JP2021069118A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】入射光を、波長別に分離させて集光する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】イメージセンサにおいて、画素アレイ１１００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１１０と、第１光感知セル１１１に対向し、第１ナノポストＮＰを含む第１領域１３１及び第２光感知セル１１２に対向し、第２ナノポストＮＰを含む第２領域１３２を具備する色分離レンズアレイ１３０と、を含む。。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１３０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４Ａ

Description

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。

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。

米国特許第９６５３５０１号明細書

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、

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。
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ってもよい。

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ことができる。

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、赤色光でもある。

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てもよい。ここで、Ｎは、０より大きい整数である。

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２波長の光が、前記第１光感知セルの中心部、及び前記第４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、前記第３光感知セルの中心部に対応する位置において、（２Ｍ−２）πより大きく、（２Ｍ−１）πより小さい位相分布を形成するようにしてもよい。

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３波長の光が、前記第１光感知セルの中心部、及び前記第４光感知セルの中心部に対応する位置においては、（２Ｌ−１）πの位相分布を形成し、前記第３光感知セルの中心部に対応する位置においては、２Ｌπ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、（２Ｌ−２）πより大きく、（２Ｌ−１）πより小さい位相分布を形成するようにしてもよい。ここで、Ｌは、０より大きい整数である。

前記イメージセンサは、赤色画素、緑色画素、青色画素を含む複数の単位画素がベイヤーパターン（Ｂａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）に配列された画素配列構造を有し、前記第１領域ないし前記第４領域において、緑色画素に対応する領域に具備されたナノポストは、第１方向、及び第１方向に垂直した第２方向に沿い、互いに異なる分布規則を有することができる。

前記第１領域ないし前記第４領域において、青色画素及び赤色画素に対応する領域に具備されたナノポストは、前記第１方向及び前記第２方向に沿い、対称的な分布規則を有することができる。

前記第１領域ないし前記第４領域において、緑色画素に対応する領域の中心部に位置するナノポストは、他カラーの画素に対応する領域に具備されたナノポストより大きい断面積を有することができる。

前記第１領域ないし前記第４領域において、緑色画素に対応する領域に具備されたナノポストは、中心部に配置されたナノポストが、周辺部に配置されたナノポストより大きい断面積を有することができる。

前記色分離レンズアレイは、前記センサ基板のエッジに対して突出して配置され、鉛直方向に、前記センサ基板のいかなる光感知セルとも対向しない複数の第１領域、及び複数の第２領域をさらに含んでもよい。

前記第１ナノポスト、前記第２ナノポストのうち少なくとも一つは、下部ポスト、及び前記下部ポスト上に積層された上部ポストを含み、前記下部ポストと前記上部ポストとが互いにずれるようにも積層される。

前記下部ポストと前記上部ポストとが互いにずれる程度は、前記イメージセンサの中心部から周辺部に行くほど大きくもなる。

他の実施形態によるイメージセンサは、第１行に沿って交互に配列された複数の第１光感知セル、及び複数の第２光感知セル、並びに第１行に隣接した第２行に沿って交互に配列された複数の第３光感知セル、及び複数の第４光感知セルを含むセンサ基板と、前記複数の第１光感知セルにそれぞれ対向し、第１ナノポストを含む複数の第１領域、前記複数の第２光感知セルにそれぞれ対向し、第２ナノポストを含む複数の第２領域、前記複数の第３光感知セルにそれぞれ対向し、第３ナノポストを含む複数の第３領域、及び前記複数の第４光感知セルにそれぞれ対向し、第４ナノポストを含む複数の第４領域を具備する色分離レンズアレイと、を含み、前記第１領域に入射された光のうち、第１波長の光は、前記第１領域下部に位置する第１光感知セルに集光され、第２波長の光は、前記第１光感知セルと横方向に沿って隣接する第２光感知に分岐され、第３波長の光は、第１光感知セルと縦方向に沿って隣接する第３光感知に分岐され、前記第２領域に入射された光のうち、第２波長の光は、前記第２領域直下部に位置する第２光感知セルに集光され、第１波長の光は、前記第２光感知セルと横方向に沿って隣接する第１光感知セル、及び縦方向に沿って隣接する第４光感知に分岐され、第３波長の光は、前記第２光感知セルと対角方向に沿って隣接する第３光感知に分岐されるように、前記第１ナノポストないし前記第４ナノポストの形状、大きさ、配列が設定されうる。

前記第１波長の光は、緑色光であり、前記第２波長の光は、青色光であり、前記第３波長の光は、赤色光でもある。

他の実施形態による電子装置は、被写体から反射された光を集束して光学像を形成する撮像部と、前記撮像部で形成された光学像を電気的信号に変換する、前述のいずれか１つのイメージセンサと、を含んでもよい。

前記電子装置は、スマートフォン、携帯電話、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ラップトップ、ＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、家電製品、保安カメラ、医療用カメラ、自動車または事物インターネット（ＩｏＴ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）機器でもある。

開示された色分離レンズアレイは、入射光を吸収したり遮断したりせずに、波長別に分離させて集光することができるために、イメージセンサの光利用効率を向上させることができる。また、開示された色分離レンズアレイを採用したイメージセンサは、イメージセンサで一般的に採択されているベイヤーパターン（Ｂａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）方式を維持することができ、既存のイメージセンサの画素構造とイメージ処理アルゴリズムとを活用することができる。また、開示された色分離レンズアレイを採用したイメージセンサは、光を画素に集光させるための別途のマイクロレンズを必要としない。

一実施形態によるイメージセンサのブロック図である。 イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に図示する図面である。 イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に図示する図面である。 イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に図示する図面である。 一実施形態による色分離レンズアレイの概略的な構造及び動作を示す概念図である。 一実施形態によるイメージセンサの画素アレイのそれぞれ異なる断面において示される概略的な断面図である。 一実施形態によるイメージセンサの画素アレイのそれぞれ異なる断面において示される概略的な断面図である。 イメージセンサの画素アレイにおいて、光感知セルの配列を概略的に示す平面図である。 イメージセンサの画素アレイにおいて、色分離レンズアレイの複数領域に複数のナノポストが配列された形態を例示的に示す平面図である。 図５Ｂの一部を拡大して詳細に示した平面図である。 色分離レンズアレイを通過した青色光の位相分布を示す図面である。 色分離レンズアレイに対向する光感知セルにおける青色光フォーカシング分布を電算模写した図面である。 青色画素に対応する色分離レンズアレイの第２領域と、その周辺に入射した青色光の進行方向とを例示的に示す図面である。 青色光に対し、色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す図面である。 色分離レンズアレイを通過した緑色光の位相分布を示す図面である。 色分離レンズアレイに対向する光感知セルにおける緑色光フォーカシング分布を電算模写した図面である。 緑色画素に対応する色分離レンズアレイの第１領域と、その周辺に入射した緑色光の進行方向とを例示的に示す図面である。 緑色光に対し、色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す図面である。 色分離レンズアレイを通過した赤色光の位相分布を示す図面である。 色分離レンズアレイに対向する光感知セルにおける赤色光フォーカシング分布を電算模写した図面である。 赤色画素に対応する色分離レンズアレイの第３領域と、その周辺に入射した赤色光の進行方向とを例示的に示す図面である。 赤色光に対し、色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す図面である。 青色画素に対応する領域に入射した光のカラー別進行方向を例示的に示す図面である。 緑色画素に対応する領域に入射した光のカラー別進行方向を例示的に示す図面である。 赤色画素に対応する領域に入射した光のカラー別進行方向を例示的に示す図面である。 光感知セルのピッチが０．７μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが０．７μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが０．７μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが０．７μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが０．７μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが０．８μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが０．８μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが０．８μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが０．８μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが０．８μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが１．０μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが１．０μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが１．０μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが１．０μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 光感知セルのピッチが１．０μｍである場合、色分離レンズアレイとセンサ基板との距離による色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。 一実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイにも採用されるナノポストの例示的な形態を示す斜視図である。 他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイにも採用されるナノポストの例示的な形状を示す平面図である。 他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイにも採用されるナノポストの例示的な形状を示す平面図である。 他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイにも採用されるナノポストの例示的な形状を示す平面図である。 他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイにも採用されるナノポストの例示的な形状を示す平面図である。 他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイにも採用されるナノポストの例示的な形状を示す平面図である。 他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイにも採用されるナノポストの例示的な形状を示す平面図である。 他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイにも採用されるナノポストの例示的な形状を示す平面図である。 他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイにも採用されるナノポストの例示的な形状を示す平面図である。 他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイをなす複数のナノポストの配列形態を例示的に示す平面図である。 さらに他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイをなす複数のナノポストの配列形態を例示的に示す平面図である。 さらに他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイをなす複数のナノポストの配列形態を例示的に示す平面図である。 さらに他の実施形態によるイメージセンサの色分離レンズアレイをなす複数のナノポストの配列形態を例示的に示す平面図である。 図１８の色分離レンズアレイを具備するイメージセンサの赤色画素、緑色画素、青色画素にそれぞれ入射する光のスペクトル分布を例示的に示すグラフである。 他の実施形態によるイメージセンサの画素アレイの概略的な構造をそれぞれ異なる断面において示す断面図である。 他の実施形態によるイメージセンサの画素アレイの概略的な構造をそれぞれ異なる断面において示す断面図である。 一実施形態によるイメージセンサの赤色画素、緑色画素、青色画素にそれぞれ入射する光のスペクトル分布を例示的に示すグラフであり、カラーフィルタが具備されている場合に係わる図面である。 一実施形態によるイメージセンサの赤色画素、緑色画素、青色画素にそれぞれ入射する光のスペクトル分布を例示的に示すグラフであり、カラーフィルタが具備されていない場合に係わる図面である。 他の実施形態による色分離レンズアレイを例示的に示す平面図である。 図２３に図示された色分離レンズアレイを含むイメージセンサの画素アレイの概略的な構造を示す断面図である。 さらに他の実施形態によるイメージセンサの概略的な構造を示す断面図である。 図２５のイメージセンサの色分離レンズアレイに採用されるナノポストの例示的な形状を示す斜視図である。 一実施形態によるイメージセンサを含む電子装置を概略的に図示したブロック図である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置の一例を示す図面である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置の他の一例を示す図面である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置のさらに他の一例を示す図面である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置のさらに他の一例を示す図面である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置のさらに他の一例を示す図面である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置のさらに他の一例を示す図面である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置のさらに他の一例を示す図面である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置のさらに他の一例を示す図面である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置のさらに他の一例を示す図面である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置のさらに他の一例を示す図面である。 一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置のさらに他の一例を示す図面である。

以下、添付された図面を参照し、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について詳細に説明する。説明される実施形態は、ただ例示的なものに過ぎず、そのような実施形態から、多様な変形が可能である。以下の図面において、同一参照符号は、同一構成要素を指し、図面上において、各構成要素の大きさは、説明の明瞭さ及び便宜さのために、誇張されてもいる。

以下において、「上部」または「上」と記載された表現は、接触し、すぐその上下左右にあるものだけではなく、非接触で、上下左右にあることも含まれる。

第１、第２のような用語は、多様な構成要素の説明に使用されうるが、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみに使用される。そのような用語は、構成要素の物質または構造が異なることを限定するものではない。

単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。

また、明細書に記載された「…部」、「モジュール」のような用語は、機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアによっても具現され、ハードウェアとソフトウェアとの結合によっても具現される。

「前記」の用語、及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数のいずれにも該当しうる。

方法を構成する段階は、説明された順に行わなければならないという明白な言及がなければ、適切な順序によっても行われる。また、全ての例示的な用語（例：「例えば」）の使用は、単に技術的思想を詳細に説明するためのものであり、特許請求の範囲によって限定されない以上、そのような用語により、権利範囲が限定されるものではない。

図１は、一実施形態によるイメージセンサの概略的なブロック図である。図１を参照すれば、イメージセンサ１０００は、画素アレイ１１００、タイミングコントローラ１０１０、ロウデコーダ１０２０及び出力回路１０３０を含んでもよい。イメージセンサ１０００は、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。

画素アレイ１１００は、複数のロウとカラムとに沿い、二次元配列された画素を含む。ロウデコーダ１０２０は、タイミングコントローラ１０１０から出力されたロウアドレス信号に応答し、画素アレイ１１００のロウのうち一つを選択する。出力回路１０３０は、選択されたロウに沿って配列された複数の画素から、カラム単位で光感知信号を出力する。そのために、出力回路１０３０は、カラムデコーダとアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ：ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含んでもよい。例えば、出力回路１０３０は、カラムデコーダ、及び画素アレイ１１００間において、カラム別にそれぞれ配置された複数のＡＤＣ、またはカラムデコーダの出力端に配置された１つのＡＤＣを含んでもよい。タイミングコントローラ１０１０、ロウデコーダ１０２０及び出力回路１０３０は、１つのチップ、またはそれぞれ別個のチップにも具現される。出力回路１０３０を介して出力された映像信号を処理するためのプロセッサが、タイミングコントローラ１０１０、ロウデコーダ１０２０及び出力回路１０３０と共に、１つのチップにも具現される。

画素アレイ１１００は、互いに異なる波長の光を感知する複数の画素を含んでもよい。該画素は、図２Ａないし図２Ｃのように、多様な方式にも配列される。

まず、図２Ａは、イメージセンサ１０００において一般的に採択されているベイヤーパターン（Ｂａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）を示す。図２を参照すれば、１つの単位画素は、４つの四分領域（ｑｕａｄｒａｎｔ ｒｅｇｉｏｎ）を含み、第１四分面ないし第４四分面が、それぞれ青色画素Ｂ、緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ、緑色画素Ｇにもなる。そのような単位画素が、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿い、二次元的で反復配列される。言い換えれば、２×２アレイ状の単位画素内において、一方の対角線方向に２個の緑色画素Ｇが配置され、他方の対角線方向に、それぞれ１個の青色画素Ｂと１個の赤色画素Ｒとが配置される。全体的な画素配列を見れば、複数の緑色画素Ｇと、複数の青色画素Ｂとが第１方向に沿って交互に配列される第１行（ｒｏｗ）と、複数の赤色画素Ｒと、複数の緑色画素Ｇとが第１方向に沿って交互に配列される第２行とが反復して配列される。

しかし、画素アレイ１１００の配列方式は、ベイヤーパターンにのみ限定されるものではなく、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、図２Ｂを参照すれば、マゼンタ（ｍａｇｅｎｔａ）画素（Ｍ）、シアン（ｃｙａｎ）画素（Ｃ）、イエロー（ｙｅｌｌｏｗ）画素（Ｙ）及び緑色画素Ｇが１つの単位画素を構成するＣＹＧＭ方式の配列も可能である。また、図２Ｃを参照すれば、緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ、青色画素Ｂ及び白色画素（Ｗ）が１つの単位画素を構成するＲＧＢＷ方式の配列も可能である。また、図示されていないが、単位画素が３×２アレイ状を有することもできる。それ以外にも、画素アレイ１１００の画素は、イメージセンサ１０００の色特性により、多様な方式にも配列される。以下においては、便宜上、イメージセンサ１０００の画素アレイ１１００がベイヤーパターンを有するものであるとして説明するが、以下において説明する実施形態の原理は、ベイヤーパターンではなく、他の形態の画素配列にも適用されうる。

一実施形態によれば、イメージセンサ１０００の画素アレイ１１００は、それぞれの画素に、それに該当する色の光を集光させるように構成された色分離レンズアレイを含んでもよい。図３は、一実施形態による色分離レンズアレイの概略的な構造及び動作を示す概念図である。図３を参照すれば、色分離レンズアレイ１３０は、所定の規則（ｒｕｌｅ）により、同一平面に配置されたナノポストＮＰを含む。そのような色分離レンズアレイ１３０は、スペーサ層１２０上にも配置される。

ここで、該規則は、ナノポストＮＰの形状、大きさ（幅、高さ）、間隔、配列形態などのパラメータに適用されるものであり、入射光Ｌ_ｉに対し、色分離レンズアレイ１３０が具現するターゲット位相分布ＴＰによっても定められる。ターゲット位相分布ＴＰは、入射光Ｌ_ｉの波長を分離して集光させるターゲット領域Ｒ１、Ｒ２を考慮しても定められる。ターゲット位相分布ＴＰは、色分離レンズアレイ１３０とターゲット領域Ｒ１、Ｒ２との間に表示されているが、それは、単に図示の便宜によるものである。実際のターゲット位相分布ＴＰは、入射光Ｌ_ｉが色分離レンズアレイ１３０を通過した直後の位置、例えば、色分離レンズアレイ１３０の下部表面、またはスペーサ層１２０の上部表面における位相分布を意味する。

色分離レンズアレイ１３０は、第１領域１３１と第２領域１３２を含んでもよく、第１領域１３１と第２領域１３２は、それぞれ１または複数のナノポストＮＰを含んでもよい。第１領域１３１及び第２領域１３２は、それぞれ第１ターゲット領域Ｒ１及び第２ターゲット領域Ｒ２と対向するように配置され、一対一で対応しうる。第１領域１３１及び第２領域１３２には、それぞれ３つのナノポストＮＰが配置されているように図示されているが、それは、例示的なものである。また、ナノポストＮＰは、第１領域１３１及び第２領域１３２のうちいずれか１領域内に、全体的に位置するように図示されているが、それに限定されるものではなく、一部のナノポストＮＰは、第１領域１３１と第２領域１３２との境界にも配置される。第１領域１３１に配置されたナノポストＮＰは第１ナノポストであり、第２領域１３２に配置されたナノポストＮＰは第２ナノポストである（他の実施形態においても同様である）。

色分離レンズアレイ１３０のナノポストＮＰは、入射光Ｌ_ｉに含まれた互いに異なる波長の光を、互いに異なる方向に分岐させて集光する位相分布を形成することができる。例えば、入射光Ｌ_ｉに含まれた第１波長の光Ｌ_λ１は、第１位相分布を有し、第２波長の光Ｌ_λ２は、第２位相分布を有するターゲット位相分布ＴＰを形成するように、第１領域１３１と第２領域１３２とに分布されるナノポストＮＰの形状、大きさ、配列などが定められるのである。そのようなターゲット位相分布ＴＰにより、ナノポストＮＰと、所定離隔距離Ａにあるターゲット領域Ｒ１、Ｒ２に、それぞれ第１波長の光Ｌ_λ１と第２波長の光Ｌ_λ２とが集光されうる。

ナノポストＮＰが第１領域１３１に配置される規則と、第２領域１３２に配置される規則は、互いに異なってもよい。言い換えれば、第１領域１３１に具備されている第１ナノポストＮＰの形状、大きさ、配列のうちいずれか一つは、第２領域１３２に具備されている第２ナノポストＮＰの形状、大きさ配列と異なってもよい。

ナノポストＮＰは、分岐対象である波長帯域より小さいサブ波長の形状寸法を有することができる。ナノポストＮＰは、第１波長、第２波長のうち、短い波長より小さい形状寸法を有することができ、入射光Ｌ_ｉが可視光である場合、例えば、４００ｎｍ、３００ｎｍまたは２００ｎｍより小さい寸法を有することができる。

ナノポストＮＰは、周辺物質の屈折率に比べ、高い屈折率を有する物質からもなる。例えば、ナノポストＮＰは、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）及びＩＩＩ−Ｖ化合物半導体（ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓなど）、ＳｉＣ、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、及び／またはそれらの組み合わせによってもなる。周辺物質と屈折率差を有するナノポストＮＰは、通過する光の位相を変化させることができる。それは、サブ波長の形状寸法が引き起こす位相遅延（ｐｈａｓｅ ｄｅｌａｙ）が原因であり、位相が遅延される程度は、ナノポストＮＰの細部的な形状寸法、配列形態などが決定する。周辺物質は、ナノポストＮＰより低い屈折率を有する誘電体物質、例えば、ＳｉＯ_２または空気によってもなる。

第１波長λ１と第２波長λ２は、可視光線波長帯域でもあるが、それに限定されるものではなく、配置されたナノポストＮＰの形状、大きさ、間隔、配列などに係わる規則により、多様な波長帯域が具現されうる。図３は、２つの波長が分岐されて集光されるところを例示しているが、それに限定されるものではなく、入射光は、波長により、３つの方向以上に分岐されても集光される。

以下においては、前述の色分離レンズアレイ１３０が、イメージセンサ１０００の画素アレイ１１００に適用された例についてさらに詳細に説明する。

図４Ａ及び図４Ｂは、一実施形態による画素アレイの断面図であり、図５Ａは、画素アレイの光感知セル配列を示す平面図であり、図５Ｂは、色分離レンズアレイのナノポストが配列された形態を例示的に示す平面図である。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、画素アレイ１１００は、光をセンシングする複数の光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４を含むセンサ基板１１０、センサ基板１１０上に配置された透明スペーサ層１２０、及びスペーサ層１２０上に配置された色分離レンズアレイ１３０を含む。

センサ基板１１０は、光を電気的信号に変換する第１光感知セル１１１、第２光感知セル１１２、第３光感知セル１１３及び第４光感知セル１１４を含んでもよい。該光感知セルは、例えば、図４Ａに図示されているように、第１光感知セル１１１と第２光感知セル１１２とが第１方向（Ｘ方向）に沿って交互に配列され、Ｙ方向の位置が異なる断面においては、図４Ｂに図示されているように、第３光感知セル１１３と第４光感知セル１１４とが交互に配列されうる。そのような領域区分は、入射光を画素単位に区分してセンシングするためのものであり、例えば、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４は、第１画素に該当する第１波長の光をセンシングし、第２光感知セル１１２は、第２画素に該当する第２波長の光をセンシングし、第３光感知セル１１３は、第３画素に該当する第３波長の光をセンシングすることができる。以下において、第１波長の光は、緑色光、第２波長の光は、青色光、第３波長の光は、赤色光であり、第１画素、第２画素、第３画素は、それぞれ緑色画素Ｇ、青色画素Ｂ、赤色画素Ｒである場合を例として挙げて説明する。セル間境界には、図示されていないが、セル分離のための分離膜がさらに形成されうる。

スペーサ層１２０は、色分離レンズアレイ１３０を支持しながら、センサ基板１１０と色分離レンズアレイ１３０との間隔を一定に維持させる役割を行い、可視光に対して透明な材料によってもなる。例えば、スペーサ層１２０は、ＳｉＯ_２、シラノール系ガラス（ＳＯＧ：ｓｉｌｏｘａｎｅ−ｂａｓｅｄ ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ）のように、色分離レンズアレイ１３０のナノポストＮＰの屈折率より低い屈折率を有しながら、可視光帯域において吸収率が低い誘電体材料によってもなる。

色分離レンズアレイ１３０は、所定規則によって配列されたナノポストＮＰを含む。図示されていないが、色分離レンズアレイ１３０は、ナノポストＮＰを保護する保護層をさらに具備することができる。該保護層は、ナノポストＮＰをなす物質の屈折率より低い屈折率を有する誘電体物質によってもなる。

色分離レンズアレイ１３０は、複数の光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４と一対一で対応しながら対向する複数の領域１３１、１３２、１３３、１３４に区画される。複数の領域１３１、１３２、１３３、１３４それぞれには、１または複数のナノポストＮＰが配置され、形状、大きさ、配列のうちいずれか一つが領域によって異なってもよい。

色分離レンズアレイ１３０は、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４とに、第１波長の光を分岐して集光させ、第２光感知セル１１２に、第２波長の光を分岐して集光させ、第３光感知セル１１３に、第３波長の光を分岐して集光させるように領域が区分され、領域ごとに、ナノポストＮＰの大きさ、形状、配列が定められる。

画素アレイ１１００が、図２Ａに図示されたベイヤーパターンを有する場合、図５Ａの第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４は、緑色画素Ｇに対応し、第２光感知セル１１２は、青色画素Ｂに対応し、第３光感知セル１１３は、赤色画素Ｒに対応することになる。図５Ｂを参照すれば、色分離レンズアレイ１３０の第１領域１３１及び第４領域１３４が緑色画素Ｇに対応し、第２領域１３２が青色画素Ｂに対応し、第３領域１３３が赤色画素Ｒに対応する。従って、色分離レンズアレイ１３０は、二次元配列された複数の単位パターンアレイを含み、それぞれの単位パターンアレイは、２×２の形態に配列された第１領域１３１、第２領域１３２、第３領域１３３及び第４領域１３４を含む。

図５Ｂに図示されているように、緑色画素Ｇに対応する第１領域１３１及び第４領域１３４、青色画素Ｂに対応する第２領域１３２、赤色画素Ｒに対応する第３領域１３３は、円形断面を有する円柱状のナノポストＮＰを含んでもよい。第３領域１３３に配置されたナノポストＮＰは第３ナノポストであり、第４領域１３４に配置されたナノポストＮＰは第４ナノポストである（他の実施形態においても同様である）。第１領域１３１、第２領域１３２、第３領域１３３及び第４領域１３４の中心部には、断面積が互いに異なるナノポストＮＰが配置され、画素間境界線上の中心、及び画素境界線の交差点にも、ナノポストＮＰが配置されうる。画素間境界に配置されたナノポストＮＰの断面積は、画素中心部に配置されたナノポストＮＰより狭い断面積を有することができる。

図５Ｃは、図５Ｂの一部領域、すなわち、単位パターンアレイを構成する第１領域１３１ないし第４領域１３４のナノポストＮＰ配列を詳細に示す。図５ＣにおいてナノポストＮＰは、単位パターンアレイ内の詳細位置により、ｐ１〜ｐ９と表示されている。図５Ｃを参照すれば、ナノポストＮＰにおいて、第１領域１３１の中心部に配置されたナノポストｐ１、及び第４領域１３４の中心部に配置されたナノポストｐ４の断面積が、第２領域１３２の中心部に配置されたナノポストｐ２や、第３領域１３３の中心部に配置されたナノポストｐ３の断面積より大きく、第２領域１３２の中心部に配置されたナノポストｐ２の断面積が、第３領域１３３の中心部に配置されたナノポストｐ３の断面積より大きい。ただし、それは、１つの例に過ぎず、必要により、多様な形状、大きさ、配列のナノポストＮＰが適用されうる。

緑色画素Ｇに対応する第１領域１３１及び第４領域１３４に具備されているナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って互いに異なる分布規則を有することができる。例えば、第１領域１３１及び第４領域１３４に配置されたナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿い、異なる大きさ配列を有することができる。図５Ｃに図示されているように、ナノポストＮＰにおいて、第１領域１３１と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接した第２領域１３２との境界に位置するナノポストｐ５の断面積と、第１領域１３１と、それと第２方向（Ｙ方向）に隣接する第３領域１３３との境界に位置するナノポストｐ６の断面積は、互いに異なる。同様に、第４領域１３４と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接した第３領域１３３との境界に位置するナノポストｐ７の断面積と、第４領域１３４と、それと第２方向（Ｙ方向）に隣接する第２領域１３２との境界に位置するナノポストｐ８の断面積は、互いに異なる。

一方、青色画素Ｂに対応する第２領域１３２、及び赤色画素Ｒに対応する第３領域１３３に配置されたナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って対称的な分布規則を有することができる。図５Ｃに図示されているように、ナノポストＮＰにおいて、第２領域１３２と第１方向（Ｘ方向）に隣接した画素間境界に置かれるナノポストｐ５、及び第２領域１３２と第２方向（Ｙ方向）に隣接した画素間境界に置かれるナノポストｐ８の断面積は、互いに同じであり、第３領域１３３において、第１方向（Ｘ方向）に隣接した画素間境界に置かれるナノポストｐ７、及び第３領域１３３において、第２方向（Ｙ方向）に隣接した画素間境界に置かれるナノポストｐ６の断面積は、互いに同じである。

一方、第１領域１３１、第２領域１３２、第３領域１３３、第４領域１３４それぞれの４つのコーナー、すなわち、４つの領域が交差する位置に配置されたナノポストｐ９は、同一断面積を有する。

そのような分布は、ベイヤーパターンの画素配列に起因する。青色画素Ｂと赤色画素Ｒは、いずれも第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに隣接した画素が緑色画素Ｇとして同一である一方、第１領域１３１に対応する緑色画素Ｇは、第１方向（Ｘ方向）に隣接した画素が青色画素Ｂであり、第２方向（Ｙ方向）に隣接した画素が赤色画素Ｒとして互いに異なり、第４領域１３４に対応する緑色画素Ｇは、第１方向（Ｘ方向）に隣接した画素が赤色画素Ｒであり、第２方向（Ｙ方向）に隣接した画素が青色画素Ｂとして互いに異なる。そして、第１領域１３１、第４領域１３４に対応する緑色画素Ｇは、４つの対角方向に隣接する画素が緑色画素Ｇとして互いに同じであり、第２領域１３２に対応する青色画素Ｂは、４つの対角方向に隣接する画素が赤色画素Ｒとして互いに同じであり、第３領域１３３に対応する赤色画素Ｒは、４つの対角方向に隣接する画素が青色画素Ｂとして互いに同じである。従って、青色画素Ｂと赤色画素Ｒとにそれぞれ対応する第２領域１３２と第３領域１３３とにおいては、４回対称（４−ｆｏｌｄ ｓｙｍｍｅｔｒｙ）の形態にナノポストＮＰが配列され、緑色画素Ｇに対応する第１領域１３１及び第４領域１３４においては、２回対称（２−ｆｏｌｄ ｓｙｍｍｅｔｒｙ）の形態にナノポストＮＰが配列されうる。特に、第１領域１３１と第４領域１３４は、互いに対し、９０°回転されている。

ナノポストＮＰは、いずれも対称的な円形の断面形状を有するように図示されているが、それに限定されるものではなく、非対称形状の断面形状を有するナノポストが一部含まれてもよい。例えば、緑色画素Ｇに対応する第１領域１３１と第４領域１３４とには、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）との幅が互いに異なる非対称断面形状を有するナノポストが採用され、青色画素Ｂと赤色画素Ｒとにそれぞれ対応する第２領域１３２と第３領域１３３とには、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）との幅が同じである対称的な断面形状を有するナノポストが採用されうる。

色分離レンズアレイ１３０の配列規則は、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４とに第１波長の光を分岐して集光させ、第２光感知セル１１２に第２波長の光を分岐して集光させ、第３光感知セル１１３に第３波長の光を分岐して集光させるターゲット位相分布を具現するための一例示であるが、図示されたパターンに限定されるものではない。

色分離レンズアレイ１３０を通過した位置において、第１波長の光が、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４とに集光される位相を形成し、隣接した第２光感知セル１１２と第３光感知セル１１３とには進まない位相を形成するように、色分離レンズアレイ１３０の各領域に具備されるナノポストＮＰの形状、大きさ、配列が定められうる。

同様に、色分離レンズアレイ１３０を通過した位置において、第２波長の光が第２光感知セル１１２に集光される位相を形成し、隣接した第１光感知セル１１１、第３光感知セル１１３及び第４光感知セル１１４には進まない位相を形成するように、色分離レンズアレイ１３０の各領域に具備されるナノポストＮＰの形状、大きさ、配列が定められうる。

また同様に、色分離レンズアレイ１３０を通過した位置において、第３波長の光が第３光感知セル１１３に集光される位相を形成し、隣接した第１光感知セル１１１、第２光感知セル１１２及び第４光感知セル１１４には進まない位相を形成するように、色分離レンズアレイ１３０の各領域に具備されるナノポストＮＰの形状、大きさ、配列が定められうる。

そのような条件をいずれも満足させるナノポストＮＰの形状、大きさ及び／または配列が定められ、そのような色分離レンズアレイ１３０は、通過した直後の光が、次のようなターゲット位相分布を有するようにすることができる。色分離レンズアレイ１３０を通過した直後の位置において、言い換えれば、色分離レンズアレイ１３０の下部表面、またはスペーサ層１２０の上部表面において、第１波長の光の位相は、第１光感知セル１１１に対応する第１領域１３１の中心部と、第４光感知セル１１４に対応する第４領域１３４の中心部とにおいて、２Ｎπであり、第２光感知セル１１２に対応する第２領域１３２の中心部、及び第３光感知セル１１３に対応する第３領域１３３の中心部においては、（２Ｎ−１）πの位相を示す分布でもある。ここで、Ｎは、０より大きい整数である。言い換えれば、色分離レンズアレイ１３０を透過した直後の位置において、第１波長の光の位相が、第１領域１３１の中心部と、第４領域１３４の中心部とにおいて、最大になり、第１領域１３１の中心部と、第４領域１３４の中心部とから遠くなるほど、同心円状にだんだんと小さくなり、第２領域１３２の中心部と、第３領域１３３の中心部とにおいて、最小にもなる。例えば、Ｎ＝１である場合、色分離レンズアレイ１３０を透過した位置において、緑色光の位相は、第１領域１３１の中心部と、第４領域１３４の中心部とにおいて、２πであり、第２領域１３２の中心部と、第３領域１３３の中心部とにおいて、πにもなる。ここで、該位相は、光がナノポストＮＰを通過する直前の位相に係わる相対的な位相値を意味する。

また、色分離レンズアレイ１３０を通過した直後の位置において、第２波長の光の位相は、第２光感知セル１１２に対応する第２領域１３２の中心部において、２Ｍπであり、第１光感知セル１１１に対応する第１領域１３１の中心部、第４光感知セル１１４に対応する第４領域１３４の中心部においては、（２Ｍ−１）πであり、第３光感知セル１１３に対応する第３領域１３３の中心部においては、（２Ｍ−２）πより大きく、（２Ｍ−１）πより小さくなる分布でもある。ここで、Ｍは、０より大きい整数である。言い換えれば、色分離レンズアレイ１３０を透過した直後の位置において、第２波長の光の位相は、第２領域１３２の中心部において最大になり、第２領域１３２の中心部から遠くなるほど、同心円状にだんだんと小さくなり、第１領域１３１、第４領域１３４及び第３領域１３３の中心部において、局所的に最小になる。例えば、Ｍ＝１である場合、色分離レンズアレイ１３０を透過した位置で青色光の位相は、第２領域１３２の中心部において、２πであり、第１領域１３１の中心部と、第４領域１３４の中心部とにおいて、πであり、第３領域１３３の中心部において、約０．２πないし０．７πにもなる。

また同様に、色分離レンズアレイ１３０を通過した直後の位置において、第３波長の光の位相は、第３光感知セル１１３に対応する第３領域１３３の中心部において、２Ｌπであり、第１光感知セル１１１に対応する第１領域１３１、第４光感知セル１１４に対応する第４領域１３４の中心部においては、（２Ｌ−１）πであり、第２光感知セル１１２に対応する第２領域１３２の中心部においては、（２Ｌ−２）πより大きく、（２Ｌ−１）πより小さくもなる。ここで、Ｌは、０より大きい整数である。言い換えれば、色分離レンズアレイ１３０を透過した直後の位置において、第３波長の光の位相は、第３領域１３３の中心部で最大になり、第３領域１３３の中心部から遠くなるほど、同心円状にだんだんと小さくなり、第１領域１３１、第４領域１３４及び第２領域１３２の中心部において、局所的に最小になる。例えば、Ｌ＝１である場合、色分離レンズアレイ１３０を透過した位置において、赤色光の位相は、第３領域１３３の中心部において、２πであり、第１領域１３１の中心部と、第４領域１３４の中心部とにおいて、πであり、第２領域１３２の中心部において、約０．２πないし０．７πにもなる。

前述のように、ターゲット位相分布は、色分離レンズアレイ１３０を透過した直後の位置における光の位相分布を意味する。色分離レンズアレイ１３０を通過した光がそのような位相分布を有せば、第１波長ないし第４波長の光が、それぞれ第１光感知セル１１１、第２光感知セル１１２、第３光感知セル１１３及び第４光感知セル１１４に集まることになる。言い換えれば、色分離レンズアレイ１３０を透過した光は、波長によって分岐され、それぞれ互いに異なる方向に進んで集光されるところと同一の光学的効果を得ることができる。

そのように、当該波長の光が、当該光感知セルに集光されるように、所定伝播距離要件が定められ、それにより、スペーサ層１２０の厚みｈが定められうる。スペーサ層１２０の厚みｈは、分岐対象である波長λや、画素サイズ及び光感知セルの配置周期ｐによっても異なる。スペーサ層１２０の厚みｈは、分岐対象である可視光線波長帯域の中心波長λよりも大きくもなり、隣接する光感知セル中心間の距離である光感知セル配置周期ｐと比較すれば、１ｐ〜３ｐの範囲でもある。具体的には、スペーサ層１２０の厚みｈは、５００ｎｍないし５μｍの範囲でもある。スペーサ層１２０の厚みｈを設定するさらに細部的な事項については、図１０Ａないし図１０Ｅ、図１１Ａないし図１１Ｅ、及び図１２Ａないし図１２Ｅを参照してさらに後述する。

図６Ａ及び図６Ｂは、色分離レンズアレイを通過した青色光の位相分布形態、及び色分離レンズアレイに対向する光感知セルにおける青色光のフォーカシング分布を電算模写した図面であり、図６Ｃは、青色画素Ｂに対応する色分離レンズアレイの第２領域と、その周辺に入射した青色光の進行方向とを例示的に示し、図６Ｄは、青色光に対し、色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す。

図６Ａに例示された位相分布について説明すれば、青色画素Ｂに対応する領域の中心部における位相は、大体のところ２πであり、隣接した緑色画素Ｇに対応する領域の中心部における位相は、大体のところπの値を示し、対角線方向の赤色画素Ｒに対応する領域の中心部における位相は、大体のところπより小さい値（例えば、約０．２πないし０．７π）を示す。

そのような位相分布は、図６Ｂのような青色光のフォーカシング分布を示すことができる。青色光は、青色画素Ｂに対応する領域にほとんど集光され、他の画素に対応する領域には、青色光がほとんど達しない。

結果として、青色画素Ｂに対応する第２領域１３２と、その周辺とに入射した青色光は、色分離レンズアレイ１３０を透過した後、図６Ｃに図示されているように進むことになる。例えば、色分離レンズアレイ１３０の第２領域１３２と、第２領域１３２を取り囲む他の領域との一部に入射する入射光のうち、青色光は、第２領域１３２直下部の第２光感知セル１１２上に集光される。言い換えれば、１つの青色画素Ｂには、その青色画素Ｂに対応する第２領域１３２から来る青色光、第２領域１３２と横方向に隣接する２個の第１領域１３１から来る青色光、第２領域１３２と縦方向に隣接する２個の第４領域１３４から来る青色光、及び第２領域１３２と対角方向に隣接する４個の第３領域１３３から来る青色光が入射する。

従って、図６Ｄに図示されているように、色分離レンズアレイ１３０は、青色光については、第２光感知セル１１２を中心に配列された複数のマイクロレンズＭＬ１アレイと等価的な役割が行うことができる。それぞれの等価的なマイクロレンズＭＬ１は、それに対応する第２光感知セル１１２より大きいために、第２光感知セル１１２の領域に入射する青色光だけではなく、第２光感知セル１１２を取り囲む他の領域に入射する青色光も、第２光感知セル１１２に集光させることができる。例えば、それぞれのマイクロレンズＭＬ１は、それに対応する第２光感知セル１１２より４倍ほど大きく、それぞれのマイクロレンズＭＬ１の四辺は、第２光感知セル１１２の四辺とも平行である。

図７Ａ及び図７Ｂは、色分離レンズアレイを通過した緑色光の位相分布形態、及び色分離レンズアレイに対向する光感知セルにおける緑色光のフォーカシング分布を電算模写した図面であり、図７Ｃは、緑色画素に対応する色分離レンズアレイの第１領域及び第４領域と、その周辺に入射した緑色光の進行方向とを例示的に示し、図７Ｄは、緑色光に対し、色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す。

図７Ａに例示された位相分布について説明すれば、緑色画素Ｇに対応する領域の中心部における位相は、大体のところ２πであり、隣接した青色画素Ｂと赤色画素Ｒとに対応する領域の中心部における位相は、大体のところπの値を示す。

そのような位相分布は、図７Ｂのような緑色光のフォーカシング分布を示すことができる。緑色光は、２つの緑色画素Ｇに対応する領域に分けられて集光され、他の画素に対応する領域には、緑色光がほとんど達しない。

結果として、緑色画素Ｇに対応する第１領域１３１及び第４領域１３４と、その周辺とに入射した緑色光は、色分離レンズアレイ１３０を透過した後、図７Ｃに図示されているように進むことになる。例えば、色分離レンズアレイ１３０の第１領域１３１、及び第１領域１３１を取り囲む他の領域の一部に入射する入射光のうち、緑色光は、第１領域１３１直下部の第１光感知セル１１１上に集光される。言い換えれば、１つの緑色画素Ｇには、その緑色画素Ｇに対応する第１領域１３１または第４領域１３４から来る緑色光、第１領域１３１または第４領域１３４と横方向及び縦方向に隣接する２個の第２領域１３２と、２個の第３領域１３３とから来る緑色光が入射する。

従って、図７Ｄに図示されているように、色分離レンズアレイ１３０は、緑色光については、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４とを中心に配列された複数のマイクロレンズＭＬ２アレイと等価的な役割が行うことができる。それぞれの等価的なマイクロレンズＭＬ２は、それに対応する第１光感知セル１１１やｍ第４光感知セル１１４より大きいために、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４との領域に入射する緑色光だけではなく、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４とを取り囲む他の領域に入射する緑色光も、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４とに集光させることができる。例えば、それぞれのマイクロレンズＭＬ２は、それに対応する第１光感知セル１１１または第４光感知セル１１４より２倍ほど大きく、それに対応する第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４とに対し、対角線方向に隣接するようにも配置される。

図８Ａ及び図８Ｂは、色分離レンズアレイを通過した赤色光の位相分布形態、及び色分離レンズアレイに対向する光感知セルにおける赤色光のフォーカシング分布を電算模写した図面であり、図８Ｃは、赤色画素に対応する色分離レンズアレイの第３領域と、その周辺に入射した赤色光の進行方向とを例示的に示し、図８Ｄは、赤色画素Ｒに対し、色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す。

図８Ａに例示された位相分布について説明すれば、赤色画素Ｒに対応する領域の中心部における位相は、大体のところ２πであり、隣接した緑色画素Ｇに対応する領域の中心部における位相は、大体のところπの値を示し、対角線方向の青色画素Ｂに対応する領域の中心部における位相は、大体のところπより小さい値（例えば、約０．２πないし０．７π）を示す。

そのような位相分布は、図８Ｂのような赤色光のフォーカシング分布を示すことができる。赤色光は、赤色画素Ｒに対応する領域に集光されており、他の画素に対応する領域には、赤色光がほとんど達しない。

結果として、赤色画素Ｒに対応する第３領域１３３と、その周辺とに入射した光は、色分離レンズアレイ１３０を透過した後、図８Ｃに図示されているように進むことになる。例えば、色分離レンズアレイ１３０の第３領域１３３と、第３領域１３３を取り囲む他の領域の一部とに入射する入射光のうち、赤色光は、第３領域１３３直下部の第３光感知セル１１３上に集光される。言い換えれば、１つの赤色画素Ｒには、その赤色画素Ｒに対応する第３領域１３３から来る赤色光、第３領域１３３と横方向に隣接する２個の第４領域１３４から来る赤色光、第３領域１３３と縦方向に隣接する２個の第１領域１３１から来る赤色光、及び第３領域１３３と対角線方向に隣接する４個の第２領域１３２から来る赤色光が入射する。

従って、図８Ｄに図示されているように、色分離レンズアレイ１３０は、赤色光については、第３光感知セル１１３を中心に配列された複数のマイクロレンズＭＬ３アレイと等価的な役割が行うことができる。それぞれの等価的なマイクロレンズＭＬ３は、それに対応する第３光感知セル１１３より大きいために、第３光感知セル１１３の領域に入射する赤色光だけではなく、第３光感知セル１１３を取り囲む他の領域に入射する赤色光も、第３光感知セル１１３に集光させることができる。例えば、それぞれのマイクロレンズＭＬ３は、それに対応する第３光感知セル１１３より４倍ほど大きく、それぞれのマイクロレンズＭＬ３の四辺は、第３光感知セル１１３の四辺とも平行である。

図６Ｃ、図７Ｃ、図８Ｃにおいて説明された青色光、緑色光、赤色光の経路は、各領域別に入射する光が、カラー別に分岐される形態であり、次のようにも説明される。

図９Ａは、青色画素に対応する領域に入射した光のカラー別進行方向を例示的に示す。図９Ａを参照すれば、青色画素Ｂに対応する第２領域１３２に入射する光Ｌ_ｉのうち青色光Ｌ_Ｂは、第２領域１３２直下部の第２光感知セル１１２に向けて進む。第２領域１３２に入射する入射光Ｌ_ｉのうち緑色光Ｌ_Ｇは、第２光感知セル１１２と横方向に隣接した２つの第１光感知セル１１１、及び第２光感知セル１１２と縦方向に隣接した２つの第４光感知セル１１４にほとんど進む。入射光Ｌ_ｉのうち赤色光Ｌ_Ｒは、第２光感知セル１１２と対角方向に隣接した４つの第３光感知セル１１３にほとんど進む。

図９Ｂは、緑色画素に対応する領域に入射した光のカラー別進行方向を例示的に示す。図９Ｂを参照すれば、緑色画素Ｇに対応する第１領域１３１に入射する光Ｌ_ｉのうち緑色光Ｌ_Ｇは、第１領域１３１直下部の第１光感知セル１１１に向けて進む。第１領域１３１に入射した光Ｌ_ｉのうち青色光Ｌ_Ｂは、第１光感知セル１１１と横方向に隣接した２つの第２光感知セル１１２に進み、赤色光Ｌ_Ｒは、第１光感知セル１１１と縦方向に隣接した２つの第３光感知セル１１３に向けてほとんど進む。

図９Ｃは、赤色画素に対応する領域に入射した光の進行方向を例示的に示す。赤色画素Ｒに対応する第３領域１３３に入射した光Ｌ_ｉのうち赤色光Ｌ_Ｒは、第３領域１３３直下部の第３光感知セル１１３に向けて進む。第３領域１３３に入射する入射光Ｌ_ｉのうち緑色光Ｌ_Ｇは、第３光感知セル１１３と縦方向に隣接した２つの第１光感知セル１１１、第３光感知セル１１３と横方向に隣接した２つの第４光感知セル１１４に向けて進む。入射光Ｌ_ｉのうち青色光Ｌ_Ｂは、ほとんど第３光感知セル１１３と対角方向に隣接した４つの第２光感知セル１１２に向けて進む。

そのような色分離と集光は、スペーサ層１２０の厚みを適切に設定し、さらに効果的になされうる。例えば、スペーサ層１２０の理論厚ｈ_ｔは、λ_０の波長に係わるスペーサ層１２０の屈折率をｎ、光感知セルのピッチをｐとするとき、次の数式１を満足することができる。

ここで、スペーサ層１２０の理論厚ｈ_ｔは、λ_０の波長を有する光が、色分離レンズアレイ１３０により、光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４の上部表面上に集光される焦点距離を意味する。言い換えれば、λ_０の波長を有する光は、色分離レンズアレイ１３０を経ながら、色分離レンズアレイ１３０の下部表面からｈ_ｔほど離れた距離にもフォーカシングされる。

数式１に記載されているように、スペーサ層１２０の理論厚ｈ_ｔは、光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４のピッチｐと、スペーサ層１２０の屈折率ｎによっても異なる。例えば、可視光線帯域の中心波長λ_０を５４０ｎｍ、光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４のピッチｐを０．８μｍ、５４０ｎｍ波長におけるスペーサ層１２０の屈折率ｎを１．４６と仮定すれば、スペーサ層１２０の理論厚ｈ_ｔ、言い換えれば、色分離レンズアレイ１３０の下部表面と、センサ基板１１０の上部表面との最適距離は、約１．６４μｍでもある。しかし、スペーサ層１２０の実際厚は、数式１に記載された理論厚ｈ_ｔたけに制限される必要はない。例えば、色分離レンズアレイ１３０の効率を考慮し、数式１の理論厚ｈ_ｔを基準に、所定範囲内において、スペーサ層１２０の実際厚が選択されうる。

図１０Ａないし図１０Ｅは、光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４のピッチが０．７μｍである場合、色分離レンズアレイ１３０とセンサ基板１１０との距離による色分離レンズアレイ１３０の効率変化を例示的に示すグラフである。図１０Ａは、色分離レンズアレイ１３０の単位パターンアレイを構成する第１領域１３１ないし第４領域１３４から第２光感知セル１１２に入射する青色光に係わる色分離レンズアレイ１３０の集光効率を示し、図１０Ｂは、単位パターンアレイを構成する第１領域１３１ないし第４領域１３４から、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４とに入射する緑色光に係わる色分離レンズアレイ１３０の集光効率を示し、図１０Ｃは、単位パターンアレイを構成する第１領域１３１ないし第４領域１３４から第３光感知セル１１３に入射する赤色光に係わる色分離レンズアレイ１３０の集光効率を示す。

図１０Ａ及び図１０Ｃの場合、１つの光感知セルに対し、４個の領域が配置されるので、理論上最大値が４である。図１０Ｂの場合には、２個の光感知セルに対し、４個の領域が配置されるので、理論上最大値が２である。図１０Ａないし図１０Ｃのグラフにおいて、色分離レンズアレイ１３０の集光効率が最も高い距離が、数式１を満足する理論厚ｈ_ｔになる。図１０Ａないし図１０Ｃに図示されているように、理論厚ｈ_ｔは、波長によって少しずつ異なる。

図１０Ｄは、可視光線に対する肉眼の敏感度特性を考慮した色分離レンズアレイの効率変化を例示的に示すグラフである。例えば、肉眼は、一般的に、緑色光に対して敏感度が最も高く、青色光に対して敏感度が最も低い。従って、図１０Ａのグラフに最も低い加重値を付与し、図１０Ｃのグラフに、青色光より高い加重値を付与し、図１０Ｂに最も高い加重値を付与した後で合算した値を平均することにより、図１０Ｄのグラフを得ることができる。図１０Ｅは、図１０Ｄのグラフを規準化した結果を示すグラフである。

図１０Ｄ及び図１０Ｅのグラフを参照すれば、光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４のピッチが０．７μｍである場合、肉眼の敏感度特性を考慮した可視光線全体に係わる色分離レンズアレイ１３０の効率は、約１．２μｍの距離で最も高い。また、色分離レンズアレイ１３０の効率は、約０．５μｍの距離において、最大効率の約８０％ほどになり、約１．９μｍの距離において、最大効率の約９５％ほどになる。

図１１Ａないし図１１Ｅは、光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４のピッチが０．８μｍである場合、色分離レンズアレイ１３０とセンサ基板１１０との距離による色分離レンズアレイ１３０の効率変化を例示的に示すグラフである。図１１Ａないし図１１Ｅを参照すれば、光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４のピッチが０．８μｍである場合、肉眼の敏感度特性を考慮した可視光線全体に係わる色分離レンズアレイ１３０の効率は、約１．６４μｍの距離で最も高い。また、色分離レンズアレイ１３０の効率は、約０．８μｍの距離において、最大効率の約８５％ほどになり、約２．５μｍの距離において、最大効率の約９３％ほどになる。

図１２Ａないし図１２Ｅは、光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４のピッチが１．０μｍである場合、色分離レンズアレイ１３０とセンサ基板１１０との距離による色分離レンズアレイ１３０の効率変化を例示的に示すグラフである。図１２Ａないし図１２Ｅを参照すれば、光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４のピッチが１．０μｍである場合、肉眼の敏感度特性を考慮した可視光線全体に係わる色分離レンズアレイ１３０の効率は、約２．６μｍの距離で最も高い。また、色分離レンズアレイ１３０の効率は、約１．６μｍの距離において、最大効率の約８７％ほどになり、約３．６μｍの距離において、最大効率の約９４％ほどになる。

結果として、スペーサ層１２０の実際厚ｈが、数式１の理論厚ｈ_ｔに比べ、光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４のピッチｐほど大きかったり小さかったりしても、色分離レンズアレイ１３０は、最大効率の８０％以上、９０％以上または９５％以上の高い効率を有するということが分かる。前述の結果を考慮するとき、スペーサ層１２０の実際厚ｈは、ｈ_ｔ−ｐ≦ｈ≦ｈ_ｔ＋ｐの範囲内においても選択されるのである。

前述の色分離レンズアレイ１３０は、入射光を吸収したり遮断したりせずに波長別に分岐し、分岐された光を特定領域に集光させることができるために、イメージセンサの光利用効率を向上させることができる。また、色分離レンズアレイ１３０は、向上した色分離性能を有するために、色分離レンズアレイ１３０を採用したイメージセンサは、優秀な色純度を有することができる。また、色分離レンズアレイ１３０を採用したイメージセンサは、イメージセンサで一般的に採択されているベイヤーパターン方式を維持することができ、既存の画素構造と同一イメージ処理アルゴリズムを活用することができる。さらに、色分離レンズアレイ１３０は、入射光を集光するレンズの役割も行うことができるために、色分離レンズアレイ１３０を採用したイメージセンサは、光をそれぞれの画素に集光させるための別途のマイクロレンズを必要としない。

図１３は、一実施形態による色分離レンズアレイにも採用されるナノポストの例示的な形態を示す斜視図である。図１３を参照すれば、ナノポストは、直径Ｄ、高さＨである円柱形状を有することができる。直径Ｄ及び／または高さＨのサブ波長の値を有することができ、直径Ｄは、ナノポストが配置される位置によっても異なる。

該ナノポストは、それ以外にも、多様な断面形状を有する柱にも形成される。図１４Ａないし図１４Ｈは、イメージセンサの色分離レンズアレイ１３０に採用されうるナノポストの例示的な形状を示す平面図である。

ナノポストの断面形状は、図１４Ａのように、外径Ｄ、内径Ｄｉである円形リング状でもある。リング幅ｗがサブ波長の値を有することができる。ナノポストの断面形状は、図１４Ｂのように、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）との長軸長Ｄｘと短軸長Ｄｙとが互いに異なる楕円形状でもある。そのような形状は、図５Ｂの実施形態について説明するときに言及したように、緑色画素に対応する第１領域１３１及び第４領域１３４にも採用される。

さらには、ナノポストの断面形状は、図１４Ｃ、図１４Ｄ、図１４Ｆに図示されているように、正方形状、正方形リング状または十字形状、または、図１４Ｅ、図１４Ｇに図示されているように、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）との長さ、Ｄｘ、Ｄｙが互いに異なる長方形状または十字形状でもある。そのような長方形または十字形状は、図５Ｂの実施形態について説明するときに言及したように、緑色画素に対応する第１領域１３１と第４領域１３４とにも採用される。

さらに他の例として、ナノポストの断面形状は、図１４Ｈに図示されているように、複数の凹状円弧を有する形状でもある。

図１５は、他の実施形態による色分離レンズアレイをなすナノポストの配列形態を例示的に示す平面図である。

色分離レンズアレイ１４０は、図２Ａで例示したベイヤーパターンの画素配列と対応する形態であり、緑色画素Ｇに対応する第１領域１４１、青色画素Ｂに対応する第２領域１４２、赤色画素Ｒに対応する第３領域１４３、及び緑色画素Ｇに対応する第４領域１４４に四分された領域を含んでもよい。図示されていないが、そのような単位パターンアレイが、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って反復しても配列される。各領域は、複数のサブ領域にも等分され、該サブ領域境界の交差点に、ナノポストＮＰが配置されうる。図１５は、サブ領域の個数が９個である例を示しており、９個にサブ領域を区画した格子点上に、ナノポストＮＰが配置されており、各領域１４１、１４２、１４３、１４４の真ん中には、ナノポストＮＰが配置されず、同サイズの４つのナノポストＮＰが中心部をなす形態である。周辺部のナノポストＮＰは、他の領域との境界線上に配置される形態である。ナノポストＮＰは、単位パターンアレイ内の細部位置により、ｒ１〜ｒ９に表示されている。

図１５を参照すれば、緑色画素に対応する第１領域１４１の中心部に配置されたナノポストｒ１は、周辺部に配置されたナノポストｒ５、ｒ６、ｒ９より大きい断面積を有し、緑色画素に対応する第４領域１４４の中心部に配置されたナノポストｒ４も、周辺部に配置されたナノポストｒ７、ｒ８、ｒ９より大きい断面積を有する。緑色画素に対応する第１領域１４１と第４領域１４４との中心部に配置されたナノポストｒ１、ｒ４の断面サイズは、青色画素に対応する第２領域１４２の中心部に配置されたナノポストｒ２、赤色画素に対応する第３領域１４３の中心部に配置されたナノポストｒ３の断面サイズより大きくもなる。青色画素に対応する第２領域１４２の中心部に配置されたナノポストｒ２の断面積は、赤色画素に対応する第３領域１４３の中心部に配置されたナノポストｒ３の断面積より大きくもなる。

第２領域１４２と第３領域１４３とのナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに沿って対称的にも配置され、第１領域１４１と第４領域１４４とのナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに沿って非対称的にも配置される。言い換えれば、青色画素と赤色画素とにそれぞれ対応する第２領域１４２と第３領域１４３とのナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに沿って同一分布規則を有することができ、緑色画素に対応する第１領域１４１と第４領域１４４とのナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに沿って互いに異なる分布規則を有することができる。

ナノポストＮＰのうち、第１領域１４１と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接した第２領域１４２との境界に位置するナノポストｒ５の断面積と、第１領域１４１と、それと第２方向（Ｙ方向）に隣接する第３領域１４３との境界に位置するナノポストｒ６との断面積は、互いに異なる。また、第４領域１４４と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接した第３領域１４３との境界に位置するナノポストｒ７の断面積と、第４領域１４４と、それと第２方向（Ｙ方向）に隣接する第２領域１４２との境界に位置するナノポストｒ８との断面積は、互いに異なる。

一方、第１領域１４１と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接した第２領域１４２との境界に位置するナノポストｒ５の断面積と、第４領域１４４と、それと第２方向（Ｙ方向）に隣接する第２領域１４２との境界に位置するナノポストｒ８との断面積が同一であり、第１領域１４１と、それと第２方向（Ｙ方向）に隣接した第３領域１４３との境界に位置するナノポストｒ６の断面積と、第４領域１４４と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接する第３領域１４３との境界に位置するナノポストｒ７との断面積が同一である。

一方、第１領域１４１、第２領域１４２、第３領域１４３、第４領域１４４それぞれのコーナー、すなわち、４つの領域が交差する位置に配置されたナノポストｒ９は、同じ断面積を有する。

そのように、青色画素と赤色画素とにそれぞれ対応する第２領域１４２と第３領域１４３とにおいては、４回対称の形態でナノポストＮＰが配列され、緑色画素に対応する第１及び第４領域１４１、１４４においては、２回対称の形態でナノポストＮＰが配列され、第１領域１４１と第４領域１４４は、互いに対し、９０°回転されている。そのような形態は、後述する図１６、図１７の実施形態にも、同一に示される。

図１６は、さらに他の実施形態による色分離レンズアレイをなすナノポストの配列形態を例示的に示す平面図である。

色分離レンズアレイ１５０は、ベイヤーパターンの画素配列と対応する形態であり、緑色画素に対応する第１領域１５１、青色画素に対応する第２領域１５２、赤色画素に対応する第３領域１５３、及び緑色画素に対応する第４領域１５４に四分された領域を含んでもよい。各領域は、複数のサブ領域にも等分され、該サブ領域境界の交差点に、ナノポストＮＰが配置されうる。図１６は、サブ領域の個数が１６個である例を示すという点において、図１５のナノポスト配列と違いがあり、１６個にサブ領域を区画した格子点上に、ナノポストＮＰが配置されており、それぞれの領域１５１、１５２、１５３、１５４の真ん中に、ナノポストＮＰが配置される。ナノポストＮＰは、単位パターンアレイ内の細部位置により、ｓ１〜ｓ１１と表示されている。

図１６の実施形態は、緑色画素に対応する第１領域１５１の真ん中に位置したナノポストｓ１、第４領域１５４の真ん中に位置したナノポストｓ４が、周辺部に位置したナノポストＮＰより大きい断面積を有するだけではなく、青色画素に対応する第２領域１５２、及び赤色画素に対応する第３領域１５３に配置されたナノポストＮＰより大きい断面積を有することができる。

第１領域１５１において、断面積が最大であるナノポストｓ１が真ん中に配置され、周辺部に行くほど断面積がだんだんと小さくなるナノポストｓ１０、ｓ５、ｓ６が配置される。第４領域１５４においても、断面積が最大であるナノポストｓ４が真ん中に配置され、周辺部に行くほど断面積がだんだんと小さくなるナノポストｓ１１、ｓ７、ｓ８が配置される。それと異なり、第２領域１５２においては、中心部に断面積が同じであるナノポストｓ２が９個配置され、それより大きい断面積を有するナノポストｓ５、ｓ８が周辺部に配置される。第３領域１５３においても、中心部に断面積が同じナノポストｓ３が９個配置され、それより大きい断面積を有するナノポストｓ６、ｓ７が周辺部に配置される。第２領域１５２、第３領域１５３において、周辺部のナノポストＮＰは、他の領域との境界線上に配置される形態である。

図１６の実施形態も、図１５の実施形態と同様に、第２領域１５２と第３領域１５３とのナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに沿って対称的にも配置され、第１領域１５１と第４領域１５４とのナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに沿って非対称的にも配置される。また、第１領域１５１、第２領域１５２、第３領域１５３、第４領域１５４それぞれのコーナー、すなわち、４つの領域が隣接する位置に配置されたナノポストｓ９は、同じ断面積を有する。

図１７は、さらに他の実施形態による色分離レンズアレイをなすナノポストの配列形態を例示的に示す平面図である。

色分離レンズアレイ１６０は、ベイヤーパターンの画素配列と対応する形態であり、緑色画素に対応する第１領域１６１、青色画素に対応する第２領域１６２、赤色画素に対応する第３領域１６３、及び緑色画素に対応する第４領域１６４に四分された領域を含んでもよい。各領域は、複数のサブ領域にも等分され、サブ領域内に、ナノポストＮＰが配置されうる。色分離レンズアレイ１６０は、図１５と同様に、各領域が９個のサブ領域に区画されるが、ナノポストＮＰが、サブ領域間の交差点ではない内部に配置される点において違いがある。ナノポストＮＰは、単位パターンアレイ内の細部位置により、ｔ１〜ｔ１６と表示されている。

図１７の実施形態は、第１領域１６１の中心部に位置したナノポストｔ１と、第４領域１６４の中心部に位置したナノポストｔ４とが、その周辺部に位置したナノポストＮＰだけではなく、第２領域１６２及び第３領域１６３に配置されたナノポストＮＰよりも断面大きい。第２領域１６２の中心部に配置されたナノポストｔ２の断面積は、第３領域１６３の中心部に配置されたナノポストｔ３の断面積より大きくもなる。第２領域１６２の場合、中心部から、第１方向（Ｘ方向）、第２方向（Ｙ方向）に離隔された周辺部に位置するナノポストｔ６、ｔ１０の断面積が、中心部ナノポストｔ２の断面積よりさらに大きく、それと異なり、中心部から対角線方向に離隔された周辺部に位置したナノポストｔ１４の断面積は、中心部ナノポストｔ２の断面積より小さい。第３領域１６３の場合、中心部ナノポストｔ３の断面積が最も小さく、周辺部のナノポストｔ７、ｔ１１、ｔ１５は、いずれも中心部ナノポストｔ３より大きい断面積を有する。

第２領域１６２と第３領域１６３とのナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに沿って対称的にも配置され、第１領域１６１と第４領域１６４とのナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに沿って非対称的にも配置される。言い換えれば、青色画素と赤色画素とにそれぞれ対応する第２領域１６２と第３領域１６３とのナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに沿って同一分布規則を示し、緑色画素に対応する第１領域１６１と第４領域１６４とのナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とに沿って互いに異なる分布規則を示している。

第１領域１６１において、中心部のナノポストｔ１と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接したナノポストｔ５、及びそれと第２方向（Ｙ方向）に隣接したナノポストｔ９は、互いに異なる断面積を有する。第４領域１６４においても、中心部のナノポストｔ４と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接したナノポストｔ８、及びそれと第２方向（Ｙ方向）に隣接したナノポストｔ１２が互いに異なる断面積を有する。このとき、第１領域１６１中心部のナノポストｔ１と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接したナノポストｔ５は、第４領域１６４中心部のナノポストｔ４と、それと第２方向（Ｙ方向）に隣接したナノポストｔ１２とは、同一断面積を有し、第１領域１６１中心部のナノポストｔ１と、それと第２方向（Ｙ方向）に隣接したナノポストｔ９は、第４領域１６４中心部のナノポストｔ４と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接したナノポストｔ８とは、同一断面積を有する。第１領域１６１のコーナーに隣接した位置のナノポストｔ１３、第４領域１６４のコーナーに隣接した位置のナノポストｔ１６は、同じ断面積を有する。そのように、第１領域１６１、第４領域１６４は、互いに対し、９０°回転されている。

第２領域１６２中心部のナノポストｔ２と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接したナノポストｔ６、及びそれと第２方向（Ｙ方向）に隣接したナノポストｔ１０は、互いに同じ断面積を有する。第２領域１６２のコーナーに隣接した位置のナノポストｔ１４も、同じ断面積を有する。

第３領域１６３の場合も、中心部のナノポストｔ３と、それと第１方向（Ｘ方向）に隣接したナノポストｔ７、及びそれと第２方向（Ｙ方向）に隣接したナノポストｔ１１は、互いに同じ断面積を有する。第３領域１６３のコーナーに隣接した位置のナノポストｔ１５も、同じ断面積を有する。

図１８は、さらに他の実施形態による色分離レンズアレイをなす複数のナノポストの配列形態を例示的に示す平面図である。

図１８の色分離レンズアレイ１７０は、最も単純な構造の実施形態である。緑色画素と対応する第１領域１７１、青色画素と対応する第２領域１７２、赤色画素と対応する第３領域１７３、及び緑色画素と対応する第４領域１７４にそれぞれ１つのナノポストＮＰが配置される。第１領域１７１と第４領域１７４とに具備されているナノポストＮＰの断面積が最も大きく、第２領域１７２に具備されているナノポストＮＰの断面積は、第１領域１７１に具備されているナノポストＮＰの断面積より小さく、第３領域１７３のナノポストＮＰ断面積が最も小さい。

図１９は、図１８の色分離レンズアレイを含むイメージセンサの赤色画素Ｒ、緑色画素Ｇ、青色画素Ｂそれぞれに入射する光のスペクトル分布を例示的に示すグラフである。

図２０Ａ及び図２０Ｂは、他の実施形態による画素アレイの概略的な構造を、それぞれ異なる断面において示す断面図である。画素アレイ１１００ａは、センサ基板１１０と色分離レンズアレイ１３０との間に、カラーフィルタ１０５がさらに配置された点において、前述の図４Ａ及び図４Ｂの実施形態と違いがある。カラーフィルタ１０５は、センサ基板１１０とスペーサ層１２０との間にも配置される。

画素アレイ１１００ａは、色分離レンズアレイ１３０を保護する透明誘電体層１２１をさらに含んでもよい。誘電体層１２１は、隣接したナノポストＮＰ間の空間、及びナノポストＮＰの上部表面を覆うようにも配置される。誘電体層１２１は、ナノポストＮＰの屈折率より低い屈折率を有する物質、例えば、スペーサ層１２０と同一物質によってもなる。

カラーフィルタ１０５は、ベイヤーパターンの画素配列に対応する形態のフィルタ領域を具備する。図２０Ａに図示されているように、緑色フィルタ領域ＣＦ１、青色フィルタ領域ＣＦ２が交互に配置され、図２０Ｂに図示されているように、Ｙ方向に離隔された後、行においては、赤色フィルタ領域ＣＦ３と緑色フィルタ領域ＣＦ１とが交互に配置される。色分離レンズアレイ１３０が、複数の光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４に、互いに異なる波長の光を分岐して集光させる点において、カラーフィルタ１０５の構成は、必須な構成要素ではない。ただし、そのように、追加してカラーフィルタ１０５を具備することにより、色純度が補完され、相当に色分離された光がカラーフィルタ１０５に入射するので、光損失は、大きくない。

図２１及び図２２は、イメージセンサの赤色画素Ｒ、緑色画素Ｇ、青色画素Ｂに入射する光のスペクトル分布を例示的に示すグラフであり、それぞれカラーフィルタが具備されている実施形態と、カラーフィルタが具備されていない実施形態のスペトル分布を示す。

図２１のグラフは、図２０Ａ及び図２０Ｂに図示されたカラーフィルタを具備したイメージセンサのスペクトルであり、図２２のグラフは、図４Ａ及び図４Ｂに図示されたカラーフィルタがないイメージセンサのスペクトルである。図２１及び図２２は、画素の幅が約０．７μｍであるイメージセンサのシミュレーション結果であり、カラーフィルタが具備されている場合、全体的な光量が低くなる傾向があるが、いずれも良好な色分離性能を示している。

図２３は、他の実施形態による色分離レンズアレイを例示的に示す平面図である。図２３を参照すれば、色分離レンズアレイ３４０は、太い線によって表示された多数の単位パターンアレイを含んでもよい。それぞれの単位パターンアレイは、第１領域３４１、第２領域３４２、第３領域３４３及び第４領域３４４を含む２×２の二次元形態にも配列される。色分離レンズアレイ３４０の全体構成を見るとき、１行内において、第１領域３４１と第２領域３４２とが横方向に沿って交互に配列され、他の行内において、第３領域３４３と第４領域３４４とが横方向に沿って交互に配列される。また、１列（ｃｏｌｕｍｎ）内において、第１領域３４１と第３領域３４３とが縦方向に沿って交互に配列され、他の列内において、多数の第２領域３４２と、多数の第４領域３４４とが縦方向に沿って交互に配列される。

また、色分離レンズアレイ３４０は、いかなる単位パターンアレイにも属さない複数の第１領域３４１ないし第４領域３４４をさらに含んでもよい。いかなる単位パターンアレイにも属さない第１領域３４１ないし第４領域３４４は、色分離レンズアレイ３４０のエッジに沿っても配列される。言い換えれば、色分離レンズアレイ３４０の左側エッジに１列を構成する多数の第２領域３４２と、多数の第４領域３４４とが追加して配列され、右側エッジに１列を構成する多数の第１領域３４１と、多数の第３領域３４３とが追加して配列され、上部側エッジに１行を構成する多数の第３領域３４３と、多数の第４領域３４４とが追加して配列され、下部側エッジに１行を構成する多数の第１領域３４１と、多数の第２領域３４２とが追加して配列されうる。

図２４は、図２３に図示された色分離レンズアレイ３４０を、Ｃ−Ｃ’ラインに沿って切開した垂直断面である。図２４を参照すれば、色分離レンズアレイ３４０は、センサ基板１１０のエッジに対して水平方向に突出して配置され、鉛直方向に、センサ基板１１０のいかなる光感知セルとも対向しない多数の第１領域３４１と、多数の第２領域３４２を含んでもよい。たとえ図２４にいずれも図示されていないにしても、図２３において、いかなる単位パターンアレイにも属さない多数の第１領域３４１ないし第４領域３４４は、いずれも、センサ基板１１０のエッジに対して水平方向に突出して配置され、鉛直方向に、しかなる光感知セルとも対向しない。

図６Ａないし図６Ｄ、図７Ａないし図７Ｄ、及び図８Ａないし図８Ｄで説明したように、光感知セルは、鉛直に対応する色分離レンズアレイ３４０の領域だけではなく、その領域周辺にある多数の他領域からも光を提供される。従って、色分離レンズアレイ３４０のエッジに沿って追加された第１領域３４１ないし第４領域３４４がない場合、センサ基板１１０のエッジに沿って配列された光感知セルに入射する光の光量が少なくなり、色純度も低下してしまう。色分離レンズアレイ３４０のエッジに沿い、追加して第１領域３４１ないし第４領域３４４を配列することにより、センサ基板１１０のエッジに沿って配列された光感知セルにも、センサ基板１１０の内側に配列された光感知セルと同一に、光が提供されうる。そのような図２３及び図２４に図示された実施形態は、前述の色分離レンズアレイ１３０、１４０、１５０、１６０、１７０にも適用されうる。

図２５は、さらに他の実施形態による画素アレイの概略的な構造を示す断面図であり、図２６は、図２５の色分離レンズアレイに採用されるナノポストの例示的な形状を示す斜視図である。

画素アレイ１１００ｂは、光をセンシングするセンサ基板３１０と、センサ基板３１０上に配置された色分離レンズアレイ３５０と、を含む。センサ基板３１０と色分離レンズアレイ３５０との間には、スペーサ層３２０が配置される。色分離レンズアレイ３５０は、スペーサ層３２０によって支持され、所定規則によって配列された複数のナノポストＮＰを含む。センサ基板３１０は、光を感知する複数の光感知セルを含み、色分離レンズアレイ３５０の複数の領域と一対一で対応しながら、対向することができる。そのような領域区分の表示は、便宜上省略されている。

本実施形態による色分離レンズアレイ３５０は、複数のナノポストＮＰそれぞれが、下部ポストＬＰ、及び下部ポストＬＰ上に積層された上部ポストＵＰを含む点において、前述の実施形態と違いがある。

複数のナノポストＮＰのうち一部は、下部ポストＬＰと上部ポストＵＰとが互いにずれるように積層された形状を有することができる。ずれる程度は、図２６にｂで表示されており、該大きさは、画素アレイ１１００ｂの中心部Ｃから周辺部ｐに行くほど、すなわち、半径方向に沿って大きくもなる。上部ポストＵＰが下部ポストＬＰからずれる方向は、中心部Ｃから周辺部ｐに向かう方向になる。

そのような構造でもってナノポストＮＰを製造するために、下部ポストＬＰ間の領域を充填し、上部ポストＵＰを支持する第１物質層３３１、上部ポストＵＰを覆う第２物質層３３２がさらに具備されうる。第１物質層３３１、第２物質層３３２は、上部ポストＵＰ、下部ポストＬＰをなす物質の屈折率より低い屈折率の物質によっても形成される。

そのような配置は、撮像装置に採用される画素アレイ１１００ｂの周辺部と中心部とにおける光入射角が異なることを考慮したものである。一般的に、画素アレイ１１００ｂの中心部Ｃ近辺においては、光が垂直入射され、周辺部ｐに行くほど入射角が大きくなることになる。そのような入射経路と対応する形態でナノポストＮＰを構成し、画素アレイ１１００ｂに斜めに入射する斜光線についても、ナノポストＮＰが意図する色分離がさらに好ましく起こるようにすることができる。

ナノポストＮＰは、上下２層に積層された構造を例示したが、３層以上の構造を有することもでき、位置により、上下２層のナノポストの形態や大きさが変化もする。そのような図２５及び図２６に図示された実施形態は、前述の色分離レンズアレイ１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、３４０にも適用されうる。

前述の実施形態によるイメージセンサは、カラーフィルタによる光損失がほとんどないために、画素の大きさが小さくなっても、画素に十分な量の光を提供することができる。従って、数億個以上の画素を有する超高解像度マイクロ高感度イメージセンサの作製が可能である。そのような超高解像度マイクロ高感度イメージセンサは、多様な高性能光学装置または高性能電子装置にも採用される。そのような電子装置は、例えば、スマートフォン、携帯電話、携帯電話、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ラップトップ、ＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、多様なポータブル機器、家電製品、保安カメラ、医療用カメラ、自動車、事物インターネット（ＩｏＴ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）機器、その他モバイルまたは非モバイルのコンピュータ装置でもあるが、それらに制限されるものではない。

図２７は、一実施形態によるイメージセンサを含む電子装置を概略的に図示したブロック図である。該電子装置は、イメージセンサ１０００、プロセッサ２２００、メモリ２３００、ディスプレイ２４００及びバス２５００を含む。イメージセンサ１０００は、プロセッサ２２００の制御により、外部の被写体に係わる映像情報を獲得し、プロセッサ２２００に提供する。プロセッサ２２００は、イメージセンサ１０００から提供された映像情報を、バス２５００を介してメモリ２３００に保存し、メモリ２３００に保存された映像情報をディスプレイ２４００に出力し、ユーザに表示することもできる。また、プロセッサ２２００は、イメージセンサ１０００から提供された映像情報に対し、多様な映像処理を行うこともできる。

図２８ないし図３８は、一実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置の多様なマルチメディア例を示す。

一実施形態によるイメージセンサは、映像撮影機能を具備している多様なマルチメディア装置にも適用される。例えば、該イメージセンサは、図２８に図示されたカメラ２０００にも適用される。カメラ２０００は、デジタルカメラまたはデジタルカムコーダでもある。

図２９を参照すれば、カメラ２０００は、撮像部２１００、イメージセンサ１０００及びプロセッサ２２００を含んでもよい。

撮像部２１００は、被写体ＯＢＪから反射された光を集束し、光学像を形成する。撮像部２１００は、対物レンズ２０１０、レンズ駆動部２１２０、絞り２１３０及び絞り駆動部２１４０を含んでもよい。図２９には、便宜上、１つのレンズだけが代表して表示されているが、実際には、対物レンズ２０１０は、大きさと形態とがそれぞれ異なる複数のレンズを含んでもよい。レンズ駆動部２１２０は、プロセッサ２２００と、焦点検出に係わる情報を通信することができ、プロセッサ２２００から提供された制御信号により、対物レンズ２０１０の位置を調節することができる。レンズ駆動部２１２０は、対物レンズ２０１０を移動させ、対物レンズ２０１０と被写体ＯＢＪとの距離を調節したり、対物レンズ２０１０内の個別レンズの位置を調節したりすることができる。レンズ駆動部２１２０が対物レンズ２０１０を駆動させることにより、被写体ＯＢＪに対する焦点が調節されうる。そのようなカメラ２０００は、自動焦点（ＡＦ：ａｕｔｏ ｆｏｃｕｓ）機能を具備することができる。

絞り駆動部２１４０は、プロセッサ２２００と、光量に係わる情報を通信することができ、プロセッサ２２００から提供された制御信号により、絞り２１３０を調節することができる。例えば、絞り駆動部２１４０は、対物レンズ２０１０を介してカメラ２０００内部に入る光の量により、絞り２１３０の口径を増減させることができ、絞り２１３０の開放時間を調節することができる。

イメージセンサ１０００は、入射される光の強度を基に、電気的なイメージ信号を生成することができる。イメージセンサ１０００は、画素アレイ１１００、タイミングコントローラ（Ｔ／Ｃ）１０１０及び出力回路１０３０を含んでもよい。たとえ図２９には、図示されていないにしても、イメージセンサ１０００は、図１に図示されたロウデコーダをさらに含んでもよい。対物レンズ２０１０及び絞り２１３０を透過した光は、画素アレイ１１００の受光面に、被写体ＯＢＪの像を結像させることができる。画素アレイ１１００は、光学信号を電気信号に変換するＣＣＤまたはＣＭＯＳでもある。画素アレイ１１００は、自動焦点（ＡＦ）機能または距離測定機能を遂行するための追加的な画素を含んでもよい。また、画素アレイ１１００は、前述の色分離レンズアレイを含んでもよい。

プロセッサ２２００は、カメラ２０００の全般的な動作を制御することができ、映像処理機能を具備することができる。例えば、プロセッサ２２００は、レンズ駆動部２１２０、絞り駆動部２１４０、タイミングコントローラ１０１０などに、各構成要素動作のための制御信号を提供することができる。

一実施形態によるイメージセンサは、図３０に図示されたモバイルフォンまたはスマートフォン３０００、図３１に図示されたタブレットまたはスマートタブレット３１００、図３２に図示されたノート型パソコン３２００、または図３３に図示されたテレビまたはスマートテレビ３３００などにも適用されうる。例えば、スマートフォン３０００またはスマートタブレット３１００は、高解像度イメージセンサがそれぞれ搭載された複数の高解像度カメラを含んでもよい。該高解像度カメラを利用し、映像内被写体の深さ情報を抽出したり、映像のアウトフォーカシングを調節したり、映像内被写体を自動的に識別したりすることができる。

また、イメージセンサは、図３４に図示されたスマート冷蔵庫３４００、図３５に図示された保安カメラ３５００、図３６に図示されたロボット３６００、図３５に図示された医療用カメラ３７００などにも適用される。例えば、スマート冷蔵庫３４００は、イメージセンサを利用し、冷蔵庫内にある飲食物を自動的に認識し、特定飲食物の存在いかん、入出庫した飲食物の種類などをスマートフォンを介し、ユーザに知らせることができる。保安カメラ３５００は、超高解像度映像を提供することができ、高感度を利用し、暗い環境においても、映像内の事物または人を認識することができるようにする。ロボット３６００は、人が直接接近することができない災害現場または産業現場に投入され、高解像度映像を提供することができる。医療用カメラ３７００は、診断または手術のための高解像度映像を提供することができ、視野を動的に調節することができる。

また、イメージセンサは、図３８に図示されているように、車両３８００に適用されうる。車両３８００は、多様な位置に配置された複数の車両用カメラ３８１０、３８２０、３８３０、３８４０を含んでもよい。それぞれの車両用カメラ３８１０、３８２０、３８３０、３８４０は、一実施形態によるイメージセンサを含んでもよい。車両３８００は、複数の車両用カメラ３８１０、３８２０、３８３０、３８４０を利用し、車両３８００の内部または周辺に係わる多様な情報を運転手に提供することができ、映像内の事物または人を自動的に認識し、自律走行に必要な情報を提供することができる。

前述の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について、たとえ図面に図示された実施形態を参照して説明されたにしても、それらは、例示的なものに過ぎず、当該分野において当業者であるならば、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。従って、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されなければならない。権利範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それらと同等な範囲内にある全ての差異は、権利範囲に含まれたものであると解釈されなければならないのである。

１０５ カラーフィルタ
１１０ センサ基板
１１１、１１２、１１３、１１４ 光感知セル
１２０ スペーサ層
１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、３４０、３５０ 色分離レンズアレイ
１３１、１４１、１５１、１６１、１７１ 第１領域
１３２、１４２、１５２、１６２、１７２ 第２領域
１３３、１４３、１５３、１６３、１７３ 第３領域
１３４、１４４、１５４、１６４、１７４ 第４領域
１０００ イメージセンサ
１０１０ タイミングコントローラ
１０２０ ロウデコーダ
１０３０ 出力回路
１１００、１１００ａ、１１００ｂ 画素アレイ
ＮＰ ナノポスト

Claims (23)

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。
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。
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。
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。
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。
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、
   

   

   
   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。
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。
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。
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。
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。
11. 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２波長の光が、前記第１光感知セルの中心部、及び前記第４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、前記第３光感知セルの中心部に対応する位置において、（２Ｍ−２）πより大きく、（２Ｍ−１）πより小さい位相分布を形成するようにし、Ｍは、０より大きい整数である、請求項１０に記載のイメージセンサ。
12. 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３波長の光が、前記第１光感知セルの中心部、及び前記第４光感知セルの中心部に対応する位置においては、（２Ｌ−１）πの位相分布を形成し、前記第３光感知セルの中心部に対応する位置においては、２Ｌπ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、（２Ｌ−２）πより大きく、（２Ｌ−１）πより小さい位相分布を形成するようにし、Ｌは、０より大きい整数である、請求項１１に記載のイメージセンサ。
13. 前記イメージセンサは、赤色画素、緑色画素、青色画素を含む複数の単位画素が、ベイヤーパターンに配列された画素配列構造を有し、
    前記第１領域ないし前記第４領域において、緑色画素に対応する領域に具備されているナノポストは、第１方向、及び第１方向に垂直した第２方向に沿い、互いに異なる分布規則を有する、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のイメージセンサ。
14. 前記第１領域ないし前記第４領域において、青色画素及び赤色画素に対応する領域に具備されているナノポストは、前記第１方向及び前記第２方向に沿い、対称的な分布規則を有する、請求項１３に記載のイメージセンサ。
15. 前記第１領域ないし前記第４領域において、緑色画素に対応する領域の中心部に位置するナノポストは、他カラーの画素に対応する領域に具備されているナノポストより大きい断面積を有する、請求項１３に記載のイメージセンサ。
16. 前記第１領域ないし前記第４領域において、緑色画素に対応する領域に具備されているナノポストは、中心部に配置されたナノポストが、周辺部に配置されたナノポストより大きい断面積を有する、請求項１３に記載のイメージセンサ。
17. 前記色分離レンズアレイは、前記センサ基板のエッジに対して突出して配置され、鉛直方向に、前記センサ基板のいかなる光感知セルとも対向しない複数の第１領域、及び複数の第２領域をさらに含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のイメージセンサ。
18. 前記第１ナノポスト、前記第２ナノポストのうち少なくとも一つは、下部ポスト、及び前記下部ポスト上に積層された上部ポストを含み、
    前記下部ポストと前記上部ポストとが互いにずれるように積層された、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のイメージセンサ。
19. 前記下部ポストと前記上部ポストとが互いにずれる程度は、前記イメージセンサの中心部から周辺部に行くほど大きくなる、請求項１８に記載のイメージセンサ。
20. 第１行に沿って交互に配列された複数の第１光感知セル、及び複数の第２光感知セル、及び第１行に隣接した第２行に沿って交互に配列された複数の第３光感知セル、及び複数の第４光感知セルを含むセンサ基板と、
    前記複数の第１光感知セルにそれぞれ対向し、第１ナノポストを含む複数の第１領域、前記複数の第２光感知セルにそれぞれ対向し、第２ナノポストを含む複数の第２領域、前記複数の第３光感知セルにそれぞれ対向し、第３ナノポストを含む複数の第３領域、及び前記複数の第４光感知セルにそれぞれ対向し、第４ナノポストを含む複数の第４領域を具備する色分離レンズアレイと、を含み、
    前記第１領域に入射された光のうち、第１波長の光は、前記第１領域直下部に位置する第１光感知セルに集光され、第２波長の光は、前記第１光感知セルと横方向に沿って隣接する第２光感知に分岐され、第３波長の光は、第１光感知セルと縦方向に沿って隣接する第３光感知に分岐され、
    前記第２領域に入射された光のうち、第２波長の光は、前記第２領域直下部に位置する第２光感知セルに集光され、第１波長の光は、前記第２光感知セルと横方向に沿って隣接する第１光感知セル、及び縦方向に沿って隣接する第４光感知に分岐され、第３波長の光は、前記第２光感知セルと対角方向に沿って隣接する第３光感知に分岐されるように、
    前記第１ナノポストないし前記第４ナノポストの形状、大きさ、配列が設定された、イメージセンサ。
21. 前記第１波長の光は、緑色光であり、前記第２波長の光は、青色光であり、前記第３波長の光は、赤色光である、請求項２０に記載のイメージセンサ。
22. 被写体から反射された光を集束して光学像を形成する撮像部と、
    前記撮像部で形成された光学像を電気的信号に変換する、請求項１〜２１のいずれか１項に記載のイメージセンサと、を含む電子装置。
23. 前記電子装置は、スマートフォン、携帯電話、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ラップトップ、ＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、家電製品、保安カメラ、医療用カメラ、自動車または事物インターネット（ＩｏＴ）機器である、請求項２２に記載の電子装置。

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