JP2024118442A - イメージセンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】イメージセンサを提供する。【解決手段】イメージセンサは、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイ及び複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイを含み、複数の集光領域それぞれは、複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも1つのナノ構造物を含み、ナノ集光レンズアレイの中心から複数の集光領域それぞれまでの距離によって、複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物の集光能力が互いに異なるように複数の集光領域それぞれに少なくとも1つのナノ構造物が配置されうる。【選択図】図5

Description

本発明は、イメージセンサに係り、より詳細には、複数の集光領域それぞれの距離に応じて複数の集光領域それぞれに少なくとも1つのナノ構造物を配置し、少なくとも1つのナノ構造物が他のナノ構造物とは異なる集光能を有するようにして、レンズシェーディング(Lens Shading)を補正するためのイメージセンサに関する。
イメージセンサ(image sensor)は、対象物の2次元または3次元イメージをキャプチャ(capture)する装置である。イメージセンサは、対象物から反射される光の強度によって反応する光電変換素子を用いて対象物のイメージを生成する。
レンズシェーディング(Lens Shading)またはビネッティング(vignetting)は、イメージングシステムで発生する光学的現象である。イメージングシステムにおいて、レンズの光学的特性によってイメージセンサで中央部に位置するピクセルと周辺部に位置するピクセルが受け入れる光量に差が発生する。イメージセンサまたはフィルムの中央を外れた位置(off-center positions)に到逹する光量は、前記中央に到逹する光量より少ない。これにより、イメージの周辺部に行くほど輝度が減少するレンズシェーディングのために、イメージ強度(image intensity)は、イメージの縁部に行くほど減少する問題が発生しうる。ゲイン(gain)を用いてレンズシェーディングを補正するイメージ処理動作が別に遂行される場合、画質が劣化された最終イメージが獲得されうる。
これにより、イメージの画質劣化を減少及び/または最小化しながらも、レンズシェーディングを補正してイメージの品質を向上させるための技術が要求される。
複数の集光領域それぞれの距離が遠くなるほど複数の集光領域それぞれに少なくとも1つのナノ構造物の集光能が高くなるように少なくとも1つのナノ構造物を配置してイメージセンサで中央部に位置するピクセルが受け入れる光量と周辺部に位置するピクセルが受け入れる光量との差を最小化させることで、レンズシェーディング発生を抑制するためのイメージセンサを提供することである。
上述した技術的課題を達成するための技術的手段として、本開示の第1態様は、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイ及び前記複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイを含み、前記複数の集光領域それぞれは、前記複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも1つのナノ構造物を含み、前記ナノ集光レンズアレイの中心から前記複数の集光領域それぞれまでの距離によって、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物の集光能が互いに異なるように前記複数の集光領域それぞれに前記少なくとも1つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサを提供することができる。
また、上述した技術的課題を達成するための技術的手段として、本開示の第2態様は、第1ピクセル及び第2ピクセルを含むピクセルアレイ、少なくとも1つのナノ構造物を有する第1ナノグループを含み、前記第1ピクセルに対応する第1集光領域及び前記少なくとも1つのナノ構造物を有する第2ナノグループを含み、前記ピクセルアレイの中心との距離が前記第1ピクセルより遠い前記第2ピクセルに対応する第2集光領域を含み、前記第2ナノグループに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物の集光能が前記第1ナノグループに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物の集光能より高くなるように前記第1ナノグループ及び前記第2ナノグループそれぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサを提供することができる。
また、上述した技術的課題を達成するための技術的手段として、本開示の第3態様は、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイ、前記複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイを含み、前記複数のピクセルそれぞれからピクセル信号を受信し、前記ピクセル信号をデジタル信号に変換してピクセル値を生成するリードアウト回路及び前記ピクセルアレイから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器を含み、前記複数の集光領域それぞれは、前記複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも1つのナノ構造物を含み、前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれが集光する光の半径が広くなるように前記少なくとも1つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサを提供することができる。
本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサを示すブロック図である。 本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイを示す図面である。 本開示の例示的な実施形態によるカメラモジュールを概略的に説明するための概念図である。 本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサの断面を示す断面図である。 本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイに対応するナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。 本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイ及びナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の距離が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の距離が互いに異なる実施形態を説明するための断面図である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の位置が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の断面積が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の層数が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の高さが互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の高さが互いに異なる実施形態を説明するための断面図である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数、距離、及び断面積が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数及び高さが互いに異なる実施形態を説明するための図面である。 本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数及び位置が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。 本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサを示すブロック図である。 本開示の例示的実施形態による電子装置を示すブロック図である。
以下、添付した図面を参照して本開示の実施形態に係わる詳細に説明する。図面上の同じ構成要素については、同じ参照符号を付し、それらに係わる重複説明は省略する。
図1は、本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサを示すブロック図である。
イメージセンサ10は、光学レンズを介して入射されたオブジェクトの光学的信号をイメージデータに変換することができる。イメージセンサ10は、例えば、CCD(charge coupled device)イメージセンサまたはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサでもある。
イメージセンサ10は、イメージまたは光センシング機能を有する電子機器に搭載されうる。例えば、PC(personal computer), IoT (Internet of Things)装置、または携帯用電子装置によって具現されうる。携帯用電子装置は、ラップトップコンピュータ、移動電話機、スマートフォン、タブレットPC、PDA(personal digital assistant), EDA(enterprise digital assistant)、デジタルスチールカメラ、デジタルビデオカメラ、オーディオ装置、PMP(portable multimedia player), PND(personal navigation device)、MP3プレーヤー、携帯用ゲームコンソール(handheld game console)、eブック(e-book)、ウェアラブル機器などを含みうる。また、イメージセンサ10は、ドローン(drone)、先進運転支援システム(Advanced Drivers Assistance System; ADAS)のような電子機器または車両、家具、製造設備、ドア、各種計測機器などに部品として具備される電子機器に搭載されうる。
図1を参照すれば、イメージセンサ10は、ピクセルアレイPA、ロウドライバ110、リードアウト回路130、タイミングコントローラ120を含みうる。リードアウト回路130は、アナログ-デジタル変換回路131(以下、ADC回路と称する)及びデータバス132を含みうる。
ピクセルアレイPAは、複数のロウラインRL、複数のカラムラインCL及び複数のロウラインRL及び複数のカラムラインCLと接続され、行列に配列された複数のピクセルPXを含む。一実施形態において、複数のピクセルPXは、APS(Active Pixel Sensor)でもある。ピクセルアレイPAは、互いに異なる波長の光を感知する複数のピクセルPXを含みうる。ピクセルPXの配列は、多様な方式によって具現されうる。例えば、図2において、ピクセルアレイPAの多様なピクセルPX配列について後述する。
複数のピクセルPXそれぞれは、少なくとも1つの光電変換素子を含み、ピクセルPXは、光電変換素子を用いて光を感知し、感知された光による電気信号であるイメージ信号を出力することができる。例えば、光電変換素子は、無機フォト(photo)ダイオード、有機フォトダイオード、ペロブスカイトフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲートまたはPINフォトダイオード(pinned photodiode)のように、有機物質または無機物質で構成される光感知素子でもある。実施形態において、複数のピクセルPXそれぞれは、複数の光電変換素子を含みうる。
複数のピクセルPXそれぞれの上部、または隣接したピクセルPXで構成されるピクセルグループそれぞれの上部に集光のための集光領域が配置されうる。複数のピクセルPXそれぞれに対応する複数の集光領域は、ナノ集光レンズアレイと指称されうる。ナノ集光レンズアレイは、複数の集光領域を含みうる。複数の集光領域それぞれは、対応するピクセルPXに光を集光させる少なくとも1つのナノ構造物を含みうる。
ナノ集光レンズアレイの中心から複数の集光領域それぞれまでの距離によって複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物の集光能が互いに異なるように複数の集光領域それぞれに少なくとも1つのナノ構造物が配置されうる。ナノ集光レンズアレイは、ナノ光学マイクロレンズアレイ、メタサーフェス(meta surface)レンズアレイなどと指称されうる。
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心と複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物の集光能が高くなるように、複数の集光領域それぞれに少なくとも1つのナノ構造物が配置されうる。例えば、第1集光領域は、第1ナノグループを含み、第1ナノグループは、第1集光領域に配置される少なくとも1つのナノ構造物の集合を意味する。第2集光領域は、第2ナノグループを含み、第2ナノグループは、第2集光領域に配置される少なくとも1つのナノ構造物の集合を意味する。第1集光領域は、ナノ集光レンズアレイの中心と近く、第2集光領域は、ナノ集光レンズアレイの中心との距離が第1集光領域より遠い場合を仮定する。第1集光領域とナノ集光レンズアレイの中心との距離がさらに近いので、第2ナノグループの集光能が第1ナノグループの集光能より高くなるように、第2ナノグループ及び第1ナノグループがそれぞれ第2集光領域及び第1集光領域に配置されうる。ナノ集光レンズアレイについて図3から詳細に後述する。
本発明によるイメージセンサ10は、ナノ集光レンズアレイの中心と複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物の集光能が高くなるように、複数の集光領域それぞれに配置される少なくとも1つのナノ構造物を含むことで、ピクセルアレイPAの縁部に行くほど対応する集光領域の集光能が高くなる。これにより、ピクセルアレイPAの中心部と縁部に入射される光量が類似しているか、同一であり、ピクセルアレイPAから出力されるピクセル信号PXSに基づいて生成されるイメージの全領域でのイメージ強度が類似してもいる。レンズシェーディングが補正されたピクセル信号PXSがピクセルアレイPAから出力されうる。
一方、実施形態によってイメージセンサ10は、マイクロレンズをさらに含みうる。複数のピクセルPXそれぞれの上部、または隣接したピクセルPXで構成されるピクセルグループそれぞれの上部に集光のためのマイクロレンズが配置されうる。例示的に、ナノ集光レンズアレイは、マイクロレンズの下部に配置され、ピクセルの上部に配置されうる。
複数のピクセルPXそれぞれは、集光領域を介して受信された光から特定スペクトル領域の光を感知しうる。例えば、ピクセルアレイPAは、レッド(red)スペクトル領域の光を電気信号に変換するレッドピクセル、グリーン(green)スペクトル領域の光を電気信号に変換するためのグリーンピクセル、及びブルー(green)スペクトル領域の光を電気信号に変換するためのブルーピクセルを含みうる。複数のピクセルPXそれぞれの上部には、特定スペクトル領域の光を透過させるためのカラーフィルタが配置されうる。しかし、それに制限されるものではなく、ピクセルアレイPAは、レッド、グリーン及びブルー以外に他のスペクトル領域の光を電気信号に変換するピクセルを含みうる。
一部実施形態において、複数のピクセルPXは、マルチレイヤ構造を有する。マルチレイヤ構造のピクセルPXは、互いに異なるスペクトル領域の光を電気信号に変換する積層された複数の光電変換素子を含み、複数の光電変換素子から互いに異なる色相に対応する電気信号が生成されうる。すなわち、1つのピクセルPXにおいて複数の色に対応する電気信号が出力されうる。
ロウドライバ110は、ピクセルアレイPAを行(row)単位で駆動する。ロウドライバ110は、タイミングコントローラ120から受信される行制御信号(例えば、アドレス信号)をデコーディングし、デコーディングされた行制御信号に応答してピクセルアレイPAを構成する行ラインのうち少なくともいずれか1本の行ラインを選択することができる。例えば、ロウドライバ110は、複数の行のうち1本を選択する選択信号を生成しうる。そして、ピクセルアレイPAは、ロウドライバ110から提供された選択信号によって選択される行(row)からピクセル信号PXSを出力する。
ロウドライバ110は、ピクセル信号PXSを、出力のための制御信号をピクセルアレイPAに伝送し、ピクセルPXは、制御信号に応答して動作することで、ピクセル信号PXSを出力することができる。例えば、ロウドライバ110は、リードアウト期間にピクセルPXがピクセル信号PXSを出力するように制御する制御信号を生成し、生成した制御信号をピクセルアレイPAに提供しうる。
リードアウト回路130は、複数のピクセルPXのうち、ロウドライバ110によって選択されたロウのピクセルPXからピクセル信号PXSをリードアウトしうる。この際、ピクセル信号PXSは、リセット信号またはイメージ信号(またはセンシング信号)を含みうる。リードアウト回路130は、複数のカラムラインCLを介してピクセルアレイPAから受信されるリセット信号及びイメージ信号をランプ信号生成器からのランプ信号に基づいてデジタル信号に変換することで、複数のピクセルPXに対応するピクセル値pdtをロウ(row)単位で生成及び出力することができる。
ADC回路131は、複数のカラムラインCLに対応する複数のADCを含み、複数のADCそれぞれは、対応するカラムラインCLを介して受信されるリセット信号及びイメージ信号をランプ信号とそれぞれ比較し、比較結果に基づいてピクセル値pdtを生成しうる。例えば、ADCは、イメージ信号からリセット信号を除去し、ピクセルPXで感知された光量を示すピクセル値pdtを生成しうる。ADC回路131で生成される複数のピクセル値pdtは、データバス132を介して出力されうる。
ADC回路131は、複数のCDS回路(図示せず)(Correlated Double Sampling 回路)及び複数のカウンタ回路(図示せず)を含みうる。ADC回路131は、ピクセルアレイPAから入力されるピクセル信号PXSをデジタル信号であるピクセル値pdtに変換する。複数のカラムラインCLそれぞれを介して受信される各ピクセル信号PXSは、CDS回路及びカウンタ回路によってデジタル信号であるピクセル値pdtに変換される。
CDS回路は、カラムラインCLを介して受信されるピクセル信号PXSをランプ信号と比較し、比較結果を出力することができる。CDS回路は、ランプ信号のレベルとピクセル信号PXSのレベルが同一であるとき、第1レベル(例えば、ロジックハイ)から第2レベル(例えば、ロジックロー)に遷移する比較信号を出力することができる。比較信号のレベルが遷移される時点は、ピクセル信号PXSのレベルによって決定されうる。
CDS回路は、相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling; CDS)方式によってピクセルPXから提供されるピクセル信号PXSをサンプリング及びホールドし、特定ノイズのレベル(例えば、リセット信号)とイメージ信号によるレベルを二重サンプリングし、その差に該当するレベルに基づいて比較信号を生成しうる。
データバス132は、ADC回路131から出力されたピクセル値pdtを臨時保存した後、出力することができる。データバス132は、複数のカラムメモリ、及びカラムデコーダーを含みうる。複数のカラムメモリに保存された複数のピクセル値pdtは、カラムデコーダーの制御下にイメージセンサ10内部の信号処理器に出力され、イメージセンサ10外部のイメージ信号処理器に出力されうる。
図2は、本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイを示す図面である。図2のピクセルアレイPAは、図1のピクセルアレイPAに対応するので、重複する内容は省略する。
図2を参照すれば、ピクセルアレイPAは、一般的なイメージセンサで通常採択されているベイヤーパターン(Bayer Pattern)を示す。1つの単位パターンは、4つの4分領域(Quadrant region)を含み、第1ないし第4四分面がそれぞれ第1グリーンピクセル(Gr)、ブルーピクセル(B)、レッドピクセル(R)、第2グリーンピクセル(Gb)でもある。そのような単位パターンが第1方向(X方向)及び第2方向(Y方向)に沿って2次元的に繰り返し配列される。
2×2アレイ状の単位パターン内で一側対角線方向に第1グリーンピクセル(Gr)、及び第2グリーンピクセル(Gb)が配置され、他側対角線方向にそれぞれ1個のブルーピクセル(B)及びレッドピクセル(R)が配置される。複数の第1グリーンピクセル(Gr)及び複数のブルーピクセル(B)が第1方向に沿って交互に配列される第1行と複数のレッドピクセル(R)及び複数の第2グリーンピクセル(Gb)が第1方向に沿って交互に配列される第2行が第2方向に反復的に配列される。
ピクセルアレイPAの配列方式は、ベイヤーパターン以外にも、多様な配列方式が可能である。例えば、マゼンタ(magenta)ピクセル、シアン(cyan)ピクセル、イエロー(Yellow)ピクセル、及び緑色ピクセルが1つの単位パターンを構成するCYGM方式の配列も可能である。
また、グリーンピクセル、レッドピクセル、ブルーピクセル、及びホワイトピクセルが1つの単位パターンを構成するRGBW方式の配列も可能である。また、単位パターンが3×2アレイ状を有してもよい。その他にも、ピクセルアレイPAのピクセルは、イメージセンサ10の用途と特性によって多様な方式によって配列されうる。以下、イメージセンサのピクセルアレイPAがベイヤーパターンを有するものを例として挙げたが、動作原理は、ベイヤーパターンではない他の形態の画素配列にも適用されうる。
図3は、本開示の例示的な実施形態によるカメラモジュールを概略的に説明するための概念図である。上述した内容と重複する内容は省略する。
図3を参照すれば、一実施形態によるカメラモジュール1は、物体から反射された光を収束して光学像を形成するレンズアセンブリー20、及びレンズアセンブリー20によって形成された光学像を電気的な映像信号に変換するイメージセンサ10を含みうる。カメラモジュール1はまた、イメージセンサ10とレンズアセンブリー20との間に配置される赤外線遮断フィルタ、及びイメージセンサ10から出力された電気信号を映像信号として処理するイメージ信号プロセッサ、イメージ信号プロセッサで形成したイメージを表示するディスプレイパネル、イメージ信号プロセッサで形成したイメージデータを保存するメモリをさらに含みうる。そのようなカメラモジュール1は、例えば、携帯電話、ノート型パソコン、タブレットPCのようなモバイル電子装置内に装着されうる。
レンズアセンブリー20は、カメラモジュール1の外部にある被写体の像をイメージセンサ10に集光することができる。さらに詳細に、イメージセンサ10のピクセルアレイ上にフォーカシングする役割を行う。図3には、便宜上、1枚のレンズとして簡略に表示されたが、実際レンズアセンブリー20は、複数のレンズを含みうる。
光は、レンズアセンブリー20を通過した後、ピクセルアレイPA上に収束されうる。レンズアセンブリー20を通過した光は、ピクセルアレイPAの中心に多く収束されうる。ピクセルアレイPAの中心から縁部に行くほど、ピクセルに集光される量は少ない。
ピクセルに入射する入射光が少なくなると、ピクセルの感度が低下しうる。実施形態によれば、ピクセルアレイPAの縁部に位置するピクセルの感度が低下することを防止するか、または最小化するために、イメージセンサ10にナノ集光レンズアレイLAが配置されうる。ナノ集光レンズアレイLAは、複数のナノ構造物を含みうる。レンズアセンブリー20を通過した光は、ピクセルアレイPAの中心から縁部に行くほど、ピクセルに集光される量が少ないので、レンズシェーディングを最小化するために、ピクセルアレイPAの中心から縁部に行くほど、集光能が高くなるように、ナノ構造物が配置されうる。ピクセルアレイPAの縁部でも、ピクセルの感度低下が制限及び/または防止されるようにナノ構造物がナノ集光レンズアレイLAに配置されうる。
図4は、本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサの断面を示す断面図である。上述した内容と重複する内容は省略する。
図4を参照すれば、イメージセンサ10は、ピクセルアレイPA、ピクセルアレイPA上部に配置されたカラーフィルタCF、及びカラーフィルタCF上部に配置されたスペーサ層SF、及びスペーサ層SFの上部に配置されるナノ集光レンズアレイLAを含みうる。
ピクセルアレイPAは、複数のピクセルPXa、PXbを含みうる。例えば、ピクセルアレイPAは、ピクセルPXa及びピクセルPXbを含みうる。ピクセルPXa及びピクセルPXbは、ピクセルアレイPAで任意のピクセルを示す。例示的に、図4に図示されたように、ピクセルPXa及びピクセルPXbが第1方向(X方向)に沿って交互に配列されうる。ピクセルPXaは、グリーンカラーの光をセンシングし、ピクセルPXbは、レッドカラーの光をセンシングすることができる。図示されていないが、ブルーカラーの光をセンシングするピクセル及びグリーンカラーの光をセンシングするピクセルが第2方向(Y方向)に交互に配列されうる。
カラーフィルタCFは、特定波長帯域の光のみを透過させ、他の波長帯域の光を吸収または反射する複数のフィルタGF、RFを含みうる。例えば、カラーフィルタCFは、ピクセルPXa上に配置されて第1波長帯域の光のみを透過させるグリーンフィルタGF、ピクセルPXb上に配置されて第1波長帯域と互いに異なる第2波長帯域の光のみを透過させるレッドフィルタRFを含みうる。また、図4に図示されていないが、カラーフィルタCFは、ブルーカラーの光をセンシングするピクセル上に配置されて第3波長帯域の光のみを透過させるブルーフィルタ及びグリーンカラーの光をセンシングするピクセルの上に配置されて第1波長帯域の光のみを透過させるグリーンフィルタを含みうる。
スペーサ層SFは、ナノ集光レンズアレイLAとカラーフィルタCFとの間に配置されうる。スペーサ層SFは、ナノ集光レンズアレイLAとカラーフィルタCFとの間隔を一定に保持させる役割を行う。スペーサ層SFは、可視光に対して透明な材料からなることができる。例えば、スペーサ層SFは、SiO、空気、シラノール系ガラス(SOG; siloxane-based spin on glass)のようにナノ集光レンズアレイLAのナノ構造物nsの屈折率より低い屈折率を有しつつ、可視光帯域で吸収率が低い誘電体材料からなる。ナノ構造物nsは、c-Si、p-Si、a-Si及びIII-V化合物半導体(GaP、GaN、GaAsなど)、SiC、TiO、SiN及び/またはそれらの組合わせを含みうる。
ナノ集光レンズアレイLAは、所定規則によって配列される複数のナノ構造物nsを含みうる。ナノ集光レンズアレイLAは、2次元配列された複数の集光領域CAa、CAbを含みうる。複数の集光領域CAa、CAbそれぞれは、複数のフィルタGF、RFと一対一に対応し、また複数のピクセルPXa、PXbと一対一に対応する。例えば、集光領域CAaは、グリーンフィルタGFに対応し、ピクセルPXaに対応する。集光領域CAbは、レッドフィルタRFに対応し、ピクセルPXbに対応する。複数の集光領域CAa、CAbそれぞれは、少なくとも1つのナノ構造物nsを含みうる。
集光領域CAa及び集光領域CAbは、ピクセルアレイPAのピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させうる。例えば、集光領域CAaは、ピクセルPXaに入射光を集光させうる。集光領域CAaのナノ構造物nsは、集光領域CAa周辺の他の集光領域及び集光領域CAaに入射される光の少なくとも一部をピクセルPXaに集光させうる。集光領域CAbは、ピクセルPXbに入射光を集光させうる。集光領域CAbのナノ構造物nsは、集光領域CAb周辺の他の集光領域及び集光領域CAbに入射される光の少なくとも一部をピクセルPXaに集光させうる。
図5は、本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイに対応するナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。図5では、説明の便宜上、ピクセルアレイPA及びナノ集光レンズアレイLAのみ図示した。上述した内容と重複する内容は省略する。
図5を参照すれば、ピクセルアレイPAは、複数のピクセルPXを含みうる。ピクセルアレイPAは、第1ピクセルPX1及び第2ピクセルPX2を含みうる。第1ピクセルPX1は、ピクセルアレイPAの中心PCと近いピクセルであり、第2ピクセルPX2は、ピクセルアレイPAの中心PCとの距離が第1ピクセルPX1より遠いピクセルでもある。
ナノ集光レンズアレイLAは、複数の集光領域CAを含みうる。複数の集光領域CAそれぞれは、複数のピクセルPXそれぞれに対応しうる。ピクセルPXに対応する集光領域CAは、ピクセルPXに鉛直方向に配置された集光領域CAを意味する。例えば、第1集光領域CA1は、第1ピクセルPX1に対応し、第2集光領域CA2は、第2ピクセルPX2に対応しうる。第1集光領域CA1は、ナノ集光レンズアレイLAの中心LCと近い集光領域でもあり、第2集光領域CA2は、ナノ集光レンズアレイLAの中心LCとの距離が第1集光領域CA1より遠い集光領域でもある。
複数の集光領域CAそれぞれは、少なくとも1つのナノ構造物nsを含みうる。複数の集光領域CAそれぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物nsは、ピクセルアレイPAで対応するピクセルPXに集光させうる。例えば、第1集光領域CA1に含まれたナノ構造物nsは、第1ピクセルPX1に光を集光させるように第1集光領域CA1に配置されうる。第2集光領域CA2に含まれたナノ構造物nsは、第2ピクセルPX2に光を集光させるように第2集光領域CA2に配置されうる。
ナノ構造物nsは、円柱状であると図5に図示されているが、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物nsは、多様な断面形状を有する柱からなりうる。例えば、ナノ構造物nsは、正方形、正方形リング形状または十字状の断面形状を有する柱からなりうる。
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイLAの中心から集光領域CAまでの距離によって集光領域CAそれぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物nsの集光能が互いに異なるように、集光領域CAそれぞれに少なくとも1つのナノ構造物nsが配置されうる。集光領域CAそれぞれに配置される少なくとも1つのナノ構造物nsの個数、距離、位置、断面積、層数、高さのうち少なくとも1つが互いに異なる。例えば、第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物nsの個数と第2集光領域CA2に配置されたナノ構造物nsの個数が互いに異なってもいる。
図6は、本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイ及びナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。図6では、便宜上、ピクセルアレイPAとナノ集光レンズアレイLAを平行に図示したが、図5のようにピクセルアレイPAとナノ集光レンズアレイLAは、鉛直に配置されうる。
図6を参照すれば、ピクセルアレイPAは、ベイヤーパターンでもある。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、ピクセルアレイPAは、多様なパターンでもある。ピクセルアレイPAは、第1ピクセルPX1及び第2ピクセルPX2を含みうる。例示的に、第1ピクセルPX1は、レッドピクセルであり、第2ピクセルPX2は、ブルーピクセルでもある。第2ピクセルPX2は、第1ピクセルPX1よりピクセルアレイPAの中心PCから遠く離れてもいる。
ナノ集光レンズアレイLAは、第1集光領域CA1及び第2集光領域CA2を含みうる。第1集光領域CA1は、レッドピクセルである第1ピクセルPX1に対応しうる。第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物は、第1ピクセルPX1にレッドカラーの光を集光するように配置されうる。第2集光領域CA2は、ブルーピクセルである第2ピクセルPX2に対応しうる。第2集光領域CA2に配置されたナノ構造物は、第2ピクセルPX2にブルーカラーの光を集光するように配置されうる。
レンズアセンブリーを通過した光は、中心LCに向かって収束されうる。レンズアセンブリーを通過した光が入射される量が第1集光領域CA1で多く、第2集光領域CA2で少ない。第1集光領域CA1及び第2集光領域CA2で集光能が同一または類似してナノ構造物が配置されれば、第1ピクセルPX1に集光される光と、第2ピクセルPX2に集光される光との量に差が生じるので、レンズシェーディングが発生しうる。したがって、レンズシェーディングを防止するために、本開示では、第1ピクセルPX1に集光される光と、第2ピクセルPX2に集光される光との量に差が最小化されるようにナノ構造物が配置されうる。
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイLAの中心LCと集光領域CAそれぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域CAそれぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物の集光能が高くなるように、光領域CAそれぞれに少なくとも1つのナノ構造物が配置されうる。例示的に、中心LCとの距離が遠い集光領域CAに配置されたナノ構造物の集光能は、中心LCとの距離が近い集光領域CAに配置されたナノ構造物の集光能より高い。
中心LCと第1集光領域CA1までの距離は、第1距離d1でもある。中心LCと第1集光領域CA1までの距離は、中心LCから第1集光領域CA1の中心までの距離でもある。中心LCと第2集光領域CA2までの距離は、第2距離d2でもある。中心LCと第2集光領域CA2までの距離は、中心LCから第2集光領域CA2の中心までの距離でもある。第2距離d2は、第1距離d1より遠い。
第2集光領域CA2に配置されたナノ構造物の集光能が第1集光領域CA1より高い。第2集光領域CA2に第1集光領域CA1より少ない光が到逹しても、第2集光領域CA2周辺部の光を共に集光させ、第2ピクセルPX2と第1ピクセルPX1に到逹する光量が同一または類似してもいる。したがって、ピクセルアレイPAからレンズシェーディングが補正されたピクセル信号が出力されうる。
実施形態によって、中心LCからの距離が同一である集光領域CAは、ナノ構造物の集光能が同一になるように集光領域CAそれぞれに配置されうる。例えば、中心LCと第1集光領域CA1までの距離は、第1距離d1であり、中心LCと第3集光領域CA3までの距離は、第1距離d1でもある。第1集光領域CA1は、レッドカラーの光を集光し、第3集光領域CA3は、グリーンカラーの光を集光するが、第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物及び第3集光領域CA3に配置されたナノ構造物の集光能は同一でもある。
図7は、本開示の例示的な実施形態によるナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。上述した内容と重複する内容は省略する。
ナノ集光レンズアレイLAは、第1集光領域CA1、第2集光領域CA2、及び第3集光領域CA3を含みうる。第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物は、第1集光領域CA1に対応するピクセルに光を集光するように配置されうる。第2集光領域CA2に配置されたナノ構造物は、第2集光領域CA2に対応するピクセルに光を集光するように配置されうる。第3集光領域CA3に配置されたナノ構造物は、第3集光領域CA3に対応するピクセルに光を集光するように配置されうる。
中心LCと第1集光領域CA1までの距離は、第1距離d1でもある。中心LCと第2集光領域CA2までの距離は、第2距離d2でもある。第2距離d2は、第1距離d1より遠い。中心LCと第3集光領域CA3までの距離は、第3距離d3でもある。第3距離d3は、第2距離d2より遠い。
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイLAの中心LCと集光領域CAそれぞれとの距離が遠くなるほど集光領域CAそれぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物の集光能が高くなるように集光領域CAそれぞれに少なくとも1つのナノ構造物が配置されうる。ナノ集光レンズアレイLAの中心LCと集光領域CAそれぞれとの距離が遠くなるほど集光領域それぞれが集光する光の半径が広くなる。
実施形態によって、集光領域それぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物の配置要素が互いに異なってもいる。配置要素は、個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つを意味する。ナノ集光レンズアレイLAの中心LCと集光領域CAそれぞれとの距離が遠くなるほど集光能が高くなるように集光領域CAそれぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物の配置要素を互いに異ならせてもよい。
図7において点線で表示された円は、各集光領域が集光する光の半径を示しうる。第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物の集光能は、第1集光能でもある。第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物は、半径a領域の光を第1集光領域CA1に対応するピクセルに集光させる。第1集光領域CA1は、中心LCと近く、多量の光が入射されるので、広い半径の光を集光させない。
第2集光領域CA2に配置されたナノ構造物の第2集光能が第1集光領域CA1より高い。第2集光領域CA2に配置されたナノ構造物は、半径b領域の光を第2集光領域CA2に対応するピクセルに集光させうる。半径bは半径aより長く、第2集光領域CA2のナノ構造物が集光する光の半径は、第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物が集光する光の半径より広い。第2集光領域CA2が集光する光量は、第1集光領域CA1が集光する光量と類似または同一でもある。
第2集光能が第1集光能より高くなるように、第2集光領域CA2に少なくとも1つのナノ構造物が配置されうる。第2集光領域CA2に配置される少なくとも1つのナノ構造物の個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つが第1集光領域CA1に配置される少なくとも1つのナノ構造物と互いに異なるように配置されうる。第2集光領域CA2に配置されるナノ構造物は、第2集光領域CA2及び第2集光領域CA2の周辺の光を集めて対応するピクセルに集光させることにより、対応するピクセルが受信する光量を増加させうる。
第3集光領域CA3に配置されたナノ構造物の第3集光能が第2集光領域CA2より高い。第3集光領域CA3に配置されたナノ構造物は、半径c領域の光を第3集光領域CA3に対応するピクセルに集光させうる。半径cは、半径bより長く、第3集光領域CA3のナノ構造物が集光する光の半径は、第2集光領域CA2に配置されたナノ構造物が集光する光の半径より広い。
第3集光能が第2集光能より高くなるように第3集光領域CA3に少なくとも1つのナノ構造物が配置されうる。第3集光領域CA3に配置される少なくとも1つのナノ構造物の個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つが第2集光領域CA2に配置される少なくとも1つのナノ構造物と互いに異なるように配置されうる。第3集光領域CA3に配置されるナノ構造物は、第3集光領域CA3及び第3集光領域CA3の周辺の光を集めて対応するピクセルに集光させることにより、対応するピクセルが受信する光量を増加させうる。第3集光領域CA3が集光する光量は、第2集光領域CA2が集光する光量と類似または同一でもある。
マイクロレンズアレイの代わりに、中心LCから複数の集光領域それぞれの距離が遠くなるほど複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物の集光能が高くなるように、少なくとも1つのナノ構造物が配置されるナノ集光レンズアレイLAが使用されることで、イメージセンサで中央部に位置するピクセルと周辺部に位置するピクセルが受け入れる光量に差が最小化されうる。これにより、イメージの縁部と周辺部のイメージ強度が類似しており、レンズシェーディング現象が最小化されうる。
図8は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。上述した内容と重複する内容は省略する。
中心LCと第1集光領域CA1までの距離は、第1距離d1でもある。中心LCと第2集光領域CA2までの距離は、第2距離d2でもある。第2距離d2は、第1距離d1より遠い。第1集光領域CA1は、ナノ構造物nsを含み、第1集光領域CA1に配置されるナノ構造物nsの集合は、第1ナノグループng1でもある。第2集光領域CA2は、ナノ構造物nsを含み、第2集光領域CA2に配置されるナノ構造物nsの集合は、第2ナノグループng2でもある。
ナノ集光レンズアレイLAの中心LCと集光領域CAそれぞれとの距離が遠くなるほど集光領域CAそれぞれに含まれた少なくとも1つのナノ構造物の集光能が高くなるように、集光領域CAそれぞれに少なくとも1つのナノ構造物が配置されうる。第2ナノグループng2の集光能力が第1ナノグループng1の集光能より高くなるように、ナノ構造物nsが第2集光領域CA2及び第1集光領域CA1それぞれに配置されうる。
第1ナノグループngに含まれたナノ構造物ns及び第2ナノグループngに含まれたナノ構造物nsの個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つが互いに異なってもいる。ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物nsの個数が互いに異なってもいる。
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれの少なくとも1つのナノ構造物nsの個数が増加しうる。第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物nsの個数は、第1集光領域CA1に含まれるナノ構造物nsの個数より多い。第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物nsの個数が第1集光領域CA1に含まれるナノ構造物nsの個数より多いので、第2集光領域CA2の集光能が第1集光領域CA1の集光能より高い。第2集光領域CA2のナノ構造物nsが集光する光の半径は、第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物nsが集光する光の半径より広い。
例示的に、第1集光領域CA1には、5個のナノ構造物nsが配置され、第2集光領域CA2には、9個のナノ構造物nsが配置されうる。第2ナノグループng2に含まれるナノ構造物nsの個数が多いので、第2ナノグループng2の集光能は、第1ナノグループng1の集光能より高い。但し、上述したナノ構造物nsの個数は、例示に該当し、必ずしもそれに制限されるものではない。
図9Aは、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の距離が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。図9Bは、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の距離が互いに異なる実施形態を説明するための断面図である。図9Aは、ナノ集光レンズアレイでの集光領域を示し、図9Bは、図9Aの第1集光領域CA1から第2集光領域CA2に向かう方向に沿って見た断面図を示す。上述した内容と重複する内容は省略する。以下、図9A及び図9Bを共に参照する。
第1ナノグループngに含まれたナノ構造物ns及び第2ナノグループngに含まれたナノ構造物nsの個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つが互いに異なってもいる。ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物nsの距離が互いに異なってもいる。
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心LCと、集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれの少なくとも1つのナノ構造物との距離が減少しうる。ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれに配置されるナノ構造物nsの密度が高い。
第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物ns間の距離は、第1集光領域CA1に含まれるナノ構造物ns間の距離より短い。例示的に、第1ナノグループng1に含まれた第1ナノ構造物ns1及び第2ナノ構造物ns2間の距離は、第1間隔daでもある。第2ナノグループng2に含まれた第3ナノ構造物ns3及び第4ナノ構造物ns4間の距離は、第2間隔dbでもある。第1間隔daは、第2間隔dbより長い
第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物ns間の距離が第1集光領域CA1に含まれるナノ構造物ns間の距離より短いので、第1ナノグループng1より第2ナノグループng2にナノ構造物nsが稠密に配置され、第2集光領域CA2の集光能が第1集光領域CA1の集光能より高い。第2集光領域CA2のナノ構造物nsが集光する光の半径は、第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物nsが集光する光の半径より広い。
図10は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の位置が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。上述した内容と重複する内容は省略する。
第1ナノグループngに含まれたナノ構造物ns及び第2ナノグループngに含まれたナノ構造物nsの個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つが互いに異なってもいる。ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物nsの位置が互いに異なってもいる。
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれに配置される少なくとも1つのナノ構造物の位置が中心LCに向かう方向にさらにシフトされうる。ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、ナノ集光レンズアレイの中心に入射される光をさらに集光するために、少なくとも1つのナノ構造物の位置が中心LCに向かう方向にさらにシフトされうる。第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物nsは、第1集光領域CA1に含まれるナノ構造物nsに比べて、中心LCに対して相対的にシフトされている。
第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物nsが中心LCに向かう方向にシフトされうる。例示的に、第1集光領域CA1に含まれるナノ構造物nsは、中心LCに向かう方向にシフトされず、第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物nsは中心LCに向かう方向にシフトされうる。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、第1集光領域CA1に含まれるナノ構造物nsが中心LCに向かう方向にシフトされる程度は、第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物nsが中心LCに向かう方向にシフトされる程度より小さい。第2集光領域CA2のナノ構造物nsが集光する光の半径は、第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物nsが集光する光の半径より広い。第2ナノグループng2が集光する光の半径は、第1ナノグループng1が集光する光の半径より広い。
図11は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の断面積が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。上述した内容と重複する内容は省略する。
ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物nsの断面積が互いに異なってもいる。一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれに配置される少なくとも1つのナノ構造物の断面積の平均値が高くなる。ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域に断面積が広いナノ構造物nsが配置されうる。第2集光領域CA2に断面積が広いナノ構造物nsがさらに多く含まれるので、第2集光領域CA2の集光能が第1集光領域CA1の集光能より高い。
第2集光領域CA2に配置されるナノ構造物nsの断面積の平均値は、第1集光領域CA1に配置されるナノ構造物nsの断面積の平均値より高い。例示的に、第2集光領域CA2及び第1集光領域CA1には、それぞれ9個のナノ構造物が配置されうる。第1集光領域CA1には9個の第1ナノ構造物ns1が配置され、第2集光領域CA2には4個の第1ナノ構造物ns1及び第1ナノ構造物ns1より断面積が広い5個の第2ナノ構造物ns2が配置されうる。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物が配置される個数及び断面積は、多様である。
図12は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の層数が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。上述した内容と重複する内容は省略する。
ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物nsの層数が互いに異なってもいる。一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれに配置される少なくとも1つのナノ構造物nsにおいて、複数の層で構成されたナノ構造物nsの層数が増加する。ナノ構造物nsが複数の層で構成されれば、屈折率が高くなり、集光能が高くなる。第2集光領域CA2に複数の層で構成されたナノ構造物nsがさらに多く含まれるので、第2集光領域CA2の集光能が第1集光領域CA1の集光能より高い。
第2集光領域CA2に配置されるナノ構造物nsのうち、複数の層で構成されたナノ構造物nsの層数は、第1集光領域CA1に配置されるナノ構造物nsのうち、複数の層で構成されたナノ構造物nsの層数より多い。例示的に、第1集光領域CA1で5個のナノ構造物nsのうち、2層からなるナノ構造物nsは、1個でもある。第2集光領域CA2で5個のナノ構造物nsのうち、2層からなるナノ構造物nsは、5個でもある。但し、それは一例示に過ぎず、必ずしもそれに制限されるものではない。また、図12には、2層の層で構成されるナノ構造物nsを図示したが、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物の層数は、2以上でもある。
図13Aは、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の高さが互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。図13Bは、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の高さが互いに異なる実施形態を説明するための断面図である。図13Aは、ナノ集光レンズアレイでの集光領域を示し、図13Bは、図13Aの第1集光領域CA1で第2集光領域CA2に向かう方向に沿って見た断面図を示す。上述した内容と重複する内容は省略する。以下、図13A及び図13Bを共に参照する。
ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物nsの断面積が互いに異なってもいる。一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれに配置される少なくとも1つのナノ構造物の高さの平均値が高くなる。ナノ集光レンズアレイの中心LCと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域に長さが長いナノ構造物nsが配置されうる。第2集光領域CA2に高いナノ構造物nsがさらに多く含まれるので、第2集光領域CA2の集光能が第1集光領域CA1の集光能力より高い。
第2集光領域CA2に配置されるナノ構造物nsの高さの平均値は、第1集光領域CA1に配置されるナノ構造物nsの高さの平均値より高い。例示的に、第2集光領域CA2及び第1集光領域CA1には、それぞれ5個のナノ構造物nsが配置されうる。第1集光領域CA1には、4個の第1ナノ構造物ns1及び第1ナノ構造物ns1より高い1個の第2ナノ構造物ns2が配置されうる。第2集光領域CA2には、2個の第1ナノ構造物ns1及び3個の第2ナノ構造物ns2が配置されうる。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物nsが配置される個数及びナノ構造物nsの高さは、多様である。
図14は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数、距離、及び断面積が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。上述した内容と重複する内容は省略する。
第1集光領域CA1に配置されるナノ構造物ns及び第2集光領域CA2に配置されるナノ構造物nsの個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つが互いに異なってもいる。一実施形態において、第1集光領域CA1に配置されるナノ構造物nsの個数、距離、及び断面積は、第2集光領域CA2に配置されるナノ構造物nsの個数、距離及び断面積と互いに異なってもいる。
第2ナノグループng2の集光能が第1ナノグループng1の集光能より高くなるように、ナノ構造物nsが第2集光領域CA2及び第1集光領域CA1それぞれに配置されうる。第2ナノグループng2の少なくとも1つのナノ構造物nsの個数は、第1ナノグループng1の少なくとも1つのナノ構造物nsの個数より多い。例えば、第1集光領域CA1には、5個のナノ構造物nsが配置され、第2集光領域CA2には、17個のナノ構造物nsが配置されうる。但し、上述したナノ構造物nsの個数は、例示に該当し、必ずしもそれに制限されるものではない。
第2ナノグループng2の少なくとも1つのナノ構造物ns間の距離は、第1ナノグループng1の少なくとも1つのナノ構造物ns間の距離よりさらに近い。例示的に、第2ナノグループng2に含まれたナノ構造物ns間の間隔は、第1ナノグループng1に含まれたナノ構造物ns間の間隔より狭く、第2ナノグループng2に含まれたナノ構造体nsは、第1ナノグループng1に含まれたナノ構造体nsより稠密に配列されうる。
第2ナノグループng2に含まれたナノ構造物nsの断面積の平均値は、第1ナノグループng1に含まれたナノ構造物nsの断面積の平均値より高い。例示的に、第1集光領域CA1には相対的に断面積が広いナノ構造物nsが1個配置され、相対的に断面積が狭いナノ構造物nsが4個配置されうる。第2集光領域CA2には相対的に断面積が広いナノ構造物nsが9個配置され、相対的に断面積が狭いナノ構造物nsが8個配置されうる。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物が配置される個数及び断面積は、多様なことがある
第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物nsの個数が第1集光領域CA1に含まれるナノ構造物nsの個数より多く、第2ナノグループng2の少なくとも1つのナノ構造物ns間の距離は、第1ナノグループng1の少なくとも1つのナノ構造物ns間の距離よりさらに近く、第2ナノグループng2に含まれたナノ構造物nsの断面積の平均値は、第1ナノグループng1に含まれたナノ構造物nsの断面積の平均値より高いので、第2ナノグループng2の集光能は、第1ナノグループng1の集光能より高い。第2集光領域CA2の集光能が第1集光領域CA1の集光能より高い。第2集光領域CA2のナノ構造物nsが集光する光の半径は、第1集光領域CA1に配置されたナノ構造物nsが集光する光の半径より広い。
図15は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数及び高さが互いに異なる実施形態を説明するための図面である。上述した内容と重複する内容は省略する。
図15を参照すれば、第1集光領域CA1に配置されるナノ構造物nsの個数及び高さは、第2集光領域CA2に配置されるナノ構造物nsの個数及び高さと互いに異なってもいる。
第2ナノグループng2の集光能が第1ナノグループng1の集光能より高くなるように、ナノ構造物nsが第2集光領域CA2及び第1集光領域CA1それぞれに配置されうる。第2ナノグループng2の少なくとも1つのナノ構造物nsの個数は、第1ナノグループng1の少なくとも1つのナノ構造物nsの個数より多い。例えば、第1集光領域CA1には、5個のナノ構造物nsが配置され、第2集光領域CA2には、9個のナノ構造物nsが配置されうる。但し、上述したナノ構造物nsの個数は、例示に該当し、必ずしもそれに制限されるものではない。
第2ナノグループng2に含まれたナノ構造物ns高さの平均値は、第1ナノグループng1に含まれたナノ構造物ns高さの平均値より高い。例示的に、第1集光領域CA1には、相対的に高さの高いナノ構造物nsが1個配置され、相対的に高さの低いナノ構造物nsが4個配置されうる。第2集光領域CA2には、相対的に高さの高いナノ構造物nsが5個配置され、相対的に高さの低いナノ構造物nsが4個配置されうる。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物が配置される個数及び高さは、多様である。
第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物nsの個数が第1集光領域CA1に含まれるナノ構造物nsの個数より多く、第2ナノグループng2に含まれたナノ構造物nsの高さの平均値は、第1ナノグループng1に含まれたナノ構造物nsの高さの平均値より高いので、第2集光領域CA2の集光能力が第1集光領域CA1の集光能力より高い。
図16は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数及び位置が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。上述した内容と重複する内容は省略する。
図16を参照すれば、第1集光領域CA1に配置されるナノ構造物nsの個数及び位置は、第2集光領域CA2に配置されるナノ構造物nsの個数及び位置と互いに異なってもいる。
第2ナノグループng2の少なくとも1つのナノ構造物nsの個数は、第1ナノグループng1の少なくとも1つのナノ構造物nsの個数より多い。例えば、第1集光領域CA1には5個のナノ構造物nsが配置され、第2集光領域CA2には9個のナノ構造物nsが配置されうる。但し、上述したナノ構造物nsの個数は、例示に該当し、必ずしもそれに制限されるものではない。
第1集光領域CA1で第1ナノグループng1に含まれたナノ構造物nsの位置より、第2集光領域CA2で第2ナノグループng2に含まれたナノ構造物nsの位置は中心LCに向かう方向にさらにシフトされうる。
第2集光領域CA2に含まれるナノ構造物nsの個数が第1集光領域CA1に含まれるナノ構造物nsの個数より多く、第2ナノグループng2に含まれたナノ構造物nsの位置が第1ナノグループng1に含まれたナノ構造物nsの位置より中心LCに向かう方向にさらにシフトされるので、第2集光領域CA2の集光能力が第1集光領域CA1の集光能力より高い。
図17は、本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサを示すブロック図である。図1ないし図16で上述した内容と重複する内容は省略する。
図17を参照すれば、イメージセンサ10は信号処理器140をさらに含みうる。信号処理器140は、リードアウト回路130からピクセル値pdtを受信することができる。信号処理器140は、ピクセル値pdtに対してイメージ処理動作を遂行することができる。例えば、信号処理器140は、ピクセル値pdtに対してノイズ低減処理、ゲイン調整、波形定形化処理、補間処理、ホワイトバランス処理、ガンマ処理、エッジ強調処理、ビニングなどを遂行することができる。
一実施形態において、信号処理器140は、ピクセル値pdtに対して画質を向上させるためのイメージ処理動作を遂行することができる。例えば、信号処理器140は、微細レンズシェーディング補正動作、ラジアルエッジ強化(Radial Edge Enhacement)補正動作、及びチャネル差(channel difference)補正動作などを遂行することができる。イメージ処理動作が遂行されたピクセル値pdtが信号処理器140から出力されうる。イメージ処理動作が遂行されたピクセル値pdtは、イメージセンサ10外部のプロセッサ(例えば、イメージセンサ10が搭載される電子装置のメインプロセッサ、アプリケーションプロセッサ、またはグラフィックプロセッサなど)に提供されうる。
図18は、本開示の例示的実施形態による電子装置を示すブロック図である。例えば、電子装置1000は携帯用端末機でもある。
図18を参照すれば、本開示の例示的実施形態による電子装置1000は、アプリケーションプロセッサ1200、イメージセンサ1100、ディスプレイ装置1300、メモリ1400、ストレ-ジ1500、ユーザインターフェース1600及び無線送受信部1700を含みうる。図1ないし図17で敍述された本開示の例示的実施形態によるイメージセンサに係わる説明及びイメージセンサの動作方法がイメージセンサ1100に適用されうる。
イメージセンサ1100は、複数のピクセルを含むピクセルアレイ、複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイを含みうる。複数の集光領域それぞれは、対応するピクセルに光を集光させる少なくとも1つのナノ構造物を含みうる。ナノ集光レンズアレイの中心から複数の集光領域それぞれまでの距離によって複数の集光領域それぞれに含まれたナノ構造物の集光能が互いに異なるように複数の集光領域それぞれにナノ構造物が配置されうる。
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心と複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど複数の集光領域それぞれに含まれたナノ構造物の集光能が高くなるように複数の集光領域それぞれにナノ構造物が配置されうる。ナノ集光レンズアレイの中心と複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、ナノ構造物の個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つが互いに異なるように複数の集光領域それぞれに配置されうる。ナノ集光レンズアレイの中心と複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、複数の集光領域それぞれに含まれたナノ構造物の集光能が高くなるように、複数の集光領域それぞれにナノ構造物が配置されるので、ピクセルアレイの縁部に入射する光量が増加しうる。ピクセルアレイの中心部と縁部に入射する光量の差が少なくなる。これにより、ピクセルアレイからレンズシェーディング現象が補正されたピクセル信号が出力されうる。
アプリケーションプロセッサ1200は、電子装置1000の全般的な動作を制御し、応用プログラム、運営体制(OS)などを駆動するシステムオンチップ(SoC)として提供されうる。
アプリケーションプロセッサ1200は、イメージセンサ1100から出力データを受信することができる。
イメージセンサ1100は、受信される光信号に基づいてイメージデータ、例えば、イメージデータを生成してイメージデータをアプリケーションプロセッサ1200に提供しうる。イメージデータは、ピクセル値と指称されうる。イメージセンサ1100は、レンズシェーディング現象が減少したイメージデータを生成しうる。
メモリ1400は、DRAM、SRMAなどの揮発性メモリまたはFeRAM、RRAMPRAMなどの不揮発性の抵抗性メモリとして具現されうる。メモリ1400は、アプリケーションプロセッサ1200が処理または実行するプログラム及び/またはデータを保存することができる。
ストレ-ジ1500は、NANDフラッシュ、抵抗性メモリなどの不揮発性メモリ装置として具現され、例えば、ストレ-ジ1500は、メモリカード(MMC、eMMC、SD、micro SD)として提供されうる。ストレ-ジ1500は、イメージセンサ1100のイメージ処理動作を制御する実行アルゴリズムに係わるデータ及び/またはプログラムを保存し、イメージ処理動作が遂行されるとき、データ及び/またはプログラムがメモリ1400にローディングされうる。実施形態において、ストレ-ジ1500は、イメージセンサ1100で生成される出力イメージデータ、例えば、補正イメージデータまたは後処理されたイメージデータを保存することができる。
ユーザインターフェース1600は、キーボード、カーテンキーパネル、タッチパネル、指紋センサ、マイクなどユーザ入力を受信することができる多様な装置として具現されうる。ユーザインターフェース1600は、ユーザ入力を受信し、受信されたユーザ入力に対応する信号をアプリケーションプロセッサ1200に提供しうる。
無線送受信部1700は、トランシーバ1720、モデム1170及びアンテナ1730を含みうる。
以上、図面と明細書において例示的な実施形態が開示された。本明細書において特定の用語を使用して実施形態が説明されたが、これは、単に本開示の技術的思想を説明するための目的で使用されたものであって、意味限定や特許請求の範囲に記載された本開示の範囲を制限するために使用されたものではない。したがって、当該技術分野の通常の知識を有する者であれば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。したがって、本開示の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
10 イメージセンサ
110 ロウドライバ
120 タイミングコントローラ
130 リードアウト回路
131 アナログ-デジタル変換回路
132 データバス
PA ピクセルアレイ
RL ロウライン
CL カラムライン
LA ナノ集光レンズアレイ
PX ピクセル
PX1 第1ピクセル
PX2 第2ピクセル
CA 集光領域
CA1 第1集光領域
CA2 第2集光領域

Claims (20)

  1. 複数のピクセルが配列されたピクセルアレイと、
    前記複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイと、を含み、
    前記複数の集光領域それぞれは、
    前記複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも1つのナノ構造物を含み、前記ナノ集光レンズアレイの中心から前記複数の集光領域それぞれまでの距離によって、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物の集光能が互いに異なるように前記複数の集光領域それぞれに前記少なくとも1つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサ。
  2. 前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物の集光能が高くなるように前記複数の集光領域それぞれに前記少なくとも1つのナノ構造物が配置されることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
  3. 前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物との距離、数、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つが互いに異なることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
  4. 前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれの前記少なくとも1つのナノ構造物の個数が増加することを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサ。
  5. 前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれの前記少なくとも1つのナノ構造物との距離が減少することを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサ。
  6. 前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、複数の集光領域それぞれにおいて、前記複数の集光領域それぞれに配置される前記少なくとも1つのナノ構造物の位置が前記ナノ集光レンズアレイの中心に向かう方向にさらにシフトされることを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサ。
  7. 前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物の断面積の平均値が高くなることを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサ。
  8. 前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物のうち、複数の層で構成されたナノ構造物の個数が増加することを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサ。
  9. 前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物高さの平均値が高くなることを特徴とする請求項3に記載のイメージセンサ。
  10. 前記イメージセンサは、
    前記複数のピクセルそれぞれから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器をさらに含み、
    前記信号処理器は、
    前記デジタル信号に対して微細レンズシェーディング補正動作、ラジアルエッジ強化(Radial Edge Enhacement)補正動作、及びチャネル差(channel difference)補正動作のうち少なくとも1つを遂行することを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサ。
  11. 第1ピクセル及び第2ピクセルを含むピクセルアレイと、
    少なくとも1つのナノ構造物を有する第1ナノグループを含み、前記第1ピクセルに対応する第1集光領域と、
    前記少なくとも1つのナノ構造物を有する第2ナノグループを含み、前記ピクセルアレイの中心との距離が前記第1ピクセルより遠い前記第2ピクセルに対応する第2集光領域と、を含み、
    前記第2ナノグループに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物の集光能が前記第1ナノグループに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物の集光能より高くなるように前記第1ナノグループ及び前記第2ナノグループそれぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサ。
  12. 前記第1ナノグループ及び前記第2ナノグループそれぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物との距離、数、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つが互いに異なることを特徴とする請求項11に記載のイメージセンサ。
  13. 前記第1ナノグループ及び前記第2ナノグループそれぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物との距離、数、及び断面積が互いに異なることを特徴とする請求項12に記載のイメージセンサ。
  14. 前記第2ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物の個数は、前記第1ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物の個数より多く、
    前記第2ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物との距離は、前記第1ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物との距離よりさらに短く、
    前記第2ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物の断面積の平均値は、前記第1ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物の断面積の平均値より高いことを特徴とする請求項13に記載のイメージセンサ。
  15. 前記第2ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物の個数は、前記第1ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物の個数より多く、
    前記第2ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物高さの平均値は、前記第1ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物高さの平均値より高いことを特徴とする請求項12に記載のイメージセンサ。
  16. 前記第2ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物の個数は、前記第1ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物の個数より多く、
    前記第2集光領域で前記第2ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物の位置は、前記第1集光領域で前記第1ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物の位置より前記ピクセルアレイの中心に向かう方向にさらにシフトされることを特徴とする請求項12に記載のイメージセンサ。
  17. 前記第2ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物のうち、複数の層で構成されたナノ構造物の層数は、前記第1ナノグループの前記少なくとも1つのナノ構造物のうち、複数の層で構成されたナノ構造物の層数より多いことを特徴とする請求項12に記載のイメージセンサ。
  18. 前記イメージセンサは、
    前記ピクセルアレイから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器をさらに含み、
    前記信号処理器は、
    前記デジタル信号に対して微細レンズシェーディング補正動作、ラジアルエッジ強化(Radial Edge Enhacement)補正動作、及びチャネル差(channel difference)補正動作のうち少なくとも1つを遂行することを特徴とする請求項11に記載のイメージセンサ。
  19. 複数のピクセルが配列されたピクセルアレイと、
    前記複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイと、を含み、
    前記複数のピクセルそれぞれからピクセル信号を受信し、前記ピクセル信号をデジタル信号に変換してピクセル値を生成するリードアウト回路と、
    前記ピクセルアレイから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器と、を含み、
    前記複数の集光領域それぞれは、
    前記複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも1つのナノ構造物を含み、
    前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれが集光する光の半径が広くなるように前記少なくとも1つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサ。
  20. 前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれが集光する光の半径が広くなるように、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも1つのナノ構造物との距離、数、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも1つが互いに異なるように配置されることを特徴とする請求項19に記載のイメージセンサ。
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