KR20230063733A - 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예는, 입사광을 감지하는 복수 개의 화소를 포함하는 센서 기판, 상기 센서 기판 위에 배치되며, 특정 파장 대역의 광만을 투과시키고 다른 파장 대역의 광을 흡수 또는 반사하는 상기 복수 개의 화소에 대응되도록 마련되는 복수 개의 필터를 포함하는 필터층 및 상기 필터층 위에 배치되며, 상기 복수 개의 화소 중에서 대응하는 화소에 입사광을 집광하는 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 광학 센서를 제공한다.

Description

나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치{Optical sensor including nano-photonic microlens array and electronic apparatus including the same}
본 개시는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
이미지 센서 또는 분광 센서와 같은 광학 센서는 복수 개의 화소를 포함하는 센서 기판과 센서 기판 상에 마련되고 복수 개의 화소 각각을 덮는 복수 개의 광학 렌즈를 포함하는 광학 렌즈 어레이를 포함한다. 또한, 복수 개의 화소 각각은 DTI(Deep trench isolation) 구조에 의해 서로 분리된 복수 개의 서브 화소를 포함하며, DTI 구조를 기준으로, 복수 개의 서브 화소의 출력 신호들의 차이을 계산하여 오토포커싱(Auto focusing; AF) 기술을 구현할 수 있다.
예를 들어, 센서 기판에 포함된 복수 개의 화소 각각은 2 × 2 형태로 배열된 총 4개의 서브 화소를 포함할 수 있고, 하나의 화소에 포함된 4개의 서브 화소를 하나의 광학 렌즈가 덮을 수 있다. 이 경우, 2 × 2 형태로 배열된 4개의 서브 화소는 십자가 형태의 DTI 구조에 의해 서로 분리될 수 있다. AF 기술을 구현하기 위해, 광학 렌즈에 의해 4개의 서브 화소로 입사광이 집광되는 과정에서, 입사광의 일부는 화소의 중심으로 집광될 수 있다. 이 경우, 광학 렌즈에 의해 화소의 중심으로 집광된 입사광은 화소의 중심에 마련된 DTI 구조에 의해 흡수될 수 있고, 이에 따른 광 손실이 발생하게 된다.
이처럼 AF 기술을 구현하기 위해 DTI 구조의 중심과 DTI 구조에 의해 분리된 복수 개의 서브 화소에 광을 집광하는 과정에서 광 손실을 최소화하기 위해 DTI 구조의 중심으로 집광되는 입사광의 양을 감소시킬 수 있는 구조의 광학 렌즈 어레이를 설계할 필요가 있다.
한편, 이미지 센서 또는 분광 센서와 같은 광학 센서 및 촬상 모듈이 점차 소형화 됨에 따라 광학 센서의 가장자리에서 주광선 각도(CRA, chief ray angle)가 증가하는 추세이다. 광학 센서의 가장자리에서 주광선 각도가 증가하게 되면 광학 센서의 가장자리에 위치하는 화소들의 감도가 감소하게 된다. 이로 인해 영상의 가장자리가 어두워질 수 있다. 또한 이를 보상하기 위한 추가적인 복잡한 색 연산은 영상을 처리하는 프로세서에 부담을 주게 되고 영상 처리 속도를 저하시킨다.
본 개시의 다양한 실시예에 따라, AF 기술을 구현함과 동시에, 센서 기판의 복수 개의 화소 각각에 구비된 DTI 구조의 중심으로 집광되는 입사광의 양을 감소시킬 수 있는 구조를 포함하는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공하고자 한다.
본 개시의 다양한 실시예에 따라, 광학 센서의 가장자리에서 큰 주광선 각도로 입사하는 입사광의 진행 방향을 변경시켜 복수 개의 화소를 포함하는 센서 기판의 감도를 향상시킬 수 있는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공하고자 한다.
일 실시예는,
입사광을 감지하는 복수 개의 화소를 포함하는 센서 기판, 상기 센서 기판 위에 배치되며, 특정 파장 대역의 광만을 투과시키고 다른 파장 대역의 광을 흡수 또는 반사하는 상기 복수 개의 화소에 대응되도록 마련되는 복수 개의 필터를 포함하는 필터층 및 상기 필터층 위에 배치되며, 상기 복수 개의 화소 중에서 대응하는 화소에 입사광을 집광하는 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 광학 센서를 제공한다.
상기 복수 개의 화소 각각은, DTI 구조와 상기 DTI 구조에 의해 전기적으로 분리되어 독립적으로 광을 감지하며 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 광감지셀을 구비할 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 하고, 상기 대응하는 화소에 포함된 복수 개의 광감지셀 각각의 중앙으로부터 상기 DTI 구조 측으로 치우친 복수 개의 영역 각각으로 입사광을 집광시키도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로 렌즈 각각을 통과한 입사광의 일부는 상기 DTI 구조로 입사될 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 상기 위상 프로파일이 가지는 상기 복수 개의 볼록한 영역의 개수가 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각에 대응되는 화소에 구비된 복수 개의 광감지셀의 개수와 동일해지도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 투과한 광이 상기 복수 개의 볼록한 영역들이 겹쳐지는 영역의 위상 프로파일을 가지고, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 제1 영역 이외의 나머지 영역인 제2 영역을 투과한 광이 상기 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 상기 위상 프로파일의 상기 복수 개의 볼록한 영역이 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조와 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 사이에 대응되는 제3 영역을 투과한 광의 위상 프로파일이 복수 개의 극대점을 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심 영역에 배치된 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 상기 위상 프로파일의 상기 복수 개의 볼록한 영역이 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변 영역에 배치된 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈는, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광이 경사진 선형 위상 프로파일과 볼록한 위상 프로파일이 더해진 위상 프로파일을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈보다 상기 나노 광학 마이크로렌즈의 어레이의 중심 영역으로부터 더 멀리 배치된 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 상기 선형 위상 프로파일의 제1 기울기가 상기 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 선형 위상 프로파일의 제2 기울기보다 작도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 복수 개의 볼록부를 가지는 볼록 렌즈 구조를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 복수 개의 볼록부의 개수는 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각에 대응하는 화소에 구비된 상기 복수 개의 광감지셀의 개수와 동일할 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역은 오목하게 형성되고, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 제1 영역 이외의 나머지 영역인 제2 영역에 상기 복수 개의 볼록부가 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 볼록부가 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조와 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 사이에 대응되는 제3 영역에 상기 복수 개의 볼록부의 극대점들이 마련되도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각에 대응하는 화소에 구비된 상기 복수 개의 광감지셀의 개수만큼의 복수 개의 볼록 렌즈 형상이 중심점을 기준으로 일부 겹쳐져 형성된 단일한 볼록 렌즈 구조를 포함할 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심 영역에 배치된 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 제1 복수 개의 볼록부가 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역들을 기준으로 각각 대칭적으로 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 좌측 주변 영역에 배치된 복수 개의 제2-1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2-1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제2-1 볼록부의 극대점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 우측 주변 영역에 배치된 복수 개의 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제2-2 볼록부의 극대점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 볼록부는 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선을 기준으로 상기 제2 방향을 따라 대칭적으로 분포될 수 있다..
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는, 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈보다 상기 나노 광학 마이크로렌즈의 어레이의 중심 영역으로부터 더 멀리 배치된 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제3 볼록부의 극대점들이 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리는 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제2 볼록부의 극대점들의 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리보다 길 수 있다.
상기 복수 개의 화소는 제1 파장 대역의 광을 감지하는 복수 개의 제1 광감지셀을 구비한 복수 개의 제1 화소와 상기 제1 파장 대역보다 짧은 제2 파장 대역의 광을 감지하는 복수 개의 제2 광감지셀을 구비한 복수 개의 제2 화소를 포함할 수 있다.
상기 필터층은 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 대응하고 상기 제1 파장 대역의 광을 투과시키는 복수 개의 제1 필터 및 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 대응하고 상기 제2 파장 대역의 광을 투과시키는 복수 개의 제2 필터를 포함할 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 상기 복수 개의 제1 필터 각각에 대응하고 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 광을 집광시키는 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 및 상기 복수 개의 제2 필터 각각에 대응하고 상기 복수 개의 제2 화소에 광을 집광시키는 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제2 볼록한 영역이 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제1 볼록한 영역보다 더 볼록하도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은 복수 개의 제1 볼록부를 가지는 제1 볼록 렌즈 구조와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은 복수 개의 제2 볼록부를 가지는 제2 볼록 렌즈 구조를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제2 볼록부는 상기 복수 개의 제1 볼록부보다 더 볼록하게 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 복수 개의 제1 볼록부의 개수는 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 구비된 복수 개의 제1 광감지셀의 개수와 동일하고, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 복수 개의 제2 볼록부의 개수는 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 구비된 복수 개의 제2 광감지셀의 개수와 동일할 수 있다.
상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 복수 개의 제1 볼록부가 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 복수 개의 제2 볼록부가 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제2 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 볼록부가 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되고, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈의 상기 복수 개의 제2 볼록부가 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제2 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 좌측 주변 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 볼록부와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2 볼록부의 극대점들이 각각 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 구비된 상기 복수 개의 제1 광감지셀의 중심점들과 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 구비된 상기 복수 개의 제2 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 제1 광감지셀의 중심점들과 상기 복수 개의 제2 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 우측 주변 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 볼록부와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2 볼록부의 극대점들이 각각 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 구비된 상기 복수 개의 제1 광감지셀의 중심점들과 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 구비된 상기 복수 개의 제2 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 제1 광감지셀의 중심점들과 상기 복수 개의 제2 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 볼록부와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2 볼록부는 각각 상기 DTI 구조의 중심선을 기준으로 상기 제2 방향을 따라 대칭적으로 분포될 수 있다. .
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 배열된 복수 개의 나노구조물을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 비교적 작은 직경의 복수 개의 나노 구조물이 분포된 산포 영역과 비교적 큰 직경의 복수 개의 나노 구조물이 분포된 밀집 영역을 포함하고, 상기 밀집 영역은 상기 산포 영역에 의해 둘러싸일 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 밀집 영역은 상기 산포 영역에 의해 서로 이격된 복수 개의 서브 밀집 영역을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 복수 개의 서브 밀집 영역의 개수는 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각에 대응하는 화소에 구비된 상기 복수 개의 광감지셀의 개수와 동일할 수 있다.
상기 산포 영역은 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 중심과 가장자리 영역에 대응되도록 형성되고, 상기 복수 개의 서브 밀집 영역은 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 영역을 기준으로 대칭적으로 분포될 수 있다.
상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조와 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 사이에 대응되는 영역에 상기 복수 개의 서브 밀집 영역의 중심점들이 마련되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심 영역에 배치된 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈는, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 제1 산포 영역이 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 중심과 가장자리 영역에 대응되도록 형성되고, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제1 서브 밀집 영역은 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 좌측 주변 영역에 배치된 복수 개의 제2-1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2-1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제2-1 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 우측 주변 영역에 배치된 복수 개의 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제2-2 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 서브 밀집 영역은 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선을 기준으로 상기 제2 방향을 따라 대칭적으로 분포될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는, 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈보다 상기 나노 광학 마이크로렌즈의 어레이의 중심 영역으로부터 더 멀리 배치된 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로 렌즈 각각의 복수 개의 제3 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리는 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리보다 길 수 있다.
상기 복수 개의 화소는 제1 파장 대역의 광을 감지하는 복수 개의 제1 광감지셀을 구비한 복수 개의 제1 화소와 상기 제1 파장 대역보다 짧은 제2 파장 대역의 광을 감지하는 복수 개의 제2 광감지셀을 구비한 복수 개의 제2 화소를 포함할 수 있다.
상기 필터층은 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 대응하고 상기 제1 파장 대역의 광을 투과시키는 복수 개의 제1 필터 및 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 대응하고 상기 제2 파장 대역의 광을 투과시키는 복수 개의 제2 필터를 포함할 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 상기 복수 개의 제1 필터 각각에 대응하고 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 광을 집광시키는 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 및 상기 복수 개의 제2 필터에 대응하고 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 광을 집광시키는 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 밀집 영역에 포함된 복수 개의 제1 나노구조물의 평균 직경은 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 밀집 영역에 포함된 복수 개의 제2 나노구조물의 평균 직경보다 작을 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 서브 밀집 영역이 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되고, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2 서브 밀집 영역이 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제2 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 좌측 주변 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 및 제2 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 우측 주변 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈의 상기 복수 개의 제1 및 제2 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
일 실시예는,
광학상을 전기적 신호로 변환하는 상기 광학 센서 및 상기 광학 센서의 동작을 제어하고, 상기 광학 센서에서 생성한 신호를 저장 및 출력하는 프로세서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 다양한 실시예에 따라, AF 기술을 구현함과 동시에, 센서 기판의 복수 개의 화소 각각에 구비된 DTI 구조의 중심으로 집광되는 입사광의 양을 감소시킬 수 있는 구조를 포함하는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따라, 복수 개의 볼록 렌즈가 서로 겹쳐진 형태의 단일한 나노 광학 마이크로렌즈를 이용하여 AF 기술을 구현함과 동시에 센서 기판의 복수 개의 화소 각각에 구비된 DTI 구조의 중심으로 집광되는 입사광의 양을 감소시킬 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따라, 광학 센서의 가장자리에서 큰 주광선 각도로 입사하는 입사광의 진행 방향을 변경시켜 복수 개의 화소를 포함하는 센서 기판의 감도를 향상시킬 수 있는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 광학 센서의 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 광학 센서의 화소 어레이의 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 카메라 모듈을 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 광학 센서의 화소 어레이를 보이는 평면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 광학 센서에 포함된 화소 어레이의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 화소 어레이의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 9는 도 7의 화소 어레이에 포함된 센서 기판의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 10은 도 7의 화소 어레이의 A-A'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 11은 도 7의 화소 어레이의 B-B'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 12는 도 7의 화소 어레이의 A-A'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 13은 도 7의 화소 어레이의 B-B'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 14는 도 7의 화소 어레이의 C-C'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 15는 도 7의 화소 어레이의 D-D'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 16은 다른 일 실시예에 따른 광학 센서에 포함된 화소 어레이의 주변부의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 17은 도 16의 화소 어레이의 주변부의 E-E'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 18은 도 16의 화소 어레이의 주변부의 F-F'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 19는 도 16의 화소 어레이의 주변부의 E-E'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 20은 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서에 포함된 화소 어레이의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 21은 도 20의 화소 어레이의 G-G'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 22는 도 20의 화소 어레이의 H-H'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 23은 도 20의 화소 어레이의 G-G'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 24는 도 20의 화소 어레이의 H-H'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 25는 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서에 포함된 화소 어레이의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 26은 도 25의 화소 어레이의 I-I'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 27은 도 25의 화소 어레이의 J-J'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 28은 도 25의 화소 어레이의 K-K'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 29는 도 25의 화소 어레이의 L-L'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 30은 도 25의 화소 어레이의 I-I'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 31은 도 25의 화소 어레이의 J-J'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 32는 도 25의 화소 어레이의 K-K'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 33은 도 25의 화소 어레이의 L-L'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 34는 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서에 포함된 화소 어레이의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 사시도이다.
도 35는 도 34의 화소 어레이의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 36은 도 34의 화소 어레이에 포함된 제1 나노 광학 마이크로렌즈의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 37은 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서에 포함된 화소 어레이(1150)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 38은 도 37의 화소 어레이에 포함된 제1 나노 광학 마이크로렌즈의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 39는 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서에 포함된 화소 어레이의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 40은 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서에 포함된 화소 어레이의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 41은 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 42는 도 41에 도시된 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 43 내지 도 52는 다양한 실시예에 따른 광학 센서를 포함하는 전자 장치들의 다양한 예를 보인다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 다양한 실시예에 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 대해 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 일 실시예에 따른 광학 센서(1000)의 블록도이다. 도 2 내지 도 4는 광학 센서(1000)의 화소 어레이(1100)의 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다. 도 5는 일 실시예에 따른 카메라 모듈(1880)을 개략적으로 보이는 개념도이다. 도 6은 일 실시예에 따른 광학 센서(1000)의 화소 어레이(1100)를 보이는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 광학 센서(1000)는 화소 어레이(1100), 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)를 포함할 수 있다. 광학 센서(1000)는, 예를 들어, 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 복수 개의 화소를 포함한다. 로우 디코더(1020)는 타이밍 컨트롤러(1010)로부터 출력된 로우 어드레스 신호에 응답하여 화소 어레이(1100)의 로우들 중에서 하나를 선택한다. 출력 회로(1030)는 선택된 로우를 따라 배열된 복수 개의 화소로부터 컬럼 단위로 광감지 신호를 출력한다. 이를 위하여, 출력 회로(1030)는 컬럼 디코더와 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter; ADC)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.
화소 어레이(1100)는 서로 다른 파장 대역의 광을 감지하는 복수 개의 화소를 포함할 수 있다. 복수 개의 화소의 배열은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 도 4는 광학 센서(1000)의 화소 어레이(1100)의 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다.
먼저, 도 2는 일반적인 이미지 센서에서 통상적으로 채택되고 있는 베이어 패턴(Bayer Pattern)을 보인다. 도 2를 참조하면, 하나의 단위 패턴은 네 개의 사분 영역(Quadrant region)을 포함하며, 제1 내지 제4 사분면이 각각 청색 화소(B), 녹색 화소(G), 적색 화소(R), 녹색 화소(G)가 될 수 있다. 이러한 단위 패턴이 제1 방향(y 방향) 및 제2 방향(x 방향)을 따라 이차원적으로 반복 배열된다. 다시 말해, 2 Х 2 어레이 형태의 단위 패턴 내에서 한 쪽 대각선 방향으로 2개의 녹색 화소(G)가 배치되고, 다른 쪽 대각선 방향으로 각각 1개의 청색 화소(B)와 1개의 적색 화소(R)가 배치된다. 전체적인 화소 배열을 보면, 복수 개의 녹색 화소(G)와 복수 개의 청색 화소(B)가 제1 방향(y 방향)을 따라 번갈아 배열되는 제1 행과 복수 개의 적색 화소(R)와 복수 개의 녹색 화소(G)가 제1 방향(y 방향)을 따라 번갈아 배열되는 제2 행이 제2 방향(x 방향)을 따라 반복적으로 배열된다.
화소 어레이(1100)의 배열 방식은 베이어 패턴 이외에도 다양한 배열 방식이 가능하다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 마젠타(Magenta) 화소(M), 사이안(Cyan) 화소(C), 옐로우(Yellow) 화소(Y), 및 녹색 화소(G)가 하나의 단위 패턴을 구성하는 CYGM 방식의 배열도 가능하다. 또한, 도 4를 참조하면, 녹색 화소(G), 적색 화소(R), 청색 화소(B), 및 백색 화소(W)가 하나의 단위 패턴을 구성하는 RGBW 방식의 배열도 가능하다. 또한, 도면에 도시되지는 않았지만 단위 패턴이 3 Х 2 어레이 형태를 가질 수도 있다. 그 밖에도 화소 어레이(1100)의 복수 개의 화소는 광학 센서(1000)의 용도와 특성에 따라 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 아래에서는 광학 센서(1000)의 화소 어레이(1100)가 베이어 패턴을 갖는 것을 예로 설명하지만, 동작 원리는 베이어 패턴이 아닌 다른 형태의 화소 배열에도 적용될 수 있다.
광학 센서(1000)는 다양한 광학 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 카메라 모듈(1880)은 물체로부터 반사된 광을 집속하여 광학 상을 형성하는 렌즈 어셈블리(1910), 렌즈 어셈블리(1910)에 의해 형성된 광학 상을 전기적인 영상 신호로 변환하는 광학 센서(1000), 및 광학 센서(1000)로부터 출력된 전기적 신호를 영상 신호로 처리하는 이미지 시그널 프로세서(1960)를 포함할 수 있다. 카메라 모듈(1880)은 또한, 광학 센서(1000)와 렌즈 어셈블리(1910) 사이에 배치되는 적외선 차단 필터, 이미지 시그널 프로세서(1960)에서 형성한 영상을 표시하는 디스플레이 패널, 이미지 시그널 프로세서(1960)에서 형성한 영상 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함할 수도 있다. 이러한 카메라 모듈(1880)은, 예를 들어, 핸드폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같은 모바일 전자 장치 내에 장착될 수 있다.
렌즈 어셈블리(1910)는 카메라 모듈(1880)의 외부에 있는 피사체의 상을 광학 센서(1000), 더욱 정확히는 광학 센서(1000)의 화소 어레이(1100) 상에 포커싱하는 역할을 한다. 도 5에는 편의상 하나의 렌즈로 간략하게 표시되었지만 실제 렌즈 어셈블리(1910)는 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다. 화소 어레이(1100)가 렌즈 어셈블리(1910)의 초점 평면 상에 정확하게 위치하면, 피사체의 어느 한 점에서 출발한 광은 렌즈 어셈블리(1910)를 통해 화소 어레이(1100) 상의 한 점으로 다시 모이게 된다. 예를 들어, 광축(OX) 상의 어느 한 점(A)에서 출발한 광은 렌즈 어셈블리(1910)를 통과한 후, 광축(OX) 상에 있는 화소 어레이(1100)의 중심에 모이게 된다. 광축(OX)에서 벗어난 어느 한 점(B, C, D)에서 출발한 광은 렌즈 어셈블리(1910)에 의해 광축(OX)을 가로질러 화소 어레이(1100)의 주변부의 한 점에 모이게 된다. 예를 들어, 도 5에서 광축(OX)보다 위쪽에 있는 한 점(B)에서 출발한 광은 광축(OX)을 가로질러 화소 어레이(1100)의 아래쪽 가장자리에 모이게 되며, 광축(OX)보다 아래쪽에 있는 한 점(C)에서 출발한 광은 광축(OX)을 가로질러 화소 어레이(1100)의 위쪽 가장자리에 모이게 된다. 또한, 광축(OX)과 점(B) 사이에 위치한 점(D)에서 출발한 광은 화소 어레이(1100)의 중심과 아래쪽 가장자리 사이에 모이게 된다.
따라서, 서로 다른 점(A, B, C, D)들에서 각각 출발한 광은 상기 점(A, B, C, D)들과 광축(OX) 사이의 거리에 따라 서로 다른 각도로 화소 어레이(1100)에 입사한다. 화소 어레이(1100)에 입사하는 광의 입사각은 통상적으로 주광선 각도(Chief ray angle; CRA)로 정의된다. 주광선(Chief ray)은 피사체의 한 점으로부터 렌즈 어셈블리(1910)의 중심을 지나 화소 어레이(1100)에 입사하는 광선을 의미하며, 주광선 각도는 주광선이 광축(OX)과 이루는 각도를 의미한다. 광축(OX)에 있는 점(A)에서 출발한 광은 주광선 각도가 0도이며, 화소 어레이(1100)에 수직하게 입사한다. 출발점이 광축(OX)에서 멀어질수록 주광선 각도는 증가하게 된다.
광학 센서(1000)의 관점에서 보면, 화소 어레이(1100)의 중심부에 입사하는 광의 주광선 각도는 0도이며, 화소 어레이(1100)의 가장자리로 갈수록 입사광의 주광선 각도가 커지게 된다. 예컨대, 점(B)과 점(C)에서 출발하여 화소 어레이(1100)의 제일 가장자리에 입사하는 광의 주광선 각도가 가장 크고, 점(A)에서 출발하여 화소 어레이(1100)의 중심부에 입사하는 광의 주광선 각도는 0도이다. 또한, 점(D)에서 출발하여 화소 어레이(1100)의 중심과 가장자리 사이에 입사하는 광의 주광선 각도는 점(B)과 점(C)에서 출발한 광의 주광선 각도보다 작고 0도보다 크다.
따라서, 화소 어레이(1100) 내에서 복수 개의 화소 각각의 위치에 따라 복수 개의 화소에 입사하는 입사광의 주광선 각도가 달라지게 된다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 화소 어레이(1100)의 중심 영역(aa1)에 포함된 중심부(1100a)에서는 제1 방향(y 방향)과 제2 방향(x 방향)으로 모두 주광선 각도가 0도이다. 또한, 제1 방향(y 방향)을 따라 중심부(1100a)로부터 멀어질수록 제1 방향(y 방향)을 따른 주광선 각도가 점차 증가하며, 화소 어레이(1100)의 주변 영역(aa2, aa3)에 포함된 제1 방향(y 방향)으로 양측 중심 가장자리부(1100b, 1100c)에서 제1 방향(y 방향)을 따른 주광선 각도가 가장 크다. 또한, 제2 방향(x 방향)을 따라 중심부(1100a)로부터 멀어질수록 제2 방향(x 방향)을 따른 주광선 각도가 점차 증가하며, 중앙 영역(aa1)에 포함된 제2 방향(x 방향)으로 양측 가장자리부(1100e, 1100h)에서 제2 방향(x 방향)을 따른 주광선 각도가 가장 크다. 그리고, 대각선 방향을 따라 중심부(1100a)로부터 멀어질수록 제1 방향(y 방향)을 따른 주광선 각도와 제2 방향(x 방향)을 따른 주광선 각도가 모두 점차 증가하며, 꼭지점부(1100d, 1100f, 1100g, 1100i)에서 제1 방향(y 방향)및 제2 방향(x 방향)을 따른 주광선 각도가 가장 크다. 복수 개의 화소에 입사하는 입사광의 주광선 각도가 커지면 화소들의 감도가 저하될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 화소 어레이(1100)의 주변 영역(aa1, aa2)에 위치하는 화소들의 감도가 저하되는 것을 최소화하기 위하여, 광학 센서(1000)의 화소 어레이(1100)의 주변 영역(aa1, aa2)에는 특수한 형태로 설계된 나노 광학 마이크로렌즈 어레이가 배치될 수 있고, 이에 대해서는 도 16 내지 도 19를 참조하여 후술한다.
도 7은 일 실시예에 따른 광학 센서(1000)에 포함된 화소 어레이(1100)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 사시도이다. 도 8은 도 7의 화소 어레이(1100)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 도 9는 도 7의 화소 어레이(1100)에 포함된 센서 기판(110)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 도 10은 도 7의 화소 어레이(1100)의 A-A'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 도 11은 도 7의 화소 어레이(1100)의 B-B'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 도 12는 도 7의 화소 어레이(1100)의 A-A'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다. 도 13은 도 7의 화소 어레이(1100)의 B-B'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다. 도 14는 도 7의 화소 어레이(1100)의 C-C'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다. 도 15는 도 7의 화소 어레이(1100)의 D-D'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 화소 어레이(1100)는 센서 기판(110), 필터층(120) 및 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)를 포함할 수 있다. 센서 기판(110) 상에 필터층(120)이 마련되고, 필터층(120) 상에 광학 마이크로렌즈 어레이(130)가 마련될 수 있다.
센서 기판(110)은 입사광(Lf1)을 감지하는 복수 개의 화소(111, 112, 113, 114)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 기판(110)은 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)와 제4 화소(114), 청색광 영역인 제2 파장 대역의 광을 센싱하는 제2 화소(112), 및 적색광 영역인 제3 파장 대역의 광을 센싱하는 제3 화소(113)를 포함할 수 있다. 센서 기판(110)은 제1 화소(111), 제2 화소(112), 제3 화소(113) 및 제4 화소(114)가 제1 방향(y)과 제1 방향(y)에 수직한 제2 방향(x)을 따라 2차원 배열된 단위 패턴을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)를 포함하는 복수 개의 단위 패턴이 제1 방향(y)과 제2 방향(x)을 따라 2차원 배열될 수 있다. 이러한 배열은 입사광(Lf1)을 베이어 패턴과 같은 단위 패턴으로 구분하여 센싱하기 위한 것이다.
복수 개의 화소(111, 112, 113, 114) 각각은, DTI 구조(d1, d2, d3, d4)와 DTI 구조(d1, d2, d3, d4)에 의해 전기적으로 분리되어 독립적으로 광을 감지하는 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)을 포함할 수 있다. 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d) 각각은 하나의 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 화소(111)는 제1 방향(y) 및 제2 방향(x)을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)을 포함할 수 있다. 도 9를 참조하면, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)은 제1 DTI 구조(d1)에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 제1 DTI 구조(d1)는 십자 형태를 가질 수 있고, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)은 제1 DTI 구조(d1)에 의해 형성된 제2 사분면, 제1 사분면, 제3 사분면 및 제4 사분면에 각각 마련될 수 있다.
제2 화소(112)는 제1 방향(y) 및 제2 방향(x)을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제2 광감지셀(112a, 112b, 112c, 112d)을 포함할 수 있다. 도 9를 참조하면, 복수 개의 제2 광감지셀(112a, 112b, 112c, 112d)은 제2 DTI 구조(d2)에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 제2 DTI 구조(d2)는 십자 형태를 가질 수 있고, 복수 개의 제2 광감지셀(112a, 112b, 112c, 112d)은 제2 DTI 구조(d2)에 의해 형성된 제2 사분면, 제1 사분면, 제3 사분면 및 제4 사분면에 각각 마련될 수 있다.
제3 화소(113)는 제1 방향(y) 및 제2 방향(x)을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제3 광감지셀(113a, 113b, 113c, 113d)을 포함할 수 있다. 도 9를 참조하면, 복수 개의 제3 광감지셀(113a, 113b, 113c, 113d)은 제3 DTI 구조(d3)에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 제3 DTI 구조(d3)는 십자 형태를 가질 수 있고, 복수 개의 제3 광감지셀(113a, 113b, 113c, 113d)은 제3 DTI 구조(d3)에 의해 형성된 제2 사분면, 제1 사분면, 제3 사분면 및 제4 사분면에 각각 마련될 수 있다.
제4 화소(114)는 제1 방향(y) 및 제2 방향(x)을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제4 광감지셀(114a, 114b, 114c, 114d)을 포함할 수 있다. 도 9를 참조하면, 복수 개의 제4 광감지셀(114a, 114b, 114c, 114d)은 제4 DTI 구조(d4)에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 제4 DTI 구조(d4)는 십자 형태를 가질 수 있고, 복수 개의 제4 광감지셀(114a, 114b, 114c, 114d)은 제4 DTI 구조(d4)에 의해 형성된 제2 사분면, 제1 사분면, 제3 사분면 및 제4 사분면에 각각 마련될 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 제1 화소(111), 제2 화소(112), 제3 화소(113), 및 제4 화소(114)는 추가 DTI 구조(d5)에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 추가 DTI 구조(d5)는 십자 형태를 가질 수 있고, 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)는 추가 DTI 구조(d5)에 의해 형성된 제2 사분면, 제1 사분면, 제3 사분면 및 제4 사분면에 각각 마련될 수 있다.
필터층(120)은 특정 파장 대역의 광만을 투과시키고 다른 파장 대역의 광을 흡수 또는 반사하는 복수 개의 필터(121, 122, 123, 124)를 포함할 수 있다. 복수 개의 필터(121, 122, 123, 124)는 복수 개의 화소(111, 112, 113, 114)에 대응되도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 필터층(120)은 제1 화소(111) 위에 배치되어 제1 파장 대역의 광만을 투과시키는 제1 필터(121), 제2 화소(112) 위에 배치되어 제1 파장 대역과 상이한 제2 파장 대역의 광만을 투과시키는 제2 필터(122), 제3 화소(113) 위에 배치되어 제1 및 제2 파장 대역과 상이한 제3 파장 대역의 광만을 투과시키는 제3 필터(123), 및 제4 화소(114) 위에 배치되어 제1 파장 대역의 광만을 투과시키는 제4 필터(124)를 포함할 수 있다.
따라서, 제1 필터(121)와 제2 필터(122)가 제1 방향(y)을 따라 번갈아 배열되고, 제2 방향(x)의 위치가 다른 단면에서는 제3 필터(123)와 제4 필터(124)가 번갈아 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제4 필터(121, 124)는 녹색광만을 투과시키고, 제2 필터(122)는 청색광만을 투과시키며, 제3 필터(123)는 적색광만을 투과시킬 수 있다. 이러한 제1 내지 제4 필터(121, 122, 123, 124)는 제1 방향(y) 및 제2 방향(x)을 따라 2차원 배열될 수 있다.
나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)는 필터층(120) 위에 배치될 수 있다. 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)는 2차원 배열된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134)를 포함할 수 있다. 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134)는 복수 개의 필터(121, 122, 123, 124)와 일대일로 대응할 수 있으며, 또한 복수 개의 화소(111, 112, 113, 114)와 일대일로 대응할 수 있다. 예를 들어, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)는 제1 필터(121) 위에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131), 제2 필터(122) 위에 배치된 제2 나노 광학 마이크로렌즈(132), 제3 필터(123) 위에 배치된 제3 나노 광학 마이크로렌즈(133), 및 제4 필터(124) 위에 배치된 제4 나노 광학 마이크로렌즈(134)를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)와 제2 나노 광학 마이크로렌즈(132)가 제1 방향(y)을 따라 번갈아 배열되고, 제2 방향(x)의 위치가 다른 단면에서는 제3 나노 광학 마이크로렌즈(133)와 제4 나노 광학 마이크로렌즈(134)가 번갈아 배열될 수 있다.
이러한 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134)는 대응하는 필터 및 대응하는 화소와 마주하도록 제1 방향(y) 및 제2 방향(x)을 따라 2차원 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 화소(111), 제1 필터(121), 및 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)는 제1 방향(y) 및 제2 방향(x)에 수직한 제3 방향(z)을 따라 서로 마주하여 배열될 수 있다. 또한, 제2 화소(112), 제2 필터(122), 및 제2 나노 광학 마이크로렌즈(132)가 제3 방향(z)을 따라 서로 마주하고, 제3 화소(113), 제3 필터(123), 및 제3 나노 광학 마이크로렌즈(133)가 제3 방향(z)을 따라 서로 마주하고, 제4 화소 (114), 제4 필터(124), 및 제4 나노 광학 마이크로렌즈(134)가 제3 방향(z)을 따라 서로 마주하여 배열될 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134)와 제1 내지 제4 DTI 구조(d1, d2, d3, d4)는, 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134)의 중심점들이 각각 제1 내지 제4 DTI 구조(d1, d2, d3, d4)의 중심점들과 제3 방향(z)의 동일축 상에 위치하도록 배치될 수 있다.
제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134)는 각각 복수 개의 화소(111, 112, 113, 114) 중에서 대응하는 화소에 입사광(Lf1)을 집광할 수 있다. 예를 들어, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)는 입사광(Lf1)을 제1 화소(111)에 집광할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134)는 입사광(Lf1)을 각각 제2 내지 제4 화소(112, 113, 114)에 집광할 수 있다.
나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)에 의해서 센서 기판(110)에 집광되는 입사광(Lf1) 중에서, 제1 파장 대역의 광만이 제1 및 제4 필터(121, 124)를 통과하여 제1 및 제4 화소(111, 114) 내에 집광되고, 제2 파장 대역의 광만이 제2 필터(122)를 통과하여 제2 화소(112) 내에 집광되며, 제3 파장 대역의 광만이 제3 필터(123)를 통과하여 제3 화소(113) 내에 집광될 수 있다.
복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각은, 대응하는 화소(111, 112, 113, 114)에 포함된 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d) 각각의 중앙으로부터 DTI 구조(d1, d2, d3, d4) 측으로 치우친 복수 개의 영역 각각으로 입사광(Lf1)을 집광시키도록 형성될 수 있다. 이 경우, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각을 투과한 입사광(Lf1)의 일부는 DTI 구조(d1, d2, d3, d4)로 입사될 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)는 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d) 각각의 중심들로부터 제1 DTI 구조(d1) 측으로 치우친 복수 개의 영역 각각으로 입사광(Lf1)을 집광시킬 수 있다. 이 경우, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)를 투과한 입사광(Lf1)의 일부는 제1 DTI 구조(d1)로 입사될 수 있다.
제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)를 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)를 투과한 광은 제1 DTI 구조(d1)보다 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)에 더 많이 집광될 수 있다. 이와 같이, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)에 의해 제1 DTI 구조(d1)의 중심에 집광되는 입사광(Lf1)의 양이 감소될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134)도 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134) 각각을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 형성될 수 있고, 이에 따라, 제2 내지 제4 DTI 구조(d2, d3, d4)의 중심에 집광되는 입사광(Lf1)의 양을 감소될 수 있다.
복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각은 복수 개의 볼록부를 가지는 볼록 렌즈 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각에 대응하는 화소에 구비된 복수 개의 광감지셀의 개수만큼의 복수 개의 볼록 렌즈 형상이 중심점을 기준으로 일부 겹쳐져 형성된 단일한 볼록 렌즈 구조를 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각이 포함하는 복수 개의 볼록부의 개수는 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각에 대응하는 복수 개의 화소(111, 112, 113, 114) 각각에 구비된 복수 개의 광감지셀의 개수와 동일할 수 있다.
예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)는 대응하는 제1 화소(111)에 포함된 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 개수만큼의 복수 개의 볼록 렌즈 형상이 중심점을 기준으로 서로 일부 겹쳐져 형성된 단일한 볼록 렌즈 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 화소(111)는 네 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)을 포함할 수 있고, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)는 네 개의 볼록 렌즈 형상이 중심점을 기준으로 일부 겹쳐져 형성된 단일한 볼록 렌즈 구조를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)는 복수 개의 볼록 렌즈 형상이 중심점을 기준으로 빈틈 없이 겹쳐져 형성되고, 이에 따라, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 중심에는 개구가 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 중심을 지나는 광에 대해서도 위상 변화가 발생할 수 있다.
또한, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 네 개의 볼록 렌즈 형상이 서로 겹쳐진 정도는 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 네 개의 볼록 렌즈 형상이 서로 겹쳐진 정도가 커질수록 입사광(Lf1)의 제1 DTI 구조(d1)로 입사되는 양이 증가하고 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)로 집광되는 양은 감소하게 된다. 이와 반대로, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 네 개의 볼록 렌즈 형상이 서로 겹쳐진 정도가 작아질수록 입사광(Lf1)의 제1 DTI 구조(d1)로 입사되는 양이 감소하고 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)로 집광되는 양은 증가하게 된다.
제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)와 마찬가지로, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134) 각각은 대응하는 복수 개의 화소(112, 113, 114) 각각에 포함된 복수 개의 제2 광감지셀(112a, 112b, 112c, 112d), 복수 개의 제3 광감지셀(113a, 113b, 113c, 113d), 및 복수 개의 제4 광감지셀(114a, 114b, 114c, 114d)의 개수만큼의 복수 개의 볼록 렌즈 형상이 중심점을 기준으로 서로 일부 겹쳐져 형성된 단일한 볼록 렌즈 구조를 포함할 수 있다.
제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)는 복수 개의 볼록부가 겹쳐지는 경계에 해당하는 영역에서 오목한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 복수 개의 볼록부는 제1 DTI 구조(d1)에 대응되는 제1 영역에서 서로 겹쳐질 수 있고, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 제1 영역은 오목하게 형성될 수 있다. 복수 개의 볼록부는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 제1 영역 이외의 나머지 영역인 제2 영역에 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)에 포함된 복수 개의 볼록부는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 제1 DTI 구조(d1)에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포될 수 있다.
이와 마찬가지로, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134)도 복수 개의 볼록부가 겹쳐지는 경계에 해당하는 영역에서 오목한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134) 각각은 제2 내지 제4 DTI 구조(d2, d3, d4)에 대응되는 제1 영역에서 오목한 형태를 가질 수 있다. 또한, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134) 각각의 복수 개의 볼록부는 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134) 각각의 제1 영역 이외의 나머지 영역인 제2 영역에 각각 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134) 각각에 포함된 복수 개의 볼록부는 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134)의 제2 내지 제4 DTI 구조(d2, d3, d4)에 대응되는 제1 영역을 기준으로 각각 대칭적으로 분포될 수 있다.
나아가, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각의 DTI 구조(d1, d2, d3, d4)와 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 사이에 대응되는 제3 영역에 복수 개의 볼록부의 극대점들이 마련되도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 8을 참조하면, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 복수 개의 볼록부의 극대점들(s1, s2, s3, s4)은 제1 DTI 구조(d1)와 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4) 사이에 대응되는 제3 영역(ar1)에 마련될 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 복수 개의 볼록부의 극대점들(s1, s2, s3, s4)은 각각 제1 DTI 구조(d1)의 중심점보다 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)에 더 가깝게 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 복수 개의 볼록부의 극대점들(s1, s2, s3, s4)은 각각 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)보다 제1 DTI 구조(d1)의 중심점에 더 가깝게 형성될 수도 있다. 또한, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 복수 개의 볼록부의 극대점들(s1, s2, s3, s4)은 제1 DTI 구조(d1)의 중심점을 기준으로 대칭적으로 분포될 수 있다.
이처럼, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 복수 개의 볼록부의 극대점들(s1, s2, s3, s4)이 각각 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)로부터 제1 DTI 구조(d1)의 중심점을 향하여 이격되도록 형성됨으로써, 입사광(Lf1)의 일부는 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)이 접하는 제1 DTI 구조(d1)의 중앙 영역으로 집광되고, 다른 일부는 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d) 각각에 집광될 수 있다.
이 경우, 하나의 제1 화소(111)가 독립적으로 광을 감지하는 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)을 포함하기 때문에, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)이 접하는 제1 DTI 구조(d1)의 중앙 영역으로 입사된 광에 의한 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)로부터 출력된 신호의 차이를 이용하면 위상차 검출 자동 초점(phase-detection auto-focus) 방식으로 자동 초점 신호를 제공할 수 있다.
또한, 입사광(Lf1)의 다른 일부가 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)이 접하는 제1 DTI 구조(d1)의 중앙 영역을 벗어나 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)로 집광되므로, 입사광(Lf1)이 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)이 접하는 제1 DTI 구조(d1)의 중앙 영역으로만 집중적으로 입사되는 경우에 제1 DTI 구조(d1)에 의해 입사광(Lf1)의 대부분이 흡수됨으로써 발생할 수 있는 광 손실이 억제될 수 있다.
이와 마찬가지로, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134)의 복수 개의 볼록부의 극대점들은 각각 제2 내지 제4 DTI 구조(d2, d3, d4)와 복수 개의 제2 내지 제4 광감지셀(112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 사이에 대응되는 제3 영역들에 마련될 수 있다.
도 10과 도 11을 참조하면, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)를 투과한 광은 제1 필터(121)를 지나 제1 화소(111)에 집광될 수 있다. 이 경우, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 오목한 중심 영역을 투과한 광은 제1 화소(111)에 포함된 제1 DTI 구조(d1)의 중심 영역으로 집광되고, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 복수 개의 볼록부를 투과한 광은 제1 화소(111)에 포함된 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c)에 집광될 수 있다. 도 10과 도 11에는 제1 DTI 구조(d1)에 의해 형성된 제1 내지 제3 사분면에 마련된 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c)에 대해서만 도시되어 있으나, 제4 사분면에 마련된 제1 광감지셀(111d)에도 제1 내지 제3 사분면에 마련된 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c)과 유사하게 광이 집광될 수 있다. 또한, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 경우와 유사하게, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134)를 투과한 광이 각각 제2 내지 제4 화소(112, 113, 114)에 집광될 수 있다.
복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134)를 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 12와 도 13을 참조하면, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)를 투과한 광은 복수 개의 볼록한 영역이 서로 겹쳐진 형태의 위상 프로파일을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)를 투과한 광의 위상 프로파일이 가지는 복수 개의 볼록한 영역의 개수는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)에 대응되는 제1 화소(111)에 구비된 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 개수와 동일할 수 있다. 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)를 투과한 광의 위상 프로파일이 가지는 복수 개의 볼록한 영역은 오목한 영역을 사이에 두고 서로 구별되는 영역으로서 제1 방향(y)과 제2 방향(x)으로 2차원 배열될 수 있다. 복수 개의 볼록한 영역은 2차원 배열되면서 서로 일정 영역만큼 겹쳐질 수 있고, 이러한 복수 개의 볼록한 영역이 겹쳐진 영역이 복수 개의 볼록한 영역보다 오목한 영역일 수 있다.
이와 마찬가지로, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134) 각각을 투과한 광은 복수 개의 볼록한 영역이 서로 겹쳐진 형태의 위상 프로파일을 가질 수 있다. 이 경우, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134) 각각은 투과광의 위상 프로파일이 가지는 복수 개의 볼록한 영역의 개수가 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134)에 대응되는 제2 내지 제4 화소(112, 113, 114) 각각에 구비된 복수 개의 광감지셀(112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 개수와 동일할 수 있다.
복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각의 제1 내지 제4 DTI 구조(d1, d2, d3, d4) 각각에 대응되는 제1 영역을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역들이 겹쳐지는 영역의 위상 프로파일을 가지고, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각의 제1 영역 이외의 나머지 영역인 제2 영역을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각을 투과한 광이 제1 내지 제4 DTI 구조(d1, d2, d3, d4) 각각에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되는 복수 개의 볼록한 영역을 포함하는 위상 프로파일을 갖도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 8 및 도 12를 참조하면, 제2 나노 광학 마이크로렌즈(132)의 제2 DTI 구조(d2)에 대응되는 제1 영역(a1)을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역들이 겹쳐지는 영역의 위상 프로파일을 가지고, 제2 나노 광학 마이크로렌즈(132)의 제1 영역(a1) 이외의 나머지 영역인 제2 영역(a2)을 투과한 광이 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 가질 수 있다. 도 8 및 도 12의 제1 영역(a1)과 제2 영역(a2)은 제2 DTI 구조(d2)에 의해 형성된 제1 사분면과 제2 사분면에 대응되는 제2 나노 광학 마이크로렌즈(132)의 일부 영역으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 제1 영역(a1)은 제2 나노 광학 마이크로렌즈(132)의 제2 DTI 구조(d2)에 대응되는 모든 영역을 의미하고, 제2 영역(a2)은 제2 나노 광학 마이크로렌즈(132)의 제2 DTI 구조(d2)에 대응되는 영역 이외의 모든 영역을 의미할 수 있다. 이 경우, 제2 나노 광학 마이크로렌즈(132)를 투과한 광은 제1 영역(a1)을 기준으로 대칭적으로 분포된 복수 개의 볼록한 영역을 포함하는 위상 프로파일을 가질 수 있다.
복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(131, 132, 133, 134) 각각의 제1 내지 제4 DTI 구조(d1, d2, d3, d4) 각각과 복수 개의 제1 내지 제4 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 사이에 대응되는 제3 영역을 투과한 광의 위상 프로파일이 복수 개의 극대점을 포함하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 8과 도 12 내지 도 15를 참조하면, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 제3 영역(ar1)을 투과한 광은 복수 개의 극대점을 포함하는 위상 프로파일을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 제3 영역(ar1)에 포함된 극대점들(s1, s2, s3, s4)을 투과한 광의 위상 변화값은 극대값을 가질 수 있다. 또한, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 제3 영역(ar1)을 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 극대점의 개수는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 제3 영역(ar1)에 포함된 극대점들(s1, s2, s3, s4)의 개수와 동일할 수 있다.
도 8과 도 12를 참조하면, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의, 제1 DTI 구조(d1)에 의해 형성된 제1 사분면과 제2 사분면에 마련된 두 개의 광감지셀(111b, 111a)의 중심점들(c2, c1) 사이의 중심에 대응되는 극소점(p1)을 투과한 광의 위상 변화값은 극소값을 가질 수 있다. 이와 유사하게, 도 8과 도 13을 참조하면, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의, 제1 DTI 구조(d1)에 의해 형성된 제2 사분면과 제3 사분면에 마련된 두 개의 광감지셀(111a, 111c)의 중심점들(c1, c3) 사이의 중심에 대응되는 극소점(p2)을 투과한 광의 위상 변화값은 극소값을 가질 수 있다. 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 극소점들(p1, p2)에 대응되는 영역들은 제1 DTI 구조(d1)의 일부에 대응되는 영역들일 수 있다.
또한, 도 8 및 도 14를 참조하면, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의, 제1 DTI 구조(d1)에 의해 형성된 제2 사분면과 제4 사분면에 마련된 두 개의 광감지셀(111a, 111d)의 중심점들(c1, c4) 사이에 마련된 두 개의 극대점(s1, s4)을 투과한 광의 위상 변화값은 극대값을 가질 수 있다. 나아가, 도 8 및 도 15를 참조하면, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의, 제1 DTI 구조(d1)에 의해 형성된 제1 사분면과 제3 사분면에 마련된 두 개의 광감지셀(111b, 111c)의 중심점들(c2, c3) 사이에 마련된 두 개의 극대점(s2, s3)을 투과한 광의 위상 변화값은 극대값을 가질 수 있다
제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 경우와 마찬가지로, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(132, 133, 134) 각각의 제3 영역을 투과한 광은 복수 개의 극대점을 포함하는 위상 프로파일을 가질 수 있다.
도 16은 다른 일 실시예에 따른 광학 센서(1000)에 포함된 화소 어레이(1110)의 주변부의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 도 17은 도 16의 화소 어레이(1110)의 주변부의 E-E'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 도 18은 도 16의 화소 어레이(1110)의 주변부의 F-F'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 도 19는 도 16의 화소 어레이(1110)의 주변부의 E-E'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 16 내지 도 18의 화소 어레이(1110)는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)가 도 7의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)와 다른 구성이라는 점을 제외하고는 도 7의 화소 어레이(1100)와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 16에는 설명의 편의를 위하여, 화소 어레이(1110)에 포함되는 센서 기판(110), 필터층(120)은 생략되었다. 도 16 내지 도 18을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15와 중복되는 내용은 생략한다. 또한, 도 16 내지 도 18을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15에 도시된 구성 요소들의 참조 부호를 이용한다.
도 16 내지 도 18의 화소 어레이(1110)에 포함된 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 중심 영역(도 6의 aa1)의 구성은 도 7의 화소 어레이(1100)에 포함된 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)의 구성과 동일할 수 있다.
이와 달리, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(도 6의 aa2, aa3)의 구성은 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)의 구성과 다를 수 있다. 다만, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(141, 142, 143, 144) 각각은 복수 개의 볼록부를 포함하고, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(141, 142, 143, 144)의 DTI 구조에 대응되는 제1 영역은 오목하게 형성되며, 제1 영역 이외의 나머지 영역인 제2 영역에 복수 개의 볼록부가 형성되는 점은 도 7의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)와 실질적으로 동일할 수 있다.
이하에서는, 도 7의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)의 구성과 비교하여 구별되는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(141, 142, 143, 144)의 특징에 대해 설명한다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(141, 142, 143, 144) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(141, 142, 143, 144) 각각의 복수 개의 볼록부의 극대점들이 각각 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격됨과 동시에 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 각각보다 DTI 구조의 제1 방향(y)으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(141)는, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(141)의 복수 개의 볼록부의 극대점들(s5, s6, s7, s8)이 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4) 각각으로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격됨과 동시에, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)보다 제1 DTI 구조(d1)의 제1 방향(y)으로의 중심선(dcl)에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
이처럼, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(141)의 극대점들(s5, s6, s7, s8)은, 도 7 및 도 8의 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 극대점들(s1, s2, s3, s4)과 달리, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 치우쳐 분포될 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(141)는 복수 개의 볼록부가 제1 방향(y)으로 주기적으로 배치된 형태를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(141)에 포함된 복수 개의 볼록부의 극대점은 대응되는 제1 화소(111)에 포함된 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점으로부터 제1 방향(y)으로 이격되도록 형성될 수 있다.
이처럼, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치되며 복수 개의 볼록부가 제1 방향(y)으로 주기적으로 배치된 형태를 포함하는 제1 및 제2 나노 광학 마이크로렌즈(141, 142)를 투과한 광의 제1 방향(y)으로의 위상 프로파일은 제1 방향(y)으로 경사진 선형 위상 프로파일과 볼록한 위상 프로파일이 더해진 위상 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 및 제2 나노 광학 마이크로렌즈(141, 142)를 투과한 광은 제1 방향(y)으로 복수 개의 경사진 선형 위상 프로파일(k1, k2, k3, k4) 각각과 복수 개의 볼록한 위상 프로파일이 더해진 위상 프로파일을 가질 수 있다. 이에 따라, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 및 제2 나노 광학 마이크로렌즈(141, 142)에 입사한 광의 주광선 각도가 0보다 크더라도, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 광감지셀에 집광되는 광의 양과 중심 영역(aa1)에 배치된 복수 개의 광감지셀에 집광되는 광의 양의 차이가 최소화될 수 있다.
한편, 도 16 및 도 18에 도시된 바와 같이, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(141)의 복수 개의 볼록부는 제1 DTI 구조(d1)의 제1 방향(y)으로의 중심선(dcl)을 기준으로 제2 방향(x)을 따라 대칭적으로 분포될 수 있다. 이처럼, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 볼록부가 제2 방향(x)으로 대칭적으로 배치된 형태를 포함하는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(141)를 투과한 광의 제2 방향(x)으로의 위상 프로파일은 도 13에 도시된 바와 동일할 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 중심 영역(aa1)으로부터 더 멀리 배치될수록 제1 나노 광학 마이크로렌즈(141)의 극대점들(s5, s6, s7, s8)이 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격된 거리도 더 길어질 수 있다. 예를 들어, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)는, 주변 영역(aa2, aa3) 중 일 지점에 배치된 제1-1 나노 광학 마이크로렌즈와 제1-1 나노 광학 마이크로렌즈보다 중심 영역(aa1)으로부터 더 멀리 배치된 제1-2 나노 광학 마이크로렌즈를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1-2 나노 광학 마이크로렌즈는, 제1-2 나노 광학 마이크로렌즈의 복수 개의 볼록부의 극대점들이 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리는 복수 개의 제1-1 나노 광학 마이크로렌즈의 복수 개의 볼록부의 극대점들의 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리보다 길 수 있다. 이에 따라, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 가장자리로 갈수록 입사광의 주광선 각도(CRA)가 커지더라도, 그만큼 임사광에 대한 위상 변화도 커질 수 있고, 결과적으로 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 광감지셀에 집광되는 광의 양과 중심 영역(aa1)에 배치된 복수 개의 광감지셀에 집광되는 광의 양의 차이가 최소화될 수 있다.
나아가, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)에 포함된 주변 영역(aa2, aa3) 중 일 지점에 배치된 제1-1 나노 광학 마이크로렌즈를 투과한 광의 제1 방향(y)으로 경사진 선형 위상 프로파일의 제1 기울기는 제1-1 나노 광학 마이크로렌즈보다 중심 영역(aa1)으로부터 더 멀리 배치된 제1-2 나노 광학 마이크로렌즈를 투과한 광의 제1 방향(y)으로 경사진 선형 위상 프로파일의 제2 기울기보다 작을 수 있다.
이와 마찬가지로, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(142, 143, 144)는 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(142, 143, 144) 각각의 극대점들이 복수 개의 제1 내지 제4 광감지셀(112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격됨과 동시에, 대응하는 복수 개의 광감지셀의 중심점들보다 제2 내지 제4 DTI 구조(d2, d3, d4) 각각의 제1 방향(y)으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(142, 143, 144)의 복수 개의 볼록부는 제2 내지 제4 DTI 구조(d2, d3, d4)의 제1 방향(y)으로의 중심선들을 기준으로 제2 방향(x)을 따라 대칭적으로 분포될 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 주변 영역(aa2, aa3) 중에서, 좌측 주변 영역(aa2)에 입사하는 광은 우측 주변 영역(aa3)에 입사하는 광에 대해 화소 어레이(1110)의 법선을 중심으로 반대 방향으로 경사지게 화소 어레이(1110)에 입사한다. 따라서, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)의 좌측 주변 영역(aa2)에 배치된 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(141, 142, 143, 144)는 우측 주변 영역(aa3)에 배치된 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(141, 142, 143, 144)와 제1 방향(y)을 따라 반전된 형태를 가질 수 있다.
도 20은 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서(1000)에 포함된 화소 어레이(1120)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 도 21은 도 20의 화소 어레이(1120)의 G-G'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 도 22는 도 20의 화소 어레이(1120)의 H-H'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 도 23은 도 20의 화소 어레이(1110)의 G-G'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다. 도 24는 도 20의 화소 어레이(1110)의 H-H'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 20 내지 도 22의 화소 어레이(1120)는 도 7의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)와 달리, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)에 포함된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(151, 152, 153, 154)가 대응하는 화소가 센싱하는 광의 파장에 따라 다른 형상을 가진다는 점을 제외하고는 도 7의 화소 어레이(1100)와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 20에는 설명의 편의를 위하여, 화소 어레이(1120)에 포함되는 필터층(120)은 생략되었다. 도 20 내지 도 22를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15와 중복되는 내용은 생략한다. 또한, 도 20 내지 도 22를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15에 도시된 구성 요소들의 참조 부호를 이용한다.
도 20 내지 도 22를 참조하면, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)와 제4 화소(114)에 각각 대응하는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(151)와 제4 나노 광학 마이크로렌즈(154)를 포함할 수 있다. 제1 및 제4 나노 광학 마이크로렌즈(151, 154)는 각각 제1 필터(121)와 제4 필터(124)에 대응할 수 있다. 제1 및 제4 나노 광학 마이크로렌즈(151, 154)는 각각 제1 화소(111)와 제4 화소(114)에 광을 집광시킬 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 청색광 영역인 제2 파장 대역의 광을 센싱하는 제2 화소(112)에 대응하는 제2 나노 광학 마이크로렌즈(152)를 포함할 수 있다. 제2 나노 광학 마이크로렌즈(152)는 제2 필터(122)에 대응할 수 있다. 제2 나노 광학 마이크로렌즈(152)는 제2 화소(112)에 광을 집광시킬 수 있다.
나아가, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 적색광 영역인 제3 파장 대역의 광을 센싱하는 제3 화소(113)에 대응하는 제3 나노 광학 마이크로렌즈(153)를 포함할 수 있다. 제3 나노 광학 마이크로렌즈(153)는 제3 필터(123)에 대응할 수 있다. 제3 나노 광학 마이크로렌즈(153)는 제3 화소(113)에 광을 집광시킬 수 있다.
여기서, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(151, 152, 153, 154)는 대응되는 화소가 센싱하는 광의 파장 대역이 짧을수록 더 볼록한 복수 개의 볼록부를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 21에 도시된 바와 같이, 청색광 영역인 제2 파장 대역의 광을 센싱하는 제2 화소(112)에 대응되는 제2 나노 광학 마이크로렌즈(152)의 복수 개의 제2 볼록부는 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)에 대응되는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 복수 개의 제1 볼록부보다 더 볼록하게 형성될 수 있다. 또한, 도 22에 도시된 바와 같이, 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)에 대응되는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 복수 개의 제1 볼록부는 적색광 영역인 제3 파장 대역의 광을 센싱하는 제3 화소(113)에 대응되는 제3 나노 광학 마이크로렌즈(153)의 복수 개의 제3 볼록부보다 더 볼록하게 형성될 수 있다. 나아가, 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제4 화소(114)에 대응되는 제4 나노 광학 마이크로렌즈(154)의 복수 개의 제4 볼록부는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 복수 개의 제1 볼록부와 동일한 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 도 23에 도시된 바와 같이, 제2 나노 광학 마이크로렌즈(152)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제2 볼록한 영역은 제1 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제1 볼록한 영역보다 더 볼록할 수 있다. 즉, 제2 나노 광학 마이크로렌즈(152)를 투과한 광의 위상 변화가 제1 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 투과한 광의 위상 변화보다 대체적으로 클 수 있다.
또한, 도 24에 도시된 바와 같이, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제1 볼록한 영역은 제3 나노 광학 마이크로렌즈(153)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제3 볼록한 영역보다 더 볼록할 수 있다. 즉, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 투과한 광의 위상 변화가 제3 나노 광학 마이크로렌즈(153)를 투과한 광의 위상 변화보다 대체적으로 클 수 있다.
나아가, 제4 나노 광학 마이크로렌즈(154)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제4 볼록한 영역은 제1 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제4 볼록한 영역과 동일한 형상을 가질 수 있다.
도 25는 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서(1000)에 포함된 화소 어레이(1130)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 도 26은 도 25의 화소 어레이(1130)의 I-I'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 도 27은 도 25의 화소 어레이(1130)의 J-J'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 도 28은 도 25의 화소 어레이(1130)의 K-K'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 도 29는 도 25의 화소 어레이(1130)의 L-L'선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다. 도 30은 도 25의 화소 어레이(1130)의 I-I'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다. 도 31은 도 25의 화소 어레이(1130)의 J-J'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다. 도 32는 도 25의 화소 어레이(1130)의 K-K'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다. 도 33은 도 25의 화소 어레이(1130)의 L-L'선을 따른 부분을 투과한 광의 위상 프로파일을 간략하게 도시한 것이다.
도 25 내지 도 29의 화소 어레이(1130)는 도 16의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)와 달리, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)에 포함된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(161, 162, 163, 164)가 대응하는 화소가 센싱하는 광의 파장에 따라 다른 형상을 가진다는 점을 제외하고는 도 16의 화소 어레이(1110)와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 25에는 설명의 편의를 위하여, 화소 어레이(1130)에 포함되는 센서 기판(110), 필터층(120)은 생략되었다. 도 25 내지 도 29를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 19와 중복되는 내용은 생략한다. 또한, 도 25 내지 도 29를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15에 도시된 구성 요소들의 참조 부호를 이용한다.
도 25 내지 도 29를 참조하면, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(161, 162, 163, 164) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(161, 162, 163, 164) 각각의 복수 개의 볼록부의 극대점들이 각각 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격됨과 동시에 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 각각보다 DTI 구조(d1, d2, d3, d4)의 제1 방향(y)으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)는, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)의 복수 개의 볼록부의 극대점들(s9, s10, s11, s12)이 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4) 각각으로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격됨과 동시에, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)보다 제1 DTI 구조(d1)의 제1 방향(y)으로의 중심선(dcl)에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
이처럼, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)의 극대점들(s9, s10, s11, s12)은, 도 7 및 도 8의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)의 제1 나노 광학 마이크로렌즈(131)의 극대점들(s1, s2, s3, s4)과 달리, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 치우쳐 분포될 수 있다.
한편, 도 25 내지 도 29를 참조하면, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)는 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)와 제4 화소(114)에 각각 대응하는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)와 제4 나노 광학 마이크로렌즈(164)를 포함할 수 있다. 제1 및 제4 나노 광학 마이크로렌즈(161, 164)는 각각 제1 필터(121)와 제4 필터(124)에 대응할 수 있다. 제1 및 제4 나노 광학 마이크로렌즈(151, 154)는 각각 제1 화소(111)와 제4 화소(114)에 광을 집광시킬 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)는 청색광 영역인 제2 파장 대역의 광을 센싱하는 제2 화소(112), 적색광 영역인 제3 파장 대역의 광을 센싱하는 제3 화소(113)에 각각 대응하는 제2 나노 광학 마이크로렌즈(162)와 제3 나노 광학 마이크로렌즈(163)를 포함할 수 있다. 제2 나노 광학 마이크로렌즈(162)는 제2 필터(122)에 대응하고, 제3 나노 광학 마이크로렌즈(163)는 제3 필터(123)에 대응할 수 있다. 제2 나노 광학 마이크로렌즈(162)는 제2 화소(112)에 광을 집광시키고, 제3 나노 광학 마이크로렌즈(163)는 제3 화소(113)에 광을 집광시킬 수 있다.
여기서, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(161, 162, 163, 164)는 대응되는 화소가 센싱하는 광의 파장 대역이 짧을수록 더 볼록한 복수 개의 볼록부를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 26에 도시된 바와 같이, 청색광 영역인 제2 파장 대역의 광을 센싱하는 제2 화소(112)에 대응되는 제2 나노 광학 마이크로렌즈(162)의 복수 개의 제2 볼록부는 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)에 대응되는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)의 복수 개의 제1 볼록부보다 더 볼록하게 형성될 수 있다. 또한, 도 27에 도시된 바와 같이, 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)에 대응되는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)의 복수 개의 제1 볼록부는 적색광 영역인 제3 파장 대역의 광을 센싱하는 제3 화소(113)에 대응되는 제3 나노 광학 마이크로렌즈(163)의 복수 개의 제3 볼록부보다 더 볼록하게 형성될 수 있다. 나아가, 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제4 화소(114)에 대응되는 제4 나노 광학 마이크로렌즈(164)의 복수 개의 제4 볼록부는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)의 복수 개의 제1 볼록부와 동일한 형상을 가질 수 있다.
한편, 도 25 및 도 28에 도시된 바와 같이, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)의 복수 개의 볼록부는 제1 DTI 구조(d1)의 제1 방향(y)으로의 중심선(dcl)을 기준으로 제2 방향(x)을 따라 대칭적으로 분포될 수 있다. 또한, 도 25, 도 28 및 도 29에 도시된 바와 같이, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(162, 163, 164)의 복수 개의 볼록부는 제2 내지 제4 DTI 구조(d2, d3, d4)의 제1 방향(y)으로의 중심선들을 기준으로 제2 방향(x)을 따라 대칭적으로 분포될 수 있다.
이 경우, 도 30에 도시된 바와 같이, 제2 나노 광학 마이크로렌즈(162)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제2 볼록한 영역은 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제1 볼록한 영역보다 더 볼록할 수 있다. 즉, 제2 나노 광학 마이크로렌즈(162)를 투과한 광의 위상 변화가 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)를 투과한 광의 위상 변화보다 대체적으로 클 수 있다.
또한, 도 31에 도시된 바와 같이, 제4 나노 광학 마이크로렌즈(164)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제4 볼록한 영역은 제3 나노 광학 마이크로렌즈(163)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제3 볼록한 영역보다 더 볼록할 수 있다. 즉, 제4 나노 광학 마이크로렌즈(164)를 투과한 광의 위상 변화가 제3 나노 광학 마이크로렌즈(163)를 투과한 광의 위상 변화보다 대체적으로 클 수 있다.
또한, 도 32에 도시된 바와 같이, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제1 볼록한 영역은 제3 나노 광학 마이크로렌즈(163)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제3 볼록한 영역보다 더 볼록할 수 있다.
또한, 도 33에 도시된 바와 같이, 제2 나노 광학 마이크로렌즈(162)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제2 볼록한 영역은 제4 나노 광학 마이크로렌즈(164)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제4 볼록한 영역보다 더 볼록할 수 있다.
나아가, 제4 나노 광학 마이크로렌즈(164)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제4 볼록한 영역은 제1 나노 광학 마이크로렌즈(161)를 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제1 볼록한 영역과 동일한 형상을 가질 수 있다.
한편, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)의 주변 영역(aa2, aa3) 중에서, 좌측 주변 영역(aa2)에 입사하는 광은 우측 주변 영역(aa3)에 입사하는 광에 대해 화소 어레이(1130)의 법선을 중심으로 반대 방향으로 경사지게 화소 어레이(1130)에 입사한다. 따라서, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)의 좌측 주변 영역(aa2)에 배치된 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(161, 162, 163, 164)는 우측 주변 영역(aa3)에 배치된 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(161, 162, 163, 164)와 제1 방향(y)을 따라 반전된 형태를 가질 수 있다.
도 34는 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서(1000)에 포함된 화소 어레이(1140)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 사시도이다. 도 35는 도 34의 화소 어레이(1140)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 도 36은 도 34의 화소 어레이(1140)에 포함된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 34의 화소 어레이(1140)는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(170)가 도 7의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)와 다른 구성이라는 점을 제외하고는 도 7의 화소 어레이(1100)와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 35에는 설명의 편의를 위하여, 화소 어레이(1140)에 포함되는 센서 기판(110)과 필터층(120)은 생략되었다. 도 34 내지 36을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15와 중복되는 내용은 생략한다. 또한, 도 34 내지 도 36을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15에 도시된 구성 요소들의 참조 부호를 이용한다.
이하에서는, 도 7의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)의 구성과 비교하여 구별되는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(170)의 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174)의 특징에 대해 설명한다.
도 35를 참조하면, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174)는 제1 화소(111)에 대응되는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171), 제1 화소(112)에 대응되는 제2 나노 광학 마이크로렌즈(172), 제3 화소(113)에 대응되는 제3 나노 광학 마이크로렌즈(173) 및 제4 화소(114)에 대응되는 제4 나노 광학 마이크로렌즈(174)의 2차원 배열을 포함할 수 있다.
복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 배열된 복수 개의 나노구조물(NS)을 포함할 수 있다. 복수 개의 나노구조물(NS)의 형상, 크기(폭, 높이), 간격, 배열 형태 등은 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174)를 각각 투과한 직후의 광이 소정의 위상 프로파일(phase profile)을 갖도록 결정될 수 있다.
도 35에는 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각이 100개의 나노구조물(NS)을 포함하고 있는 모습이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 나노구조물(NS)의 개수는 100개보다 적거나 많을 수도 있다. 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(170)를 투과한 광은 도 12 내지 도 15를 참조하여 설명한 도 7의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(130)를 투과한 광의 위상 프로파일과 실질적으로 동일한 위상 프로파일을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)를 투과한 광은 복수 개의 볼록한 영역이 서로 겹쳐진 형태의 위상 프로파일을 가지며, 이 경우, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)를 투과한 광의 위상 프로파일이 가지는 복수 개의 볼록한 영역의 개수는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)에 대응되는 제1 화소(111)에 구비된 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 개수와 동일할 수 있다. 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)를 투과한 광의 위상 프로파일이 가지는 복수 개의 볼록한 영역은 서로 구별되는 영역으로서 제1 방향(y)과 제2 방향(x)으로 2차원 배열될 수 있다.
이와 마찬가지로, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(172, 173, 174) 각각을 투과한 광은 복수 개의 볼록한 영역이 서로 겹쳐진 형태의 위상 프로파일을 가질 수 있다. 이 경우, 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(172, 173, 174) 각각은 투과광의 위상 프로파일이 가지는 복수 개의 볼록한 영역의 개수가 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(172, 173, 174)에 대응되는 제2 내지 제4 화소(112, 113, 114) 각각에 구비된 복수 개의 광감지셀(112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 개수와 동일할 수 있다.
복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)은 제1 방향(y)과 제2 방향(x)을 따라 2차원 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각은 복수 개의 나노구조물(NS)로 이루어진 복수 개의 제1 방향(y)으로의 행과 제2 방향(x)으로의 열을 포함할 수 있다.
복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각의 임의의 제1 행은 제1 방향(y)을 따라 직경이 증가하다가 감소하고, 다시 증가하다 감소하도록 배치된 복수 개의 나노구조물(NS)을 포함할 수 있다. 이 경우, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS) 사이의 제1 방향(y)으로의 간격은 일정할 수 있다. 또한, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각의 임의의 제1 행의 중앙에 위치한 나노구조물(NS)은 제1 방향(y)으로의 양측으로 인접한 나노구조물(NS)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)의 임의의 제1 행의 제1 DTI 구조(d1)와 대응되는 영역을 포함하는 제1-1 DTI 영역(da1)에 마련된 나노구조물(NS)의 직경은 제1-1 DTI 영역(da1)의 제1 방향(y)으로의 주변 영역에 마련된 나노구조물(NS)의 직경보다 작을 수 있다.
또한, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각의 임의의 제1 열은 제2 방향(x)을 따라 직경이 증가하다가 감소하고, 다시 증가하다 감소하도록 배치된 복수 개의 나노구조물(NS)을 포함할 수 있다. 이 경우, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS) 사이의 제2 방향(x)으로의 간격은 일정할 수 있다. 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS) 사이의 제2 방향(x)으로의 간격 제1 방향(y)으로의 간격과 동일할 수 있다. 또한, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각의 임의의 제1 열의 중앙에 위치한 나노구조물(NS)은 제2 방향(x)으로의 양측으로 인접한 나노구조물(NS)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)의 임의의 제1 열의 제1 DTI 구조(d1)에 대응되는 영역을 포함하는 제1-2 DTI 영역(da2)에 마련된 나노구조물(NS)의 직경은 제1-2 DTI 영역(da2)의 제2 방향(x)으로의 주변 영역에 마련된 나노구조물(NS)의 직경보다 작을 수 있다.
위에서 설명한 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 배치는 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(172, 173, 174)에도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각은, 비교적 작은 직경의 복수 개의 나노구조물(NS)이 분포된 산포 영역(sparse area)과 비교적 큰 직경의 복수 개의 나노구조물(NS)이 분포된 밀집 영역(dense area)을 포함할 수 있다. 여기서, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각에 포함된 밀집 영역은 산포 영역에 의해 둘러싸일 수 있다.
예를 들어, 도 36을 참조하면, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)는 산포 영역(cr)에 의해 둘러싸인 밀집 영역(br)을 포함할 수 있다. 이 경우, 밀집 영역(br)은 산포 영역(cr)에 의해 서로 이격된 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4)을 포함할 수 있다. 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4) 각각에는 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4) 각각의 가장자리에서 중심으로 가까워질수록 직경이 커지도록 복수 개의 나노구조물(NS)이 배치될 수 있다. 이 경우, 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4)은 제1 산포 영역(cr1)에 의해 둘러싸일 수 있다. 또한, 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4)은 제2 산포 영역(cr2)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 제1 산포 영역(cr1)은 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4)을 둘러싸는 영역으로서, 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4)에 의해 둘러싸이는 제2 산포 영역(cr2)보다 넓은 영역을 차지할 수 있다. 이처럼, 산포 영역(cr)은 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)의 중심과 가장자리 영역에 대응되도록 형성될 수 있다. 또한, 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4)은 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)의 제1 DTI 구조(d1)에 대응되는 영역을 기준으로 대칭적으로 분포될 수 있다.
또한, 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4)의 중심점들(s13, s14, s15, s16)이 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)의 제1 DTI 구조(d1)와 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4) 사이에 대응되는 영역에 마련될 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4)의 중심점들(s13, s14, s15, s16)은 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)보다 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)의 중심과 더 가깝게 위치할 수 있다.
위에서 설명한 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)의 밀집 영역(br)과 산포 영역(cr)에 관한 내용은 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(172, 173, 174)에도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각이 포함하는 복수 개의 서브 밀집 영역의 개수는 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(171, 172, 173, 174) 각각에 대응하는 화소에 구비된 복수 개의 광감지셀의 개수와 동일할 수 있다.
예를 들어, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)는 제1 화소(111)에 포함된 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 개수와 동일한 개수의 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 화소(111)는 네 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)을 포함하고, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)는 이에 대응하는 제1 서브 밀집 영역(br1), 제2 서브 밀집 영역(br2), 제3 서브 밀집 영역(br3) 및 제4 서브 밀집 영역(br4)을 포함할 수 있다.
위에서 설명한 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)의 복수 개의 서브 밀집 영역(br1, br2, br3, br4)의 개수에 관한 내용은 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(172, 173, 174)에도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
도 37은 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서(1000)에 포함된 화소 어레이(1150)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 도 38은 도 37의 화소 어레이(1150)에 포함된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(181)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 37의 화소 어레이(1150)는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)가 도 34의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(170)와 다른 구성이라는 점을 제외하고는 도 34의 화소 어레이(1140)와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 37에는 설명의 편의를 위하여, 화소 어레이(1150)에 포함되는 센서 기판(110), 필터층(120)은 생략되었다. 도 37을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15, 도 34 내지 도 36과 중복되는 내용은 생략한다. 또한, 도 37을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15에 도시된 구성 요소들의 참조 부호를 이용한다.
도 37의 화소 어레이(1150)에 포함된 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 중심 영역(도 6의 aa1)의 구성은 도 34의 화소 어레이(1140)에 포함된 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(170)의 구성과 동일할 수 있다.
이와 달리, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(도 6의 aa2, aa3)의 구성은 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(170)의 구성과 다를 수 있다. 다만, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(181, 182, 183, 184) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(181, 182, 183, 184) 각각을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 배열된 복수 개의 나노구조물(NS)을 포함한다는 점은 도 34의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(170)와 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(181, 182, 183, 184) 각각이, 밀집 영역과 산포 영역을 포함하고, 밀집 영역이 포함하는 복수 개의 서브 밀집 영역이 산포 영역에 의해 둘러싸인다는 점은 도 34의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(170)와 실질적으로 동일할 수 있다.
이하에서는, 도 34의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(170)의 구성과 비교하여 구별되는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(181, 182, 183, 184)의 특징에 대해 설명한다.
도 37을 참조하면, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(181, 182, 183, 184) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(181, 182, 183, 184) 각각의 복수 개의 서브 밀집 영역의 중심점들이 각각 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격됨과 동시에 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 각각보다 DTI 구조의 제1 방향(y)으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 38을 참조하면, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(181)는, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(181)의 산포 영역(cr3)에 의해 서로 이격된 복수 개의 서브 밀집 영역(br5, br6, br7, br8) 각각의 중심점들(s17, s18, s19, s20)이 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4) 각각으로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격됨과 동시에, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4) 각각보다 제1 DTI 구조(d1)의 제1 방향(y)으로의 중심선(dcl)에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
이처럼, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(181)의 복수 개의 서브 밀집 영역(br5, br6, br7, br8)의 중심점들(s17, s18, s19, s20)은, 도 36의 제1 나노 광학 마이크로렌즈(171)의 복수 개의 서브 밀집 영역(br5, br6, br7, br8)의 중심점들(s13, s14, s15, s16)과 달리, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 치우쳐 분포될 수 있다.
한편, 도 38에 도시된 바와 같이, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(181)의 복수 개의 서브 밀집 영역(br5, br6, br7, br8) 각각의 중심점들(s17, s18, s19, s20)이 제1 DTI 구조(d1)의 제1 방향(y)으로의 중심선(dcl)을 기준으로 제2 방향(x)을 따라 대칭적으로 분포될 수 있다. 이처럼, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 서브 밀집 영역(br5, br6, br7, br8) 각각의 중심점들(s17, s18, s19, s20)이 제2 방향(x)으로 대칭적으로 배치된 형태를 포함하는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(181)를 투과한 광의 제2 방향(x)으로의 위상 프로파일은 도 13에 도시된 바와 동일할 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 중심 영역(aa1)으로부터 더 멀리 배치될수록 제1 나노 광학 마이크로렌즈(181)의 복수 개의 서브 밀집 영역의 중심점들(s17, s18, s19, s20)이 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격된 거리도 더 길어질 수 있다. 예를 들어, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)는, 주변 영역(aa2, aa3) 중 일 지점에 배치된 제1-1 나노 광학 마이크로렌즈와 제1-1 나노 광학 마이크로렌즈보다 중심 영역(aa1)으로부터 더 멀리 배치된 제1-2 나노 광학 마이크로렌즈를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1-2 나노 광학 마이크로렌즈는, 제1-2 나노 광학 마이크로렌즈의 복수 개의 서브 밀집 영역의 중심점들이 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리는 제1-1 나노 광학 마이크로렌즈의 복수 개의 서브 밀집 영역의 중심점들이 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리보다 길 수 있다. 이에 따라, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 가장자리로 갈수록 입사광의 주광선 각도(CRA)가 커지더라도, 그만큼 임사광에 대한 위상 변화도 커질 수 있고, 결과적으로 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 광감지셀에 집광되는 광의 양과 중심 영역(aa1)에 배치된 복수 개의 광감지셀에 집광되는 광의 양의 차이가 최소화될 수 있다.
이와 마찬가지로, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(182, 183, 184)는 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(182, 183, 184) 각각의 산포 영역에 의해 서로 이격된 복수 개의 서브 밀집 영역의 중심점들이 복수 개의 제2 내지 제4 광감지셀(112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격됨과 동시에, 대응하는 복수 개의 광감지셀의 중심점들보다 제2 내지 제4 DTI 구조(d2, d3, d4) 각각의 제1 방향(y)으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(182, 183, 184)의 복수 개의 볼록부는 제2 내지 제4 DTI 구조(d2, d3, d4)의 제1 방향(y)으로의 중심선들을 기준으로 제2 방향(x)을 따라 대칭적으로 분포될 수 있다.
이러한 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)를 투과한 광은 도 16 내지 도 19를 참조하여 설명한 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(140)를 투과한 광의 위상 프로파일과 실질적으로 동일한 위상 프로파일을 가질 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3) 중에서, 좌측 주변 영역(aa2)에 입사하는 광은 우측 주변 영역(aa3)에 입사하는 광에 대해 화소 어레이(1150)의 법선을 중심으로 반대 방향으로 경사지게 화소 어레이(1150)에 입사한다. 따라서, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 좌측 주변 영역(aa2)에 배치된 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(181, 182, 183, 184)는 우측 주변 영역(aa3)에 배치된 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(181, 182, 183, 184)와 제1 방향(y)을 따라 반전된 형태를 가질 수 있다.
도 39는 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서(1000)에 포함된 화소 어레이(1160)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 39의 화소 어레이(1160)는 도 34의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(170)와 달리, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(190)에 포함된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(191, 192, 193, 194)가 대응하는 화소가 센싱하는 광의 파장에 따라 다른 형상을 가진다는 점을 제외하고는 도 34의 화소 어레이(1140)와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 39에는 설명의 편의를 위하여, 화소 어레이(1160)에 포함되는 센서 기판(110)과 필터층(120)은 생략되었다. 도 39를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15, 도 34 내지 도 36과 중복되는 내용은 생략한다. 또한, 도 39를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15에 도시된 구성 요소들의 참조 부호를 이용한다.
도 39를 참조하면, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(190)는 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)와 제4 화소(114)에 각각 대응하는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(191)와 제4 나노 광학 마이크로렌즈(194)를 포함할 수 있다. 제1 및 제4 나노 광학 마이크로렌즈(191, 194)는 각각 제1 필터(121)와 제4 필터(124)에 대응할 수 있다. 제1 및 제4 나노 광학 마이크로렌즈(191, 194)는 각각 제1 화소(111)와 제4 화소(114)에 광을 집광시킬 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(190)는 청색광 영역인 제2 파장 대역의 광을 센싱하는 제2 화소(112)에 대응하는 제2 나노 광학 마이크로렌즈(192)를 포함할 수 있다. 제2 나노 광학 마이크로렌즈(192)는 제2 필터(122)에 대응할 수 있다. 제2 나노 광학 마이크로렌즈(192)는 제2 화소(112)에 광을 집광시킬 수 있다.
나아가, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(190)는 적색광 영역인 제3 파장 대역의 광을 센싱하는 제3 화소(113)에 대응하는 제3 나노 광학 마이크로렌즈(193)를 포함할 수 있다. 제3 나노 광학 마이크로렌즈(193)는 제3 필터(123)에 대응할 수 있다. 제3 나노 광학 마이크로렌즈(193)는 제3 화소(113)에 광을 집광시킬 수 있다.
여기서, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(191, 192, 193, 194)는 대응되는 화소가 센싱하는 광의 파장 대역이 짧을수록 높은 밀집도로 배치된 복수 개의 나노구조물(NS)을 가지는 복수 개의 서브 밀집 영역을 포함할 수 있다. 이 경우, 비교적 높은 밀집도를 가지는 복수 개의 서브 밀집 영역에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경은 비교적 낮은 밀집도를 가지는 복수 개의 서브 밀집 영역에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경보다 클 수 있다.
예를 들어, 도 39에 도시된 바와 같이, 청색광 영역인 제2 파장 대역의 광을 센싱하는 제2 화소(112)에 대응되는 제2 나노 광학 마이크로렌즈(192)의 제2 산포 영역(cr6, cr7)에 의해 서로 이격된 복수 개의 제2 서브 밀집 영역(er5, er6, er7, er8)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경은 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)에 대응되는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(191)의 제1 산포 영역(cr4, cr5)에 의해 서로 이격된 복수 개의 제1 서브 밀집 영역(er1, er2, er3, er4)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경보다 클 수 있다. 또한, 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)에 대응되는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(191)의 제1 산포 영역(cr4, cr5)에 의해 서로 이격된 복수 개의 제1 서브 밀집 영역(er1, er2, er3, er4)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경은 적색광 영역인 제3 파장 대역의 광을 센싱하는 제3 화소(113)에 대응되는 제3 나노 광학 마이크로렌즈(193)의 제3 산포 영역(cr8, cr9)에 의해 서로 이격된 복수 개의 제3 서브 밀집 영역(er9, er10, er11, er12)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경보다 클 수 있다. 나아가, 녹색 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제4 화소(114)에 대응되는 제4 나노 광학 마이크로렌즈(194)의 제4 산포 영역(cr10, cr11)에 의해 서로 이격된 복수 개의 제4 서브 밀집 영역(er13, er14, er15, er16)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경은 제1 나노 광학 마이크로렌즈(191)의 제1 산포 영역(cr4, cr5)에 의해 서로 이격된 복수 개의 제1 서브 밀집 영역(er1, er2, er3, er4)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경과 동일할 수 있다.
이러한 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(190)를 투과한 광은 도 20 내지 도 24를 참조하여 설명한 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)를 투과한 광의 위상 프로파일과 실질적으로 동일한 위상 프로파일을 가질 수 있다.
도 40은 또 다른 일 실시예에 따른 광학 센서(1000)에 포함된 화소 어레이(1170)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 40의 화소 어레이(1170)는 도 37의 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)와 달리, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(200)에 포함된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(201, 202, 203, 204)가 대응하는 화소가 센싱하는 광의 파장에 따라 다른 형상을 가진다는 점을 제외하고는 도 37의 화소 어레이(1150)와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 40에는 설명의 편의를 위하여, 화소 어레이(1170)에 포함되는 센서 기판(110), 필터층(120)은 생략되었다. 도 40을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15, 도 34 내지 도 38과 중복되는 내용은 생략한다. 또한, 도 40을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 15에 도시된 구성 요소들의 참조 부호를 이용한다.
도 40을 참조하면, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(200) 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(201, 202, 203, 204) 각각은, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(201, 202, 203, 204) 각각의 산포 영역(cr12, cr13, cr14, cr15)에 의해 서로 이격된 복수 개의 서브 밀집 영역(fr1, fr2, fr3, fr4, fr5, fr6, fr7, fr8, fr9, fr10, fr11, fr12, fr13, fr14, fr15, fr16)의 중심점들이 각각 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격됨과 동시에 복수 개의 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d, 112a, 112b, 112c, 112d, 113a, 113b, 113c, 113d, 114a, 114b, 114c, 114d)의 중심점들 각각보다 DTI 구조의 제1 방향(y)으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 40을 참조하면, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(200)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(201)는, 제1 나노 광학 마이크로렌즈(201)의 제1 산포 영역(cr12)에 의해 서로 이격된 복수 개의 제1 서브 밀집 영역(fr1, fr2, fr3, fr4) 각각의 중심점들(s21, s22, s23, s24)이 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4) 각각으로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 이격됨과 동시에, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4) 각각보다 제1 DTI 구조(d1)의 제1 방향(y)으로의 중심선(dcl)에 더 가깝게 분포되도록 형성될 수 있다.
이처럼, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(180)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(201)의 복수 개의 제1 서브 밀집 영역(fr1, fr2, fr3, fr4)의 중심점들(s21, s22, s23, s24)은, 복수 개의 제1 광감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)의 중심점들(c1, c2, c3, c4)로부터 모두 동일한 제1 방향(y)으로 치우쳐 분포될 수 있다.
한편, 도 40에 도시된 바와 같이, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(200)의 주변 영역(aa2, aa3)에 배치된 제1 나노 광학 마이크로렌즈(201)의 복수 개의 제1 서브 밀집 영역(fr1, fr2, fr3, fr4) 각각의 중심점들(s21, s22, s23, s24)이 제1 DTI 구조(d1)의 제1 방향(y)으로의 중심선(dcl)을 기준으로 제2 방향(x)을 따라 대칭적으로 분포될 수 있다.
위에서 설명한 제1 나노 광학 마이크로렌즈(201)의 복수 개의 제1 서브 밀집 영역(fr1, fr2, fr3, fr4)의 배치와 관련된 내용은 제2 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(202, 203, 204)에도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(200)는 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)와 제4 화소(114)에 각각 대응하는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(201)와 제4 나노 광학 마이크로렌즈(204)를 포함할 수 있다. 제1 및 제4 나노 광학 마이크로렌즈(201, 204)는 각각 제1 필터(121)와 제4 필터(124)에 대응할 수 있다. 제1 및 제4 나노 광학 마이크로렌즈(201, 204)는 각각 제1 화소(111)와 제4 화소(114)에 광을 집광시킬 수 있다.
또한, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(200)는 청색광 영역인 제2 파장 대역의 광을 센싱하는 제2 화소(112)에 대응하는 제2 나노 광학 마이크로렌즈(202)를 포함할 수 있다. 제2 나노 광학 마이크로렌즈(202)는 제2 필터(122)에 대응할 수 있다. 제2 나노 광학 마이크로렌즈(202)는 제2 화소(112)에 광을 집광시킬 수 있다.
나아가, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(200)는 적색광 영역인 제3 파장 대역의 광을 센싱하는 제3 화소(113)에 대응하는 제3 나노 광학 마이크로렌즈(203)를 포함할 수 있다. 제3 나노 광학 마이크로렌즈(203)는 제3 필터(123)에 대응할 수 있다. 제3 나노 광학 마이크로렌즈(203)는 제3 화소(113)에 광을 집광시킬 수 있다.
여기서, 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈(201, 202, 203, 204)는 대응되는 화소가 센싱하는 광의 파장 대역이 짧을수록 높은 밀집도로 배치된 복수 개의 나노구조물(NS)을 가지는 복수 개의 서브 밀집 영역을 포함할 수 있다. 이 경우, 비교적 높은 밀집도를 가지는 복수 개의 서브 밀집 영역에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경은 비교적 낮은 밀집도를 가지는 복수 개의 서브 밀집 영역에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경보다 클 수 있다.
예를 들어, 도 40에 도시된 바와 같이, 청색광 영역인 제2 파장 대역의 광을 센싱하는 제2 화소(112)에 대응되는 제2 나노 광학 마이크로렌즈(202)의 복수 개의 제2 서브 밀집 영역(fr5, fr6, fr7, fr8)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경은 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)에 대응되는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(201)의 복수 개의 제1 서브 밀집 영역(fr1, fr2, fr3, fr4)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경보다 클 수 있다. 또한, 녹색광 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제1 화소(111)에 대응되는 제1 나노 광학 마이크로렌즈(201)의 복수 개의 제1 서브 밀집 영역(fr1, fr2, fr3, fr4)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경은 적색광 영역인 제3 파장 대역의 광을 센싱하는 제3 화소(113)에 대응되는 제3 나노 광학 마이크로렌즈(203)의 복수 개의 제3 서브 밀집 영역(fr9, fr10, fr11, fr12)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경보다 클 수 있다. 나아가, 녹색 영역인 제1 파장 대역의 광을 센싱하는 제4 화소(114)에 대응되는 제4 나노 광학 마이크로렌즈(204)의 제4 서브 밀집 영역(fr13, fr14, fr15, fr16)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경은 제1 나노 광학 마이크로렌즈(191)의 복수 개의 제1 서브 밀집 영역(fr1, fr2, fr3, fr4)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 평균 직경과 동일할 수 있다.
이러한 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(200)를 투과한 광은 도 25 내지 도 33를 참조하여 설명한 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(160)를 투과한 광의 위상 프로파일과 실질적으로 동일한 위상 프로파일을 가질 수 있다.
한편, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(200)의 주변 영역(aa2, aa3) 중에서, 좌측 주변 영역(aa2)에 입사하는 광은 우측 주변 영역(aa3)에 입사하는 광에 대해 화소 어레이(1170)의 법선을 중심으로 반대 방향으로 경사지게 화소 어레이(1170)에 입사한다. 따라서, 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(200)의 좌측 주변 영역(aa2)에 배치된 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(201, 202, 203, 204)는 우측 주변 영역(aa3)에 배치된 제1 내지 제4 나노 광학 마이크로렌즈(201, 202, 203, 204)와 제1 방향(y)을 따라 반전된 형태를 가질 수 있다.
도 41은 일 실시예에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치(1801)를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 41을 참조하면, 네트워크 환경(1899)에서 전자 장치(1801)는 제1 네트워크(1898)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(1802)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(1899)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(1804) 및/또는 서버(1808)와 통신할 수 있다. 전자 장치(1801)는 서버(1808)를 통하여 전자 장치(1804)와 통신할 수 있다. 전자 장치(1801)는 프로세서(1820), 메모리(1830), 입력 장치(1850), 음향 출력 장치(1855), 표시 장치(1860), 오디오 모듈(1870), 센서 모듈(1876), 인터페이스(1877), 햅틱 모듈(1879), 카메라 모듈(1880), 전력 관리 모듈(1888), 배터리(1889), 통신 모듈(1890), 가입자 식별 모듈(1896), 및/또는 안테나 모듈(1897)을 포함할 수 있다. 전자 장치(1801)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(1860) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(1876)(지문 센서, 홍채 센서, 조도 센서 등)은 표시 장치(1860)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다.
프로세서(1820)는, 소프트웨어(프로그램(1840) 등)를 실행하여 프로세서(1820)에 연결된 전자 장치(1801) 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(1820)는 다른 구성요소(센서 모듈(1876), 통신 모듈(1890) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(1832)에 로드하고, 휘발성 메모리(1832)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(1834)에 저장할 수 있다. 프로세서(1820)는 메인 프로세서(1821)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(1823)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(1823)는 메인 프로세서(1821)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다.
보조 프로세서(1823)는, 메인 프로세서(1821)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(1821)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(1821)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(1821)와 함께, 전자 장치(1801)의 구성요소들 중 일부 구성요소(표시 장치(1860), 센서 모듈(1876), 통신 모듈(1890) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(1823)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(1880), 통신 모듈(1890) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다.
메모리(1830)는, 전자 장치(1801)의 구성요소(프로세서(1820), 센서모듈(1876) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(1840) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(1830)는, 휘발성 메모리(1832) 및/또는 비휘발성 메모리(1834)를 포함할 수 있다.
프로그램(1840)은 메모리(1830)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(1842), 미들 웨어(1844) 및/또는 어플리케이션(1846)을 포함할 수 있다.
입력 장치(1850)는, 전자 장치(1801)의 구성요소(프로세서(1820) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(1801)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(1850)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(1855)는 음향 신호를 전자 장치(1801)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(1855)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(1860)는 전자 장치(1801)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(1860)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치(1860)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(1870)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(1870)은, 입력 장치(1850)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(1855), 및/또는 전자 장치(1801)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(1802) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(1876)은 전자 장치(1801)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(1876)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(1877)는 전자 장치(1801)가 다른 전자 장치(전자 장치(1802) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 또는 복수의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(1877)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(1878)는, 전자 장치(1801)가 다른 전자 장치(전자 장치(1802) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(1878)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있
햅틱 모듈(1879)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(1879)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(1880)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(1880)은 하나 또는 복수의 렌즈들을 포함하는 렌즈 어셈블리, 도 1의 광학 센서(1000), 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(1880)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.
전력 관리 모듈(1888)은 전자 장치(1801)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(1888)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(1889)는 전자 장치(1801)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(1889)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(1890)은 전자 장치(1801)와 다른 전자 장치(전자 장치(1802), 전자 장치(1804), 서버(1808) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(1890)은 프로세서(1820)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 또는 복수의 커뮤니케이션 프로세서들을 포함할 수 있다. 통신 모듈(1890)은 무선 통신 모듈(1892)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(1894)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(1898)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(1899)(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(1892)은 가입자 식별 모듈(1896)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(1898) 및/또는 제2 네트워크(1899)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(1801)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(1897)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(1897)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(1890)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(1898) 및/또는 제2 네트워크(1899)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(1890)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(1897)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(1899)에 연결된 서버(1808)를 통해서 전자 장치(1801)와 외부의 전자 장치(1804)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(1802, 1804)은 전자 장치(1801)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(1801)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(1802, 1804, 1808) 중 하나 또는 복수의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(1801)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(1801)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
도 42는 도 41에 도시된 카메라 모듈(1880)을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 42를 참조하면, 카메라 모듈(1880)은 렌즈 어셈블리(1910), 플래쉬(1920), 광학 센서(1000)(도 1 참고), 이미지 스태빌라이저(1940), 메모리(1950)(버퍼 메모리 등), 및/또는 이미지 시그널 프로세서(1960)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(1910)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 카메라 모듈(1880)은 복수의 렌즈 어셈블리(1910)들을 포함할 수도 있으며, 이런 경우, 카메라 모듈(1880)은, 듀얼 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(Spherical Camera)가 될 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(1910)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(1910)는, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다.
플래쉬(1920)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 플래쉬(1920)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. 광학 센서(1000)는 도 1에서 설명한 광학 센서일 수 있으며, 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(1910)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 광학 센서(1000)는, RGB 센서, BW(Black and White) 센서, IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 광학 센서들 중 선택된 하나 또는 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 광학 센서(1000)에 포함된 각각의 센서들은, CCD(Charged Coupled Device) 센서 및/또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 구현될 수 있다.
이미지 스태빌라이저(1940)는 카메라 모듈(1880) 또는 이를 포함하는 전자 장치(1901)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(1910)에 포함된 하나 또는 복수개의 렌즈 또는 광학 센서(1000)를 특정한 방향으로 움직이거나 광학 센서(1000)의 동작 특성을 제어(리드 아웃(Read-Out) 타이밍의 조정 등)하여 움직임에 의한 부정적인 영향이 보상되도록 할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(1940)는 카메라 모듈(1880)의 내부 또는 외부에 배치된 자이로 센서(미도시) 또는 가속도 센서(미도시)를 이용하여 카메라 모듈(1880) 또는 전자 장치(1801)의 움직임을 감지할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(1940)는, 광학식으로 구현될 수도 있다.
메모리(1950)는 광학 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(1950)에 저장하고, 저해상도 이미지만을 디스플레이 해준 후, 선택된(사용자 선택 등) 이미지의 원본 데이터가 이미지 시그널 프로세서(1960)로 전달되도록 하는데 사용될 수 있다. 메모리(1950)는 전자 장치(1801)의 메모리(1830)로 통합되어 있거나, 또는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.
이미지 시그널 프로세서(1960)는 광학 센서(1000)를 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(1950)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(1960)는 카메라 모듈(1880)에 포함된 구성 요소들(광학 센서(1000) 등)에 대한 제어(노출 시간 제어, 또는 리드 아웃 타이밍 제어 등)를 수행할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(1960)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(1950)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(1880)의 외부 구성 요소(메모리(1830), 표시 장치(1860), 전자 장치(1802), 전자 장치(1804), 서버(1808) 등)로 제공될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(1960)는 프로세서(1820)에 통합되거나, 프로세서(1820)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(1960)가 프로세서(1820)와 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(1960)에 의해 처리된 이미지는 프로세서(1820)에 의하여 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(1860)를 통해 표시될 수 있다.
전자 장치(1801)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(1880)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 복수의 카메라 모듈(1880)들 중 하나는 광각 카메라이고, 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 복수의 카메라 모듈(1880)들 중 하나는 전면 카메라이고, 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다.
도 43 내지 도 52는 다양한 실시예에 따른 광학 센서를 포함하는 전자 장치들의 다양한 예를 보인다.
다양한 실시예에 따른 광학 센서(1000)(도 1 참조)는 도 43에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(2000), 도 44에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(2100), 도 45에 도시된 디지털 카메라 또는 캠코더(2200), 도 46에 도시된 노트북 컴퓨터(2300)에 또는 도 47에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(2400) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(2000) 또는 스마트 태블릿(2100)은 고해상 광학 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, 광학 센서(1000)는 도 48에 도시된 스마트 냉장고(2500), 도 49에 도시된 보안 카메라(2600), 도 50에 도시된 로봇(2700), 도 51에 도시된 의료용 카메라(2800) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(2500)는 광학 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(2600)는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(2700)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(2800)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.
또한, 광학 센서(1000)는 도 52에 도시된 바와 같이 차량(2900)에 적용될 수 있다. 차량(2900)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(2910, 2920, 2930, 2940)를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라(2910, 2920, 2930, 2940)는 실시예에 따른 광학 센서를 포함할 수 있다. 차량(2900)은 복수의 차량용 카메라(2910, 2920, 2930, 2940)를 이용하여 차량(2900) 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 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 광학 센서 및 이를 포함하는 전자 장치는 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: 필터층
121, 122, 123, 124: 필터
130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200: 나노 광학 마이크로렌즈 어레이
131, 132, 133, 134, 141, 142, 143, 144, 151, 152, 153, 154, 161, 162, 163, 164, 171, 172, 173, 174, 181, 182, 183, 184, 191, 192, 193, 194, 201, 202, 203, 204: 나노 광학 마이크로렌즈
aa1: 중앙 영역
aa2, aa3: 주변 영역
d1, d2, d3, d4, d5: DTI 구조
NS: 나노구조물
br1~br8, er1~er16, fr1~fr16: 밀집 영역
cr1~cr15: 산포 영역
1000: 광학 센서
1100, 1110, 1120, 1130, 1140, 1150, 1160, 1170: 화소 어레이

Claims (36)

  1. 입사광을 감지하는 복수 개의 화소를 포함하는 센서 기판;
    상기 센서 기판 위에 배치되며, 특정 파장 대역의 광만을 투과시키고 다른 파장 대역의 광을 흡수 또는 반사하는 상기 복수 개의 화소에 대응되도록 마련되는 복수 개의 필터를 포함하는 필터층; 및
    상기 필터층 위에 배치되며, 상기 복수 개의 화소 중에서 대응하는 화소에 입사광을 집광하는 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이; 를 포함하며,
    상기 복수 개의 화소 각각은, DTI 구조와 상기 DTI 구조에 의해 전기적으로 분리되어 독립적으로 광을 감지하며 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 광감지셀을 구비하며,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 하고, 상기 대응하는 화소에 포함된 복수 개의 광감지셀 각각의 중심들로부터 상기 DTI 구조 측으로 치우친 복수 개의 영역 각각으로 입사광을 집광시키도록 형성되며,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로 렌즈 각각을 투과한 입사광의 일부는 상기 DTI 구조로 입사되는, 광학 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 상기 위상 프로파일이 가지는 상기 복수 개의 볼록한 영역의 개수가 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각에 대응되는 화소에 구비된 복수 개의 광감지셀의 개수와 동일해지도록 형성되는, 광학 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 투과한 광이 상기 복수 개의 볼록한 영역들이 겹쳐지는 영역의 위상 프로파일을 가지고, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 제1 영역 이외의 나머지 영역인 제2 영역을 투과한 광이 상기 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 형성되는, 광학 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 상기 위상 프로파일의 상기 복수 개의 볼록한 영역이 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성되는, 광학 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조와 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 사이에 대응되는 제3 영역을 투과한 광의 위상 프로파일이 복수 개의 극대점을 포함하도록 형성되는, 광학 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심 영역에 배치된 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 상기 위상 프로파일의 상기 복수 개의 볼록한 영역이 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성되고,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변 영역에 배치된 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈는, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광이 경사진 선형 위상 프로파일과 볼록한 위상 프로파일이 더해진 위상 프로파일을 갖도록 형성되는, 광학 센서.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈보다 상기 나노 광학 마이크로렌즈의 어레이의 중심 영역으로부터 더 멀리 배치된 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하고,
    상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 상기 선형 위상 프로파일의 제1 기울기가 상기 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 선형 위상 프로파일의 제2 기울기보다 작도록 형성되는, 광학 센서.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 복수 개의 볼록부를 가지는 볼록 렌즈 구조를 포함하는, 광학 센서.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 복수 개의 볼록부의 개수는 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각에 대응하는 화소에 구비된 상기 복수 개의 광감지셀의 개수와 동일한, 광학 센서.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역은 오목하게 형성되고, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 제1 영역 이외의 나머지 영역인 제2 영역에 상기 복수 개의 볼록부가 형성되는, 광학 센서.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 볼록부가 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성되는, 광학 센서.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조와 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 사이에 대응되는 제3 영역에 상기 복수 개의 볼록부의 극대점들이 마련되도록 형성되는, 광학 센서.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각에 대응하는 화소에 구비된 상기 복수 개의 광감지셀의 개수만큼의 복수 개의 볼록 렌즈 형상이 중심점을 기준으로 일부 겹쳐져 형성된 단일한 볼록 렌즈 구조를 포함하는, 광학 센서.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심 영역에 배치된 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 제1 복수 개의 볼록부가 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역들을 기준으로 각각 대칭적으로 분포되도록 형성되고,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 좌측 주변 영역에 배치된 복수 개의 제2-1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2-1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제2-1 볼록부의 극대점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성되고,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 우측 주변 영역에 배치된 복수 개의 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제2-2 볼록부의 극대점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성되는, 광학 센서.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 볼록부는 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선을 기준으로 상기 제2 방향을 따라 대칭적으로 분포되는, 광학 센서.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는, 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈보다 상기 나노 광학 마이크로렌즈의 어레이의 중심 영역으로부터 더 멀리 배치된 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하고,
    상기 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제3 볼록부의 극대점들이 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리는 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제2 볼록부의 극대점들의 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리보다 긴, 광학 센서.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 화소는 제1 파장 대역의 광을 감지하는 복수 개의 제1 광감지셀을 구비한 복수 개의 제1 화소와 상기 제1 파장 대역보다 짧은 제2 파장 대역의 광을 감지하는 복수 개의 제2 광감지셀을 구비한 복수 개의 제2 화소를 포함하고,
    상기 필터층은 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 대응하고 상기 제1 파장 대역의 광을 투과시키는 복수 개의 제1 필터 및 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 대응하고 상기 제2 파장 대역의 광을 투과시키는 복수 개의 제2 필터를 포함하며,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 상기 복수 개의 제1 필터 각각에 대응하고 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 광을 집광시키는 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 및 상기 복수 개의 제2 필터 각각에 대응하고 상기 복수 개의 제2 화소에 광을 집광시키는 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는, 광학 센서.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제2 볼록한 영역이 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광의 위상 프로파일에 포함된 복수 개의 제1 볼록한 영역보다 더 볼록하도록 형성되는, 광학 센서.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은 복수 개의 제1 볼록부를 가지는 제1 볼록 렌즈 구조와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은 복수 개의 제2 볼록부를 가지는 제2 볼록 렌즈 구조를 포함하고,
    상기 복수 개의 제2 볼록부는 상기 복수 개의 제1 볼록부보다 더 볼록하게 형성되는, 광학 센서.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 복수 개의 제1 볼록부의 개수는 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 구비된 복수 개의 제1 광감지셀의 개수와 동일하고, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 복수 개의 제2 볼록부의 개수는 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 구비된 복수 개의 제2 광감지셀의 개수와 동일한, 광학 센서.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 복수 개의 제1 볼록부가 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성되고,
    상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 복수 개의 제2 볼록부가 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제2 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성되는, 광학 센서.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 볼록부가 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되고, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈의 상기 복수 개의 제2 볼록부가 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제2 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성되며,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 좌측 주변 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 볼록부와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2 볼록부의 극대점들이 각각 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 구비된 상기 복수 개의 제1 광감지셀의 중심점들과 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 구비된 상기 복수 개의 제2 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 제1 광감지셀의 중심점들과 상기 복수 개의 제2 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성되고,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 우측 주변 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 볼록부와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2 볼록부의 극대점들이 각각 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 구비된 상기 복수 개의 제1 광감지셀의 중심점들과 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 구비된 상기 복수 개의 제2 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 제1 광감지셀의 중심점들과 상기 복수 개의 제2 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성되는, 광학 센서.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 볼록부와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2 볼록부는 각각 상기 DTI 구조의 중심선을 기준으로 상기 제2 방향을 따라 대칭적으로 분포되는, 광학 센서.
  24. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 배열된 복수 개의 나노구조물을 포함하는, 광학 센서.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 비교적 작은 직경의 복수 개의 나노 구조물이 분포된 산포 영역과 비교적 큰 직경의 복수 개의 나노 구조물이 분포된 밀집 영역을 포함하고, 상기 밀집 영역은 상기 산포 영역에 의해 둘러싸이는, 광학 센서.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 밀집 영역은 상기 산포 영역에 의해 서로 이격된 복수 개의 서브 밀집 영역을 포함하는, 광학 센서.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각이 포함하는 상기 복수 개의 서브 밀집 영역의 개수는 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각에 대응하는 화소에 구비된 상기 복수 개의 광감지셀의 개수와 동일한, 광학 센서.
  28. 제26 항에 있어서,
    상기 산포 영역은 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 중심과 가장자리 영역에 대응되도록 형성되고, 상기 복수 개의 서브 밀집 영역은 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되는, 광학 센서.
  29. 제26 항에 있어서,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조와 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 사이에 대응되는 영역에 상기 복수 개의 서브 밀집 영역의 중심점들이 마련되도록 형성되는, 광학 센서.
  30. 제26 항에 있어서,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심 영역에 배치된 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈는, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 제1 산포 영역이 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 중심과 가장자리 영역에 대응되도록 형성되고, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제1 서브 밀집 영역은 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성되며,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 좌측 주변 영역에 배치된 복수 개의 제2-1 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2-1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제2-1 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성되고,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 우측 주변 영역에 배치된 복수 개의 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 복수 개의 제2-2 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성되는, 광학 센서.
  31. 제30 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 서브 밀집 영역은 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선을 기준으로 상기 제2 방향을 따라 대칭적으로 분포되는, 광학 센서.
  32. 제30 항에 있어서,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는, 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈보다 상기 나노 광학 마이크로렌즈의 어레이의 중심 영역으로부터 더 멀리 배치된 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하고,
    상기 복수 개의 제3 나노 광학 마이크로 렌즈 각각의 복수 개의 제3 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리는 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2-1 및 제2-2 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들로부터 이격된 거리보다 긴, 광학 센서.
  33. 제26 항에 있어서,
    상기 복수 개의 화소는 제1 파장 대역의 광을 감지하는 복수 개의 제1 광감지셀을 구비한 복수 개의 제1 화소와 상기 제1 파장 대역보다 짧은 제2 파장 대역의 광을 감지하는 복수 개의 제2 광감지셀을 구비한 복수 개의 제2 화소를 포함하고,
    상기 필터층은 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 대응하고 상기 제1 파장 대역의 광을 투과시키는 복수 개의 제1 필터 및 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 대응하고 상기 제2 파장 대역의 광을 투과시키는 복수 개의 제2 필터를 포함하며,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 상기 복수 개의 제1 필터 각각에 대응하고 상기 복수 개의 제1 화소 각각에 광을 집광시키는 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 및 상기 복수 개의 제2 필터에 대응하고 상기 복수 개의 제2 화소 각각에 광을 집광시키는 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는, 광학 센서.
  34. 제33 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 밀집 영역에 포함된 복수 개의 제1 나노구조물의 평균 직경은 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 밀집 영역에 포함된 복수 개의 제2 나노구조물의 평균 직경보다 작은, 광학 센서.
  35. 제34 항에 있어서,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 서브 밀집 영역이 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제1 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되고, 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제2 서브 밀집 영역이 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 DTI 구조에 대응되는 제2 영역을 기준으로 대칭적으로 분포되도록 형성되며,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 좌측 주변 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각의 상기 복수 개의 제1 및 제2 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성되고,
    상기 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 우측 주변 영역에 배치된 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 제1 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 복수 개의 제2 나노 광학 마이크로렌즈의 상기 복수 개의 제1 및 제2 서브 밀집 영역 각각의 중심점들이 각각 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각으로부터 모두 동일한 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이격됨과 동시에 상기 복수 개의 광감지셀의 중심점들 각각보다 상기 DTI 구조의 상기 제1 방향으로의 중심선에 더 가깝게 분포되도록 형성되는, 광학 센서.
  36. 광학상을 전기적 신호로 변환하는 광학 센서; 및
    상기 광학 센서의 동작을 제어하고, 상기 광학 센서에서 생성한 신호를 저장 및 출력하는 프로세서; 를 포함하고,
    상기 광학 센서는:
    입사광을 감지하는 복수 개의 화소를 포함하는 센서 기판;
    상기 센서 기판 위에 배치되며, 특정 파장 대역의 광만을 투과시키고 다른 파장 대역의 광을 흡수 또는 반사하는 상기 복수 개의 화소에 대응되도록 마련되는 복수 개의 필터를 포함하는 필터층; 및
    상기 필터층 위에 배치되며, 상기 복수 개의 화소 중에서 대응하는 화소에 입사광을 집광하는 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 나노 광학 마이크로렌즈 어레이; 를 포함하며,
    상기 복수 개의 화소 각각은, DTI 구조와 상기 DTI 구조에 의해 전기적으로 분리되어 독립적으로 광을 감지하며 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 광감지셀을 구비하며,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각은, 상기 복수 개의 나노 광학 마이크로렌즈 각각을 투과한 광이 복수 개의 볼록한 영역을 가지는 위상 프로파일을 갖도록 하고, 상기 대응하는 화소에 포함된 복수 개의 광감지셀 각각의 중심들로부터 상기 DTI 구조 측으로 치우친 복수 개의 영역 각각으로 입사광을 집광시키도록 형성되며,
    상기 복수 개의 나노 광학 마이크로 렌즈 각각을 투과한 입사광의 일부는 상기 DTI 구조로 입사되는, 전자 장치.
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