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公開番号2025143443
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-01
出願番号2025114422,2020177397
出願日2025-07-07,2020-10-22
発明の名称色分離レンズアレイを具備するイメージセンサ、及びそれを含む電子装置
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人IBC一番町弁理士法人
主分類H10F 39/12 20250101AFI20250924BHJP()
要約【課題】色分離レンズアレイを具備するイメージセンサ、及びそれを含む電子装置を提供
する。
【解決手段】イメージセンサは、光を感知する第1光感知セル及び第2光感知セルを含む
センサ基板と、第1光感知セルに対向し、第1ナノポストを含む第1領域、及び第2光感
知セルに対向し、第2ナノポストを含む第2領域を具備する色分離レンズアレイと、を含
み、第1ナノポストと第2ナノポストは、色分離レンズアレイに入射する入射光のうち、
互いに異なる第1波長の光と、第2波長の光とが互いに異なる方向に分岐され、それぞれ
第1光感知セル及び第2光感知セルに集光される位相分布を、第1領域及び第2領域を通
過した位置で形成させる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
光を感知する第１光感知セル及び第２光感知セルを含むセンサ基板と、
前記第１光感知セルに対向し、第１ナノポストを含む第１領域、及び前記第２光感知セル
に対向し、第２ナノポストを含む第２領域を含む色分離レンズアレイと、を含み、
前記第１ナノポストと前記第２ナノポストは、形状、大きさ、配列のうち少なくとも一
つが互いに異なり、
前記第１ナノポストと前記第２ナノポストは、前記色分離レンズアレイに入射する入射
光のうち、互いに異なる第１波長の光と、第２波長の光とが互いに異なる方向に分岐され
、それぞれ前記第１光感知セル及び前記第２光感知セルに集光される位相分布を、前記第
１領域及び前記第２領域を通過した位置で形成する、イメージセンサ。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記第１ナノポストと前記第２ナノポストは、
前記色分離レンズアレイを通過した直後の位置において、第１波長の光が、前記第１光
感知セルの中心部に対応する位置においては、２Ｎπの位相分布を形成し、前記第２光感
知セルの中心部に対応する位置においては、（２Ｎ－１）πの位相分布を形成し、Ｎは、
０より大きい整数である、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記第１ナノポストと前記第２ナノポストは、
前記色分離レンズアレイを通過した直後の位置において、第２波長の光が、前記第１光
感知セルの中心部に対応する位置においては、（２Ｍ－１）πの位相分布を形成し、前記
第２光感知セルの中心部に対応する位置においては、２Ｍπの位相分布を形成し、Ｍは、
０より大きい整数である、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの間に配置され、前記センサ基板と前記色
分離レンズアレイとの間に距離を形成するスペーサ層をさらに含む、請求項１～３のいず
れか１項に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記スペーサ層は、前記色分離レンズアレイが色分離させる入射光の波長帯域の中心波
長において、前記色分離レンズアレイの焦点距離に該当する厚みを有する、請求項４に記
載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記スペーサ層の理論厚をｈ
ｔ
、それぞれの光感知セルのピッチをｐ、前記スペーサ層
の屈折率をｎ、前記色分離レンズアレイが色分離させる光の波長帯域の中心波長をλ
０
と
するとき、前記スペーサ層の理論厚ｈ
ｔ
は、
JPEG
2025143443000004.jpg
14
161
であり、
前記スペーサ層の実際厚ｈは、ｈ
ｔ
－ｐ≦ｈ≦ｈ
ｔ
＋ｐである、請求項４に記載のイメ
ージセンサ。
【請求項７】
前記センサ基板は、光を感知する第３光感知セル及び第４光感知セルをさらに含み、
前記色分離レンズアレイは、前記第３光感知セルに対向し、第３ナノポストを含む第３
領域、及び前記第４光感知セルに対向し、第４ナノポストを含む第４領域を含み、
前記第３ナノポストと前記第４ナノポストは、形状、大きさ、配列のうち少なくとも一
つが互いに異なる、請求項１～６のいずれか１項に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
前記第１ナノポストないし前記第４ナノポストは、前記色分離レンズアレイに入射する
入射光のうち、互いに異なる第１波長、第２波長、第３波長の光が互いに異なる方向に分
岐され、第１波長の光が、前記第１光感知セルと前記第４光感知セルとに集光され、第２
波長の光が、前記第２光感知セルに集光され、第３波長の光が、前記第３光感知セルに集
光される位相分布を、前記第１領域ないし前記第４領域を通過した位置で形成する、請求
項７に記載のイメージセンサ。
【請求項９】
前記第１波長は、緑色光であり、前記第２波長は、青色光であり、前記第３波長は、赤
色光である、請求項８に記載のイメージセンサ。
【請求項１０】
前記第１ナノポストないし前記第４ナノポストは、
前記色分離レンズアレイを通過した直後の位置において、第１波長の光が、前記第１光
感知セルの中心部と、前記第４光感知セルの中心部とに対応する位置においては、２Ｎπ
の位相分布を形成し、前記第２光感知セルの中心部と、前記第３光感知セルの中心部とに
対応する位置においては、（２Ｎ－１）πの位相分布を形成するようにし、Ｎは、０より
大きい整数である、請求項７に記載のイメージセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、色分離レンズアレイを具備するイメージセンサ、及び該イメージセンサを含
む電子装置に係り、さらに詳細には、入射光を、波長別に分離させて集光することができ
る色分離レンズアレイを具備するイメージセンサ、及び該イメージセンサを含む電子装置
に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、一般的に、カラーフィルタを利用し、入射光の色を感知する。とこ
ろで、カラーフィルタは、当該色の光を除いた残りの色の光を吸収するために、光利用効
率が低下してしまう。例えば、ＲＧＢカラーフィルタを使用する場合、入射光の１／３の
みを透過させ、残り２／３は吸収してしまうことになるので、光利用効率が約３３％ほど
に過ぎない。従って、カラーディスプレイ装置やカラーイメージセンサの場合、ほとんど
の光損失がカラーフィルタで生じることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第９６５３５０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、入射光を、波長別に分離させて集光することができ
る色分離レンズアレイを利用し、光利用効率が向上されたイメージセンサを提供すること
である。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、また該イメージセンサを含む電子装置を提供するこ
とである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によるイメージセンサは、光を感知する第１光感知セル及び第２光感知セル
を含むセンサ基板と、前記第１光感知セルに対向し、第１ナノポストを含む第１領域、及
び前記第２光感知セルに対向し、第２ナノポストを含む第２領域を具備する色分離レンズ
アレイと、を含み、前記第１ナノポストと前記第２ナノポストは、形状、大きさ、配列の
うち少なくとも一つが互いに異なり、前記第１ナノポストと前記第２ナノポストは、前記
色分離レンズアレイに入射する入射光のうち、互いに異なる第１波長の光と、第２波長の
光とが互いに異なる方向に分岐され、それぞれ前記第１光感知セル及び前記第２光感知セ
ルに集光される位相分布を、前記第１領域及び前記第２領域を通過した位置で形成するこ
とができる。
前記第１ナノポストと前記第２ナノポストは、前記色分離レンズアレイを通過した直後の
位置において、第１波長の光が、前記第１光感知セルの中心部に対応する位置においては
、２Ｎπの位相分布を形成し、前記第２光感知セルの中心部に対応する位置においては、
（２Ｎ－１）πの位相分布を形成することができる。ここで、Ｎは、０より大きい整数で
ある。
【０００７】
前記第１ナノポストと前記第２ナノポストは、前記色分離レンズアレイを通過した直後
の位置において、第２波長の光が、前記第１光感知セルの中心部に対応する位置において
は、（２Ｍ－１）πの位相分布を形成し、前記第２光感知セルの中心部に対応する位置に
おいては、２Ｍπの位相分布を形成することができる。ここで、Ｍは０より大きい整数で
ある。
【０００８】
前記イメージセンサは、前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの間に配置され、
前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの間に距離を形成するスペーサ層をさらに含
んでもよい。
【０００９】
前記スペーサ層は、前記色分離レンズアレイが色分離させる入射光の波長帯域の中心波
長において、前記色分離レンズアレイに該当する厚みを有することができる。
【００１０】
前記スペーサ層の理論厚をｈ
ｔ
、前記光感知セルのピッチをｐ、前記スペーサ層の屈折
率をｎ、前記色分離レンズアレイが色分離させる光の波長帯域の中心波長をλ
０
とすると
き、前記スペーサ層の理論厚ｈ
ｔ
は、
（【００１１】以降は省略されています）

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