(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024118442
(43)【公開日】2024-08-30
(54)【発明の名称】イメージセンサ
(51)【国際特許分類】
H04N 25/70 20230101AFI20240823BHJP
H04N 25/61 20230101ALI20240823BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20240823BHJP
G02B 3/00 20060101ALN20240823BHJP
【ＦＩ】
H04N25/70
H04N25/61
H01L27/146 D
G02B3/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024018893
(22)【出願日】2024-02-09
(31)【優先権主張番号】10-2023-0022453
(32)【優先日】2023-02-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2023-0087987
(32)【優先日】2023-07-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100229448
【弁理士】
【氏名又は名称】中槇 利明
(72)【発明者】
【氏名】車 丞鎬
(72)【発明者】
【氏名】金 建東
(72)【発明者】
【氏名】朴 龍龜
(72)【発明者】
【氏名】▲ちょう▼ ▲す▼▲ひょん▼
(72)【発明者】
【氏名】許 宰赫
【テーマコード（参考）】
4M118
5C024
【Ｆターム（参考）】
4M118AA06
4M118AB01
4M118BA10
4M118BA14
4M118CA04
4M118CA07
4M118CA09
4M118CA22
4M118CB20
4M118FA06
4M118GC08
4M118GC14
4M118GD03
4M118GD04
4M118GD20
5C024CX03
5C024EX42
5C024EX43
5C024GX01
5C024GX02
5C024GY31
5C024HX23
(57)【要約】
【課題】イメージセンサを提供する。
【解決手段】イメージセンサは、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイ及び複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイを含み、複数の集光領域それぞれは、複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも１つのナノ構造物を含み、ナノ集光レンズアレイの中心から複数の集光領域それぞれまでの距離によって、複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の集光能力が互いに異なるように複数の集光領域それぞれに少なくとも１つのナノ構造物が配置されうる。
【選択図】図５
【解決手段】イメージセンサは、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイ及び複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイを含み、複数の集光領域それぞれは、複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも１つのナノ構造物を含み、ナノ集光レンズアレイの中心から複数の集光領域それぞれまでの距離によって、複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の集光能力が互いに異なるように複数の集光領域それぞれに少なくとも１つのナノ構造物が配置されうる。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のピクセルが配列されたピクセルアレイと、
前記複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイと、を含み、
前記複数の集光領域それぞれは、
前記複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも１つのナノ構造物を含み、前記ナノ集光レンズアレイの中心から前記複数の集光領域それぞれまでの距離によって、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の集光能が互いに異なるように前記複数の集光領域それぞれに前記少なくとも１つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサ。
前記複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイと、を含み、
前記複数の集光領域それぞれは、
前記複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも１つのナノ構造物を含み、前記ナノ集光レンズアレイの中心から前記複数の集光領域それぞれまでの距離によって、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の集光能が互いに異なるように前記複数の集光領域それぞれに前記少なくとも１つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項2】
前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の集光能が高くなるように前記複数の集光領域それぞれに前記少なくとも１つのナノ構造物が配置されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項3】
前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物との距離、数、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項4】
前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれの前記少なくとも１つのナノ構造物の個数が増加することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項5】
前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれの前記少なくとも１つのナノ構造物との距離が減少することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項6】
前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、複数の集光領域それぞれにおいて、前記複数の集光領域それぞれに配置される前記少なくとも１つのナノ構造物の位置が前記ナノ集光レンズアレイの中心に向かう方向にさらにシフトされることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項7】
前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の断面積の平均値が高くなることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項8】
前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物のうち、複数の層で構成されたナノ構造物の個数が増加することを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項9】
前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物高さの平均値が高くなることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項10】
前記イメージセンサは、
前記複数のピクセルそれぞれから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器をさらに含み、
前記信号処理器は、
前記デジタル信号に対して微細レンズシェーディング補正動作、ラジアルエッジ強化(Radial Edge Enhacement)補正動作、及びチャネル差(channel difference)補正動作のうち少なくとも１つを遂行することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
前記複数のピクセルそれぞれから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器をさらに含み、
前記信号処理器は、
前記デジタル信号に対して微細レンズシェーディング補正動作、ラジアルエッジ強化(Radial Edge Enhacement)補正動作、及びチャネル差(channel difference)補正動作のうち少なくとも１つを遂行することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項11】
第１ピクセル及び第２ピクセルを含むピクセルアレイと、
少なくとも１つのナノ構造物を有する第１ナノグループを含み、前記第１ピクセルに対応する第１集光領域と、
前記少なくとも１つのナノ構造物を有する第２ナノグループを含み、前記ピクセルアレイの中心との距離が前記第１ピクセルより遠い前記第２ピクセルに対応する第２集光領域と、を含み、
前記第２ナノグループに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の集光能が前記第１ナノグループに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の集光能より高くなるように前記第１ナノグループ及び前記第２ナノグループそれぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサ。
少なくとも１つのナノ構造物を有する第１ナノグループを含み、前記第１ピクセルに対応する第１集光領域と、
前記少なくとも１つのナノ構造物を有する第２ナノグループを含み、前記ピクセルアレイの中心との距離が前記第１ピクセルより遠い前記第２ピクセルに対応する第２集光領域と、を含み、
前記第２ナノグループに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の集光能が前記第１ナノグループに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の集光能より高くなるように前記第１ナノグループ及び前記第２ナノグループそれぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項12】
前記第１ナノグループ及び前記第２ナノグループそれぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物との距離、数、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つが互いに異なることを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサ。
【請求項13】
前記第１ナノグループ及び前記第２ナノグループそれぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物との距離、数、及び断面積が互いに異なることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサ。
【請求項14】
前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の個数は、前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の個数より多く、
前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物との距離は、前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物との距離よりさらに短く、
前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の断面積の平均値は、前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の断面積の平均値より高いことを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサ。
前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物との距離は、前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物との距離よりさらに短く、
前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の断面積の平均値は、前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の断面積の平均値より高いことを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項15】
前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の個数は、前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の個数より多く、
前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物高さの平均値は、前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物高さの平均値より高いことを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサ。
前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物高さの平均値は、前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物高さの平均値より高いことを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサ。
【請求項16】
前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の個数は、前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の個数より多く、
前記第２集光領域で前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の位置は、前記第１集光領域で前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の位置より前記ピクセルアレイの中心に向かう方向にさらにシフトされることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサ。
前記第２集光領域で前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の位置は、前記第１集光領域で前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物の位置より前記ピクセルアレイの中心に向かう方向にさらにシフトされることを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサ。
【請求項17】
前記第２ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物のうち、複数の層で構成されたナノ構造物の層数は、前記第１ナノグループの前記少なくとも１つのナノ構造物のうち、複数の層で構成されたナノ構造物の層数より多いことを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサ。
【請求項18】
前記イメージセンサは、
前記ピクセルアレイから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器をさらに含み、
前記信号処理器は、
前記デジタル信号に対して微細レンズシェーディング補正動作、ラジアルエッジ強化(Radial Edge Enhacement)補正動作、及びチャネル差(channel difference)補正動作のうち少なくとも１つを遂行することを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサ。
前記ピクセルアレイから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器をさらに含み、
前記信号処理器は、
前記デジタル信号に対して微細レンズシェーディング補正動作、ラジアルエッジ強化(Radial Edge Enhacement)補正動作、及びチャネル差(channel difference)補正動作のうち少なくとも１つを遂行することを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサ。
【請求項19】
複数のピクセルが配列されたピクセルアレイと、
前記複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイと、を含み、
前記複数のピクセルそれぞれからピクセル信号を受信し、前記ピクセル信号をデジタル信号に変換してピクセル値を生成するリードアウト回路と、
前記ピクセルアレイから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器と、を含み、
前記複数の集光領域それぞれは、
前記複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも１つのナノ構造物を含み、
前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれが集光する光の半径が広くなるように前記少なくとも１つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサ。
前記複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイと、を含み、
前記複数のピクセルそれぞれからピクセル信号を受信し、前記ピクセル信号をデジタル信号に変換してピクセル値を生成するリードアウト回路と、
前記ピクセルアレイから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器と、を含み、
前記複数の集光領域それぞれは、
前記複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも１つのナノ構造物を含み、
前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれが集光する光の半径が広くなるように前記少なくとも１つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項20】
前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれが集光する光の半径が広くなるように、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物との距離、数、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つが互いに異なるように配置されることを特徴とする請求項１９に記載のイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサに係り、より詳細には、複数の集光領域それぞれの距離に応じて複数の集光領域それぞれに少なくとも１つのナノ構造物を配置し、少なくとも１つのナノ構造物が他のナノ構造物とは異なる集光能を有するようにして、レンズシェーディング(Lens Shading)を補正するためのイメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサ(image sensor)は、対象物の２次元または３次元イメージをキャプチャ(capture)する装置である。イメージセンサは、対象物から反射される光の強度によって反応する光電変換素子を用いて対象物のイメージを生成する。
【0003】
レンズシェーディング(Lens Shading)またはビネッティング(vignetting)は、イメージングシステムで発生する光学的現象である。イメージングシステムにおいて、レンズの光学的特性によってイメージセンサで中央部に位置するピクセルと周辺部に位置するピクセルが受け入れる光量に差が発生する。イメージセンサまたはフィルムの中央を外れた位置(off-center positions)に到逹する光量は、前記中央に到逹する光量より少ない。これにより、イメージの周辺部に行くほど輝度が減少するレンズシェーディングのために、イメージ強度(image intensity)は、イメージの縁部に行くほど減少する問題が発生しうる。ゲイン(gain)を用いてレンズシェーディングを補正するイメージ処理動作が別に遂行される場合、画質が劣化された最終イメージが獲得されうる。
【0004】
これにより、イメージの画質劣化を減少及び／または最小化しながらも、レンズシェーディングを補正してイメージの品質を向上させるための技術が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
複数の集光領域それぞれの距離が遠くなるほど複数の集光領域それぞれに少なくとも１つのナノ構造物の集光能が高くなるように少なくとも１つのナノ構造物を配置してイメージセンサで中央部に位置するピクセルが受け入れる光量と周辺部に位置するピクセルが受け入れる光量との差を最小化させることで、レンズシェーディング発生を抑制するためのイメージセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した技術的課題を達成するための技術的手段として、本開示の第１態様は、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイ及び前記複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイを含み、前記複数の集光領域それぞれは、前記複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも１つのナノ構造物を含み、前記ナノ集光レンズアレイの中心から前記複数の集光領域それぞれまでの距離によって、前記複数の集光領域それぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の集光能が互いに異なるように前記複数の集光領域それぞれに前記少なくとも１つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサを提供することができる。
【0007】
また、上述した技術的課題を達成するための技術的手段として、本開示の第２態様は、第１ピクセル及び第２ピクセルを含むピクセルアレイ、少なくとも１つのナノ構造物を有する第１ナノグループを含み、前記第１ピクセルに対応する第１集光領域及び前記少なくとも１つのナノ構造物を有する第２ナノグループを含み、前記ピクセルアレイの中心との距離が前記第１ピクセルより遠い前記第２ピクセルに対応する第２集光領域を含み、前記第２ナノグループに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の集光能が前記第１ナノグループに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物の集光能より高くなるように前記第１ナノグループ及び前記第２ナノグループそれぞれに含まれた前記少なくとも１つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサを提供することができる。
【0008】
また、上述した技術的課題を達成するための技術的手段として、本開示の第３態様は、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイ、前記複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイを含み、前記複数のピクセルそれぞれからピクセル信号を受信し、前記ピクセル信号をデジタル信号に変換してピクセル値を生成するリードアウト回路及び前記ピクセルアレイから受信したピクセル信号が変換されたデジタル信号に対してイメージ処理動作を遂行する信号処理器を含み、前記複数の集光領域それぞれは、前記複数のピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させる少なくとも１つのナノ構造物を含み、前記ナノ集光レンズアレイの中心と前記複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、前記複数の集光領域それぞれが集光する光の半径が広くなるように前記少なくとも１つのナノ構造物が配置されることを特徴とするイメージセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサを示すブロック図である。
【図2】本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイを示す図面である。
【図3】本開示の例示的な実施形態によるカメラモジュールを概略的に説明するための概念図である。
【図4】本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサの断面を示す断面図である。
【図5】本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイに対応するナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。
【図6】本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイ及びナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。
【図7】本開示の例示的な実施形態によるナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。
【図8】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。
【図9A】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の距離が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。
【図9B】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の距離が互いに異なる実施形態を説明するための断面図である。
【図10】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の位置が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。
【図11】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の断面積が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。
【図12】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の層数が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。
【図13A】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の高さが互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。
【図13B】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の高さが互いに異なる実施形態を説明するための断面図である。
【図14】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数、距離、及び断面積が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。
【図15】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数及び高さが互いに異なる実施形態を説明するための図面である。
【図16】本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数及び位置が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。
【図17】本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサを示すブロック図である。
【図18】本開示の例示的実施形態による電子装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付した図面を参照して本開示の実施形態に係わる詳細に説明する。図面上の同じ構成要素については、同じ参照符号を付し、それらに係わる重複説明は省略する。
【0011】
図１は、本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサを示すブロック図である。
【0012】
イメージセンサ１０は、光学レンズを介して入射されたオブジェクトの光学的信号をイメージデータに変換することができる。イメージセンサ１０は、例えば、CCD(charge coupled device)イメージセンサまたはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサでもある。
【0013】
イメージセンサ１０は、イメージまたは光センシング機能を有する電子機器に搭載されうる。例えば、PC(personal computer), IoT (Internet of Things)装置、または携帯用電子装置によって具現されうる。携帯用電子装置は、ラップトップコンピュータ、移動電話機、スマートフォン、タブレットＰＣ、PDA(personal digital assistant), EDA(enterprise digital assistant)、デジタルスチールカメラ、デジタルビデオカメラ、オーディオ装置、PMP(portable multimedia player), PND(personal navigation device)、ＭＰ３プレーヤー、携帯用ゲームコンソール(handheld game console)、ｅブック(e-book)、ウェアラブル機器などを含みうる。また、イメージセンサ１０は、ドローン(drone)、先進運転支援システム(Advanced Drivers Assistance System; ADAS)のような電子機器または車両、家具、製造設備、ドア、各種計測機器などに部品として具備される電子機器に搭載されうる。
【0014】
図１を参照すれば、イメージセンサ１０は、ピクセルアレイＰＡ、ロウドライバ１１０、リードアウト回路１３０、タイミングコントローラ１２０を含みうる。リードアウト回路１３０は、アナログ－デジタル変換回路１３１（以下、ＡＤＣ回路と称する）及びデータバス１３２を含みうる。
【0015】
ピクセルアレイＰＡは、複数のロウラインＲＬ、複数のカラムラインＣＬ及び複数のロウラインＲＬ及び複数のカラムラインＣＬと接続され、行列に配列された複数のピクセルＰＸを含む。一実施形態において、複数のピクセルＰＸは、ＡＰＳ(Active Pixel Sensor)でもある。ピクセルアレイＰＡは、互いに異なる波長の光を感知する複数のピクセルＰＸを含みうる。ピクセルＰＸの配列は、多様な方式によって具現されうる。例えば、図２において、ピクセルアレイＰＡの多様なピクセルＰＸ配列について後述する。
【0016】
複数のピクセルＰＸそれぞれは、少なくとも１つの光電変換素子を含み、ピクセルＰＸは、光電変換素子を用いて光を感知し、感知された光による電気信号であるイメージ信号を出力することができる。例えば、光電変換素子は、無機フォト(photo)ダイオード、有機フォトダイオード、ペロブスカイトフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトゲートまたはPINフォトダイオード(pinned photodiode)のように、有機物質または無機物質で構成される光感知素子でもある。実施形態において、複数のピクセルＰＸそれぞれは、複数の光電変換素子を含みうる。
【0017】
複数のピクセルＰＸそれぞれの上部、または隣接したピクセルＰＸで構成されるピクセルグループそれぞれの上部に集光のための集光領域が配置されうる。複数のピクセルＰＸそれぞれに対応する複数の集光領域は、ナノ集光レンズアレイと指称されうる。ナノ集光レンズアレイは、複数の集光領域を含みうる。複数の集光領域それぞれは、対応するピクセルＰＸに光を集光させる少なくとも１つのナノ構造物を含みうる。
【0018】
ナノ集光レンズアレイの中心から複数の集光領域それぞれまでの距離によって複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の集光能が互いに異なるように複数の集光領域それぞれに少なくとも１つのナノ構造物が配置されうる。ナノ集光レンズアレイは、ナノ光学マイクロレンズアレイ、メタサーフェス(meta surface)レンズアレイなどと指称されうる。
【0019】
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心と複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の集光能が高くなるように、複数の集光領域それぞれに少なくとも１つのナノ構造物が配置されうる。例えば、第１集光領域は、第１ナノグループを含み、第１ナノグループは、第１集光領域に配置される少なくとも１つのナノ構造物の集合を意味する。第２集光領域は、第２ナノグループを含み、第２ナノグループは、第２集光領域に配置される少なくとも１つのナノ構造物の集合を意味する。第１集光領域は、ナノ集光レンズアレイの中心と近く、第２集光領域は、ナノ集光レンズアレイの中心との距離が第１集光領域より遠い場合を仮定する。第１集光領域とナノ集光レンズアレイの中心との距離がさらに近いので、第２ナノグループの集光能が第１ナノグループの集光能より高くなるように、第２ナノグループ及び第１ナノグループがそれぞれ第２集光領域及び第１集光領域に配置されうる。ナノ集光レンズアレイについて図３から詳細に後述する。
【0020】
本発明によるイメージセンサ１０は、ナノ集光レンズアレイの中心と複数の集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の集光能が高くなるように、複数の集光領域それぞれに配置される少なくとも１つのナノ構造物を含むことで、ピクセルアレイＰＡの縁部に行くほど対応する集光領域の集光能が高くなる。これにより、ピクセルアレイＰＡの中心部と縁部に入射される光量が類似しているか、同一であり、ピクセルアレイＰＡから出力されるピクセル信号ＰＸＳに基づいて生成されるイメージの全領域でのイメージ強度が類似してもいる。レンズシェーディングが補正されたピクセル信号ＰＸＳがピクセルアレイＰＡから出力されうる。
【0021】
一方、実施形態によってイメージセンサ１０は、マイクロレンズをさらに含みうる。複数のピクセルＰＸそれぞれの上部、または隣接したピクセルＰＸで構成されるピクセルグループそれぞれの上部に集光のためのマイクロレンズが配置されうる。例示的に、ナノ集光レンズアレイは、マイクロレンズの下部に配置され、ピクセルの上部に配置されうる。
【0022】
複数のピクセルＰＸそれぞれは、集光領域を介して受信された光から特定スペクトル領域の光を感知しうる。例えば、ピクセルアレイＰＡは、レッド(red)スペクトル領域の光を電気信号に変換するレッドピクセル、グリーン(green)スペクトル領域の光を電気信号に変換するためのグリーンピクセル、及びブルー(green)スペクトル領域の光を電気信号に変換するためのブルーピクセルを含みうる。複数のピクセルＰＸそれぞれの上部には、特定スペクトル領域の光を透過させるためのカラーフィルタが配置されうる。しかし、それに制限されるものではなく、ピクセルアレイＰＡは、レッド、グリーン及びブルー以外に他のスペクトル領域の光を電気信号に変換するピクセルを含みうる。
【0023】
一部実施形態において、複数のピクセルＰＸは、マルチレイヤ構造を有する。マルチレイヤ構造のピクセルＰＸは、互いに異なるスペクトル領域の光を電気信号に変換する積層された複数の光電変換素子を含み、複数の光電変換素子から互いに異なる色相に対応する電気信号が生成されうる。すなわち、１つのピクセルＰＸにおいて複数の色に対応する電気信号が出力されうる。
【0024】
ロウドライバ１１０は、ピクセルアレイＰＡを行(row)単位で駆動する。ロウドライバ１１０は、タイミングコントローラ１２０から受信される行制御信号（例えば、アドレス信号）をデコーディングし、デコーディングされた行制御信号に応答してピクセルアレイＰＡを構成する行ラインのうち少なくともいずれか１本の行ラインを選択することができる。例えば、ロウドライバ１１０は、複数の行のうち１本を選択する選択信号を生成しうる。そして、ピクセルアレイＰＡは、ロウドライバ１１０から提供された選択信号によって選択される行(row)からピクセル信号ＰＸＳを出力する。
【0025】
ロウドライバ１１０は、ピクセル信号ＰＸＳを、出力のための制御信号をピクセルアレイＰＡに伝送し、ピクセルＰＸは、制御信号に応答して動作することで、ピクセル信号ＰＸＳを出力することができる。例えば、ロウドライバ１１０は、リードアウト期間にピクセルＰＸがピクセル信号ＰＸＳを出力するように制御する制御信号を生成し、生成した制御信号をピクセルアレイＰＡに提供しうる。
【0026】
リードアウト回路１３０は、複数のピクセルＰＸのうち、ロウドライバ１１０によって選択されたロウのピクセルＰＸからピクセル信号ＰＸＳをリードアウトしうる。この際、ピクセル信号ＰＸＳは、リセット信号またはイメージ信号（またはセンシング信号）を含みうる。リードアウト回路１３０は、複数のカラムラインＣＬを介してピクセルアレイＰＡから受信されるリセット信号及びイメージ信号をランプ信号生成器からのランプ信号に基づいてデジタル信号に変換することで、複数のピクセルＰＸに対応するピクセル値ｐｄｔをロウ(row)単位で生成及び出力することができる。
【0027】
ＡＤＣ回路１３１は、複数のカラムラインＣＬに対応する複数のＡＤＣを含み、複数のＡＤＣそれぞれは、対応するカラムラインＣＬを介して受信されるリセット信号及びイメージ信号をランプ信号とそれぞれ比較し、比較結果に基づいてピクセル値ｐｄｔを生成しうる。例えば、ＡＤＣは、イメージ信号からリセット信号を除去し、ピクセルＰＸで感知された光量を示すピクセル値ｐｄｔを生成しうる。ＡＤＣ回路１３１で生成される複数のピクセル値ｐｄｔは、データバス１３２を介して出力されうる。
【0028】
ＡＤＣ回路１３１は、複数のＣＤＳ回路（図示せず）（Correlated Double Sampling 回路）及び複数のカウンタ回路（図示せず）を含みうる。ＡＤＣ回路１３１は、ピクセルアレイＰＡから入力されるピクセル信号ＰＸＳをデジタル信号であるピクセル値ｐｄｔに変換する。複数のカラムラインＣＬそれぞれを介して受信される各ピクセル信号ＰＸＳは、ＣＤＳ回路及びカウンタ回路によってデジタル信号であるピクセル値ｐｄｔに変換される。
【0029】
ＣＤＳ回路は、カラムラインＣＬを介して受信されるピクセル信号ＰＸＳをランプ信号と比較し、比較結果を出力することができる。ＣＤＳ回路は、ランプ信号のレベルとピクセル信号ＰＸＳのレベルが同一であるとき、第１レベル（例えば、ロジックハイ）から第２レベル（例えば、ロジックロー）に遷移する比較信号を出力することができる。比較信号のレベルが遷移される時点は、ピクセル信号ＰＸＳのレベルによって決定されうる。
【0030】
ＣＤＳ回路は、相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling; CDS)方式によってピクセルＰＸから提供されるピクセル信号ＰＸＳをサンプリング及びホールドし、特定ノイズのレベル（例えば、リセット信号）とイメージ信号によるレベルを二重サンプリングし、その差に該当するレベルに基づいて比較信号を生成しうる。
【0031】
データバス１３２は、ＡＤＣ回路１３１から出力されたピクセル値ｐｄｔを臨時保存した後、出力することができる。データバス１３２は、複数のカラムメモリ、及びカラムデコーダーを含みうる。複数のカラムメモリに保存された複数のピクセル値ｐｄｔは、カラムデコーダーの制御下にイメージセンサ１０内部の信号処理器に出力され、イメージセンサ１０外部のイメージ信号処理器に出力されうる。
【0032】
【0033】
図２を参照すれば、ピクセルアレイＰＡは、一般的なイメージセンサで通常採択されているベイヤーパターン(Bayer Pattern)を示す。１つの単位パターンは、４つの４分領域(Quadrant region)を含み、第１ないし第４四分面がそれぞれ第１グリーンピクセル（Ｇｒ）、ブルーピクセル（Ｂ）、レッドピクセル（Ｒ）、第２グリーンピクセル（Ｇｂ）でもある。そのような単位パターンが第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って２次元的に繰り返し配列される。
【0034】
２×２アレイ状の単位パターン内で一側対角線方向に第１グリーンピクセル（Ｇｒ）、及び第２グリーンピクセル（Ｇｂ）が配置され、他側対角線方向にそれぞれ１個のブルーピクセル（Ｂ）及びレッドピクセル（Ｒ）が配置される。複数の第１グリーンピクセル（Ｇｒ）及び複数のブルーピクセル（Ｂ）が第１方向に沿って交互に配列される第１行と複数のレッドピクセル（Ｒ）及び複数の第２グリーンピクセル（Ｇｂ）が第１方向に沿って交互に配列される第２行が第２方向に反復的に配列される。
【0035】
ピクセルアレイＰＡの配列方式は、ベイヤーパターン以外にも、多様な配列方式が可能である。例えば、マゼンタ(magenta)ピクセル、シアン（cyan)ピクセル、イエロー(Yellow)ピクセル、及び緑色ピクセルが１つの単位パターンを構成するＣＹＧＭ方式の配列も可能である。
【0036】
また、グリーンピクセル、レッドピクセル、ブルーピクセル、及びホワイトピクセルが１つの単位パターンを構成するＲＧＢＷ方式の配列も可能である。また、単位パターンが３×２アレイ状を有してもよい。その他にも、ピクセルアレイＰＡのピクセルは、イメージセンサ１０の用途と特性によって多様な方式によって配列されうる。以下、イメージセンサのピクセルアレイＰＡがベイヤーパターンを有するものを例として挙げたが、動作原理は、ベイヤーパターンではない他の形態の画素配列にも適用されうる。
【0037】
図３は、本開示の例示的な実施形態によるカメラモジュールを概略的に説明するための概念図である。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0038】
図３を参照すれば、一実施形態によるカメラモジュール１は、物体から反射された光を収束して光学像を形成するレンズアセンブリー２０、及びレンズアセンブリー２０によって形成された光学像を電気的な映像信号に変換するイメージセンサ１０を含みうる。カメラモジュール１はまた、イメージセンサ１０とレンズアセンブリー２０との間に配置される赤外線遮断フィルタ、及びイメージセンサ１０から出力された電気信号を映像信号として処理するイメージ信号プロセッサ、イメージ信号プロセッサで形成したイメージを表示するディスプレイパネル、イメージ信号プロセッサで形成したイメージデータを保存するメモリをさらに含みうる。そのようなカメラモジュール１は、例えば、携帯電話、ノート型パソコン、タブレットＰＣのようなモバイル電子装置内に装着されうる。
【0039】
レンズアセンブリー２０は、カメラモジュール１の外部にある被写体の像をイメージセンサ１０に集光することができる。さらに詳細に、イメージセンサ１０のピクセルアレイ上にフォーカシングする役割を行う。図３には、便宜上、１枚のレンズとして簡略に表示されたが、実際レンズアセンブリー２０は、複数のレンズを含みうる。
【0040】
光は、レンズアセンブリー２０を通過した後、ピクセルアレイＰＡ上に収束されうる。レンズアセンブリー２０を通過した光は、ピクセルアレイＰＡの中心に多く収束されうる。ピクセルアレイＰＡの中心から縁部に行くほど、ピクセルに集光される量は少ない。
【0041】
ピクセルに入射する入射光が少なくなると、ピクセルの感度が低下しうる。実施形態によれば、ピクセルアレイＰＡの縁部に位置するピクセルの感度が低下することを防止するか、または最小化するために、イメージセンサ１０にナノ集光レンズアレイＬＡが配置されうる。ナノ集光レンズアレイＬＡは、複数のナノ構造物を含みうる。レンズアセンブリー２０を通過した光は、ピクセルアレイＰＡの中心から縁部に行くほど、ピクセルに集光される量が少ないので、レンズシェーディングを最小化するために、ピクセルアレイＰＡの中心から縁部に行くほど、集光能が高くなるように、ナノ構造物が配置されうる。ピクセルアレイＰＡの縁部でも、ピクセルの感度低下が制限及び／または防止されるようにナノ構造物がナノ集光レンズアレイＬＡに配置されうる。
【0042】
図４は、本開示の例示的な実施形態によるイメージセンサの断面を示す断面図である。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0043】
図４を参照すれば、イメージセンサ１０は、ピクセルアレイＰＡ、ピクセルアレイＰＡ上部に配置されたカラーフィルタＣＦ、及びカラーフィルタＣＦ上部に配置されたスペーサ層ＳＦ、及びスペーサ層ＳＦの上部に配置されるナノ集光レンズアレイＬＡを含みうる。
【0044】
ピクセルアレイＰＡは、複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂを含みうる。例えば、ピクセルアレイＰＡは、ピクセルＰＸａ及びピクセルＰＸｂを含みうる。ピクセルＰＸａ及びピクセルＰＸｂは、ピクセルアレイＰＡで任意のピクセルを示す。例示的に、図４に図示されたように、ピクセルＰＸａ及びピクセルＰＸｂが第１方向（Ｘ方向）に沿って交互に配列されうる。ピクセルＰＸａは、グリーンカラーの光をセンシングし、ピクセルＰＸｂは、レッドカラーの光をセンシングすることができる。図示されていないが、ブルーカラーの光をセンシングするピクセル及びグリーンカラーの光をセンシングするピクセルが第２方向（Ｙ方向）に交互に配列されうる。
【0045】
カラーフィルタＣＦは、特定波長帯域の光のみを透過させ、他の波長帯域の光を吸収または反射する複数のフィルタＧＦ、ＲＦを含みうる。例えば、カラーフィルタＣＦは、ピクセルＰＸａ上に配置されて第１波長帯域の光のみを透過させるグリーンフィルタＧＦ、ピクセルＰＸｂ上に配置されて第１波長帯域と互いに異なる第２波長帯域の光のみを透過させるレッドフィルタＲＦを含みうる。また、図４に図示されていないが、カラーフィルタＣＦは、ブルーカラーの光をセンシングするピクセル上に配置されて第３波長帯域の光のみを透過させるブルーフィルタ及びグリーンカラーの光をセンシングするピクセルの上に配置されて第１波長帯域の光のみを透過させるグリーンフィルタを含みうる。
【0046】
スペーサ層ＳＦは、ナノ集光レンズアレイＬＡとカラーフィルタＣＦとの間に配置されうる。スペーサ層ＳＦは、ナノ集光レンズアレイＬＡとカラーフィルタＣＦとの間隔を一定に保持させる役割を行う。スペーサ層ＳＦは、可視光に対して透明な材料からなることができる。例えば、スペーサ層ＳＦは、ＳｉＯ２、空気、シラノール系ガラス(SOG; siloxane-based spin on glass)のようにナノ集光レンズアレイＬＡのナノ構造物ｎｓの屈折率より低い屈折率を有しつつ、可視光帯域で吸収率が低い誘電体材料からなる。ナノ構造物ｎｓは、ｃ－Ｓｉ、ｐ－Ｓｉ、ａ－Ｓｉ及びＩＩＩ－Ｖ化合物半導体（ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓなど）、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、ＳｉＮ及び／またはそれらの組合わせを含みうる。
【0047】
ナノ集光レンズアレイＬＡは、所定規則によって配列される複数のナノ構造物ｎｓを含みうる。ナノ集光レンズアレイＬＡは、２次元配列された複数の集光領域ＣＡａ、ＣＡｂを含みうる。複数の集光領域ＣＡａ、ＣＡｂそれぞれは、複数のフィルタＧＦ、ＲＦと一対一に対応し、また複数のピクセルＰＸａ、ＰＸｂと一対一に対応する。例えば、集光領域ＣＡａは、グリーンフィルタＧＦに対応し、ピクセルＰＸａに対応する。集光領域ＣＡｂは、レッドフィルタＲＦに対応し、ピクセルＰＸｂに対応する。複数の集光領域ＣＡａ、ＣＡｂそれぞれは、少なくとも１つのナノ構造物ｎｓを含みうる。
【0048】
集光領域ＣＡａ及び集光領域ＣＡｂは、ピクセルアレイＰＡのピクセルのうち対応するピクセルに光を集光させうる。例えば、集光領域ＣＡａは、ピクセルＰＸａに入射光を集光させうる。集光領域ＣＡａのナノ構造物ｎｓは、集光領域ＣＡａ周辺の他の集光領域及び集光領域ＣＡａに入射される光の少なくとも一部をピクセルＰＸａに集光させうる。集光領域ＣＡｂは、ピクセルＰＸｂに入射光を集光させうる。集光領域ＣＡｂのナノ構造物ｎｓは、集光領域ＣＡｂ周辺の他の集光領域及び集光領域ＣＡｂに入射される光の少なくとも一部をピクセルＰＸａに集光させうる。
【0049】
図５は、本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイに対応するナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。図５では、説明の便宜上、ピクセルアレイＰＡ及びナノ集光レンズアレイＬＡのみ図示した。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0050】
図５を参照すれば、ピクセルアレイＰＡは、複数のピクセルＰＸを含みうる。ピクセルアレイＰＡは、第１ピクセルＰＸ１及び第２ピクセルＰＸ２を含みうる。第１ピクセルＰＸ１は、ピクセルアレイＰＡの中心ＰＣと近いピクセルであり、第２ピクセルＰＸ２は、ピクセルアレイＰＡの中心ＰＣとの距離が第１ピクセルＰＸ１より遠いピクセルでもある。
【0051】
ナノ集光レンズアレイＬＡは、複数の集光領域ＣＡを含みうる。複数の集光領域ＣＡそれぞれは、複数のピクセルＰＸそれぞれに対応しうる。ピクセルＰＸに対応する集光領域ＣＡは、ピクセルＰＸに鉛直方向に配置された集光領域ＣＡを意味する。例えば、第１集光領域ＣＡ１は、第１ピクセルＰＸ１に対応し、第２集光領域ＣＡ２は、第２ピクセルＰＸ２に対応しうる。第１集光領域ＣＡ１は、ナノ集光レンズアレイＬＡの中心ＬＣと近い集光領域でもあり、第２集光領域ＣＡ２は、ナノ集光レンズアレイＬＡの中心ＬＣとの距離が第１集光領域ＣＡ１より遠い集光領域でもある。
【0052】
複数の集光領域ＣＡそれぞれは、少なくとも１つのナノ構造物ｎｓを含みうる。複数の集光領域ＣＡそれぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物ｎｓは、ピクセルアレイＰＡで対応するピクセルＰＸに集光させうる。例えば、第１集光領域ＣＡ１に含まれたナノ構造物ｎｓは、第１ピクセルＰＸ１に光を集光させるように第１集光領域ＣＡ１に配置されうる。第２集光領域ＣＡ２に含まれたナノ構造物ｎｓは、第２ピクセルＰＸ２に光を集光させるように第２集光領域ＣＡ２に配置されうる。
【0053】
ナノ構造物ｎｓは、円柱状であると図５に図示されているが、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物ｎｓは、多様な断面形状を有する柱からなりうる。例えば、ナノ構造物ｎｓは、正方形、正方形リング形状または十字状の断面形状を有する柱からなりうる。
【0054】
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイＬＡの中心から集光領域ＣＡまでの距離によって集光領域ＣＡそれぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物ｎｓの集光能が互いに異なるように、集光領域ＣＡそれぞれに少なくとも１つのナノ構造物ｎｓが配置されうる。集光領域ＣＡそれぞれに配置される少なくとも１つのナノ構造物ｎｓの個数、距離、位置、断面積、層数、高さのうち少なくとも１つが互いに異なる。例えば、第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物ｎｓの個数と第２集光領域ＣＡ２に配置されたナノ構造物ｎｓの個数が互いに異なってもいる。
【0055】
図６は、本開示の例示的な実施形態によるピクセルアレイ及びナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。図６では、便宜上、ピクセルアレイＰＡとナノ集光レンズアレイＬＡを平行に図示したが、図５のようにピクセルアレイＰＡとナノ集光レンズアレイＬＡは、鉛直に配置されうる。
【0056】
図６を参照すれば、ピクセルアレイＰＡは、ベイヤーパターンでもある。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、ピクセルアレイＰＡは、多様なパターンでもある。ピクセルアレイＰＡは、第１ピクセルＰＸ１及び第２ピクセルＰＸ２を含みうる。例示的に、第１ピクセルＰＸ１は、レッドピクセルであり、第２ピクセルＰＸ２は、ブルーピクセルでもある。第２ピクセルＰＸ２は、第１ピクセルＰＸ１よりピクセルアレイＰＡの中心ＰＣから遠く離れてもいる。
【0057】
ナノ集光レンズアレイＬＡは、第１集光領域ＣＡ１及び第２集光領域ＣＡ２を含みうる。第１集光領域ＣＡ１は、レッドピクセルである第１ピクセルＰＸ１に対応しうる。第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物は、第１ピクセルＰＸ１にレッドカラーの光を集光するように配置されうる。第２集光領域ＣＡ２は、ブルーピクセルである第２ピクセルＰＸ２に対応しうる。第２集光領域ＣＡ２に配置されたナノ構造物は、第２ピクセルＰＸ２にブルーカラーの光を集光するように配置されうる。
【0058】
レンズアセンブリーを通過した光は、中心ＬＣに向かって収束されうる。レンズアセンブリーを通過した光が入射される量が第１集光領域ＣＡ１で多く、第２集光領域ＣＡ２で少ない。第１集光領域ＣＡ１及び第２集光領域ＣＡ２で集光能が同一または類似してナノ構造物が配置されれば、第１ピクセルＰＸ１に集光される光と、第２ピクセルＰＸ２に集光される光との量に差が生じるので、レンズシェーディングが発生しうる。したがって、レンズシェーディングを防止するために、本開示では、第１ピクセルＰＸ１に集光される光と、第２ピクセルＰＸ２に集光される光との量に差が最小化されるようにナノ構造物が配置されうる。
【0059】
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイＬＡの中心ＬＣと集光領域ＣＡそれぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域ＣＡそれぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の集光能が高くなるように、光領域ＣＡそれぞれに少なくとも１つのナノ構造物が配置されうる。例示的に、中心ＬＣとの距離が遠い集光領域ＣＡに配置されたナノ構造物の集光能は、中心ＬＣとの距離が近い集光領域ＣＡに配置されたナノ構造物の集光能より高い。
【0060】
中心ＬＣと第１集光領域ＣＡ１までの距離は、第１距離ｄ１でもある。中心ＬＣと第１集光領域ＣＡ１までの距離は、中心ＬＣから第１集光領域ＣＡ１の中心までの距離でもある。中心ＬＣと第２集光領域ＣＡ２までの距離は、第２距離ｄ２でもある。中心ＬＣと第２集光領域ＣＡ２までの距離は、中心ＬＣから第２集光領域ＣＡ２の中心までの距離でもある。第２距離ｄ２は、第１距離ｄ１より遠い。
【0061】
第２集光領域ＣＡ２に配置されたナノ構造物の集光能が第１集光領域ＣＡ１より高い。第２集光領域ＣＡ２に第１集光領域ＣＡ１より少ない光が到逹しても、第２集光領域ＣＡ２周辺部の光を共に集光させ、第２ピクセルＰＸ２と第１ピクセルＰＸ１に到逹する光量が同一または類似してもいる。したがって、ピクセルアレイＰＡからレンズシェーディングが補正されたピクセル信号が出力されうる。
【0062】
実施形態によって、中心ＬＣからの距離が同一である集光領域ＣＡは、ナノ構造物の集光能が同一になるように集光領域ＣＡそれぞれに配置されうる。例えば、中心ＬＣと第１集光領域ＣＡ１までの距離は、第１距離ｄ１であり、中心ＬＣと第３集光領域ＣＡ３までの距離は、第１距離ｄ１でもある。第１集光領域ＣＡ１は、レッドカラーの光を集光し、第３集光領域ＣＡ３は、グリーンカラーの光を集光するが、第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物及び第３集光領域ＣＡ３に配置されたナノ構造物の集光能は同一でもある。
【0063】
図７は、本開示の例示的な実施形態によるナノ集光レンズアレイを説明するための図面である。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0064】
ナノ集光レンズアレイＬＡは、第１集光領域ＣＡ１、第２集光領域ＣＡ２、及び第３集光領域ＣＡ３を含みうる。第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物は、第１集光領域ＣＡ１に対応するピクセルに光を集光するように配置されうる。第２集光領域ＣＡ２に配置されたナノ構造物は、第２集光領域ＣＡ２に対応するピクセルに光を集光するように配置されうる。第３集光領域ＣＡ３に配置されたナノ構造物は、第３集光領域ＣＡ３に対応するピクセルに光を集光するように配置されうる。
【0065】
中心ＬＣと第１集光領域ＣＡ１までの距離は、第１距離ｄ１でもある。中心ＬＣと第２集光領域ＣＡ２までの距離は、第２距離ｄ２でもある。第２距離ｄ２は、第１距離ｄ１より遠い。中心ＬＣと第３集光領域ＣＡ３までの距離は、第３距離ｄ３でもある。第３距離ｄ３は、第２距離ｄ２より遠い。
【0066】
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイＬＡの中心ＬＣと集光領域ＣＡそれぞれとの距離が遠くなるほど集光領域ＣＡそれぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の集光能が高くなるように集光領域ＣＡそれぞれに少なくとも１つのナノ構造物が配置されうる。ナノ集光レンズアレイＬＡの中心ＬＣと集光領域ＣＡそれぞれとの距離が遠くなるほど集光領域それぞれが集光する光の半径が広くなる。
【0067】
実施形態によって、集光領域それぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の配置要素が互いに異なってもいる。配置要素は、個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つを意味する。ナノ集光レンズアレイＬＡの中心ＬＣと集光領域ＣＡそれぞれとの距離が遠くなるほど集光能が高くなるように集光領域ＣＡそれぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の配置要素を互いに異ならせてもよい。
【0068】
図７において点線で表示された円は、各集光領域が集光する光の半径を示しうる。第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物の集光能は、第１集光能でもある。第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物は、半径ａ領域の光を第１集光領域ＣＡ１に対応するピクセルに集光させる。第１集光領域ＣＡ１は、中心ＬＣと近く、多量の光が入射されるので、広い半径の光を集光させない。
【0069】
第２集光領域ＣＡ２に配置されたナノ構造物の第２集光能が第１集光領域ＣＡ１より高い。第２集光領域ＣＡ２に配置されたナノ構造物は、半径ｂ領域の光を第２集光領域ＣＡ２に対応するピクセルに集光させうる。半径ｂは半径ａより長く、第２集光領域ＣＡ２のナノ構造物が集光する光の半径は、第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物が集光する光の半径より広い。第２集光領域ＣＡ２が集光する光量は、第１集光領域ＣＡ１が集光する光量と類似または同一でもある。
【0070】
第２集光能が第１集光能より高くなるように、第２集光領域ＣＡ２に少なくとも１つのナノ構造物が配置されうる。第２集光領域ＣＡ２に配置される少なくとも１つのナノ構造物の個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つが第１集光領域ＣＡ１に配置される少なくとも１つのナノ構造物と互いに異なるように配置されうる。第２集光領域ＣＡ２に配置されるナノ構造物は、第２集光領域ＣＡ２及び第２集光領域ＣＡ２の周辺の光を集めて対応するピクセルに集光させることにより、対応するピクセルが受信する光量を増加させうる。
【0071】
第３集光領域ＣＡ３に配置されたナノ構造物の第３集光能が第２集光領域ＣＡ２より高い。第３集光領域ＣＡ３に配置されたナノ構造物は、半径ｃ領域の光を第３集光領域ＣＡ３に対応するピクセルに集光させうる。半径ｃは、半径ｂより長く、第３集光領域ＣＡ３のナノ構造物が集光する光の半径は、第２集光領域ＣＡ２に配置されたナノ構造物が集光する光の半径より広い。
【0072】
第３集光能が第２集光能より高くなるように第３集光領域ＣＡ３に少なくとも１つのナノ構造物が配置されうる。第３集光領域ＣＡ３に配置される少なくとも１つのナノ構造物の個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つが第２集光領域ＣＡ２に配置される少なくとも１つのナノ構造物と互いに異なるように配置されうる。第３集光領域ＣＡ３に配置されるナノ構造物は、第３集光領域ＣＡ３及び第３集光領域ＣＡ３の周辺の光を集めて対応するピクセルに集光させることにより、対応するピクセルが受信する光量を増加させうる。第３集光領域ＣＡ３が集光する光量は、第２集光領域ＣＡ２が集光する光量と類似または同一でもある。
【0073】
マイクロレンズアレイの代わりに、中心ＬＣから複数の集光領域それぞれの距離が遠くなるほど複数の集光領域それぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の集光能が高くなるように、少なくとも１つのナノ構造物が配置されるナノ集光レンズアレイＬＡが使用されることで、イメージセンサで中央部に位置するピクセルと周辺部に位置するピクセルが受け入れる光量に差が最小化されうる。これにより、イメージの縁部と周辺部のイメージ強度が類似しており、レンズシェーディング現象が最小化されうる。
【0074】
図８は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0075】
中心ＬＣと第１集光領域ＣＡ１までの距離は、第１距離ｄ１でもある。中心ＬＣと第２集光領域ＣＡ２までの距離は、第２距離ｄ２でもある。第２距離ｄ２は、第１距離ｄ１より遠い。第１集光領域ＣＡ１は、ナノ構造物ｎｓを含み、第１集光領域ＣＡ１に配置されるナノ構造物ｎｓの集合は、第１ナノグループｎｇ１でもある。第２集光領域ＣＡ２は、ナノ構造物ｎｓを含み、第２集光領域ＣＡ２に配置されるナノ構造物ｎｓの集合は、第２ナノグループｎｇ２でもある。
【0076】
ナノ集光レンズアレイＬＡの中心ＬＣと集光領域ＣＡそれぞれとの距離が遠くなるほど集光領域ＣＡそれぞれに含まれた少なくとも１つのナノ構造物の集光能が高くなるように、集光領域ＣＡそれぞれに少なくとも１つのナノ構造物が配置されうる。第２ナノグループｎｇ２の集光能力が第１ナノグループｎｇ１の集光能より高くなるように、ナノ構造物ｎｓが第２集光領域ＣＡ２及び第１集光領域ＣＡ１それぞれに配置されうる。
【0077】
第１ナノグループｎｇに含まれたナノ構造物ｎｓ及び第２ナノグループｎｇに含まれたナノ構造物ｎｓの個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つが互いに異なってもいる。ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物ｎｓの個数が互いに異なってもいる。
【0078】
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれの少なくとも１つのナノ構造物ｎｓの個数が増加しうる。第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓの個数は、第１集光領域ＣＡ１に含まれるナノ構造物ｎｓの個数より多い。第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓの個数が第１集光領域ＣＡ１に含まれるナノ構造物ｎｓの個数より多いので、第２集光領域ＣＡ２の集光能が第１集光領域ＣＡ１の集光能より高い。第２集光領域ＣＡ２のナノ構造物ｎｓが集光する光の半径は、第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物ｎｓが集光する光の半径より広い。
【0079】
例示的に、第１集光領域ＣＡ１には、５個のナノ構造物ｎｓが配置され、第２集光領域ＣＡ２には、９個のナノ構造物ｎｓが配置されうる。第２ナノグループｎｇ２に含まれるナノ構造物ｎｓの個数が多いので、第２ナノグループｎｇ２の集光能は、第１ナノグループｎｇ１の集光能より高い。但し、上述したナノ構造物ｎｓの個数は、例示に該当し、必ずしもそれに制限されるものではない。
【0080】
図９Ａは、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の距離が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。図９Ｂは、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の距離が互いに異なる実施形態を説明するための断面図である。図９Ａは、ナノ集光レンズアレイでの集光領域を示し、図９Ｂは、図９Ａの第１集光領域ＣＡ１から第２集光領域ＣＡ２に向かう方向に沿って見た断面図を示す。上述した内容と重複する内容は省略する。以下、図９Ａ及び図９Ｂを共に参照する。
【0081】
第１ナノグループｎｇに含まれたナノ構造物ｎｓ及び第２ナノグループｎｇに含まれたナノ構造物ｎｓの個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つが互いに異なってもいる。ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物ｎｓの距離が互いに異なってもいる。
【0082】
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと、集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれの少なくとも１つのナノ構造物との距離が減少しうる。ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれに配置されるナノ構造物ｎｓの密度が高い。
【0083】
第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓ間の距離は、第１集光領域ＣＡ１に含まれるナノ構造物ｎｓ間の距離より短い。例示的に、第１ナノグループｎｇ１に含まれた第１ナノ構造物ｎｓ１及び第２ナノ構造物ｎｓ２間の距離は、第１間隔ｄａでもある。第２ナノグループｎｇ２に含まれた第３ナノ構造物ｎｓ３及び第４ナノ構造物ｎｓ４間の距離は、第２間隔ｄｂでもある。第１間隔ｄａは、第２間隔ｄｂより長い
【0084】
第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓ間の距離が第１集光領域ＣＡ１に含まれるナノ構造物ｎｓ間の距離より短いので、第１ナノグループｎｇ１より第２ナノグループｎｇ２にナノ構造物ｎｓが稠密に配置され、第２集光領域ＣＡ２の集光能が第１集光領域ＣＡ１の集光能より高い。第２集光領域ＣＡ２のナノ構造物ｎｓが集光する光の半径は、第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物ｎｓが集光する光の半径より広い。
【0085】
図１０は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の位置が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0086】
第１ナノグループｎｇに含まれたナノ構造物ｎｓ及び第２ナノグループｎｇに含まれたナノ構造物ｎｓの個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つが互いに異なってもいる。ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物ｎｓの位置が互いに異なってもいる。
【0087】
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれに配置される少なくとも１つのナノ構造物の位置が中心ＬＣに向かう方向にさらにシフトされうる。ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、ナノ集光レンズアレイの中心に入射される光をさらに集光するために、少なくとも１つのナノ構造物の位置が中心ＬＣに向かう方向にさらにシフトされうる。第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓは、第１集光領域ＣＡ１に含まれるナノ構造物ｎｓに比べて、中心ＬＣに対して相対的にシフトされている。
【0088】
第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓが中心ＬＣに向かう方向にシフトされうる。例示的に、第１集光領域ＣＡ１に含まれるナノ構造物ｎｓは、中心ＬＣに向かう方向にシフトされず、第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓは中心ＬＣに向かう方向にシフトされうる。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、第１集光領域ＣＡ１に含まれるナノ構造物ｎｓが中心ＬＣに向かう方向にシフトされる程度は、第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓが中心ＬＣに向かう方向にシフトされる程度より小さい。第２集光領域ＣＡ２のナノ構造物ｎｓが集光する光の半径は、第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物ｎｓが集光する光の半径より広い。第２ナノグループｎｇ２が集光する光の半径は、第１ナノグループｎｇ１が集光する光の半径より広い。
【0089】
図１１は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の断面積が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0090】
ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物ｎｓの断面積が互いに異なってもいる。一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれに配置される少なくとも１つのナノ構造物の断面積の平均値が高くなる。ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域に断面積が広いナノ構造物ｎｓが配置されうる。第２集光領域ＣＡ２に断面積が広いナノ構造物ｎｓがさらに多く含まれるので、第２集光領域ＣＡ２の集光能が第１集光領域ＣＡ１の集光能より高い。
【0091】
第２集光領域ＣＡ２に配置されるナノ構造物ｎｓの断面積の平均値は、第１集光領域ＣＡ１に配置されるナノ構造物ｎｓの断面積の平均値より高い。例示的に、第２集光領域ＣＡ２及び第１集光領域ＣＡ１には、それぞれ９個のナノ構造物が配置されうる。第１集光領域ＣＡ１には９個の第１ナノ構造物ｎｓ１が配置され、第２集光領域ＣＡ２には４個の第１ナノ構造物ｎｓ１及び第１ナノ構造物ｎｓ１より断面積が広い５個の第２ナノ構造物ｎｓ２が配置されうる。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物が配置される個数及び断面積は、多様である。
【0092】
図１２は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の層数が互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0093】
ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物ｎｓの層数が互いに異なってもいる。一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれに配置される少なくとも１つのナノ構造物ｎｓにおいて、複数の層で構成されたナノ構造物ｎｓの層数が増加する。ナノ構造物ｎｓが複数の層で構成されれば、屈折率が高くなり、集光能が高くなる。第２集光領域ＣＡ２に複数の層で構成されたナノ構造物ｎｓがさらに多く含まれるので、第２集光領域ＣＡ２の集光能が第１集光領域ＣＡ１の集光能より高い。
【0094】
第２集光領域ＣＡ２に配置されるナノ構造物ｎｓのうち、複数の層で構成されたナノ構造物ｎｓの層数は、第１集光領域ＣＡ１に配置されるナノ構造物ｎｓのうち、複数の層で構成されたナノ構造物ｎｓの層数より多い。例示的に、第１集光領域ＣＡ１で５個のナノ構造物ｎｓのうち、２層からなるナノ構造物ｎｓは、１個でもある。第２集光領域ＣＡ２で５個のナノ構造物ｎｓのうち、２層からなるナノ構造物ｎｓは、５個でもある。但し、それは一例示に過ぎず、必ずしもそれに制限されるものではない。また、図１２には、２層の層で構成されるナノ構造物ｎｓを図示したが、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物の層数は、２以上でもある。
【0095】
図１３Ａは、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の高さが互いに異なる実施形態を説明するための平面図である。図１３Ｂは、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の高さが互いに異なる実施形態を説明するための断面図である。図１３Ａは、ナノ集光レンズアレイでの集光領域を示し、図１３Ｂは、図１３Ａの第１集光領域ＣＡ１で第２集光領域ＣＡ２に向かう方向に沿って見た断面図を示す。上述した内容と重複する内容は省略する。以下、図１３Ａ及び図１３Ｂを共に参照する。
【0096】
ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離によって集光領域それぞれに含まれるナノ構造物ｎｓの断面積が互いに異なってもいる。一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域それぞれに配置される少なくとも１つのナノ構造物の高さの平均値が高くなる。ナノ集光レンズアレイの中心ＬＣと集光領域それぞれとの距離が遠くなるほど、集光領域に長さが長いナノ構造物ｎｓが配置されうる。第２集光領域ＣＡ２に高いナノ構造物ｎｓがさらに多く含まれるので、第２集光領域ＣＡ２の集光能が第１集光領域ＣＡ１の集光能力より高い。
【0097】
第２集光領域ＣＡ２に配置されるナノ構造物ｎｓの高さの平均値は、第１集光領域ＣＡ１に配置されるナノ構造物ｎｓの高さの平均値より高い。例示的に、第２集光領域ＣＡ２及び第１集光領域ＣＡ１には、それぞれ５個のナノ構造物ｎｓが配置されうる。第１集光領域ＣＡ１には、４個の第１ナノ構造物ｎｓ１及び第１ナノ構造物ｎｓ１より高い１個の第２ナノ構造物ｎｓ２が配置されうる。第２集光領域ＣＡ２には、２個の第１ナノ構造物ｎｓ１及び３個の第２ナノ構造物ｎｓ２が配置されうる。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物ｎｓが配置される個数及びナノ構造物ｎｓの高さは、多様である。
【0098】
図１４は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数、距離、及び断面積が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0099】
第１集光領域ＣＡ１に配置されるナノ構造物ｎｓ及び第２集光領域ＣＡ２に配置されるナノ構造物ｎｓの個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つが互いに異なってもいる。一実施形態において、第１集光領域ＣＡ１に配置されるナノ構造物ｎｓの個数、距離、及び断面積は、第２集光領域ＣＡ２に配置されるナノ構造物ｎｓの個数、距離及び断面積と互いに異なってもいる。
【0100】
第２ナノグループｎｇ２の集光能が第１ナノグループｎｇ１の集光能より高くなるように、ナノ構造物ｎｓが第２集光領域ＣＡ２及び第１集光領域ＣＡ１それぞれに配置されうる。第２ナノグループｎｇ２の少なくとも１つのナノ構造物ｎｓの個数は、第１ナノグループｎｇ１の少なくとも１つのナノ構造物ｎｓの個数より多い。例えば、第１集光領域ＣＡ１には、５個のナノ構造物ｎｓが配置され、第２集光領域ＣＡ２には、１７個のナノ構造物ｎｓが配置されうる。但し、上述したナノ構造物ｎｓの個数は、例示に該当し、必ずしもそれに制限されるものではない。
【0101】
第２ナノグループｎｇ２の少なくとも１つのナノ構造物ｎｓ間の距離は、第１ナノグループｎｇ１の少なくとも１つのナノ構造物ｎｓ間の距離よりさらに近い。例示的に、第２ナノグループｎｇ２に含まれたナノ構造物ｎｓ間の間隔は、第１ナノグループｎｇ１に含まれたナノ構造物ｎｓ間の間隔より狭く、第２ナノグループｎｇ２に含まれたナノ構造体ｎｓは、第１ナノグループｎｇ１に含まれたナノ構造体ｎｓより稠密に配列されうる。
【0102】
第２ナノグループｎｇ２に含まれたナノ構造物ｎｓの断面積の平均値は、第１ナノグループｎｇ１に含まれたナノ構造物ｎｓの断面積の平均値より高い。例示的に、第１集光領域ＣＡ１には相対的に断面積が広いナノ構造物ｎｓが１個配置され、相対的に断面積が狭いナノ構造物ｎｓが４個配置されうる。第２集光領域ＣＡ２には相対的に断面積が広いナノ構造物ｎｓが９個配置され、相対的に断面積が狭いナノ構造物ｎｓが８個配置されうる。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物が配置される個数及び断面積は、多様なことがある
【0103】
第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓの個数が第１集光領域ＣＡ１に含まれるナノ構造物ｎｓの個数より多く、第２ナノグループｎｇ２の少なくとも１つのナノ構造物ｎｓ間の距離は、第１ナノグループｎｇ１の少なくとも１つのナノ構造物ｎｓ間の距離よりさらに近く、第２ナノグループｎｇ２に含まれたナノ構造物ｎｓの断面積の平均値は、第１ナノグループｎｇ１に含まれたナノ構造物ｎｓの断面積の平均値より高いので、第２ナノグループｎｇ２の集光能は、第１ナノグループｎｇ１の集光能より高い。第２集光領域ＣＡ２の集光能が第１集光領域ＣＡ１の集光能より高い。第２集光領域ＣＡ２のナノ構造物ｎｓが集光する光の半径は、第１集光領域ＣＡ１に配置されたナノ構造物ｎｓが集光する光の半径より広い。
【0104】
図１５は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数及び高さが互いに異なる実施形態を説明するための図面である。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0105】
図１５を参照すれば、第１集光領域ＣＡ１に配置されるナノ構造物ｎｓの個数及び高さは、第２集光領域ＣＡ２に配置されるナノ構造物ｎｓの個数及び高さと互いに異なってもいる。
【0106】
第２ナノグループｎｇ２の集光能が第１ナノグループｎｇ１の集光能より高くなるように、ナノ構造物ｎｓが第２集光領域ＣＡ２及び第１集光領域ＣＡ１それぞれに配置されうる。第２ナノグループｎｇ２の少なくとも１つのナノ構造物ｎｓの個数は、第１ナノグループｎｇ１の少なくとも１つのナノ構造物ｎｓの個数より多い。例えば、第１集光領域ＣＡ１には、５個のナノ構造物ｎｓが配置され、第２集光領域ＣＡ２には、９個のナノ構造物ｎｓが配置されうる。但し、上述したナノ構造物ｎｓの個数は、例示に該当し、必ずしもそれに制限されるものではない。
【0107】
第２ナノグループｎｇ２に含まれたナノ構造物ｎｓ高さの平均値は、第１ナノグループｎｇ１に含まれたナノ構造物ｎｓ高さの平均値より高い。例示的に、第１集光領域ＣＡ１には、相対的に高さの高いナノ構造物ｎｓが１個配置され、相対的に高さの低いナノ構造物ｎｓが４個配置されうる。第２集光領域ＣＡ２には、相対的に高さの高いナノ構造物ｎｓが５個配置され、相対的に高さの低いナノ構造物ｎｓが４個配置されうる。但し、必ずしもそれに制限されるものではなく、ナノ構造物が配置される個数及び高さは、多様である。
【0108】
第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓの個数が第１集光領域ＣＡ１に含まれるナノ構造物ｎｓの個数より多く、第２ナノグループｎｇ２に含まれたナノ構造物ｎｓの高さの平均値は、第１ナノグループｎｇ１に含まれたナノ構造物ｎｓの高さの平均値より高いので、第２集光領域ＣＡ２の集光能力が第１集光領域ＣＡ１の集光能力より高い。
【0109】
図１６は、本開示の例示的な実施形態によるナノ構造物の個数及び位置が互いに異なる実施形態を説明するための図面である。上述した内容と重複する内容は省略する。
【0110】
図１６を参照すれば、第１集光領域ＣＡ１に配置されるナノ構造物ｎｓの個数及び位置は、第２集光領域ＣＡ２に配置されるナノ構造物ｎｓの個数及び位置と互いに異なってもいる。
【0111】
第２ナノグループｎｇ２の少なくとも１つのナノ構造物ｎｓの個数は、第１ナノグループｎｇ１の少なくとも１つのナノ構造物ｎｓの個数より多い。例えば、第１集光領域ＣＡ１には５個のナノ構造物ｎｓが配置され、第２集光領域ＣＡ２には９個のナノ構造物ｎｓが配置されうる。但し、上述したナノ構造物ｎｓの個数は、例示に該当し、必ずしもそれに制限されるものではない。
【0112】
第１集光領域ＣＡ１で第１ナノグループｎｇ１に含まれたナノ構造物ｎｓの位置より、第２集光領域ＣＡ２で第２ナノグループｎｇ２に含まれたナノ構造物ｎｓの位置は中心ＬＣに向かう方向にさらにシフトされうる。
【0113】
第２集光領域ＣＡ２に含まれるナノ構造物ｎｓの個数が第１集光領域ＣＡ１に含まれるナノ構造物ｎｓの個数より多く、第２ナノグループｎｇ２に含まれたナノ構造物ｎｓの位置が第１ナノグループｎｇ１に含まれたナノ構造物ｎｓの位置より中心ＬＣに向かう方向にさらにシフトされるので、第２集光領域ＣＡ２の集光能力が第１集光領域ＣＡ１の集光能力より高い。
【0114】
【0115】
図１７を参照すれば、イメージセンサ１０は信号処理器１４０をさらに含みうる。信号処理器１４０は、リードアウト回路１３０からピクセル値ｐｄｔを受信することができる。信号処理器１４０は、ピクセル値ｐｄｔに対してイメージ処理動作を遂行することができる。例えば、信号処理器１４０は、ピクセル値ｐｄｔに対してノイズ低減処理、ゲイン調整、波形定形化処理、補間処理、ホワイトバランス処理、ガンマ処理、エッジ強調処理、ビニングなどを遂行することができる。
【0116】
一実施形態において、信号処理器１４０は、ピクセル値ｐｄｔに対して画質を向上させるためのイメージ処理動作を遂行することができる。例えば、信号処理器１４０は、微細レンズシェーディング補正動作、ラジアルエッジ強化(Radial Edge Enhacement)補正動作、及びチャネル差(channel difference)補正動作などを遂行することができる。イメージ処理動作が遂行されたピクセル値ｐｄｔが信号処理器１４０から出力されうる。イメージ処理動作が遂行されたピクセル値ｐｄｔは、イメージセンサ１０外部のプロセッサ（例えば、イメージセンサ１０が搭載される電子装置のメインプロセッサ、アプリケーションプロセッサ、またはグラフィックプロセッサなど）に提供されうる。
【0117】
図１８は、本開示の例示的実施形態による電子装置を示すブロック図である。例えば、電子装置１０００は携帯用端末機でもある。
【0118】
図１８を参照すれば、本開示の例示的実施形態による電子装置１０００は、アプリケーションプロセッサ１２００、イメージセンサ１１００、ディスプレイ装置１３００、メモリ１４００、ストレ－ジ１５００、ユーザインターフェース１６００及び無線送受信部１７００を含みうる。図１ないし図１７で敍述された本開示の例示的実施形態によるイメージセンサに係わる説明及びイメージセンサの動作方法がイメージセンサ１１００に適用されうる。
【0119】
イメージセンサ１１００は、複数のピクセルを含むピクセルアレイ、複数のピクセルそれぞれに対応する複数の集光領域を含むナノ集光レンズアレイを含みうる。複数の集光領域それぞれは、対応するピクセルに光を集光させる少なくとも１つのナノ構造物を含みうる。ナノ集光レンズアレイの中心から複数の集光領域それぞれまでの距離によって複数の集光領域それぞれに含まれたナノ構造物の集光能が互いに異なるように複数の集光領域それぞれにナノ構造物が配置されうる。
【0120】
一実施形態において、ナノ集光レンズアレイの中心と複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど複数の集光領域それぞれに含まれたナノ構造物の集光能が高くなるように複数の集光領域それぞれにナノ構造物が配置されうる。ナノ集光レンズアレイの中心と複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、ナノ構造物の個数、距離、位置、断面積、層数、及び高さのうち少なくとも１つが互いに異なるように複数の集光領域それぞれに配置されうる。ナノ集光レンズアレイの中心と複数の集光領域それぞれとの間が遠くなるほど、複数の集光領域それぞれに含まれたナノ構造物の集光能が高くなるように、複数の集光領域それぞれにナノ構造物が配置されるので、ピクセルアレイの縁部に入射する光量が増加しうる。ピクセルアレイの中心部と縁部に入射する光量の差が少なくなる。これにより、ピクセルアレイからレンズシェーディング現象が補正されたピクセル信号が出力されうる。
【0121】
アプリケーションプロセッサ１２００は、電子装置１０００の全般的な動作を制御し、応用プログラム、運営体制（ＯＳ）などを駆動するシステムオンチップ（ＳｏＣ）として提供されうる。
【0122】
アプリケーションプロセッサ１２００は、イメージセンサ１１００から出力データを受信することができる。
【0123】
イメージセンサ１１００は、受信される光信号に基づいてイメージデータ、例えば、イメージデータを生成してイメージデータをアプリケーションプロセッサ１２００に提供しうる。イメージデータは、ピクセル値と指称されうる。イメージセンサ１１００は、レンズシェーディング現象が減少したイメージデータを生成しうる。
【0124】
メモリ１４００は、ＤＲＡＭ、ＳＲＭＡなどの揮発性メモリまたはＦｅＲＡＭ、ＲＲＡＭＰＲＡＭなどの不揮発性の抵抗性メモリとして具現されうる。メモリ１４００は、アプリケーションプロセッサ１２００が処理または実行するプログラム及び／またはデータを保存することができる。
【0125】
ストレ－ジ１５００は、ＮＡＮＤフラッシュ、抵抗性メモリなどの不揮発性メモリ装置として具現され、例えば、ストレ－ジ１５００は、メモリカード（ＭＭＣ、ｅＭＭＣ、ＳＤ、ｍｉｃｒｏ ＳＤ）として提供されうる。ストレ－ジ１５００は、イメージセンサ１１００のイメージ処理動作を制御する実行アルゴリズムに係わるデータ及び／またはプログラムを保存し、イメージ処理動作が遂行されるとき、データ及び／またはプログラムがメモリ１４００にローディングされうる。実施形態において、ストレ－ジ１５００は、イメージセンサ１１００で生成される出力イメージデータ、例えば、補正イメージデータまたは後処理されたイメージデータを保存することができる。
【0126】
ユーザインターフェース１６００は、キーボード、カーテンキーパネル、タッチパネル、指紋センサ、マイクなどユーザ入力を受信することができる多様な装置として具現されうる。ユーザインターフェース１６００は、ユーザ入力を受信し、受信されたユーザ入力に対応する信号をアプリケーションプロセッサ１２００に提供しうる。
【0127】
無線送受信部１７００は、トランシーバ１７２０、モデム１１７０及びアンテナ１７３０を含みうる。
【0128】
以上、図面と明細書において例示的な実施形態が開示された。本明細書において特定の用語を使用して実施形態が説明されたが、これは、単に本開示の技術的思想を説明するための目的で使用されたものであって、意味限定や特許請求の範囲に記載された本開示の範囲を制限するために使用されたものではない。したがって、当該技術分野の通常の知識を有する者であれば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。したがって、本開示の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【符号の説明】
【0129】
１０ イメージセンサ
１１０ ロウドライバ
１２０ タイミングコントローラ
１３０ リードアウト回路
１３１ アナログ－デジタル変換回路
１３２ データバス
ＰＡ ピクセルアレイ
ＲＬ ロウライン
ＣＬ カラムライン
ＬＡ ナノ集光レンズアレイ
ＰＸ ピクセル
ＰＸ１ 第１ピクセル
ＰＸ２ 第２ピクセル
ＣＡ 集光領域
ＣＡ１ 第１集光領域
ＣＡ２ 第２集光領域
１１０ ロウドライバ
１２０ タイミングコントローラ
１３０ リードアウト回路
１３１ アナログ－デジタル変換回路
１３２ データバス
ＰＡ ピクセルアレイ
ＲＬ ロウライン
ＣＬ カラムライン
ＬＡ ナノ集光レンズアレイ
ＰＸ ピクセル
ＰＸ１ 第１ピクセル
ＰＸ２ 第２ピクセル
ＣＡ 集光領域
ＣＡ１ 第１集光領域
ＣＡ２ 第２集光領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】