KR102576800B1 - Microlens array with selective transmittance control coating - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 위에 상호 이격되게 다수의 마이크로 렌즈가 어레이된 마이크로 렌즈 어레이에 관한 것으로서, 마이크로 렌즈들에 대해 설정된 중앙영역으로부터 중앙영역에서 거리가 멀어지는 방향을 따라 순차적으로 적어도 하나 이상의 차등투과영역이 설정되어 있고, 중앙영역에 배치된 마이크로 렌즈의 표면에 형성된 투과조정코팅층의 투과율은 차등투과영역 내에 위치한 마이크로 렌즈의 표면에 형성된 투과조정코팅층의 투과율보다 더 낮은 투과율을 갖게 형성된다. 이러한 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조방법에 의하면, 이미지센서에 수집되는 광의 영역별 불균형을 완화시킬 수 있는 장점을 제공한다.The present invention relates to a micro lens array in which a plurality of micro lenses are arranged to be spaced apart from each other on a substrate, wherein at least one differential transmission area is sequentially set along the direction of increasing distance from the central area set for the micro lenses. The transmittance of the transmission adjustment coating layer formed on the surface of the micro lens disposed in the central region is formed to have a lower transmittance than the transmittance of the transmission adjustment coating layer formed on the surface of the micro lens located in the differential transmission region. This selective transmittance-adjustable microlens array and its manufacturing method provide the advantage of alleviating regional imbalances in light collected by an image sensor.
Description
본 발명은 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 이미지센서에 수집되는 광의 영역별 불균형을 완화시킬 수 있도록 된 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a selective transmittance-adjustable micro-lens array and a method of manufacturing the same. More specifically, it relates to a selective transmittance-adjustable micro-lens array and a method of manufacturing the same, which can alleviate regional imbalances in light collected by an image sensor.
일반적으로 이미지센서는 피사체 정보에 해당하는 광학적 영상을 감지하여 전기적인 영상신호로 변환하는 반도체 소자를 의미한다. In general, an image sensor refers to a semiconductor device that detects optical images corresponding to subject information and converts them into electrical image signals.
이러한 이미지 센서는 빛을 검출하기 위하여 포토다이오드와 같은 광감지소자가 사용되는데, 광감지소자의 개수에 따라 이미지의 해상도가 결정된다. 그런데 최근 각종 영상 장치가 소형화, 고해상도를 향하여 발전됨에 따라, 영상 장치에 사용되는 이미지센서 역시 소형화, 고화소화, 고집적화로 변화되고 있다. 이와 같은 이미지센서의 소형화, 고화소화, 고집적화로 인하여 이미지센서의 단위 면적당 화소수가 크게 증가하고 있으며 이에 따라 단위 화소의 크기는 작아진다.These image sensors use light-sensing elements such as photodiodes to detect light, and the resolution of the image is determined by the number of light-sensing elements. However, as various imaging devices have recently developed toward miniaturization and high resolution, image sensors used in imaging devices are also changing to miniaturization, higher resolution, and higher integration. Due to the miniaturization, high pixel resolution, and high integration of image sensors, the number of pixels per unit area of the image sensor is greatly increasing, and the size of the unit pixel is correspondingly reduced.
단위 화소 크기가 축소됨에 따라 이미지센서 내부에서 빛을 받아들이는 광감지소자 영역 역시 축소될 수밖에 없는데, 광감지소자 영역의 축소는 결국 감광도의 저하로 이어진다. 이에 따라, 최근에는 광감지 영역의 외부로 입사되는 빛의 경로를 전환하여 광감지 영역으로 모아주는 집광 기술이 많이 연구되고 있는데, 대표적으로 포토다이오드의 외부로 진행하는 빛을 포토다이오드로 집광함으로써, 감광도를 향상시키기 위한 마이크로렌즈 어레이가 채택되고 있다.As the unit pixel size is reduced, the area of the photo-sensing element that receives light inside the image sensor is also bound to be reduced, and the reduction of the area of the photo-sensing element ultimately leads to a decrease in light sensitivity. Accordingly, recently, a lot of research has been done on light-concentrating technology that converts the path of light incident outside the light-sensing area and focuses it into the light-sensing area. Typically, light traveling outside the photodiode is condensed by the photodiode. Microlens arrays are being adopted to improve light sensitivity.
이러한 마이크로렌즈 어레이는 국내 등록특허 제10-1826962호 등 다양하게 제안되어 있다.Such microlens arrays have been proposed in various ways, including in Korea Registered Patent No. 10-1826962.
통상적으로 마이크로렌즈 어레이는 이미지센서의 상부에 형성되고, 마이크로렌즈 어레이의 상부에는 마이크로렌즈들로 광을 집광시키기 위한 대물렌즈가 형성된다.Typically, a microlens array is formed on top of an image sensor, and an objective lens is formed on top of the microlens array to focus light using the microlenses.
이와 같이 이미지센서의 상부에 마이크로렌즈 어레이를 채택함으로써, 이미지센서로 입사하는 과정에서 손실되는 빛을 집광함으로써 광감지소자로 수렴되는 광량을 증가시킬 수 있다.In this way, by adopting a microlens array on the top of the image sensor, it is possible to increase the amount of light converged on the light sensing element by concentrating light that is lost in the process of entering the image sensor.
그러나 빛을 광감지소자로 집중시키기 위하여 마이크로렌즈 어레이를 채택하더라도 이미지센서 중앙 화소 영역과 가장자리 화소 영역의 광감지소자로 집광되는 빛의 양은 큰 편차를 보이게 된다.However, even if a microlens array is used to focus light on the light sensing element, there is a large difference in the amount of light concentrated on the light sensing element in the center pixel area and the edge pixel area of the image sensor.
즉, 이미지센서의 중앙 화소 영역으로 입사되는 빛은 중앙 화소 영역의 마이크로렌즈를 통하여 중앙 화소 영역의 포토다이오드의 상면으로 정확하게 집광된다. 이에 반하여 이미지센서의 가장자리 화소 영역으로 입사되는 빛은 소정의 경사를 가지면서 입사되는데, 가장자리 화소 영역의 마이크로렌즈를 통하여 일정 각도로 굴절되어 가장자리 화소 영역으로 집광된다. 그런데, 이미지센서의 가장자리 화소 영역으로 입사되는 빛은 소정 각도를 가지면서 입사되기 때문에 가장자리 화소 영역의 포토다이오드의 중앙으로 정확히 입사되는 것이 아니라, 포토다이오드의 주변 영역으로 집광되거나 또는 포토다이오드의 전면이 아닌 외곽으로 집광되기 때문에 가장자리 화소 영역의 광감도(photo-sensitivity)는 중앙 화소 영역에 비하여 저하되는 주변광량비 저하 문제를 야기한다.In other words, light incident on the central pixel area of the image sensor is accurately focused onto the upper surface of the photodiode in the central pixel area through the microlens in the central pixel area. In contrast, light incident on the edge pixel area of the image sensor is incident at a predetermined inclination, and is refracted at a certain angle through a microlens in the edge pixel area and focused on the edge pixel area. However, since the light incident on the edge pixel area of the image sensor is incident at a predetermined angle, it is not exactly incident on the center of the photodiode in the edge pixel area, but rather is focused on the surrounding area of the photodiode or the front of the photodiode. Because the light is concentrated to the outside rather than to the outside, the photo-sensitivity of the edge pixel area is lowered compared to the central pixel area, causing a problem of lower peripheral light ratio.
이와 같은 주변광량비의 저하 문제를 해결하기 위한 대안으로서, 주변 화소 영역의 마이크로렌즈의 광축과 이에 대응되는 포토다이오드의 광축을 엇갈리게 하는 구성이 제안되었다. 즉, 이미지센서의 중앙 화소 영역의 마이크로렌즈는 종전과 동일하게 그에 대응되는 중앙 화소 영역의 포토다이오드와 그 중심이 동일한 광축 위에 위치하도록 형성되는 반면, 이미지센서의 가장자리 화소 영역의 마이크로렌즈는 종전과 달리 그에 대응되는 가장자리 화소 영역의 포토다이오드와 비교할 때 동일한 광축 위에 위치하지 않는다. 즉, 가장자리화소 영역의 마이크로렌즈는 가장자리 화소 영역의 포토다이오드와 비교할 때 일정 거리만큼 이미지 센서의 중심을 향하여 이동한다. 그런데, 이와 같은 구성을 갖는 이미지센서의 주변 화소 영역으로 입사되는 빛의 일부가 여전히 포토다이오드로 집광되지 못한다. 또한, 이미지센서의 중앙 화소 영역과 주변 화소 영역으로 각각 입사되는 빛의 기울기 차이로 인하여 동일한 특성을 갖는 마이크로렌즈로는 주변 화소 영역으로 빛을 충분히 수렴할 수 없다. 따라서 중앙 화소 영역과 가장자리 화소 영역에 각각 형성되는 마이크로렌즈는 서로 다른 특성을 가져야 하므로 공정이 복잡해지고, 일반적인 마이크로렌즈를 형성하는 방법으로는 사실상 불가능하게 된다.As an alternative to solving this problem of lowering the peripheral light ratio, a configuration has been proposed in which the optical axis of the microlens in the peripheral pixel area is crossed with the optical axis of the corresponding photodiode. In other words, the microlens in the central pixel area of the image sensor is formed so that its center is located on the same optical axis as the photodiode in the corresponding central pixel area, as before, while the microlens in the edge pixel area of the image sensor is formed as before. Otherwise, compared to the photodiode in the corresponding edge pixel area, it is not located on the same optical axis. That is, the microlens in the edge pixel area moves toward the center of the image sensor by a certain distance compared to the photodiode in the edge pixel area. However, some of the light incident on the peripheral pixel area of the image sensor having this configuration is still not focused on the photodiode. In addition, due to the difference in slope of light incident on the central pixel area and the surrounding pixel area of the image sensor, microlenses with the same characteristics cannot sufficiently converge light into the surrounding pixel area. Therefore, the microlenses formed in the central pixel area and the edge pixel area must have different characteristics, which makes the process complicated and virtually impossible to form a general microlens.
따라서, 이미지센서에 수집되는 광의 영역별 불균형을 완화시킬 수 있는 마이크로 렌즈 어레이가 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a micro lens array that can alleviate regional imbalances in light collected by an image sensor.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 이미지센서에 수집되는 광의 영역별 불균형을 완화시킬 수 있는 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created to solve the above requirements, and its purpose is to provide a selective transmittance-adjustable microlens array that can alleviate regional imbalances in light collected by an image sensor and a method of manufacturing the same.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이는 기판 위에 상호 이격되게 다수의 마이크로 렌즈가 어레이된 마이크로 렌즈 어레이에 있어서, 상기 마이크로 렌즈들에 대해 설정된 중앙영역으로부터 상기 중앙영역에서 거리가 멀어지는 방향을 따라 순차적으로 적어도 하나 이상의 차등투과영역이 설정되어 있고, 상기 중앙영역에 배치된 마이크로 렌즈의 표면에 형성된 투과조정코팅층의 투과율은 상기 차등투과영역 내에 위치한 마이크로 렌즈의 표면에 형성된 투과조정코팅층의 투과율보다 더 낮은 투과율을 갖게 형성된 다.In order to achieve the above object, the selective transmittance-adjustable microlens array according to the present invention is a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged to be spaced apart from each other on a substrate, from the central area set for the microlenses to the central area. At least one differential transmission area is sequentially set along the direction of increasing distance, and the transmittance of the transmission adjustment coating layer formed on the surface of the micro lens disposed in the central area is the transmission rate formed on the surface of the micro lens located within the differential transmission area. It is formed to have a lower transmittance than the transmittance of the adjustment coating layer.
또한, 상기 마이크로렌즈의 직경은 150 내지 350㎛인 것을 적용한다.In addition, the diameter of the microlens is 150 to 350㎛.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 마이크로렌즈들은 제1방향과 상기 제1방향에 직교하는 제2방향을 따라 메트릭스 상으로 등간격으로 배치되어 있고, 상기 차등투과영역들은 상기 중앙영역의 중심을 기준으로 동심상으로 거리가 멀어지는 방향을 따라 순차적으로 적용되며, 상기 차등투과영역들 상호간은 상기 중앙영역으로부터의 거리가 멀어지는 방향을 따라 투과율이 점진적으로 증가하도록 설정된다.According to one aspect of the present invention, the microlenses are arranged at equal intervals on a matrix along a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and the differential transmission areas are based on the center of the central area. It is applied sequentially concentrically along the direction of increasing distance, and the transmittance between the differential transmission areas is set to gradually increase along the direction of increasing distance from the central area.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 마이크로렌즈들은 제1방향과 상기 제1방향에 직교하는 제2방향을 따라 메트릭스 상으로 등간격으로 배치되어 있고, 상기 중앙영역은 중심에 위치하는 중앙 마이크로렌즈를 중심으로 상기 제1방향과 상기 제2방향을 따라 인접되게 배치된 4개의 1차 직교배치 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 중앙영역에 인접되게 적용되는 제1차등투과영역은 상기 1차 직교배치 마이크로 렌즈에 인접되되 상기 제1방향과 상기 제2방향을 따라 배치된 4개의 2차 직교배치 마이크로 렌즈와 상기 중앙 마이크로렌즈를 중심으로 45도 사선방향에 배치되며 상기 2차 직교배치 마이크로렌즈 상호 간을 연결하는 선상에 배치된 4개의 사선배치 마이크로렌즈를 포함하도록 설정된다.According to another aspect of the present invention, the microlenses are arranged at equal intervals on a matrix along a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and the central area is a central microlens located at the center. and four primary orthogonally arranged micro lenses arranged adjacently in the first direction and the second direction, and a first differential transmission area applied adjacent to the central area is the first orthogonally arranged micro Four secondary orthogonal microlenses adjacent to the lens and arranged along the first and second directions, and four secondary orthogonal microlenses arranged in a diagonal direction of 45 degrees around the central microlens, are interconnected with each other. It is set to include four diagonally arranged microlenses arranged on a connecting line.
또한, 상기 중앙영역에 배치된 마이크로 렌즈의 표면에 형성된 투과조정코팅층과 상기 차등투과영역 내에 위치한 마이크로 렌즈의 표면에 형성된 투과조정코팅층은 상호 두께를 달리하며 ZnO로 형성된 것이 바람직하다.In addition, the transmission adjustment coating layer formed on the surface of the micro lens disposed in the central region and the transmission adjustment coating layer formed on the surface of the micro lens located in the differential transmission region have different thicknesses and are preferably formed of ZnO.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이의 제조방법은 가. 상기 마이크로 렌즈들에 대해 설정된 중앙영역으로부터 상기 중앙영역에서 거리가 멀어지는 방향을 따라 순차적으로 투과율이 다르게 적용되는 복수개의 차등투과영역에 대해 최소 두께로 투과조정 코팅층이 형성되어야할 차등투과영역내의 마이크로렌즈로부터 상기 중앙영역 내의 마이크로렌즈까지 제1마스크를 통해 최소 두께로 투과조정 코팅층을 형성하는 단계와; 나. 상기 최소 두께의 투과조정 코팅층에 대응되는 투과율보다 낮게 설정된 다음 차순의 투과율에 대응되며 상기 최소두께 보다 두꺼운 제1두께로 투과조정 코팅층이 형성되어야할 차등투과영역내의 마이크로렌즈로부터 상기 중앙영역 내의 마이크로렌즈까지 상기 제1마스크보다 투과영역이 작은 제2마스크를 통해 투과조정 코팅층을 형성하는 과정으로부터 상기 중앙영역에 대응되는 마이크로렌즈의 투과율에 대응되는 최종두께로 상기 중앙영역내의 마이크로렌즈에 투과조정 코팅층을 형성하기 위한 중앙영역 투과영역을 갖는 중앙 마스크를 적용하여 코팅하는 과정까지를 순차적으로 적용하여 코팅하는 단계;를 포함한다.In addition, in order to achieve the above object, a method of manufacturing a selective transmittance-adjustable microlens array according to the present invention is a. Microlenses within the differential transmission area where a transmission adjustment coating layer must be formed with a minimum thickness for a plurality of differential transmission areas to which different transmittances are applied sequentially along the direction of increasing distance from the central area set for the micro lenses. forming a transmission adjustment coating layer to a minimum thickness through a first mask from the microlens in the central region; me. Microlenses in the central area from microlenses in the differential transmission area where a transmission adjustment coating layer is to be formed with a first thickness thicker than the minimum thickness and corresponding to the next transmittance set lower than the transmittance corresponding to the transmission adjustment coating layer of the minimum thickness. From the process of forming a transmission adjustment coating layer through a second mask having a smaller transmission area than the first mask, a transmission adjustment coating layer is applied to the microlens in the central area with a final thickness corresponding to the transmittance of the microlens corresponding to the central area. It includes the step of sequentially applying and coating a central mask having a central area transmission area to form a coating process.
본 발명에 따른 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조방법에 의하면, 이미지센서에 수집되는 광의 영역별 불균형을 완화시킬 수 있는 장점을 제공한다.The selective transmittance-adjustable microlens array and its manufacturing method according to the present invention provide the advantage of alleviating regional imbalance of light collected in an image sensor.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이를 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 마이크로 렌즈 어레이의 단면도이고,
도 3은 도 1의 마이크로 렌즈 어레이의 투과도 차등 분포영역을 설명하기 위한 평면도이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 투과도 차등 분포영역을 설명하기 위한 평면도이고,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 투과도 차등 분포영역을 설명하기 위한 평면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 제조과정을 설명하기 위한 공정도이고,
도 7은 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이의 투과도 보정 구조와 종래의 구조와의 이미지 처리 결과를 비교하여 나타내 보인 사진이다.1 is a perspective view showing a selective transmittance-adjustable microlens array according to a first embodiment of the present invention;
Figure 2 is a cross-sectional view of the micro lens array of Figure 1;
Figure 3 is a plan view for explaining the differential transmittance distribution area of the micro lens array of Figure 1;
Figure 4 is a plan view for explaining the differential transmittance distribution area of the micro lens array according to the second embodiment of the present invention;
Figure 5 is a plan view for explaining the differential transmittance distribution area of the micro lens array according to the third embodiment of the present invention;
Figure 6 is a process diagram for explaining the manufacturing process of the micro lens array according to the present invention;
Figure 7 is a photograph showing a comparison of image processing results between the transmittance correction structure of the microlens array according to the present invention and the conventional structure.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a selective transmittance-adjustable micro-lens array and a manufacturing method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이를 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 마이크로 렌즈 어레이의 단면도이다.Figure 1 is a perspective view showing a selective transmittance-adjustable micro lens array according to the present invention, and Figure 2 is a cross-sectional view of the micro lens array of Figure 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이(10)는 판형상으로 된 기판(20) 위에 상호 이격되게 다수의 마이크로 렌즈(30)가 어레이되어 있다.Referring to Figures 1 and 2, the
기판(20)은 마이크로렌즈(30)들을 지지하여 배열시키는 지지체이며 마이크로렌즈(30)와 동일한 소재로 형성될 수 있다. The
마이크로렌즈(30)들은 기판(20)상에 제1방향과, 제1방향에 직교하는 제2방향을 따라 메트릭스 상으로 등간격으로 배치되어 있다. 여기서, 제1방향은 도면에서 수평한 방향이고, 제2방향은 도면에서 수직한 방향이다.
마이크로렌즈(30)들의 배치 방식은 도시된 예와 다른 배열패턴으로 기판(20)에 배열되게 형성될 수 있음은 물론이다.Of course, the
마이크로렌즈(30)의 직경은 150 내지 350㎛인 것을 적용한다.The diameter of the
이러한 마이크로렌즈(30)들은 이미지센서(미도시)에 수집되는 광의 영역별 불균형을 완화시킬 수 있도록 설정된 중앙영역으로부터 중앙영역에서 거리가 멀어지는 방향을 따라 순차적으로 적어도 하나 이상의 차등투과영역이 설정되어 있다.These
본 발명의 일 측면에 따른 차등투과영역들은 중앙영역의 중심을 기준으로 동심상으로 거리가 멀어지는 방향을 따라 순차적으로 적용되며, 차등투과영역들 상호간은 중앙영역으로부터의 거리가 멀어지는 방향을 따라 투과율이 점진적으로 증가하도록 설정되고 일 예를 도 3을 함께 참조하여 설명한다. The differential transmission areas according to one aspect of the present invention are applied sequentially along the direction of increasing distance concentrically based on the center of the central area, and the transmittance between the differential transmission areas is increased along the direction of increasing distance from the central area. It is set to gradually increase, and an example is described with reference to FIG. 3.
도 3에서는 참조부호 50a로 표기된 영역이 중앙영역이고, 중앙영역(50a)을 중심으로 중앙영역(50a)보다 동심상으로 외경이 확장되는 방향으로 제1직경을 갖는 영역이 제1차등투과영역(50b)이고, 중앙영역(50a)을 중심으로 제1차등투과영역(50b)보다 외경이 확장되는 방향으로 제1직경보다 큰 제2직경을 갖는 영역이 제2차등투과영역(50c)이고, 중앙영역(50a)을 중심으로 제2차등투과영역(50c)보다 외경이 확장되는 방향으로 제2직경보다 큰 제3직경을 갖는 영역이 제3차등투과영역(50d)이다. 중앙영역(50a)을 중심으로 제3차등투과영역(50d)보다 외경이 확장되는 방향으로 제3직경보다 큰 제4직경을 갖는 영역은 후술되는 투과조정 코팅층이 형성되지 않는 비코팅영역(50e)으로 설정되어 있다.In Figure 3, the area indicated by
이 경우, 중앙영역(50a)에 배치된 마이크로 렌즈(30)의 표면에 형성된 투과조정코팅층(40a)의 투과율은 제1 내지 제3 차등투과영역(50b 내지 50d) 내에 위치한 마이크로 렌즈(30)의 표면에 형성된 투과조정코팅층(40b 내지 40d)의 투과율보다 더 낮은 투과율을 갖게 형성되어 있고, 일 예로서, 95%의 투과율을 갖는 투과조정코팅층(40a)으로 형성된다.In this case, the transmittance of the transmission
또한, 제2차등투과영역(50c) 내에 위치한 마이크로 렌즈(30)의 표면에 형성된 투과조정코팅층(40c)의 투과율은 제1차등투과영역(50b)에 위치한 마이크로 렌즈(30)의 표면에 형성된 투과조정코팅층(40b)의 투과율보다 더 높은 투과율을 갖게 형성되어 있고, 일 예로서, 96%의 투과율을 갖게 형성된다. In addition, the transmittance of the transmission
마찬가지로, 제3차등투과영역(50d) 내에 위치한 마이크로 렌즈(30)의 표면에 형성된 투과조정코팅층(40d)의 투과율은 제2차등투과영역(50c)에 위치한 마이크로 렌즈(30)의 표면에 형성된 투과조정코팅층(40c)의 투과율보다 더 높은 투과율을 갖게 형성되어 있고, 일 예로서, 97%의 투과율을 갖게 형성된다. Likewise, the transmittance of the transmission
비코팅영역(50e) 내에 위치한 마이크로 렌즈(30)에는 투과조정 코팅층이 형성되지 않는다.A transmission adjustment coating layer is not formed on the
여기서, 중앙영역(50a)에 배치된 마이크로 렌즈(30)의 표면에 형성된 투과조정코팅층(40a)과 제1 내지 제3차등투과영역(50b 내지 50d) 내에 위치한 마이크로 렌즈(30)의 표면에 형성된 투과조정코팅층(40b 내지 40d) 모두는 동일한 ZnO 소재로 상호 두께를 달리하며 투과율이 조정되게 형성되는 것이 바람직하다.Here, a transmission adjustment coating layer (40a) formed on the surface of the
이 경우 투과조정 코팅층(40a 내지 40d)은 코팅소재로 적용되는 ZnO로 이빔 증착(E-beam evaporation) 방식을 통하여 두께를 달리하여 증착하여 형성하면 된다.In this case, the transmission adjustment coating layers 40a to 40d may be formed by depositing ZnO, which is applied as a coating material, at different thicknesses through E-beam evaporation.
한편, ZnO 소재는 두께에 따라 아래의 표 1과 같은 투과도를 나타내고 있고, 두께를 조정하면 원하는 투과율로 조정할 수 있다.Meanwhile, ZnO material shows transmittance as shown in Table 1 below depending on the thickness, and the desired transmittance can be adjusted by adjusting the thickness.
이러한 구조에 의하면, 중앙영역(50a)에 배치된 마이크로렌즈(30)의 투과율이 가장낮고, 가장자리를 향할 수록 투과율이 점진적으로 증가함으로써 이미지센서(미도시)에 수집되는 광의 영역별 불균형을 완화시킬 수 있다.According to this structure, the transmittance of the
한편, 마이크로렌즈 어레이에서 중앙영역으로부터 가장자리를 향하여 순차적으로 투과율이 증가되게 설정된 차등투과영역은 도시된 예와 다르게 적용될 수 있고 그 예를 도 4를 참조하여 설명한다.Meanwhile, in the microlens array, a differential transmission area in which the transmittance is set to increase sequentially from the central area to the edge may be applied differently from the example shown, and the example will be described with reference to FIG. 4.
도 4를 참조하면, 앞서와 같이 마이크로렌즈(30)들이 기판(20)상에 제1방향과, 제1방향에 직교하는 제2방향을 따라 메트릭스 상으로 등간격으로 배치되어 있고, 중앙영역(150a)은 중심에 위치하는 중앙 마이크로렌즈(30a)를 중심으로 제1방향과 제2방향을 따라 인접되게 배치된 4개의 1차 직교 배치 마이크로 렌즈(30a1 내지 30a4)를 포함하도록 설정되어 있다.Referring to FIG. 4, as before, microlenses 30 are arranged at equal intervals on a matrix along a first direction and a second direction orthogonal to the first direction on the
또한, 중앙영역(150a)에 인접되게 적용되는 제1차등투과영역(150b)은 1차 직교배치 마이크로 렌즈(30a1 내지 30a4)에 인접되되 제1방향과 제2방향을 따라 배치된 4개의 2차 직교배치 마이크로 렌즈(30b1 내지 30b4)와 중앙 마이크로렌즈(30a)를 중심으로 45도 사선방향에 배치되며 2차 직교배치 마이크로렌즈(30b1 내지 30b4) 상호 간을 연결하는 선상에 배치된 4개의 사선배치 마이크로렌즈(30b5 내지 30b8)를 포함하도록 설정된다. 중앙영역(150a)으로부터 반경이 확장되는 방향으로 순차적으로 설정된 나머지 제2차등투과영역(150c), 제3차등투과영역(150d), 제4차등투과영역(150e), 제5차등투과영역(150f)은 동일한 확장 패턴으로 설정되어 있다.In addition, the first
이 경우, 일 예로서 중앙영역(150a)의 투과율은 94%, 제1차등투과영역(150b)의 투과율은 95%, 제2차등투과영역(150c)의 투과율은 96%, 제3차등투과영역(150d)의 투과율은 97%, 제4차등투과영역(150e)의 투과율은 98%, 제5차등투과영역(150f)의 투과율은 99%을 갖도록 투과조정 코팅층이 대응되는 마이크로렌즈(30)에 형성될 수 있다.In this case, as an example, the transmittance of the
한편, 마이크로렌즈의 배열구조는 도 5에 도시된 바와 같이 종방향을 따라 지그재그형태로 상호 어긋난 위치에 마이크로렌즈가 배치되게 어레이될 수 있고, 이 경우 참조부호 250a로 표기된 부분을 중앙영역, 참조부호 250b로 표기된 부분을 제1차등투과영역, 참조부호 250c로 표기된 부분을 제2차등투과영역, 참조부호 250d로 표기된 부분을 제3차등투과영역, 참조부호 250e로 표기된 부분을 제4차등투과영역으로 설정하도록 구축될 수 있다. 또한, 중앙영역(250a)의 투과율은 87%, 제1차등투과영역(250b)의 투과율은 90%, 제2차등투과영역(250c)의 투과율은 93%, 제3차등투과영역(250d)의 투과율은 96%, 제4차등투과영역(250e)의 투과율은 99%를 갖도록 투과조정 코팅층이 대응되는 마이크로렌즈에 형성될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, the microlens array structure can be arranged so that the microlenses are arranged in positions that are offset from each other in a zigzag shape along the longitudinal direction. In this case, the portion indicated by
이와 같이 중앙영역과 가장자리를 향하여 순차적으로 구획되는 차등투과영역의 차수 및 투과율 차등값은 적용 환경에 맞게 적절하게 적용하면 된다.In this way, the order and differential transmittance values of the differential transmission areas sequentially divided toward the center area and the edge can be applied appropriately according to the application environment.
이하에서는 이러한 마이크로 렌즈 어레이의 제조방법을 도 6을 참조하여 설명한다. 참고로 설명의 복잡성을 피하기 위해 도 2의 구조의 코팅층을 갖는 마이크로렌즈 어레이를 제작하는 경우로하여 참조부호를 표기한다.Hereinafter, the manufacturing method of such a micro lens array will be described with reference to FIG. 6. For reference, in order to avoid complexity of explanation, reference numerals indicate the case of manufacturing a microlens array having a coating layer of the structure shown in FIG. 2.
먼저, 마이크로 렌즈(30)들에 대해 앞서 설명된 설정된 중앙영역으로부터 중앙영역에서 거리가 멀어지는 방향을 따라 순차적으로 투과율이 다르게 적용되는 복수개의 차등투과영역에 대해 최소 두께로 투과조정 코팅층(40d)이 형성되어야할 차등투과영역내의 마이크로렌즈(30)로부터 중앙영역 내의 마이크로렌즈(30)까지에 대응되는 제1개구(111a)를 갖는 제1마스크(110)를 통해 최소 두께로 투과조정 코팅층(40d)을 형성한다. 도시된 예에서는 제1마스크(110)를 통해 제3차등투과영역에 적용하는 투과조정 코팅층(40d)의 두께로 중앙영역의마이크로렌즈(30)까지 코팅한다.First, a transmission
다음은 최소 두께의 투과조정 코팅층(40d)에 대응되는 투과율보다 낮게 설정된 다음 차순의 투과율에 대응되며 최소두께 보다 두꺼운 제1두께로 투과조정 코팅층(40c)이 형성되어야할 차등투과영역내의 마이크로렌즈(30)로부터 중앙영역 내의 마이크로렌즈(30)까지에 대응되게 제1마스크(111)보다 투과영역이 작은 제2개구(112a)를 갖는 제2마스크(112)를 통해 투과조정 코팅층(40c)을 형성한다. 제2마스크(112)에 의해 코팅이 수행되는 영역은 앞서 제1마스크(111)에 의해 형성된 코팅 위에 2차로 코팅이 되어 전체 두께가 제1두께가 된다.Next is the microlens in the differential transmission area where the transmission
이러한 과정은 다음 차순의 투과율에 대응되며 제1두꼐 보다 두꺼운 제2두께로 투과조정 코팅층(40b)이 형성되어야할 차등투과영역내의 마이크로렌즈로부터 중앙영역 내의 마이크로렌즈까지에 대응되게 제2마스크(112)보다 투과영역이 작은 제3개구(113a)를 갖는 제3마스크(112)를 통해 투과조정 코팅층(40b)을 형성한다. 마지막으로 중앙영역에 대응되는 마이크로렌즈(30)의 투과율에 대응되는 최종두께로 중앙영역내의 마이크로렌즈(30)에 투과조정 코팅층을 형성하기 위한 중앙영역 투과영역에 대응되는 개구(114a)를 갖는 중앙 마스크(114)를 적용하여 코팅하는 과정까지를 순차적으로 적용하여 코팅한다. 따라서, 중앙영역내의 마이크로렌즈(30)는 제1마스크 내지 제3마스크(111 내지 113)와 중앙 마스크(114)에 의해 4차의 중첩 코팅과정을 거쳐 최종 두께가 결정된다.This process corresponds to the next transmittance and creates a second mask (112) corresponding to the area from the microlens in the differential transmission area to the microlens in the central area where the transmission adjustment coating layer (40b) is to be formed with a second thickness thicker than the first thickness. ) A transmission
이러한 방식은 가장자리 영역의 코팅층수가 가장작고, 중앙영역의 코팅층수가 가장많게 코팅처리되어 투과율을 목적하는 차등조건으로 조정할 수 있다.In this method, the edge area has the smallest number of coating layers and the central area has the largest number of coating layers, so that the transmittance can be adjusted to the desired differential conditions.
한편, 기판(20) 상면의 각 마이크로렌즈(30) 사이 영역은 광학 크로스토크를 저감시키기 위해 자외선(UV) 패터닝 가능한 흑색 폴리머를 이용한 광차단층(21)을 적용한다. 여기서, 흑색 폴리머는 스위스 게스텔텍사(Switzerland Gersteltec)에서 제조된 품명 Black SU-8, 파트번호 GMC 1040인 소재를 일 예로서 적용할 수 있다.Meanwhile, a
이상에서 설명된 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이는 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈에서 다른 투과도를 가지는 영상을 획득 할 수 있고, 이러한 효과로 인하여 기존의 CRA(Chief ray angle)로 인한 각 마이크로렌즈에서 발생하는 명도/채도 차이를 도 7에 도시된 바와 같이 보정할 수 있다.The selective transmittance-adjustable microlens array described above can acquire images with different transmittances from each microlens of the microlens array, and due to this effect, the existing CRA (Chief ray angle) occurs in each microlens. The brightness/saturation difference can be corrected as shown in FIG. 7.
또한, 각 마이크로렌즈에서 발생하는 명도/채도 차이를 보정함으로써 여러 마이크로렌즈 어레이 이미지들을 합성하여 해상도를 향상시키는 슈퍼 해상도(super-resolution) 이미징의 효과를 극대화 시킬 수 있다. 또한, 마이크로렌즈 사이의 광학 크로스토크(cross-talk)를 저감시키기 위하여 패터닝된 흑색 폴리머로 형성된 광차단층(21)에 의해 비네팅(Vignetting) 효과를 조절 가능하다. Additionally, by correcting the brightness/saturation differences occurring in each microlens, the effect of super-resolution imaging, which improves resolution by combining multiple microlens array images, can be maximized. In addition, the vignetting effect can be controlled by the
20: 기판 30: 마이크로 렌즈20: substrate 30: micro lens
Claims (7)
상기 마이크로 렌즈들에 대해 설정된 중앙영역으로부터 상기 중앙영역에서 거리가 멀어지는 방향을 따라 순차적으로 적어도 하나 이상의 차등투과영역이 설정되어 있고, 상기 중앙영역에 배치된 마이크로 렌즈의 표면에 형성된 투과조정코팅층의 투과율은 상기 차등투과영역 내에 위치한 마이크로 렌즈의 표면에 형성된 투과조정코팅층의 투과율보다 더 낮은 투과율을 갖게 형성되며,
상기 마이크로렌즈의 직경은 150 내지 350㎛이며,
상기 마이크로렌즈들은 제1방향과 상기 제1방향에 직교하는 제2방향을 따라 메트릭스 상으로 등간격으로 배치되어 있고, 상기 중앙영역은 중심에 위치하는 중앙 마이크로렌즈를 중심으로 상기 제1방향과 상기 제2방향을 따라 인접되게 배치된 4개의 1차 직교배치 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 중앙영역에 인접되게 적용되는 제1차등투과영역은 상기 1차 직교배치 마이크로 렌즈에 인접되되 상기 제1방향과 상기 제2방향을 따라 배치된 4개의 2차 직교배치 마이크로 렌즈와 상기 중앙 마이크로렌즈를 중심으로 45도 사선방향에 배치되며 상기 2차 직교배치 마이크로렌즈 상호 간을 연결하는 선상에 배치된 4개의 사선배치 마이크로렌즈를 포함하도록 설정된 것을 특징으로 하는 선택적 투과도 조정형 마이크로 렌즈 어레이.In a micro lens array in which a plurality of micro lenses are arranged to be spaced apart from each other on a substrate,
At least one differential transmission area is sequentially set from the central area set for the micro lenses in a direction increasing the distance from the central area, and the transmittance of the transmission adjustment coating layer formed on the surface of the micro lens disposed in the central area is is formed to have a lower transmittance than the transmittance of the transmission adjustment coating layer formed on the surface of the micro lens located within the differential transmission area,
The diameter of the microlens is 150 to 350㎛,
The microlenses are arranged at equal intervals on a matrix along a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and the central area is located in the first direction and the center around the central microlens located at the center. It includes four primary orthogonally arranged micro lenses arranged adjacently along a second direction, and a first differential transmission area applied adjacent to the central area is adjacent to the first orthogonal arranged micro lenses and is aligned with the first direction. Four secondary orthogonal microlenses arranged along the second direction and four diagonal lines arranged in a diagonal direction of 45 degrees around the central microlens and arranged on a line connecting the secondary orthogonal microlenses to each other. A selective transmittance tunable microlens array configured to include batched microlenses.
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