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CN114447009A - 包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置 - Google Patents

包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置 Download PDF

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CN114447009A
CN114447009A CN202111244057.2A CN202111244057A CN114447009A CN 114447009 A CN114447009 A CN 114447009A CN 202111244057 A CN202111244057 A CN 202111244057A CN 114447009 A CN114447009 A CN 114447009A
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wavelength
light
region
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尹鉐皓
卢淑英
李相润
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

提供了一种包括分色透镜阵列的图像传感器。所述图像传感器包括：传感器基板，包括被配置为感测第一波长光的第一像素和被配置为感测第二波长光的第二像素；以及分色透镜阵列，包括第一波长光会聚区域，所述第一波长光会聚区域中的第一波长光会聚到所述第一像素上，其中，所述第一波长光会聚区域的面积大于所述第一像素的面积，并且所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离小于所述第一波长光会聚区域对于所述第一波长光的焦距。

Description

包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子 装置
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2020年10月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0143876和于2021年6月25日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0083123的优先权，所述申请的全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置，其中所述分色透镜阵列能够根据入射光的波长分别聚焦入射光。
背景技术
图像传感器通常通过使用滤色器来感测入射光的颜色。然而，因为滤色器吸收除了该滤色器的对应颜色的光以外的颜色的光，所以滤色器可能具有低的光利用效率。例如，当使用RGB滤色器时，只有1/3的入射光被透射，而另外(即2/3)的入射光被吸收。因此，光利用效率仅为约33％。因此，在彩色显示装置或彩色图像传感器中，大部分光损失发生在滤色器中。
发明内容
提供了通过使用分色透镜阵列具有改进的光利用效率的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置，所述分色透镜阵列能够根据入射光的波长分别聚焦入射光。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过实践本公开所呈现的实施例而获知。
根据一个实施例，一种图像传感器，包括：传感器基板，包括被配置为感测第一波长光的第一像素和被配置为感测第二波长光的第二像素；以及分色透镜阵列，设置在所述传感器基板上并且包括第一波长光会聚区域，所述第一波长光会聚区域中的来自入射光的所述第一波长光会聚到所述第一像素上，其中，所述第一波长光会聚区域的面积大于所述第一像素的面积，并且所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离小于根据所述第一波长光会聚区域的所述第一波长光的焦距。
根据另一个实施例，一种图像传感器，包括：传感器基板，包括被配置为感测第一波长光的第一像素和被配置为感测第二波长光的第二像素；以及分色透镜阵列，设置在所述传感器基板上并且包括第一波长光会聚区域，所述第一波长光会聚区域中的来自入射光的所述第一波长光会聚到所述第一像素上，所述第一波长光会聚区域具有比所述第一像素的面积大的面积，其中，所述传感器基板的像素间距是约0.9μm至约1.3μm，并且所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述传感器基板的所述像素间距的约110％至约180％。
根据另一个实施例，一种图像传感器，包括：传感器基板，包括被配置为感测第一波长光的第一像素和被配置为感测第二波长光的第二像素；以及分色透镜阵列，设置在所述传感器基板上并且包括第一波长光会聚区域，所述第一波长光会聚区域中的来自入射光的所述第一波长光会聚到所述第一像素上，所述第一波长光会聚区域具有比所述第一像素的面积大的面积，其中，所述传感器基板的像素间距是约0.5μm至约0.9μm，并且所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述传感器基板的所述像素间距的约70％至约120％。
根据一个实施例，一种电子装置，包括：图像传感器，被配置为将光学图像转换为电信号；以及处理器，被配置为控制所述图像传感器的操作并且被配置为存储和输出由所述图像传感器生成的信号，其中，所述图像传感器包括：传感器基板，包括被配置为感测第一波长光的第一像素和被配置为感测第二波长光的第二像素；以及分色透镜阵列，设置在所述传感器基板上并且包括第一波长光会聚区域，所述第一波长光会聚区域中的来自入射光的所述第一波长光会聚到所述第一像素上，所述第一波长光会聚区域的面积大于所述第一像素的面积，并且所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离小于根据所述第一波长光会聚区域的所述第一波长光的焦距。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的一些实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
图1是根据实施例的图像传感器的框图；
图2A至图2C是示出图像传感器的像素阵列中的各种像素布置的示例的图；
图3A和图3B是示出根据实施例的分色透镜阵列的结构和作用的概念图；
图4A和图4B是从不同方向观察的根据实施例的图像传感器中的像素阵列的截面图；
图5A是示出根据实施例的像素阵列中的像素布置的平面图，图5B是示出根据实施例的在分色透镜阵列的多个区域中布置多个纳米柱的示例的平面图，并且图5C是示出图5B中的一部分的放大图的平面图；
图6A是示出沿图5B的线I-I′穿过分色透镜阵列的绿色光和蓝色光的相位分布的图，图6B是示出穿过图5B的分色透镜阵列的绿色光在像素对应区域的中心处的相位的图，并且图6C是示出穿过图5B的分色透镜阵列的蓝色光在像素对应区域的中心处的相位的图；
图6D是示出入射在根据实施例的第一绿色光会聚区域上的绿色光的行进方向的示例的图，并且图6E是示出根据实施例的第一绿色光会聚区域的阵列的示例的图；
图6F是示出入射在根据实施例的蓝色光会聚区域上的蓝色光的行进方向的示例的图，并且图6G是示出根据实施例的蓝色光会聚区域的阵列的示例的图；
图7A至图7F是用于描述间隔层的厚度与光会聚的区域之间的关系的图；
图8A是示出沿图5B的线II-II′穿过分色透镜阵列的红色光和绿色光的相位分布的图，图8B是示出穿过图5B的分色透镜阵列的红色光在像素对应区域的中心处的相位的图，并且图8C是示出穿过图5B的分色透镜阵列的绿色光在像素对应区域的中心处的相位的图；
图8D是示出入射在根据实施例的红色光会聚区域上的红色光的行进方向的示例的图，并且图8E是示出根据实施例的红色光会聚区域的阵列的示例的图；
图8F是示出入射在根据实施例的第二绿色光会聚区域上的绿色光的行进方向的示例的图，并且图8G是示出根据实施例的第二绿色光会聚区域的阵列的示例的图；
图9是根据一个或多个实施例的包括图像传感器的电子装置的框图；
图10是图9中的相机模块的框图；以及
图11至图20是示出应用根据一个或多个实施例的图像传感器的电子装置的各种示例的图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，在附图中示出实施例的示例，其中，在全部附图中用类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，本实施例可以具有不同的形式，并且不应当被解释为受限于本文中阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项中的任一项和一项或多项的所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述当在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
在下文中，将参考附图详细描述包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置。本公开的实施例能够进行各种修改，并且可以以许多不同的形式来体现。在附图中，相似的附图标记表示相似的组件，并且为了便于说明，附图中组件的尺寸可能被放大。
当层、膜、区域或板被称为在另一元件“上”时，其可以直接置于另一层或基板的上方/下方/左侧/右侧，或者也可以存在中间层。
应理解，尽管术语“第一”和“第二”等可以在本文中用于描述各个组件，这些组件不应受这些术语限制。这些组件仅用来将组件彼此区分。这些术语不将组件的材料或结构限制为彼此不同。
单数形式的表述涵盖复数表述，除非在上下文中具有明确的不同意义。还将理解的是，当将一部分引用为“包括”另一组件时，该部分可以不排除另一组件，而是还可以包括另一组件，除非上下文另外说明。
此外，本文提供的诸如“单元”、“模块”等之类的术语指示执行至少一种功能或操作并且可以通过硬件、软件或硬件和软件的组合实现的单元。
术语“上述”和类似指示术语的使用可以与单数形式和复数形式两者相对应。
此外，可以按照任何合适的顺序执行本文中描述的所有方法的步骤，除非本文另外指出或者上下文另外明确地相反指示。此外，所有示例性术语(例如等)的使用仅用于详细描述技术思想，并且权利范围不受这些术语的限制，除非上下文由权利要求所限制。
除非另外说明，否则本文公开的每个范围将被理解为包括并且公开了所述范围之中的每个离散点和所述范围之中的所有可能的子范围。
如本文使用的，术语“约”将被本领域普通技术人员理解为指代数值的近似范围并且将根据使用其的上下文在某种程度上变化。例如，“约”可以表示特定范围或值的正或负的特定百分比(例如10％或更小)。
图1是根据实施例的图像传感器1000的框图。参考图1，图像传感器1000可以包括像素阵列1100、时序控制器(T/C)1010、行解码器1020和输出电路1030。图像传感器1000可以包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
像素阵列1100包括在多个行和列中二维布置的像素。行解码器1020响应于从时序控制器1010输出的行地址信号，选择像素阵列1100中的行之一。输出电路1030输出来自在被选择的行中布置的多个像素的列单元中的光敏信号。为此，输出电路1030可以包括列解码器和模数转换器(ADC)。例如，输出电路1030可以包括：列解码器；以及对应于像素阵列1100中相应的列所布置的多个ADC或在列解码器的输出端布置的一个ADC。时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030可以被实现为一个芯片或实现在分离的芯片中。用于处理从输出电路1030输出的图像信号的处理器可以被实现为具有时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030的一个芯片。
像素阵列1100可以包括感测不同波长的光的多个像素。可以通过各种方式实现像素布置。例如，图2A至图2C示出了图像传感器1000的像素阵列1100中的各种像素布置。
图2A示出了图像传感器1000中普遍采用的拜尔图案。参考图2A，一个单位图案包括四个象限区域，并且第一象限至第四象限可以分别是蓝色像素B、绿色像素G、红色像素R和另一绿色像素G。单位图案可以在第一方向(例如X方向)和第二方向(例如Y方向)上二维重复布置。换言之，在2×2阵列形式的单位图案中，两个绿色像素G在一个对角方向上布置，而一个蓝色像素B和一个红色像素R在另一个对角方向上布置。在整个像素布置中，可以沿第二方向重复地布置其中多个绿色像素G和多个蓝色像素B沿第一方向交替布置的第一行、以及其中多个红色像素R和多个绿色像素G沿第一方向交替布置的第二行。
像素阵列1100可以以各种阵列图案而不是拜尔图案布置。例如，参考图2B，可以使用CYGM布置，其中洋红色像素M、青色像素C、黄色像素Y和绿色像素G构成一个单位图案。此外，参考图2C，可以使用RGBW布置，其中绿色像素G、红色像素R、蓝色像素B和白色像素W构成一个单位图案。虽然在附图中未示出，但是单位图案可以具有3×2阵列形式。除了上述示例之外，像素阵列1100中的像素可以根据图像传感器1000的颜色特性以各种方式布置。在下文中，将描述图像传感器1000的像素阵列1100具有拜尔图案，但是本公开的操作原理可以应用于像素布置的除了拜尔图案以外的其他图案。
图像传感器1000的像素阵列1100可以包括：用于会聚与每个像素相对应的颜色的光的分色透镜阵列。图3A和图3B是示出分色透镜阵列的结构和作用的图。
参考图3A，分色透镜阵列CSLA可以包括：多个纳米柱NP，其根据入射光Li的入射位置有差别地改变入射光Li的相位。分色透镜阵列CSLA可以以各种方式划分。例如，分色透镜阵列CSLA可以划分为：区域(在下文中被称为第一像素对应区域)R1，其与入射光Li中包括的第一波长光Lλ1会聚到的第一像素PX1相对应；以及区域(在下文中被称为第二像素对应区域)R2，其与入射光Li中包括的第二波长光Lλ2会聚到的第二像素PX2相对应。第一像素对应区域R1和第二像素对应区域R2中的每一个可以包括一个或多个纳米柱NP，并且第一像素对应区域R1和第二像素对应区域R2可以分别面对第一像素PX1和第二像素PX2。在另一个示例中，分色透镜阵列CSLA可以划分为：使第一波长光Lλ1会聚到第一像素PX1上的第一波长光会聚区域L1、以及使第二波长光Lλ2会聚到第二像素PX2上的第二波长光会聚区域L2。第一波长光会聚区域L1和第二波长光会聚区域L2可以彼此部分地重叠。
分色透镜阵列CSLA可以生成入射光Li中包括的第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2的不同的相位分布，以使第一波长光Lλ1可以会聚到第一像素PX1上并且使第二波长光Lλ2可以会聚到第二像素PX2上。
例如，参考图3B，在第一和第二波长光刚穿过分色透镜阵列CSLA之后的位置(例如在分色透镜阵列CSLA的下表面上)，分色透镜阵列CSLA可以使第一波长光Lλ1具有第一相位分布PP1并且第二波长光Lλ2具有第二相位分布PP2，以使第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2可以分别会聚在对应的第一像素PX1和第二像素PX2上。具体地，穿过分色透镜阵列CSLA的第一波长光Lλ1可以具有第一相位分布PP1，其在第一像素对应区域R1的中心最大，并且随着远离第一像素对应区域R1的中心(即，朝着第二像素对应区域R2)而减小。这样的相位分布类似于光在穿过凸透镜(例如在第一波长光会聚区域L1中具有凸心的微透镜)之后聚合到一个点的相位分布，并且第一波长光Lλ1可以会聚到第一像素PX1上。此外，穿过分色透镜阵列CSLA的第二波长光Lλ2具有第二相位分布PP2，其在第二像素对应区域R2的中心最大，并且随着远离第二像素对应区域R2的中心(例如朝着第一像素对应区域R1)而减小，因此第二波长光Lλ2可以会聚到第二像素PX2上。
因为材料的折射率根据光的波长而变化，如图3B所示，分色透镜阵列CSLA可以提供关于第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2的不同的相位分布。换言之，因为相同的材料根据与该材料作用的光的波长而具有不同的折射率，并且穿过该材料的光的相位延迟根据波长而不同，所以相位分布可以根据波长变化。例如，第一像素对应区域R1对于第一波长光Lλ1的折射率和第一像素对应区域R1对于第二波长光Lλ2的折射率可以彼此不同，并且穿过第一像素对应区域R1的第一波长光Lλ1的相位延迟和穿过第一像素对应区域R1的第二波长光Lλ2的相位延迟可以彼此不同。因此，当基于光的特性设计分色透镜阵列CSLA时，可以针对第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2提供不同的相位分布。
分色透镜阵列CSLA可以包括根据特定规则布置的纳米柱NP，以使第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2可以分别具有第一相位分布PP1和第二相位分布PP2。此处，所述规则可以应用于各种参数(例如纳米柱NP的形状、尺寸(例如宽度和高度)、纳米柱NP之间的距离、以及其布置形式)，并且这些参数可以根据相位分布来确定，以通过分色透镜阵列CSLA来实现。
在第一像素对应区域R1中布置纳米柱NP的规则和在第二像素对应区域R2中布置纳米柱NP的规则可以彼此不同。换言之，第一像素对应区域R1中的纳米柱NP的尺寸、形状、间隔和/或布置可以与第二像素对应区域R2中的纳米柱NP中的这些参数不同。
纳米柱NP的截面直径可以具有亚波长的尺寸。此处，亚波长指小于要由分色透镜阵列CSLA分出的光的波段的波长。纳米柱NP可以具有小于第一波长λ1和第二波长λ2中较短的波长的尺寸。当入射光Li是可见光线时，纳米柱NP的截面直径可以小于例如400nm、300nm或200nm。此外，纳米柱NP的高度可以是大于纳米柱NP的截面直径的约500nm至约1500nm。虽然在附图中未示出，但是可以通过组合在高度方向(例如Z方向)上堆叠的两个或更多个柱来获得纳米柱NP。
纳米柱NP可以包括具有比周围材料的折射率高的折射率的材料。例如，纳米柱NP可以包括c-Si、p-Si、a-Si、III-V族化合物半导体(例如GaP、GaN、GaAs等)、SiC、TiO2、SiN和/或其组合。具有与周围材料的折射率不同的折射率的纳米柱NP可以改变穿过纳米柱NP的光的相位。这是由于纳米柱NP的亚波长的形状尺寸而出现的相位延迟所导致的，并且相位延迟的程度可以由纳米柱NP的具体形状尺寸和布置形状来确定。纳米柱NP周围的材料可以包括具有比纳米柱NP的折射率低的折射率的介电材料。例如，周围材料可以包括SiO2或空气。
第一波长λ1和第二波长λ2可以在红外线和可见光线的波段中。然而，一个或更多个实施例不限于此，并且可以根据多个纳米柱NP的阵列的规则实现各个波段。此外，描述从入射光分出并且会聚两个波长作为示例。然而，实施例不限于此。入射光可以根据波长分到三个或更多个方向并且会聚。
此外，分色透镜阵列CSLA可以包括一个单层，或者分色透镜阵列CSLA可以具有多个层堆叠的结构。例如，第一层可以朝着特定像素会聚可见光线并且第二层可以朝着另一像素会聚红外线。
在下文中，描述将上述分色透镜阵列CSLA应用于图像传感器1000的像素阵列1100的示例。
图4A和图4B是从不同方向观察的图像传感器1000中的像素阵列1100的截面图，图5A是示出图像传感器1000的像素阵列1100中的像素的布置的平面图，图5B是示出在图像传感器1000的像素阵列1100中的分色透镜阵列的多个区域中布置多个纳米柱的示例的平面图，并且图5C是示出图5B中的一部分的放大图的平面图。
参考图4A和图4B，图像传感器1000的像素阵列1100包括：传感器基板110，包括用于感测光的多个像素111、112、113和114；透明的间隔层120，设置在传感器基板110上；以及间隔层120上的分色透镜阵列130。
传感器基板110可以包括将光转换为电信号的第一绿色像素111、蓝色像素112、红色像素113和第二绿色像素114。此外，第一绿色像素111和蓝色像素112如图4A所示地在第一方向(例如X方向)上交替布置，并且在如图4B所示的不同的截面中，红色像素113和第二绿色像素114可以交替布置。图5A示出了当图像传感器1000的像素阵列1100具有如图2A所示的拜尔图案布置时的像素的布置。提供上述布置，用于利用诸如拜尔图案之类的单位图案分别感测入射光，例如，第一绿色像素111和第二绿色像素114可以感测绿色光，蓝色像素112可以感测蓝色光，并且红色像素113可以感测红色光。虽然在附图中未示出，但是还可以在单元之间的边界上形成用于分隔单元的分隔器。
参考图5A，像素111、112、113和114中的一些或全部可以各自包括四个或更多个光敏单元，并且一个像素中包括的四个或更多个光敏单元可以共享分色透镜阵列的光会聚区域。当在一个像素中包括可以独立感测信号的多个光敏单元时，图像传感器的分辨率可以提高。此外，图像传感器1000和/或包括图像传感器1000的相机设备的自动对焦功能可以通过使用从光敏单元获得的信号之间的差来实现。在图5A的实施例中，当所有的绿色像素、蓝色像素和红色像素111、112、113和114均包括四个光敏单元时，例如，第一绿色像素111包括第1—1绿色光感测单元至第1-4绿色光感测单元111a、111b、111c和111d，蓝色像素112包括第一蓝色光感测单元至第四蓝色光感测单元112a、112b、112c和112d，红色像素113包括第一红色光感测单元至第四红色光感测单元113a、113b、113c和113d，并且第二绿色像素114包括第2-1绿色光感测单元至第2-4绿色光感测单元114a、114b、114c和114d。
间隔层120布置在传感器基板110与分色透镜阵列130之间，以恒定地保持传感器基板110与分色透镜阵列130之间的距离。间隔层120可以包括对于可见光线透明的材料，例如在可见光线波段中具有比纳米柱NP的折射率低的折射率和低吸收系数的介电材料，例如SiO2、硅氧烷基旋涂玻璃(SOG)等。间隔层120的厚度120h可以基于由分色透镜阵列130会聚的光的焦距来确定，例如，可以是参考波长λ0的光的焦距的约1/2(如后文的描述)。当间隔层120对于参考波长λ0的折射率是n并且像素之间的间距是p时，由分色透镜阵列130会聚的参考波长光λ0的焦距f可以由以下等式1表示。
Figure BDA0003319142500000111
在示例中，假设参考波长λ0是540nm(例如绿色光)，像素111、112、113和114之间的间距是1.2μm，并且间隔层120在540nm的波长下的折射率n是1.46。在这种情况下，绿色光的焦距f(即，分色透镜阵列130与绿色光在传感器基板110的下表面上会聚的点之间的距离)可以是约1.64μm，并且间隔层120的厚度120h可以是约0.82μm。在另一个示例中，假设参考波长λ0是540nm(例如绿色光)，像素111、112、113和114之间的间距是1.2μm，并且间隔层120在540nm的波长下的折射率n是1.46。在这种情况下，绿色光的焦距f可以是约3.80μm并且间隔层120的厚度120h可以是约1.90μm。
换言之，当像素间距是约0.5μm至约0.9μm时，上述间隔层120的厚度120h可以是像素间距的约70％至约120％，并且当像素间距是约0.9μm至约1.3μm时，可以是像素间距的约110％至约180％。
分色透镜阵列130可以包括：纳米柱NP，其由间隔层120支撑并且被配置为改变入射光的相位，并且可以包括：介电材料，其设置在纳米柱NP之间并且折射率小于纳米柱NP的折射率，例如是空气或SiO2。
参考图5B，分色透镜阵列130可以划分为与图5A的像素111、112、113和114相对应的四个像素对应区域131、132、133和134。第一绿色像素对应区域131与第一绿色像素111相对应并且可以沿竖直方向在第一绿色像素111上，蓝色像素对应区域132与蓝色像素112相对应并且可以沿竖直方向在蓝色像素112上，红色像素对应区域133与红色像素113相对应并且可以沿竖直方向在红色像素113上，第二绿色像素对应区域134与第二绿色像素114相对应并且可以沿竖直方向在第二绿色像素114上。即，分色透镜阵列130的像素对应区域131、132、133和134可以布置为在竖直方向上面对传感器基板110的相应的像素111、112、113和114。像素对应区域131、132、133和134可以在第一方向(例如X方向)和第二方向(例如Y方向)上二维地布置，以使其中第一绿色像素对应区域131与蓝色像素对应区域132交替布置的第一行和其中红色像素对应区域133与第二绿色像素对应区域134交替布置的第二行交替布置。分色透镜阵列130包括：多个单位图案，其像传感器基板110的像素阵列那样二维布置，并且单位图案中的每一个包括在2×2阵列中布置的像素对应区域131、132、133和134。
此外，类似于参考图3B的上述描述，分色透镜阵列130可以划分为用于会聚绿色光的绿色光会聚区域、用于会聚蓝色光的蓝色光会聚区域、以及用于会聚红色光的红色光会聚区域。
分色透镜阵列130可以包括：纳米柱NP，其尺寸、形状、间隔和/或布置如以下方式定义：使绿色光分离并且朝着第一绿色像素111和第二绿色像素114会聚、使蓝色光分别朝着蓝色像素112会聚、以及使红色光分别朝着红色像素113会聚。此外，分色透镜阵列在第三方向(例如Z方向)上的厚度可以类似于纳米柱NP的高度，并且可以是约500nm至约1500nm。
参考图5B，像素对应区域131、132、133和134可以包括均具有圆形截面的圆柱形状的纳米柱NP。在每个区域的中心部分中，布置具有不同的截面面积的纳米柱NP，并且也可以在像素之间的边界的中心和像素边界之间的交点布置纳米柱NP。
图5C示出了图5B的一部分区域(即，单位图案中的像素对应区域131、132、133和134)中包括的纳米柱NP的布置。在图5C中，纳米柱NP根据单位图案的截面的尺寸由1至5表示。参考图5C，在纳米柱NP中，具有最大截面面积的纳米柱1在蓝色像素对应区域132的中心，并且具有最小截面面积的纳米柱5可以布置为环绕纳米柱1和纳米柱3以及在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心。然而，一个或更多个实施例不限于上述示例，并且根据实施例，可以应用具有各种形状、尺寸和布置的纳米柱NP。
第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134中包括的纳米柱NP可以在第一方向(例如X方向)和第二方向(例如Y方向)上具有不同的分布规则。例如，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134中布置的纳米柱NP可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同的尺寸布置。如图5C所示，在纳米柱NP中，位于第一绿色像素对应区域131与在第一方向(X方向)上与第一绿色像素对应区域131相邻的蓝色像素对应区域132之间的边界处的纳米柱4的截面面积不同于位于第一绿色像素对应区域131与在第二方向(Y方向)上与第一绿色像素对应区域131相邻的红色像素对应区域133之间的边界处的纳米柱5的截面面积。同样，位于第二绿色像素对应区域134与在第一方向(X方向)上与第二绿色像素对应区域134相邻的红色像素对应区域133之间的边界处的纳米柱5的截面面积不同于位于第二绿色像素对应区域134与在第二方向(Y方向)上与第二绿色像素对应区域134相邻的蓝色像素对应区域132之间的边界处的纳米柱4的截面面积。
另一方面，蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域1.33中布置的纳米柱NP可以沿第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)具有对称的布置规则。如图5C所示，在纳米柱NP中，在蓝色像素对应区域132与在第一方向(X方向)上的相邻像素对应区域之间的边界处的纳米柱4的截面面积和在蓝色像素对应区域132与在第二方向(Y方向)上的相邻像素对应区域之间的边界处的纳米柱4的截面面积彼此相同，并且对于红色像素对应区域133，在其与在第一方向(X方向)上的相邻像素对应区域之间的边界处的纳米柱5的截面面积和在其与在第二方向(Y方向)上的相邻像素对应区域之间的边界处的纳米柱5的截面面积彼此相同。
以上分布基于拜尔图案中的像素布置。蓝色像素112和红色像素113在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上的相邻像素是绿色像素G，而第一绿色像素111在第一方向(X方向)上的相邻像素是蓝色像素112，并且第一绿色像素111在第二方向(Y方向)上的相邻像素是红色像素R。此外，第二绿色像素114在第一方向(X方向)上的相邻像素是红色像素113，并且第二绿色像素114在第二方向(Y方向)上的相邻像素是蓝色像素112。此外，第一绿色像素111和第二绿色像素114在四个对角方向上的相邻像素是其他绿色像素，蓝色像素112在四个对角方向上的相邻像素是红色像素113，并且红色像素113在四个对角方向上的相邻像素是蓝色像素112。因此，在分别与蓝色像素112和红色像素113相对应的蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133中，纳米柱NP可以以4重对称的形式布置，并且在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134中，纳米柱NP可以以2重对称的形式布置。具体地，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134相对于彼此旋转90°角度。
在图5B和图5C中，多个纳米柱NP具有对称的圆形截面形状。然而，可以包括一些具有非对称的截面形状的纳米柱。例如，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134可以采用具有非对称截面的纳米柱，其中的每一个在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同的宽度，并且蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133可以采用具有对称截面的纳米柱，其中的每一个在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有相同的宽度。
纳米柱NP的布置规则是示例，并且不限于此。
图6A示出了沿图5B的线I—I’穿过分色透镜阵列130的绿色光和蓝色光的相位分布，图6B示出了穿过分色透镜阵列130的绿色光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位，并且图6C示出了穿过分色透镜阵列130的蓝色光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位。图6A所示的绿色光和蓝色光的相位分布类似于图3B示例性地示出的第一波长光和第二波长光的相位分布。
参考图6A和图6B，穿过分色透镜阵列130的绿色光可以具有第一绿色光相位分布PPG1，其在第一绿色像素对应区域131的中心最大并且随着远离第一绿色像素对应区域131的中心而减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后(即在分色透镜阵列130的下表面或间隔层120的上表面)，绿色光的相位在第一绿色像素对应区域131的中心最大，并且在远离第一绿色像素对应区域131中心的更大的同心圆的位置处减小。因此，相位在蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133在X方向和Y方向上的中心处、以及在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134在对角方向上的接触点处最小。以从第一绿色像素对应区域131的中心发射的光的相位为基础，当将绿色光的相位被设置为2π时，可以从蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心发射具有约0.9π至约1.1π的相位的光，并且可以从第一绿色像素对应区域131与第二绿色像素对应区域134之间的接触点发射具有约1.1π至约1.5π的相位的光。因此，穿过第一绿色像素对应区域131的中心的绿色光的相位与穿过蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心的绿色光的相位之间的差可以是约0.9π至约1.1π。
此外，第一绿色光相位分布PPG1不表示穿过第一绿色像素对应区域131的中心的光的相位延迟量最大，但是当穿过第一绿色像素对应区域131的光的相位是2π并且穿过另一点的光的相位延迟量更大且具有2π或更大的相位值时，第一绿色光相位分布PPG1可以表示减去2nπ之后剩余的值，即卷绕相位分布。例如，当穿过第一绿色像素对应区域131的光的相位是2π并且穿过蓝色像素对应区域132的中心的光的相位是3π时，蓝色像素对应区域132中的相位可以是从3π减去2nπ(n＝1，即2π)之后剩余的π。
参考图6A和图6C，穿过分色透镜阵列130的蓝色光可以具有蓝色光相位分布PPB，其在蓝色像素对应区域132的中心最大并且随着远离蓝色像素对应区域132的中心而减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后，蓝色光的相位在蓝色像素对应区域132的中心最大，并且在远离蓝色像素对应区域132中心的更大的同心圆的位置处减小，该相位在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134在X方向和Y方向上的中心处最小，并且在红色像素对应区域133在对角方向上的中心处最小。当蓝色光在蓝色像素对应区域132的中心处的相位是2π时，在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位可以约是例如约0.9π至约1.1π，并且在红色像素对应区域133的中心处的相位可以小于在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位，例如为约0.5π至约0.9π。
图6D示出了入射在第一绿色光会聚区域上的绿色光的行进方向的示例，并且图6E示出了第一绿色光会聚区域的阵列的示例。
如图6D所示，入射在第一绿色像素对应区域131附近的绿色光由分色透镜阵列130朝着第一绿色像素111会聚，并且除了第一绿色像素对应区域131之外，来自蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的绿色光也入射在第一绿色像素111上。即，根据上面参考图6A和图6B描述的绿色光的相位分布，穿过第一绿色光会聚区域GL1的绿色光会聚到第一绿色像素111上，其中，第一绿色光会聚区域GL1是通过连接与第一绿色像素对应区域131相邻的两个蓝色像素对应区域132和两个红色像素对应区域133的中心而获得的。因此，如图6E所示，分色透镜阵列130可以操作为用于使绿色光会聚到第一绿色像素111上的第一绿色光会聚区域阵列。第一绿色光会聚区域GL1可以具有比对应的第一绿色像素111的面积大的面积，例如，可以是第一绿色像素111的面积的1.2倍至2倍。
图6F示出了入射在第一蓝色光会聚区域上的蔬色光的行进方向的示例，并且图6E示出了蓝色光会聚区域的阵列的示例。
蓝色光由如图6F所示的分色透镜阵列130会聚到蓝色像素112上，并且来自像素对应区域131、132、133和134的蓝色光入射在蓝色像素112上。以上面参考图6A和图6C描述的蓝色光的相位分布方式，使穿过蓝色光会聚区域BL的蓝色光会聚到蓝色像素112上，其中蓝色光会聚区域BL是通过连接在蓝色像素对应区域132的顶点处与蓝色像素对应区域132相邻的四个红色像素对应区域133的中心而获得的。因此，如图6G所示，分色透镜阵列130可以操作为用于使蓝色光会聚到蓝色像素的蓝色光会聚区域阵列。蓝色光会聚区域BL的面积比蓝色像素112的面积大，例如可以是其1.5至4倍大。蓝色光会聚区域BL可以与上述第一绿色光会聚区域GL1、以及第二绿色光会聚区域GL2和红色光会聚区域RL部分地重叠，将在下文对其进行描述。
图7A至图7F是用于描述间隔层120的厚度与光会聚的区域之间的关系的图。
图7A是用于描述当间隔层的厚度120与绿色光会聚区域的焦距相似时绿色光会聚的区域的图。参考图7A，因为间隔层120的厚度120h——例如分色透镜阵列130与传感器基板110之间的距离类似于第一绿色光会聚区域GL1的焦距，所以绿色光可以会聚到绿色像素111的中心处的由圆表示的绿色光聚焦区域FRG上。因为间隔层的厚度120接近第一绿色光会聚区域GL1的焦距，所以绿色光聚焦区域FRG的尺寸可以减小。第一绿色像素111可以包括四个光敏单元111a、111b、111c和111d，并且可以在两个相邻光敏单元之间设置用于防止串扰的隔墙。因此，会聚到绿色光聚焦区域FRG上的大量的光子入射在光敏单元之间的隔墙上，并且入射到隔墙中的光子被反射或散射且不被光敏单元感测。因此，这可以导致传感器基板110的光利用效率的下降。
图7B是用于描述当间隔层的厚度120是第一绿色光会聚区域GL1的焦距的约1/2时绿色光会聚的区域的图。参考图7B，因为间隔层120的厚度120h小于第一绿色光会聚区域GL1的焦距，所以绿色光可以会聚到与图7A的绿色光聚焦区域FRG相比具有更大面积的绿色光聚焦区域FRG′上。具体地，绿色光可以集中在光敏单元111a、111b、111c和111d中的由圆表示的四个光集中部LC上。在绿色光聚焦区域FRG′中，与图7A的绿色光聚焦区域FRG相比，更多的光入射在光敏单元111a、111b、111c和111d的部分(即没有设置隔墙的部分)上，并且更少的光入射在第一绿色像素111的隔墙彼此相交的中心上。因此，因为光子被隔墙反射或散射而损失的光子的数目可以减小。换言之，在其中的一个像素包括四个光敏单元的结构中，当间隔层120的厚度120h被设计为光会聚区域的焦距的1/2时，相比于间隔层120的厚度120h被设置为光会聚区域的焦距的情况，传感器基板110的光利用效率可以而提高。
根据示例实施例，为了提高传感器基板110的光利用效率，间隔层的厚度120(例如分色透镜阵列130与传感器基板110之间的距离)可以是分色透镜阵列130的参考波长光焦距的约30％至约70％或40％至约60％。然而，实施例不限于该示例，并且间隔层120的厚度可以自由设置，只要间隔层120的厚度小于光会聚区域的焦距即可。
例如，间隔层的厚度120(即，分色透镜阵列130与传感器基板110之间的距离)在传感器基板110的像素间距是约0.9μm至约1.3μm时可以是像素间距的约110％至约180％，或者在传感器基板110的像素间距是约0.5μm至约0.9μm时可以是传感器基板110的像素间距的约70％至约120％。
图7C是用于描述图7B的绿色光聚焦区域FRG′的光集中部的图。参考图7C，示出了分色透镜阵列130的第一绿色光会聚区域GLl和传感器基板110的绿色像素111。与上面参考图6D和图6E描述的第一绿色光会聚区域GLl类似，第一绿色光会聚区域GLl可以具有矩形形状，并且可以相对于绿色像素111旋转45度。因为入射在第一绿色光会聚区域GL1′的顶点区域(即，图7C中的阴影部分)上的光的量比来自第一绿色光会聚区域GL1′的另一个方向(例如来自每个边的中心方向)的光的量要大，所以光可以集中到第一绿色光会聚区域GLl′的顶点方向并且光集中部LC可以以′+′阵列形式形成。即，绿色光聚焦区域FRG′的布置可以根据第一绿色光会聚区域GLl′的形状和布置来确定。由于第一绿色光会聚区域GLl′的形状和布置，可以在两个相邻光敏单元之中形成四个光集中部LC。
图7D是用于描述当间隔层的厚度与蓝色光会聚区域的焦距相似时蓝色光会聚的区域的图。参考图7D，蓝色光可以会聚到在蓝色像素112的中心处的由圆表示的蓝色光聚焦区域FRB上。与图7A所示的绿色光聚焦区域FRG中相似，会聚到蓝色光聚焦区域FRB上的光子中的许多光子入射在光敏单元112a、112b、112c和112d的隔墙上，并且入射到隔墙中的光子被反射或散射并且不被光敏单元感测。因此，这可以是传感器基板110的光效率下降的原因。
图7E是用于描述当间隔层的厚度是蓝色光会聚区域的焦距的约1/2时蓝色光会聚的区域的图。参考图7E，蓝色光可以会聚到具有比图7D的蓝色光聚焦区域FRB更大的面积的蓝色光聚焦区域FRB′上。具体地，蓝色光可以集中在在光敏单元112a、112b、112c和112d处的由圆表示的光集中部LC上。在蓝色光聚焦区域FRB′中，与图7D的蓝色光聚焦区域FRB相比，更多的光入射在光敏单元112a、112b、112c和112d的部分(即没有设置隔墙的部分)上，并且更少的光入射在蓝色像素112的隔墙彼此相交的中心上。因此，光利用效率可以提高。
图7F是用于描述图7E的蓝色光聚焦区域FRB′的图。参考图7F，示出了分色透镜阵列130的蓝色光会聚区域BL和传感器基板110的蓝色像素112。与上面参考图6F和图6G描述的蓝色光会聚区域BL类似，蓝色光会聚区域BL可以具有矩形形状，并且可以布置在与蓝色像素112相同的方向上，即蓝色光会聚区域BL的每个边可以与蓝色像素112的每个边平行。由于蓝色光会聚区域BL的布置和形状，光朝着蓝色光会聚区域BL的顶点方向集中，然后可以形成以′x′形状布置的光集中部LC。
图8A示出了沿图5B的线II-II’穿过分色透镜阵列130的绿色光和蓝色光的相位分布，图8B示出了穿过分色透镜阵列130的红色光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位，并且图8C示出了穿过分色透镜阵列130的绿色光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位。
参考图8A和图8B，穿过分色透镜阵列130的红色光可以具有红色光相位分布PPR，其在红色像素对应区域133的中心最大并且随着远离红色像素对应区域133的中心而减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后，红色光的相位在红色像素对应区域133的中心最大，并且在远离红色像素对应区域133中心的更大的同心圆的位置处减小。红色光的相位在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134在X方向和Y方向上的中心处最小，并且在蓝色像素对应区域132在对角方向上的中心处最小。当红色光在红色像素对应区域133的中心处的相位是2π时，在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位可以约是例如约0.9π至约1.1π，并且在蓝色像素对应区域132的中心处的相位可以小于在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位，例如为约0.6π至约0.9π。
参考图8A和图8C，穿过分色透镜阵列130的绿色光可以具有第二绿色光相位分布PP2，其在第二绿色像素对应区域134的中心处最大并且随着远离第二绿色像素对应区域134的中心而减小。当将图6A的第一绿色光相位分布PPG1与图8A的第二绿色光相位分布PPG2比较时，第二绿色光相位分布PPG2是通过在X方向和Y方向上将第一绿色光相位分布PPG1平行移动一个像素间距而获得的。即，第一绿色光相位分布PPG1在第一绿色像素对应区域131的中心具有最大相位，而第二绿色光相位分布PPG2在沿X方向和Y方向与第一绿色像素对应区域131的中心相距一个像素间距的第二绿色像素对应区域134的中心具有最大相位。图6B和图8C中的示出在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位的相位分布可以彼此相同。针对基于第二绿色像素对应区域134的绿色光的相位分布，当将从第二绿色像素对应区域134的中心发射的绿色光的相位设置为2π时，可以从蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心发射具有约0.9π至约1.1π的相位的光，并且可以从第一绿色像素对应区域131与第二绿色像素对应区域134之间的接触点发射具有约1.1π至约1.5π的相位的光。
图8D示出了入射在红色光会聚区域上的红色光的行进方向的示例，并且图8E示出了红色光会聚区域的阵列的示例。
红色光由分色透镜阵列130如图8D所示地会聚到红色像素113上，并且来自像素对应区域131、132、133和134的红色光入射在红色像素113上。以上面参考图8A和图8B描述的红色光的相位分布方式，使穿过红色光会聚区域RL的红色光会聚到红色像素113上，其中红色光会聚区域RL是通过连接在顶点处与红色像素对应区域133相邻的四个蓝色像素对应区域132的中心而获得的。因此，如图8E所示，分色透镜阵列130可以操作为用于将红色光会聚到红色像素的红色光会聚区域阵列。红色光会聚区域RL的面积比红色像素113的面积大，例如可以是其1.5至4倍大。红色光会聚区域RL可以与第一绿色光会聚区域GL1和第二绿色光会聚区域GL2以及蓝色光会聚区域BL部分地重叠。
图8F是示出入射在第二绿色光会聚区域上的绿色光的行进方向的示例的图，并且图8G是示出第二绿色光会聚区域的阵列的示例的图。
参考图8F和图8G，入射在第二绿色像素对应区域134附近的绿色光与入射在第一绿色像素对应区域131附近的绿色光类似地行进，并且如图8F所示，绿色光会聚到第二绿色像素114上。因此，如图8G所示，分色透镜阵列130可以操作为用于使绿色光会聚到第二绿色像素114上的第二绿色光会聚区域阵列。第二绿色光会聚区域GL2的面积可以比对应的第二绿色像素114的面积大，例如，可以是其1.2倍至2倍大。
根据上述包括像素阵列1100的图像传感器1000，由于滤色器(例如有机滤色器)而引起的光损失很少出现，因此即使当像素变得更小时也可以向像素提供足够的光量。因此，可以制造具有数亿个或更多像素的超高分辨率、超小型和高灵敏度的图像传感器。这种超高分辨率、超小型和高灵敏度的图像传感器可用于各种高性能光学没备或高性能电子装置。所述电子装置可以包括例如智能电话、移动电话、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机(PC)、各种便携式设备、电子装置、监视相机、医用相机、汽车、物联网(IoT)设备、其他移动或非移动计算设备，并且不限于此。
除了图像传感器1000之外，所述电子装置还可以包括用于控制图像传感器的处理器，例如应用处理器(AP)，并且可以控制多个硬件或软件元件，并且可以通过经由处理器驱动操作系统或应用程序来执行各种数据处理和操作。处理器还可以包括图形处理单元(GPU)和/或图像信号处理器。当处理器中包括图像信号处理器时，由图像传感器获得的图像(或视频)可以通过使用所述处理器来存储和/或输出。
图9是示出包括图像传感器1000的电子装置ED01的示例的框图。参考图9，在网络环境ED00中，电子装置ED01可以经由第一网络ED98(例如短程无线通信网络等)与另一个电子装置ED02通信，或者可以经由第二网络ED99(例如远程无线通信网络等)与另一个电子装置ED04和/或服务器ED08通信。电子装置ED01可以经由服务器ED08与电子装置ED04通信。电子装置ED01可以包括处理器ED20、存储器ED30、输入设备ED50、声音输出设备ED55、显示设备ED60、音频模块ED70、传感器模块ED76、接口ED77、触觉模块ED79、相机模块ED80、电力管理模块ED88、电池ED89、通信模块ED90、用户标识模块ED96和/或天线模块ED97。在电子装置ED01中，可以省略元件中的一些元件(例如显示设备ED60等)或可以增加另一元件。元件中的一些元件可以被配置为一个集成电路。例如，传感器模块ED76(例如指纹传感器、虹膜传感器、照度传感器等)可以嵌入在显示设备ED60(例如显示器等)中并且在其中实现。
处理器ED20可以通过执行软件(例如程序ED40等)来控制连接到处理器ED20的电子装置ED01的一个或多个元件(例如硬件、软件元件等)，并且可以执行各种数据处理或操作。作为数据处理或操作的一部分，处理器ED20可以将从另一元件(例如传感器模块ED76、通信模块ED90等)接收的命令和/或数据加载到易失性存储器ED32，可以处理易失性存储器ED32中存储的命令和/或数据，并且可以将结果数据存储在非易失性存储器ED34中。处理器ED20可以包括主处理器ED21(例如中央处理单元、应用处理器等)以及可以独立于主处理器ED21操作或与主处理器ED21一起操作的辅处理器ED23(例如图形处理单元、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)。辅处理器ED23可以使用比主处理器ED21更少的功率并且可以执行指定的功能。
辅处理器ED23在主处理器ED21处于非激活状态(例如休眠状态)时代表主处理器ED21或在主处理器ED21处于激活状态(例如应用执行状态)时与处理器ED21一起，可以控制与电子装置ED01的元件中的一些元件(例如显示设备ED60、传感器模块ED76、通信模块ED90等)有关的功能和/或状态。辅处理器ED23(例如图像信号处理器、通信处理器等)可以实现为在功能上与其有关的另一元件(例如相机模块ED80、通信模块ED90等)的一部分。
存储器ED30可以存储电子装置ED01的元件(例如处理器ED20、传感器模块ED76等)所需的各种数据。所述数据可以包括例如关于软件(例如程序ED40等)的输入数据和/或输出数据和与其有关的命令。存储器ED30可以包括易失性存储器ED32和/或非易失性存储器ED34。非易失性存储器ED34可以包括固定地安装在电子装置ED01中的内部存储器ED36和可拆卸的外部存储器ED38。
程序ED40可以作为软件存储在存储器ED30中，并且可以包括操作系统ED42、中间件ED44和/或应用ED46。
输入设备ED50可以从电子装置ED01的外部(例如用户等)接收要在电子装置ED01的元件(例如处理器ED20等)中使用的命令和/或数据。输入设备ED50可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(例如手写笔)。
声音输出设备ED55可以向电子装置ED01的外部输出声音信号。声音输出设备ED55可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体重放或记录播放之类的通用目的，并且听筒可以用于接收呼叫。听筒可以耦接为扬声器的一部分或者可以被实现为独立的设备。
显示设备ED60可以向电子装置ED01的外部提供可视信息。显示设备ED60可以包括显示器、全息设备或投影仪、以及用于控制对应设备的控制电路。显示设备ED60可以包括设置为感测触摸的触摸电路和/或设置为测量由触摸生成的力量的传感器电路(例如压力传感器等)。
音频模块ED70可以将声音转换为电信号，反之亦然。音频模块ED70可以通过输入设备ED50获得声音，或者可以经由声音输出设备ED55和/或直接地或无线地连接到电子装置ED01的另一个电子装置(例如电子装置ED02等)的扬声器和/或耳机输出声音。
传感器模块ED76可以感测电子装置ED01的操作状态(例如功率、温度等)或外部环境状态(例如用户状态等)，并且可以生成与所感测的状态相对应的电信号和/或数据值。传感器模块ED76可以包括手势传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、磁性传感器、加速度传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)线传感器、活体(vivo)传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。
接口ED77可以支持一个或多个指定的协议，所述指定的协议可以用于电子装置ED01直接或无线连接到另一个电子装置(例如电子装置ED02等)。接口ED77可以包括高清晰度多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、SD卡接口和/或音频接口。
连接端子1278可以包括连接器，电子装置1201可以通过该连接器物理地连接到另一电子装置(例如，电子装置1202等)。连接端子ED78可以包括HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器和/或音频连接器(例如耳机连接器等)。
触觉模块ED79可以将电信号转换为用户可以通过触觉或运动感觉感测的机械刺激(例如振动、运动等)或电刺激。触觉模块ED79可以包括电机、压电设备和/或电刺激设备。
相机模块ED80可以捕获静止图像和视频。相机模块ED80可以包括：包括一个或多个透镜的透镜组件、图1的图像传感器1000、图像信号处理器和/或闪光灯。相机模块ED80中包括的透镜组件可以采集从作为要被捕捉的目标的被摄体发射的光。
电力管理模块ED88可以管理供应给电子装置ED01的电力。电力管理模块ED88可以实现为电力管理集成电路(PMIC)的一部分。
电池ED89可以向电子装置ED01的组件供应电力。电池ED89可以包括不可再充电的原电池、可再充电的二次电池和/或者燃料电池。
通信模块ED90可以支持在电子装置ED01和另一个电子装置(例如电子装置ED02、电子装置ED04或服务器ED08等)之间建立直接(例如有线)通信信道和/或无线通信信道，并通过所建立的通信信道执行通信。通信模块ED90可以独立于处理器ED20(例如应用处理器等)操作，并且可以包括支持直接通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。通信模块ED90可以包括无线通信模块ED92(例如蜂窝通信模块、短程无线通信模块、全球导航卫星系统(GNSS)通信模块等)和/或有线通信模块ED94(例如局域网(LAN)通信模块、电力线通信模块等)。所述通信模块之中的对应通信模块可以经由第一网络ED98(例如诸如蓝牙、WiFi直连或红外数据协会(IrDA)之类的短程通信网络)或第二网络ED99(例如诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(例如LAN、WAN等)之类的远程通信网络)与另一个电子装置通信。上述不同种类的通信模块可以被集成为一个元件(例如单个芯片等)或者可以被实现为彼此分离的多个元件(例如多个芯片)。无线通信模块ED92可以通过使用用户标识模块ED96中存储的用户信息(例如国际移动用户标识符(IMSI)等)在通信网络(例如第一网络ED98和/或第二网络ED99)中标识和认证电子装置ED01。
天线模块ED97可以向外部(例如另一个电子装置等)发送信号和/或电力或者从外部接收信号和/或电力。天线可以包括：辐射器，在基板(例如印刷电路板(PCB)等)上作为导电图案形成。天线模块ED97可以包括一个或多个天线。当天线模块ED97包括多个天线时，可以由通信模块ED90从多个天线中选择适合于在诸如第一网络ED98和/或第二网络ED99之类的通信网络中使用的通信类型的天线。可以经由所选择的天线在通信模块ED90和另一个电子装置之间传输信号和/或电力。可以包括除了天线以外的另一个组件(例如射频集成电路(RFIC)等)作为天线模块ED97的一部分。
所述元件中的一些可以经由外围设备(例如总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外围接口(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)之中的通信方法彼此连接，并且可以交换信号(例如命令、数据等)。
可以经由连接到第二网络ED99的服务器ED08在电子装置ED01和外部电子装置ED04之间发送或接收命令或数据。其它电子装置ED02和ED04可以是与电子装置ED01相同或不同的种类的设备。在电子装置ED01中执行的全部或一些操作可以在其它电子装置ED02、ED04和ED08之中的一个或多个设备中执行。例如，当电子装置ED01需要执行特定功能或服务时，电子装置ED01可以请求一个或多个其它电子装置执行某个或整个功能或服务，而不是自身执行该功能或服务。接收到请求的一个或多个电子装置执行与该请求有关的附加功能或服务，并且可以将执行的结果传输给电子装置ED01。为此，可以使用例如云计算、分布式计算或客户端-服务器计算技术。
图10是示出图9的相机模块ED80的框图。参考图10，相机模块ED80可以包括透镜组件CMl0、闪光灯CM20、图像传感器1000(例如图1的图像传感器1000)、图像稳定器CM40、存储器CM50(例如缓冲器存储器等)和/或图像信号处理器CM60。透镜组件CM10可以采集从作为要捕捉的目标的被摄体发射的光。相机模块ED80可以包括多个透镜组件CMl0，并且在这种情况下，相机模块ED80可以包括例如双相机模块、360度相机或球形相机。多个透镜组件CM10中的一些可以具有相同的透镜属性(例如视角、焦距、自动对焦、F数、光学变焦等)或不同的透镜属性。透镜组件CM10可以包括广角透镜或远摄透镜。
闪光灯CM20可以发射用于加强从被摄体发射或反射的光的光。闪光灯CM20可以包括一个或多个发光二极管(例如红色-绿色-蓝色(RGB)LED、白色LED、红外LED、紫外LED等)和/或氙灯。图像传感器1000可以是参考图1在上面描述的图像传感器，并且将从目标发射或反射并且经过透镜组件CM10传输的光转换成电信号，以获得与该目标相对应的图像。图像传感器1000可以包括来自具有不同的属性的图像传感器(例如RGB传感器、黑白(BW)传感器、IR传感器或UV传感器)之中的一个或多个选定的传感器。图像传感器1000中包括的传感器中的每个传感器可以被实现为电荷耦合器件(CCD)传感器和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
图像稳定器CM40响应于相机模块ED80或包括相机模块ED80的电子装置CM01的运动，在特定方向上移动透镜组件CM10中包括的一个或多个透镜或图像传感器1000，或者控制图像传感器1000的操作特性(例如调整读出时序等)，以补偿运动的负面影响。图像稳定器CM40可以通过使用布置在相机模块ED80之中或之外的陀螺仪传感器(未示出)或加速度传感器(未示出)来感测相机模块ED80或电子装置ED01的移动。图像稳定器CM40可以被实现为光学类型。
存储器CM50可以存储通过图像传感器1000获得的图像的一些或全部数据，用于接下来的图像处理操作。例如，当在高速下获得多个图像时，所获得的原始数据(例如拜尔图案的数据、高分辨率数据等)被存储在存储器CM50中，并且仅显示低分辨率图像。然后，所选择的图像(例如用户选择等)的原始数据可以传输到图像信号处理器CM60。存储器CM50可以与电子装置ED01的存储器ED30集成，或者可以包括独立操作的附加的存储器。
图像信号处理器CM60可以对通过图像传感器1000获得的图像或存储在存储器CM50中的图像数据执行图像处理。所述图像处理可以包括例如深度图生成、三维建模、全景生成、特征提取、图像组合和/或图像补偿(例如降噪、分辨率调整、亮度调整、模糊、锐化、柔化等)。图像信号处理器CM60可以执行对相机模块ED80中包括的元件(例如图像传感器1000等)的控制(例如曝光时间控制或读出时序控制等)。由图像信号处理器CM60处理的图像可以被再次存储在存储器CM50中用于另外的处理，或者可以被提供给相机模块ED80的外部元件(例如存储器ED30、显示装置ED60、电子装置ED02、电子装置ED04、服务器ED08等)。图像信号处理器CM60可以与处理器ED20集成，或者可以被配置为独立于处理器ED20操作的附加的处理器。当图像信号处理器CM60被配置为与处理器ED20分离的附加的处理器，由图像信号处理器CM60处理的图像可以经过处理器ED20的附加图像处理，然后可以显示在设备ED60上。
电子装置ED01可以包括具有不同属性或功能的多个相机模块ED80。在这种情况下，多个相机模块ED80中的一个可以包括广角相机，并且另一个相机模块ED80可以是远摄相机。类似地，多个相机模块ED80中的一个可以包括前置相机，并且另一个相机模块ED80可以包括后置相机。
根据实施例的图像传感器1000可以应用于图11所示的移动电话或智能电话1100m、图12所示的平板计算机或智能平板计算机1200、图13所示的数字相机或录像机1300、图14所示的膝上型计算机2400或图15所示的电视机或智能电视机1500。例如，智能电话1100m或智能平板计算机1200可以包括均包括高分辨率图像传感器的多个高分辨率相机。通过使用高分辨率相机，可以提取图像中的对象的深度信息、可以调整图像的失焦或可以自动识别图像中的对象。
此外，图像传感器1000可以应用于图16所示的智能冰箱1600、图17所示的监视相机1700、图18所示的机器人1800、图19所示的医用相机1900等。例如，智能冰箱1600可以通过使用图像传感器自动识别冰箱中的食品，并且可以通过智能电话通知用户存在特定种类的食品、放入或取出的食品的种类等。此外，监视相机1700可以通过使用高灵敏度来提供超高分辨率图像并且可以使用户能够识别甚至是在黑暗环境中的图像中的物体或人。机器人1900可以在人不可以直接进入的灾害或工业地点使用，以向用户提供高分辨率图像。医用相机1900可以提供用于诊断或手术的高分辨率图像，并且可以动态地调整视野。
此外，图像传感器1000可以应用于图20所示的车辆2000。车辆2000可以包括在各个位置的多个车用相机2010、2020、2030和2040。车用相机2010、2020、2030和2040中的每一个可以包括根据一个或多个实施例的图像传感器。车辆2000可以通过使用多个车用相机2010、2020、2030和2040向驾驶员提供关于车辆2000的内部或车辆2000的周围的各种信息，并且可以通过自动识别图像中的物体或人向驾驶员提供自动行进所使用的信息。
应当理解，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文描述的示例实施例。对每个实施例中的特征或方面的描述通常应被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已经参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求及其等同物限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (36)

1.一种图像传感器，包括：
传感器基板，包括被配置为感测第一波长光的第一像素和被配置为感测第二波长光的第二像素；以及
分色透镜阵列，设置在所述传感器基板上并且包括第一波长光会聚区域，所述第一波长光会聚区域中的来自入射光的所述第一波长光会聚到所述第一像素上，
其中，所述第一波长光会聚区域的面积大于所述第一像素的面积，并且
其中，所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离小于所述第一波长光会聚区域对于所述第一波长光的焦距。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述第一波长光会聚区域对于所述第一波长光的焦距的30％至70％。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述第一波长光会聚区域对于所述第一波长光的焦距的40％至60％。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括设置在所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的间隔层。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，
其中，所述第一波长光会聚区域的焦距由以下等式表示：
Figure FDA0003319142490000011
其中p表示所述传感器基板的像素间距，n表示所述间隔层的折射率，并且λ0表示由所述分色透镜阵列分离的光的波段的参考波长。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述第一像素包括被配置为独立地感测所述第一波长光的多个光敏单元。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，穿过所述第一波长光会聚区域的所述第一波长光具有随着远离所述第一波长光会聚区域的中心而减小的相位分布。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述第一波长光会聚区域的面积是所述第一像素的面积的1.2倍至4倍。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述传感器基板还包括被配置为感测第三波长光的第三像素，
所述分色透镜阵列包括：第二波长光会聚区域，所述第二波长光会聚区域中的来自入射光的所述第二波长光会聚到所述第二像素上；以及第三波长光会聚区域，所述第三波长光会聚区域中的来自入射光的所述第三波长光会聚到所述第三像素上，并且
所述第二波长光会聚区域的面积大于所述第二像素的面积并且所述第三波长光会聚区域的面积大于所述第三像素的面积。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，
其中，所述第一波长光会聚区域与所述第二波长光会聚区域和所述第三波长光会聚区域部分地重叠。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述分色透镜阵列包括：
第一像素对应区域，在与所述第一像素相对应的位置；以及
第二像素对应区域，在与所述第二像素相对应的位置，并且
其中，穿过所述第一像素对应区域的中心的所述第一波长光的相位与穿过所述第二像素对应区域的所述第一波长光的相位之间的差是0.9π至1.1π。
12.一种图像传感器，包括：
传感器基板，包括被配置为感测第一波长光的第一像素和被配置为感测第二波长光的第二像素；以及
分色透镜阵列，设置在所述传感器基板上并且包括第一波长光会聚区域，所述第一波长光会聚区域中的来自入射光的所述第一波长光会聚到所述第一像素上，所述第一波长光会聚区域具有比所述第一像素的面积大的面积，
其中，所述传感器基板的像素间距是0.9μm至1.3μm，并且
其中，所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述传感器基板的所述像素间距的110％至180％。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，
其中，穿过所述第一波长光会聚区域的所述第一波长光具有随着远离所述第一波长光会聚区域的中心而减小的相位分布。
14.根据权利要求12所述的图像传感器，还包括设置在所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的间隔层。
15.根据权利要求12所述的图像传感器，
其中，所述第一像素包括被配置为独立地感测所述第一波长光的多个光敏单元。
16.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，
所述传感器基板还包括被配置为感测第三波长光的第三像素，
所述分色透镜阵列包括：第二波长光会聚区域，所述第二波长光会聚区域中的来自入射光的所述第二波长光会聚到所述第二像素上；以及第三波长光会聚区域，所述第三波长光会聚区域中的来自入射光的所述第三波长光会聚到所述第三像素上，并且
所述第二波长光会聚区域的面积大于所述第二像素的面积并且所述第三波长光会聚区域的面积大于所述第三像素的面积。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，
其中，所述第一波长光会聚区域与所述第二波长光会聚区域和所述第三波长光会聚区域部分地重叠。
18.一种图像传感器，包括：
传感器基板，包括被配置为感测第一波长光的第一像素和被配置为感测第二波长光的第二像素；以及
分色透镜阵列，设置在所述传感器基板上并且包括第一波长光会聚区域，所述第一波长光会聚区域中的来自入射光的所述第一波长光会聚到所述第一像素上，所述第一波长光会聚区域具有比所述第一像素的面积大的面积，
其中，所述传感器基板的像素间距是0.5μm至0.9μm，并且
其中，所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述传感器基板的所述像素间距的70％至120％。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，
其中，穿过所述第一波长光会聚区域的所述第一波长光具有随着远离所述第一波长光会聚区域的中心而减小的相位分布。
20.根据权利要求18所述的图像传感器，还包括设置在所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的间隔层。
21.根据权利要求18所述的图像传感器，
其中，所述第一像素包括被配置为独立地感测所述第一波长光的多个光敏单元。
22.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，
所述传感器基板还包括被配置为感测第三波长光的第三像素，
所述分色透镜阵列包括：第二波长光会聚区域，所述第二波长光会聚区域中的来自入射光的所述第二波长光会聚到所述第二像素上；以及第三波长光会聚区域，所述第三波长光会聚区域中的来自入射光的所述第三波长光会聚到所述第三像素上，并且
所述第二波长光会聚区域的面积大于所述第二像素的面积并且所述第三波长光会聚区域的面积大于所述第三像素的面积。
23.根据权利要求22所述的图像传感器，
其中，所述第一波长光会聚区域与所述第二波长光会聚区域和所述第三波长光会聚区域部分地重叠。
24.一种电子装置，包括：
图像传感器，被配置为将光学图像转换为电信号；以及
处理器，被配置为控制所述图像传感器的操作并且被配置为存储和输出由所述图像传感器生成的信号，
其中，所述图像传感器包括：
传感器基板，包括被配置为感测第一波长光的第一像素，以及
被配置为感测第二波长光的第二像素；以及
分色透镜阵列，设置在所述传感器基板上并且包括第一波长光会聚区域，所述第一波长光会聚区域中的来自入射光的所述第一波长光会聚到所述第一像素上，
其中，所述第一波长光会聚区域的面积大于所述第一像素的面积，并且
其中，所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离小于所述第一波长光会聚区域对于所述第一波长光的焦距。
25.根据权利要求24所述的电子装置，
其中，所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述第一波长光会聚区域对于所述第一波长光的焦距的30％至70％。
26.根据权利要求24所述的电子装置，
其中，所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述第一波长光会聚区域对于所述第一波长光的焦距的40％至60％。
27.根据权利要求24所述的电子装置，还包括设置在所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的间隔层。
28.根据权利要求27所述的电子装置，
其中，所述第一波长光会聚区域的焦距由以下等式表示：
Figure FDA0003319142490000051
其中p表示所述传感器基板的像素间距，n表示所述间隔层的折射率，并且λ0表示由所述分色透镜阵列分离的光的波段的参考波长。
29.根据权利要求24所述的电子装置，
其中，所述第一像素包括被配置为独立地感测所述第一波长光的多个光敏单元。
30.根据权利要求24所述的电子装置，
其中，穿过所述第一波长光会聚区域的所述第一波长光具有随着远离所述第一波长光会聚区域的中心而减小的相位分布。
31.根据权利要求24所述的电子装置，
其中，所述第一波长光会聚区域的面积是所述第一像素的面积的1.2倍至4倍。
32.根据权利要求24所述的电子装置，其中，
所述传感器基板还包括被配置为感测第三波长光的第三像素，
所述分色透镜阵列包括：第二波长光会聚区域，所述第二波长光会聚区域中的来自入射光的所述第二波长光会聚到所述第二像素上；以及第三波长光会聚区域，所述第三波长光会聚区域中的来自入射光的所述第三波长光会聚到所述第三像素上，并且
所述第二波长光会聚区域的面积大于所述第二像素的面积并且所述第三波长光会聚区域的面积大于所述第三像素的面积。
33.根据权利要求32所述的电子装置，
其中，所述第一波长光会聚区域与所述第二波长光会聚区域和所述第三波长光会聚区域部分地重叠。
34.根据权利要求24所述的电子装置，
其中，所述分色透镜阵列包括：
第一像素对应区域，在与所述第一像素相对应的位置；以及
第二像素对应区域，在与所述第二像素相对应的位置，并且
其中，穿过所述第一像素对应区域的中心的所述第一波长光的相位与穿过所述第二像素对应区域的所述第一波长光的相位之间的差是0.9π至1.1π。
35.根据权利要求24所述的电子装置，其中，
所述传感器基板的像素间距是0.9μm至1.3μm，并且
所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述传感器基板的所述像素间距的110％至180％。
36.根据权利要求24所述的电子装置，其中，
所述传感器基板的像素间距是0.5μm至0.9μm，并且
所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述传感器基板的所述像素间距的70％至120％。
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