E所示的颜色分离透镜阵列130基本相同。然而，这些布置的不同之处在于，布置在第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134的外围部分处的布置NP1、NP2、NP3和NP4中的纳米柱的数量被修改。
除了第一中心纳米柱a1、第二中心纳米柱a2、第三中心纳米柱a3和第四中心纳米柱a4之外的所有其他纳米柱被示出为具有相同的截面积；然而，这仅是示例，并且本公开不限于此。
在第二像素对应区域132中，当在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上观察时，第二中心纳米柱a2可以被布置为与位于第二中心纳米柱a2周围并且具有比第二中心纳米柱a2的截面积小的截面积的其他第二纳米柱NP2重叠。第二像素对应区域132可以具有四重对称的形式；即，第一方向上的重叠宽度和第二方向上的重叠宽度可以彼此相等，为k2。
在第一像素对应区域131中，当在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上观察时，第一中心纳米柱a1可以被布置为与位于第一中心纳米柱a1周围并且具有比第一中心纳米柱a1的截面积小的截面积的其他第一纳米柱NP1重叠。第一方向上的重叠宽度可以为k1，并且第二方向上的重叠宽度可以为k3。如上所述，第一像素对应区域131可以具有二重对称的形式，因此，k1和k3可以彼此不同。
同样，在第四像素对应区域134中，类似于第一像素对应区域131的纳米柱，第四中心纳米柱a4及其周围的纳米柱可以被布置为在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上彼此重叠。如上所述，第四像素对应区域134可以具有相对于第一像素对应区域131旋转90°的形状；即，第一方向上的重叠宽度可以为k3，并且第二方向上的重叠宽度可以为k1。
在第三像素对应区域133中，当在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上观察时，第三中心纳米柱a3可以被布置为与位于第三中心纳米柱a3周围并且具有比第三中心纳米柱a3的截面积小的截面积的其他第三纳米柱NP3重叠。第三像素对应区域133可以具有四重对称的形式；即，第一方向上的重叠宽度和第二方向上的重叠宽度可以彼此相等，为k4。
在像素对应区域中，中心纳米柱和外围纳米柱之间在第一方向和第二方向上的重叠程度可以依赖于像素对应区域而变化；即，k1和k2可以彼此不同，并且k3和k4也可以彼此不同。
图14所示的分色透镜阵列130B可以在作为绿色像素对应区域的第一像素对应区域131和第四像素对应区域134中的第一中心纳米柱a1和第四中心纳米柱a4的布置方面与图13的分色透镜阵列130A不同。当在第三方向(Z方向)上观察时，第一中心纳米柱a1可以被布置为与第一像素对应区域131的中心(即，与其面对的第一像素111的十字形分离线SL的中心)重叠。第四中心纳米柱a4还可以被布置为与第四像素对应区域134的中心(即，与其面对的第四像素114的分离线SL的中心)重叠。
同样，在本实施例中，类似于图13，在第一像素对应区域131中，当在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上观察时，第一中心纳米柱a1可以被布置为与位于第一中心纳米柱a1周围并且具有比第一中心纳米柱a1的截面积小的截面积的其他第一纳米柱NP1重叠。第一方向上的重叠宽度可以为k1，并且第二方向上的重叠宽度可以为k3。如上所述，第一像素对应区域131可以具有二重对称的形式，因此，k1和k3可以彼此不同。
同样，在第四像素对应区域134中，类似于第一像素对应区域131的纳米柱，当在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上观察时，第四中心纳米柱a4可以被布置为与位于第四中心纳米柱a4周围并且具有比第四中心纳米柱a4的截面积小的截面积的其他第四纳米柱NP4重叠。如上所述，第四像素对应区域134可以具有相对于第一像素对应区域131旋转90°的形状；即，第一方向上的重叠宽度可以为k3，并且第二方向上的重叠宽度可以为k1。
在第二像素对应区域132中，当在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上观察时，第二中心纳米柱a2可以被布置为与位于第二中心纳米柱a2周围并且具有比第二中心纳米柱a2的截面积小的截面积的其他第二纳米柱NP2重叠。第二像素对应区域132可以具有四重对称的形式；即，第一方向上的重叠宽度和第二方向上的重叠宽度可以彼此相等，为k2。
在像素对应区域中，中心纳米柱和外围纳米柱之间在第一方向和第二方向上的重叠程度可以依赖于像素对应区域而变化；即，k2可以与k1和k3不同。
图15所示的分色透镜阵列130C在作为绿色像素对应区域的第一像素对应区域131和第四像素对应区域134中的第一中心纳米柱a1和第四中心纳米柱a4的布置方面可以与图3E的分色透镜阵列130不同。当在第三方向(Z方向)上观察时，第一中心纳米柱a1可以被布置为与第一像素对应区域131的中心(即，作为与其面对的第一像素111中的隔离结构的中心线的分离线SL的中心)重叠。第四中心纳米柱a4还可以被布置为与第四像素对应区域134的中心(即，与其面对的第四像素114的分离线SL的中心)重叠。
在上述的分色透镜阵列130、130A、130B和130C中，蓝色像素对应区域132中包括的除了第二中心纳米柱a2之外的其他纳米柱可以被布置为与面对其的像素的分离线SL不重叠，或者蓝色像素对应区域132的除了第二中心纳米柱a2之外的其他纳米柱以及绿色像素对应区域131和134的第一中心纳米柱a1和第四中心纳米柱a4可以被布置为与面对其的像素的分离线SL不重叠。
具有该标准的纳米柱布置可以以更多的各种方式实现。例如，包括第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134的单元区域可以被划分为4N×4N(N是自然数)个区域并且纳米柱可以布置在分区的区域中，或者包括第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134的单元区域可以被划分为(4N-2)×(4N-2)个区域并且纳米柱可以布置在分区区域之间的边界上。这样，在以7×7、8×8、11×11、12×12、15×15、16×16等布置纳米柱之后，蓝色像素对应区域132的中心部分的2×2位置处的四个纳米柱可以合并为一个纳米柱并且布置在与面对其的像素的十字形分离线SL的中心重叠的位置处。备选地，此外，同样在两个绿色像素对应区域131和134中，其中心部分的2×2位置处的四个纳米柱可以合并为一个纳米柱并且布置在与面对其的像素的十字形分离线SL的中心重叠的位置处。
上述分色透镜阵列130、130A、130B和130C是基于11×11布置设计的。
图16A所示的分色透镜阵列130D可以具有基于11×11布置的形状，并且仅蓝色像素对应区域132的第二中心纳米柱a2可以被布置为与面对其的像素的分离线SL的中心重叠。蓝色像素对应区域132的其他纳米柱可以被布置为与分离线SL不重叠。
在图16B所示的分色透镜阵列130E中，类似于蓝色像素对应区域132的第二中心纳米柱a2，绿色像素对应区域131和134的第一中心纳米柱a1和第四中心纳米柱a4也可以被布置为与面对其的像素的分离线SL的中心重叠。绿色像素对应区域131和134的其他纳米柱可以被布置为与分离线SL不重叠。
图16C的分色透镜阵列130F和图16D的分色透镜阵列130G示出了基于8×8布置的设计的示例。
图16E的分色透镜阵列130H和图16F的分色透镜阵列130J示出了基于12×12布置的设计的示例。
图17是示出了根据实施例的图像传感器的像素阵列的示意性结构的截面图。
本实施例的像素阵列1101还可以包括布置在传感器基板110和分色透镜阵列130之间的滤色器CF。滤色器CF可以包括与第一像素至第四像素111、112、113和114相对应的绿色滤色器GF、蓝色滤色器BF、红色滤色器和绿色滤色器，并且图17是与图4A的截面相对应的截面图。
由于通过分色透镜阵列130按波长分支的光入射在滤色器CF上，因此几乎不会发生由于滤色器CF引起的光效率劣化，并且可以提高色纯度。当包括滤色器CF时，当如上所述设置传感器基板110和分色透镜阵列130之间的距离d时，可以考虑滤色器CF和间隔物层120的有效折射率。考虑到如上所述确定的距离d和滤色器CF的厚度，可以适当地设置分色透镜阵列130和滤色器CF之间的距离dc。例如，dc可以为2μm或更小。备选地，dc可以为1μm或且2μm或更小。
图18A是示出了根据实施例的图像传感器的像素阵列的示意性结构的截面图，并且图18B和图18C分别是示出了图18A的图像传感器的分色透镜阵列的第一层和第二层的纳米柱阵列的平面图。图18A是与沿图18B和图18C的线AA截取的截面相对应的截面图。
本实施例的像素阵列1102可以与上述实施例的不同，不同之处在于，分色透镜阵列130K中包括的纳米柱NP被布置为多个层，并且其他配置可以与上述实施例的配置基本相同。
分色透镜阵列130K可以包括在第三方向(Z方向)上堆叠的第一层LE1和第二层LE2。分色透镜阵列130K中包括的第一像素对应区域至第四像素对应区域131、132、133和134中的每个像素对应区域可以包括分别位于第一层LE1中的多个第一纳米柱布置至第四纳米柱布置NP11、NP12、NP13和NP14以及分别位于第二层LE2中的多个第一纳米柱布置至第四纳米柱布置NP21、NP22、NP23和NP24。
第一层LE1和第二层LE2的纳米柱NP的布置形式可以彼此不同，并且上述实施例中描述的分色透镜阵列130以及分色透镜阵列130A至139J的设计标准可以独立地应用于第一层LE1和第二层LE2中的每个层。
在蓝色像素对应区域132的第一层LE1和第二层LE2中，第二中心纳米柱a12和a22中的每个第二中心纳米柱可以被布置为与面对其的蓝色像素112中包括的隔离结构DTI的分离线SL的中心重叠，并且在红色像素对应区域133的第一层LE1和第二层LE2中，第三中心纳米柱a13和a23中的每个第三中心纳米柱可以被布置为与面对其的红色像素113中包括的隔离结构DTI的分离线SL的中心不重叠。
在绿色像素对应区域131和134的第一层LE1和第二层LE2中，如图所示，其中心纳米柱a11、a14、a21和a24可以被布置为与面对其的绿色像素111和114的分离线SL的中心不重叠。
第一层LE1的第二中心纳米柱a12和第二层LE2的第二中心纳米柱a22被示出为具有相同的截面积；然而，这仅是示例，并且它们可以具有不同的截面积。同样，第一层LE1的第三中心纳米柱a13和第二层LE2的第三中心纳米柱a23也可以具有不同的截面积，并且第一层LE1的第一中心纳米柱a11和第四中心纳米柱a14以及第二层LE2的第一中心纳米柱a21和第四中心纳米柱a24也可以具有不同的截面积。
备选地，在绿色像素对应区域131和134的第一层LE1和第二层LE2中，类似于蓝色像素对应区域132，其中心纳米柱a13、a14、a23和a24可以被布置为与面对其的绿色像素111和114的分离线SL的中心重叠。
备选地，在绿色像素对应区域131和134中，第一层LE1的中心纳米柱a11和a14的布置和第二层LE2的中心纳米柱a21和a24的布置可以彼此不同。即，在一个层中，中心纳米柱可以被布置为与面对其的绿色像素111和114的分离线SL的中心重叠，并且在另一层中，中心纳米柱可以被布置为与面对其的绿色像素111和114的分离线SL的中心不重叠。
蚀刻停止层还可以布置在第一层LE1和第二层LE2之间。可以设置蚀刻停止层以防止例如在形成第一层LE1之后在第一层LE1上制造第二层LE2的工艺中可能发生的对第一层LE1的损坏。
分色透镜阵列130K可以具有三个或更多个层的多层结构。
图19是示意性地示出了根据实施例的包括图像传感器的电子装置的框图。参考图19，在网络环境ED00中，电子装置ED01可以经由第一网络ED98(短距离无线通信网络等)与另一电子装置ED02通信，或者可以经由第二网络ED99(长距离无线通信网络等)与另一电子装置ED04和/或服务器ED08通信。电子装置ED01可以经由服务器ED08与电子装置ED04通信。电子装置ED01可以包括处理器ED20、存储器ED30、输入设备ED50、声音输出设备ED55、显示设备ED60、音频模块ED70、传感器模块ED76、接口ED77、触觉模块ED79、相机模块ED80、电力管理模块ED88、电池ED89、通信模块ED90、订户标识模块ED96和/或天线模块ED97。在电子装置ED01中，可以省略元件中的一些元件(显示设备ED60等)，或者可以添加另一元件。该元件中的一些可以被配置为一个集成电路。例如，传感器模块ED76(指纹传感器、虹膜传感器、照度传感器等)可以在显示设备ED60(显示器等)中嵌入并实现。
处理器ED20可以通过执行软件(程序ED40等)来控制与处理器ED20连接的电子装置ED01的一个或多个元件(硬件、软件元件等)，并且可以执行各种数据处理或操作。作为数据处理或操作的一部分，处理器ED20可以将从另一元件(传感器模块ED76、通信模块ED90等)接收到的命令和/或数据加载到易失性存储器ED32，可以处理易失性存储器ED32中存储的命令和/或数据，并且可以将结果数据存储在非易失性存储器ED34中。处理器ED20可以包括主处理器ED21(中央处理单元、应用处理器等)、以及独立于主处理器ED21操作或与主处理器ED21一起操作的辅助处理器ED23(图形处理单元、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)。辅助处理器ED23可以使用比主处理器ED21更少的功率并且可以执行专门的功能。
辅助处理器ED23在主处理器ED21处于非活动状态(睡眠状态)时代表主处理器ED21，或者在主处理器ED21处于活动状态(应用程序执行状态)时与主处理器ED21一起，可以控制与电子装置ED01中的元件中的一些元件(显示设备ED60、传感器模块ED76、通信模块ED90等)相关的功能和/或状态。辅助处理器ED23(图像信号处理器、通信处理器等)可以实现为在功能上与其相关的另一元件(相机模块ED80、通信模块ED90等)的一部分。
存储器ED30可以存储电子装置ED01的元件(处理器ED20、传感器模块ED76等)所需的各种数据。该数据可以包括例如关于软件(程序ED40等)及其相关的命令的输入数据和/或输出数据。存储器ED30可以包括易失性存储器ED32和/或非易失性存储器ED34。
程序ED40可以作为软件存储在存储器ED30中并且可以包括操作系统ED42、中间件ED44和/或应用程序ED46。
输入设备ED50可以从电子装置ED01外部(用户等)接收要在电子装置ED01的元件(处理器ED20等)中使用的命令和/或数据。输入设备ED50可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(手写笔)。
声音输出设备ED55可以向电子装置ED01的外部输出声音信号。声音输出设备ED55可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体再现或录制播放等通用目的，并且听筒可以用于接收来电。听筒可以被耦接为扬声器的一部分或可以实现为独立设备。
显示设备ED60可以向电子装置ED01的外部提供视觉信息。显示设备ED60可以包括显示器、全息设备或投影仪以及用于控制对应设备的控制电路。显示设备ED60可以包括设置为感测触摸的触摸电路，和/或设置为测量由触摸生成的力的强度的传感器电路(压力传感器等)。
音频模块ED70可以将声音转换为电信号，反之亦然。音频模块ED70可以通过输入设备ED50获得声音，或者可以经由与电子装置ED01直接或无线连接的另一电子装置(电子装置ED02等)的声音输出设备ED55和/或扬声器和/或耳机输出声音。
传感器模块ED76可以感测电子装置ED01的工作状态(功率、温度等)或外部环境状态(用户状态等)，并且可以生成与感测的状态相对应的电信号及/或数据值。传感器模块ED76可以包括手势传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、磁性传感器、加速度传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)传感器、活体传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。
接口ED77可以支持一个或多个指定的协议，这些协议可以用于将电子装置ED01与另一电子装置(电子装置ED02等)直接或无线连接。接口ED77可以包括高清多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、SD卡接口和/或音频接口。
连接端子ED78可以包括连接器，通过该连接器电子装置ED01可以物理连接到另一电子装置(电子装置ED02等)。连接端子ED78可以包括HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器和/或音频连接器(耳机连接器等)。
触觉模块ED79可以将电信号转换为用户可以通过触觉或运动感测的机械刺激(振动、运动等)或电刺激。触觉模块ED79可以包括电机、压电器件和/或电刺激设备。
相机模块EDS0可以获得静止图像和视频。相机模块ED80可以包括具有一个或多个透镜的透镜组件、上述图像传感器1000、图像信号处理器和/或闪光灯。相机模块EDS0中包括的透镜组件可以收集从作为要被拍摄的对象的对象(被摄体)发射的光。
电力管理模块ED88可以管理提供给电子装置ED01的电力。电力管理模块ED88可以实现为电力管理集成电路PMIC的一部分。
电池ED89可以向电子装置ED01的元件供电。电池ED89可以包括不可再充电的一次单元、可再充电的二次单元和/或燃料单元。
通信模块ED90可以支持在电子装置ED01与另一电子装置(电子装置ED02、电子装置ED04、服务器ED08等)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，并且通过已建立的通信信道执行通信。通信模块ED90可以独立于处理器ED20(应用处理器等)操作，并且可以包括支持直接通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。通信模块ED90可以包括无线通信模块ED92(蜂窝通信模块、短距离无线通信模块、全球导航卫星系统(GNSS)通信模块)、和/或有线通信模块ED94(局域网(LAN)通信模块、电力线通信模块等)。从通信模块之中，对应的通信模块可以经由第一网络ED98(诸如蓝牙、WiFi直连或红外数据协会(IrDA)等短距离通信网络)或第二网络ED99(诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(LAN、WAN等)等长距离通信网络)与另一电子装置进行通信。这样的各种通信模块可以被集成为一个元件(单个芯片等)，或者可以实现为彼此分离的多个元件(多个芯片)。无线通信模块ED92可以通过使用订户标识模块ED96中存储的订户信息(国际移动订户标识符(IMSI)等)来标识并认证诸如第一网络ED98和/或第二网络ED99等通信网络中的电子装置ED01。
天线模块ED97可以向外部(另一电子装置等)发射信号和/或电力，或者从外部(另一电子装置等)接收信号和/或电力。天线可以包括形成为在基板(PCB等)上形成的导电图案的辐射器。天线模块ED97可以包括一个或多个天线。当天线模块ED97包括多个天线时，从多个天线中，通信模块ED90可以选择适合于在诸如第一网络ED98和/或第二网络ED99等通信网络中使用的通信类型的天线。可以经由所选天线在通信模块ED90与另一电子装置之间传输信号和/或电力。可以包括除了天线之外的另一组件(RFIC等)作为天线模块ED97的一部分。
一些元件可以经由外围设备(总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外围接口(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)之间的通信方法彼此连接，并且可以交换信号(命令、数据等)。
可以经由与第二网络ED99连接的服务器ED08在电子装置ED01和外部电子装置ED04之间发送或接收命令或数据。其他电子装置ED02和ED04可以是与电子装置ED01相同或不同种类的装置。在电子装置ED01中执行的操作中的全部或一些可以在其他电子装置ED02、ED04和ED08之中的一个或多个装置中执行。例如，当电子装置ED01必须执行特定功能或服务时，电子装置ED01可以请求一个或多个其他电子装置执行该功能或服务中的全部或一些，而不是由其自己执行该功能或服务。接收请求的一个或多个电子装置可以执行与请求相关的附加功能或服务，并且可以将执行的结果发送给电子装置ED01。为此，例如，可以使用云计算技术、分布式计算技术、或客户端-服务器计算技术。
图20是示出了图19的电子装置ED01中包括的相机模块ED80的示例的框图。参考图20，相机模块ED80可以包括透镜组件1170、闪光灯1120、图像传感器1000、图像稳定器1140、AF控制器1130、存储器1150(缓冲存储器等)、致动器1180和/或图像信号处理器(ISP)1160。
透镜组件1170可以收集从对象(即，要被拍摄的对象)发射的光。透镜组件1170可以包括一个或多个光学透镜。透镜组件1170可以包括路径转换构件，其弯曲光路以将光引导向图像传感器1000。依赖于是否包括路径转换构件以及光学透镜的布置形式，相机模块ED80可以具有竖直形状或折叠形状。相机模块ED80可以包括多个透镜组件1170，并且在这种情况下，相机模块ED80可以包括双相机模块、360度相机或球面相机。多个透镜组件1170中的一些可以具有相同的透镜属性(视角、焦距、自动对焦、F数、光学变焦等)或可以具有不同的透镜属性。透镜组件1170可以包括广角透镜或长焦透镜。
致动器1180可以驱动透镜组件1170。例如，构成透镜组件1170的光学透镜和路径转换构件中的至少一些可以通过致动器1180来移动。光学透镜可以沿着光轴移动，并且可以通过移动包括在透镜组件1170中的至少一部分光学透镜调整相邻透镜之间的距离来调整光学变焦比。
致动器1180可以调整透镜组件1170中包括的任一光学透镜的位置，使得图像传感器1000可以位于透镜组件1170的焦距处。致动器1180可以根据从AF控制器1130接收的AF驱动信号来驱动透镜组件1170。
闪光灯1120可以发射用于加强从对象发射或反射的光的光。闪光灯1120可以发射可见光或红外光。闪光灯1120可以包括一个或多个发光二极管(红-绿-蓝(RGB)LED、白光LED、红外LED、紫外LED等)和/或氙气灯。图像传感器1000可以是上面参考图1描述的图像传感器1000，即，可以包括上面描述的各种分色透镜阵列130以及130A至130K或其任意组合和/或修改的结构中的任何一种。图像传感器1000可以通过将从对象发射或反射并然后通过透镜组件1170接收的光转换为电信号来获得对应于对象的图像。
如上所述，图像传感器1000的每个像素可以包括形成多个通道的多个感光单元，例如以2×2布置的多个感光单元。一些像素可以用作AF像素，并且图像传感器1000可以从AF像素中的多个通道的信号生成AF驱动信号。由于图像传感器1000中包括的分色透镜阵列的纳米柱的尺寸和布置被设计为增加自动对焦对比度，因此可以提高AF驱动的精度。
响应于相机模块ED80或包括相机模块ED80的电子装置ED01的运动，图像稳定器1140可以沿某个方向移动透镜组件1170或图像传感器1000中包括的一个或多个透镜，或者可以控制图像传感器1000的操作特性(调整读出定时等)以补偿运动的负面影响。图像稳定器1140可以通过使用布置在相机模块ED80内部或外部的陀螺仪传感器或加速度传感器来感测相机模块ED80或电子装置ED01的移动。图像稳定器1140可以实现为光学类型。
AF控制器1130可以根据从图像传感器1000的AF像素感测的信号值来生成AF驱动信号。AF控制器1130可以根据AF驱动信号来控制致动器1180。
存储器1150可以存储通过图像传感器1000获得的图像的一些或全部数据，以用于下一次图像处理操作。例如，当以高速获得多个图像时，所获得的原始数据(拜耳图案数据、高分辨率数据等)可以存储在存储器1150中，并且可以仅显示低分辨率图像，然后可以将所选择的图像(用户选择等)的原始数据发送给图像信号处理器1160。存储器1150可以与电子装置ED01的存储器ED30集成，或者可以包括独立操作的附加存储器。
图像信号处理器1160可以对通过图像传感器1000获得的图像或存储器1150中存储的图像数据执行图像处理。图像处理可能包括深度图生成、3D建模、全景生成、特征提取、图像合成和/或图像补偿(降噪、分辨率调整、亮度调整、模糊、锐化、柔化等)。图像信号处理器1160可以对相机模块ED80中包括的元件(图像传感器1000等)执行控制(曝光时间控制、读出定时控制等)。由图像信号处理器1160处理的图像可以再次存储在存储器1150中用于附加处理，或者可以提供给相机模块ED80的外部元件(存储器ED30、显示设备ED60、电子装置ED02、电子装置ED04、服务器ED08等)。图像信号处理器1160可以与处理器ED20集成，或者可以被配置为独立于处理器ED20操作的附加处理器。当图像信号处理器1160被配置为与处理器ED20分离的附加处理器时，由图像信号处理器1160处理的图像经过由处理器ED20进行的附加图像处理，并且然后可以显示在显示设备ED60上。
AF控制器1130可以集成到图像信号处理器1160中。图像信号处理器1160可以通过处理来自图像传感器1000的自动对焦像素的信号来生成AF信号，并且AF控制器1130可以将AF信号转换为用于致动器1180的驱动信号并将驱动信号发送给致动器1180。
电子装置ED01可以包括具有不同属性或功能的一个或多个附加相机模块ED80。相机模块还可以包括与图19的相机模块ED80的配置类似的配置，并且其中包括的图像传感器可以实现为电荷耦合器件(CCD)传感器和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，并且可以包括从具有不同属性的图像传感器中选择的一个或多个传感器，例如RGB传感器、黑白(BW)传感器、IR传感器或UV传感器。在这种情况下，相机模块ED80之一可以包括广角相机，并且另一相机模块ED80可以包括长焦相机。类似地，相机模块ED80之一可以包括前置相机，并且另一相机模块ED80可以包括后置相机。
根据实施例的图像传感器1000可以应用于各种电子装置。根据实施例的图像传感器可以应用于移动电话或智能电话、平板计算机、智能平板计算机、数字相机、摄像机、笔记本计算机、电视、智能电视等。例如，智能电话或智能平板计算机可以包括多个高分辨率相机，每个高分辨率相机上安装有高分辨率图像传感器。可以提取图像中对象的深度信息，可以调整图像的失焦，或者可以通过使用高分辨率相机自动识别图像中的对象。
同样，图像传感器1000可以应用于智能冰箱、安全相机、机器人、医疗相机等。例如，智能冰箱可以通过使用图像传感器自动识别冰箱中的食物，并且可以通过智能手机通知用户某种食物的存在、放入或取出的食物种类等。同样，安全相机可以提供超高分辨率图像，并且即使在黑暗环境中也可以通过使用高灵敏度允许用户识别图像中的对象或人。机器人可以被投入到人们可能无法直接访问的灾难或工业现场，以向用户提供高分辨率图像。医疗相机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。
同样，图像传感器1000可以应用于车辆。车辆可以包括布置在各种位置处的多个车载摄像机。每个车载相机可以包括根据实施例的图像传感器。车辆可以通过使用多个车载摄像头向驾驶员提供关于车辆内部或周围的各种信息，并且可以通过自动识别图像中的对象或人来提供自动驾驶所需的信息。
上述图像传感器中包括的分色透镜阵列可以按波长分离和会聚光，而不吸收或阻挡入射光，并且可以提高图像传感器的光利用效率。
同样，分色透镜阵列可以具有这样的结构，即在该结构中，可以缩短针对会聚到图像传感器的像素之中的感测短波段的光的像素上的光的焦距，并且可以增加其自动对焦对比度。
同样，分色透镜阵列的传感器基板的每个像素可以包括多个感光单元，并且可以减少导向分离相邻感光单元的隔离结构的光量，因此可以提高其光效率。
应当理解，应当仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对每个实施例中的特征或方面的描述一般应当被看作可以用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已经参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求及其等同物限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：
传感器基板，包括感测第一波长的光的第一像素、感测比所述第一波长短的第二波长的光的第二像素、以及感测比所述第一波长长的第三波长的光的第三像素，其中，所述第一像素至所述第三像素中的每个像素包括多个感光单元；以及
分色透镜阵列，改变所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长的光的相位，并且将所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长的相变光分别会聚到所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素上，
其中，所述分色透镜阵列包括分别面对所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素的第一像素对应区域、第二像素对应区域和第三像素对应区域，其中，所述第一像素对应区域包括多个第一纳米柱，所述第二像素对应区域包括多个第二纳米柱，并且所述第三像素对应区域包括多个第三纳米柱，
所述多个第二纳米柱之中具有最大截面宽度的第二中心纳米柱布置在与所述第二像素的中心重叠的位置处，并且
所述多个第三纳米柱之中具有最大截面宽度的第三中心纳米柱布置在与所述第三像素的中心不重叠的位置处。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第二中心纳米柱的宽度大于或等于所述第三中心纳米柱的宽度。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一像素至第三像素中的每个像素包括隔离结构，所述隔离结构具有将相邻的感光单元分开的形状，其中，所述感光单元设置在第一方向和第二方向上，所述第一方向和所述第二方向彼此垂直，并且
当在垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上观察时，所述第二中心纳米柱被布置为与所述第二像素中包括的隔离结构的中心重叠。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，当在所述第三方向上观察时，所述多个第二纳米柱之中除了所述第二中心纳米柱之外的第二纳米柱被布置为与所述第二像素中包括的隔离结构不重叠。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，当在所述第三方向上观察时，所述多个第一纳米柱全部被布置为与所述第一像素中包括的隔离结构不重叠。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述多个第一纳米柱之中具有最大截面宽度的第一中心纳米柱被布置为比所述多个第一纳米柱中的其他纳米柱更靠近所述第一像素对应区域的中心。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，当在所述第一方向上观察时，所述第二中心纳米柱和所述多个第二纳米柱之中的其他第二纳米柱被布置为彼此部分地重叠，并且
当在所述第一方向上观察时，所述第一中心纳米柱和所述多个第一纳米柱之中的其他第一纳米柱被布置为彼此部分地重叠。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述重叠的程度在所述第二像素对应区域和所述第一像素对应区域中彼此不同。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述第一中心纳米柱的宽度小于或等于所述第二中心纳米柱的宽度和所述第三中心纳米柱的宽度。
10.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述多个第三纳米柱之中的第三中心纳米柱被布置为比所述多个第三纳米柱之中的其他纳米柱更靠近所述第三像素对应区域的中心。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述第三中心纳米柱的宽度大于或等于所述多个第一纳米柱之中具有最大截面宽度的第一中心纳米柱的宽度。
12.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，当在所述第三方向上观察时，所述多个第一纳米柱之中具有最大截面宽度的第一中心纳米柱被布置为与所述第一像素中包括的隔离结构的中心重叠。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，当在所述第一方向上观察时，所述第二中心纳米柱和所述多个第二纳米柱之中的其他第二纳米柱被布置为彼此部分地重叠，并且
当在所述第一方向上观察时，所述第一中心纳米柱和所述多个第一纳米柱之中的其他第一纳米柱被布置为彼此部分地重叠。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述重叠的程度在所述第二像素对应区域和所述第一像素对应区域中彼此不同。
15.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第一中心纳米柱的宽度小于或等于所述第二中心纳米柱的宽度。
16.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个第一纳米柱至所述多个第三纳米柱中的每个纳米柱被堆叠并布置为多个层。
17.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感测所述第一波长的光的第四像素，并且所述第一像素至所述第四像素以拜耳图案形式布置。
18.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离小于所述分色透镜阵列针对所述第一波长的光的焦距。
19.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括布置在所述传感器基板和所述分色透镜阵列之间的滤色器，
其中，所述分色透镜阵列和所述滤色器之间的距离为约1μm或更大以及约2μm或更小。
20.一种电子装置，包括：
透镜组件，包括一个或多个透镜并形成对象的光学图像；
图像传感器，将由所述透镜组件形成的光学图像转换为电信号；以及
处理器，被配置为处理由所述图像传感器生成的电信号，
其中，所述图像传感器包括：
传感器基板，包括感测第一波长的光的第一像素、感测比所述第一波长短的第二波长的光的第二像素、以及感测比所述第一波长长的第三波长的光的第三像素，其中，所述第一像素至所述第三像素中的每个像素包括独立地感测光的多个感光单元；以及
分色透镜阵列，改变所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长的光的相位，并且将所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长的相变光分别会聚到所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素上，
其中，所述分色透镜阵列包括分别面对所述第一像素、所述第二像素和所述第三像素的第一像素对应区域、第二像素对应区域和第三像素对应区域，其中，所述第一像素对应区域包括多个第一纳米柱，所述第二像素对应区域包括多个第二纳米柱，并且所述第三像素对应区域包括多个第三纳米柱，
所述多个第二纳米柱之中具有最大截面宽度的第二中心纳米柱布置在与所述第二像素的中心重叠的位置处，并且
所述多个第三纳米柱之中具有最大截面宽度的第三中心纳米柱布置在与所述第三像素的中心不重叠的位置处。
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