KR20220113513A - 이미지 센서, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스 및 이미지 센서 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원의 실시예는, 이미지 센서에 입사되는 광의 활용률을 향상시키기 위한, 이미지 센서, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스, 그리고 이미지 센서 제조 방법을 제공한다. 이미지 센서는 메타표면(metasurface), 기판, 및 광학-전기 변환 유닛(optical-to-electrical conversion unit)을 포함한다. 메타표면의 어레이가 기판의 최상단 상에 배열된다. 메타표면은 복수의 서브유닛을 포함한다. 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함한다. 기판의 최하단은 이미지 센서에 있는 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 배치된다. 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함한다. 각각의 컬러 유닛은 복수의 서브유닛 중 하나에 대응한다. 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함한다. 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할된다. 메타표면은, 입사광을 굴절시키고 그리고 기판을 통해, 굴절된 광을 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 투과시키도록 구성된다. 또한, 각각의 서브유닛은, 입사광을 굴절시키고 그리고 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역에 투과시킨다.
Description
본 출원은 2019년 12월 31일자로 중국 특허청에 "이미지 센서 및 이의 제조 방법, 및 전자 디바이스"라는 명칭으로 출원된 중국 특허 출원 번호 PCT/CN2019/130438호를 우선권으로 주장하며, 이 특허 출원은 그 전체가 참조로 본원에 포함된다.
본 출원은 추가로, 2020년 11월 19일자로 중국 특허청에 "이미지 센서, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스, 이미지 센서 제조 방법"이라는 명칭으로 출원된 중국 특허 출원 번호 PCT/CN2020/130020호를 우선권으로 주장한다.
본 출원은 이미징 분야에 관한 것으로, 특히 이미지 센서, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스, 이미지 센서 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는, 광학 이미지를 전기 신호로 변환할 수 있고 다양한 전자 디바이스, 예를 들어, 디지털 카메라에 폭넓게 적용되고 있다. 디지털 카메라의 하드웨어는 주로, 렌즈 모듈, 이미지 센서, 전기 신호 프로세서 등을 포함한다. 렌즈 모듈은 이미지 센서에 광학 이미지를 이미징하도록 구성된다. 이미지 센서는, 이미지의 광학 신호를 아날로그 전기 신호로 변환하고 그리고 아날로그 전기 신호를 전기 신호 프로세서에 입력하도록 구성된다. 전기 신호 프로세서는, 아날로그 전기 신호를 디지털 신호로 변환하고 그리고 데이터 프로세싱 후 사진(phto)를 출력한다. 이미지 센서는, 광학-전기 변환기로서, 디지털 카메라의 핵심 컴포넌트 중 하나이며, 이미지 센서의 성능은 출력 사진의 품질을 직접적으로 결정한다.
이미지 센서의 광학-전기(optical-to-electrical) 변환 엘리먼트는, 강도가 상이한 광학 신호를 강도가 상이한 전기 신호로 변환할 수 있다. 그러나, 광학-전기 변환 엘리먼트 자체는, 광(light)의 주파수를 구별할 수 없는데, 즉 컬러를 구별할 수 없다. 따라서, 컬러 수집 레이어(color collection layer) 없이 이미지 센서를 사용함으로써 직접 획득되는 이미지는 흑백(black and white)이다. 컬러 픽처(picture)의 획득을 목적으로, 컬러 필터링 시스템이 픽처의 컬러 정보를 획득하기 위한 컬러 수집 레이어로 사용될 필요가 있다. 예를 들어, 사람의 눈이 적녹청(red green blue, RGB) 스펙트럼에 민감하다는 특성을 기반으로, RGB 컬러 필터가 광학-전기 변환 엘리먼트 상에 배열되어 RGB-모자이크 베이어(Bayer) 컬러 필터 시스템을 형성함으로써, 컬러 픽처가 획득될 수 있다. 그러나, 종래의 솔루션에서, 광 활용률(light utilization)은 비교적 낮고, 예를 들어 백색광 입사의 경우 총 광 활용률은 단지 대략 25%에 불과하고, 적색광 또는 청색광 입사의 경우 광 활용률은 단지 대략 15%에 불과하고 그리고 녹색광 입사의 경우 광 활용률은 대략 30%이다. 따라서, 광 활용률을 어떻게 개선할 것인지가 시급히 해결해야 할 문제가 되었다.
본 출원의 실시예는, 이미지 센서에 입사되는 광의 활용률을 개선시키기 위한, 이미지 센서, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스, 그리고 이미지 센서 제조 방법을 제공한다.
이러한 관점에서, 본 출원의 제1 양상은 메타표면, 기판, 및 광학-전기 변환 유닛을 포함하는 이미지 센서를 제공한다. 메타표면은 복수의 서브유닛을 포함한다. 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형(columnar) 구조를 포함하는 어레이를 포함한다. 메타표면의 어레이는 기판의 최상단 상에 배열된다. 기판의 최하단은 광학-전기 변환 유닛의 표면(또한, 최상단으로 지칭됨) 상에 배치된다. 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함한다. 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함한다. 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할된다. 메타표면은, 입사광을 굴절시키고 그리고 기판을 통해, 굴절된 광을 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 투과시키도록 구성된다.
광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛으로 분할될 수 있고, 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함하고, 각각의 컬러 유닛은 하나의 서브유닛에 대응하고, 그리고 각각의 서브유닛은 입사광을 굴절시킨 다음, 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역에 투과시킨다.
따라서, 본 출원의 이 구현에서, 입사광은 메타표면 상에 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함하는 어레이를 사용하여 굴절될 수 있어, 상이한 스펙트럼 대역의 광이 광학-전기 변환 유닛의 해당 컬러 영역으로 굴절될 수 있고, 이로써 광 활용률이 개선된다. 또한, 베이어 컬러 필터가 배치되는 경우와 비교하여, 본 출원에서 제공되는 이미지 센서의 메타표면은, 복수의 상이한 스펙트럼 대역의 광을 해당 컬러 영역으로 굴절시킬 수 있고, 이로써 필터링에 의해 유발되는 낮은 광 활용률 문제가 회피될 수 있다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다: 메타표면은 입사광을 회절시킬 수 있으므로, 상이한 스펙트럼 대역의 광이 광학-전기 변환 유닛의 해당 컬러 영역으로 투과될 수 있고, 이로써 광 활용률이 개선된다.
가능한 구현에서, 광학-전기 변환 유닛과 기판 사이에 컬러 필터링 구조가 추가로 배치되고, 컬러 필터링 구조는 복수의 컬러 필터링 영역으로 분할되고, 각각의 컬러 필터링 영역은 하나의 해당 컬러 영역을 커버하고, 그리고 각각의 컬러 영역에 대응하는 컬러는, 컬러 영역을 커버하는 컬러 필터링 영역을 통과한 컬러와 동일하다.
본 출원의 이 구현에서, 컬러 영역에 대응하는 스펙트럼 대역의 광의 신호와 상이한 신호를 필터링하기 위해, 광학-전기 변환 유닛과 기판 사이에 컬러 필터링 구조가 추가로 배치되고, 이로써 누화(crosstalk)가 감소된다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 필터링 영역과 기판 사이에 렌즈가 추가로 배치된다. 본 출원에서는, 컬러 필터링 영역으로 입사되는 광을 수렴시키기 위해, 각각의 컬러 필터링 영역과 기판 사이에 렌즈가 추가로 배치될 수 있다.
가능한 구현에서, 복수의 컬러 영역에 대응하는 복수의 스펙트럼 대역의 광은 녹색, 적색, 청색 또는 적외선 광 중 하나 이상을 포함한다. 따라서, 본 출원의 이 구현에서, 광학-전기 변환 유닛은, 후속적으로 더 많은 컬러 채널의 이미지를 생성하기 위해, 복수의 스펙트럼 대역의 광학 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다.
가능한 구현에서, 메타표면의 물질은, 이산화티타늄, 질화갈륨 또는 탄화규소 중 하나 이상을 포함한다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 그리고 메타표면에 있고 각각의 컬러 유닛에 대응하는 영역에 포함된 컬럼형 구조는 각도 대칭 형상을 형성한다.
따라서, 행렬로 배열되는 매 4개의 컬러 영역이 적어도 2개의 동일한 컬러에 대응할 수 있고, 그리고 2개의 대칭 컬러 영역에 대응하는 컬러가 동일할 수 있다. 이 실시예는 메타표면의 어레이에 적용가능한 가능한 배열 방식을 제공한다.
제2 양상에 따라, 본 출원은 메타표면 및 기판을 포함하는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스를 제공한다.
메타표면은 복수의 서브유닛을 포함한다. 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함한다. 메타표면의 어레이는 기판의 최상단 상에 배열된다. 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함한다. 메타표면은 입사광을 굴절시키도록 구성된다. 기판은 메타표면에 의해 굴절된 광을 투과시키도록 구성된다.
따라서, 본 출원의 이 구현에서, 입사광은 메타표면 상에 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함하는 어레이를 사용하여 굴절될 수 있어, 상이한 스펙트럼 대역의 광이 상이한 영역으로 굴절될 수 있고, 이로써 광 활용률이 개선된다. 또한, 베이어 컬러 필터가 배치되는 경우와 비교하여, 본 출원에서 제공되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면은, 복수의 상이한 스펙트럼 대역의 광을 해당 컬러 영역으로 굴절시킬 수 있고, 이로써 필터링에 의해 유발되는 낮은 광 활용률 문제가 회피될 수 있다.
가능한 구현에서, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스가 이미지 센서에 적용될 수 있다. 이미지 센서는 광학-전기 변환 유닛을 포함한다. 기판은 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 배치된다. 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함한다. 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할된다. 메타표면은, 입사광을 굴절시키고 그리고 기판을 통해, 굴절된 광을 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 투과시키도록 구성된다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다: 메타표면은 입사광을 회절시킬 수 있으므로, 상이한 스펙트럼 대역의 광이 광학-전기 변환 유닛의 해당 컬러 영역으로 투과될 수 있고, 이로써 광 활용률이 개선된다.
광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛으로 분할될 수 있고, 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함하고, 각각의 컬러 유닛은 메타표면의 하나의 서브유닛에 대응하고, 그리고 각각의 서브유닛은 입사광을 굴절시킨 다음, 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역에 투과시킨다. 가능한 구현에서, 광학-전기 변환 유닛과 기판 사이에 컬러 필터링 구조가 추가로 배치되고, 컬러 필터링 구조는 복수의 컬러 필터링 영역으로 분할되고, 각각의 컬러 필터링 영역은 하나의 해당 컬러 영역을 커버하고, 그리고 각각의 컬러 영역에 대응하는 컬러는, 컬러 영역을 커버하는 컬러 필터링 영역을 통과한 컬러와 동일하다. 본 출원의 이 구현에서, 컬러 영역에 대응하는 스펙트럼 대역의 광의 신호와 상이한 신호를 필터링하기 위해, 광학-전기 변환 유닛과 기판 사이에 컬러 필터링 구조가 추가로 배치되고, 이로써 누화가 감소된다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 필터링 영역과 기판 사이에 렌즈가 추가로 배치된다. 본 출원에서는, 컬러 필터링 영역으로 입사되는 광을 수렴시키기 위해, 각각의 컬러 필터링 영역과 기판 사이에 렌즈가 추가로 배치될 수 있다.
가능한 구현에서, 복수의 컬러 영역에 대응하는 컬러의 복수의 스펙트럼 대역의 광은 녹색, 적색, 청색 또는 적외선 광 중 하나 이상을 포함한다. 따라서, 본 출원의 이 구현에서, 광학-전기 변환 유닛은, 후속적으로 더 많은 컬러 채널의 이미지를 생성하기 위해, 복수의 스펙트럼 대역의 광학 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다.
가능한 구현에서, 메타표면의 물질은, 이산화티타늄, 질화갈륨 또는 탄화규소 중 하나 이상을 포함한다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 그리고 메타표면에 있고 각각의 컬러 유닛에 대응하는 영역에 포함된 컬럼형 구조는 각도 대칭 형상을 형성한다.
제3 양상에 따라, 본 출원은 이미지 센서 제조 방법을 제공하며, 방법은,
광학-전기 변환 유닛을 제조하는 단계 ―광학-전기 변환 유닛은 광학 신호를 전기 신호로 변환하도록 구성되고, 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함하고, 그리고 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할됨―; 및
광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스를 제조하는 단계를 포함하고, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 메타표면 및 기판을 포함하고, 메타표면은 복수의 서브유닛을 포함하고, 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함하고, 메타표면의 어레이가 기판의 최상단 상에 배열되고, 기판의 최하단은 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 배치되고, 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함하고, 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함하고, 광학-전기 변환 유닛의 표면은 광학 신호를 수신하기 위한 면(face)이고, 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할되고, 그리고 메타표면은, 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 입사광을 굴절시키도록 구성된다.
광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛으로 분할될 수 있고, 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함하고, 각각의 컬러 유닛은 메타표면의 하나의 서브유닛에 대응하고, 그리고 각각의 서브유닛은 입사광을 굴절시킨 다음, 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역에 투과시킨다. 따라서, 본 출원의 구현에서, 제조를 통해 획득된 이미지 센서의 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면은 입사광을 굴절시키기 위해 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함하는 어레이를 가져, 상이한 스펙트럼 대역의 광이 광학-전기 변환 유닛의 해당 컬러 영역으로 굴절될 수 있고, 이로써 광 활용률이 개선된다. 또한, 베이어 컬러 필터가 배치되는 경우와 비교하여, 본 출원에서 제공되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면은, 복수의 상이한 스펙트럼 대역의 광을 해당 컬러 영역으로 굴절시킬 수 있고, 이로써 필터링에 의해 유발되는 낮은 광 활용률 문제가 회피될 수 있다.
가능한 구현에서, 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스를 제조하는 단계 이전에, 방법은, 복수의 어레이를 결정하는 단계, 및 복수의 스펙트럼 분할 구조를 획득하기 위해 복수의 어레이를 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스로서 사용하는 단계; 미리설정된 평가 함수(preset evaluation function)를 사용함으로써 복수의 스펙트럼 분할 구조와 일대일 대응성(one-to-one correspondence)이 있는 복수의 평가 값을 획득하는 단계 ―평가 함수는 스펙트럼 분할 구조의 광 활용률을 계산하기 위한 함수임―; 및 복수의 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 평가 값을 포함하는 경우, 복수의 스펙트럼 분할 구조로부터, 제1 스펙트럼 분할 구조를 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조로서 선택하는 단계를 더 포함하고, 제1 스펙트럼 분할 구조의 평가 값은 미리설정된 값보다 크다.
따라서, 본 출원의 이 구현에서, 각각의 어레이의 광 활용률은, 광 활용률이 미리설정된 값을 초과하는 어레이를 획득하고 그리고 추가로, 제조를 통해, 광 활용률이 미리설정된 값을 초과하는 이미지 센서를 획득하기 위해, 미리-확립된 시뮬레이션 모델을 사용함으로써 계산될 수 있다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다: 광 활용률 요건 목표를 충족하는 어레이는, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스 및 이미지 센서의 광 활용률을 개선시키기 위해, 유전 알고리즘(genetic algorithm), 시뮬레이팅된 어닐링 알고리즘 또는 경사 하강법(gradient descent)과 같은 최적화 알고리즘을 사용함으로써, 지정된 광 활용률 요건 목표에 기반하여 역으로 획득될 수 있다.
가능한 구현에서, 방법은, 복수의 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 평가 값을 포함하지 않는 경우, 복수의 어레이를 새로(anew) 결정하는 단계 및 새로 결정된 복수의 어레이에 기반하여, 스펙트럼 분할 구조를 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조로서 결정하는 단계를 더 포함한다.
따라서, 본 출원의 이 구현에서, 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정 값보다 큰 어레이를 포함하지 않는 경우, 평가 값이 미리설정 값보다 큰 어레이가 획득될 때까지, 새로운 복수의 어레이를 획득하기 위해 복수의 어레이가 업데이트될 수 있다.
가능한 구현에서, 복수의 어레이를 새로 결정하는 단계는, 복수의 평가 값의 값에 기반하여, 복수의 어레이 각각에 대응하는 변이율(mutation rate)을 결정하는 단계; 및 업데이트된 복수의 어레이를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 변이율에 기반하여, 복수의 어레이를 변이시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 출원의 이 구현에서, 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이가 획득될 때까지, 변이를 통해 새로운 어레이가 획득될 수 있다.
가능한 구현에서, 각각의 어레이에 대응하는 변이율은 형상 변이율 및/또는 높이 변이율을 포함하고, 형상 변이율은 각각의 어레이의 형상 변이의 확률 또는 비율을 포함하고, 그리고 높이 변이율은 각각의 어레이의 높이 변이의 확률 또는 비율을 포함한다. 따라서, 본 출원의 이 실시예에서, 어레이는, 복수의 상이한 어레이 구조를 획득하기 위해, 형상 또는 높이와 같은 상이한 차원이 변이될 수 있다.
가능한 구현에서, 복수의 어레이를 새로 결정하는 단계는, 복수의 평가 값의 값에 기반하여, 복수의 어레이 각각에 대응하는 확률 값을 결정하는 단계; 복수의 중간(intermediate) 구조를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 확률 값에 기반하여 복수의 어레이에 대해 복수회의 샘플링을 수행하는 단계; 복수의 중간 구조의 평가 값에 기반하여 복수의 중간 구조의 변이율을 결정하는 단계; 및 새로운 복수의 어레이를 획득하기 위해, 복수의 중간 구조에 대응하는 변이율에 기반하여 복수의 중간 구조를 변이시키는 단계를 포함할 수 있다.
따라서, 본 출원의 이 구현에서, 각각의 어레이에 대응하는 확률 값은 어레이의 평가 값에 기반하여 결정될 수 있고, 그런 다음 더 큰 평가 값을 갖는 어레이를 선택하기 위해, 각각의 어레이의 확률 값을 기반으로 샘플링이 수행될 수 있고, 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이가 획득될 때까지, 새로운 어레이를 획득하기 위해, 선택된 어레이가 변이될 수 있다.
가능한 구현에서, 방법은, 광학-전기 변환 유닛과 기판 사이에 컬러 필터링 구조를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있고, 컬러 필터링 구조는 복수의 컬러 필터링 영역으로 분할되고, 각각의 컬러 필터링 영역은 하나의 해당 컬러 영역을 커버하고, 각각의 컬러 영역에 대응하는 컬러는, 컬러 영역을 커버하는 컬러 필터링 영역을 통과한 컬러와 동일하고, 그리고 각각의 컬러 필터링 영역은 컬러 필터링 영역에 의해 커버되는 컬러 영역에 대응하는 컬러 이외의 컬러의 광을 필터링하기 위한 것이다.
가능한 구현에서, 방법은, 각각의 컬러 필터링 영역과 기판 사이에 렌즈를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 출원에서는, 컬러 필터링 영역으로 입사되는 광을 수렴시키기 위해, 각각의 컬러 필터링 영역과 기판 사이에 렌즈가 추가로 배치될 수 있다.
가능한 구현에서, 복수의 컬러 영역에 대응하는 복수의 스펙트럼 대역의 광은 녹색, 적색, 청색 또는 적외선 광 중 하나 이상을 포함한다. 따라서, 본 출원의 이 구현에서, 광학-전기 변환 유닛은, 후속적으로 더 많은 컬러 채널의 이미지를 생성하기 위해, 복수의 스펙트럼 대역의 광학 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다.
가능한 구현에서, 메타표면의 물질은, 이산화티타늄, 질화갈륨 또는 탄화규소 중 하나 이상을 포함한다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 그리고 메타표면에 있고 각각의 컬러 유닛에 대응하는 영역에 포함된 컬럼형 구조는 각도 대칭 형상을 형성한다.
제4 양상에 따라, 본 출원은 추가로 전자 디바이스를 제공한다. 전자 디바이스는 제1 양상의 이미지 센서, 제3 양상에서의 제조를 통해 획득된 이미지 센서 등을 포함할 수 있다.
제5 양상에 따라, 본 출원은 이미지 센서에 적용되는 어레이 구조 결정 방법을 제공한다. 이미지 센서는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스 및 광학-전기 변환 유닛을 포함한다. 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 메타표면 및 기판을 포함한다. 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함한다. 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 메타표면 및 기판을 포함한다. 메타표면의 어레이는 복수의 서브유닛을 포함한다. 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함한다. 메타표면의 어레이는 기판의 최상단 상에 배열된다. 기판의 최하단은 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 배치된다. 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함한다. 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할된다. 메타표면은, 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 입사광을 굴절시키도록 구성된다. 방법은, 복수의 어레이의 구조를 결정하는 단계; 복수의 어레이 각각에 대응하는 평가 값을 획득하기 위해, 평가 함수를 사용하여 복수의 어레이의 구조를 평가하는 단계 ―평가 함수는, 복수의 어레이가 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면으로 사용될 때 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 광 활용률을 계산하기 위한 함수임―; 및 평가 값에 기반하여 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 구조를 결정하는 단계를 포함한다.
광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛으로 분할될 수 있고, 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함하고, 각각의 컬러 유닛은 메타표면의 하나의 서브유닛에 대응하고, 그리고 각각의 서브유닛은 입사광을 굴절시킨 다음, 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역에 투과시킨다.
가능한 구현에서, 평가 값에 기반하여 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 구조를 결정하는 단계는, 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이를 포함하는 경우, 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이로부터의 하나의 어레이를 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 어레이 구조로서 선택하는 단계; 또는 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이를 포함하지 않는 경우, 복수의 어레이를 업데이트하는 단계, 및 업데이트된 복수의 어레이에 기반하여 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 어레이 구조를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
가능한 구현에서, 복수의 어레이를 업데이트하는 단계는, 복수의 평가 값의 값에 기반하여, 복수의 어레이 각각에 대응하는 변이율을 결정하는 단계; 및 업데이트된 복수의 어레이를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 변이율에 기반하여, 복수의 어레이를 변이시키는 단계를 포함한다.
가능한 구현에서, 각각의 어레이에 대응하는 변이율은 형상 변이율 및/또는 높이 변이율을 포함하고, 형상 변이율은 각각의 어레이의 형상 변이의 확률 또는 비율을 포함하고, 그리고 높이 변이율은 각각의 어레이의 높이 변이의 확률 또는 비율을 포함한다.
가능한 구현에서, 복수의 어레이를 업데이트하는 단계는, 복수의 평가 값의 값에 기반하여, 복수의 어레이 각각에 대응하는 확률 값을 결정하는 단계; 복수의 중간 구조를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 확률 값에 기반하여 복수의 어레이에 대해 복수회의 샘플링을 수행하는 단계; 복수의 중간 구조의 평가 값에 기반하여 복수의 중간 구조의 변이율을 결정하는 단계; 및 새로운 복수의 어레이를 획득하기 위해, 복수의 중간 구조에 대응하는 변이율에 기반하여 복수의 중간 구조를 변이시키는 단계를 포함할 수 있다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 그리고 메타표면에 있고 각각의 컬러 유닛에 대응하는 영역에 포함된 컬럼형 구조는 각도 대칭 형상을 형성한다.
제6 양상에 따라, 본 출원은 어레이 구조 구성 장치를 제공하며, 장치는,
복수의 어레이의 구조를 결정하도록 구성된 제1 결정 유닛;
복수의 어레이 각각에 대응하는 평가 값을 획득하기 위해, 평가 함수를 사용하여 복수의 어레이의 구조를 평가하도록 구성된 평가 유닛 ―평가 함수는, 복수의 어레이가 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면으로 사용될 때 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 광 활용률을 계산하기 위한 함수임―; 및
평가 값에 기반하여 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 구조를 결정하도록 구성된 제2 평가 유닛을 포함하고, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 이미지 센서에 포함되고, 이미지 센서는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스 및 광학-전기 변환 유닛을 포함하고, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 메타표면 및 기판을 포함하고, 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함하고, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 메타표면 및 기판을 포함하고, 메타표면의 어레이가 기판의 최상단 상에 배열되고, 기판의 최하단은 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 배치되고, 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함하는 어레이를 포함하고, 메타표면의 어레이는 복수의 서브유닛을 포함하고, 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함하고, 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할되고, 그리고 메타표면은, 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 입사광을 굴절시키도록 구성된다.
광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛으로 분할될 수 있고, 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함하고, 각각의 컬러 유닛은 메타표면의 하나의 서브유닛에 대응하고, 그리고 각각의 서브유닛은 입사광을 굴절시킨 다음, 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역에 투과시킨다.
가능한 구현에서, 제1 결정 유닛은 구체적으로, 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이를 포함하는 경우, 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이로부터의 하나의 어레이를 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 어레이 구조로서 선택하도록 구성된다.
어레이 구조 구성 장치는, 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이를 포함하지 않는 경우, 복수의 어레이를 업데이트하도록 구성된 업데이팅 유닛을 더 포함할 수 있다.
제2 결정 유닛은 추가로, 업데이트된 복수의 어레이에 기반하여 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 어레이 구조를 결정하도록 구성된다.
가능한 구현에서, 업데이팅 유닛은 구체적으로, 복수의 평가 값의 값에 기반하여, 복수의 어레이 각각에 대응하는 변이율을 결정하고; 그리고 업데이트된 복수의 어레이를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 변이율에 기반하여, 복수의 어레이를 변이시키도록 구성된다.
가능한 구현에서, 업데이팅 유닛은 구체적으로, 복수의 평가 값의 값에 기반하여, 복수의 어레이 각각에 대응하는 확률 값을 결정하고; 복수의 중간 구조를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 확률 값에 기반하여 복수의 어레이에 대해 복수회의 샘플링을 수행하고; 복수의 중간 구조의 평가 값에 기반하여 복수의 중간 구조의 변이율을 결정하고; 그리고 새로운 복수의 어레이를 획득하기 위해, 복수의 중간 구조에 대응하는 변이율에 기반하여 복수의 중간 구조를 변이시키도록 구성된다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 그리고 메타표면에 있고 각각의 컬러 유닛에 대응하는 영역에 포함된 컬럼형 구조는 각도 대칭 형상을 형성한다.
제7 양상에 따라, 본 출원의 실시예는 어레이 구조 구성 장치를 제공한다. 어레이 구조 구성 장치는 또한 디지털 프로세싱 칩 또는 칩으로 지칭될 수 있다. 칩은 프로세싱 유닛 및 통신 인터페이스를 포함한다. 프로세싱 유닛은 통신 인터페이스를 통해 프로그램 명령을 획득한다. 프로그램 명령은 프로세싱 유닛에 의해 실행된다. 프로세싱 유닛은 제5 양상 또는 제5 양상 선택적 구현들 중 어느 하나에 따른 프로세싱-관련 기능을 수행하도록 구성된다.
제8 양상에 따라, 본 출원의 실시예는 명령을 포함하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체를 제공한다. 명령이 컴퓨터 상에서 실행될 때, 컴퓨터는 제5 양상 또는 제5 양상의 선택적 구현 중 어느 하나에 따른 방법을 수행할 수 있다.
제9 양상에 따라, 본 출원의 실시예는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다. 컴퓨터 프로그램 제품이 컴퓨터 상에서 구동될 때, 컴퓨터는 제5 양상 또는 제5 양상의 가능한 구현 중 어느 하나에 따른 방법을 수행할 수 있다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 전자 디바이스의 구조에 대한 개략도이다;
도 2는 본 출원에 따른 이미지 센서의 구조에 대한 개략도이다;
도 3은 본 출원에 따른 베이어 컬러 필터의 구조를 도시한다;
도 4는 본 출원에 따른 다른 베이어 컬러 필터의 구조를 도시한다;
도 5는 스펙트럼 채널의 광학 신호 투과에 대한 개략도이다;
도 6은 본 출원에 따른 광학 신호의 굴절 및 반사에 대한 개략도이다;
도 7은 본 출원에 따른 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조에 대한 개략도이다;
도 8은 본 출원에 따른 이미지 센서의 구조에 대한 개략도이다;
도 9a는 본 출원에 따른 다른 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조에 대한 개략도이다;
도 9b는 본 출원에 따른 메타표면의 구조에 대한 개략도이다;
도 10은 본 출원에 따른 다른 이미지 센서의 구조에 대한 개략도이다;
도 11은 본 출원에 따른 광학-전기 변환 유닛의 구조에 대한 개략도이다;
도 12는 본 출원에 따른 다른 이미지 센서의 구조에 대한 개략도이다;
도 13은 본 출원에 따른 다른 이미지 센서의 구조에 대한 개략도이다;
도 14는 본 출원에 따른 어레이 구조 결정 방법에 대한 개략적인 흐름도이다.
도 15는 본 출원에 따른 다른 메타표면의 구조에 대한 개략도이다;
도 16은 본 출원에 따른 이미지 센서 제조 방법에 대한 개략적인 흐름도이다;
도 17은 본 출원에 따른 이미지 센서 제조 방법에 대한 개략적인 흐름도이다;
도 18은 본 출원에 따른 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 광 활용 스펙트럼에 대한 개략도이다;
도 19a, 도 19b 및 도 19c는 본 출원에 따른 광학-전기 변환 유닛에서 광 강도의 분포에 대한 개략도이다; 그리고
도 20은 본 출원에 따른 어레이 구조 구성 장치의 구조에 대한 개략도이다.
도 2는 본 출원에 따른 이미지 센서의 구조에 대한 개략도이다;
도 3은 본 출원에 따른 베이어 컬러 필터의 구조를 도시한다;
도 4는 본 출원에 따른 다른 베이어 컬러 필터의 구조를 도시한다;
도 5는 스펙트럼 채널의 광학 신호 투과에 대한 개략도이다;
도 6은 본 출원에 따른 광학 신호의 굴절 및 반사에 대한 개략도이다;
도 7은 본 출원에 따른 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조에 대한 개략도이다;
도 8은 본 출원에 따른 이미지 센서의 구조에 대한 개략도이다;
도 9a는 본 출원에 따른 다른 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조에 대한 개략도이다;
도 9b는 본 출원에 따른 메타표면의 구조에 대한 개략도이다;
도 10은 본 출원에 따른 다른 이미지 센서의 구조에 대한 개략도이다;
도 11은 본 출원에 따른 광학-전기 변환 유닛의 구조에 대한 개략도이다;
도 12는 본 출원에 따른 다른 이미지 센서의 구조에 대한 개략도이다;
도 13은 본 출원에 따른 다른 이미지 센서의 구조에 대한 개략도이다;
도 14는 본 출원에 따른 어레이 구조 결정 방법에 대한 개략적인 흐름도이다.
도 15는 본 출원에 따른 다른 메타표면의 구조에 대한 개략도이다;
도 16은 본 출원에 따른 이미지 센서 제조 방법에 대한 개략적인 흐름도이다;
도 17은 본 출원에 따른 이미지 센서 제조 방법에 대한 개략적인 흐름도이다;
도 18은 본 출원에 따른 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 광 활용 스펙트럼에 대한 개략도이다;
도 19a, 도 19b 및 도 19c는 본 출원에 따른 광학-전기 변환 유닛에서 광 강도의 분포에 대한 개략도이다; 그리고
도 20은 본 출원에 따른 어레이 구조 구성 장치의 구조에 대한 개략도이다.
이하에서는, 본 출원의 실시예에서 첨부된 도면을 참조로 본 출원의 실시예의 기술적 솔루션을 설명한다. 명확하게, 설명된 실시예들은 본 출원의 모든 실시예들이 아니라 단지 일부에 불과하다. 창의적인 노력없이 본 출원의 실시예들에 기반하여 당업자에 의해 획득되는 다른 모든 실시예가 본 출원의 보호 범위에 속할 것이다.
본 출원의 명세서, 청구항 및 첨부된 도면에서, "제1", "제2", "제3", "제4" 등의 용어는, 유사한 물체 간을 구별하기 위한 것으로, 반드시 특정한 순서 또는 시퀀스를 지시하는 것은 아니다. 이러한 방식으로 사용되는 데이터는 적절한 상황에서 상호교환가능하므로, 본원에서 설명되는 실시예가 본원에서 예시되거나 설명되는 순서와는 다른 순서로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, "포함하다(include)", "포함하다(comprise)"라는 용어 및 이들의 다른 변형은 비배타적 포함을 커버하는 것을 의미한다. 예를 들어, 단계 또는 유닛의 리스트를 포함하는 프로세스, 방법, 시스템, 제품 또는 디바이스는, 반드시 이러한 단계 또는 유닛으로 제한되는 것이 아니라, 명시적으로 나열되지 않은 또는 그러한 프로세스, 방법, 제품 또는 디바이스에 고유하지 않은 다른 단계 또는 유닛을 포함할 수 있다.
본 출원의 설명에서, "복수"는 달리 정확하게 그리고 구체적으로 명시되지 않는 한 2개 이상을 의미한다.
본 출원에서, 달리 명시적으로 지정되고 제한되지 않는 한, "설치된", "~에 연결된", "연결된", "고정된" 및 "설정된"과 같은 용어는 넓은 의미로 이해되어야 하며, 예를 들어 고정식 연결일 수 있거나, 착탈식 연결일 수 있거나 또는 통합식일 수 있고; 기계적 연결일 수 있거나 또는 전기적 연결일 수 있고; 그리고 직접 연결일 수 있거나, 중간 매체를 통한 간접 연결일 수 있거나, 또는 2개의 엘리먼트 간의 내부 연통이 있을 수 있거나 또는 2개의 엘리먼트 간에 상호작용 관계가 있을 수 있다. 당업자는 특정 상황에 기반하여 본 출원에서 전술한 용어의 특정 의미를 이해할 수 있다.
본 출원의 설명에서, "길이", "폭", "위", "아래", "앞", "뒤", "왼쪽", "오른쪽", "수직", "수평", "최상단", "최하단", "내부" 또는 "외부"와 같은 용어에 의해 지시되는 배향 또는 위치 관계는, 첨부된 도면에 기반하여 도시되는 배향 또는 위치 관계이며, 단지 본 출원을 설명하고 설명을 단순화하기 위한 것일 뿐, 지시된 장치 또는 컴포넌트가 특정 배향을 갖거나 또는 특정 배향으로 형성되고 및 동작되어야 함을 지시하거나 암시하는 것은 아니며, 따라서 본 출원에 대한 제한으로 이해될 수 없다는 것이 이해되어야 한다.
특정 컴포넌트를 지칭하기 위해 일부 용어가 명세서 및 청구항에 사용된다. 당업자는 하드웨어 제조자가 상이한 용어를 사용하여 동일한 컴포넌트를 명명할 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 명세서 및 후속 청구항에서는 컴포넌트는 명칭 간의 차이를 기반으로 구별되지 않는다; 대신, 컴포넌트의 기능 간의 차이가 구별 기준으로 사용된다. 명세서 및 청구항에서 언급되는 "포함하는(including)" 또는 "포함하는(comprising)"은 개방-종결형(open-ended) 용어이므로 "포함하지만 이로 제한되지 않는(including but not limited to)" 또는 "포함하지만 이로 제한되지 않는(comprising but not limited to)"으로 해석되어야 한다.
이해를 쉽게 하기 위해, 하기에서는 먼저 본 출원에서 사용되는 기술적 용어를 설명하고 예시한다.
메타물질(metamaterial): 넓은 의미로, 메타물질은, 인공적으로 설계된 단위 구조의 복합체(complex)로서, 기존의 천연 물질이 소유하지 못한 물성(physical property)을 갖는 것으로 정의된다. 메타물질의 물성은 주로, 서브-파장(파장보다 훨씬 작은) 단위 구조의 구조 및 배열에 의해 결정된다.
메타표면(metasurface): 메타표면은 메타물질의 2차원 형태이다. 본 출원에서의 메타표면은 다음을 포함한다:
초점(focal point), 광선이 메타표면 구조를 통해 투과될 때 광선이 메타표면 구조 뒤의 여러 지점에서 수렴되며, 그리고 광선이 수렴하는 여러 지점이 초점이다; 그리고
초점 길이(focal length)(또한, 초점 길이로 지칭됨), 이는 광학 시스템에서 광 수렴 또는 발산을 측정하기 위한 측정 방식이며, 본 출원의 실시예에서, 무한대에 있는 물체가 메타표면 구조를 통해 초점 평면 상에 선명한 이미지를 형성하도록 이미징될 때 메타표면 구조의 광학 중심으로부터 초점까지의 거리이며, 또한 메타표면 구조의 광학 중심으로부터 초점 평면까지의 직교 거리로 이해될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 출원의 기술적 솔루션을 설명한다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 전자 디바이스는, 핸드헬드 디바이스, 차량 탑재형 디바이스, 웨어러블 디바이스, 컴퓨팅 디바이스 또는 무선 모뎀에 연결된 다른 프로세싱 디바이스일 수 있거나 또는 디지털 카메라(digital camera), 셀룰러 폰(cellular phone), 스마트폰(smartphone), PDA(Personal Digital Assistant, PDA) 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터(laptop computer), 머신 타입 통신(Machine Type Communication, MTC) 단말, POS(point of sales, POS), 차량 탑재형 컴퓨터, 헤드 장착형 디바이스, 웨어러블 디바이스(이를테면, 팔찌 또는 스마트워치), 보안 보호 디바이스, 가상 현실(virtual reality, VR) 디바이스, 증강 현실(augmented reality, AR) 디바이스, 또는 이미징 기능을 갖는 다른 전자 디바이스일 수 있다.
디지털 카메라가 예로 사용된다. 디지털 카메라는, 광전 센서(photoelectric sensor)를 사용하여 광학 이미지를 디지털 신호로 변환하는 카메라이다. 기존의 카메라는 필름 상의 감광성(photosensitive) 화학 물질의 변화에 기반하여 이미지를 기록한다. 이에 반해, 디지털 카메라의 센서는 감광성 전하-결합 디바이스(charge-coupled device, CCD) 또는 상보형 금속 산화물 반도체(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)이다. 기존의 카메라에 비해, 디지털 카메라는 광학-전기 변환 이미지 센서를 직접 사용하기 때문에, 더 높은 편의성, 신속성, 반복성, 더 높은 적시성과 같은 장점을 갖는다. CMOS 프로세싱 기술의 발전으로, 디지털 카메라는 기능면에서 점점 더 강력해져, 기존의 필름 카메라를 거의 완전히 대체했으며, 가전 제품, 보안 보호, 인간-컴퓨터 상호작용, 컴퓨터 비전 및 자율 주행과 같은 분야에 매우 널리 적용된다.
도 1은 본 출원에 따른 전자 디바이스의 개략도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스는 렌즈(lens) 모듈(110), 이미지 센서(sensor)(120) 및 전기 신호 프로세서(130)를 포함할 수 있다. 전기 신호 프로세서(130)는 아날로그-디지털(A/D) 변환기(131) 및 디지털 신호 프로세서(132)를 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(131)는 아날로그 신호-디지털 신호 변환기이며, 아날로그 전기 신호를 디지털 전기 신호로 변환하도록 구성된다.
도 1에 도시된 전자 디바이스가 전술한 컴포넌트를 포함하는 것으로 제한되는 것은 아니며, 추가로, 더 많은 수 또는 더 적은 수의 다른 컴포넌트들, 예를 들어, 배터리, 플래시, 버튼 및 센서 등을 포함할 수 있다 것이 이해되어야 한다. 본 출원의 본 실시예에서는, 이미지 센서(120)가 설치되어 있는 전자 디바이스만이 설명을 위한 예로 사용되지만, 전자 디바이스에 설치된 엘리먼트가 이로 제한되는 것은 아니다.
촬영된 물체에 의해 반사되는 광학 신호는 렌즈 모듈(110)을 통해 수렴되고, 촬영된 물체는 이미지 센서(120) 상에 이미징된다. 이미지 센서(120)는 광학 신호를 아날로그 전기 신호로 변환한다. 아날로그 전기 신호는 전기 신호 프로세서(130)에서 아날로그-디지털(A/D) 변환기(131)를 사용함으로써 디지털 전기 신호로 변환되고, 디지털 전기 신호는 디지털 신호 프로세서(132)를 사용함으로써 프로세싱되고, 예를 들면, 디지털 전기 신호는, 최종적으로 이미지를 출력하기 위해, 일련의 복잡한 수학적 알고리즘 연산을 통해 최적화된다. 전기 신호 프로세서(130)는, 이미지 센서에 의해 전송된 아날로그 전기 신호를 미리프로세싱한 다음, 미리프로세싱된 아날로그 전기 신호를 아날로그-디지털 변환기(131)에 출력하도록 구성된 아날로그 신호 프리프로세서(preprocessor)(133)를 더 포함할 수 있다.
이미지 센서(120)의 성능은 최종적으로 출력되는 이미지의 품질에 영향을 미친다. 이미지 센서(120)는 또한 감광성 칩, 감광성 엘리먼트 등으로 지칭될 수 있으며, 수십만 개 내지 수백만 개의 광학-전기 변환 엘리먼트를 포함한다. 이미지 센서가 광으로 조사되는(irradiated) 경우, 전하가 생성되고, 이 전하는 아날로그-디지털 변환기 칩을 사용하여 디지털 신호로 변환된다.
통상, 이미지 센서(120)는 컬러 필터링 시스템을 사용하여 이미지의 컬러 정보를 획득할 수 있다. 컬러 필터링 시스템은 베이어 컬러 필터 시스템(Bayer color filter)일 수 있다. 구체적으로, 베이어 컬러 필터는 이미지 센서(120)의 광학-전기 변환 엘리먼트를 커버하여 컬러 필터링 시스템을 형성한다. 광학-전기 변환 엘리먼트는 포토다이오드일 수 있다. 베이어 컬러 필터는 또한 베이어 광 필터로 지칭될 수 있다. 도 2는 베이어 컬러 필터 시스템에 기반한 이미지 센서의 개략도이다. 이미지 센서는 마이크로렌즈(121), 베이어 컬러 필터(122), 포토다이오드(123)를 포함한다. 베이어 컬러 필터(122)는 RGB 컬러 필터를 포함한다. RGB 컬러 필터는 포토다이오드의 그리드 상에 배열되어 RGB 모자이크 컬러 필터링 시스템을 형성한다. 인간 눈의 망막에 녹색-감지 광수용체 세포의 수량이 가장 많다는 생물학적 특성을 모방하여, 베이어 컬러 필터는 통상 RGGB 형태로 배열된다. 비전 중심(Vision-driven).
도 3은 베이어 컬러 필터 시스템에 기반한 이미지 센서에 대한 구조를 도시하고, 도 4는 이미지 센서에서의 하나의 컬러 픽셀 유닛의 구조에 대한 개략도이다. 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 컬러 픽셀 유닛은 4개의 컬러 필터(122) 및 4개의 컬러 필터에 대응하는 4개의 포토다이오드(123) 픽셀 셀을 포함한다. 4개의 컬러 필터(122)는 RGGB 형태로 배열되는데, 즉, 적색 컬러 필터와 청색 컬러 필터가 대각선으로 위치되고, 2개의 녹색 컬러 필터가 대각선으로 위치된다. 포토다이오드(123)의 감광성 영역은 포토다이오드 픽셀 셀에 의해 점유되는 구역의 중앙 위치에 있고, 따라서 컬러 픽셀 유닛은 컬러 필터(122) 위에 마이크로렌즈(121) 어레이를 더 포함한다. 마이크로렌즈(121) 어레이는, 광 활용률을 보장하기 위해, 포토다이오드(123)의 감광성 영역에 광학 신호를 수렴시키도록 구성된다. 마이크로렌즈(121) 어레이는 입사된 광학 신호를 4개의 컬러 필터(122)에 개별적으로 수렴시킨다. 광이 4개의 컬러 필터(122)를 통해 필터링된 후, 필터링된 광학 신호가 4개의 컬러 필터에 의해 각각 커버된 포토다이오드(123)에 전송되고, 그리고 추가로, 이미지의 대략적 컬러 정보 및 광 강도 정보가 동시에 획득된다. 이후, 소프트웨어 보간 알고리즘을 사용함으로써, 최적화 및 복원을 통해 현실에 가장 가까운 컬러 이미지가 획득될 수 있다.
그러나, 베이어 컬러 필터 시스템을 기반으로 하는 이미지 센서의 광 활용률은 상당히 낮다. 스펙트럼 채널로 또한 지칭될 수 있는 각각의 컬러 픽셀 채널의 경우, 광학 신호의 70% 초과가 베이어 컬러 필터에 의해 필터링되며, 광의 30% 미만만이 포토다이오드에 도달하고 최종 컴퓨터를 이용한 이미징(computational imaging)을 위한 전기 신호로 변환될 수 있다. 도 5는 컬러 픽셀 유닛에서 스펙트럼 채널의 광속(luminous flux)에 대한 개략도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, RGGB 형태로 배열된 컬러 픽셀 유닛의 경우에, 입사광이 백색광일 때, 즉 400 나노미터 내지 700 나노미터 범위의 모든 파장의 광학 신호를 포함할 때, 컬러 필터가 이상적 컬러 필터링 효과를 갖는다면, 컬러 필터링 후 광속의 이론상 최대값은 입사 광속의 1/3에 불과하고; 입사광이 적색광 또는 청색광일 때, 컬러 필터링 후 광속의 이론상 최대값은 입사 광속의 1/4이고; 입사광이 녹색광일 때, 2개의 녹색 채널이 존재하기 때문에, 컬러 필터링 후 광속의 이론상 최대값은 입사 광속의 1/2이다. 또한, 실제로, 현실에서는 컬러 필터의 컬러 필터링 효과가 완벽할 수 없는데, 즉 컬러 필터의 컬러 필터링 및 광 투과 효율은 100%에 도달할 수 없고, 결과적으로 실제 광 활용률은 낮다. 입사광이 백색광일 때, 전체 광 활용률은 대략 25%에 불과하다. 입사광이 적색광 또는 청색광일 때, 광 활용률은 대략 15%이다. 입사광이 녹색광일 때, 광활용률은 대략 30%이다.
대안적으로, 일부 시나리오에서, 스펙트럼 분할 기능이 있는 메타표면이 컬러 필터링 시스템 대신 사용된다. 일반화된 스넬의 법칙(Snell's law)에 따르면, 반사된 광과 투과된 광의 방향은 계면 물질의 굴절률뿐만 아니라 계면의 위상 구배 분포에 의존한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 위상 구배 분포는, 
과 같은 공식을 사용하여 계산될 수 있다. 요구되는 공간 위상 분포가 메타표면의 스펙트럼 분할 함수 및 일반화된 스넬의 법칙에 기반하여 계산된 다음, 요구되는 기하학적 위상이 이방성 나노핀(anisotropic nanofin) 구조를 사용하여 원하는 파장에서 생성되고, 이로써 스펙트럼 분할 기능이 구현된다. 그러나, 모든 메타표면은 이방성 나노핀 구조에 의해 생성된 기하학적 위상을 사용하여 스펙트럼 분할 기능을 구현하며 그리고 기하학적 위상의 고유한 특성은, 기하학적 위상이 단지 하나의 타입의 원형 편광된 광에만 영향을 미치는 반면 다른 타입의 원형 편광된 광은 원치않는 미광(stray light)이 되어 활용될 수 없다는 것이다. 결과적으로, 광의 최대 50%가 활용될 수 있다. 또한, 나노핀 구조의 또 다른 고유한 특성은, 각각의 나노핀 구조가 상이한 주파수의 광에 대해 동일한 기하학적 위상을 생성한다는 것이며; 따라서, 나노핀 구조에서 생성된 기하학적 위상을 사용하여 상이한 주파수의 광에 대한 스펙트럼 분할 기능을 구현하기 위해, 상이한 크기의 나노핀이 하나의 유닛 구조 내부에 배치되어야 하며, 여기서 각각의 크기의 나노핀은 상이한 스펙트럼 대역에서 작용하고, 이로써 스펙트럼 분할 효과가 달성된다. 그러나, 이 방법은, 상이한 크기의 나노핀이 해당 동작 대역에 있지 않은 광에 대해 부정적인 산란 효과를 갖기 때문에, 분명히 매우 낮은 광 활용률을 초래할 것이다.
따라서, 본 출원은, 광 활용률을 개선시키기 위해, 이미지 센서에 적용되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스를 제공한다. 통합형 픽셀-레벨 스펙트럼 분할 디바이스를 사용함으로써 효율적인 픽셀-레벨 스펙트럼 분할 기능이 구현되고, 이로써 컬러 이미지 센서의 광 활용률이 개선된다.
다음에서는, 본 출원에서 제공되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스, 이미지 센서 및 이미지 센서 제조 방법을 별도로 상세히 설명한다.
첫째, 본 출원은 이미지 센서를 제공한다. 이미지 센서는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스 및 광학-전기 변환 유닛을 포함한다. 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는, 입사광을 굴절시켜 상이한 스펙트럼 대역의 광이 광학-전기 변환 유닛의 해당 컬러 영역으로 투과될 수 있도록 구성된다.
본 출원에서 제공되는 이미지 센서에 적용되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조가 설명된다.
도 7은 본 출원에 따른 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조에 대한 개략도이다.
스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 메타표면(701) 및 기판(702)을 포함한다.
메타표면(701)의 어레이는 기판(702)의 최상단에 배열되거나 또는 기판(702)의 최상단은 메타표면을 지탱하기 위한 것이다.
메타표면(701)은 적어도 하나의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함한다. 메타표면(701)의 어레이는 광을 굴절시키도록 구성된다. 메타표면(701)은 상이한 굴절률을 갖는 2개의 매질을 포함한다. 예를 들어, 메타표면은 복수의 그리드로 분할될 수 있으며, 여기서 각각의 그리드는 이산화티타늄 또는 공기와 같은 일 타입의 매질로 채워진다.
메타표면은 복수의 서브유닛을 포함하고, 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함한다.
선택적으로, 복수의 컬럼형 구조 각각의 최상부 평면은 삼각형, 사변형, 육각형 등 중 하나를 포함할 수 있고, 복수의 컬럼형 구조 모두의 형상은 동일할 수도 또는 상이할 수도 있다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다: 메타표면 상의 각각의 컬럼형 구조의 최상단 평면의 형상은 이음매 없이 접합될 수 있는 형상이며, 최상단 평면은 메타표면을 향하고 메타표면에 직교하는 방향이다.
또한, 메타표면은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함하고 그리고 메타표면 상의 각각의 컬럼형 구조의 최상단 평면의 형상은 이음매 없이 접합될 수 있는 형상이기 때문에, 복수의 컬럼형 구조가 더 큰 구조로 접합될 수 있는데, 이는 복수의 컬럼형 구조가 서로 가깝기 때문이다. 예를 들어, 컬럼형 구조는 규칙적인 큐브(regular cube) 구조일 수 있고, 복수의 규칙적인 큐브는 인접성으로 인해 직사각 큐브 형상, 다른 불규칙 형상 등으로 접합될 수 있다.
기판(702)은 통상, 이산화규소, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 또는 폴리카보네이트(PC)와 같이, 광 투과율이 특정 값보다 큰 물질을 포함한다. 대안적으로, 기판(702)은 높은 투과율을 보장하기 위해 중공 구조일 수 있다.
스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스를 포함하는 이미지 센서의 구조가 도 8에 도시될 수 있으며, 여기서 기판의 최하단은 이미지 센서의 광학-전기 변환 유닛(703)의 표면 또는 최상단 상에 배치된다. 광학-전기 변환 유닛(703)은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함한다. 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할된다. 메타표면은, 입사광을 굴절시키고 그리고 기판을 통해, 굴절된 광을 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 투과시키도록 구성된다. 예를 들어, 광학-전기 변환 유닛의 각각의 픽셀 유닛은 RGGB(Red, Green, Green, Blue)와 같은 4개의 컬러 영역으로 분할될 수 있다. 이 경우 입사광이 메타표면에 의해 굴절된 후, 적색광은 기판을 통해 광학-전기 변환 유닛의 R 영역으로 투과되고, 녹색광은 기판을 통해 G 영역으로 투과되고, 청색광은 기판을 통해 B 영역으로 투과된다.
광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛(또한, 픽셀 유닛 또는 컬러 픽셀 유닛으로 지칭될 수 있음)으로 분할될 수 있다. 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함한다. 각각의 컬러 유닛은 메타표면의 하나의 서브유닛에 대응한다. 각각의 서브유닛은, 입사광을 굴절시킨 다음, 기판을 통해, 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역으로 투과시킨다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다: 메타표면은 광학-전기 변환 유닛의 표면 위에 배치되는 것으로 이해될 수 있으며, 메타표면에 있고 각각의 컬러 유닛에 대응하는 영역은 복수의 컬럼형 구조를 포함하고, 그리고 복수의 컬럼형 구조는 입사광을 복수의 컬럼형 구조 아래에 있는 컬러 유닛의 해당 컬러 영역으로 반사시키기 위한 것이다.
도 8에 도시된 메타표면(701)의 구조는 하나의 서브유닛으로 이해될 수 있고, 광학-전기 변환 유닛(703)은 4개의 컬러 영역을 포함하는 하나의 컬러 유닛으로 이해될 수 있다. 하나의 서브유닛은 하나의 컬러 유닛에 대응하고, 그리고 서브유닛은, 입사광을 굴절시킨 다음, 기판(702)을 통해, 굴절된 광을 컬러 유닛의 해당 컬러 영역으로 투과시키도록 구성된다.
메타표면은 복수의 서브유닛을 포함할 수 있으며, 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함하고, 각각의 서브유닛이 동일한 어레이 구조를 가질 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 하나의 서브유닛의 구조가 결정된 후, 이미지 센서에서의 메타표면의 구조가 결정된다. 물론, 각각의 서브유닛은 대안적으로 상이한 어레이 구조를 가질 수 있다. 이는 실제 적용 시나리오에 기반하여 구체적으로 조정될 수 있다. 본 출원의 다음의 구현에서는, 단지 하나의 서브유닛의 구조만이 설명을 위한 예로서 사용되며, 세부사항은 아래에서 다시 설명되지 않는다.
따라서, 본 출원의 구현에서 제공되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스에서, 상이한 컬러의 광은, 메타표면에 있고 그리고 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 사용함으로써 굴절되고, 그리고 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스가 센서에 적용될 때, 입사광은, 스펙트럼 불리를 구현하도록, 메타표면에 의해 굴절된 다음, 광학-전기 변환 유닛의 해당 컬러 영역으로 투과된다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다: 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 중간 메타표면 또는 중간 회절 표면을 가지며, 2차 2차원 바코드 타입의 구조 특성을 가지며, 그리고 복수의 스펙트럼 채널을 가져, 복수의 컬러에 대한 스펙트럼 분할을 구현하고 효율적인 스펙트럼 분할 기능을 구현한다. 또한, 메타표면 구조의 어레이는 입사광을 굴절시킬 수 있고, 이로써 산란 현상이 감소되고 광 활용률이 개선될 수 있다. 이는 또한 다음과 같이 이해될 수 있다: 메타표면은 입사광의 회절을 구현하므로, 특히 서브-파장 시나리오에서, 상이한 스펙트럼 대역의 광이 광학-전기 변환 유닛의 해당 컬러 영역으로 투과될 수 있다. 메타표면은 입사광을 회절시키며, 베이어 컬러 필터 및 나노핀 메타표면 구조와 비교할 때, 본 출원에서 제공되는 메타표면은 상이한 스펙트럼 대역의 광의 회절을 구현할 수 있고, 이로써 광 활용률을 개선시킬 수 있다.
구체적으로, 메타표면(701)의 어레이 구조는 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함할 수 있다. 2개의 매질을 예로 사용하면, 2개의 매질 중 적어도 하나의 물질이 컬럼형 구조를 구성하고 메타표면의 어레이를 구성할 수 있다.
선택적으로, 메타표면의 물질은 이산화티타늄, 질화갈륨, 탄화규소, 또는 굴절률이 높은 다른 물질 중 하나 이상을 포함한다. 예를 들어, 메타표면의 어레이는 이산화티타늄을 포함하는 컬럼형 구조를 포함할 수 있고, 복수의 컬럼형 구조가 어레이를 구성하고, 공기가 메타표면에서 다른 타입의 매질로 선택될 수 있다. 예를 들어, 메타표면은 이산화티타늄 및 공기를 포함할 수 있다. 이산화티타늄의 굴절률은 공기의 굴절률보다 크다. 이 경우, 메타표면의 구조가 도 9a에 도시될 수 있고, 복수의 컬럼형 구조의 물질은 이산화티타늄일 수 있고, 다른 타입의 매질은 공기일 수 있다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다: 이산화티타늄을 포함한 컬럼형 구조 및 공기가 어레이를 형성한다. 어레이의 평면도가 도 9b에 도시될 수 있다. 이는 다음과 동일하다: 메타표면이 복수의 그리드로 분할될 수 있으며, 여기서 그리드의 크기는 동일할 수도 또는 상이할 수도 있다. 그리드가 동일한 크기의 정사각형 네트워크인 예가 본원에서 사용된다. 구체적으로, 예를 들어, 메타표면(701) 상의 컬럼형 구조의 높이는 500nm일 수 있고, 각각의 정사각형 그리드의 폭은 100nm일 수 있고, 투명 기판(702)은 이산화규소 유리를 포함하며 3.5㎛의 두께를 갖는다. 메타표면이 사용된 센서의 픽셀 값은 800nm이며, 즉 하나의 픽셀 유닛에 대응하는 메타표면의 크기는 1.6㎛이다. 스펙트럼 분할 디바이스가 후속적으로 제조되는 경우, 그리드를 매질로 채움으로써 메타표면이 획득될 수 있다. 각각의 타입의 매질은 컬럼형 구조일 수 있고, 컬럼형 구조는 동일한 크기 및 형상 또는 상이한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 또한, 일 타입의 매질이 공기일 수 있고, 다른 타입의 매질은 굴절률이 공기와 상이한 물질일 수 있다. 이는 물질을 절약하고, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 제조 효율성을 개선시킬 수 있다.
예를 들어, 메타표면에 의해 굴절된 입사광의 투과 방식이 일 예를 사용하여 설명된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 도 10(a)는 본 출원의 실시예에 따른 하나의 컬러 픽셀 유닛의 구조에 대한 개략도이다. 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 하나의 컬러 픽셀 유닛은, 하나의 메타표면(701), 및 메타표면 구조 아래에 위치되며 2차원적으로 배열된 4개의 인접한 광학-전기 변환 엘리먼트를 포함할 수 있다. 4개의 광학-전기 변환 엘리먼트는, 각각, 도 10(b)에서의 광학-전기 변환 엘리먼트 A, 광학-전기 변환 엘리먼트 B, 광학-전기 변환 엘리먼트 C 및 광학-전기 변환 엘리먼트 D에 대응한다. 4개의 광학-전기 변환 엘리먼트는 RGGB 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 광학-전기 변환 엘리먼트 A, 광학-전기 변환 엘리먼트 B, 광학-전기 변환 엘리먼트 C 및 광학-전기 변환 엘리먼트 D는, 각각, 적색광, 녹색광, 녹색광, 청색광의 3개의 스펙트럼 대역에 대응할 수 있다. 메타표면(701)은, 각각, 광학-전기 변환 엘리먼트 A, 광학-전기 변환 엘리먼트 B, 광학-전기 변환 엘리먼트 C 및 광학-전기 변환 엘리먼트 D의 감광성 위치에 적색광, 녹색광 및 청색광을 포커싱할 수 있다. 하기에서는, 도 6에 도시된 계면에서의 공간적 투과 위상 구배가 0인 경우 굴절된 광 및 반사된 광의 투과 경로 그리고 계면에서의 공간적 투과 위상 구배가 0이 아닌 경우 굴절된 광 및 반사된 광의 투과 경로를 참조로 설명된다. 공간적 투과 위상 구배를 획득하기 위해, 메타표면(701)의 어레이의 접선 방향으로 공간적 투과 위상이 생성된다. 공간적 투과 위상 구배는 각각의 스펙트럼 대역의 광학 신호를 스펙트럼 대역에 대응하는 광학-전기 변환 엘리먼트에 전달하기 위한 것이다. 본 출원의 이 실시예에서, 투과 위상은 또한, 투과율 위상으로 지칭될 수 있다.
공간적 투과 위상 구배의 존재로 인해, 입사된 광학 신호 및 메타표면(701)은 특정한 공진 효과를 형성할 수 있다. 상이한 스펙트럼 대역의 광학 신호가 메타표면(701)을 통과한 경우, 메타표면(701)에 상이한 투과 위상 변화가 발생하고, 이로써 광학 신호의 굴절 각도가 변경된다. 즉, 상이한 스펙트럼 대역의 광학 신호를 상이한 스펙트럼 대역에 대응하는 광학-전기 변환 엘리먼트에 전달하기 위해, 광학 신호의 전파 방향이 제어된다.
전술한 스펙트럼 대역 값은 단지 설명을 위한 참조 데이터일 뿐이며, 본 출원의 실시예에 대한 제한으로 간주되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다. 각각의 스펙트럼 채널의 특정 주파수 범위는 이미지 센서의 실제 전체 스펙트럼 설계 및 광학-전기 변환 엘리먼트의 실제 스펙트럼 응답 범위에 종속된다. 도 10에 도시된 하나의 컬러 픽셀 유닛에서 광학-전기 변환 엘리먼트의 수량은 예일 뿐, 본 출원의 실시예에 대한 제한을 구성하지는 않는다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 각각의 컬러 유닛 위의 메타표면 영역에 포함된 컬럼형 구조의 표면은 각도 대칭 형상을 형성한다.
예를 들어, 광학-전기 변환 유닛에서 행렬로 배열된 매 4개의 픽셀 셀에 대응하는 컬러가 RGGB 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 왼쪽 상단 모서리와 오른쪽 상단 모서리의 컬러 영역에 대응하는 컬러는 녹색이고, 다른 2개의 모서리에 대응하는 컬러는 적색 및 청색이다. 이에 대응하여, 도 7 내지 도 9b에 도시된 메타표면의 구조의 경우, 메타표면 상에 구조를 포함하는 어레이의 평면도는 대칭 구조일 수 있고, 이에 입사광은 메타표면의 구조에 의해 굴절된 다음, 광학-전기 변환 유닛의 해당 컬러 영역으로 투과될 수 있다.
도 11은 광학-전기 변환 유닛(220)의 어레이의 개략도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 각각의 광학-전기 변환 유닛(703)은 4개의 광학-전기 변환 엘리먼트에 대응할 수 있으며, 4개의 광학-전기 변환 엘리먼트는 RGGB 방식으로 배열된다. 또한, 발광-방지 플레이트가 광학-전기 변환 유닛에 의한 광학 신호의 반사를 감소시키기 위해 광학-전기 변환 유닛에 추가로 배치될 수 있고, 이로써 광 활용률이 추가로 개선된다.
도 10 및 도 11에 도시된 하나의 광학-전기 변환 유닛(703) 내의 광학-전기 변환 엘리먼트의 수량은 단지 예일뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 광학-전기 변환 엘리먼트의 실제 수량은 대안적으로 더 많거나 또는 더 적을 수 있다. 본원에서 언급된 4개의 광학-전기 변환 엘리먼트는 본 출원의 실시예에 대한 제한을 구성하지 않는다.
따라서, 본 출원의 구현에서, 컬럼형 구조를 포함하는 어레이는, 상이한 스펙트럼 대역의 광을 굴절시키기 위해 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면에 배치된다. 기존의 베이어 컬러 필터와 비교하여, 본 출원에서는, 상이한 스펙트럼 대역의 광이 굴절되고, 이에 각각의 스펙트럼 대역의 광이 광학-전기 변환 유닛의 해당 영역으로 투과되고, 이로써 컬러 필터의 필터링에 의해 유발되는 낮은 광 활용률이 회피된다.
통상, 나노핀 구조를 사용하여 광을 굴절시키는 것은 단지 한 타입의 원형 편광된 광에만 효과적이고, 다른 타입의 원형 편광된 광은 원치않는 미광이 되어 활용될 수 없다. 결과적으로, 광 활용률이 크게 감소된다. 대조적으로, 본 출원에서 제공되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는, 단지 한 타입의 원형 편광된 광 대신 모든 입사 편광된 광을 굴절시킬 수 있으며 편광에 대한 의존도가 거의 없다. 따라서, 본 출원에서 제공되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 광 활용률을 크게 개선시킬 수 있다.
또한, 나노핀 구조가 광을 굴절시키기 위한 것인 경우, 각각의 나노핀 구조는 상이한 주파수의 광에 대해 동일한 기하학적 위상을 생성하고; 따라서, 나노핀 구조에 의해 생성되는 기하학적 위상을 사용하여 상이한 주파수의 광에 대한 스펙트럼 분할 기능을 구현하기 위해, 상이한 크기의 나노핀이 하나의 유닛 구조 내부에 배치되어야 하며, 여기서 각각의 크기의 나노핀은 상이한 스펙트럼 대역에서 작용하고, 이로써 스펙트럼 분할 효과가 달성된다. 그러나, 이 방법은, 상이한 크기의 나노핀이 해당 동작 대역에 있지 않은 광에 대해 부정적인 산란 효과를 갖기 때문에, 분명히 매우 낮은 광 활용률을 초래할 것이다. 대조적으로, 본 출원의 구현에서, 메타표면의 어레이 구조는 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함할 수 있으며, 컬럼형 구조는 상이한 스펙트럼 대역의 광에 대해 요구되는 응답을 가지며, 이로써 굴절되지 않은 광의 활용률이 낮다는 문제가 회피될 수 있는데, 이는 상이한 크기의 나노핀이 상이한 스펙트럼 대역의 광을 굴절시키기 때문이다. 이러한 방식으로, 광 활용률이 추가로 개선된다.
선택적으로, 입사광의 반사율을 감소시키고 및 광 활용률이 개선시키기 위해, 광학-전기 변환 유닛의 표면이 반사-방지 레이어를 더 포함할 수 있거나 또는 반사-방지 레이어가 광학-전기 변환 유닛의 표면과 기판 사이에 배치된다.
가능한 구현에서, 광학-전기 변환 유닛(703)과 기판(702) 사이에 컬러 필터링 구조가 추가로 배치되고, 컬러 필터링 구조는 복수의 컬러 필터링 영역으로 분할되고, 각각의 컬러 필터링 영역은 하나의 해당 컬러 영역을 커버하고, 그리고 각각의 컬러 영역에 대응하는 컬러는, 컬러 영역을 커버하는 컬러 필터링 영역을 통과한 컬러와 동일하다. 예를 들어, 컬러 필터링 구조는 4개의 컬러 필터일 수 있거나, 또는 특정 스펙트럼 대역의 광이 통과하는 다른 매질일 수 있다.
예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 광학-전기 변환 유닛과 기판 사이에 컬러 필터(704)가 배치될 수 있고, 컬러 필터는 특정 스펙트럼 대역의 광 이외의 광을 필터링하기 위해 복수의 컬러 필터링 영역으로 분할될 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터에 해당하는 컬러 영역이 녹색이면, 녹색은 컬러 필터를 통과할 수 있고 녹색 이외의 컬러는 컬러 필터에 의해 필터링된다.
따라서, 본 출원의 이러한 구현에서, 광학-전기 변환 유닛의 각각의 컬러 영역으로 투과되는 광을 필터링하고 특정 스펙트럼 대역에 있지 않는 광을 필터링하기 위해 컬러 필터링 구조가 추가될 수 있으며, 이로써 광학-전기 변환 유닛에 의해 수행되는 광학-신호 변환에 대한 간섭이 회피되고 광 활용률이 추가로 개선된다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 필터링 영역과 기판 사이에 렌즈가 추가로 배치된다.
예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 각각의 컬러 필터링 영역과 기판 사이에 마이크로 볼록 렌즈(705)(줄여서 마이크로렌즈)가 배치된다. 통상, 각각의 마이크로렌즈의 크기는, 컬러 필터링 영역으로 투과되는 광이 수렴하도록, 마이크로렌즈에 의해 커버된 컬러 필터링 영역의 크기와 같고, 이로써 컬러 영역으로 투과되는 광의 산란이 감소되고 광 활용률이 추가로 개선된다. 따라서, 본 출원의 이 구현에서는, 각각의 채널의 누화를 감소시키기 위해, 컬러 필터 및 마이크로렌즈가 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스에 사용될 수 있다.
가능한 구현에서, 복수의 컬러 영역에 대응하는 컬러의 복수의 스펙트럼 대역의 광은 녹색, 적색, 청색, 또는 적외선(infrared radiation, IR) 광 중 하나 이상을 포함한다
예를 들어, 본 출원에서 제공되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 스펙트럼 분할 스펙트럼 채널의 수량은 2개 이상이며, 스펙트럼 대역은, 이미지 센서의 목적과 감광성 레이어의 스펙트럼 응답 범위에 따라, 자외선에서 근적외선까지 다양하다. 스펙트럼 수량과 채널 배열은 이미지 센서의 목적에 의존한다. 예를 들어, 이미지 센서가 가시광(visible-light) 이미징에 사용되는 경우, 스펙트럼 대역 범위는 400-700nm 가시광 범위이고 스펙트럼 수량은 3개이며 채널 배열은 RGGB이고; 이미지 센서가 멀티-스펙트럼 이미징에 사용되는 경우, 스펙트럼 대역 범위는 400-700이고 스펙트럼 수량은 7개일 수 있고; 이미지 센서가 가시광 및 근적외선 이미징에 사용되는 경우, 스펙트럼 대역 범위는 400-1000nm이고 스펙트럼 수량은 4개이며 채널 배열은 RGB 및 IR일 수 있다. 따라서, 본 출원의 이 구현에서, 복수의 시나리오에 적응하도록, 복수 타입의 가시광 또는 비가시광의 스펙트럼 분할이 구현될 수 있다. 일반화 능력은 강력하다.
본 출원에서 제공되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조가 일 예를 사용하여 위에서 설명되었다. 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면은 광 활용률을 개선시키는 데 중요한 역할을 하며, 메타표면에 대해 복수의 어레이 배열 방식이 있을 수 있음을 전술한 구조로부터 알 수 있다. 하기에서는, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 어레이 구조를 결정하기 위한 방법을 설명한다.
도 14를 참조로, 본 출원은 이미지 센서에 적용되는 어레이 구조 결정 방법을 제공한다. 이미지 센서는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스 및 광학-전기 변환 유닛을 포함한다. 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스에 대해서는, 도 7-도 13의 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스를 참조할 수 있으며, 세부사항은 여기서 다시 설명되지 않는다. 하기에서는, 본 출원에서 제공되는 이미지 센서에 적용되는 어레이 구조 결정 방법의 구체적인 단계를 설명한다.
1401. 복수의 어레이의 구조를 결정한다.
복수의 어레이의 구조는, 미리설정된 검색 공간을 검색함으로써 획득될 수 있거나 또는 무작위로 생성된 구조일 수 있다. 각각의 어레이는 메쉬 구조일 수 있거나 또는 벌집 구조 등일 수 있다. 구조의 높이는 동일할 수도 또는 상이할 수도 있다. 각각의 구조의 높이는 또한, 미리설정된 검색 공간을 검색함으로써 획득될 수 있다. 검색 공간에는 상이한 어레이 구조 및 높이 값 범위가 미리설정되어 있을 수 있으며, 이후, 검색 공간으로부터의 샘플링을 통해, 복수의 어레이 구조 및 각각의 어레이 구조에 대응하는 높이가 획득될 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
예를 들어, 검색 공간을 형성하기 위해 사전에 복수의 어레이 구조가 생성된 다음, 사용가능한 어레이 구조가 실제 적용 시나리오에 기반하여 선택될 수 있어, 복수의 어레이를 신속하게 획득할 수 있고, 이로써, 복수의 어레이를 획득하는 효율성이 개선된다. 다른 예로, 하나 이상의 2차원 바코드 이미지가 무작위로 생성될 수 있으며, 복수의 어레이는 복수의 2차원 바코드 이미지를 기반으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 구성될 메타표면의 크기가 미리설정된 다음, 메타표면이 정사각형 그리드, 육각형 그리드 등으로 분할되고, 그런 다음, 각각의 그리드가 무작위로 채워져, 도 15에 도시된 바와 같은 어레이 구조가 획득된다.
1402. 복수의 어레이 각각에 대응하는 평가 값을 획득하기 위해, 평가 함수를 사용하여 복수의 어레이의 구조를 평가한다.
평가 함수는, 각각의 어레이에 대응하는 광 활용률을 획득하기 위해, 복수의 어레이가 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면으로 사용될 때 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 광 활용률을 계산하기 위한 함수이며, 이후, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 어레이 구조가 평가 값에 기반하여 결정된다.
예를 들어, N개의 초기 2차원 바코드 구조가 무작위로 생성될 수 있다. 각각의 2차원 바코드 구조는 N*N 정사각형 영역을 포함한다. 각각의 영역은, N*N 0/1을 포함하는 2차 행렬을 형성하여 구조를 표현하기 위해, 2개의 매질 물질, 예를 들어 공기 및 이산화티타늄 중 하나로 만들어질 수 있다. 구조 높이는 1㎛ 내의 랜덤한 높이이다. 이 실시예에서, 1은 이산화티타늄을 표현하고, 0은 공기를 표현한다. RGGB의 스펙트럼 분할 함수에 기반하여 시뮬레이션 모델이 확립되고, 그리고 Maxwell의 방정식이 시뮬레이션을 통해 풀어져, 하기의 평가 함수처럼, 계산을 통해 평균 광 활용률이 획득된다:
여기서, 
내지 
, 
내지 
, 
내지 
는, 각각, 적색광, 녹색광 및 청색광의 스펙트럼이고, Tr, Tg 및 Tb는, 각각, 적색광, 녹색광 및 청색광에 대응하는 셀 영역의 투과율이다. 구체적으로, 예를 들어, 시뮬레이션을 통해 N개의 2차원 바코드 구조에 해당하는 이미지 센서가 생성될 수 있고, 그런 다음, 각각의 시뮬레이팅된 이미지 센서의 광 활용률이 평가 함수를 사용하여 계산되어, 각각의 어레이에 대응하는 광 활용률이 획득된다. 물론, 대안적으로, 각각의 어레이에 대응하는 이미지 센서를 제조함으로써 광 활용률이 계산될 수 있다. 이는, 본 출원에서 제한되지 않는다.
1403. 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이를 포함하는지 여부를 결정하고, 예인 경우, 단계(1404)를 수행하고, 아니오인 경우 단계(1405)를 수행한다.
복수의 어레이 각각의 평가 값이 획득된 후, 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이를 포함하는지 여부가 결정된다. 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이를 포함하는 경우, 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이로부터, 하나의 어레이가 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 어레이 구조로서 선택될 수 있다. 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이가 포함되지 않은 경우, 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이가 획득될 때까지, 새로운 어레이가 획득될 수 있다.
1404. 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이로부터의 하나의 어레이를 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 구조로서 선택한다.
평가 값이 미리설정된 값보다 큰 하나 이상의 어레이로부터, 하나의 어레이가 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 구조로서 선택될 수 있다.
예를 들어, 평가 값이 50% 보다 큰 복수의 어레이가 존재하는 경우, 평가 값이 50% 보다 큰 복수의 어레이로부터, 평가 값이 가장 큰 어레이가 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 구조로서 선택될 수 있다. 대안적으로, 평가 값이 50% 보다 큰 복수의 어레이로부터, 하나의 어레이가 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 구조로서 무작위로 선택된다.
1405. 복수의 어레이를 업데이트한다.
복수의 어레이 중 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이가 없는 경우, 복수의 어레이가 업데이트되고, 그리고 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 구조는 업데이트된 복수의 어레이에 기반하여 결정되는데, 즉, 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이가 획득될 때까지 단계(1402) 및 단계(1403)가 반복적으로 수행된다.
복수의 어레이를 업데이트하는 복수의 방식이 있을 수 있다. 다음은 몇몇 가능한 구현을 설명한다.
가능한 구현에서, 복수의 어레이 각각에 대응하는 변이율은 복수의 평가 값의 값에 기반하여 결정될 수 있다. 변이율은 구체적으로, 형상 변이율, 높이 변이율 등을 포함할 수 있다. 형상 변이율은 어레이 구조의 형상 변이의 확률 또는 비율이다. 높이 변이율은 각각의 어레이의 높이 변이의 확률 또는 비율을 포함한다. 그런 다음, 업데이트된 복수의 어레이를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 변이율에 기반하여 복수의 어레이가 변이된다. 구체적으로, 복수의 어레이의 형상이 형상 변이율에 기반하여 변이될 수 있거나 또는 복수의 어레이의 높이가 높이 변이율에 기초하여 변이될 수 있는 식이다. 통상, 각각의 어레이의 평가 값은, 어레이를 시뮬레이션을 통해 이미지 센서에 대입한 후 획득된 광 활용률을 표현하는 데 사용될 수 있다. 광 활용률이 높을수록 해당 변이율이 낮다는 것을 지시한다. 광 활용률과 변이율 간의 관계는 선형 관계일 수도 있고 지수 관계일 수도 있는 식이다. 구체적으로, 실제 적용 시나리오에 기반하여 관계가 조정될 수 있다. 변이율이 높을수록 어레이의 변이 비율이 크다는 것을 지시한다. 예를 들어, 형상 변이율이 20%인 경우, 변이된 어레이를 획득하기 위해 어레이의 영역 중 20%가 변이될 수 있다. 특정 변이 방식은 어레이의 영역 중 일부에서 컬럼형 구조를 재배열하거나, 다른 어레이의 영역 중 일부와 구조를 교환하는 것 등일 수 있다. 구체적인 변이 방식은 실제 적용 시나리오에 기반하여 조정될 수 있다. 높이 변이율이 10%인 경우, 변이된 높이를 획득하기 위해 어레이 높이가 10% 증가 또는 감소된다. 구체적인 변이 방식은 실제 적용 시나리오에 기반하여 조정될 수 있다.
따라서, 본 출원의 이 구현에서, 어레이의 변이를 완료하기 위해, 어레이의 평가 값에 기반하여 각각의 어레이의 형상 및 높이 변이율이 결정될 수 있다. 더 큰 평가 값을 가진 어레이는 더 낮은 변이율에 대응한다. 이러한 방식으로, 어레이 구조가 조정되어, 새로운 어레이 구조가 후속적으로 더 높은 광 활용률에 해당하는 어레이를 선택하도록 미리설정된 값에 더 가까워진다.
또 다른 가능한 구현에서, 복수의 어레이 각각에 대응하는 확률 값이 복수의 평가 값의 값에 기반하여 결정되고; 그런 다음, 복수의 중간 구조를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 확률 값에 기반하여 복수의 어레이에 대해 샘플링이 수행되고; 그런 다음, 복수의 중간 구조의 평가 값에 기반하여, 복수의 중간 구조의 형상 변이율, 높이 변이율 등을 포함하는 변이율이 결정되고; 그리고 새로운 복수의 어레이를 획득하기 위해, 복수의 중간 구조에 대응하는 변이율에 기반하여 복수의 중간 구조가 변이된다. 특정 변이 방식은 어레이의 영역 중 일부에서 컬럼형 구조를 재배열하거나, 다른 어레이의 영역 중 일부와 구조를 교환하는 것 등일 수 있다. 구체적인 변이 방식은 실제 적용 시나리오에 기반하여 조정될 수 있다.
예를 들어, 어레이 1에 대응하는 광 활용률이 25%이고, 어레이 2에 대응하는 광 활용률이 30%이고 그리고 어레이 3에 대응하는 광 활용률이 26%인 경우, 어레이에 대응하는 광 활용률 값에 기반하여 각각의 어레이에 대한 샘플링 확률을 설정되는데, 예를 들어, 어레이 1에 대한 확률이 10%이고, 어레이 2에 대한 확률은 25%이고 그리고 어레이 3에 대한 확률은 13%이고, 그리고 이후에, 복수의 어레이, 즉 복수의 중간 구조를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대한 확률에 기반하여 1회 이상 샘플링이 수행될 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 각각의 어레이에 대한 해당 확률을 설정하는 방식은 
을 포함할 수 있고, 여기서 i는 i번째 2차원 바코드 구조를 표현하고, Fi는 i번째 구조의 평가 함수이고, n은 1 이상의 정수일 수 있다.
샘플링이 복수회 수행되는 경우, 각각의 어레이에 대한 확률을 기반으로 매번 샘플링이 수행될 수 있으며, 상이한 횟수의 샘플링을 통해 획득될 수 있는 어레이는 동일할 수도 또는 상이할 수도 있다. 따라서, 본 출원의 이 구현에서, 어레이에 대응하는 광 활용률에 기반하여 각각의 어레이에 대한 확률이 설정될 수 있으므로, 더 높은 광 활용률에 대응하는 어레이는 후속 샘플링 동안 샘플링될 확률이 더 높고, 샘플링을 통해 획득된 어레이는 새로운 어레이를 획득하도록 변이된다.
다른 가능한 구현예에서, 검색 공간이 미리설정되고 그리고 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이가 선택을 통해 획득되지 않은 경우, 검색 공간을 다시 검색함으로써 복수의 어레이가 획득될 수 있다.
본 출원에서 제공되는 방법에서, 광 활용률 요건 목표를 충족하는 어레이는, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스 및 이미지 센서의 광 활용률을 개선시키기 위해, 유전 알고리즘, 시뮬레이팅된 어닐링 알고리즘 또는 경사 하강법과 같은 최적화 알고리즘을 사용함으로써, 지정된 광 활용률 요건 목표에 기반하여 역으로 획득될 수 있다.
앞에서는, 본 출원에서 제공되는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스, 이미지 센서 및 이미지 센서에 적용되는 어레이 구조 결정 방법에 대해 상세히 설명했다. 이하에서는, 전술된 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스, 이미지 센서 및 이미지 센서에 적용되는 어레이 구조 결정 방법을 기반으로, 본 출원에서 제공되는 이미지 센서 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 16은, 후술되는 바와 같은, 본 출원에 따른 이미지 센서 제조 방법에 대한 개략적인 흐름도이다.
1601. 광학-전기 변환 유닛을 제조하며, 여기서 광학-전기 변환 유닛은 광학 신호를 전기 신호로 변환하도록 구성되고, 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함하고, 그리고 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할된다.
1602. 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스를 제조한다.
스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 메타표면 및 기판을 포함한다. 메타표면의 어레이는 기판의 최상단 상에 배열된다. 기판의 최하단은 광학-전기 변환 유닛의 표면 또는 광학-전기 변환 유닛의 최상단 상에 배치된다. 메타표면은 복수의 서브유닛을 포함하고, 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함하고, 그리고 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함한다. 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함한다. 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할된다. 메타표면은, 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 입사광을 굴절시키도록 구성된다.
광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛으로 분할될 수 있고, 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함하고, 메타표면의 각각의 서브유닛은 하나의 컬러 유닛에 대응하고, 그리고 각각의 서브유닛은 입사광을 굴절시킨 다음, 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역에 투과시킨다. 통상, 서브유닛의 어레이 구조는 동일할 수도 또는 상이할 수도 있다.
예를 들어, 광학-전기 변환 유닛의 어레이 및 메타표면 구조의 어레이는 CMOS 프로세스를 사용하여 집적되고 및 기계가공될 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 메타표면은 이산화티타늄 및 공기의 2개의 매질을 포함하는 어레이를 포함할 수 있고, 그리고 메타표면의 어레이 구조가 결정된 후, 이산화티타늄을 포함하는 컬럼형 구조가 어레이에 채워질 수 있다.
예를 들어, 단계(1602)는, 광학-전기 변환 유닛의 어레이 상에 기판을 증착하는 단계 및 기판 상에 마이크로구조를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
따라서, 본 출원의 이 구현에서, 기판이 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 제조될 수 있고, 메타표면의 어레이가 기판의 최상단에 제조될 수 있다. 상이한 컬러의 광이 메타표면에 있고 그리고 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 사용하여 굴절되고, 그리고 입사광이 메타표면에 의해 굴절된 다음, 광학-전기 변환 유닛의 해당 컬러 영역으로 투과되어, 스펙트럼 분할이 구현된다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다: 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 중간 메타표면 또는 중간 회절 표면을 가지며, 2차 2차원 바코드 타입의 구조 특성을 가지며, 그리고 복수의 스펙트럼 채널을 가져, 복수의 컬러에 대한 스펙트럼 분할을 구현하고 효율적인 스펙트럼 분할 기능을 구현한다. 또한, 메타표면 구조의 어레이는 입사광을 굴절시킬 수 있고, 이로써 산란 현상이 감소되고 이미지 센서의 광 활용률이 개선될 수 있다.
가능한 구현에서, 광학-전기 변환 유닛과 기판 사이에 컬러 필터링 구조가 추가로 제조될 수 있다. 컬러 필터링 구조는 복수의 컬러 필터링 영역으로 분할되고, 각각의 컬러 필터링 영역은 하나의 해당 컬러 영역을 커버하고, 각각의 컬러 영역에 대응하는 컬러는, 컬러 영역을 커버하는 컬러 필터링 영역을 통과한 컬러와 동일하고, 그리고 각각의 컬러 필터링 영역은 컬러 필터링 영역에 의해 커버되는 컬러 영역에 대응하는 컬러 이외의 컬러의 광을 필터링하기 위한 것이다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 필터링 영역과 기판 사이에 렌즈가 추가로 제조될 수 있다.
가능한 구현에서, 복수의 컬러 영역에 대응하는 컬러의 복수의 스펙트럼 대역의 광은 녹색, 적색, 청색 또는 적외선 광 중 하나 이상을 포함한다
가능한 구현에서, 메타표면의 물질은, 이산화티타늄, 질화갈륨 또는 탄화규소 중 하나 이상을 포함한다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 각각의 컬러 유닛 위의 메타표면 영역에 포함된 컬럼형 구조의 표면은 각도 대칭 형상을 형성한다.
또한, 메타표면의 제조하기 전에 메타표면의 어레이 구조가 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 17을 참조하면, 하기에서는, 메타표면의 어레이 구조를 구성하기 위한 방법을 참조하여, 본 출원에서 제공되는 이미지 센서 제조 방법의 프로세스를 다음과 같이 보다 상세히 설명한다.
1701. 복수의 어레이의 구조를 결정한다.
1702. 복수의 어레이 각각에 대응하는 평가 값을 획득하기 위해, 평가 함수를 사용하여 복수의 어레이의 구조를 평가한다.
1703. 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이를 포함하는지 여부를 결정하고, 예인 경우, 단계(1705)를 수행하고, 아니오인 경우 단계(1704)를 수행한다.
1704. 복수의 어레이를 업데이트한다.
1705. 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이로부터의 하나의 어레이를 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 구조로서 선택한다.
단계(1701) 내지 단계(1705)에 대해서는, 단계(1401) 내지 단계(1405)를 참조한다. 상세사항은 여기에서 다시 설명되지 않는다.
1706. 광학-전기 변환 유닛을 제조한다.
1707. 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스를 제조한다.
단계(1706) 및 단계(1707)에 대해서는, 단계(1601) 및 단계(1602)를 참조한다. 상세사항은 여기에서 다시 설명되지 않는다.
따라서, 본 출원의 이 구현에서, 메타표면을 제조하기 전에, 메타표면의 어레이 구조가 추가로 결정되어, 더 높은 광 활용률을 갖는 이미지 센서를 획득할 수 있다. 이는 다음과 같이 이해될 수 있다: 광 활용률 요건 목표를 충족하는 어레이는, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스 및 이미지 센서의 광 활용률을 개선시키기 위해, 유전 알고리즘, 시뮬레이팅된 어닐링 알고리즘 또는 경사 하강법과 같은 최적화 알고리즘을 사용함으로써, 지정된 광 활용률 요건 목표에 기반하여 역으로 획득될 수 있다.
본 출원에서 언급된 이미지 센서의 광 활용률은 보다 구체적인 적용 시나리오를 사용하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
예를 들어, 도 18은 400-700nm의 가시광 대역 범위에서 스펙트럼 분할 디바이스의 광 활용률의 스펙트럼 그래프이고, 여기서 수평 좌표는 파장을 표현하고 수직 좌표는 투과율을 표현한다. Tb는 우측 하단 모서리에 있는 청색 감광성 픽셀 셀에 도달하기 위한 광 투과율을 표현하고, Tg 및 Tg2는, 각각, 우측 상단 모서리 및 좌측 하단 모서리에 있는 2개의 감광성 픽셀 셀에 도달하기 위한 광 투과율을 표현하고, 그리고 Tr은 좌측 상단에 있는 적색 감광성 픽셀 셀에 도달하기 위한 투과율을 표현한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 가시광의 광 활용률을 55.9%까지 증가시키며, 이는 기존 컬러 필터의 광 활용률의 대략 224%이다. 적색광의 광 활용률은 73.7%이며, 이는 기존 컬러 필터의 광 활용률의 대략 393%이다. 녹색광의 광 활용률은 47.9%이며, 이는 기존 컬러 필터의 광 활용률의 대략 127%이다. 청색광의 광 활용률은 47.3%이며, 이는 기존 컬러 필터의 광 활용률의 대략 252%이다.
도 19a, 도 19b 및 도 19c에는 중간 스펙트럼 분할 디바이스 레이어의 최하단으로부터 3.5㎛ 거리에 있는 평면 상의 광 강도 분포가 도시되고, 여기서 (a), (b) 및 (c)는 각각 450nm, 536nm 및 640nm의 파장에 대응한다. 3개 컬러, 즉 적색, 녹색, 청색의 광이 각각, 4개의 감광성 픽셀 셀 포지션, 즉 우측 하단, 좌측 하단, 우측 상단 및 좌측 상단에, RGGB 배열 방식으로 포커싱되는 것을 알 수 있다. 스펙트럼 누화는 컬러 필터 레이어를 추가함으로써 제거되고, 산란된 광의 양은 비교적 적다.
분명히, 본 출원에서 제공되는 이미지 센서의 광 활용률은 베이어 컬러 필터 또는 나노핀 구조의 광 활용률보다 분명히 높다는 것을 전술한 분석으로부터 알 수 있다. 따라서, 본 출원의 구현에서는, 컬러 필터링 방식을 사용하여 컬러 정보를 획득하는 베이어 컬러 필터와 비교하여, 스펙트럼 분할를 통해 단일 컬러 필터링 시스템의 광 활용률의 이론적인 제한을 극복하여 원칙적으로 컬러 이미지 센서의 광 활용률을 개선하기 위해, 픽셀-레벨 스펙트럼 분할 디바이스가 본 출원에 사용된다. 나노핀 구조의 메타표면 기술을 위해, 함수-중심 역설계 알고리즘(function-driven reverse design algorithm)이 2차 2차원 바코드 타입의 구조를 설계하기 위해 본 발명에서 사용되며, 이는 높은 스펙트럼 분할 효율성, 낮은 편광 의존성 및 더 작은 감광성 픽셀 셀 매칭의 장점을 갖는다. 또한, 이미지 센서의 광 활용률이 개선되고, 이로써 이미지 센서를 이용하여 수행되는 촬영 동안 신호대잡음비가 증가되고, 약한-광 조건하에서 촬영되는 이미지의 품질이 개선되고 그리고 약한-광 조건하에서의 촬영 성능이 개선된다.
도 20을 참조로, 본 출원은 추가로, 도 14의 방법을 수행하도록 구성된 어레이 구조 구성 장치를 제공하며, 여기서 장치는,
복수의 어레이의 구조를 결정하도록 구성된 제1 결정 유닛(2001);
복수의 어레이 각각에 대응하는 평가 값을 획득하기 위해, 평가 함수를 사용하여 복수의 어레이의 구조를 평가하도록 구성된 평가 유닛(2002) ―평가 함수는, 복수의 어레이가 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면으로 사용될 때 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 광 활용률을 계산하기 위한 함수임―; 및
평가 값에 기반하여 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 구조를 결정하도록 구성된 제2 평가 유닛(2003)을 포함할 수 있고, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 이미지 센서에 포함되고, 이미지 센서는 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스 및 광학-전기 변환 유닛을 포함하고, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 메타표면 및 기판을 포함하고, 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함하고, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 메타표면 및 기판을 포함하고, 메타표면의 어레이가 기판의 최상단 상에 배열되고, 기판의 최하단은 광학-전기 변환 유닛의 표면 또는 광학-전기 변환 유닛의 최상단 상에 배치되고, 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함하는 어레이를 포함하고, 메타표면의 배열은 적어도 하나의 컬럼형 구조를 포함하는 배열을 포함하고, 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할되고, 그리고 메타표면은, 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 입사광을 굴절시키도록 구성된다.
광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛으로 분할될 수 있고, 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함하고, 각각의 컬러 유닛은 하나의 서브유닛에 대응하고, 그리고 각각의 서브유닛은 입사광을 굴절시킨 다음, 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역에 투과시킨다.
가능한 구현에서, 제1 결정 유닛(2001)은 구체적으로, 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이를 포함하는 경우, 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 어레이로부터의 하나의 어레이를 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 어레이 구조로서 선택하도록 구성된다.
어레이 구조 구성 장치는, 복수의 어레이가 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 어레이를 포함하지 않는 경우, 복수의 어레이를 업데이트하도록 구성된 업데이팅 유닛(2004)을 더 포함할 수 있다.
제2 결정 유닛은 추가로, 업데이트된 복수의 어레이에 기반하여 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 메타표면의 어레이 구조를 결정하도록 구성된다.
가능한 구현에서, 업데이팅 유닛(2004)은 구체적으로, 복수의 평가 값의 값에 기반하여, 복수의 어레이 각각에 대응하는 변이율을 결정하고; 그리고 업데이트된 복수의 어레이를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 변이율에 기반하여, 복수의 어레이를 변이시키도록 구성된다.
가능한 구현에서, 업데이팅 유닛(2004)은 구체적으로, 복수의 평가 값의 값에 기반하여, 복수의 어레이 각각에 대응하는 확률 값을 결정하고; 복수의 중간 구조를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 확률 값에 기반하여 복수의 어레이에 대해 복수회의 샘플링을 수행하고; 복수의 중간 구조의 평가 값에 기반하여 복수의 중간 구조의 변이율을 결정하고; 그리고 새로운 복수의 어레이를 획득하기 위해, 복수의 중간 구조에 대응하는 변이율에 기반하여 복수의 중간 구조를 변이시키도록 구성된다.
가능한 구현에서, 각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 각각의 컬러 유닛 위의 메타표면 영역에 포함된 컬럼형 구조의 표면은 각도 대칭 형상을 형성한다.
따라서, 행렬로 배열되는 매 적어도 4개의 컬러 영역이 적어도 2개의 동일한 컬러에 대응할 수 있고, 그리고 2개의 대칭 컬러 영역에 대응하는 컬러는 동일할 수 있다. 이 실시예는 메타표면의 어레이에 적용가능한 가능한 배열 방식을 제공한다.
전술한 설명은 단지 본 출원의 선택적인 실시예일 뿐, 본 출원을 제한하려는 것은 아니다. 본 출원의 사상 및 원리를 이탈함없이 이루어는 임의의 수정, 등가물 교체 또는 개선 등이 본 출원의 보호 범위 내에 속할 것이다.
Claims (22)
- 이미지 센서로서,
메타표면(metasurface), 기판, 및 광학-전기 변환 유닛(optical-to-electrical conversion unit)을 포함하며,
상기 메타표면은 복수의 서브유닛을 포함하고, 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형(columnar) 구조를 포함하는 어레이를 포함하고, 상기 메타표면의 어레이는 상기 기판의 최상단 상에 배열되고, 상기 기판의 최하단은 상기 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 배치되고, 상기 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함하고, 상기 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함하고, 상기 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛으로 분할되고, 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함하고, 각각의 컬러 유닛은 상기 복수의 서브유닛 중 하나에 대응하고, 상기 메타표면은, 입사광을 굴절시키고 그리고 상기 기판을 통해, 굴절된 광을 상기 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 투과시키도록 구성되고, 그리고 각각의 서브유닛은, 입사광을 굴절시킨 다음, 상기 기판을 통해, 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역으로 투과시키는, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 광학-전기 변환 유닛과 상기 기판 사이에 컬러 필터링 구조가 추가로 배치되고, 상기 컬러 필터링 구조는 복수의 컬러 필터링 영역으로 분할되고, 각각의 컬러 필터링 영역은 하나의 해당 컬러 영역을 커버하고, 그리고 각각의 컬러 영역에 대응하는 컬러는, 상기 컬러 영역을 커버하는 컬러 필터링 영역을 통과한 컬러와 동일한, 이미지 센서. - 제2항에 있어서,
각각의 컬러 필터링 영역과 상기 기판 사이에 렌즈가 추가로 배치되는, 이미지 센서. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 컬러 영역에 대응하는 복수의 스펙트럼 대역의 광은 녹색, 적색, 청색 또는 적외선 광 중 하나 이상을 포함하는, 이미지 센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메타표면의 물질은, 이산화티타늄, 질화갈륨 또는 탄화규소 중 하나 이상을 포함하는, 이미지 센서. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 그리고 각각의 컬러 유닛에 대응하는 서브유닛에 포함된 상기 복수의 컬럼형 구조는 각도 대칭 형상을 형성하는, 이미지 센서. - 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스로서,
메타표면 및 기판을 포함하며,
상기 메타표면은 복수의 서브유닛을 포함하고, 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함하고, 상기 메타표면의 어레이는 상기 기판의 최상단 상에 배열되고, 상기 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함하고, 상기 메타표면은 입사광을 굴절시키도록 구성되고, 그리고 상기 기판은 상기 메타표면에 의해 굴절된 광을 투과시키도록 구성되는, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스. - 제7항에 있어서,
상기 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 이미지 센서에 적용되고, 상기 이미지 센서는 광학-전기 변환 유닛을 포함하고, 상기 기판은 상기 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 배치되고, 상기 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함하고, 상기 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛으로 분할되고, 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함하고, 각각의 컬러 유닛은 상기 복수의 서브유닛 중 하나에 대응하고, 상기 메타표면은, 입사광을 굴절시키고 그리고 상기 기판을 통해, 굴절된 광을 상기 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 투과시키도록 구성되고, 그리고 각각의 서브유닛은, 입사광을 굴절시키고 그리고 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역에 투과시키는, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스. - 제8항에 있어서,
각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 그리고 각각의 컬러 유닛에 대응하고 상기 메타표면에 있는 영역에 포함된 컬럼형 구조는 각도 대칭 형상을 형성하는, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스. - 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학-전기 변환 유닛과 상기 기판 사이에 컬러 필터링 구조가 추가로 배치되고, 상기 컬러 필터링 구조는 복수의 컬러 필터링 영역으로 분할되고, 각각의 컬러 필터링 영역은 하나의 해당 컬러 영역을 커버하고, 그리고 각각의 컬러 영역에 대응하는 컬러는, 상기 컬러 영역을 커버하는 컬러 필터링 영역을 통과한 컬러와 동일한, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스. - 이미지 센서 제조 방법으로서,
광학-전기 변환 유닛을 제조하는 단계 ―상기 광학-전기 변환 유닛은 광학 신호를 전기 신호로 변환하도록 구성되고, 상기 광학-전기 변환 유닛은 광학-전기 변환을 위한 어레이를 포함하고, 그리고 상기 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 영역으로 분할됨―; 및
상기 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스는 메타표면 및 기판을 포함하고, 상기 메타표면은 복수의 서브유닛을 포함하고, 각각의 서브유닛은 복수의 컬럼형 구조를 포함하는 어레이를 포함하고, 상기 메타표면의 어레이가 상기 기판의 최상단 상에 배열되고, 상기 기판의 최하단은 상기 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 배치되고, 상기 메타표면은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 매질을 포함하고, 상기 광학-전기 변환 유닛의 표면은 광학 신호를 수신하기 위한 면(face)이고, 상기 광학-전기 변환 유닛의 어레이는 복수의 컬러 유닛으로 분할되고, 각각의 컬러 유닛은 적어도 4개의 컬러 영역을 포함하고, 각각의 컬러 유닛은 복수의 서브유닛 중 하나에 해당하고, 상기 메타표면은, 상기 광학-전기 변환 유닛의 어레이의 해당 컬러 영역으로 입사광을 굴절시키도록 구성되고, 그리고 각각의 서브유닛은, 입사광을 굴절시킨 다음, 상기 기판을 통해, 굴절된 광을 해당 컬러 유닛의 컬러 영역으로 투과시키는, 이미지 센서 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 광학-전기 변환 유닛의 표면 상에 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스를 제조하는 단계 이전에,
상기 방법은,
복수의 어레이를 결정하는 단계, 및 복수의 스펙트럼 분할 구조를 획득하기 위해 상기 복수의 어레이를 상기 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스로서 사용하는 단계;
미리설정된 평가 함수(preset evaluation function)를 사용함으로써 상기 복수의 스펙트럼 분할 구조와 일대일 대응성(one-to-one correspondence)이 있는 복수의 평가 값을 획득하는 단계 ―상기 평가 함수는 상기 스펙트럼 분할 구조의 광 활용률을 계산하기 위한 함수임―; 및
상기 복수의 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 평가 값을 포함하는 경우, 상기 복수의 스펙트럼 분할 구조로부터, 제1 스펙트럼 분할 구조를 상기 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조로서 선택하는 단계
를 더 포함하고, 상기 제1 스펙트럼 분할 구조의 평가 값은 상기 미리설정된 값보다 큰, 이미지 센서 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 방법은, 상기 복수의 평가 값이 미리설정된 값보다 큰 적어도 하나의 평가 값을 포함하지 않는 경우, 복수의 어레이를 새로(anew) 결정하는 단계 및 새로 결정된 복수의 어레이에 기반하여, 스펙트럼 분할 구조를 상기 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스의 구조로서 결정하는 단계를 더 포함하는, 이미지 센서 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 복수의 어레이를 새로 결정하는 단계는,
상기 복수의 평가 값의 값에 기반하여, 상기 복수의 어레이 각각에 대응하는 변이율(mutation rate)을 결정하는 단계; 및
업데이트된 복수의 어레이를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 상기 변이율에 기반하여, 상기 복수의 어레이를 변이시키는 단계
를 포함하는, 이미지 센서 제조 방법. - 제14항에 있어서,
각각의 어레이에 대응하는 변이율은 형상 변이율 및/또는 높이 변이율을 포함하고, 상기 형상 변이율은 각각의 어레이의 형상 변이의 확률 또는 비율을 포함하고, 그리고 상기 높이 변이율은 각각의 어레이의 높이 변이의 확률 또는 비율을 포함하는, 이미지 센서 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 복수의 어레이를 새로 결정하는 단계는,
상기 복수의 평가 값의 값에 기반하여, 상기 복수의 어레이 각각에 대응하는 확률 값을 결정하는 단계;
복수의 중간(intermediate) 구조를 획득하기 위해, 각각의 어레이에 대응하는 확률 값에 기반하여 상기 복수의 어레이에 대해 복수회의 샘플링을 수행하는 단계;
상기 복수의 중간 구조의 평가 값에 기반하여 상기 복수의 중간 구조의 변이율을 결정하는 단계; 및
새로운 복수의 어레이를 획득하기 위해, 상기 복수의 중간 구조에 대응하는 변이율에 기반하여 상기 복수의 중간 구조를 변이시키는 단계
를 포함하는, 이미지 센서 제조 방법. - 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 광학-전기 변환 유닛과 상기 기판 사이에 컬러 필터링 구조를 제조하는 단계를 더 포함하고,
상기 컬러 필터링 구조는 복수의 컬러 필터링 영역으로 분할되고, 각각의 컬러 필터링 영역은 하나의 해당 컬러 영역을 커버하고, 각각의 컬러 영역에 대응하는 컬러는, 상기 컬러 영역을 커버하는 컬러 필터링 영역을 통과한 컬러와 동일하고, 그리고 각각의 컬러 필터링 영역은 상기 컬러 필터링 영역에 의해 커버되는 컬러 영역에 대응하는 컬러 이외의 컬러의 광을 필터링하기 위한 것인, 이미지 센서 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 방법은, 각각의 컬러 필터링 영역과 상기 기판 사이에 렌즈를 제조하는 단계를 더 포함하는, 이미지 센서 제조 방법. - 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 컬러 영역에 대응하는 복수의 스펙트럼 대역의 광은 녹색, 적색, 청색 또는 적외선 광 중 하나 이상을 포함하는, 이미지 센서 제조 방법. - 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메타표면의 물질은, 이산화티타늄, 질화갈륨 또는 탄화규소 중 하나 이상을 포함하는, 이미지 센서 제조 방법. - 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 컬러 유닛에 대응하는 컬러는 적어도 2개의 동일한 컬러를 포함하고, 그리고 각각의 컬러 유닛에 대응하고 상기 메타표면에 있는 영역에 포함된 컬럼형 구조는 각도 대칭 형상을 형성하는, 이미지 센서 제조 방법. - 전자 디바이스로서,
상기 전자 디바이스는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 이미지 센서를 포함하는, 전자 디바이스.
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