KR20230046002A - 멀티 스펙트럼 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 이미지 센서는, 제1 화소행과 제2 화소행을 포함하는 센서 기판; 상기 센서 기판 위에 배치된 투명한 스페이서층; 및 상기 스페이서층 위에 배치된 색분리 렌즈 어레이;를 포함하고, 상기 색분리 렌즈 어레이는: 상기 제1 화소행과 마주하며 입사광 중 제1 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하여 상기 제1 화소행의 복수의 화소들에 각각 집광하는 제1 색분리 렌즈 어레이; 및 상기 제2 화소행과 마주하며, 입사광 중 제2 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하여 상기 제2 화소행의 복수의 화소들에 각각 집광하는 제2 색분리 렌즈 어레이;를 포함할 수 있다.

Description

멀티 스펙트럼 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 {Multispectral image sensor and electronic apparatus including the image sensor}
개시된 실시예들은 입사광을 파장 별로 분리하여 집광하는 색분리 렌즈 어레이를 구비하여 멀티 스펙트럼 정보를 획득할 수 있는 멀티 스펙트럼 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
물체의 구성 또는 조성의 변화에 따라 물체에는 미소한 색 또는 외형의 변화가 발생하며, 이러한 변화를 검출할 수 있는 이미지 센서에 대한 요구가 점차 증가하고 있다. 예를 들어, 피부 등의 인체 기관의 질환 여부의 판단, 식품 검사, 산림 벌채 등을 용이하게 감지하기 위하여, 물체 표면으로부터 반사된 스펙트럼 변화를 검출할 수 있는 멀티 스펙트럼 이미지 센서가 사용될 수 있다. 컬러 필터를 기반으로 한 멀티 스펙트럼 이미지 센서의 경우, 컬러 필터가 특정 파장 대역의 빛을 제외한 나머지 파장 대역의 빛을 흡수하기 때문에 멀티 스펙트럼 이미지 센서의 광 이용 효율이 저하될 수 있다. 더욱이, 높은 해상력을 얻기 위해 이미지 센서의 크기가 점점 작아짐에 따라 단위 화소에서의 감도가 감소할 수 있다.
입사광을 파장 별로 분리하여 집광할 수 있는 색분리 렌즈 어레이를 이용하여 광 이용 효율이 향상된 멀티 스펙트럼 이미지 센서 및 멀티 스펙트럼 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 방향을 따라 배열된 복수의 화소를 구비하는 제1 화소행 및 제2 방향으로 상기 제1 화소행과 인접하며 제1 방향을 따라 배열된 복수의 화소를 구비하는 제2 화소행을 포함하는 센서 기판; 상기 센서 기판 위에 배치된 투명한 스페이서층; 및 상기 스페이서층 위에 배치된 색분리 렌즈 어레이;를 포함하고, 상기 색분리 렌즈 어레이는: 상기 제1 화소행과 마주하도록 상기 제1 방향을 따라 연장되며, 입사광 중 제1 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하여 상기 제1 화소행의 복수의 화소들에 각각 집광하는 제1 색분리 렌즈 어레이; 및 상기 제2 화소행과 마주하도록 상기 제1 방향을 따라 연장되며, 입사광 중 제1 스펙트럼 범위와 상이한 제2 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하여 상기 제2 화소행의 복수의 화소들에 각각 집광하는 제2 색분리 렌즈 어레이;를 포함할 수 있다.
상기 제2 색분리 렌즈 어레이는 상기 제1 색분리 렌즈 어레이와 제2 방향으로 인접할 수 있다.
상기 제1 색분리 렌즈 어레이는 상기 제1 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 광을 상기 제1 화소행의 복수의 화소들에만 집광하고, 상기 제2 색분리 렌즈 어레이는 상기 제2 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 광을 상기 제2 화소행의 복수의 화소들에만 집광할 수 있다.
상기 색분리 렌즈 어레이 위에 배치되어 상기 제1 색분리 렌즈 어레이와 상기 제2 색분리 렌즈 어레이 사이의 에너지 교환을 방지하는 격리층을 더 포함할 수 있다.
상기 격리층은 상기 제1 색분리 렌즈 어레이 위에서 제1 방향으로 연장된 제1 투명 막대 및 상기 제2 색분리 렌즈 어레이 위에서 제1 방향으로 연장된 제2 투명 막대를 포함할 수 있다.
상기 격리층은 상기 제1 색분리 렌즈 어레이와 제2 색분리 렌즈 어레이 사이의 계면에 대응하는 위치에 제1 방향을 따라 오목하게 형성된 홈을 갖는 투명한 평판을 포함할 수 있다.
상기 격리층의 상부 표면은 상기 제2 방향으로 굴절력을 갖도록 볼록한 곡면을 가질 수 있다.
상기 제1 스펙트럼 범위와 제2 스펙트럼 범위는 부분적으로 중첩할 수 있다.
상기 제1 색분리 렌즈 어레이에 의해 분리되는 제1 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장 사이의 파장 간격 및 상기 제2 색분리 렌즈 어레이에 의해 분리되는 제2 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장 사이의 파장 간격은 30 nm 내지 300 nm의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 제1 화소행의 복수의 화소는 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제1 화소, 제2 화소, 및 제3 화소를 포함하고, 상기 제2 화소행의 복수의 화소는 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제4 화소, 제5 화소, 및 제6 화소를 포함할 수 있다.
상기 제1 색분리 렌즈 어레이는 입사광 중 제1 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제1 화소로 집광하고, 입사광 중 제2 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제2 화소로 집광하고, 입사광 중 제3 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제3 화소로 집광하고, 상기 제2 색분리 렌즈 어레이는 입사광 중 제4 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제4 화소로 집광하고, 입사광 중 제5 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제5 화소로 집광하고, 입사광 중 제6 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제6 화소로 집광할 수 있다.
상기 제1 색분리 렌즈 어레이는 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 및 제3 화소 대응 영역을 포함하고, 상기 제2 색분리 렌즈 어레이는 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제4 화소 대응 영역, 제5 화소 대응 영역, 및 제6 화소 대응 영역을 포함하며, 상기 제1 화소 대응 영역은 상기 제1 화소와 마주하여 배치되고, 상기 제2 화소 대응 영역은 상기 제2 화소와 마주하여 배치되고, 상기 제3 화소 대응 영역은 상기 제3 화소와 마주하여 배치되고, 상기 제4 화소 대응 영역은 상기 제4 화소와 마주하여 배치되고, 상기 제5 화소 대응 영역은 상기 제5 화소와 마주하여 배치되고, 상기 제6 화소 대응 영역은 상기 제6 화소와 마주하여 배치될 수 있다.
상기 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 및 제3 화소 대응 영역은 복수의 나노구조물을 포함하며, 복수의 나노구조물은: 상기 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제2 화소와 제3 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖고, 상기 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광이 상기 제2 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제3 화소와 제1 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖고, 상기 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제3 파장의 광이 상기 제3 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제1 화소와 제2 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖도록 배열될 수 있다.
상기 제1 내지 제6 화소 대응 영역의 복수의 나노구조물은 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 화소에 상기 제2 방향으로 인접하는 제4 화소에 대응하는 위치에서 π보다 크고 2π보다 작은 위상을 갖도록 배열될 수 있다.
상기 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 및 제3 화소 대응 영역의 복수의 나노구조물은 상기 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제1 파장의 광, 제2 파장의 광, 및 제3 파장의 광이 상기 제4 화소, 제5 화소, 및 제6 화소로 진행하지 않도록 배열될 수 있다.
상기 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 및 제3 화소 대응 영역의 상기 복수의 나노구조물 각각의 제1 방향 폭은 제1 파장, 제2 파장, 및 제3 파장 중에서 가장 짧은 파장보다 작을 수 있다.
상기 제4 화소 대응 영역, 제5 화소 대응 영역, 및 제6 화소 대응 영역은 복수의 나노구조물을 포함하며, 복수의 나노구조물은: 상기 제2 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제4 파장의 광이 상기 제4 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제5 화소와 제6 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖고, 상기 제2 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제5 파장의 광이 상기 제5 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제6 화소와 제4 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖고, 상기 제2 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제6 파장의 광이 상기 제6 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제4 화소와 제5 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖도록 배열될 수 있다.
상기 제4 화소 대응 영역, 제5 화소 대응 영역, 및 제6 화소 대응 영역의 상기 복수의 나노구조물 각각의 제1 방향 폭은 제4 파장, 제5 파장, 및 제6 파장 중에서 가장 짧은 파장보다 작을 수 있다.
상기 센서 기판은 제2 방향으로 상기 제2 화소행과 인접하여 배치되며 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제7 화소, 제8 화소, 및 제9 화소를 포함하는 제3 화소행을 더 포함하며, 상기 색분리 렌즈 어레이는 제2 방향으로 상기 제2 색분리 렌즈 어레이와 인접하여 배치되며 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제7 화소 대응 영역, 제8 화소 대응 영역, 및 제9 화소 대응 영역을 포함하는 제3 색분리 렌즈 어레이를 더 포함하고, 상기 제7 화소 대응 영역은 상기 제7 화소와 마주하여 배치되고, 상기 제8 화소 대응 영역은 상기 제8 화소와 마주하여 배치되고, 상기 제9 화소 대응 영역은 상기 제9 화소와 마주하여 배치될 수 있다.
상기 제3 색분리 렌즈 어레이는 입사광 중 제7 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제7 화소로 집광하고, 입사광 중 제8 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제8 화소로 집광하고, 입사광 중 제9 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제9 화소로 집광할 수 있다.
상기 제1 파장과 제4 파장 사이의 파장 간격은 상기 제1 파장과 제2 파장 사이의 파장 간격보다 작을 수 있다.
상기 제1 파장과 제2 파장 사이의 파장 간격 및 상기 제2 파장과 제3 파장 사이의 파장 간격은 30 nm 내지 300 nm의 범위 내에 있을 수 있다.
상기 제1 파장과 제4 파장 사이의 파장 간격은 10 nm 내지 100 nm의 범위 내에 있을 수 있다.
다른 실시예에 따른 전자 장치는, 광학상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서; 상기 이미지 센서의 동작을 제어하고, 상기 이미지 센서에서 생성한 신호를 저장 및 출력하는 프로세서; 및 피사체로부터 오는 광을 상기 이미지 센서에 제공하는 렌즈 어셈블리;를 포함하고, 상기 이미지 센서는: 제1 방향을 따라 배열된 복수의 화소를 구비하는 제1 화소행 및 제2 방향으로 상기 제1 화소행과 인접하며 제1 방향을 따라 배열된 복수의 화소를 구비하는 제2 화소행을 포함하는 센서 기판; 상기 센서 기판 위에 배치된 투명한 스페이서층; 및 상기 스페이서층 위에 배치된 색분리 렌즈 어레이;를 포함하고, 상기 색분리 렌즈 어레이는: 상기 제1 화소행과 마주하도록 상기 제1 방향을 따라 연장되며, 입사광 중 제1 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하여 상기 제1 화소행의 복수의 화소들에 각각 집광하는 제1 색분리 렌즈 어레이; 및 상기 제2 화소행과 마주하도록 상기 제1 방향을 따라 연장되며, 입사광 중 제1 스펙트럼 범위와 상이한 제2 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하여 상기 제2 화소행의 복수의 화소들에 각각 집광하는 제2 색분리 렌즈 어레이;를 포함할 수 있다.
색분리 렌즈 어레이는 입사광을 흡수하거나 차단하지 않으면서 파장 별로 분리하여 집광할 수 있기 때문에, 멀티 스펙트럼 이미지 센서의 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 신호 검출을 위한 노출 시간을 감소시킬 수 있어서 멀티 스펙트럼 이미지 센서의 프레임 속도(frame rate)를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 이미지 센서의 화소 어레이의 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시하며, 도 2c는 이미지 센서에서 감지하는 복수의 파장 대역을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 이미지 센서의 화소 어레이의 다른 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다.
도 4a 내지 도 4d는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 각각 다른 단면을 보이는 개략적인 단면도이다.
도 5a는 센서 기판의 화소 배열을 개략적으로 보이는 평면도이며, 도 5b 내지 도 5d는 색분리 렌즈 어레이의 복수의 영역에 복수의 나노구조물이 배열된 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 6a는 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제1 내지 제3 파장 광의 위상 분포를 예시적으로 보이는 그래프이고, 도 6b는 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제2 파장 광의 위상 분포를 색분리 렌즈 어레이 상에서 예시적으로 보이는 평면도이고, 도 6c는 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제3 파장 광의 위상 분포를 색분리 렌즈 어레이 상에서 예시적으로 보이는 평면도이고, 도 6d는 제1 파장 광 집광 영역에 입사한 제1 파장 광의 진행 방향을 예시적으로 보인다.
도 7a는 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제1 내지 제3 파장 광의 위상 분포의 다른 예를 예시적으로 보이는 그래프이고, 도 7b는 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제2 파장 광의 위상 분포의 다른 예를 색분리 렌즈 어레이 상에서 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도이다.
도 14는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제2 파장 광의 위상 분포의 또 다른 예를 색분리 렌즈 어레이 상에서 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 15는 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 16은 도 15의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 17 내지 도 26은 실시예들에 따른 이미지 센서들이 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 멀티 스펙트럼 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
이하에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이러한 용어들은 구성 요소들의 물질 또는 구조가 다름을 한정하는 것이 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 하나 또는 복수의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
"상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.
방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 화소 어레이(1100), 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서일 수 있다.
화소 어레이(1100)는 복수의 로우와 컬럼을 따라 2차원 배열된 화소들을 포함한다. 로우 디코더(1020)는 타이밍 컨트롤러(1010)로부터 출력된 로우 어드레스 신호에 응답하여 화소 어레이(1100)의 로우들 하나를 선택한다. 출력 회로(1030)는 선택된 로우를 따라 배열된 복수의 화소로부터 컬럼 단위로 광감지 신호를 출력한다. 이를 위하여, 출력 회로(1030)는 컬럼 디코더와 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog to digital converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 회로(1030)는 컬럼 디코더와 화소 어레이(1100) 사이에서 컬럼 별로 각각 배치된 복수의 ADC, 또는, 컬럼 디코더의 출력단에 배치된 하나의 ADC를 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)는 하나의 칩 또는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 출력 회로(1030)를 통해 출력된 영상 신호를 처리하기 위한 프로세서가 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)와 함께 하나의 칩으로 구현될 수도 있다.
이미지 센서(1000)는 멀티 스펙트럼 영상을 제공할 수 있는 멀티 스펙트럼 이미지 센서일 수 있다. 이를 위해, 화소 어레이(1100)는 다양한 파장의 빛을 감지하는 복수의 화소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b는 이미지 센서의 화소 어레이의 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 화소 어레이(1100)는 3×3 어레이 형태를 갖는 복수의 단위 패턴을 포함하며, 복수의 단위 패턴이 제1 방향(X 방향)과 제2 방향(Y 방향)을 따라 2차원 배열될 수 있다. 각각의 단위 패턴은 제1 파장(λ1)의 광을 감지하는 제1 화소, 제2 파장(λ2)의 광을 감지하는 제2 화소, 제3 파장(λ3)의 광을 감지하는 제3 화소, 제4 파장(λ4)의 광을 감지하는 제4 화소, 제5 파장(λ5)의 광을 감지하는 제5 화소, 제6 파장(λ6)의 광을 감지하는 제6 화소, 제7 파장(λ7)의 광을 감지하는 제7 화소, 제8 파장(λ8)의 광을 감지하는 제8 화소, 및 제9 파장(λ9)의 광을 감지하는 제9 화소를 포함할 수 있다. 또한, 화소 어레이(1100)에서 복수의 화소들은 3개의 화소행을 단위로 하여 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 화소, 제2 화소, 및 제3 화소는 제1 화소행 내에서 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열되며, 제4 화소, 제5 화소, 및 제6 화소는 제1 화소행에 대해 제2 방향(Y 방향)으로 인접한 제2 화소행 내에서 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열되고, 제7 화소, 제8 화소, 및 제9 화소는 제2 화소행에 대해 제2 방향(Y 방향)으로 인접한 제3 화소행 내에서 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열될 수 있다.
화소 어레이(1100)에서 행 방향과 열 방향을 다르게 선택할 수도 있다. 예를 들어, 도 2b를 참조하면, 제1 화소, 제2 화소, 및 제3 화소는 제1 화소열 내에서 제2 방향(Y 방향)을 따라 번갈아 배열되며, 제4 화소, 제5 화소, 및 제6 화소는 제1 화소열에 대해 제1 방향(X 방향)으로 인접한 제2 화소열 내에서 제2 방향(Y 방향)을 따라 번갈아 배열되고, 제7 화소, 제8 화소, 및 제9 화소는 제2 화소열에 대해 제1 방향(X 방향)으로 인접한 제3 화소열 내에서 제2 방향(Y 방향)을 따라 번갈아 배열될 수도 있다.
하나의 단위 화소행 또는 단위 화소열 내에서 파장 분리를 쉽게 하기 위하여, 하나의 단위 화소행 또는 단위 화소열 내에서 번갈아 배열된 화소들이 감지하는 광의 파장 대역은 가능한 서로 적게 겹치도록 선택될 수 있다. 도 2c는 이미지 센서에서 감지하는 복수의 파장 대역을 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 2c를 참조하면, 하나의 단위 화소행 또는 단위 화소열 내의 화소들에서 감지되는 파장들 사이의 파장 간격은 인접한 다른 화소행들 또는 다른 화소열들의 화소들에서 감지되는 파장들 사이의 파장 간격보다 클 수 있다. 다시 말해, 하나의 단위 화소행 또는 단위 화소열 내에서 번갈아 배열된 화소들이 감지하는 광의 파장 대역은 거의 중첩되지 않거나 중첩도가 낮고, 인접한 다른 화소행들 또는 다른 화소열들의 화소들에서 감지하는 광의 파장 대역의 부분적으로 중첩할 수 있다.
예를 들어 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 사이의 파장 간격(g3)은 제1 파장(λ1)과 제4 파장(λ4)의 파장 간격(g1)보다 클 수 있다. 또한, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 사이의 파장 간격(g3)은 제1 파장(λ1)과 제7 파장(λ7)의 파장 간격(g2)보다 클 수 있다. 마찬가지로, 제2 파장(λ2)과 제3 파장(λ3) 사이의 파장 간격은 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 사이의 파장 간격(g3)과 거의 같을 수 있으며, 제2 파장(λ2)과 제5 파장(λ5) 사이의 파장 간격 및 제2 파장(λ2)과 제8 파장(λ8) 사이의 파장 간격보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 사이의 파장 간격(g3) 및 제2 파장(λ2)과 제3 파장(λ3) 사이의 파장 간격은 약 30 nm 내지 약 300 nm의 범위 내에 있을 수 있으며, 제1 파장(λ1)과 제4 파장(λ4) 사이의 파장 간격(g1)은 약 10 nm 내지 약 100 nm의 범위 내에 있을 수 있다.
도 2a 및 도 2b에서는 화소 어레이(1100)가 3×3 어레이 형태의 단위 패턴을 갖는 것으로 설명하였지만, 반드시 이에 한정되지 않는다. 도 3a 및 도 3b는 이미지 센서의 화소 어레이의 다른 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다. 도 3a를 참조하면, 화소 어레이(1100)는 4×4 어레이 형태의 단위 패턴을 가질 수 있다. 이 경우, 단위 패턴은 제1 파장(λ1)의 광을 감지하는 제1 화소, 제2 파장(λ2)의 광을 감지하는 제2 화소, 제3 파장(λ3)의 광을 감지하는 제3 화소, 제4 파장(λ4)의 광을 감지하는 제4 화소, 제5 파장(λ5)의 광을 감지하는 제5 화소, 제6 파장(λ6)의 광을 감지하는 제6 화소, 제7 파장(λ7)의 광을 감지하는 제7 화소, 제8 파장(λ8)의 광을 감지하는 제8 화소, 제9 파장(λ9)의 광을 감지하는 제9 화소, 제10 파장(λ10)의 광을 감지하는 제10 화소, 제11 파장(λ11)의 광을 감지하는 제11 화소, 제12 파장(λ12)의 광을 감지하는 제12 화소, 제13 파장(λ13)의 광을 감지하는 제13 화소, 제14 파장(λ14)의 광을 감지하는 제14 화소, 제15 파장(λ15)의 광을 감지하는 제15 화소, 및 제16 파장(λ16)의 광을 감지하는 제16 화소를 포함할 수 있다. 제1 화소, 제2 화소, 제3 화소, 제4 화소는 제1 화소행 내에서 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열되며, 제5 화소, 제6 화소, 제7 화소, 및 제8 화소는 제1 화소행에 대해 제2 방향(Y 방향)으로 인접한 제2 화소행 내에서 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열되고, 제9 화소, 제10 화소, 제11 화소, 및 제12 화소는 제2 화소행에 대해 제2 방향(Y 방향)으로 인접한 제3 화소행 내에서 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열되고, 제13 화소, 제14 화소, 제15 화소, 및 제16 화소는 제3 화소행에 대해 제2 방향(Y 방향)으로 인접한 제4 화소행 내에서 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열될 수 있다.
또한, 도 3b를 참조하면, 화소 어레이(1100)는 3×4 어레이 형태의 단위 패턴을 가질 수도 있다. 그 밖에도 화소 어레이(1100)는 분리할 파장의 개수에 따라 다양한 형태의 단위 패턴을 가질 수 있지만, 이하에서는 편의상 화소 어레이(1100)가 도 2a에 도시된 3×3 어레이 형태의 단위 패턴을 갖는 것으로 설명하지만, 이하에서 설명하는 원리는 다른 형태의 단위 패턴을 갖는 화소 어레이에도 적용될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 각각 다른 단면을 보이는 개략적인 단면도로서, 도 4a는 도 2a의 A-A' 라인을 따른 단면도이고, 도 4b는 도 2a의 B-B' 라인을 따른 단면도이고, 도 4c는 도 2a의 C-C' 라인을 따른 단면도이고, 도 4d는 도 2a의 D-D' 라인을 따른 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)는 광을 센싱하여 전기적 신호로 변환하는 복수의 화소(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119)를 포함하는 센서 기판(110), 센서 기판(110) 상에 배치된 투명한 스페이서층(120), 및 스페이서층(120) 상에 배치된 색분리 렌즈 어레이(130)를 포함할 수 있다.
도 4a에 도시된 화소 어레이(1100)에서 센서 기판(110)의 제1 화소행(110a)은 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열된 제1 내지 제3 화소(111, 112, 113)를 포함할 수 있다. 제2 방향(Y 방향)으로 제1 화소행(110a)에 인접한 센서 기판(110)의 제2 화소행(110b)은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열된 제4 내지 제6 화소(114, 115, 116)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 방향(Y 방향)으로 제2 화소행(110b)에 인접한 센서 기판(110)의 제3 화소행(110c)은, 도 4c에 도시된 바와 같이, 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열된 제7 내지 제9 화소(117, 118, 119)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 화소 사이의 경계에는 화소 분리를 위한 분리막이 더 배치될 수도 있다.
색분리 렌즈 어레이(130)는 입사광의 위상을 입사 위치에 따라 다르게 변화시키는 복수의 나노구조물(NP)을 포함할 수 있다. 이러한 색분리 렌즈 어레이(130)는 다양한 방식으로 구획될 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)는 센서 기판(110)의 제1 화소(111)에 대응하는 제1 화소 대응 영역(131), 제2 화소(112)에 대응하는 제2 화소 대응 영역(132), 제3 화소(113)에 대응하는 제3 화소 대응 영역(133), 제4 화소(114)에 대응하는 제4 화소 대응 영역(134), 제5 화소(115)에 대응하는 제5 화소 대응 영역(135), 제6 화소(116)에 대응하는 제6 화소 대응 영역(136), 제7 화소(117)에 대응하는 제7 화소 대응 영역(137), 제8 화소(118)에 대응하는 제8 화소 대응 영역(138), 및 제9 화소(119)에 대응하는 제9 화소 대응 영역(139)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제9 화소 대응 영역(131~139)은 각각 하나 이상의 나노구조물(NP)을 포함할 수 있고, 대응하는 제1 내지 제9 화소(111~119)와 마주하여 배치될 수 있다.
다른 예로서, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 파장 광(Lλ1)을 제1 화소(111)에 집광하는 제1 파장 집광 영역(L1), 제2 파장 광(Lλ2)을 제2 화소(112)에 집광하는 제2 파장 집광 영역(L2), 제3 파장 광(Lλ3)을 제3 화소(113)에 집광하는 제3 파장 집광 영역(L3), 제4 파장 광(Lλ4)을 제4 화소(114)에 집광하는 제4 파장 집광 영역(L4), 제5 파장 광(Lλ5)을 제5 화소(115)에 집광하는 제5 파장 집광 영역(L5), 제6 파장 광(Lλ6)을 제6 화소(116)에 집광하는 제6 파장 집광 영역(L6), 제7 파장 광(Lλ7)을 제7 화소(117)에 집광하는 제7 파장 집광 영역(L7), 제8 파장 광(Lλ8)을 제8 화소(118)에 집광하는 제8 파장 집광 영역(L8), 및 제9 파장 광(Lλ9)을 제9 화소(119)에 집광하는 제9 파장 집광 영역(L9)으로 구획될 수 있다. 도 4a에 도시된 제1 화소행(110a)에 마주하는 제1 파장 집광 영역(L1), 제2 파장 집광 영역(L2), 및 제3 파장 집광 영역(L3)은 서로 부분적으로 중첩될 수 있다. 또한, 도 4b에 도시된 제2 화소행(110b)에 마주하는 제4 파장 집광 영역(L4), 제5 파장 집광 영역(L5), 및 제6 파장 집광 영역(L6)은 서로 부분적으로 중첩될 수 있으며, 도 4c에 도시된 제3 화소행(110c)에 마주하는 제7 파장 집광 영역(L7), 제8 파장 집광 영역(L8), 및 제9 파장 집광 영역(L9)은 서로 부분적으로 중첩될 수 있다. 그러나, 서로 다른 화소행에 마주하는 파장 집광 영역들은 서로 중첩하지 않는다. 예를 들어, 제1 내지 제3 파장 집광 영역(L1~L3)은 제4 내지 제9 파장 집광 영역(L4~L9)과 서로 중첩하지 않는다.
도 4a를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 입사광에 포함된 제1 내지 제3 파장 광(Lλ1, Lλ2, Lλ3)에 각각 다른 위상 분포(phase profile)를 형성하여 제1 파장 광(Lλ1)을 제1 화소(111)에, 제2 파장 광(Lλ2)을 제2 화소(112)에, 제3 파장 광(Lλ3)을 제3 화소(113)에 집광할 수 있다. 도 4b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 입사광에 포함된 제4 내지 제6 파장 광(Lλ4, Lλ5, Lλ6)에 각각 다른 위상 분포를 형성하여 제4 파장 광(Lλ4)을 제4 화소(114)에, 제5 파장 광(Lλ5)을 제5 화소(115)에, 제6 파장 광(Lλ6)을 제6 화소(116)에 집광할 수 있다. 또한, 도 4c를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 입사광에 포함된 제7 내지 제9 파장 광(Lλ7, Lλ8, Lλ9)에 각각 다른 위상 분포를 형성하여 제7 파장 광(Lλ7)을 제7 화소(117)에, 제8 파장 광(Lλ8)을 제8 화소(118)에, 제9 파장 광(Lλ9)을 제9 화소(119)에 집광할 수 있다.
예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후의 위치, 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면 위치에서, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제1 파장 광(Lλ1)은 제1 화소 대응 영역(131)의 중심에서 가장 크고 제1 화소 대응 영역(131)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하는 위상 분포를 가질 수 있다. 이러한 위상 분포는 제1 파장 집광 영역(L1)에 배치된 중심부가 볼록한 마이크로 렌즈를 통과하여 한 지점으로 수렴하는 광의 위상 분포와 유사하며, 제1 파장 광(Lλ1)은 제1 화소(111)에 집광될 수 있다. 마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후의 위치에서, 제2 내지 제9 파장 광(Lλ2~Lλ9)은 각각 제2 내지 제9 화소 대응 영역(132~139)의 중심에서 가장 큰 위상 분포를 가지며, 그 결과 제2 내지 제9 화소(112~119)에 각각 집광될 수 있다.
색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 화소행(110a)에서 제1 내지 제3 파장 광(Lλ1~Lλ3)이 서로 다른 위상 분포를 갖고, 제2 화소행(110b)에서 제4 내지 제6 파장 광(Lλ4~Lλ6)이 서로 다른 위상 분포를 갖고, 제3 화소행(110c)에서 제7 내지 제9 파장 광(Lλ7~Lλ9)이 서로 다른 위상 분포를 갖도록 특정한 규칙(rule)으로 배열된 나노구조물(NP)을 포함할 수 있다. 여기서, 규칙은 나노구조물(NP)의 형상, 크기(폭, 높이), 간격, 배열 형태 등의 파라미터에 적용되는 것으로, 이들 파라미터는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통해 구현하고자 하는 위상 분포에 따라 정해질 수 있다. 또한, 나노구조물(NP)이 제1 내지 제9 화소 대응 영역(131~139)에 배치되는 규칙들은 서로 다를 수 있다. 다시 말해, 제1 내지 제9 화소 대응 영역(131~139)에 구비된 나노구조물(NP)들의 크기, 형상, 간격 및/또는 배열이 서로 다를 수 있다.
나노구조물(NP)은 단면의 폭 또는 길이가 서브 파장의 치수를 가질 수도 있다. 여기서 서브 파장은 분기 대상인 광의 파장 대역보다 작은 파장을 의미한다. 나노구조물(NP)은, 예를 들어, 제1 파장 내지 제9 파장 중 가장 짧은 파장보다 작은 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 나노구조물(NP)의 단면의 폭 또는 길이는 400 nm, 300 nm, 또는 200 nm 보다 작은 치수를 가질 수 있다. 한편 나노구조물(NP)의 높이는 500 nm 내지 1500 nm일 수 있고, 단면의 폭 또는 길이보다 높이가 클 수 있다. 도시하지는 않았지만, 나노구조물(NP)은 제3 방향(Z 방향)으로 적층된 2개 이상의 포스트가 결합된 것일 수도 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 방향(Z 방향)을 따른 두께는 나노구조물(NP)의 높이와 유사할 수 있으며, 500 nm 내지 1500 nm일 수 있다.
나노구조물(NP)은 주변 물질에 비하여 높은 굴절률을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 나노구조물(NP)은 c-Si, p-Si, a-Si 및 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체(GaP, GaN, GaAs 등), SiC, TiO2, SiN 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 주변 물질과 굴절률 차이를 가지는 나노구조물(NP)은 나노구조물(NP)을 지나가는 광의 위상을 변화시킬 수 있다. 이는 나노구조물(NP)의 서브 파장의 형상 치수에 의해 일어나는 위상 지연(phase delay)에 의한 것이며, 위상이 지연되는 정도는 나노구조물(NP)의 세부적인 형상 치수, 배열 형태 등에 의해 정해진다. 나노구조물(NP) 주변 물질은 나노구조물(NP)보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 주변 물질은 SiO2 또는 공기(air)를 포함할 수 있다.
색분리 렌즈 어레이(130)는 동일 행 내에서만 에너지 교환이 일어나고 서로 다른 행들 사이에는 에너지 교환이 일어나지 않도록 구성된다. 예를 들어, 제1 화소행(110a)에서 제2 화소(112)에 마주하는 색분리 렌즈 어레이(130)의 제2 화소 대응 영역(132)에 입사하는 제1 파장 광(Lλ1)은 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 제1 화소(111)로 집광될 수 있다. 그러나, 제2 화소행(110b)에서 제4 화소(114)에 마주하는 색분리 렌즈 어레이(130)의 제4 화소 대응 영역(134)에 입사하는 제1 파장 광(Lλ1)은 제1 화소(111)로 집광되지 않는다. 따라서, 동일 화소행에 마주하는 파장 집광 영역들은 서로 중첩하지많, 서로 다른 화소행에 마주하는 파장 집광 영역들은 서로 중첩하지 않는다.
도 4d를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 화소행(110a)과 마주하도록 제1 방향(X 방향)을 따라 연장된 제1 색분리 렌즈 어레이(130a), 제2 화소행(110b)과 마주하도록 제1 방향(X 방향)을 따라 연장된 제2 색분리 렌즈 어레이(130b), 및 제3 화소행(110c)과 마주하도록 제1 방향(X 방향)을 따라 연장된 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)를 포함할 수 있다. 제1 색분리 렌즈 어레이(130a), 제2 색분리 렌즈 어레이(130b), 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)는 제2 방향(Y 방향)으로 서로 인접할 수 있다.
제1 색분리 렌즈 어레이(130a), 제2 색분리 렌즈 어레이(130b), 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)는 서로 다른 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)는 제1 스펙트럼 범위 내에 있는 제1 내지 제3 파장 광(Lλ1~Lλ3)을 분리하여 제1 내지 제3 화소(111, 112, 113)에 각각 집광하고, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)는 제2 스펙트럼 범위 내에 있는 제4 내지 제6 파장 광(Lλ4~Lλ6)을 분리하여 제4 내지 제6 화소(114, 115, 116)에 각각 집광하고, 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)는 제3 스펙트럼 범위 내에 있는 제7 내지 제9 파장 광(Lλ7~Lλ9)을 분리하여 제7 내지 제9 화소(117, 118, 119)에 각각 집광할 수 있다.
제1 스펙트럼 범위, 제2 스펙트럼 범위, 제3 스펙트럼 범위는 부분적으로 중첩할 수 있다. 예를 들어, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 사이에 제4 파장(λ4)과 제7 파장(λ7)이 위치할 수 있으며, 제2 파장(λ2)과 제3 파장(λ3) 사이에 제5 파장(λ5)과 제8 파장(λ8)이 위치할 수 있고, 제8 파장(λ8)과 제9 파장(λ9) 사이에 제3 파장(λ3)과 제6 파장(λ6)이 위치할 수 있다. 제1 색분리 렌즈 어레이(130a), 제2 색분리 렌즈 어레이(130b), 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130c) 각각에 의해 분리되는 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장 사이의 파장 간격은 충분히 넓을 수 있다. 예를 들어, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 사이의 파장 간격 및 제2 파장(λ2)과 제3 파장(λ3) 사이의 파장 간격은 30 nm 내지 300 nm의 범위 내에 있을 수 있다. 그리고, 제2 방향(Y 방향)으로 직접 인접한 화소행에 집광되는 광의 파장 간격은 상대적으로 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 파장(λ1)과 제4 파장(λ4) 사이의 파장 간격은 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 사이의 파장 간격보다 작은 10 nm 내지 100 nm의 범위 내에 있을 수 있다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 서로 다른 화소행들에 마주하여 배치되는 제1 색분리 렌즈 어레이(130a), 제2 색분리 렌즈 어레이(130b), 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)들 사이에는 에너지 교환이 일어나지 않기 때문에, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)에 입사하는 광은 센서 기판(110)의 제1 화소행(110a)으로만 진행한다. 또한, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)에 입사하는 광은 제2 화소행(110b)으로만 진행하게 되고, 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)에 입사하는 광은 제3 화소행(110c)으로만 진행하게 된다. 이러한 점에서 제1 색분리 렌즈 어레이(130a), 제2 색분리 렌즈 어레이(130b), 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)는 서로에 대해 독립적으로 작용한다고 볼 수 있다.
한편, 스페이서층(120)은 센서 기판(110)과 색분리 렌즈 어레이(130) 사이에 배치되어 센서 기판(110)과 색분리 렌즈 어레이(130) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 스페이서층(120)은 이미지 센서(1000)가 감지하는 파장 대역의 광에 대해 투명한 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 스페이서층(120)은 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노구조물(NP)보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 스페이서층(120)은 SiO2, 실란올계 유리(SOG; siloxane-based spin on glass) 등으로 이루어질 수 있다. 스페이서층(120)의 두께는 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 집광되는 광의 초점거리를 기준으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1000)가 감지하는 파장 대역의 중심 파장에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 초점거리를 스페이서층(120)의 두께로 결정할 수 있다.
도 5a는 센서 기판의 화소 배열을 개략적으로 보이는 평면도이며, 도 5b 내지 도 5d는 색분리 렌즈 어레이의 복수의 영역에 복수의 나노구조물이 배열된 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 5a를 참조하면, 센서 기판(110)은 제2 방향(Y 방향)을 따라 번갈아 배열된 제1 화소행(110a), 제2 화소행(110b), 및 제3 화소행(110c)을 포함할 수 있다. 제1 화소행(110a)은 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열된 제1 화소(111), 제2 화소(112), 및 제3 화소(113)를 포함하며, 제2 화소행(110b)은 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열된 제4 화소(114), 제5 화소(115), 및 제6 화소(116)를 포함하고, 제3 화소행(110c)은 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열된 제7 화소(117), 제8 화소(118), 및 제9 화소(119)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제9 화소(111~119)는 3×3 어레이 형태의 단위 패턴을 형성한다.
도 5b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 센서 기판(110)의 제1 화소행(110a)과 연직 방향으로 마주하도록 제1 방향(X 방향)을 따라 연장되는 제1 색분리 렌즈 어레이(130a), 제2 화소행(110b)과 연직 방향으로 마주하도록 제1 방향(X 방향)을 따라 연장되는 제2 색분리 렌즈 어레이(130b), 및 제3 화소행(110c)과 연직 방향으로 마주하도록 제1 방향(X 방향)을 따라 연장되는 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)를 포함할 수 있다. 또한 색분리 렌즈 어레이(130)는 센서 기판(110)의 제1 내지 제9 화소(111~119)에 각각 대응하는 제1 내지 제9 화소 대응 영역(131~139)으로 구획될 수 있다. 제1 내지 제9 화소 대응 영역(131~139)은 센서 기판(110)의 대응하는 제1 내지 제9 화소(111~119)와 연직 방향으로 마주하여 배치될 수 있다. 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)는 번갈아 배열된 복수의 제1 내지 제3 화소 대응 영역(131~133)을 포함하고, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)는 번갈아 배열된 복수의 제4 내지 제6 화소 대응 영역(134~136)을 포함하고, 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)는 번갈아 배열된 복수의 제7 내지 제9 화소 대응 영역(137~139)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 색분리 렌즈 어레이(130a, 130b, 130c)는 제2 방향(Y 방향)을 따라 번갈아 배열될 수 있다. 한편, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 내지 제9 파장 집광 영역(L1~L9)으로 구획될 수도 있다.
제1 색분리 렌즈 어레이(130a)는 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)에 입사하는 입사광 중에서 제1 파장 광이 분기되어 제1 화소(111)로 집광되며, 제2 파장 광이 분기되어 제2 화소(112)로 집광되며, 제3 파장 광이 분기되어 제3 화소(113)에 집광되도록 크기, 형상, 간격 및/또는 배열이 정해진 나노구조물(NP)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)는 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)에 입사하는 입사광 중에서 제4 파장 광이 분기되어 제4 화소(114)로 집광되며, 제5 파장 광이 분기되어 제5 화소(115)로 집광되며, 제6 파장 광이 분기되어 제6 화소(116)에 집광되도록 크기, 형상, 간격 및/또는 배열이 정해진 나노구조물(NP)을 포함하고, 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)는 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)에 입사하는 입사광 중에서 제7 파장 광이 분기되어 제7 화소(117)로 집광되며, 제8 파장 광이 분기되어 제8 화소(118)로 집광되며, 제9 파장 광이 분기되어 제9 화소(119)에 집광되도록 크기, 형상, 간격 및/또는 배열이 정해진 나노구조물(NP)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 5b를 참조하면, 제1 내지 제9 화소 대응 영역(131~139) 각각은 직사각형 형태의 단면을 가지는 나노포스트 형태의 9개의 나노구조물(NP)을 포함할 수 있다. 하나의 화소 대응 영역 내에 있는 9개의 나노구조물(NP)들은 3×3 어레이 형태로 배열될 수 있다. 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수와 제2 방향(Y 방향) 치수는 각각의 화소 대응 영역 내에서 나노구조물(NP)들의 위치에 따라 달라질 수 있으며, 제1 방향(X 방향) 및 제2 방향(Y 방향)에 대해 대칭적일 수 있다. 예를 들어, 각각의 화소 대응 영역 내에 배열된 나노구조물(NP)들의 3개 행 중에서 제1 행과 제3 행에 배열된 나노구조물(NP)들의 제2 방향(Y 방향) 치수가 서로 동일하고, 나노구조물(NP)들의 3개 열 중에서 제1 열과 제3 열에 배열된 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수가 서로 동일할 수 있다.
또한, 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수와 제2 방향(Y 방향) 치수는 나노구조물(NP)들이 배열된 제1 내지 제9 화소 대응 영역(131~139)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 색분리 렌즈 어레이(110a)의 제1 화소 대응 영역(131) 내지 배열된 9개의 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수는 제2 화소 대응 영역(132) 내에 배열된 9개의 대응하는 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수보다 작을 수 있으며, 제3 화소 대응 영역(133) 내지 배열된 9개의 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수는 제1 화소 대응 영역(131) 내에 배열된 9개의 대응하는 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수보다 작을 수 있다. 제1 색분리 렌즈 어레이(110a)의 모든 화소 대응 영역(131, 132, 133) 내에서 동일 행에 배열된 나노구조물(NP)들의 제2 방향(Y 방향) 치수는 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 색분리 렌즈 어레이(110a) 내에 배열된 나노구조물(NP)들의 3개 행 중에서 제1 행에 배열된 나노구조물(NP)들의 제2 방향(Y 방향) 치수가 모두 동일하고, 제2 행에 배열된 나노구조물(NP)들의 제2 방향(Y 방향) 치수가 모두 동일하고, 제3 행에 배열된 나노구조물(NP)들의 제2 방향(Y 방향) 치수가 모두 동일할 수 있다.
제1 색분리 렌즈 어레이(110a)의 제1 내지 제3 화소 대응 영역(131, 132, 133) 내에 배열된 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수와 제2 방향(Y 방향) 치수는 제1 내지 제3 파장 중 가장 짧은 파장보다 작을 수 있다. 또한, 제2 색분리 렌즈 어레이(110b)의 제4 내지 제6 화소 대응 영역(134, 135, 136) 내에 배열된 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수와 제2 방향(Y 방향) 치수는 제4 내지 제6 파장 중 가장 짧은 파장보다 작고, 제3 색분리 렌즈 어레이(110c)의 제7 내지 제9 화소 대응 영역(137, 138, 139) 내에 배열된 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수와 제2 방향(Y 방향) 치수는 제7 내지 제9 파장 중 가장 짧은 파장보다 작을 수 있다.
도 5b에 도시된 나노구조물(NP)들은 모두 직사각형 형태의 단면 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 5c를 참조하면, 나노구조물(NP)들은 원형의 단면 형상을 가질 수도 있다. 도 5c에는 예시적으로, 각각의 화소 대응 영역의 중심에 그리고 각각의 화소 대응 영역의 4개의 변과 중심 사이에, 총 5개의 나노구조물(NP)들이 각각의 화소 대응 영역 내에 배열된 것으로 도시되었으나, 각각의 화소 대응 영역 내에 배열되는 나노구조물(NP)의 개수는 반드시 이에 한정되지는 않는다. 나노구조물(NP)들의 직경은 각각의 화소 대응 영역 내에서 나노구조물(NP)들의 위치에 따라 달라질 수 있으며, 나노구조물(NP)들이 배열된 제1 내지 제9 화소 대응 영역(131~139)에 따라 달라질 수 있다. 제1 색분리 렌즈 어레이(110a) 내에 배열된 나노구조물(NP)들의 직경은 제1 내지 제3 파장 중 가장 짧은 파장보다 작고, 제2 색분리 렌즈 어레이(110b) 내에 배열된 나노구조물(NP)들의 직경은 제4 내지 제6 파장 중 가장 짧은 파장보다 작고, 제3 색분리 렌즈 어레이(110c) 내에 배열된 나노구조물(NP)들의 직경은 제7 내지 제9 파장 중 가장 짧은 파장보다 작을 수 있다.
또한, 도 5d를 참조하면, 나노구조물(NP)들은 제2 방향(Y 방향)으로 연장된 띠(stripe) 형태의 단면 형상을 가질 수도 있다. 도 5d에는 예시적으로, 4개의 나노구조물(NP)들이 각각의 화소 대응 영역 내에 배열된 것으로 도시되었으나, 각각의 화소 대응 영역 내에 배열되는 나노구조물(NP)의 개수는 반드시 이에 한정되지는 않는다. 나노구조물(NP)들의 제1 방향(X 방향) 치수 및 인접한 나노구조물(NP)들 사이의 제1 방향(X 방향) 간격은 각각의 화소 대응 영역 내에서 나노구조물(NP)들의 위치에 따라 달라질 수 있으며, 나노구조물(NP)들이 배열된 제1 내지 제9 화소 대응 영역(131~139)에 따라서도 달라질 수 있다. 일부 나노구조물(NP)들의 제2 방향(Y 방향) 단부는 인접한 다른 나노구조물(NP)의 단부와 제1 방향(X 방향)을 따라 연결될 수도 있다. 서로의 단부가 연결되는 인접한 2개의 나노구조물(NP)들의 위치는 제1 내지 제9 화소 대응 영역(131~139)에 따라 달라질 수 있다.
도 5b 내지 도 5d는 색분리 렌즈 어레이(130) 내의 나노구조물(NP)들의 가능한 배열을 예시한 것이며, 도 5b 내지 도 5d에 도시된 것 이외에도 다양한 나노구조물(NP)들의 형태와 배열이 가능하다. 앞서 설명한 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 광의 위상 분포에 관한 규칙을 만족한다면, 어떠한 형태의 나노구조물(NP)들의 배열도 적용될 수 있다.
도 6a는 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제1 내지 제3 파장 광의 위상 분포를 예시적으로 보이는 그래프이고, 도 6b는 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제2 파장 광의 위상 분포를 색분리 렌즈 어레이(130) 상에서 예시적으로 보이는 평면도이고, 도 6c는 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제3 파장 광의 위상 분포를 색분리 렌즈 어레이(130) 상에서 예시적으로 보이는 평면도이고, 도 6d는 제1 파장 광 집광 영역(131)에 입사한 제1 파장 광의 진행 방향을 예시적으로 보인다.
도 6a를 참조하면, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제1 파장 광은 제1 화소 대응 영역(131)의 중심에서 가장 크고, 제1 화소 대응 영역(131)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하는 제1 위상 분포(P1)를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 직후 위치, 다시 말해 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)의 하부 표면 또는 스페이서층(120)의 상부 표면에서, 제1 파장 광의 위상이 제1 화소 대응 영역(131)의 중심에서 가장 크고, 제1 화소 대응 영역(131)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 점차 작아져서 제2 화소 대응 영역(132)과 제3 화소 대응 영역(133)의 경계에서 최소가 될 수 있다. 예를 들어, 제1 화소 대응 영역(131)의 중심에서 출사되는 제1 파장 광의 위상을 기준으로 하여 2π라고 정하면, 제2 화소 대응 영역(132)과 제3 화소 대응 영역(133)의 경계에서 제1 파장 광의 위상은 0.9π 내지 1.1π일 수 있다.
한편, 제1 위상 분포(P1)는 제1 화소 대응 영역(131) 중심을 통과한 제1 파장 광의 위상 지연량이 가장 크다는 것을 의미하는 것은 아니며, 제1 화소 대응 영역(131)을 통과한 제1 파장 광의 위상을 2π 라고 정했을 때 다른 위치를 통과한 제1 파장 광의 위상 지연이 더 커서 2π 보다 큰 위상 값을 가진다면, 2nπ 만큼 제거하고 남은 값, 즉, 랩(wrap)된 위상의 분포일 수 있다. 예를 들어, 제1 화소 대응 영역(131)을 통과한 제1 파장 광의 위상을 2π 라고 했을 때, 제2 화소 대응 영역(132)과 제3 화소 대응 영역(133)의 경계을 통과한 광의 위상이 3π 라면, 제2 화소 대응 영역(132)과 제3 화소 대응 영역(133)의 경계에서의 위상은 3π에서 2π(n=1인 경우)를 제거하고, 남은 π 일 수 있다.
또한, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제2 파장 광은 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하는 제2 위상 분포(P2)를 가질 수 있다. 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 직후 위치에서, 제2 파장 광의 위상은 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 점차 작아져서 제3 화소 대응 영역(133)과 제1 화소 대응 영역(131)의 경계에서 최소가 될 수 있다. 예를 들어, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 출사되는 제2 파장 광의 위상을 2π라고 정하면, 제3 화소 대응 영역(133)과 제1 화소 대응 영역(131)의 경계에서 제2 파장 광의 위상은 0.9π 내지 1.1π일 수 있다.
또한, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제3 파장 광은 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 가장 크고, 제3 화소 대응 영역(133)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하는 제3 위상 분포(P3)를 가질 수 있다. 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 직후 위치에서, 제3 파장 광의 위상은 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 가장 크고, 제3 화소 대응 영역(133)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 점차 작아져서 제1 화소 대응 영역(131)과 제2 화소 대응 영역(132)의 경계에서 최소가 될 수 있다. 예를 들어, 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 출사되는 제3 파장 광의 위상을 2π라고 정하면, 제1 화소 대응 영역(131)과 제1 화소 대응 영역(132)의 경계에서 제3 파장 광의 위상은 0.9π 내지 1.1π일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 동일 행 내에서만 에너지 교환이 일어나고 서로 다른 행들 사이에는 에너지 교환이 일어나지 않도록 구성된다. 다시 말해, 제1 내지 제3 색분리 렌즈 어레이(130a, 130b, 130c) 사이에 에너지 교환이 일어나지 않는다. 따라서, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)에 입사하여 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)로부터 출사하는 광은 제1 내지 제3 화소 대응 영역(131, 132, 133)에만 분포하고, 제2 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130b, 130c)의 화소 대응 영역들에는 분포하지 않는다. 도 6b 및 도 6c를 참조하면, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제2 및 제3 파장 광의 위상은 제1 내지 제3 화소 대응 영역(131, 132, 133) 내에서만 증감하며, 제2 방향(Y 방향)으로 인접한 제2 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130b, 130c)에는 분포되지 않는다. 도시되지는 않았지만, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제1 파장 광의 위상도 역시 제1 내지 제3 화소 대응 영역(131, 132, 133) 내에서만 증감하며, 제2 방향(Y 방향)으로 인접한 제2 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130b, 130c)에는 분포되지 않는다. 그 결과, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)에 입사하여 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)로부터 출사하는 광은 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)에 대응하는 제1 화소행에 있는 제1 내지 제3 화소(111, 112, 113)에만 집광되고, 제2 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130b, 130c)에 대응하는 제2 및 제3 화소행에 있는 제4 내지 제9 화소(114~119)에는 집광되지 않는다.
도 6d를 참조하면, 제1 파장 광은 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 제1 화소(111)로 집광된다. 제1 화소(111)에는 색분리 렌즈 어레이(130) 중 제1 내지 제3 화소 대응 영역(131, 132, 133)으로부터 오는 제1 파장 광이 입사한다. 앞서 설명한 제1 파장 광의 제1 위상 분포(P1)는 제1 화소 대응 영역(131) 및 제1 화소 대응 영역(131) 양측의 제2 및 제3 화소 대응 영역(132, 133)을 포함하는 제1 파장 집광 영역(L1)를 통과한 제1 파장 광을 제1 화소(112)에 집광하게 만든다. 따라서, 제1 파장 광에 대해 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 방향(X 방향)을 따라 배열되어 제1 파장 광을 집광하는 복수의 제1 파장 집광 영역(L1)의 어레이로 동작할 수 있다. 제1 파장 집광 영역(L1)은 대응하는 제1 화소(111)보다 면적이 크다. 예를 들어, 제1 파장 집광 영역(L1)의 면적은 제1 화소(111)의 면적보다 2.5배 내지 3배 클 수 있다.
또한, 제2 파장 광에 대해 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 방향(X 방향)을 따라 배열되어 제2 파장 광을 집광하는 복수의 제2 파장 집광 영역(L2)의 어레이로 동작할 수 있으며, 제3 파장 광에 대해 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 방향(X 방향)을 따라 배열되어 제3 파장 광을 집광하는 복수의 제3 파장 집광 영역(L3)의 어레이로 동작할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 파장 집광 영역(L1), 제2 파장 집광 영역(L2), 및 제3 파장 집광 영역(L3)은 서로 부분적으로 중첩할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)를 통과한 제4 내지 제6 파장 광의 위상 분포 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)를 통과한 제7 내지 제9 파장 광의 위상 분포도 위에서 설명한 원리를 따를 수 있다. 예를 들어, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)를 통과한 제4 파장 광은 제4 화소 대응 영역(134)의 중심에서 가장 크고, 제4 화소 대응 영역(134)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 제5 화소 대영역(135)과 제6 화소 대응 영역(136)의 경계에서 최소가 되는 위상 분포를 가질 수 있다. 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)를 통과한 제5 파장 광은 제5 화소 대응 영역(135)의 중심에서 가장 크고, 제5 화소 대응 영역(135)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 제6 화소 대영역(136)과 제4 화소 대응 영역(134)의 경계에서 최소가 되는 위상 분포를 가질 수 있다. 또한, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)를 통과한 제6 파장 광은 제6 화소 대응 영역(136)의 중심에서 가장 크고, 제6 화소 대응 영역(136)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 제4 화소 대영역(134)과 제5 화소 대응 영역(135)의 경계에서 최소가 되는 위상 분포를 가질 수 있다.
제3 색분리 렌즈 어레이(130c)를 통과한 제7 파장 광은 제7 화소 대응 영역(137)의 중심에서 가장 크고, 제7 화소 대응 영역(137)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 제8 화소 대영역(138)과 제9 화소 대응 영역(139)의 경계에서 최소가 되는 위상 분포를 가질 수 있다. 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)를 통과한 제8 파장 광은 제8 화소 대응 영역(138)의 중심에서 가장 크고, 제8 화소 대응 영역(138)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 제9 화소 대영역(139)과 제7 화소 대응 영역(137)의 경계에서 최소가 되는 위상 분포를 가질 수 있다. 또한, 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)를 통과한 제9 파장 광은 제9 화소 대응 영역(139)의 중심에서 가장 크고, 제9 화소 대응 영역(139)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 제7 화소 대영역(137)과 제8 화소 대응 영역(138)의 경계에서 최소가 되는 위상 분포를 가질 수 있다.
또한, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)에 입사하여 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)로부터 출사하는 광은 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)에 대응하는 제2 화소행에 있는 제4 내지 제6 화소(114, 115, 116)에만 집광되고, 제1 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130a, 130c)에 대응하는 제1 및 제3 화소행에 있는 제1 내지 제3 화소(111~113) 및 제4 내지 제9 화소(114~119)에는 집광되지 않는다. 또한, 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)에 입사하여 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)로부터 출사하는 광은 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)에 대응하는 제3 화소행에 있는 제7 내지 제9 화소(117, 118, 119)에만 집광되고, 제1 및 제2 색분리 렌즈 어레이(130a, 130b)에 대응하는 제1 내지 제6 화소(111~116)에는 집광되지 않는다.
도 7a는 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제1 내지 제3 파장 광의 위상 분포의 다른 예를 예시적으로 보이는 그래프이고, 도 7b는 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제2 파장 광의 위상 분포의 다른 예를 색분리 렌즈 어레이(130) 상에서 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 7a를 참조하면, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제1 파장 광은 제1 화소 대응 영역(131)의 중심에서 가장 크고, 제1 화소 대응 영역(131)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 바로 인접한 제2 화소 대응 영역(132)의 중심과 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 최소가 되는 위상 분포(P1')를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 화소 대응 영역(131)의 중심에서 출사되는 제1 파장 광의 위상을 2π라고 정하면, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심과 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 제1 파장 광의 위상은 0.9π 내지 1.1π일 수 있다. 제2 화소 대응 영역(132)과 제3 화소 대응 영역(133)의 경계에는 제1 파장 광이 분포하지 않을 수 있다. 이 경우, 제1 파장 집광 영역(L1)의 면적은 제1 화소(111)의 면적보다 1.5배 내지 2배 클 수 있다.
또한, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제2 파장 광은 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 바로 인접한 제1 화소 대응 영역(131)의 중심과 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 최소가 되는 위상 분포(P2')를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 출사되는 제2 파장 광의 위상을 2π라고 정하면, 제1 화소 대응 영역(131)의 중심과 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 제1 파장 광의 위상은 0.9π 내지 1.1π일 수 있다. 제1 화소 대응 영역(131)과 제3 화소 대응 영역(133)의 경계에는 제2 파장 광이 분포하지 않을 수 있다.
제1 색분리 렌즈 어레이(130a)를 통과한 제3 파장 광은 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 가장 크고, 제3 화소 대응 영역(133)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 바로 인접한 제1 화소 대응 영역(131)의 중심과 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 최소가 되는 위상 분포(P3')를 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 출사되는 제3 파장 광의 위상을 2π라고 정하면, 제1 화소 대응 영역(131)의 중심과 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 제1 파장 광의 위상은 0.9π 내지 1.1π일 수 있다. 제1 화소 대응 영역(131)과 제2 화소 대응 영역(132)의 경계에는 제3 파장 광이 분포하지 않을 수 있다.
도시되지는 않았지만, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)를 통과한 제4 내지 제6 파장 광의 위상 분포 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)를 통과한 제7 내지 제9 파장 광의 위상 분포는 도 7a 및 도 7b에 도시된 위상 분포와 유사할 수 있다. 예를 들어, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)를 통과한 제4 파장 광은 제4 화소 대응 영역(134)의 중심에서 가장 크고, 제4 화소 대응 영역(134)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 바로 인접한 제5 화소 대응 영역(135)의 중심과 제6 화소 대응 영역(136)의 중심에서 최소가 되는 위상 분포를 가질 수 있다. 또한, 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)를 통과한 제7 파장 광은 제7 화소 대응 영역(137)의 중심에서 가장 크고, 제7 화소 대응 영역(137)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하여 바로 인접한 제8 화소 대응 영역(138)의 중심과 제9 화소 대응 영역(139)의 중심에서 최소가 되는 위상 분포를 가질 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도로서, 특히 도 2a의 D-D' 라인을 따른 단면도이다. 도 8을 참조하면, 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)는 색분리 렌즈 어레이(130) 위에 배치된 격리층(140)을 더 포함할 수 있다. 격리층(140)은 제1 색분리 렌즈 어레이(130a) 위에서 제1 방향(X 방향)으로 연장된 제1 투명 막대(140a), 제2 색분리 렌즈 어레이(130b) 위에서 제1 방향으로 연장된 제2 투명 막대(140b), 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130c) 위에서 제1 방향으로 연장된 제3 투명 막대(140c)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 투명 막대(140a, 140b, 140c)들은 서로 간격을 두고 완리히 분리될 수 있다. 이러한 격리층(140)은 인접한 제1 내지 제3 색분리 렌즈 어레이(130a, 130b, 130c) 사이의 에너지 교환을 더욱 확실히 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도로서, 특히 도 2a의 D-D' 라인을 따른 단면도이다. 도 9를 참조하면, 제1 내지 제3 투명 막대(140a, 140b, 140c)의 상부 표면이 볼록한 곡면 형태를 가질 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 투명 막대(140a, 140b, 140c)는 제1 방향(X 방향)으로는 굴절력이 없고 제2 방향(Y 방향)으로만 굴절력을 갖는 실린더 렌즈의 기능을 수행할 수 있다. 이 경우, 제1 투명 막대(140a)는 제2 방향(Y 방향)을 따른 제1 화소행(110a)의 중심에 광을 집광하며, 제2 투명 막대(140b)는 제2 방향(Y 방향)을 따른 제2 화소행(110b)의 중심에 광을 집광하고, 제3 투명 막대(140b)는 제2 방향(Y 방향)을 따른 제3 화소행(110c)의 중심에 광을 집광할 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도로서, 특히 도 2a의 D-D' 라인을 따른 단면도이다. 도 10을 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130) 위에 배치된 격리층(140)은 하나의 투명한 평판 형태을 가질 수 있다. 제1 내지 제3 색분리 렌즈 어레이(130a, 130b, 130c) 사이의 에너지 교환을 방지하기 위하여, 격리층(140)은 인접한 제1 및 제2 색분리 렌즈 어레이(130a, 130b) 사이의 계면, 인접한 제2 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130b, 130c) 사이의 계면, 및 인접한 제3 및 제1 색분리 렌즈 어레이(130c, 130a) 사이의 계면에 오목하게 형성된 홈(141)을 가질 수 있다. 각각의 홈(141)은 제1 방향(X 방향)을 따라 연장될 수 있다. 도 10에는 인접한 홈(141) 사이의 격리층(140)의 상부 표면이 평탄한 것으로 도시되었지만, 도 9와 같이 볼록한 곡면을 가질 수도 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도로서, 특히 도 2a의 A-A' 라인을 따른 단면도이다. 도 11을 참조하면, 격리층(140)은 제1 방향(X 방향)을 따라 끊김 없이 연속적인 형태를 가질 수 있다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도로서, 특히 도 2a의 A-A' 라인을 따른 단면도이다. 도 12를 참조하면, 격리층(140)은 화소 어레이(1100)의 단위 패턴에 맞추어 분할된 복수의 격리 요소(141, 142)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 격리 요소(141)는 하나의 단위 패턴 내에 있는 제1 내지 제3 화소(111, 112, 113)에 마주하여 배치되며, 제2 격리 요소(142)는 다른 단위 패턴 내에 있는 다른 제1 내지 제3 화소(111, 112, 113)에 마주하여 배치될 수 있다. 제1 격리 요소(141)와 제2 격리 요소(142)는 제1 방향(X 방향)으로 서로 간격을 두고 완리히 분리될 수 있다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 구조를 보이는 개략적인 단면도로서, 특히 도 2a의 A-A' 라인을 따른 단면도이다. 도 13을 참조하면, 제1 격리 요소(141)와 제2 격리 요소(142)는 완전히 분리되지 않고 하부가 서로 연결될 수 있다. 격리층(140)의 상부 표면에는 제1 격리 요소(141)와 제2 격리 요소(142) 사이의 경계, 또는 인접한 두 단위 패턴 사이의 경계, 예를 들어, 제3 화소(113)와 제1 화소(111) 사이의 경계와 마주하도록 제2 방향(Y 방향)으로 연장된 홈(142)이 형성될 수 있다.
도 14는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제2 파장 광의 위상 분포의 또 다른 예를 색분리 렌즈 어레이(130) 상에서 예시적으로 보이는 평면도이다. 지금까지는, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 내지 제3 색분리 렌즈 어레이(130a, 130b, 130c)가 서로 광학적으로 완전히 독립적인 것으로 설명하였다. 그러나, 필요에 따라서는 서로 다른 색분리 렌즈 어레이의 제2 방향(Y 방향)으로 인접한 화소 대응 영역들 사이에 부분적인 에너지 교환이 가능하도록 색분리 렌즈 어레이(130)를 설계할 수도 있다. 예를 들어, 제2 방향(Y 방향)으로 바로 인접한 화소들이 감지하는 광의 파장 대역이 부분적으로 중첩될 수 있으므로, 감지하고자 하는 파장에 대한 감도가 상대적으로 낮은 화소에 대해서는 제2 방향(Y 방향)으로 인접한 색분리 렌즈 어레이가 추가적으로 광을 공급할 수도 있다.
도 14를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제2 파장 광은 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심으로부터 제1 방향(X 방향)으로 멀어질수록 감소하고 제2 방향(Y 방향)으로 멀어질수록 감소하는 위상 분포(P2")를 가질 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후 위치에서, 제2 파장 광의 위상은 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 제1 방향(X 방향)으로 제3 화소 대응 영역(133)과 제1 화소 대응 영역(131)의 경계, 및 제2 방향(Y 방향)으로 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)의 제5 화소 대응 영역(135)과 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)의 제8 화소 대응 영역(138) 사이의 경계에서 최소가 될 수 있다.
예를 들어, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 출사되는 제2 파장 광의 위상을 2π라고 정하면, 제3 화소 대응 영역(133)과 제1 화소 대응 영역(131)의 경계에서 제2 파장 광의 위상은 0.9π 내지 1.1π이고, 제2 색분리 렌즈 어레이(130b)의 제5 화소 대응 영역(135)과 제3 색분리 렌즈 어레이(130c)의 제8 화소 대응 영역(138) 사이의 경계에서 제2 파장 광의 위상은 0.9π 내지 1.1π일 수 있다. 특히, 제2 화소 대응 영역(132)에 제2 방향(Y 방향)으로 인접한 제5 화소 대응 영역(135)의 중심 및 제8 화소 대응 영역(138)의 중심에서 제2 파장 광의 위상은 π보다 크고 2π보다 작을 수 있다. 이 경우, 제1 색분리 렌즈 어레이(130a)뿐만 아니라 제2 및 제3 색분리 렌즈 어레이(130b, 130c)로부터도 제2 파장 광이 제2 화소(112)로 집광될 수 있다. 따라서, 제2 화소(112)에 공급되는 제2 파장 광의 세기가 증가할 수 있으며, 제2 파장 광에 대한 제2 화소(112)의 감도가 향상될 수 있다. 도 14에는 제2 파장 광의 위상 분포에 대해 예시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 파장 광 내지 제9 파장 광 중에서 필요에 따라 선택된 하나 이상의 파장 광에 대해 인접한 색분리 렌즈 어레이 사이의 에너지 교환이 가능하도록 나노구조물(NP)들이 배열될 수 있다.
앞서 설명한 화소 어레이(1100)를 포함하는 이미지 센서(1000)는 컬러 필터, 예를 들면, 유기 컬러 필터에 의한 광 손실이 거의 없기 때문에 화소의 크기가 작아지더라도 화소에 충분한 양의 빛을 제공할 수 있다. 따라서 수 억개 이상의 화소를 갖는 초고해상도 초소형 고감도 멀티 스펙트럼 이미지 센서의 제작이 가능하다. 또한, 초고해상도 초소형 고감도 멀티 스펙트럼 이미지 센서에서 신호 검출을 위한 노출 시간을 감소시킬 수 있어서 프레임 속도(frame rate)를 향상시킬 수 있다. 이러한 초고해상도 초소형 고감도 멀티 스펙트럼 이미지 센서는 다양한 고성능 광학 장치 또는 고성능 전자 장치에 채용되어, 피부 등의 상태 감지, 식품 검사, 기타 물체 재질과 특성 검사 등을 위해 사용될 수 있다. 이러한 전자 장치는, 예컨대, 스마트 폰(smart phone), 휴대폰, 핸드폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 휴대용 기기, 가전 제품, 보안 카메라, 의료용 카메라, 자동차, 사물인터넷(IoT;Internet of Things) 기기, 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 일 수 있고, 이에 제한되지 않는다.
전자 장치는 이미지 센서(1000) 외에도, 이미지 센서를 제어하는 프로세서, 예를 들면, 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor)를 더 포함할 수 있으며, 프로세서를 통해 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 프로세서는 GPU (Graphic Processing Unit) 및/또는 이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor)를 더 포함할 수 있다. 프로세서에 이미지 신호 프로세서가 포함되는 경우, 이미지 센서에 의해 획득된 이미지(또는 영상)를 프로세서를 이용하여 저장 및/또는 출력할 수 있다.
도 15는 이미지 센서(1000)를 포함하는 전자 장치(ED01)의 일 예를 나타내는 블럭도이다. 도 15를 참조하면, 네트워크 환경(ED00)에서 전자 장치(ED01)는 제1 네트워크(ED98)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(ED02)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(ED99)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(ED04) 및/또는 서버(ED08)와 통신할 수 있다. 전자 장치(ED01)는 서버(ED08)를 통하여 전자 장치(ED04)와 통신할 수 있다. 전자 장치(ED01)는 프로세서(ED20), 메모리(ED30), 입력 장치(ED50), 음향 출력 장치(ED55), 표시 장치(ED60), 오디오 모듈(ED70), 센서 모듈(ED76), 인터페이스(ED77), 햅틱 모듈(ED79), 카메라 모듈(ED80), 전력 관리 모듈(ED88), 배터리(ED89), 통신 모듈(ED90), 가입자 식별 모듈(ED96), 및/또는 안테나 모듈(ED97)을 포함할 수 있다. 전자 장치(ED01)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(ED60) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(ED76)(지문 센서, 홍채 센서, 조도 센서 등)은 표시 장치(ED60)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다.
프로세서(ED20)는, 소프트웨어(프로그램(ED40) 등)를 실행하여 프로세서(ED20)에 연결된 전자 장치(ED01) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(ED20)는 다른 구성요소(센서 모듈(ED76), 통신 모듈(ED90) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(ED32)에 로드하고, 휘발성 메모리(ED32)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(ED34)에 저장할 수 있다. 프로세서(ED20)는 메인 프로세서(ED21)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(ED23)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(ED23)는 메인 프로세서(ED21)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다.
보조 프로세서(ED23)는, 메인 프로세서(ED21)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(ED21)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(ED21)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(ED21)와 함께, 전자 장치(ED01)의 구성요소들 중 일부 구성요소(표시 장치(ED60), 센서 모듈(ED76), 통신 모듈(ED90) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(ED23)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(ED80), 통신 모듈(ED90) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다.
메모리(ED30)는, 전자 장치(ED01)의 구성요소(프로세서(ED20), 센서모듈(ED76) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(ED40) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(ED30)는, 휘발성 메모리(ED32) 및/또는 비휘발성 메모리(ED34)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(ED32)는 전자 장치(ED01) 내에 고정 장착된 내장 메모리(ED36)과 탈착 가능한 외장 메모리(ED38)를 포함할 수 있다.
프로그램(ED40)은 메모리(ED30)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(ED42), 미들 웨어(ED44) 및/또는 어플리케이션(ED46)을 포함할 수 있다.
입력 장치(ED50)는, 전자 장치(ED01)의 구성요소(프로세서(ED20) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(ED01)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(ED50)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(ED55)는 음향 신호를 전자 장치(ED01)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(ED55)는, 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.
표시 장치(ED60)는 전자 장치(ED01)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(ED60)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치(ED60)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry), 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(ED70)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(ED70)은, 입력 장치(ED50)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(ED55), 및/또는 전자 장치(ED01)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(ED76)은 전자 장치(ED01)의 작동 상태(전력, 온도 등), 또는 외부의 환경 상태(사용자 상태 등)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 및/또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(ED76)은, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(Infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및/또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(ED77)는 전자 장치(ED01)가 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 또는 복수의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(ED77)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(ED78)는, 전자 장치(ED01)가 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(ED78)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있
햅틱 모듈(ED79)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈(ED79)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(ED80)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 하나 또는 복수의 렌즈들을 포함하는 렌즈 어셈블리, 도 1의 이미지 센서(1000), 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.
전력 관리 모듈(ED88)은 전자 장치(ED01)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(ED88)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(ED89)는 전자 장치(ED01)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(ED89)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(ED90)은 전자 장치(ED01)와 다른 전자 장치(전자 장치(ED02), 전자 장치(ED04), 서버(ED08) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(ED90)은 프로세서(ED20)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 또는 복수의 커뮤니케이션 프로세서들을 포함할 수 있다. 통신 모듈(ED90)은 무선 통신 모듈(ED92)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(ED94)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(ED98)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(ED99)(셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(LAN, WAN 등)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 다른 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(단일 칩 등)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(ED92)은 가입자 식별 모듈(ED96)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(ED98) 및/또는 제2 네트워크(ED99)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(ED01)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(ED97)은 신호 및/또는 전력을 외부(다른 전자 장치 등)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(ED97)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(ED90)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(ED98) 및/또는 제2 네트워크(ED99)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(ED90)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(ED97)의 일부로 포함될 수 있다.
구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 신호(명령, 데이터 등)를 상호 교환할 수 있다.
명령 또는 데이터는 제2 네트워크(ED99)에 연결된 서버(ED08)를 통해서 전자 장치(ED01)와 외부의 전자 장치(ED04)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(ED02, ED04)은 전자 장치(ED01)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(ED01)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(ED02, ED04, ED08) 중 하나 또는 복수의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(ED01)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때, 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 또는 복수의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 또는 복수의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(ED01)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
도 16은, 도 15의 카메라 모듈(ED80)을 예시하는 블럭도이다. 도 16을 참조하면, 카메라 모듈(ED80)은 렌즈 어셈블리(CM10), 플래시(CM20), 이미지 센서(1000)(도 1의 이미지 센서(1000) 등), 이미지 스태빌라이저(CM40), 메모리(CM50)(버퍼 메모리 등), 및/또는 이미지 시그널 프로세서(CM60)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(CM10)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 복수의 렌즈 어셈블리(CM10)들을 포함할 수도 있으며, 이런 경우, 카메라 모듈(ED80)은, 듀얼 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(Spherical Camera)가 될 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(CM10)들 중 일부는 동일한 렌즈 속성(화각, 초점 거리, 자동 초점, F 넘버(F Number), 광학 줌 등)을 갖거나, 또는 다른 렌즈 속성들을 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리(CM10)는, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다.
플래시(CM20)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 플래시(CM20)는 하나 또는 복수의 발광 다이오드들(RGB(Red-Green-Blue) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED 등), 및/또는 Xenon Lamp를 포함할 수 있다. 이미지 센서(1000)는 도 1에서 설명한 이미지 센서일 수 있으며, 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(CM10)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 이미지 센서(1000)는, RGB 센서, BW(Black and White) 센서, IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 이미지 센서들 중 선택된 하나 또는 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 이미지 센서(1000)에 포함된 각각의 센서들은, CCD(Charged Coupled Device) 센서 및/또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 구현될 수 있다.
이미지 스태빌라이저(CM40)는 카메라 모듈(ED80) 또는 이를 포함하는 전자 장치(CM01)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(CM10)에 포함된 하나 또는 복수개의 렌즈 또는 이미지 센서(1000)를 특정한 방향으로 움직이거나 이미지 센서(1000)의 동작 특성을 제어(리드 아웃(Read-Out) 타이밍의 조정 등)하여 움직임에 의한 부정적인 영향이 보상되도록 할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(CM40)는 카메라 모듈(ED80)의 내부 또는 외부에 배치된 자이로 센서(미도시) 또는 가속도 센서(미도시)를 이용하여 카메라 모듈(ED80) 또는 전자 장치(ED01)의 움직임을 감지할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(CM40)는, 광학식으로 구현될 수도 있다.
메모리(CM50)는 이미지 센서(1000)를 통하여 획득된 이미지의 일부 또는 전체 데이터가 다음 이미지 처리 작업을 위하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 복수의 이미지들이 고속으로 획득되는 경우, 획득된 원본 데이터(Bayer-Patterned 데이터, 고해상도 데이터 등)는 메모리(CM50)에 저장하고, 저해상도 이미지만을 디스플레이 해준 후, 선택된(사용자 선택 등) 이미지의 원본 데이터가 이미지 시그널 프로세서(CM60)로 전달되도록 하는데 사용될 수 있다. 메모리(CM50)는 전자 장치(ED01)의 메모리(ED30)로 통합되어 있거나, 또는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.
이미지 시그널 프로세서(CM60)는 이미지 센서(1000)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(CM50)에 저장된 이미지 데이터에 대하여 이미지 처리들을 수행할 수 있다. 이미지 처리들은, 깊이 지도(Depth Map) 생성, 3차원 모델링, 파노라마 생성, 특징점 추출, 이미지 합성, 및/또는 이미지 보상(노이즈 감소, 해상도 조정, 밝기 조정, 블러링(Blurring), 샤프닝(Sharpening), 소프트닝(Softening) 등)을 포함할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)는 카메라 모듈(ED80)에 포함된 구성 요소들(이미지 센서(1000) 등)에 대한 제어(노출 시간 제어, 또는 리드 아웃 타이밍 제어 등)를 수행할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(CM50)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(ED80)의 외부 구성 요소(메모리(ED30), 표시 장치(ED60), 전자 장치(ED02), 전자 장치(ED04), 서버(ED08) 등)로 제공될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)는 프로세서(ED20)에 통합되거나, 프로세서(ED20)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)가 프로세서(ED20)와 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(CM60)에 의해 처리된 이미지는 프로세서(ED20)에 의하여 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(ED60)를 통해 표시될 수 있다.
전자 장치(ED01)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(ED80)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 복수의 카메라 모듈(ED80)들 중 하나는 광각 카메라이고, 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 복수의 카메라 모듈(ED80)들 중 하나는 전면 카메라이고, 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다.
실시예들에 따른 이미지 센서(1000)는 도 17에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(1100m), 도 18에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(1200), 도 19에 도시된 디지털 카메라 또는 캠코더(1300), 도 20에 도시된 노트북 컴퓨터(1400)에 또는 도 21에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(1500) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(1100m) 또는 스마트 태블릿(1200)은 고해상 이미지 센서가 각각 탑재된 복수의 고해상 카메라를 포함할 수 있다. 고해상 카메라들을 이용하여 영상 내 피사체들의 깊이 정보를 추출하거나, 영상의 아웃포커싱을 조절하거나, 영상 내 피사체들을 자동으로 식별할 수 있다.
또한, 이미지 센서(1000)는 도 22에 도시된 스마트 냉장고(1600), 도 23에 도시된 보안 카메라(1700), 도 24에 도시된 로봇(1800), 도 25에 도시된 의료용 카메라(1900) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(1600)는 이미지 센서를 이용하여 냉장고 내에 있는 음식을 자동으로 인식하고, 특정 음식의 존재 여부, 입고 또는 출고된 음식의 종류 등을 스마트폰을 통해 사용자에게 알려줄 수 있다. 보안 카메라(1700)는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(1900)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(1900)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.
또한, 이미지 센서(1000)는 도 26에 도시된 바와 같이 차량(2000)에 적용될 수 있다. 차량(2000)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(2010, 2020, 2030, 2040)를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라(2010, 2020, 2030, 2040)는 실시예에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다. 차량(2000)은 복수의 차량용 카메라(2010, 2020, 2030, 2040)를 이용하여 차량(2000) 내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.
상술한 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 멀티 스펙트럼 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치가 비록 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110.....센서 기판 111, 112, 113, 114.....화소
120.....스페이서층 130.....색분리 렌즈 어레이
140.....격리층 1000.....이미지 센서
1010.....타이밍 컨트롤러 1020.....로우 디코더
1030.....출력 회로 1100.....화소 어레이

Claims (24)

  1. 제1 방향을 따라 배열된 복수의 화소를 구비하는 제1 화소행 및 제2 방향으로 상기 제1 화소행과 인접하며 제1 방향을 따라 배열된 복수의 화소를 구비하는 제2 화소행을 포함하는 센서 기판;
    상기 센서 기판 위에 배치된 투명한 스페이서층; 및
    상기 스페이서층 위에 배치된 색분리 렌즈 어레이;를 포함하고,
    상기 색분리 렌즈 어레이는:
    상기 제1 화소행과 마주하도록 상기 제1 방향을 따라 연장되며, 입사광 중 제1 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하여 상기 제1 화소행의 복수의 화소들에 각각 집광하는 제1 색분리 렌즈 어레이; 및
    상기 제2 화소행과 마주하도록 상기 제1 방향을 따라 연장되며, 입사광 중 제1 스펙트럼 범위와 상이한 제2 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하여 상기 제2 화소행의 복수의 화소들에 각각 집광하는 제2 색분리 렌즈 어레이;를 포함하는, 이미지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 색분리 렌즈 어레이는 상기 제1 색분리 렌즈 어레이와 제2 방향으로 인접하는, 이미지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 색분리 렌즈 어레이는 상기 제1 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 광을 상기 제1 화소행의 복수의 화소들에만 집광하고, 상기 제2 색분리 렌즈 어레이는 상기 제2 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 광을 상기 제2 화소행의 복수의 화소들에만 집광하는, 이미지 센서.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 색분리 렌즈 어레이 위에 배치되어 상기 제1 색분리 렌즈 어레이와 상기 제2 색분리 렌즈 어레이 사이의 에너지 교환을 방지하는 격리층을 더 포함하는, 이미지 센서.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 격리층은 상기 제1 색분리 렌즈 어레이 위에서 제1 방향으로 연장된 제1 투명 막대 및 상기 제2 색분리 렌즈 어레이 위에서 제1 방향으로 연장된 제2 투명 막대를 포함하는, 이미지 센서.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 격리층은 상기 제1 색분리 렌즈 어레이와 제2 색분리 렌즈 어레이 사이의 계면에 대응하는 위치에 제1 방향을 따라 오목하게 형성된 홈을 갖는 투명한 평판을 포함하는, 이미지 센서.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 격리층의 상부 표면은 상기 제2 방향으로 굴절력을 갖도록 볼록한 곡면을 갖는, 이미지 센서.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 스펙트럼 범위와 제2 스펙트럼 범위는 부분적으로 중첩하는, 이미지 센서.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 색분리 렌즈 어레이에 의해 분리되는 제1 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장 사이의 파장 간격 및 상기 제2 색분리 렌즈 어레이에 의해 분리되는 제2 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장 사이의 파장 간격은 30 nm 내지 300 nm의 범위 내에 있는, 이미지 센서.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 화소행의 복수의 화소는 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제1 화소, 제2 화소, 및 제3 화소를 포함하고,
    상기 제2 화소행의 복수의 화소는 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제4 화소, 제5 화소, 및 제6 화소를 포함하는, 이미지 센서.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 색분리 렌즈 어레이는 입사광 중 제1 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제1 화소로 집광하고, 입사광 중 제2 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제2 화소로 집광하고, 입사광 중 제3 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제3 화소로 집광하고,
    상기 제2 색분리 렌즈 어레이는 입사광 중 제4 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제4 화소로 집광하고, 입사광 중 제5 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제5 화소로 집광하고, 입사광 중 제6 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제6 화소로 집광하는, 이미지 센서.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 색분리 렌즈 어레이는 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 및 제3 화소 대응 영역을 포함하고,
    상기 제2 색분리 렌즈 어레이는 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제4 화소 대응 영역, 제5 화소 대응 영역, 및 제6 화소 대응 영역을 포함하며,
    상기 제1 화소 대응 영역은 상기 제1 화소와 마주하여 배치되고,
    상기 제2 화소 대응 영역은 상기 제2 화소와 마주하여 배치되고,
    상기 제3 화소 대응 영역은 상기 제3 화소와 마주하여 배치되고,
    상기 제4 화소 대응 영역은 상기 제4 화소와 마주하여 배치되고,
    상기 제5 화소 대응 영역은 상기 제5 화소와 마주하여 배치되고,
    상기 제6 화소 대응 영역은 상기 제6 화소와 마주하여 배치되는, 이미지 센서.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 및 제3 화소 대응 영역은 복수의 나노구조물을 포함하며, 복수의 나노구조물은:
    상기 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제2 화소와 제3 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖고,
    상기 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광이 상기 제2 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제3 화소와 제1 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖고,
    상기 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제3 파장의 광이 상기 제3 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제1 화소와 제2 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖도록 배열된, 이미지 센서.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 화소 대응 영역의 복수의 나노구조물은 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 화소에 상기 제2 방향으로 인접하는 제4 화소에 대응하는 위치에서 π보다 크고 2π보다 작은 위상을 갖도록 배열된, 이미지 센서.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 및 제3 화소 대응 영역의 복수의 나노구조물은 상기 제1 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제1 파장의 광, 제2 파장의 광, 및 제3 파장의 광이 상기 제4 화소, 제5 화소, 및 제6 화소로 진행하지 않도록 배열된, 이미지 센서.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 및 제3 화소 대응 영역의 상기 복수의 나노구조물 각각의 제1 방향 폭은 제1 파장, 제2 파장, 및 제3 파장 중에서 가장 짧은 파장보다 작은, 이미지 센서.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 제4 화소 대응 영역, 제5 화소 대응 영역, 및 제6 화소 대응 영역은 복수의 나노구조물을 포함하며, 복수의 나노구조물은:
    상기 제2 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제4 파장의 광이 상기 제4 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제5 화소와 제6 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖고,
    상기 제2 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제5 파장의 광이 상기 제5 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제6 화소와 제4 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖고,
    상기 제2 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제6 파장의 광이 상기 제6 화소의 중심부에 대응하는 위치에서 2π의 위상을 갖고 상기 제4 화소와 제5 화소의 경계에서 0.9π 내지 1.1π의 위상을 갖도록 배열된, 이미지 센서.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제4 화소 대응 영역, 제5 화소 대응 영역, 및 제6 화소 대응 영역의 상기 복수의 나노구조물 각각의 제1 방향 폭은 제4 파장, 제5 파장, 및 제6 파장 중에서 가장 짧은 파장보다 작은, 이미지 센서.
  19. 제12 항에 있어서,
    상기 센서 기판은 제2 방향으로 상기 제2 화소행과 인접하여 배치되며 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제7 화소, 제8 화소, 및 제9 화소를 포함하는 제3 화소행을 더 포함하며,
    상기 색분리 렌즈 어레이는 제2 방향으로 상기 제2 색분리 렌즈 어레이와 인접하여 배치되며 제1 방향을 따라 번갈아 배열된 제7 화소 대응 영역, 제8 화소 대응 영역, 및 제9 화소 대응 영역을 포함하는 제3 색분리 렌즈 어레이를 더 포함하고,
    상기 제7 화소 대응 영역은 상기 제7 화소와 마주하여 배치되고,
    상기 제8 화소 대응 영역은 상기 제8 화소와 마주하여 배치되고,
    상기 제9 화소 대응 영역은 상기 제9 화소와 마주하여 배치되는, 이미지 센서.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제3 색분리 렌즈 어레이는 입사광 중 제7 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제7 화소로 집광하고, 입사광 중 제8 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제8 화소로 집광하고, 입사광 중 제9 파장의 광을 위상 변경하여 상기 제9 화소로 집광하는, 이미지 센서.
  21. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 파장과 제4 파장 사이의 파장 간격은 상기 제1 파장과 제2 파장 사이의 파장 간격보다 작은, 이미지 센서.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 제1 파장과 제2 파장 사이의 파장 간격 및 상기 제2 파장과 제3 파장 사이의 파장 간격은 30 nm 내지 300 nm의 범위 내에 있는, 이미지 센서.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 제1 파장과 제4 파장 사이의 파장 간격은 10 nm 내지 100 nm의 범위 내에 있는, 이미지 센서.
  24. 광학상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;
    상기 이미지 센서의 동작을 제어하고, 상기 이미지 센서에서 생성한 신호를 저장 및 출력하는 프로세서; 및
    피사체로부터 오는 광을 상기 이미지 센서에 제공하는 렌즈 어셈블리;를 포함하고,
    상기 이미지 센서는:
    제1 방향을 따라 배열된 복수의 화소를 구비하는 제1 화소행 및 제2 방향으로 상기 제1 화소행과 인접하며 제1 방향을 따라 배열된 복수의 화소를 구비하는 제2 화소행을 포함하는 센서 기판;
    상기 센서 기판 위에 배치된 투명한 스페이서층; 및
    상기 스페이서층 위에 배치된 색분리 렌즈 어레이;를 포함하고,
    상기 색분리 렌즈 어레이는:
    상기 제1 화소행과 마주하도록 상기 제1 방향을 따라 연장되며, 입사광 중 제1 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하여 상기 제1 화소행의 복수의 화소들에 각각 집광하는 제1 색분리 렌즈 어레이; 및
    상기 제2 화소행과 마주하도록 상기 제1 방향을 따라 연장되며, 입사광 중 제1 스펙트럼 범위와 상이한 제2 스펙트럼 범위 내에 있는 복수의 파장의 광을 분리하여 상기 제2 화소행의 복수의 화소들에 각각 집광하는 제2 색분리 렌즈 어레이;를 포함하는, 전자 장치.
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