KR20110114319A - 마이크로 렌즈를 구비하는 이미지 센서 - Google Patents

마이크로 렌즈를 구비하는 이미지 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20110114319A
KR20110114319A KR1020100033897A KR20100033897A KR20110114319A KR 20110114319 A KR20110114319 A KR 20110114319A KR 1020100033897 A KR1020100033897 A KR 1020100033897A KR 20100033897 A KR20100033897 A KR 20100033897A KR 20110114319 A KR20110114319 A KR 20110114319A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
subpixel
image sensor
distance
image
center
Prior art date
Application number
KR1020100033897A
Other languages
English (en)
Inventor
최해진
Original Assignee
삼성테크윈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성테크윈 주식회사 filed Critical 삼성테크윈 주식회사
Priority to KR1020100033897A priority Critical patent/KR20110114319A/ko
Publication of KR20110114319A publication Critical patent/KR20110114319A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/34—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane
    • G02B7/346—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane using horizontal and vertical areas in the pupil plane, i.e. wide area autofocusing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

본 발명은 인접 화소로의 잘못된 입사를 방지하고 색수차를 최소화하여 얻어진 영상의 품질을 향상시키기 위하여, (i) 각각 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 부화소를 구비하는 단위 화소들이 행과 열을 이루어 배치된 이미지 센서로서, 피사체의 영상을 나타내는 입사광을 받아 전기적인 신호로 변환하는 광감지 소자 어레이, (ii) 상기 광감지 소자 어레이에 대응하도록 상기 광감지 소자 어레이의 광축 상에서의 전방에 배치되는 컬러 필터 어레이, 및 (iii) 상기 입사광을 대응하는 화소의 컬러 필터 및 광감지 소자에 집광시키도록 상기 컬러 필터 어레이의 광축 상에서의 전방에 배치되는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하며, 각각의 단위 화소에서의 각 부화소에 대응하는 R 부화소, G 부화소, 및 B 부화소용 마이크로 렌즈는 대응하는 광감지 소자의 중심을 통과하는 가상 중심선으로부터 서로 다른 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리만큼 각각 이격되게 배치되는 이미지 센서를 제공한다.

Description

마이크로 렌즈를 구비하는 이미지 센서{Image sensor with micro lens}
본 발명은 피사체의 영상을 나타내는 빛을 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 카메라 모듈로 입사된 피사체의 영상을 나타내는 빛을 각 픽셀의 포토 다이오드로 집광하는 마이크로 센서가 구비된 이미지 센서에 관한 것이다.
디지털 카메라는 필름 대신 CMOS나 CCD와 같은 이미지 센서를 사용하는 이미지를 촬영한다. 이미지 센서는 피사체의 영상을 나타내는 빛을 각 화소에서의 전기적인 신호로 변환함으로써 영상 정보를 얻어낸다.
CMOS 방식 이미지 센서 또는 CCD 방식 이미지 센서는 광 감응도를 높이기 위해 일반적으로 마이크로 렌즈를 통하여 빛이 맺히게 한다.
CCD 및 CMOS 방식의 이미지 센서에서 빛을 검출하기 위해 사용되는 포토 다이오드의 개수에 따라 이미지의 해상도가 결정된다. 전자 정보 기기가 소형화 및 고기능화가 되어 감에 따라 이미지 센서 역시 소형화 및 고화소화가 되어가고 있다. 이와 같은 소형화 및 고화소로 인하여 이미지 센서의 단위 면적당 화소수는 증가하며, 그에 따라 단위 화소의 크기는 작아지고 있다. 단위 화소의 크기가 작아짐에 따라 포토 다이오드의 빛을 받아들이는 영역도 축소되고, 그럼으로써 감광도가 저하된다. 이러한 감광도의 저하를 개선하기 위하여 입사광을 광감지 영역으로 집광하도록 안내하는 마이크로 렌즈를 점차 많이 채택하고 있다.
하지만 마이크로 렌즈를 채택하더라도 이미지 센서의 중심부에 위치한 화소 영역과 주변부에 위치한 화소 영역에 있는 포토 다이오드로 집광되는 빛의 양은 큰 차이가 있다. 이는 렌즈부를 통하여 입사된 광 중 이미지 센서의 주변부의 화소 영역으로 입사되는 빛은 소정의 각도를 가지고 입사되므로 포토 다이오드에 정확히 입사하지 못하게 되기 때문이다. 이미지 센서의 중심부에 맺히는 광량에 비하여 주변부에 맺히는 광량이 작아 주변부의 광감도가 저하되는 소위, 주변 광량비 저하의 문제점이 발생한다.
이러한 주변 광량비 저하의 문제점은, 특히 휴대폰에 장착되는 카메라 모듈과 같이 모듈의 부피가 작아 렌즈의 광학 경로가 짧은 경우에는 주변 광량비 저하의 문제가 더욱 심각해진다.
본 발명은 주변 광량비 저하의 문제를 해결하여 향상된 영상 품질을 가지는 이미지 센서를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (i) 각각 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 부화소를 구비하는 단위 화소들이 행과 열을 이루어 배치된 이미지 센서로서, 피사체의 영상을 나타내는 입사광을 받아 전기적인 신호로 변환하는 광감지 소자 어레이, (ii) 상기 광감지 소자 어레이에 대응하도록 상기 광감지 소자 어레이의 광축 상에서의 전방에 배치되는 컬러 필터 어레이, 및 (iii) 상기 입사광을 대응하는 화소의 컬러 필터 및 광감지 소자에 집광시키도록 상기 컬러 필터 어레이의 광축 상에서의 전방에 배치되는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하며, 각각의 단위 화소에서의 각 부화소에 대응하는 R 부화소, G 부화소, 및 B 부화소용 마이크로 렌즈는 대응하는 광감지 소자의 중심을 통과하는 가상 중심선으로부터 서로 다른 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리만큼 각각 이격되게 배치되는 이미지 센서가 개시된다.
상기 이미지 센서의 중심부에서 주변부로 갈수록 단위 화소에서의 각 부화소에 대응하는 마이크로 렌즈들의 이격 거리가 더 크다.
상기 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리는, 상기 R 부화소, G 부화소, 및 B 부화소용 마이크로 렌즈에서의 주광선 각도(Chief Ray Angle)가 상기 이미지 센서의 전방에 가장 근접하게 배치된 광학 렌즈를 통과하면서 굴절되어 각각의 부화소에 입사하는 각 입사광의 굴절각에 기초하여, 결정될 수 있다. 여기에서, 주광선 각도는 상기 광학 렌즈를 통과하여 마이크로 렌즈에 입사하는 광이 마이크로 렌즈의 입사면에서 수직 광축과 이루는 각도를 나타낸다.
상기 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리는, 상기 R 부화소, G 부화소, 및 B 부화소용 마이크로 렌즈에서의 각각의 주광선 각도가 상기 각각의 굴절각과 실질적으로 일치하도록, 결정될 수 있다.
상기 이격된 마이크로 렌즈들은 상기 가상 중심선에 직교하는 평면에 평행한 방향을 따라 상기 이미지 센서의 중심 쪽으로 이동하여 배치된다.
상기 마이크로 렌즈들의 상기 이미지 센서의 중심 쪽으로 이격은 상기 단위 화소들이 배치된 행 방향과 열 방향으로 모두 발생할 수 있다.
상기 이미지 센서의 가장 중심 영역을 0.00F, 상기 이미지 센서의 중심을 원점으로 한 동심원 상에서의 반경 방향으로의 가장 주변 영역을 1.00F라고 할 때, 상기 1.00F에 근접한 각각의 단위 화소에서는 상기 제3 거리, 제2 거리, 제1 거리의 순으로 크고, 상기 0.00F에 근접한 각각의 단위 화소에서는 상기 제1 거리, 제2 거리, 제3 거리의 순으로 클 수 있다.
상기 마이크로 렌즈 어레이는, 상기 R 부화소, G 부화소, 및 B 부화소용 마이크로 렌즈로 입사광이 입사하는 곡면 부분이 상기 광축에서의 전방을 향하도록, 배치된다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서에서, 각각의 단위 화소에서의 부화소들에 대응하는 각각의 마이크로 렌즈들에서의 주광선 각도는 개별적으로 맞추어진다. 그럼으로써 인접 화소로의 잘못된 입사를 방지하고 색수차를 최소화하여 얻어진 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 이미지 센서의 중앙부 및 주변부 영역의 화소에 입사하는 빛의 집광 상태를 보여주는 도면이다.
도 2는 CMOS 방식 이미지 센서의 화소 배열을 보여주는 도면이다.
도 3은 일 광학 설계 예에 따른 렌즈부를 통과한 빛이 이미지 센서에 맺힐 때, 이미지 센서의 중앙부로부터 주변부까지의 영역의 화소에서의 주광선 각도를 보여주는 그래프이다.
도 4는 일 광학 설계 예에 따른 렌즈부를 통과한 빛이 이미지 센서에 맺힐 때, 이미지 센서의 중앙부로부터 주변부까지의 각 영역에서의 B 부화소와 G 부화소에서의 주광선 각도차(B-G) 및 B 부화소와 R 부화소에서의 주광선 각도차(B-R)를 보여주는 그래프이다.
도 5는 이미지 센서의 주변부 영역의 화소에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서에서의 마이크로 렌즈의 배치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 이미지 센서의 중앙부 및 주변부 영역의 화소에 입사하는 빛의 집광 상태를 보여주는 도면이다. 통상적으로 포커싱(AF) 렌즈(미도시)를 통과한 피사체의 영상을 나타내는 빛(이하 '피사체광')은 적외선 차단 필터(미도시)를 거쳐 이미지 센서(10)로 입사된다.
이미지 센서(10)의 중앙부(0.00F)에서는 포커싱 렌즈를 통과하면서 수직하게 들어온 입사광이 중앙 화소 영역의 포토 다이오드(11a)에 전체적으로 수직하게 입사된다. 반면, 이미지 센서(10)의 주변부(1.00F)에서는 포커싱 렌즈를 통과하면서 비스듬하게 굴절되어 들어온 입사광(L)이 주변 화소 영역의 포토 다이오드(11b)에 전체적으로 비스듬하게 입사된다. 여기서, 포커싱 렌즈를 소정의 굴절각으로 통과한 입사광(L)이 이미지 센서(10)의 전방면, 특히 마이크로 렌즈(17) 면에서 광축(X)과 이루는 각도(θCRA)를 주광선 각도(chief ray angle)로 정의한다.
일 실시예에 따른 이미지 센서(10)는 광감지 소자(11a, 11b) 및 로직(logic) 소자(12)층, 배선 라인층(13), 보호층(14), 컬러 필터층(15), 오버 코팅층(16), 및 마이크로 렌즈층(17)을 구비한다. 반도체 기판(미도시)의 상부에 반도체 공정을 이용하여 포토 다이오드와 같은 광감지 소자(11a, 11b) 및 로직 소자(12)층을 형성한 후, 다층의 전기 배선층(13)을 형성한다. 이후 습기나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호층(14)이 상부에 형성되며, 보호층(14)의 상부에는 컬러 필터층(15)이 형성된다. 컬러 필터층(15)은 각 화소의 R(적색), G(녹색) 및 B(청색) 부화소에 대응하는 색으로 형성된 컬러 필터 어레이를 구비한다. 컬러 필터층(15)의 상부에는 오버 코팅층(16)을 형성하여 평탄하게 하고, 오버 코팅층(16) 상에 마이크로 렌즈 어레이(17)가 형성된다.
여기서 마이크로 렌즈 어레이(17)는 반도체 회로 소자를 형성하는 반도체 제조 공정을 이용하여 형성된다. 이러한 반도체 제조 공정에 의하면 수십 나노 미터 단위로 공정 관리가 이루어진다.
카메라 모듈로 입사한 입사광(L)은 소정의 렌즈부(미도시)를 거치면서 이미지 센서(10)에 도달하는데, 렌즈부의 설계에 따라 이미지 센서(10)의 각 화소 영역으로 입사하는 광의 주광선 각도(θCRA)가 달라질 수 있다.
도 2는 CMOS 방식 이미지 센서의 화소 배열의 일 예를 보여준다. 이미지 센서(10)는 주변에 배치된 비활성 화소 영역(D) 및 그 내부의 활성 화소 영역(A)으로 구분될 수 있다. 활성 화소 영역(A) 내에서도 실제 이미지 데이터를 읽어내는 유효 화소 영역(E)과 비유효 화소 영역으로 구분될 수 있다.
유효 화소 영역(E)에는 주화소가 행과 열을 이루어 배치되어 있다. 예를 들면 1600 1200의 해상도를 가지는 이미지 센서(10)는 1200개의 행과 1600개의 열로 배치된 주화소(main pixel)들로 이루어진다. 또한 각 주화소는 1개의 R 부화소(subpixel), 2개의 G 부화소 및 1개의 B 부화소로 이루어질 수 있다. 이와 같이 3원색의 빛이 모여 하나의 주화소를 이룬다.
도 3은 일 설계 예에 따른 렌즈부를 통과한 빛이 이미지 센서(10)에 맺힐 때, 이미지 센서(10)의 중앙부로부터 주변부까지의 영역의 화소에서의 주광선 각도(θCRA)를 보여주는 그래프이다.
0.00필드 (이미지 센서(10)의 중앙부 화소 영역)에서 1.00필드 (이미지 센서(10)의 최 외곽부 화소 영역)로 갈수록 주광선 각도가 증가하는 것을 알 수 있다. 여기서 1.00필드에서는 오히려 주광선 각도가 약간 감소하는 것이 보이나 이는 렌즈부의 광학 설계값에 따라 달라질 수 있는 값이다. 이 그래프에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(10)의 외곽으로 갈수록 마이크로 렌즈에 입사하는 광과 광축(X)이 이루는 각도인 주광선 각도가 증가함을 알 수 있다. 이는 이미지 센서(10)의 주변으로 갈수록 입사된 광이 인접 화소로 잘못 입사할 가능성이 많아지고, 그럼으로써 주변 광량비의 저하 문제를 일으킬 수 있는 가능성을 증가시킨다.
도 4는 일 광학 설계 예에 따른 렌즈부를 통과한 빛이 이미지 센서에 맺힐 때, 이미지 센서(10)의 중앙부로부터 주변부까지의 각 영역에서의 B 부화소와 G 부화소에서의 주광선 각도차(B-G) 및 B 부화소와 R 부화소에서의 주광선 각도차(B-R)를 보여주는 그래프이다.
이미지 센서(10)의 중앙부에 가까이 있는 주화소의 경우, 예를 들면 0.05필드에 위치한 주화소의 경우, 그 주화소를 이루는 부화소간 주광선 각도차가 거의 나지 않는다. 그러나 이미지 센서(10)의 중앙부로부터 멀어진 경우, 예를 들면 0.50필드에 위치한 주화소의 경우, B-G 부화소간 주광선 각도차는 대략 0.12°, B-R 부화소간 주광선 각도차는 대략 0.21°로서 상당히 증가하였다. 또한 이미지 센서(10)의 주변부, 예를 들면 1.00필드에 위치한 주화소의 경우, B-G 부화소간 주광선 각도차는 대략 -0.23°, B-R 부화소간 주광선 각도차는 대략 -0.38°로서 더욱 증가하였다.
이로부터 이미지 센서(10)의 중앙부로부터 동일한 거리만큼 떨어진 어느 주화소 내에서의 부화소간(B-G 또는 B-R)에서 조차 주광선 각도차가 발생하고 있음을 알 수 있다. 동일 화소 내에서의 부화소간의 주광선 각도차로 인하여 입사광이 인접 화소로 잘못 입사되는 현상이 발생하여 주변 광량비를 저하시켜 결국 얻어진 영상의 화질 저하를 초래한다. 이러한 부화소간 주광선 각도차는 렌즈의 파장대별 굴절률 차이에서 오는 색수차로 인하여 발생할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 주화소 내에서의 부화소에 대응하는 마이크로 렌즈들의 수평 방향 위치를 부화소별로 다르게 설정함으로써 인접 화소로의 잘못된 입사를 방지하고 색수차를 최소화하여 선명한 화질을 얻게 한다.
특히, 모든 화소들 내의 부화소들에 각각 대응하는 마이크로 렌즈들은, 포커싱 렌즈를 통과한 입사광의 굴절각과 해당 마이크로 렌즈에서의 주광선 각도가 일치하도록, 수평 방향으로 소정 거리만큼씩 이격될 수 있다.
다음 표 1은 500만 화소의 이미지 센서(10)가 채용된 디지털 카메라 모듈의 포커싱 렌즈를 통과한 각 파장대별 입사광(LR, LG, LB)의 굴절각(또는 입사각으로 보아도 무방)의 일 예를 보여주는 것으로서, 이는 디지털 카메라 모듈에 들어가는 렌즈부의 광학 설계에 따라서 변경될 수 있음을 유의하여야 한다.
단위(°) R(적색):650nm G(녹색):540nm B(청색):450nm
0.05F 2.19 2.20 2.21
0.10F 4.36 4.39 4.42
0.15F 6.50 6.54 6.59
0.20F 8.62 8.67 8.73
0.25F 10.68 10.74 10.82
0.30F 12.68 12.76 12.85
0.35F 14.61 14.69 14.79
0.40F 16.44 16.53 16.64
0.45F 18.15 18.24 18.36
0.50F 19.71 19.81 19.93
0.55F 21.13 21.22 21.33
0.60F 22.36 22.45 22.56
0.65F 23.41 23.49 23.58
0.70F 24.26 24.32 24.39
0.75F 24.88 24.92 24.96
0.80F 25.28 25.29 25.30
0.85F 25.47 25.45 25.41
0.90F 25.49 25.43 25.34
0.95F 25.38 25.28 25.11
1.00F 25.14 24.99 24.76
표 1에서 이미지 센서(10)의 주변부, 예를 들면 1.00필드를 참조하면, 1.00필드에 위치한 주화소의 R 부화소에서의 굴절각은 25.14°, G 부화소에서의 굴절각은 24.99°, B 부화소에서의 굴절각은 24.76°이다.
상기 1.00필드에 위치한 주화소에서의 마이크로 렌즈 어레이와 광감지 소자 어레이를 보여주는 도 5를 참조하면, R 부화소에 대응하는 R 부화소용 마이크로 렌즈(17R)는 정위치로부터 제1 거리(SR)만큼 이미지 센서(10)의 중앙부(0.00F)를 향해 이격되게 이동되어 있고, G 부화소에 대응하는 G 부화소용 마이크로 렌즈(17G)는 정위치로부터 제2 거리(SG)만큼 이미지 센서(10)의 중앙부(0.00F)를 향해 이격되게 이동되어 있으며, B 부화소에 대응하는 B 부화소용 마이크로 렌즈(17B)는 정위치로부터 제3 거리(SB)만큼 이미지 센서(10)의 중앙부(0.00F)를 향해 이격되게 이동되어 있다.
다시 말하면, R 부화소에서 주광선 각도(θR)가 25.14°가 되도록 마이크로 렌즈(17R)를 제1 거리(SR)만큼 이미지 센서(10)의 중앙부 쪽으로 쉬프트시키고, G 부화소에서 주광선 각도(θG)가 24.99°가 되도록 마이크로 렌즈(17G)를 제2 거리(SG)만큼 이미지 센서(10)의 중앙부 쪽으로 쉬프트시키고, B 부화소에서 주광선 각도(θB)가 24.76°가 되도록 마이크로 렌즈(17B)를 제3 거리(SB)만큼 이미지 센서(10)의 중앙부 쪽으로 쉬프트시킨다.
본 발명에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(10)의 주변부에 위치한 1.00F의 화소에서의 R, G, B 부화소용 마이크로 렌즈들(17)은 포커싱 렌즈를 통과한 후 비스듬히 입사하는 입사광(L)을 대응하는 광감지 소자(11b)로 집광하기 위해 기본적으로 이미지 센서(10)의 중앙부를 향해 일차적으로 동일한 소정 거리만큼씩 쉬프트시키되, 상기한 이유로 각각의 부화소마다 주광선 각도를 달리하기 위하여 부화소 별로 쉬프트 량을 제1 거리(SR), 제2 거리(SG) 및 제3 거리(SB)로 달리 설정하는 것이다.
구체적으로 살펴보면, R 부화소용 마이크로 렌즈(17R)의 쉬프트량인 제1 거리(SR)가 제일 작고, G 부화소용 마이크로 렌즈(17G)의 쉬프트량인 제2 거리(SG)가 중간이며, B 부화소용 마이크로 렌즈(17B)의 쉬프트량인 제3 거리(SB)가 제일 작다. (확인 요망??) 왜냐하면 R 부화소용 마이크로 렌즈의 굴절각이 25.14°로서 그 주광선 각도 역시 25.14°가 되도록 R 부화소용 마이크로 렌즈(17R)가 쉬프트된 것이 바람직한데, 주광선 각도를 키우기 위해서는 가급적 중심으로부터 멀어지는 방향으로 위치하여야 하기 때문이다.
한편, 표 1을 다시 참조하면 0.50필드에 위치한 R 부화소에서의 굴절각은 19.71°, G 부화소에서의 굴절각은 19.81°, B 부화소에서의 굴절각은 19.93°이다.
이 경우에도 주광선 각도를 굴절각과 일치하도록, R 부화소에서의 주광선 각도가 19.71°, G 부화소에서의 주광선 각도가 19.81°, 및 B 부화소에서의 주광선 각도가 19.93°이 되도록 R 부화소용 마이크로 렌즈(17R), G 부화소용 마이크로 렌즈(17G) 및 B 부화소용 마이크로 렌즈(17B)의 순으로 큰 쉬프트량 만큼씩 이미지 센서(10)의 중앙으로 이격되어 배치될 수 있다.
이와 같이, 각각의 단위 화소에서의 부화소들에 대응하는 각각의 마이크로 렌즈들은 수평 방향으로 소정 거리만큼씩 이격되게 배치되어 포커싱 렌즈를 통과한 입사광의 굴절각과 해당 마이크로 렌즈에서의 주광선 각도가 일치하게 된다. 즉, 각각의 단위 화소에서의 부화소들에 대응하는 각각의 마이크로 렌즈들에서의 주광선 각도는 개별적으로 맞추어진다. 그럼으로써 인접 화소로의 잘못된 입사를 방지하고 색수차를 최소화하여 얻어진 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 이미지 센서 11a, 11b: 광감지 소자
12: 로직(logic) 소자 13: 배선 라인층
14: 보호층 15: 컬러 필터층
16: 오버 코팅층 17: 마이크로 렌즈층

Claims (8)

  1. 각각 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 부화소를 구비하는 단위 화소들이 행과 열을 이루어 배치된 이미지 센서로서,
    피사체의 영상을 나타내는 입사광을 받아 전기적인 신호로 변환하는 광감지 소자 어레이;
    상기 광감지 소자 어레이에 대응하도록 상기 광감지 소자 어레이의 광축 상에서의 전방에 배치되는 컬러 필터 어레이; 및
    상기 입사광을 대응하는 화소의 컬러 필터 및 광감지 소자에 집광시키도록 상기 컬러 필터 어레이의 광축 상에서의 전방에 배치되는 마이크로 렌즈 어레이;를 구비하며,
    각각의 단위 화소에서의 각 부화소에 대응하는 R 부화소, G 부화소, 및 B 부화소용 마이크로 렌즈는 대응하는 광감지 소자의 중심을 통과하는 가상 중심선으로부터 서로 다른 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리만큼 각각 이격되게 배치되는 이미지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 중심부에서 주변부로 갈수록 단위 화소에서의 각 부화소에 대응하는 마이크로 렌즈들의 이격 거리가 더 커지는 이미지 센서.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리는, 상기 R 부화소, G 부화소, 및 B 부화소용 마이크로 렌즈에서의 주광선 각도(Chief Ray Angle)가 상기 이미지 센서의 전방에 가장 근접하게 배치된 광학 렌즈를 통과하면서 굴절되어 각각의 부화소에 입사하는 각 입사광의 굴절각에 기초하여, 결정되며,
    여기에서, 주광선 각도는 상기 광학 렌즈를 통과하여 마이크로 렌즈에 입사하는 광이 마이크로 렌즈의 입사면에서 수직 광축과 이루는 각도인 이미지 센서.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리는, 상기 R 부화소, G 부화소, 및 B 부화소용 마이크로 렌즈에서의 각각의 주광선 각도가 상기 각각의 굴절각과 실질적으로 일치하도록, 결정되는 이미지 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 이격된 마이크로 렌즈들은 상기 가상 중심선에 직교하는 평면에 평행한 방향을 따라 상기 이미지 센서의 중심 쪽으로 이동하여 배치된 이미지 센서.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈들의 상기 이미지 센서의 중심 쪽으로 이격은 상기 단위 화소들이 배치된 행 방향과 열 방향으로 모두 발생한 이미지 센서.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 가장 중심 영역을 0.00F, 상기 이미지 센서의 중심을 원점으로 한 동심원 상에서의 반경 방향으로의 가장 주변 영역을 1.00F라고 할 때,
    상기 1.00F에 근접한 각각의 단위 화소에서는 상기 제3 거리, 제2 거리, 제1 거리의 순으로 크고, 상기 0.00F에 근접한 각각의 단위 화소에서는 상기 제1 거리, 제2 거리, 제3 거리의 순으로 큰 이미지 센서.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는, 상기 R 부화소, G 부화소, 및 B 부화소용 마이크로 렌즈로 입사광이 입사하는 곡면 부분이 상기 광축에서의 전방을 향하도록, 배치된 이미지 센서.
KR1020100033897A 2010-04-13 2010-04-13 마이크로 렌즈를 구비하는 이미지 센서 KR20110114319A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100033897A KR20110114319A (ko) 2010-04-13 2010-04-13 마이크로 렌즈를 구비하는 이미지 센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100033897A KR20110114319A (ko) 2010-04-13 2010-04-13 마이크로 렌즈를 구비하는 이미지 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110114319A true KR20110114319A (ko) 2011-10-19

Family

ID=45029426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100033897A KR20110114319A (ko) 2010-04-13 2010-04-13 마이크로 렌즈를 구비하는 이미지 센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20110114319A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016459A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Light field image capturing apparatus including shifted microlens array
CN111814748A (zh) * 2020-02-20 2020-10-23 神盾股份有限公司 光感测元及使用其的光学生物特征感测器
KR20230063733A (ko) * 2021-11-02 2023-05-09 삼성전자주식회사 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016459A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Light field image capturing apparatus including shifted microlens array
KR20150015285A (ko) * 2013-07-31 2015-02-10 삼성전자주식회사 시프트된 마이크로 렌즈 어레이를 구비하는 라이트 필드 영상 획득 장치
US10348945B2 (en) 2013-07-31 2019-07-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Light field image capturing apparatus including shifted microlens array
CN111814748A (zh) * 2020-02-20 2020-10-23 神盾股份有限公司 光感测元及使用其的光学生物特征感测器
KR20230063733A (ko) * 2021-11-02 2023-05-09 삼성전자주식회사 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10498990B2 (en) Imaging systems with high dynamic range and phase detection pixels
US10015416B2 (en) Imaging systems with high dynamic range and phase detection pixels
CN106068563B (zh) 固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备
US10297629B2 (en) Image sensors with in-pixel lens arrays
US9261769B2 (en) Imaging apparatus and imaging system
US7791011B2 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method thereof and electronic apparatus and manufacturing method thereof
US9786714B2 (en) Solid-state imaging element, method for manufacturing solid-state imaging element, and electronic device
US6838715B1 (en) CMOS image sensor arrangement with reduced pixel light shadowing
US20170077164A1 (en) Solid-state image sensor and image pickup apparatus
US9837455B2 (en) Image sensor
JP2006502588A (ja) マイクロレンズ付き固体イメージセンサ及び非テレセントリック撮像レンズを備えた光学系
JP2015167219A (ja) 撮像素子、製造装置、電子機器
JP2006269923A (ja) 光電変換膜積層型カラー固体撮像素子
US10170516B2 (en) Image sensing device and method for fabricating the same
KR20190110180A (ko) 이미지 센서
CN103296041A (zh) 光透射构件、图像拾取装置和及其制造方法
CN105390511A (zh) 影像感测装置及其制造方法
US9293488B2 (en) Image sensing device
CN100379008C (zh) 影像传感器
JP6355678B2 (ja) イメージセンサおよび画像取込装置
JP5371339B2 (ja) 固体撮像素子及び撮像装置
KR100848945B1 (ko) 주광선 손실을 보상하는 마이크로렌즈 어레이 및 이를포함하는 이미지센서 조립체
KR20110114319A (ko) 마이크로 렌즈를 구비하는 이미지 센서
KR101305456B1 (ko) 칼라 마이크로 렌즈를 구비한 cmos 이미지센서 및 그 제조방법
KR102160237B1 (ko) 마이크로 렌즈를 갖는 이미지 센서

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid