KR102659161B1 - Imaging device and image sensor including the imaging device - Google Patents

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Abstract

촬상 장치 및 촬상 장치를 포함하는 이미지 센서가 개시된다. 개시된 촬상 장치는 제1 내지 제3 광학 소자를 포함한다. 상기 제1 내지 제3 광학 소자 중 적어도 하나는 나노 구조를 포함하는 박형 렌즈이다.An imaging device and an image sensor including an imaging device are disclosed. The disclosed imaging device includes first to third optical elements. At least one of the first to third optical elements is a thin lens including a nanostructure.

Description

촬상 장치 및 촬상 장치를 포함하는 이미지 센서{IMAGING DEVICE AND IMAGE SENSOR INCLUDING THE IMAGING DEVICE}An image sensor including an imaging device and an imaging device {IMAGING DEVICE AND IMAGE SENSOR INCLUDING THE IMAGING DEVICE}

본 개시는, 촬상 장치 및 상기 촬상 장치를 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.The present disclosure relates to an imaging device and an image sensor including the imaging device.

반도체 기반 센서 배열을 이용하는 광학 센서들은 모바일 기기 및 웨어러블 기기 사물 인터넷 등에 점점 더 많이 사용되고 있다. 이들 기기 들의 소형화가 요구되고 있지만, 기기들에 포함되는 촬상 장치의 두께를 줄이는데 어려움이 있다.Optical sensors using semiconductor-based sensor arrays are increasingly being used in mobile devices, wearable devices, and the Internet of Things. Although miniaturization of these devices is required, it is difficult to reduce the thickness of the imaging device included in the devices.

종래 광학 렌즈를 이용한 촬상 광학계는 색수차와 기하 수차 제거 및 충분한 F 수(F number) 확보를 위해 많은 수의 광학 렌즈가 요구된다. 그리고 이들 광학 렌즈가 각각 고유의 역할 수행을 위해 소정의 형상을 가져야 하는바 촬상 장치의 두께를 얇게 하는데 제한이 있다.Conventional imaging optical systems using optical lenses require a large number of optical lenses to eliminate chromatic and geometric aberrations and secure a sufficient F number. Additionally, since each of these optical lenses must have a predetermined shape to perform its unique role, there are limitations in reducing the thickness of the imaging device.

본 개시는 소형 설계에 적합한 구조의 촬상 장치 및 촬상 장치를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.The present disclosure provides an imaging device with a structure suitable for compact design and an image sensor including the imaging device.

일 측면에 있어서,In terms of work,

입사광의 입사각도에 따라 상기 입사광을 다른 위치로 집광하는 제1 광학 소자;a first optical element that condenses the incident light to different positions according to the incident angle of the incident light;

상기 제1 광학 소자를 통과한 광이 입사되는 것으로 위치에 따라 다른 초점거리로 상기 제1 광학 소자를 통과한 광을 집광하는 제2 광학 소자; 및a second optical element that condenses the light passing through the first optical element to a different focal length depending on the position of the incident light passing through the first optical element; and

상기 제2 광학 소자를 통과한 광이 입사되는 것으로 상기 제2 광학 소자를 통과한 광이 소정의 촬상면 상에 집광점을 형성하도록 하는 제3 광학소자;를 포함하며,It includes a third optical element that causes the light passing through the second optical element to form a condensing point on a predetermined imaging surface when the light passing through the second optical element is incident,

상기 제1 내지 제3 광학 소자 중 적어도 하나는 표면에 복수의 나노 구조체를 포함하는 박형 렌즈로 구현되는 촬상 장치가 제공된다.An imaging device is provided in which at least one of the first to third optical elements is implemented as a thin lens including a plurality of nanostructures on a surface.

상기 제2 광학소자는 광축으로부터 바깥쪽으로 갈수록 더 긴 초점거리를 가지도록 구성될 수 있다.The second optical element may be configured to have a longer focal length as it moves outward from the optical axis.

상기 제3 광학 소자는 광축으로부터 바깥쪽으로 갈수록 더 짧은 초점거리를 가지도록 구성될 수 있다.The third optical element may be configured to have a shorter focal length as it moves outward from the optical axis.

상기 제1 광학계는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제2 광학계는 음의 굴절력을 가지고, 상기 제3 광학계는 양의 굴절력을 가질 수 있다.The first optical system may have positive refractive power, the second optical system may have negative refractive power, and the third optical system may have positive refractive power.

상기 제3 광학 소자는 상기 촬상면 상에 상기 광이 수직으로 입사되어 집광점을 형성하도록 상기 광의 방향을 변화시킬 수 있다.The third optical element may change the direction of the light so that the light is incident perpendicularly on the imaging surface to form a condensing point.

상기 제1 광학 소자는 기존 굴절률 방식의 광학렌즈로 구성되고, 상기 제2 및 제3 광학 소자는 상기 박형 렌즈로 구성될 수 있다.The first optical element may be composed of a conventional refractive index type optical lens, and the second and third optical elements may be composed of the thin lens.

상기 제2 광학 소자의 나노 구조체들과 상기 제3 광학 소자의 나노 구조체들은 서로 색수차를 상쇄 시키는 구조 및 배열을 가질 수 있다.The nanostructures of the second optical element and the nanostructures of the third optical element may have a structure and arrangement that cancel out chromatic aberration.

상기 제1 광학 소자는 상기 제2 및 제3 광학 소자에서 발생하는 기하수차 및 색수차 중 적어도 하나를 상쇄 시키는 구조를 가질 수 있다.The first optical element may have a structure that cancels out at least one of geometric aberration and chromatic aberration occurring in the second and third optical elements.

상기 제1 광학 소자는 상기 박형렌즈로 구성되고, 상기 제2 및 제3 광학 소자는 굴절률 방식의 광학렌즈로 구성될 수 있다.The first optical element may be composed of the thin lens, and the second and third optical elements may be composed of a refractive index type optical lens.

상기 제1 광학 소자에 포함된 나노 구조체들은 상기 제2 및 제3 광학 소자에서 발생하는 색수차 및 기하 수차 중 적어도 하나를 상쇄 시키는 구조 및 배열을 가질 수 있다.The nanostructures included in the first optical element may have a structure and arrangement that cancel out at least one of chromatic aberration and geometric aberration occurring in the second and third optical elements.

상기 제1 광학 소자는 상기 제2 광학 소자의 표면에 마련될 수 있다.The first optical element may be provided on the surface of the second optical element.

상기 박형 렌즈는 상기 나노 구조체들이 배열되는 기판을 포함할 수 있다.The thin lens may include a substrate on which the nanostructures are arranged.

상기 나노 구조체들은 상기 기판보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.The nanostructures may have a higher refractive index than the substrate.

상기 기판은 glass (fused silica, BK7, 등), Quartz, polymer(PMMA(Polymethyl methacrylate), SU-8 등) 및 플라스틱(plastic)) 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 나노 구조체들은 c-Si, p-Si, a-Si, 및 III-V 화합물 반도체(GaP, GaN, GaAs 등), SiC, TiO2, SiN, 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The substrate includes at least one of glass (fused silica, BK7, etc.), quartz, polymer (PMMA (polymethyl methacrylate), SU-8, etc.), and plastic), and the nanostructures include c-Si, p It may include at least one of -Si, a-Si, and III-V compound semiconductors (GaP, GaN, GaAs, etc.), SiC, TiO 2 , and SiN.

상기 나노 구조체들은 원기둥, 타원 기둥, 다면체 기둥 중 적어도 어느 한 형상을 가질 수 있다.The nanostructures may have at least one shape among a cylinder, an elliptical pillar, and a polyhedral pillar.

상기 제1 내지 제3 광학 소자는 상기 입사광 가운데 소정의 파장 영역에 대해서만 상기 촬상면에 집광점이 형성되도록 할 수 있다.The first to third optical elements may form a condensing point on the imaging surface only for a predetermined wavelength range among the incident light.

상기 촬상장치는, 상기 소정의 파장 영역 밖의 파장 성분을 차단하는 광 필터;를 더 포함할 수 있다.The imaging device may further include an optical filter that blocks wavelength components outside the predetermined wavelength range.

다른 측면에 있어서,On the other side,

입사광의 입사각도에 따라 상기 입사광을 다른 위치로 집광하는 제1 광학 소자와, 상기 제1 광학 소자를 통과한 광이 입사되는 것으로 위치에 따라 다른 초점거리로 상기 제1 광학 소자를 통과한 광을 집광하는 제2 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자를 통과한 광이 입사되는 것으로 상기 제2 광학 소자를 통과한 광이 소정의 촬상면 상에 집광점을 형성하도록 하는 제3 광학소자를 포함하며,를 포함하는 적어도 하나의 촬상 장치; 및A first optical element that focuses the incident light to different positions depending on the angle of incidence of the incident light, and the light that has passed through the first optical element is incident, and the light that has passed through the first optical element has a different focal length depending on the position. It includes a second optical element that converges light and a third optical element that causes the light passing through the second optical element to form a condensing point on a predetermined imaging surface by incident on the light passing through the second optical element, At least one imaging device comprising: and

상기 촬상 장치에 대응되게 마련되며 상기 촬상 장치의 촬상면에 입사된 광을 측정하는 광 측정부;를 포함하며It includes a light measuring unit provided to correspond to the imaging device and measuring light incident on the imaging surface of the imaging device.

상기 제1 내지 제3 광학 소자 중 적어도 하나는 표면에 복수의 나노 구조체를 포함하는 박형 렌즈로 구현되는 이미지 센서가 제공된다.An image sensor is provided in which at least one of the first to third optical elements is implemented as a thin lens including a plurality of nanostructures on a surface.

상기 촬상 장치 및 상기 광 측정부는 복수 개로 마련되며,The imaging device and the light measuring unit are provided in plural pieces,

상기 복수의 촬상 장치 중 적어도 둘 이상은 서로 다른 파장 영역의 광에 대해서 상기 촬상면에 집광점이 형성되도록 구성될 수 있다.At least two of the plurality of imaging devices may be configured to form a condensing point on the imaging surface for light of different wavelength ranges.

상술한 촬상 장치 및 이미지 센서는 나노 구조체를 이용한 박형 렌즈를 포함하는 바, 소형 제작이 용이하다.The above-described imaging device and image sensor include a thin lens using nanostructures, so they are easy to manufacture in a small size.

또한, 박형 렌즈의 나노 구조체의 형상, 물질, 배열모양을 조절함으로써 촬상 장치의 색수차, 기하수차를 보정할 수 있다.Additionally, chromatic aberration and geometric aberration of the imaging device can be corrected by adjusting the shape, material, and arrangement of the nanostructure of the thin lens.

도 1은 굴절률 방식의 광학 렌즈들을 이용한 촬상 광학계를 나타낸 도면이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 촬상 광학계를 나타낸 도면이다.
도 3은 입사광이 제1 광학 소자를 통과하는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 광이 제2 광학 소자를 통과하는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 광이 제3 광학 소자를 통과하는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2 내지 도 5에서 나타낸 촬상 광학계(100)에서 전체 광 경로를 나타낸 도면이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 촬상 광학계를 나타낸 도면이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 촬상 광학계를 나타낸 도면이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 촬상 광학계를 나타낸 도면이다.
도 10은 이상에서 설명한 박형 렌즈를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에서 나타낸 제1 광학 소자의 표면 중 일부를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 10에서 나타낸 제1 광학 소자의 표면의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른 촬상 광학계를 나타낸 도면이다.
도 14는 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서를 나타낸 도면이다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing an imaging optical system using refractive index optical lenses.
Figure 2 is a diagram showing an imaging optical system according to an exemplary embodiment.
Figure 3 is a diagram illustrating incident light passing through a first optical element.
Figure 4 is a diagram illustrating light passing through a second optical element.
Figure 5 is a diagram illustrating light passing through a third optical element.
FIG. 6 is a diagram showing the entire optical path in the imaging optical system 100 shown in FIGS. 2 to 5.
Figure 7 is a diagram showing an imaging optical system according to an exemplary embodiment.
Figure 8 is a diagram showing an imaging optical system according to an exemplary embodiment.
Figure 9 is a diagram showing an imaging optical system according to an exemplary embodiment.
Figure 10 is a diagram showing the thin lens described above.
FIG. 11 is a diagram showing a portion of the surface of the first optical element shown in FIG. 10.
FIG. 12 is a diagram showing another example of the surface of the first optical element shown in FIG. 10.
Figure 13 is a diagram showing an imaging optical system according to an exemplary embodiment.
Figure 14 is a diagram showing an image sensor according to an exemplary embodiment.
Figure 15 is a diagram showing an image sensor according to an exemplary embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. Meanwhile, the embodiments described below are merely illustrative, and various modifications are possible from these embodiments. Hereinafter, the term “above” or “above” may include not only what is directly above in contact but also what is above without contact.

도 1은 굴절률 방식의 광학 렌즈들(10, 20, 30, 40)을 이용한 촬상 장치를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing an imaging device using refractive index optical lenses 10, 20, 30, and 40.

도 1을 참조하면, 일반적인 촬상 장치는 복수의 광학 렌즈를(10, 20, 30, 40)을 포함할 수 있다. 광학 렌즈들(10, 20, 30, 40)은 렌즈 밖 매질과 다른 굴절률의 물질로 구성될 수 있다. 광학 렌즈들(10, 20, 30, 40)의 굴절률, 표면의 곡률을 다르게 함으로써 광학 렌즈들(10, 20, 30, 40)을 통과하는 빛의 경로를 조절할 수 있다. 또한, 광학 렌즈들(10, 20, 30, 40)의 모양과 광학 렌즈들(10, 20, 30, 40) 사이의 간격을 적절히 조절함으로써 촬상 장치를 통과한 광이 촬상면(S1)에 집광점을 형성하도록 할 수 있다. Referring to FIG. 1, a general imaging device may include a plurality of optical lenses 10, 20, 30, and 40. The optical lenses 10, 20, 30, and 40 may be made of a material with a refractive index different from the medium outside the lens. The path of light passing through the optical lenses 10, 20, 30, and 40 can be adjusted by varying the refractive index and surface curvature of the optical lenses 10, 20, 30, and 40. In addition, by appropriately adjusting the shape of the optical lenses 10, 20, 30, and 40 and the spacing between the optical lenses 10, 20, 30, and 40, the light passing through the imaging device is focused on the imaging surface S1. can be formed.

그런데, 굴절률 방식의 광학 렌즈는 광의 파장에 따라 굴절률이 다르기 때문에 색수차(chromatic aberration)를 발생시킬 수 있다. 또한, 광학 렌즈를 통과한 광들이 형성하는 집광점들은 이미징되는 빛의 초점이 맺히는 형태가 왜곡되는 기하수차를 가질 수 있다. 예를 들어, 초점이 맺히는 면이 평면이 아닌 곡면을 형성하는 기하수차가 field of curvature 발생할 수 있다.However, refractive index type optical lenses may generate chromatic aberration because the refractive index varies depending on the wavelength of light. Additionally, condensing points formed by light passing through an optical lens may have geometric aberration that distorts the shape in which the imaged light is focused. For example, a geometric aberration may occur where the surface in focus forms a curved surface rather than a flat surface.

색수차와 기하수차를 제어하기 위해, 여러 형태의 렌즈들을 복합해서 촬상 장치를 설계할 수 있다. 하지만, 이 경우 복잡한 모양의 광학 렌즈들이 촬상 장치에 포함되면서 촬상 장치의 두께가 커질 수 있다. 또한, 촬상 장치의 전체 두께를 줄이려고 하면, 각 렌즈들의 직경 대비 두께가 커지는 (즉, F 수(f-number)가 줄어드는) 문제점이 있을 수 있다. 여기서 F 수는 렌즈의 초점거리를 렌즈직경으로 나눈 수로써 렌즈의 밝기를 나타낼 수 있다. 따라서, 개별 렌즈들의 두께 증가로 인해 촬상 장치의 전체 두께를 줄이는데는 제약이 있게 된다.To control chromatic and geometric aberrations, an imaging device can be designed by combining various types of lenses. However, in this case, the thickness of the imaging device may increase as optical lenses of complex shapes are included in the imaging device. Additionally, if an attempt is made to reduce the overall thickness of the imaging device, there may be a problem in that the thickness of each lens increases compared to the diameter (i.e., the F-number decreases). Here, the F number is the focal length of the lens divided by the lens diameter, which can represent the brightness of the lens. Therefore, there are limitations in reducing the overall thickness of the imaging device due to an increase in the thickness of individual lenses.

촬영장치의 소형화를 위해, 촬상 장치의 두께를 줄이면서 이를 구성하는 개별 렌즈의 F 수를 일정 크기 이하로 낮춰야 한다. 이는 기존 굴절률 방식의 렌즈로는 한계가 있기에, 새로운 박형 렌즈를 도입하여 해결 할 수 있다. In order to miniaturize the imaging device, the thickness of the imaging device must be reduced while the F number of the individual lenses that make up the imaging device must be lowered below a certain size. This problem can be solved by introducing a new thin lens, as there are limitations with existing refractive index lenses.

도 2는 예시적인 실시예에 따른 촬상 장치를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing an imaging device according to an exemplary embodiment.

도 2를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 촬상 장치(100)는 입사광의 입사각도에 따라 상기 입사광을 다른 위치로 집광하는 제1 광학 소자(110)와, 제1 광학 소자(110)를 통과한 광이 입사되는 것으로 위치에 따라 다른 초점거리로 상기 제1 광학 소자(110)를 통과한 광을 집광하는 제2 광학 소자(120) 및 제2 광학소자(120)를 통과한 광이 입사되는 것으로 상기 제2 광학 소자(120)를 통과한 광이 소정의 촬상면(S1) 상에 집광점을 형성하도록 하는 제3 광학소자(130)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the imaging device 100 according to an exemplary embodiment includes a first optical element 110 that focuses incident light to different positions depending on the incident angle of the incident light, and passes through the first optical element 110. When one light is incident, the second optical element 120 collects the light passing through the first optical element 110 at different focal lengths depending on the position, and the light passing through the second optical element 120 is incident. It may include a third optical element 130 that allows light passing through the second optical element 120 to form a condensed point on a predetermined imaging surface S1.

제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130) 중 적어도 하나는 표면에 복수의 나노 구조체(112, 122, 132)를 포함하는 박형 렌즈일 수 있다. 여기서 박형 렌즈란 기존의 광학 렌즈와 같이 렌즈의 구조에 의해 렌즈를 통과한 광의 경로가 결정되는 것이 아닌 박형 렌즈 표면에 마련된 나노 구조체들(112, 122, 132)별로 생기는 고유의 투과 빛의 위상 지연 및 그 분포를 조절하여 광의 경로를 변경하는 방식의 광학 소자를 의미한다. 따라서, 박형 렌즈는 광학 렌즈와 달리 두께에 대한 제한이 적을 수 있으며 얇게 설계될 수 있다.At least one of the first to third optical elements 110, 120, and 130 may be a thin lens including a plurality of nanostructures 112, 122, and 132 on its surface. Here, the thin lens refers to the inherent phase delay of transmitted light that occurs for each nanostructure (112, 122, 132) provided on the surface of the thin lens, rather than the path of light passing through the lens being determined by the structure of the lens like a conventional optical lens. and an optical element that changes the path of light by controlling its distribution. Therefore, unlike optical lenses, thin lenses may have fewer limitations on thickness and may be designed to be thin.

주변 대비 굴절률이 충분히 높은 나노 구조체들(112, 122, 132)은 각기 그 모양과 구성 물질에 따라 소정의 투과율 및 투과 위상을 가질 수 있다. 나노 구조체에 입사하는 빛은 나노구조체의 하나 이상의 도파로 모드들로 커플링(coupling)되면서 나노구조체 안에서 공진하게 된다. 이러한 도파모드들로 구성된 공진 특성이 상호 간섭하여, 나노구조체에서 투과 혹은 반사하여 나오는 빛들의 세기 및 위상을 디자인 할 수 있다. 원하는 광학 소자(박형 렌즈)를 만들고자 할 경우에는, 해당 소자가 가져야 하는 투과 위상 및 세기 분포(예를 들어, 수렴 혹은 발산하는 파면 형태)에 맞게 이러한 나노구조체들의 형태를 변화시키면서 배열시키면 된다. The nanostructures 112, 122, and 132, which have a sufficiently high refractive index compared to their surroundings, may have a predetermined transmittance and transmission phase depending on their shape and constituent materials. Light incident on the nanostructure is coupled to one or more waveguide modes of the nanostructure and resonates within the nanostructure. The resonance characteristics of these waveguide modes interfere with each other, making it possible to design the intensity and phase of light transmitted or reflected from the nanostructure. If you want to make a desired optical device (thin lens), you can arrange these nanostructures by changing their shape to suit the transmission phase and intensity distribution (for example, converging or diverging wavefront shape) that the device should have.

도 2에서는 광학 소자들(110, 120, 130)에서 촬상면(S1)과 마주보는 면에 나노 구조체(112, 122, 132)들이 마련된 예를 나타냈지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 나노 구조체들은 광학 소자들(110, 120, 130)에서 광이 입사하는 면에 마련될 수도 있다. 다른 예로, 나노 구조체들(112, 122, 132)은 광학 소자들(110, 120, 130)의 양면에 모두 마련되어 있을 수도 있다.Although FIG. 2 shows an example in which nanostructures 112, 122, and 132 are provided on the surface of the optical elements 110, 120, and 130 facing the imaging surface S1, the embodiment is not limited thereto. For example, nanostructures may be provided on the surfaces of the optical elements 110, 120, and 130 where light enters. As another example, the nanostructures 112, 122, and 132 may be provided on both sides of the optical elements 110, 120, and 130.

또한, 도 2에서는 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)가 모두 박형 렌즈인 예를 나타냈지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130) 가운데 하나 또는 둘만 박형 렌즈로 설계되고 나머지는 광학 렌즈로 설계될 수도 있다.In addition, FIG. 2 shows an example in which the first to third optical elements 110, 120, and 130 are all thin lenses, but the embodiment is not limited thereto. For example, only one or two of the first to third optical elements 110, 120, and 130 may be designed as thin lenses, and the rest may be designed as optical lenses.

제1 광학 소자(110)에는 물체(미도시)로부터 반사된 광이 입사광으로서 입사될 수 있다. 도 3은 입사광이 제1 광학 소자(110)를 통과하는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.Light reflected from an object (not shown) may be incident on the first optical element 110 as incident light. FIG. 3 is a diagram illustrating incident light passing through the first optical element 110.

도 3을 참조하면, 제1 광학 소자(110)는 입사광의 입사 각도에 따라 입사광을 서로 다른 위치로 집광할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)의 배열방향에 평행하게 입사한 제2 입사광(L21)은 제2 광학 소자(120)의 중심을 향해 집광될 수 있다. 반면, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)의 배열방향에 비스듬하게 입사한 제1 입사광(L11)은 제2 광학 소자(120)의 가장자리를 향해 집광될 수 있다. 제1 광학 소자(110)는 입사광의 진행방향을 변경하기 위해, 표면에 복수의 나노 구조체(112)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the first optical element 110 may focus incident light at different positions depending on the incident angle of the incident light. For example, the second incident light L21 incident parallel to the arrangement direction of the first to third optical elements 110, 120, and 130 may be focused toward the center of the second optical element 120. On the other hand, the first incident light L11 incident obliquely in the arrangement direction of the first to third optical elements 110, 120, and 130 may be focused toward the edge of the second optical element 120. The first optical element 110 may include a plurality of nanostructures 112 on its surface to change the direction of incident light.

나노 구조체들(112)은 제1 광학 소자(110)의 촬상면(S1)과 마주보는 면에 마련될 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 예로 나노 구조체들(112)은 물체로부터 반사된 입사광이 입사하는 면에 마련될 수도 있다. 또한, 나노 구조체들(112)은 제1 광학 소자(110)의 양면 모두에 마련될 수도 있다.The nanostructures 112 may be provided on the surface of the first optical element 110 facing the imaging surface S1. However, the embodiment is not limited thereto. As another example, the nanostructures 112 may be provided on a surface where incident light reflected from an object is incident. Additionally, nanostructures 112 may be provided on both sides of the first optical element 110.

제1 광학 소자(110)의 표면에 마련된 나노 구조체들(112)은 제1 광학 소자(110)가 양(+)의 굴절력을 가지는 렌즈와 같은 기능을 수행하도록 설계될 수 있다. 나노 구조체들(112)의 모양과 높이, 간격 등을 조절함으로써, 제1 광학 소자(110)가 양(+)의 굴절력을 가지는 렌즈와 같이 광의 경로를 변경하도록 할 수 있다. 제1 광학 소자(110)가 양(+)의 굴절력을 가짐으로써, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)의 배열방향에 비스듬하게 입사한 제2 입사광(L21)은 제2 광학 소자(120)의 가장자리로 집광될 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)의 배열방향에 평행하게 입사한 제1 입사광(L11)은 제2 광학 소자(120)의 중심을 향해 집광될 수 있다.The nanostructures 112 provided on the surface of the first optical element 110 may be designed so that the first optical element 110 functions like a lens with positive (+) refractive power. By adjusting the shape, height, and spacing of the nanostructures 112, the first optical element 110 can change the path of light like a lens with positive refractive power. Since the first optical element 110 has a positive refractive power, the second incident light L21 incident obliquely in the arrangement direction of the first to third optical elements 110, 120, and 130 is transmitted to the second optical element 110. Light may be concentrated at the edge of the device 120. Additionally, the first incident light L11 incident parallel to the arrangement direction of the first to third optical elements 110, 120, and 130 may be focused toward the center of the second optical element 120.

제1 광학 소자(110)를 통과한 광은 제2 광학 소자(120)에 입사될 수 있다. 제2 광학 소자(120)는 광이 입사되는 위치에 따라 다른 초점 거리로 광을 집광할 수 있다. Light passing through the first optical element 110 may be incident on the second optical element 120. The second optical element 120 may focus light at a different focal distance depending on the position at which the light is incident.

도 4는 광이 제2 광학 소자(120)를 통과하는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating light passing through the second optical element 120.

도 4를 참조하면, 제2 광학 소자(120)는 광의 입사 위치에 따라 광을 다른 초점거리로 집광할 수 있다. 예를 들어, 제2 광학 소자(120)의 중심을 향해 입사된 제2 광(L22)은 비교적 짧은 초점거리로 집광될 수 있다. 반면, 제2 광학 소자(120)의 가장자리를 향해 입사된 제1 광(L12)은 비교적 긴 초점거리로 집광될 수 있다. 제2 광학 소자(120)가 가장자리에 입사된 광을 더 긴 초점 거리로 집광함으로써, 입사각에 따른 광 경로 차이를 보상해줄 수 있다. 제2 광학 소자(120)는 입사광의 진행방향을 변경하기 위해, 표면에 복수의 나노 구조체(122)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the second optical element 120 may focus light at a different focal length depending on the incident position of the light. For example, the second light L22 incident toward the center of the second optical element 120 may be focused at a relatively short focal length. On the other hand, the first light L12 incident toward the edge of the second optical element 120 may be focused at a relatively long focal length. The second optical element 120 can compensate for the difference in the optical path depending on the angle of incidence by concentrating the light incident on the edge to a longer focal distance. The second optical element 120 may include a plurality of nanostructures 122 on its surface to change the direction of incident light.

나노 구조체들(122)은 제2 광학 소자(120)의 촬상면(S1)과 마주보는 면에 마련될 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 예로 나노 구조체들(122)은 제2 광학 소자(120)에서 광이 입사하는 면에 마련될 수도 있다. 또한, 나노 구조체들(122)은 제2 광학 소자(120)의 양면 모두에 마련될 수도 있다.The nanostructures 122 may be provided on the side facing the imaging surface S1 of the second optical element 120. However, the embodiment is not limited thereto. As another example, the nanostructures 122 may be provided on the surface of the second optical element 120 where light enters. Additionally, nanostructures 122 may be provided on both sides of the second optical element 120.

제2 광학 소자(120)의 표면에 마련된 나노 구조체들(122)은 제2 광학 소자(120)가 음(-)의 굴절력을 가지는 렌즈와 같은 기능을 수행하도록 설계될 수 있다. 나노 구조체들(122)의 모양과 높이, 간격 등을 조절함으로써, 제2 광학 소자(120)가 음(-)의 굴절력을 가지는 렌즈와 같이 광의 경로를 변경하도록 할 수 있다. 제2 광학 소자(120)가 음(-)의 굴절력을 가짐으로써, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)의 배열방향에 비스듬하게 입사한 제1 입사광(L12)은 비교적 긴 초점거리로 집광될 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)의 배열방향에 평행하게 입사한 제2 입사광(L22)은 비교적 짧은 초점거리로 집광될 수 있다.The nanostructures 122 provided on the surface of the second optical element 120 may be designed so that the second optical element 120 functions like a lens with negative (-) refractive power. By adjusting the shape, height, and spacing of the nanostructures 122, the second optical element 120 can change the path of light like a lens with negative refractive power. Since the second optical element 120 has negative refractive power, the first incident light L12 incident obliquely in the arrangement direction of the first to third optical elements 110, 120, and 130 has a relatively long focus. It can be concentrated on the street. Additionally, the second incident light L22 incident parallel to the arrangement direction of the first to third optical elements 110, 120, and 130 may be focused at a relatively short focal length.

제2 광학 소자(120)를 통과한 광은 제3 광학 소자(130)에 입사될 수 있다. 제3 광학 소자(130)는 제2 광학 소자(120)를 통과한 광의 경로를 변경하여 소정의 촬상면(S1) 상에 집광점이 형성되도록 할 수 있다. 이때 촬상면(S1)은 제3 광학 소자(130)와 소정의 간격을 두고 떨어진 임의의 면일 수 있다. 촬상면(S1)의 모양은 평면일 수 있지만 이에 한정되지 않으며 임의의 곡면일 수도 있다.Light passing through the second optical element 120 may be incident on the third optical element 130. The third optical element 130 may change the path of light passing through the second optical element 120 so that a light condensing point is formed on a predetermined imaging surface S1. At this time, the imaging surface S1 may be any surface spaced apart from the third optical element 130 at a predetermined distance. The shape of the imaging surface S1 may be flat, but is not limited to this and may be an arbitrary curved surface.

도 5는 광이 제3 광학 소자(130)를 통과하는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating light passing through the third optical element 130.

도 5를 참조하면, 제3 광학 소자(120)는 제3 광학 소자(130)에 입사된 광들이 촬상면(S1)에 집광점을 형성하도록 할 수 있다. 이때, 예시적으로 제3 광학 소자(120)는 제3 광학 소자(130)를 통과한 광 들이 촬상면(S1)에 수직으로 입사되도록 광의 경로를 변경할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 예로 제3 광학 소자(130)의 위치 별로 통과한 광들이 촬상면(S1)에 입사하는 각도가 달라질 수도 있다.Referring to FIG. 5 , the third optical element 120 may cause light incident on the third optical element 130 to form a convergence point on the imaging surface S1. At this time, by way of example, the third optical element 120 may change the path of light so that the light passing through the third optical element 130 is incident perpendicularly to the imaging surface S1. However, the embodiment is not limited thereto. As another example, the angle at which light passing through the third optical element 130 is incident on the imaging surface S1 may vary depending on the position of the third optical element 130.

예시적으로, 제3 광학 소자(130)는 가장자리로 갈수록 초점거리가 짧은 투과 위상 분포를 가지게 만들어질 수 있다. 즉, 제3 광학 소자(130)의 가장 자리에 입사된 제1 광(L13)는 비교적 짧은 초점거리의 투과 위상분포를 이용하여 집광이 될 수 있다. 반면 제3 광학 소자(130)의 중심에 입사된 제2 광(L23)은 비교적 긴 초점거리의 투과 위상분포로 집광될 수 있다. 제3 광학 소자(130)가 위치 별로 다른 초점거리로 광을 집광함으로써, 제3 광학 소자(130)를 통과한 광들이 촬상면(S1) 상에 집광점을 형성할 수 있다. 제3 광학 소자(130)는 입사광의 진행방향을 변경하기 위해, 표면에 복수의 나노 구조체(132)를 포함할 수 있다. As an example, the third optical element 130 may be made to have a transmission phase distribution with a shorter focal length toward the edge. That is, the first light L13 incident on the edge of the third optical element 130 can be collected using a transmission phase distribution with a relatively short focal length. On the other hand, the second light L23 incident on the center of the third optical element 130 may be focused with a transmission phase distribution of a relatively long focal length. As the third optical element 130 condenses light at different focal lengths for each position, the light passing through the third optical element 130 may form a condensing point on the imaging surface S1. The third optical element 130 may include a plurality of nanostructures 132 on its surface to change the direction of incident light.

나노 구조체들(132)은 제3 광학 소자(130)의 촬상면(S1)과 마주보는 면에 마련될 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 예로 나노 구조체들(132)은 제3 광학 소자(130)에서 광이 입사하는 면에 마련될 수도 있다. 또한, 나노 구조체들(132)은 제3 광학 소자(130)의 양면 모두에 마련될 수도 있다.The nanostructures 132 may be provided on the side facing the imaging surface S1 of the third optical element 130. However, the embodiment is not limited thereto. As another example, the nanostructures 132 may be provided on the surface of the third optical element 130 where light enters. Additionally, nanostructures 132 may be provided on both sides of the third optical element 130.

제3 광학 소자(130)의 표면에 마련된 나노 구조체들(132)은 제3 광학 소자(120)가 양(+)의 굴절력을 가지는 렌즈와 같은 기능을 수행하도록 설계될 수 있다. 나노 구조체들(132)의 모양과 높이, 간격 등을 조절함으로써, 제3 광학 소자(130)가 양(+)의 굴절력을 가지는 렌즈와 같이 광의 경로를 변경하도록 할 수 있다. 제3 광학 소자(130)가 양(+)의 굴절력을 가짐으로써, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)의 배열방향에 비스듬하게 입사한 제1 입사광(L13)은 비교적 짧은 초점거리로 집광될 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)의 배열방향에 평행하게 입사한 제2 입사광(L23)은 비교적 긴 초점거리로 집광될 수 있다.The nanostructures 132 provided on the surface of the third optical element 130 may be designed so that the third optical element 120 functions like a lens with positive (+) refractive power. By adjusting the shape, height, and spacing of the nanostructures 132, the third optical element 130 can change the path of light like a lens with positive refractive power. Since the third optical element 130 has positive refractive power, the first incident light L13 incident obliquely in the arrangement direction of the first to third optical elements 110, 120, and 130 has a relatively short focus. It can be concentrated on the street. Additionally, the second incident light L23 incident parallel to the arrangement direction of the first to third optical elements 110, 120, and 130 may be focused at a relatively long focal length.

도 6은 도 2 내지 도 5에서 나타낸 촬상 장치(100)에서 전체 광 경로를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram showing the entire optical path in the imaging device 100 shown in FIGS. 2 to 5.

도 6을 참조하면, 입사광의 입사 각도에 관계없이, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)를 거치면서 광들의 집광점이 촬상면(S1)에 형성될 수 있다. 또한, 입사광의 입사각도에 따라 촬상면(S1)에서 집광점을 형성하는 위치가 달라질 수 있다. 따라서, 촬상면(S1)에서 각 위치 좌표별로 복수의 수광 유닛을 구비하면, 수광 유닛 각각이 픽셀로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 6 , regardless of the incident angle of the incident light, a convergence point of light may be formed on the imaging surface S1 while passing through the first to third optical elements 110, 120, and 130. Additionally, the position where the light condensing point is formed on the imaging surface S1 may vary depending on the incident angle of the incident light. Therefore, if a plurality of light-receiving units are provided for each position coordinate on the imaging surface S1, each light-receiving unit can be implemented as a pixel.

제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)는 광의 경로를 변경함에 있어서, 상호간 색수차와 기하수차를 상쇄시켜주도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)에 포함된 나노 구조체들(112, 122, 132)의 모양과 단면적, 높이, 물질구성, 간격 등이 적절히 조절될 수 있다. The first to third optical elements 110, 120, and 130 may be designed to cancel out chromatic aberration and geometric aberration when changing the path of light. To this end, the shape, cross-sectional area, height, material composition, spacing, etc. of the nanostructures 112, 122, and 132 included in the first to third optical elements 110, 120, and 130 can be appropriately adjusted.

도 2 내지 도 6에서는 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)가 모두 나노 구조체(112, 122, 132)를 포함하는 박형 렌즈인 경우를 나타냈다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130) 가운데 어느 둘만 박형 렌즈로 구현되고 나머지 하나는 굴절률 방식의 광학 렌즈로 구현될 수도 있다. 다른 예로, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130) 가운데 어느 하나만 박형 렌즈로 구현되고 나머지 둘이 굴절률 방식의 광학 렌즈로 구현될 수도 있다.2 to 6 illustrate the case where the first to third optical elements 110, 120, and 130 are all thin lenses including nanostructures 112, 122, and 132. However, the embodiment is not limited thereto. For example, only two of the first to third optical elements 110, 120, and 130 may be implemented as thin lenses, and the other may be implemented as a refractive index optical lens. As another example, only one of the first to third optical elements 110, 120, and 130 may be implemented as a thin lens, and the other two may be implemented as a refractive index type optical lens.

도 7은 예시적인 실시예에 따른 촬상 장치(100)를 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating an imaging device 100 according to an exemplary embodiment.

도 7을 참조하면, 제1 광학 소자(110')는 굴절률 방식의 광학 렌즈로 구현되고 제2 및 제3 광학 소자(120, 130)는 나노 구조체들(122, 132)을 포함하는 박형 렌즈로 구현될 수 있다. 제2 및 제3 광학 소자(120, 130)의 나노 구조체들(122, 132)은 제2 및 제3 광학 소자(120, 130)에서 발생하는 색수차를 최소화 시키도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 제2 및 제3 광학 소자(120, 130)에 포함된 나노 구조체들(122, 132)의 모양과 단면적, 높이, 물질구성, 간격 등이 적절히 조절될 수 있다.Referring to FIG. 7, the first optical element 110' is implemented as a refractive index optical lens, and the second and third optical elements 120 and 130 are thin lenses including nanostructures 122 and 132. It can be implemented. The nanostructures 122 and 132 of the second and third optical elements 120 and 130 may be designed to minimize chromatic aberration occurring in the second and third optical elements 120 and 130. To this end, the shape, cross-sectional area, height, material composition, spacing, etc. of the nanostructures 122 and 132 included in the second and third optical elements 120 and 130 can be appropriately adjusted.

제1 광학 소자(110)는 제2 및 제3 광학 소자(120, 130)에서 보정되지 못한 색수차 및 기하수차 중 적어도 하나를 보정하도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 제1 광학 소자(110)에 포함된 물질이 변경함으로써 제1 광학 소자(110)의 굴절률을 조절할 수 있다. 또한, 제1 광학 소자(110)의 표면 모양과 두께를 변경함으로써 제1 광학 소자(110)의 렌즈 특성이 조절될 수 있다.The first optical element 110 may be designed to correct at least one of chromatic aberration and geometric aberration that is not corrected in the second and third optical elements 120 and 130. To this end, the refractive index of the first optical element 110 can be adjusted by changing the material included in the first optical element 110. Additionally, the lens characteristics of the first optical element 110 can be adjusted by changing the surface shape and thickness of the first optical element 110.

도 8은 예시적인 실시예에 따른 촬상 장치(100)를 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating an imaging device 100 according to an exemplary embodiment.

도 8을 참조하면, 제1 광학 소자(110)는 나노 구조체들(112)을 포함하는 박형 렌즈로 구현되고, 제2 및 제3 광학 소자(120, 130)는 굴절률 방식의 광학 렌즈로 구현될 수 있다. 제1 광학 소자(110)의 나노 구조체들(112)은 제2 및 제3 광학 소자(120, 130)에서 발생하는 색수차 및 기하수차 중 적어도 하나를 상쇄시키도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 제1 광학 소자(110)에 포함된 나노 구조체들(112)의 모양과 단면적, 높이, 물질구성, 간격 등이 적절히 조절될 수 있다.Referring to FIG. 8, the first optical element 110 is implemented as a thin lens including nanostructures 112, and the second and third optical elements 120 and 130 are implemented as refractive index optical lenses. You can. The nanostructures 112 of the first optical element 110 may be designed to cancel at least one of chromatic aberration and geometric aberration occurring in the second and third optical elements 120 and 130. To this end, the shape, cross-sectional area, height, material composition, spacing, etc. of the nanostructures 112 included in the first optical element 110 can be appropriately adjusted.

도 8에서는 제1 광학 소자(110)가 제2 광학 소자(120)와 분리되어 있는 예를 나타냈다. 하지만, 제1 광학 소자(110)는 박형 렌즈로 구현되어 표면 모양에 제한이 없으므로 제2 광학 소자(120)와 일체형으로 마련될 수도 있다.Figure 8 shows an example in which the first optical element 110 is separated from the second optical element 120. However, since the first optical element 110 is implemented as a thin lens and there is no limit to the surface shape, it may be provided integrally with the second optical element 120.

도 9는 예시적인 실시예에 따른 촬상 장치(100)를 나타낸 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating an imaging device 100 according to an exemplary embodiment.

도 9를 참조하면, 박형 렌즈로 구현된 제1 광학 소자(110)는 제2 광학 소자(120)의 표면에 마련될 수도 있다. 도 9에서는 제1 광학 소자(110)가 제2 광학 소자(120)에서 광이 입사되는 표면에 마련된 예를 나타냈지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 광학 소자(110)는 제2 광학 소자(120)에서 촬상면(S1)과 마주보는 면에 마련될 수도 있다. Referring to FIG. 9, the first optical element 110 implemented as a thin lens may be provided on the surface of the second optical element 120. Although FIG. 9 shows an example in which the first optical element 110 is provided on the surface where light is incident from the second optical element 120, the embodiment is not limited thereto. For example, the first optical element 110 may be provided on a side of the second optical element 120 that faces the imaging surface S1.

도 9에서와 같이, 제1 광학 소자(110)를 제2 광학 소자(120)의 표면에 배치하면, 제1 광학 소자(110)와 제2 광학 소자(120) 사이의 간격이 사라지므로 촬상 장치(100)의 크기를 줄일 수 있다.As shown in FIG. 9, when the first optical element 110 is placed on the surface of the second optical element 120, the gap between the first optical element 110 and the second optical element 120 disappears, so that the imaging device The size of (100) can be reduced.

도 10은 이상에서 설명한 박형 렌즈를 나타낸 도면이다.Figure 10 is a diagram showing the thin lens described above.

도 10에서는 예시적으로 도 2 내지 도 6에서 나타낸 제1 광학 소자(110)를 예로 들어 설명한다.In FIG. 10 , the first optical element 110 shown in FIGS. 2 to 6 will be described as an example.

도 10을 참조하면, 박형 렌즈로 구현된 제1 광학 소자(110)는 복수의 나노 구조체(112)와 나노 구조체들(112)이 배열되는 기판(114)을 포함할 수 있다. 기판(114)은 나노 구조체들(112)의 형성을 위한 지지부가 될 수 있다. 또한 나노 구조체들을 둘러싸는 물질층을 추가할 수 도 있다. 도 10은 나노 구조체들(112)을 개념적으로 나타낸 것에 불과하며, 실제 나노 구조체들(112)의 크기 및 숫자는 도면에 나타낸 것과 다를 수 있다. Referring to FIG. 10 , the first optical element 110 implemented as a thin lens may include a plurality of nanostructures 112 and a substrate 114 on which the nanostructures 112 are arranged. The substrate 114 may serve as a support for forming nanostructures 112. Additionally, a layer of material surrounding the nanostructures can be added. FIG. 10 merely conceptually illustrates the nanostructures 112, and the actual size and number of nanostructures 112 may differ from those shown in the drawing.

도 10에서 S2 표면을 확대하여 나타낸 것을 참조하면, 나노 구조체들(112)의 형상, 물질, 배열 모양 등은 제1 광학 소자(110)의 위치 별로 달라질 수 있다. 제1 광학 소자(110) 에서 위치 별로 나노 구조체들(112)의 형상, 물질, 배열 모양 등이 달라짐에 따라, 제1 광학 소자(110)의 위치 별로 광의 투과 위상 분포를 조절하여 투과 빛의 진행방향을 다르게 조절할 수 있다.Referring to the enlarged view of the surface S2 in FIG. 10, the shape, material, arrangement, etc. of the nanostructures 112 may vary depending on the position of the first optical element 110. As the shape, material, and arrangement of the nanostructures 112 vary depending on the location in the first optical element 110, the transmission phase distribution of light is adjusted for each location of the first optical element 110 to advance the transmitted light. The direction can be adjusted differently.

도 11은 도 10에서 나타낸 제1 광학 소자(110)의 표면 중 일부를 나타낸 도면이다.FIG. 11 is a diagram showing a portion of the surface of the first optical element 110 shown in FIG. 10.

도 11을 참조하면, 기판(114) 상에 원기둥 형상의 나노 구조체들(112)이 배열되어 있을 수 있다. 도 11에서는 예시적으로, 나노 구조체들(112)이 원기둥 형상을 가지는 예를 나타냈지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 나노 구조체들(112)은 다면체 기둥, 원기둥, 타원 기둥 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한 나노 구조체들(112)은 단면이 'L'모양인 기둥 형상을 가질 수도 있다.Referring to FIG. 11, cylindrical nanostructures 112 may be arranged on the substrate 114. Although FIG. 11 illustrates an example in which the nanostructures 112 have a cylindrical shape, the embodiment is not limited thereto. For example, the nanostructures 112 may have various shapes such as polyhedral pillars, cylinders, and elliptical pillars. Additionally, the nanostructures 112 may have a pillar shape with an 'L' shaped cross section.

나노 구조체들(112)의 형상은 특정방향으로 대칭성이 없을 수도 있다. 예를 들어, 나노 구조체들(112)의 단면은 타원과 같이 수평방향으로 대칭성이 없는 모양일 수 있다. 또한, 나노 구조체들(112)의 단면이 높이에 따라 달라짐으로써, 나노 구조체들(112)의 형상이 높이에 대해 대칭성을 가지지 않을 수도 있다.The shape of the nanostructures 112 may not be symmetrical in a specific direction. For example, the cross section of the nanostructures 112 may have a shape without horizontal symmetry, such as an ellipse. Additionally, since the cross-section of the nanostructures 112 varies depending on the height, the shape of the nanostructures 112 may not have symmetry with respect to the height.

나노 구조체들(112)에 포함된 물질의 굴절률은 기판(114) 및 그 주변부의 물질의 굴절률 보다 높을 수 있다 (예를 들어 굴절률이 1.5 이상 더 큼). 따라서, 기판(114)은 상대적으로 저 굴절률 물질을 포함하고 나노 구조체들(112)은 상대적으로 고 굴절률 물질을 포함할 수 있다. The refractive index of the material included in the nanostructures 112 may be higher than the refractive index of the material of the substrate 114 and its surroundings (for example, the refractive index is 1.5 or more greater). Accordingly, the substrate 114 may include a relatively low refractive index material and the nanostructures 112 may include a relatively high refractive index material.

예를 들어, 나노 구조체들(112)은 결정질 실리콘(Crystalline silicon; c-Si), 다결정 실리콘(Poly Si), 비정질 실리콘(Amorphous Si), Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 예시적으로 기판(114)은 PMMA와 같은 폴리머, 플라스틱, SiO2 (glass 혹은 Quartz) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.For example, the nanostructures 112 include crystalline silicon (c-Si), polycrystalline silicon (Poly Si), amorphous silicon (Amorphous Si), Si 3 N 4 , GaP, TiO 2 , AlSb, AlAs, It may include at least one of AlGaAs, AlGaInP, BP, and ZnGeP2. Additionally, by way of example, the substrate 114 may include any one of polymer such as PMMA, plastic, SiO 2 (glass or quartz).

제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130)는 입사광의 파장에 따라 광의 방향을 다르게 변경할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 촬상 장치(100)는 소정의 파장 영역을 가지는 입사광에 대해서만 촬상면(S1)에 집광점이 형성되도록 할 수 있다. 입사광의 파장영역 가운데 촬상 장치(100)가 촬상면(S1)에 집광점을 형성하는 파장을 작동파장 이라고 한다. 상기 작동파장은 예시적으로 적색광(red light)의 파장(대략 650nm), 청색광(blue light)의 파장(대략 475nm), 녹색광의 파장(대략 510nm)을 포함할 수 있다. 또한, 작동파장은 적외선 영역의 파장(대략 800nm 내지 900nm)를 포함할 수도 있다. 상기 수치들은 예시적인 것에 불과하며 촬상 장치(100)의 작동 파장은 다르게 설정될 수도 있다.The first to third optical elements 110, 120, and 130 may change the direction of light differently depending on the wavelength of incident light. Accordingly, the imaging device 100 according to the embodiment can form a condensing point on the imaging surface S1 only for incident light having a predetermined wavelength range. Among the wavelength ranges of incident light, the wavelength at which the imaging device 100 forms a condensing point on the imaging surface S1 is called the operating wavelength. The operating wavelength may exemplarily include a wavelength of red light (approximately 650 nm), a wavelength of blue light (approximately 475 nm), and a wavelength of green light (approximately 510 nm). Additionally, the operating wavelength may include a wavelength in the infrared region (approximately 800 nm to 900 nm). The above values are merely examples, and the operating wavelength of the imaging device 100 may be set differently.

작동파장이 정해지면, 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130) 또한 상기 작동파장에 대응하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제 3 광학 소자(110, 120, 130)에 포함될 수 있는 나노 구조들(112, 122, 132)의 세부 형상(배열 간격, 단면 모양, 높이 등), 물질 등이 상기 작동 파장에 대응되도록 결정될 수 있다.Once the operating wavelength is determined, the first to third optical elements 110, 120, and 130 may also be designed to correspond to the operating wavelength. For example, the detailed shapes (arrangement spacing, cross-sectional shape, height, etc.) and materials of the nanostructures 112, 122, and 132 that may be included in the first to third optical elements 110, 120, and 130 are as described above. It can be determined to correspond to the operating wavelength.

다시 도 11을 참조하면, 나노 구조체들(112) 사이의 간격(T)은 찰상 광학계(100)의 작동파장 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체들(112) 사이의 간격(T)는 촬상 장치(100)의 작동파장보다 3/4 또는 2/3 이하일 수 있고 또는 작동파장의 절반 이하일 수 있다. 또한, 나노 구조체들(112)의 높이(h)도 작동파장 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체들(112)의 높이(h)는 작동파장의 2/3 이하일 수 있다.Referring again to FIG. 11 , the spacing (T) between the nanostructures 112 may be smaller than the operating wavelength of the scratch optical system 100. For example, the spacing T between the nanostructures 112 may be 3/4 or 2/3 or less than the operating wavelength of the imaging device 100, or may be less than half of the operating wavelength. Additionally, the height (h) of the nanostructures 112 may also be smaller than the operating wavelength. For example, the height (h) of the nanostructures 112 may be less than 2/3 of the operating wavelength.

도 12는 도 10에서 나타낸 제1 광학 소자(110)의 표면의 다른 예를 나타낸 도면이다.FIG. 12 is a diagram showing another example of the surface of the first optical element 110 shown in FIG. 10.

도 12를 참조하면, 기판(114) 상에 직육면체 형상의 나노 구조체들(112)이 배열되어 있을 수 있다. 도 12에서는 예시적으로, 나노 구조체들(112)이 직육면체 형상을 가지는 예를 나타냈지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 나노 구조체들(112)은 다면체 기둥, 원기둥, 타원 기둥 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한 나노 구조체들(112)은 단면이 'L'모양인 기둥 형상을 가질 수도 있다.Referring to FIG. 12, rectangular parallelepiped-shaped nanostructures 112 may be arranged on the substrate 114. Although FIG. 12 illustrates an example in which the nanostructures 112 have a rectangular parallelepiped shape, the embodiment is not limited thereto. For example, the nanostructures 112 may have various shapes such as polyhedral pillars, cylinders, and elliptical pillars. Additionally, the nanostructures 112 may have a pillar shape with an 'L' shaped cross section.

나노 구조체들(112)의 높이, 간격 등은 촬상 장치(100)의 작동 파장에 따라 달라질 수 있다. 나노 구조체들(112) 사이의 간격(T)은 찰상 광학계(100)의 작동파장 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체들(112) 사이의 간격(T)는 촬상 장치(100)의 작동파장보다 3/4 또는 2/3 이하일 수 있고 또는 작동파장의 절반 이하일 수 있다. 또한, 나노 구조체들(112)의 높이(h)도 작동파장 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체들(112)의 높이(h)는 작동파장의 2/3 이하일 수 있다.The height, spacing, etc. of the nanostructures 112 may vary depending on the operating wavelength of the imaging device 100. The spacing (T) between the nanostructures 112 may be smaller than the operating wavelength of the scratch optical system 100. For example, the spacing T between the nanostructures 112 may be 3/4 or 2/3 or less than the operating wavelength of the imaging device 100, or may be less than half of the operating wavelength. Additionally, the height (h) of the nanostructures 112 may also be smaller than the operating wavelength. For example, the height (h) of the nanostructures 112 may be less than 2/3 of the operating wavelength.

이상에서 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 기판(114) 및 나노 구조체들(112)에 관한 실시예들은 제2 및 제3 광학 소자(120, 130)에도 적용될 수 있다. 즉, 제2 및 제3 광학 소자(120, 130)가 박형 렌즈로 설계되는 경우, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 나노 구조체들(112)의 실시예가 제2 및 제3 광학 소자(120, 130)에 포함된 나노 구조체들(122, 132)에 적용될 수 있다.Embodiments regarding the substrate 114 and nanostructures 112 described above with reference to FIGS. 11 and 12 may also be applied to the second and third optical elements 120 and 130. That is, when the second and third optical elements 120 and 130 are designed as thin lenses, the embodiments of the nanostructures 112 described with reference to FIGS. 11 and 12 are used in the second and third optical elements 120 and 130. It can be applied to the nanostructures 122 and 132 included in 130).

도 13은 예시적인 실시예에 따른 촬상 장치(100)를 나타낸 도면이다.FIG. 13 is a diagram illustrating an imaging device 100 according to an exemplary embodiment.

도 13의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 내용과 중복되는 내용은 생략하기로 한다.In describing the embodiment of FIG. 13, content that overlaps with the above-described content will be omitted.

도 13을 참조하면, 실시예에 따른 촬상 장치(100)는 작동파장 외의 다른 파장 성분 광이 촬상면(S1)에 입사하는 것을 차단하는 광 필터(140)를 더 포함할 수 있다. 도 13에서는 예시적으로 광 필터(140)가 제3 광학 소자(130)와 촬상면(S1) 사이에 마련되는 예를 나타냈지만, 광 필터(140)의 위치가 이에 제한되는 것은 아니다. 광 필터(140)는 제2 광학 소자(120)와 제3 광학 소자 사이 또는 제1 광학 소자(110)와 제2 광학 소자(120) 사이에 마련될 수도 있다. 다른 예로, 광 필터(140)는 제1 광학 소자(110)의 입사면 앞에 마련되어 입사광에서 작동파장 성분의 광만 제1 광학 소자(110)로 입사되도록 할 수도 잇다.Referring to FIG. 13 , the imaging device 100 according to the embodiment may further include an optical filter 140 that blocks light of wavelength components other than the operating wavelength from entering the imaging surface S1. Although FIG. 13 illustrates an example in which the optical filter 140 is provided between the third optical element 130 and the imaging surface S1, the position of the optical filter 140 is not limited thereto. The optical filter 140 may be provided between the second optical element 120 and the third optical element or between the first optical element 110 and the second optical element 120. As another example, the optical filter 140 may be provided in front of the incident surface of the first optical element 110 so that only light of the operating wavelength component from the incident light is incident on the first optical element 110.

광 필터(140)는 광 필터(140)에 입사되는 광 가운데 촬상 장치(100)의 동작 파장을 제외한 나머지 파장 성분들을 흡수하거나 반사시킬 수 있다. 광 필터(140)를 이용하여, 촬상면(S1)에 작동파장 성분 외에 다른 파장 성분이 노이즈로 입사되는 것을 방지할 수 있다.The optical filter 140 may absorb or reflect wavelength components other than the operating wavelength of the imaging device 100 among the light incident on the optical filter 140. By using the optical filter 140, it is possible to prevent wavelength components other than the operating wavelength component from being incident on the imaging surface S1 as noise.

도 14는 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서(1000)를 나타낸 도면이다. FIG. 14 is a diagram illustrating an image sensor 1000 according to an exemplary embodiment.

도 14를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서(1000)는 촬상 장치(100)와 촬상 장치(100)에 대응하여 마련된 광 측정부(200)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 14 , the image sensor 1000 according to an exemplary embodiment may include an imaging device 100 and a light measurement unit 200 provided to correspond to the imaging device 100 .

도 14에서 나타낸 촬상 장치(100)에는 도 2 내지 도 13을 참조하여 설명한 실시예들이 모두 적용될 수 있다. 광 측정부(200)는 촬상 장치(100)의 촬상면(S1)에 마련되어 있을 수 있다. 광 측정부(200)는 촬상 장치(100)에 의해 집광된 광을 측정할 수 있다. 광 측정부(200)는 복수의 광 센서를 포함할 수 있다. 광 측정부(200)에 포함된 광 센서의 개수가 많을수록 광 측정부(200)를 통해 출력되는 이미지의 해상도가 높아질 수 있다. 광 센서는 CCD 또는 CMOS 등을 이용한 CIS(CMOS Image Sensor)의 pixel array일 수 있다. 혹은 포토다이오드(photodiode) 센서일 수도 있다.All embodiments described with reference to FIGS. 2 to 13 may be applied to the imaging device 100 shown in FIG. 14 . The light measurement unit 200 may be provided on the imaging surface S1 of the imaging device 100. The light measurement unit 200 can measure light collected by the imaging device 100. The light measuring unit 200 may include a plurality of light sensors. As the number of optical sensors included in the light measuring unit 200 increases, the resolution of the image output through the light measuring unit 200 may increase. The optical sensor may be a pixel array of CIS (CMOS Image Sensor) using CCD or CMOS. Or it could be a photodiode sensor.

도 15는 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서(1000)를 나타낸 도면이다.FIG. 15 is a diagram illustrating an image sensor 1000 according to an exemplary embodiment.

도 15를 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서(1000)는 복수의 촬상 장치(100a, 100b, 100c)를 포함할 수 있다. 복수의 촬상 장치(100a, 100b, 100c)중 적어도 둘 이상은 서로 다른 작동파장을 가질 수 있다. 즉, 복수의 촬상 장치(100a, 100b, 100c)중 적어도 둘 이상은 서로 다른 파장의 광을 촬상면(S1)에 집광할 수 있다. 또한, 복수의 촬상 장치(100a, 100b, 100c) 각각은 입사광에서 작동파장을 제외한 나머지 파장성분을 필터링 하는 광 필터를 포함하고 있을 수 있다.Referring to FIG. 15 , the image sensor 1000 according to an example embodiment may include a plurality of imaging devices 100a, 100b, and 100c. At least two of the plurality of imaging devices 100a, 100b, and 100c may have different operating wavelengths. That is, at least two of the plurality of imaging devices 100a, 100b, and 100c can focus light of different wavelengths onto the imaging surface S1. In addition, each of the plurality of imaging devices 100a, 100b, and 100c may include an optical filter that filters the remaining wavelength components of the incident light excluding the operating wavelength.

예를 들어, 제1 촬상 장치(100a)는 적색광을 집광하고, 제2 촬상 장치(100b)는 청색광을 집광하고, 제3 찰상 장치(100c)는 녹색광을 집광할 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것에 불과하며 촬상 장치들(100a, 100b, 100c)의 작동파장은 다르게 설정될 수도 있다. 또한, 복수의 촬상 장치(100a, 100b, 100c)가 모두 서로 다른 작동파장을 가질 수도 있지만, 복수의 촬상 장치(100a, 100b, 100c) 중 일부는 같은 작동파장을 가질 수도 있다.For example, the first imaging device 100a may collect red light, the second imaging device 100b may collect blue light, and the third imaging device 100c may collect green light. However, this is only an example, and the operating wavelengths of the imaging devices 100a, 100b, and 100c may be set differently. Additionally, the plurality of imaging devices 100a, 100b, and 100c may all have different operating wavelengths, but some of the plurality of imaging devices 100a, 100b, and 100c may have the same operating wavelength.

이미지 센서(1000)는 복수의 촬상 장치(100a, 100b, 100c)에 대응하여 마련된 복수의 광 측정부(200a, 200b, 200c)를 포함할 수 있다. 광 측정부들(200a, 200b, 200c)은 복수의 촬상 장치(100a, 100b, 100c)의 촬상면(S1)에 마련되어 촬상 장치들(100a, 100b, 100c)에 의해 집광된 광을 측정함으로써 물체(OBJ)의 이미지를 생성할 수 있다.The image sensor 1000 may include a plurality of light measurement units 200a, 200b, and 200c provided to correspond to the plurality of imaging devices 100a, 100b, and 100c. The light measuring units 200a, 200b, and 200c are provided on the imaging surface S1 of the plurality of imaging devices 100a, 100b, and 100c to measure the light collected by the imaging devices 100a, 100b, and 100c to measure the object OBJ. ) images can be created.

이상 도 1 내지 도 15를 참조하여 예시적인 실시예에 따른 촬상 장치(100) 및 촬상 장치(100)를 포함하는 이미지 센서(1000)에 관하여 설명하였다. 이상의 설명에 따르면, 촬상 장치(100)의 제1 내지 제3 광학 소자(110, 120, 130) 중 적어도 하나를 나노 구조체(112, 122, 132)를 포함하는 박형 렌즈로 구현함으로써 촬상 장치(100)의 두께를 줄일 수 있다. 또한, 촬상 장치(100)의 전체 색수차와 기하수차를 줄일 수 있다.The imaging device 100 and the image sensor 1000 including the imaging device 100 according to an exemplary embodiment have been described above with reference to FIGS. 1 to 15 . According to the above description, the imaging device 100 is implemented by implementing at least one of the first to third optical elements 110, 120, and 130 of the imaging device 100 with a thin lens including nanostructures 112, 122, and 132. ) can be reduced in thickness. Additionally, overall chromatic aberration and geometric aberration of the imaging device 100 can be reduced.

실시예에 따른 촬상 장치(100) 및 이미지 센서(1000)는 소형화 제작이 용이한 바, 소형 픽셀 및 고해상도가 요구되는 카메라에 적용될 수 있다. 또한, The imaging device 100 and the image sensor 1000 according to the embodiment are easy to miniaturize and manufacture, and can be applied to cameras requiring small pixels and high resolution. also,

셀이 작아지고, 고해상도가 되는 효과를 통해 많은 픽셀정보가 필요한, light field 3D camera용 color image sensor pixel array에 사용될 수 있다. 또한, hyperspectral imaging용 sensor array에도 사용될 수 있다. 이 외에도 분광기를 이용한 심박 센서, 혈압 센서 등의 광학 생체 센서에도 실시예에 따른 촬상 장치(100)와 이미지 센서(1000)가 포함될 수 있다.It can be used in color image sensor pixel arrays for light field 3D cameras that require a lot of pixel information through smaller cells and higher resolution. It can also be used in sensor arrays for hyperspectral imaging. In addition, optical biometric sensors such as a heart rate sensor and blood pressure sensor using a spectroscope may also include the imaging device 100 and the image sensor 1000 according to the embodiment.

지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.So far, exemplary embodiments have been described and illustrated in the accompanying drawings to aid understanding of the present invention. However, it should be understood that these examples are merely illustrative of the invention and do not limit it. And it should be understood that the present invention is not limited to the description shown and illustrated. This is because various other modifications may occur to those skilled in the art.

100 : 촬상 장치
110 : 제1 광학 소자
120 : 제2 광학 소자
130 : 제3 광학 소자
S1 : 촬상면
140 : 광 필터
1000 : 이미지 센서100: imaging device
110: first optical element
120: second optical element
130: third optical element
S1: imaging surface
140: optical filter
1000: Image sensor

Claims (19)

입사광의 입사각도에 따라 상기 입사광을 다른 위치로 집광하는 제1 광학 소자;
상기 제1 광학 소자를 통과한 광이 입사되는 것으로 위치에 따라 다른 초점거리로 상기 제1 광학 소자를 통과한 광을 집광하는 제2 광학 소자; 및
상기 제2 광학 소자를 통과한 광이 입사되는 것으로 상기 제2 광학 소자를 통과한 광이 소정의 촬상면 상에 집광점을 형성하도록 하는 제3 광학소자;를 포함하며,
상기 제1 내지 제3 광학 소자 중 적어도 하나는 표면에 복수의 나노 구조체를 포함하는 박형 렌즈로 구현되고,
상기 제1 광학 소자는 굴절률 방식의 광학렌즈로 구성되고, 상기 제2 및 제3 광학 소자는 상기 박형 렌즈로 구성되고,
상기 제2 광학 소자의 나노 구조체들과 상기 제3 광학 소자의 나노 구조체들은 서로 색수차를 상쇄 시키는 구조 및 배열을 가지는 촬상 장치.a first optical element that condenses the incident light to different positions according to the incident angle of the incident light;
a second optical element that condenses the light passing through the first optical element to a different focal length depending on the position of the incident light passing through the first optical element; and
It includes a third optical element that causes the light passing through the second optical element to form a condensing point on a predetermined imaging surface when the light passing through the second optical element is incident,
At least one of the first to third optical elements is implemented as a thin lens including a plurality of nanostructures on the surface,
The first optical element is composed of a refractive index optical lens, and the second and third optical elements are composed of the thin lens,
An imaging device wherein the nanostructures of the second optical element and the nanostructures of the third optical element have a structure and arrangement that cancel out chromatic aberration. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 광학소자는 광축으로부터 바깥쪽으로 갈수록 더 긴 초점거리를 가지도록 구성되는 촬상 장치.According to claim 1,
The second optical element is configured to have a longer focal length as it goes outward from the optical axis. 제 1 항에 있어서,
상기 제3 광학 소자는 광축으로부터 바깥쪽으로 갈수록 더 짧은 초점거리를 가지도록 구성되는 촬상 장치.According to claim 1,
The third optical element is configured to have a shorter focal length as it moves outward from the optical axis. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 광학 소자는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제2 광학 소자는 음의 굴절력을 가지고, 상기 제3 광학 소자는 양의 굴절력을 가지는 촬상 장치.According to claim 1,
An imaging device wherein the first optical element has positive refractive power, the second optical element has negative refractive power, and the third optical element has positive refractive power. 제 1 항에 있어서,
상기 제3 광학 소자는 상기 촬상면 상에 상기 광이 수직으로 입사되어 집광점을 형성하도록 상기 광의 방향을 변화시키는 촬상 장치.According to claim 1,
The third optical element is an imaging device that changes the direction of the light so that the light is incident perpendicularly on the imaging surface to form a condensing point. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제1 광학 소자는 상기 제2 및 제3 광학 소자에서 발생하는 기하수차 및 색수차 중 적어도 하나를 상쇄 시키는 구조를 가지는 촬상 장치.According to claim 1,
The first optical element is an imaging device having a structure that cancels out at least one of geometric aberration and chromatic aberration occurring in the second and third optical elements. 입사광의 입사각도에 따라 상기 입사광을 다른 위치로 집광하는 제1 광학 소자;
상기 제1 광학 소자를 통과한 광이 입사되는 것으로 위치에 따라 다른 초점거리로 상기 제1 광학 소자를 통과한 광을 집광하는 제2 광학 소자; 및
상기 제2 광학 소자를 통과한 광이 입사되는 것으로 상기 제2 광학 소자를 통과한 광이 소정의 촬상면 상에 집광점을 형성하도록 하는 제3 광학소자;를 포함하며,
상기 제1 내지 제3 광학 소자 중 적어도 하나는 표면에 복수의 나노 구조체를 포함하는 박형 렌즈로 구현되고,
상기 제1 광학 소자는 상기 박형렌즈로 구성되고, 상기 제2 및 제3 광학 소자는 굴절률 방식의 광학렌즈로 구성되는 촬상 장치.a first optical element that condenses the incident light to different positions according to the incident angle of the incident light;
a second optical element that condenses the light passing through the first optical element to a different focal length depending on the position of the incident light passing through the first optical element; and
It includes a third optical element that causes the light passing through the second optical element to form a condensing point on a predetermined imaging surface when the light passing through the second optical element is incident,
At least one of the first to third optical elements is implemented as a thin lens including a plurality of nanostructures on the surface,
The first optical element is comprised of the thin lens, and the second and third optical elements are comprised of refractive index type optical lenses. 제 9 항에 있어서,
상기 제1 광학 소자에 포함된 나노 구조체들은 상기 제2 및 제3 광학 소자에서 발생하는 색수차 및 기하 수차 중 적어도 하나를 상쇄 시키는 구조 및 배열을 가지는 촬상 장치.According to clause 9,
The nanostructures included in the first optical element have a structure and arrangement that cancel out at least one of chromatic aberration and geometric aberration occurring in the second and third optical elements. 제 9 항에 있어서,
상기 제1 광학 소자는 상기 제2 광학 소자의 표면에 마련되는 촬상 장치.According to clause 9,
An imaging device wherein the first optical element is provided on a surface of the second optical element. 제 1 항에 있어서,
상기 박형 렌즈는 상기 나노 구조체들이 배열되는 기판을 포함하는 촬상 장치.According to claim 1,
The thin lens is an imaging device including a substrate on which the nanostructures are arranged. 제 12 항에 있어서,
상기 나노 구조체들은 상기 기판보다 큰 굴절률을 가지는 촬상 장치.According to claim 12,
An imaging device wherein the nanostructures have a greater refractive index than the substrate. 제 12 항에 있어서,
상기 기판은 SiO2, 플라스틱, PMMA(Poly methyl methacrylate) 적어도 하나를 포함하며, 상기 나노 구조체들은 c-Si, p-Si, a-Si, III-V 화합물 반도체, SiC, TiO2, 및 SiN 중 적어도 하나를 포함하는 촬상 장치.According to claim 12,
The substrate includes at least one of SiO 2 , plastic, and poly methyl methacrylate (PMMA), and the nanostructures include c-Si, p-Si, a-Si, III-V compound semiconductor, SiC, TiO 2 , and SiN. An imaging device comprising at least one. 제 1 항에 있어서,
상기 나노 구조체들은 원기둥, 타원 기둥, 다면체 기둥 중 적어도 어느 한 형상을 가지는 촬상 장치.According to claim 1,
An imaging device wherein the nanostructures have at least one shape among a cylinder, an elliptical pillar, and a polyhedral pillar. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 광학 소자는 상기 입사광 가운데 소정의 파장 영역에 대해서만 상기 촬상면에 집광점이 형성되도록 하는 촬상 장치.According to claim 1,
An imaging device wherein the first to third optical elements form a converging point on the imaging surface only for a predetermined wavelength range among the incident light. 제 16 항에 있어서,
상기 소정의 파장 영역 밖의 파장 성분을 차단하는 광 필터;를 더 포함하는 촬상 장치.According to claim 16,
An imaging device further comprising an optical filter that blocks wavelength components outside the predetermined wavelength range. 입사광의 입사각도에 따라 상기 입사광을 다른 위치로 집광하는 제1 광학 소자와, 상기 제1 광학 소자를 통과한 광이 입사되는 것으로 위치에 따라 다른 초점거리로 상기 제1 광학 소자를 통과한 광을 집광하는 제2 광학 소자 및 상기 제2 광학 소자를 통과한 광이 입사되는 것으로 상기 제2 광학 소자를 통과한 광이 소정의 촬상면 상에 집광점을 형성하도록 하는 제3 광학소자를 포함하는 촬상 장치; 및
상기 촬상 장치에 대응되게 마련되며 상기 촬상 장치의 촬상면에 입사된 광을 측정하는 광 측정부;를 포함하며
상기 제1 내지 제3 광학 소자 중 적어도 하나는 표면에 복수의 나노 구조체를 포함하는 박형 렌즈로 구현되고,
상기 제1 광학 소자는 굴절률 방식의 광학렌즈로 구성되고, 상기 제2 및 제3 광학 소자는 상기 박형 렌즈로 구성되고,
상기 제2 광학 소자의 나노 구조체들과 상기 제3 광학 소자의 나노 구조체들은 서로 색수차를 상쇄 시키는 구조 및 배열을 가지는 이미지 센서.A first optical element that focuses the incident light to different positions depending on the angle of incidence of the incident light, and the light that has passed through the first optical element is incident, and the light that has passed through the first optical element has a different focal length depending on the position. An imaging device comprising a second optical element that converges light and a third optical element that causes light passing through the second optical element to form a condensing point on a predetermined imaging surface when light passing through the second optical element is incident. ; and
It includes a light measuring unit provided to correspond to the imaging device and measuring light incident on the imaging surface of the imaging device.
At least one of the first to third optical elements is implemented as a thin lens including a plurality of nanostructures on the surface,
The first optical element is composed of a refractive index type optical lens, and the second and third optical elements are composed of the thin lens,
An image sensor wherein the nanostructures of the second optical element and the nanostructures of the third optical element have a structure and arrangement that cancel out chromatic aberration. 제 18 항에 있어서,
상기 촬상 장치 및 상기 광 측정부는 복수 개로 마련되며,
상기 복수의 촬상 장치 중 적어도 둘 이상은 서로 다른 파장 영역의 광에 대해서 상기 촬상면에 집광점이 형성되도록 구성되는 이미지 센서.According to claim 18,
The imaging device and the light measuring unit are provided in plural pieces,
An image sensor wherein at least two of the plurality of imaging devices are configured to form condensing points on the imaging surface for light in different wavelength ranges.
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