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公開番号2025173474
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-27
出願番号2025067819
出願日2025-04-17
発明の名称オンチップ偏光ルーティングのシステム及び方法
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人ITOH
主分類G02B 5/30 20060101AFI20251119BHJP(光学)
要約【課題】光の偏光状態を偏光センサの光検出器に向けてルーティングするためのシステム、方法、及び装置を提供する。
【解決手段】 1つ以上の例において、システム、デバイス、及び方法は、第1の偏光の光をワイヤグリッドアレイの第1のワイヤグリッドにルーティングし、第1の偏光とは異なる第2の偏光の光をワイヤグリッドアレイの第2のワイヤグリッドにルーティングし、ワイヤグリッドアレイにより、光検出器のセンサピクセルへの第1の偏光の光及び第2の偏光の光をフィルタリングする、ことを含む。
【選択図】図14

特許請求の範囲【請求項１】
偏光センサであって、
光の偏光状態を当該偏光センサの光検出器に向けてルーティングするように構成された２つ以上のナノ構造パターンを有するメタ構造であり、前記２つ以上のナノ構造パターンは、
第１の偏光の光をワイヤグリッドアレイの第１のワイヤグリッドにルーティングするように構成された第１のナノ構造パターン、及び
前記第１の偏光とは異なる第２の偏光の光を前記ワイヤグリッドアレイの第２のワイヤグリッドにルーティングするように構成された第２のナノ構造パターン、
を有する、メタ構造と、
前記光検出器のセンサピクセルへの前記第１の偏光の光及び前記第２の偏光の光をフィルタリングするように構成された前記ワイヤグリッドアレイと、
を有する偏光センサ。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記ワイヤグリッドアレイの前記第１のワイヤグリッドは、第１の波長の前記第１の偏光の光が前記光検出器の第１のセンサピクセルへと通り抜けることを可能にし、且つ前記第２の偏光の光を前記光検出器の前記第１のセンサピクセルから遠ざけるように反射する又は吸収するように構成され、
前記ワイヤグリッドアレイの前記第２のワイヤグリッドは、前記第１の波長の前記第２の偏光の光が前記光検出器の第２のセンサピクセルへと通り抜けることを可能にし、且つ前記第１の偏光の光を前記光検出器の前記第２のセンサピクセルから遠ざけるように反射する又は吸収するように構成される、
請求項１に記載の偏光センサ。
【請求項３】
前記第１のナノ構造パターンは、第１の波長の光を前記ワイヤグリッドアレイの前記第１のワイヤグリッドにルーティングするように構成され、
前記第２のナノ構造パターンは、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を前記ワイヤグリッドアレイの前記第２のワイヤグリッドにルーティングするように構成される、
請求項１に記載の偏光センサ。
【請求項４】
第３の偏光の光を前記ワイヤグリッドアレイの第３のワイヤグリッドにルーティングするように構成された前記メタ構造の第３のナノ構造パターンと、
前記第３の偏光とは異なる第４の偏光の光を前記ワイヤグリッドアレイの第４のワイヤグリッドにルーティングするように構成された前記メタ構造の第４のナノ構造パターンと、
を更に有する請求項１に記載の偏光センサ。
【請求項５】
前記ワイヤグリッドアレイの前記第３のワイヤグリッドは、前記第３の偏光の光が前記光検出器の第３のセンサピクセルへと通り抜けることを可能にし、且つ前記第４の偏光の光を前記第３のセンサピクセルから遠ざけるように反射する又は吸収するように構成され、
前記ワイヤグリッドアレイの前記第４のワイヤグリッドは、前記第４の偏光の光が前記光検出器の第４のセンサピクセルへと通り抜けることを可能にし、且つ前記第３の偏光の光を前記光検出器の前記第４のセンサピクセルから遠ざけるように反射する又は吸収するように構成される、
請求項４に記載の偏光センサ。
【請求項６】
前記第１のナノ構造パターンは、前記メタ構造内で少なくとも１回繰り返すＮ個のナノ構造要素を有し、
前記第２のナノ構造パターンは、前記メタ構造内で少なくとも１回繰り返すＭ個のナノ構造要素を有し、該Ｍ個のナノ構造要素は、前記Ｎ個のナノ構造要素よりも少ない、多い、又は同数である、
請求項１に記載の偏光センサ。
【請求項７】
前記Ｎ個のナノ構造要素のうちの第１のナノ構造要素は、前記Ｎ個のナノ構造要素のうちの第２のナノ構造要素と位相が異なり、
位相の違いは、πとＮの商に基づく、
請求項６に記載の偏光センサ。
【請求項８】
前記メタ構造の反復ナノ構造要素セットのうちの第１のナノ構造要素の幅は、該第１のナノ構造要素の長さと一致せず、
前記第１のナノ構造要素の回転方位は、前記反復ナノ構造要素セットのうちの第２のナノ構造要素の回転方位と一致し、又は
前記反復ナノ構造要素セットのうちの第３のナノ構造要素の回転方位は、前記反復ナノ構造要素セットのうちの第４のナノ構造要素の回転方位と一致しない、
請求項１に記載の偏光センサ。
【請求項９】
前記第３のナノ構造要素の幅は、前記第４のナノ構造要素の幅と一致せず、又は
前記第３のナノ構造要素の長さは、前記第４のナノ構造要素の長さと一致しない、
請求項８に記載の偏光センサ。
【請求項１０】
前記メタ構造の第５のナノ構造要素の幅は、前記メタ構造の第６のナノ構造要素の幅と一致し、
前記メタ構造の前記第５のナノ構造要素の長さは、前記メタ構造の前記第６のナノ構造要素の長さと一致する、
請求項８に記載の偏光センサ。
（【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】
（関連出願の相互参照）
この出願は、２０２４年５月１４日に出願された米国仮特許出願第６３／６４７，６１０号の優先権の利益を主張するものであり、その開示を、あたかもここに完全に記載されているかのように、その全体にて援用する。
続きを表示（約 2,200 文字）【０００２】
本開示は、概して、メモリシステムに関する。より具体的には、ここに開示される主題は、オンチップ偏光ルーティングを用いたイメージセンサ又は偏光センサへの改良に関する。
【発明の概要】
【０００３】
偏光は、電磁場の振動方向を示す光の特性を含むことができる。偏光子及び／又はフィルタを用いて、電磁振動を所与の方向に向けたり所与の位置に向けたりすることができる。
【０００４】
偏光センサは、光の偏光を検出するように構成されたイメージセンサを含むことができ、これは、光波が振動している方向を測定できることを意味する。偏光センサは、例えば材料内の応力レベル又は反射面の向きなどの、可視スペクトルにおいてカメラでは検出可能でない表面の特性についての情報を提供することができる。偏光イメージセンサは、平坦でない領域間の偏光度の差を確実に識別することができ、特定の方向の傷を正確に捉え、それらを、ランダムな不規則性を持つ汚れから区別しながら検出することができる。偏光センサは、光の強度及び色の域を超えて光の偏光角を捕捉することができ、偏光センサは、例えば工業検査、科学研究、医療センサなどの用途に有用なものとなっている。
【０００５】
偏光は、電磁場の振動の方向を示す光の特性に基づくことができる。偏光子／フィルタを用いて、電磁振動を特定の位置に向けることができる。偏光状態を検出するための一部のシステムは、イメージセンサの上に、不所望の偏光状態を減少させ得るものである異なる偏光子フィルタを使用することがあり、それによって光信号を低減させてしまう。一部のシステムは、光収集効率を改善するために、他のピクセルからの不所望の偏光をターゲットピクセルにルーティングすることができる。しかしながら、そのようなシステムは、クロストークを増加させ得るとともに、比較的低い消光比を持ち得る。
【０００６】
これらの問題を克服するために、オンチップ偏光ルーティングを用いたイメージセンサ又は偏光センサのためのシステム及び方法がここに説明される。説明されるシステム及び方法は、オンチップ光ルータ及び光フィルタを結合して、信号収集を高め、信号対雑音比を高め、消光比を高め、クロストークを低減させることを含むことができる。クロストークは、第１の光検出器（ＰＤ）ピクセルを意図する光が第２のＰＤピクセルによって検出され、信号品質の低下をもたらすという、望ましくない信号干渉を指すことができる。消光比は、低い光パワーレベルが受信されたときに生成される信号（例えば、バイナリ０を表す）と比較した、高い光パワーレベルが受信されたときに生成される電気信号（例えば、バイナリ１を表す）の比を指すことができ、より高い消光比は、ハイレベルとローレベルとの間のより良好な区別を示す。
【０００７】
ここに説明されるシステム及び方法は、（例えば、マシンビジョン、ヘルスケアなどのために）偏光ルーティング及びフィルタリングをフルストークス（full-Stokes）検出能力と組み合わせる高性能オンチップ偏光センサを提供し得る。
【０００８】
当該システム及び方法は、複数の利点を含む。例えば、説明されるシステム及び方法は、一部のシステムの（例えば、２×２偏光ピクセルシステムの）の２５％という効率限界を回避する。一部の実施形態において、当該システム及び方法は、オンチップ偏光センサの偏光ルーティング能力を付加して信号収集を高める。一部の例において、説明されるシステム及び方法は、オンチップ偏光ルータ及びフィルタを結合して、信号収集を改善し、信号対雑音比（signal-to-noise ratio，ＳＮＲ）を高め、消光比（extinction ratio，ＥＲ）を改善し、及び／又はクロストークを低減させる。
【０００９】
説明されるシステム及び方法は、ワイヤグリッド（例えば、金属及び／又は金属酸化物層を有するワイヤグリッドアレイ）を含み得る偏光フィルタを含むことができる。偏光フィルタは、（例えば、高屈折率誘電体を有するメタ構造に基づいて）入射光の偏光ルーティング、フォーカシングのための位相変調を誘起し得る。一部の実施形態において、当該システム及び方法は、１つ以上のマイクロレンズを備えた１つ以上の偏光フィルタに基づき得る。例えば、所与のシステムは、２×２ピクセルごとに２×２偏光フィルタとマイクロレンズとを含み得る。一部の実施形態において、説明されるシステム及び方法は、２×２ピクセルごとに１×１（単一）偏光フィルタ又は１×２（二分）偏光フィルタとマイクロレンズとを含み得る。
【００１０】
説明されるシステム及び方法は一部のシステムの効率限界（例えば、２×２偏光ピクセルシステムでの２５％限界）を回避するので、上のアプローチは以前の方法を改良する。一部の実施形態において、当該システム及び方法は、オンチップ偏光センサの偏光ルーティング能力を付加して信号収集を高める。一部の例において、説明されるシステム及び方法は、オンチップ偏光ルータ及びフィルタを結合し、信号収集の改善、信号対雑音比（ＳＮＲ）の増大、消光比（ＥＲ）の改善、及び／又はクロストークの低減をもたらす。
（【００１１】以降は省略されています）

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