KR20210079824A - 편분광 필터, 편분광 필터 어레이, 및 편분광 센서 - Google Patents

편분광 필터, 편분광 필터 어레이, 및 편분광 센서 Download PDF

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KR20210079824A
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박연상
김효철
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노영근
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삼성전자주식회사
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Abstract

특정한 선편광 성분을 갖는 특정한 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있는 편분광 필터가 개시된다. 개시된 편분광 필터는, 제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기; 및 상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층;을 포함하며, 상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함하고, 각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고, 각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률보다 높은 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어질 수 있다.

Description

편분광 필터, 편분광 필터 어레이, 및 편분광 센서 {Polarization spectral filter, polarization spectral filter array, and polarization spectral sensor}
개시된 실시예들은 편분광 필터, 편분광 필터 어레이, 및 편분광 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특정한 선편광 성분을 갖는 특정한 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있는 편분광 필터와 편분광 필터 어레이, 및 편분광 필터 어레이를 이용하여 입사광의 편광 정보와 분광 정보를 동시에 획득할 수 있는 편분광 센서에 관한 것이다.
분광기는 드론 및 인공위성, 항공기 등에서 지상 촬영을 하여 농업 현장 상태 분석, 광물 분포, 지표면 식생, 오염 정도 등을 분석하는 데 사용되고 있으며, 식품 안전, 피부/얼굴 분석, 인증인식, 생체 조직 분석 등의 다양한 분야에서도 응용되고 있다. 최근에는 모바일 헬스케어(mobile healthcare) 등의 분야로도 분광기의 응용이 확대되고 있다.
한편, 편광 영상은 산업 장비, 자동차의 전장 부품 등의 분야에서 일반적인 RGB 정보 외에 압력, 표면 결함, 긁힘 등과 같은 추가적인 정보를 제공할 수 있다. 또한, 편광 영상은 흐리거나 안개낀 날씨에서 보다 정확하게 물체를 식별할 수 있게 한다.
따라서, 이러한 분광 영상이나 편광 영상을 획득할 수 있는 센서의 활용 분야가 확대되고 있다. 또한, 이미지 센서가 소형화되고 이미지 센서의 해상도가 증가하면서, 이미지 센서에 통합되어 고분해능의 분광 영상이나 편광 영상을 획득하기 위한 연구가 진행 중이다.
특정한 선편광 성분을 갖는 특정한 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있는 편분광 필터와 편분광 필터 어레이를 제공한다.
또한, 편분광 필터 어레이를 이용하여 입사광의 편광 정보와 분광 정보를 동시에 획득할 수 있는 편분광 센서를 제공한다.
일 실시예에 따른 편분광 필터는, 제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기; 및 상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층;을 포함하며, 상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고, 각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소는 막대 형태를 가지며, 상기 다수의 제 1 격자 요소와 상기 다수의 제 2 격자 요소가 1차원 배열될 수 있다.
다수의 제 1 격자 요소의 제 1 표면과 다수의 제 2 격자 요소의 제 1 표면은 상기 제 1 반사기에 접촉하고 다수의 제 1 격자 요소의 제 1 표면에 대향하는 제 1 격자 요소의 제 2 표면과 다수의 제 2 격자 요소의 제 1 표면에 대향하는 제 2 격자 요소의 제 2 표면은 상기 제 2 반사기에 접촉하도록, 상기 다수의 제 1 격자 요소와 상기 다수의 제 2 격자 요소가 배열될 수 있다.
상기 편분광 필터가 제 1 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키고 제 1 선편광 성분에 수직한 제 2 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 1 파장 대역과 상이한 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키도록, 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율이 결정될 수 있다.
예를 들어, 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께는 90 nm 내지 350 nm일 수 있다.
예를 들어, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기는 150 nm 내지 300 nm일 수 있다.
또한, 예를 들어, 다수의 제 2 격자 요소에 대한 다수의 제 1 격자 요소의 비율은 0.2 내지 0.7일 수 있다.
상기 제 1 유전체 재료와 상기 제 2 유전체 재료는 상기 제 1 파장 대역의 빛 및 제 2 파장 대역의 빛에 대해 투명할 수 있다.
상기 편분광 필터는, 상기 제 1 반사기의 표면에 배치된 것으로, 제 1 파장 대역의 빛을 차단하고 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키는 대역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 편분광 필터는 상기 제 1 반사기의 표면에 배치된 1/4 파장판을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 반사기는 제 1 방향을 따라 번갈아 적층된 다수의 제 1 유전체층과 다수의 제 2 유전체층을 포함하고, 상기 제 2 반사기는 제 1 방향을 따라 번갈아 적층된 다수의 제 3 유전체층과 다수의 제 4 유전체층을 포함할 수 있으며, 각각의 제 1 유전체층과 각각의 제 2 유전체층은 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어지고, 각각의 제 3 유전체층과 각각의 제 4 유전체층은 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 1 반사기의 제 1 유전체층 및 상기 2 반사기의 제 3 유전체층은 상기 제 1 유전체 재료로 이루어지고 상기 제 1 반사기의 제 2 유전체층 및 상기 제 2 반사기의 제 4 유전체층은 상기 제 2 유전체 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 격자층은 제 1 굴절률 및 제 2 굴절률과 상이한 제 3 굴절률을 갖는 제 3 유전체 재료로 이루어지는 다수의 제 3 격자 요소를 더 포함하며, 상기 다수의 제 1 격자 요소, 상기 다수의 제 2 격자 요소, 및 상기 다수의 제 3 격자 요소는 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열될 수 있다.
다른 실시예에 따른 편분광 필터 어레이는 2차원 배열된 다수의 단위 필터 어레이를 포함하며, 각각의 단위 필터 어레이는 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키는 제 1 편분광 필터 집합 및 제 1 파장 대역과 상이한 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키는 제 2 편분광 필터 집합을 포함하고, 상기 제 1 편분광 필터 집합은 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 1 편분광 필터 및 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분에 수직한 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 2 편분광 필터를 포함하며, 상기 제 2 편분광 필터 집합은 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 3 편분광 필터 및 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 4 편분광 필터를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 내지 제 4 편분광 필터는 각각: 제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기; 및 상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층;을 포함하며, 상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함하고, 각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고, 각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소는 상기 제 1 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소에 대해 제 1 방향에 수직한 평면 상에서 90도 회전되어 있으며, 상기 제 4 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소는 상기 제 3 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소에 대해 제 1 방향에 수직한 평면 상에서 90도 회전될 수 있다.
상기 제 1 편분광 필터는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키도록 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율이 결정되며, 상기 제 2 편광분 필터는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키도록 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율이 결정되고, 상기 제 3 편분광 필터는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키도록 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율이 결정되고, 상기 제 4 편광분 필터는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키도록 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율이 결정될 수 있다.
상기 제 1 편분광 필터의 각각의 제 1 격자 요소의 폭과 두께, 각각의 제 2 격자 요소의 폭과 두께, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율은 상기 제 2 편분광 필터의 각각의 제 1 격자 요소의 폭과 두께, 각각의 제 2 격자 요소의 폭과 두께, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율과 동일하며, 상기 제 3 편분광 필터의 각각의 제 1 격자 요소의 폭과 두께, 각각의 제 2 격자 요소의 폭과 두께, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율은 상기 제 4 편분광 필터의 각각의 제 1 격자 요소의 폭과 두께, 각각의 제 2 격자 요소의 폭과 두께, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율과 동일할 수 있다.
상기 편분광 필터 어레이는, 각각의 제 1 반사기의 표면에 배치된 것으로, 제 1 파장 대역 및 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키고 나머지 다른 파장 대역의 빛을 차단하는 대역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 제 1 편분광 필터 집합은 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분에 대해 45도 회전된 제 3 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 5 편분광 필터를 더 포함하며, 상기 제 2 편분광 필터 집합은 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분에 대해 45도 회전된 제 3 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 6 편분광 필터를 더 포함하고, 상기 제 5 편분광 필터 및 상기 제 6 편분광 필터는 각각: 제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기; 및 상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층;을 포함하며, 상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함하고, 각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고, 각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어질 수 있다.
상기 제 5 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소는 상기 제 1 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소에 대해 제 1 방향에 수직한 평면 상에서 45도 회전되어 있으며, 상기 제 6 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소는 상기 제 3 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소에 대해 제 1 방향에 수직한 평면 상에서 45도 회전될 수 있다.
다른 예에서, 상기 제 1 편분광 필터 집합은 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 5 편분광 필터를 더 포함하며, 상기 제 2 편분광 필터 집합은 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 6 편분광 필터를 더 포함하고, 상기 제 5 편분광 필터 및 상기 제 6 편분광 필터는 각각: 제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기; 상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층; 및 상기 제 1 반사기의 표면에 배치된 1/4 파장판;을 포함하며, 상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함하고, 각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고, 각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어질 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 편분광 센서는, 2차원 배열된 다수의 단위 필터 어레이를 포함하는 편분광 필터 어레이; 및 상기 편분광 필터 어레이를 투과한 빛의 세기를 감지하는 다수의 2차원 배열된 센싱 화소를 포함하는 이미지 센서;를 포함할 수 있다. 각각의 단위 필터 어레이는 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키는 제 1 편분광 필터 집합 및 제 1 파장 대역과 상이한 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키는 제 2 편분광 필터 집합을 포함하고, 상기 제 1 편분광 필터 집합은 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 1 편분광 필터 및 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분에 수직한 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 2 편분광 필터를 포함하며, 상기 제 2 편분광 필터 집합은 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 3 편분광 필터 및 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 4 편분광 필터를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 내지 제 4 편분광 필터는 각각: 제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기; 및 상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층;을 포함하며, 상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함하고, 각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고, 각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어질 수 있다.
개시된 실시예에 따른 편분광 필터는 별도의 편광 필터와 별도의 분광 필터를 각각 사용하지 않고도 특정한 선편광 또는 원편광 성분을 갖는 특정한 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 또한, 개시된 실시예에 따른 편분광 필터는 이미지 센서의 화소 크기로 작게 제작할 수 있다. 따라서, 개시된 실시예에 따른 편분광 필터들의 어레이는 이미지 센서와 통합되어 편광 정보와 분광 정보를 동시에 획득하는데 사용될 수 있다. 또한, 개시된 실시예에 따른 편분광 필터들의 어레이와 이미지 센서를 통합함으로써 모바일 장치에 탑재될 수 있는 소형화된 편분광 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 편분광 필터의 격자층의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 편분광 필터의 투과 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 편분광 필터의 2개의 상이한 투과 파장 대역의 편광 각도에 따른 투과 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 5는 격자층 내의 제 2 격자 요소에 대한 제 1 격자 요소의 비율 변화에 따른 도 1에 도시된 편분광 필터의 투과 특성의 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 편분광 필터의 투과 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 편분광 필터 어레이 및 이를 포함하는 편분광 센서의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 편분광 필터 어레이의 구성을 예시적으로 보인다.
도 14는 도 12에 도시된 편분광 필터 어레이의 각각의 단위 필터 어레이의 하나의 편분광 필터 집합 내의 편분광 필터들의 배열의 예를 보인다.
도 15는 도 14에 도시된 하나의 편분광 필터 집합 내의 편분광 필터들의 배열과 그에 대응하는 이미지 센서를 포함하는 편분광 센서의 일부 구성의 예를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 16은 도 12에 도시된 편분광 필터 어레이의 각각의 단위 필터 어레이의 하나의 편분광 필터 집합 내의 편분광 필터들의 배열의 다른 예를 보인다.
도 17은 도 16에 도시된 하나의 편분광 필터 집합 내의 편분광 필터들의 배열과 그에 대응하는 이미지 센서를 포함하는 편분광 센서의 일부 구성의 예를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 18은 도 16에 도시된 하나의 편분광 필터 집합 내의 편분광 필터들의 배열과 그에 대응하는 이미지 센서를 포함하는 편분광 센서의 일부 구성의 다른 예를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 18은 도 16에 도시된 하나의 편분광 필터 집합 내의 편분광 필터들의 배열과 그에 대응하는 이미지 센서를 포함하는 편분광 센서의 일부 구성의 또 다른 예를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 19는 도 16에 도시된 하나의 편분광 필터 집합 내의 편분광 필터들의 배열과 그에 대응하는 이미지 센서를 포함하는 편분광 센서의 일부 구성의 또 다른 예를 개략적으로 보이는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 편분광 필터, 편분광 필터 어레이, 및 편분광 센서에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
"상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 다수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있으며, 반드시 기재된 순서에 한정되는 것은 아니다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이런 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 편분광 필터(100)는 제 1 반사기(110), 제 1 반사기(110) 위에 배치된 격자층(120), 및 격자층(120) 위에 배치된 제 2 반사기(130)를 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130)는 두께 방향을 따라 서로 마주하여 배치되며, 격자층(120)은 제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130) 사이에 배치된다.
제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130)는, 예를 들어, 굴절률이 서로 다른 2개의 유전체층을 반복적으로 번갈아 적층하여 형성된 분산 브래그 반사기(DBR; distributed Bragg reflector)일 수 있다. 예컨대, 제 1 반사기(110)는 두께 방향을 따라 번갈아 적층된 다수의 제 1 유전체층(110a)과 다수의 제 2 유전체층(110b)을 포함할 수 있다. 제 2 반사기(130)는 두께 방향을 따라 번갈아 적층된 다수의 제 3 유전체층(130a)과 다수의 제 4 유전체층(130b)을 포함할 수 있다. 각각의 제 1 유전체층(110a)과 각각의 제 2 유전체층(110b)은 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 각각의 제 3 유전체층(130a)과 각각의 제 4 유전체층(130b)도 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제 1 유전체층(110a)과 제 2 유전체층(110b)은 Si, TiO2, SiO2, Si2N3 중에서 선택된 서로 다른 2개의 유전체 재료로 이루어질 수 있고, 제 3 유전체층(130a)과 제 4 유전체층(130b)도 Si, TiO2, SiO2, Si2N3 중에서 선택된 서로 다른 2개의 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 제 1 반사기(110)의 제 1 유전체층(110a)과 제 2 반사기(130)의 제 3 유전체층(130a)이 동일한 유전체 재료로 이루어지고, 제 1 반사기(110)의 제 2 유전체층(110b)과 제 2 반사기(130)의 제 4 유전체층(130b)이 동일한 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 또는, 제 1 반사기(110)의 제 1 유전체층(110a)과 제 2 반사기(130)의 제 4 유전체층(130b)이 동일한 유전체 재료로 이루어지고, 제 1 반사기(110)의 제 2 유전체층(110b)과 제 2 반사기(130)의 제 3 유전체층(130a)이 동일한 유전체 재료로 이루어질 수도 있다.
이러한 제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130)의 구조에 의하면, 굴절률이 서로 다른 제 1 유전체층(110a)과 제 2 유전체층(110b) 사이의 계면 및 제 3 유전체층(130a)과 제 4 유전체층(130b) 사이의 계면에서 반사가 일어나는데, 반사되는 모든 광들의 위상을 일치시킴으로써 높은 반사율을 얻을 수 있다. 이를 위하여, 제 1 내지 제 4 유전체층(110a, 110b, 130a, 130b) 각각의 광학적 두께(즉, 물리적 두께에 층 재료의 굴절률을 곱한 값)를 대략적으로 편분광 필터(100)가 투과시키고자 하는 빛의 파장 대역의 1/4로 선택할 수 있다.
서로 마주하여 배치된 제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130)는 빛을 공진시키는 공진기를 형성한다. 제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130)에 의해 형성되는 공진기 내에는 격자층(120)이 배치되어 있다. 제 1 반사기(110)의 상부 표면을 통해 입사한 빛은 제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130) 사이에서 공진하면서 제 2 반사기(130)의 하부 표면을 통해 출사할 수 있다. 빛은 제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130) 사이에서 공진하는 동안 격자층(120)을 반복적으로 지나간다. 따라서, 제 2 반사기(130)의 하부 표면을 통해 출사하는 빛의 특성은 격자층(120)의 구조에 의해 주로 결정될 수 있다.
개시된 실시예에서, 격자층(120)은 편광 의존적인 특성을 갖도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 격자층(120)은 두께 방향에 수직한 수평 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 제 1 격자 요소(120a)의 하부 표면과 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 하부 표면이 제 1 반사기(110)에 접촉하고 동일 평면 상에 위치하며 다수의 제 1 격자 요소(120a)의 상부 표면과 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 상부 표면이 제 2 반사기(130)에 접촉하고 동일 평면 상에 위치하도록, 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)가 배열될 수 있다.
제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)는 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 각각의 제 1 격자 요소(120a)는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고, 각각의 제 2 격자 요소(120b)는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)는 Si, TiO2, SiO2, Si2N3 중에서 선택된 서로 다른 2개의 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 위에서 예시한 재료 이외에도, 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)를 이루는 제 1 유전체 재료와 제 2 유전체 재료는, 편분광 필터(100)의 투과 파장 대역의 빛에 대해 투명한 다른 어떠한 재료도 포함할 수 있다.
또한, 제 1 격자 요소(120a)는 제 1 반사기(110)의 제 1 유전체층(110a) 및 제 2 반사기(130)의 제 3 유전체층(130a)과 동일한 유전체 재료로 이루어지고, 제 2 격자 요소(120b)는 제 1 반사기(110)의 제 2 유전체층(110b) 및 제 2 반사기(130)의 제 4 유전체층(130b)과 동일한 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 또는, 제 1 격자 요소(120a)는 제 1 반사기(110)의 제 1 유전체층(110a) 및 제 2 반사기(130)의 제 4 유전체층(130b)과 동일한 유전체 재료로 이루어지고, 제 2 격자 요소(120b)는 제 1 반사기(110)의 제 2 유전체층(110b) 및 제 2 반사기(130)의 제 3 유전체층(130a)과 동일한 유전체 재료로 이루어질 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 편분광 필터(100)의 격자층(120)의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 2를 참조하면, 격자층(120)의 각각의 제 1 격자 요소(120a)와 각각의 제 2 격자 요소(120b)는 일 방향으로 길게 연장된 막대의 형태를 가질 수 있다. 그리고, 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)는 그의 폭 방향을 따라 반복하여 번갈아 배열된다. 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)는 동일한 두께(T)를 갖는다. 또한, 다수의 제 1 격자 요소(120a)는 동일한 폭(W1)을 가지며, 다수의 제 2 격자 요소(120b)는 서로 동일한 폭(W1)을 갖는다. 따라서, 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)는 일정한 주기(P)로 배열된다.
다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)가 상술한 방식으로 1차원 배열되어 있기 때문에, 격자층(120) 및 편분광 필터(100)는 편광 의존적인 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130) 사이에서 공진하는 빛 중에서, 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 평행한 편광 성분을 갖는 빛에 대한 편분광 필터(100)의 투과율과 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 수직한 편광 성분을 갖는 빛에 대한 편분광 필터(100)의 투과율이 상이할 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 편분광 필터(100)는 빛의 편광 방향에 따라 투과 파장의 대역이 달라질 수 있다.
예를 들어, 도 3은 도 1에 도시된 편분광 필터(100)의 투과 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 편분광 필터(100)를 투과한 빛의 파장은 분리된 2개의 좁은 파장 대역에서 피크를 갖는다. 예를 들어, 편분광 필터(100)를 투과한 빛은 약 825 nm의 중심 파장을 갖는 제 1 스펙트럼(SP1)과 약 875 nm의 중심 파장을 갖는 제 2 스펙트럼(SP2)을 가질 수 있다. 제 1 스펙트럼(SP1)과 제 2 스펙트럼(SP2)은 좁은 파장폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 스펙트럼(SP1)의 반치폭(FWHM; full width at half maximum)과 제 2 스펙트럼(SP2)의 반치폭은 약 1 nm 내지 약 10 nm의 범위를 가질 수 있다. 따라서, 제 1 스펙트럼(SP1)과 제 2 스펙트럼(SP2)은 서로 중첩되지 않으며, 제 1 스펙트럼(SP1)과 제 2 스펙트럼(SP2) 사이의 파장 대역에서 편분광 필터(100)의 투과율은 거의 0에 가깝다. 제 1 스펙트럼(SP1)의 반치폭과 제 2 스펙트럼(SP2)의 반치폭은 제 1 반사기(110)의 제 1 유전체층(110a)과 제 2 유전체층(110b)의 쌍의 개수 및 제 2 반사기(130)의 제 3 유전체층(130a)과 제 4 유전체층(130b)의 쌍의 개수가 증가할수록 작아질 수 있다.
특히, 제 1 스펙트럼(SP1)의 빛은 격자층(120)의 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 수직한 편광 성분을 가지며, 제 2 스펙트럼(SP2)의 빛은 격자층(120)의 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 평행한 편광 방향을 갖는다. 따라서, 편분광 필터(100)는 서로 수직한 편광 방향을 갖는 2개의 상이한 투과 파장 대역을 갖는다. 다시 말해, 편분광 필터(100)는 2개의 상이한 투과 파장 대역을 가지며, 편분광 필터(100)는 2개의 투과 파장 대역에 대해 서로 수직한 편광 특성을 갖는다.
예를 들어, 도 4는 도 1에 도시된 편분광 필터(100)의 2개의 상이한 투과 파장 대역의 편광 각도에 따른 투과 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 제 1 스펙트럼(SP1)의 빛 중에서, 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 평행한 빛은 편분광 필터(100)에 대한 투과율이 0에 가깝다. 그리고, 제 1 스펙트럼(SP1)의 빛 중에서, 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 수직한 빛은 편분광 필터(100)에 대한 투과율이 약 0.9에 가깝다. 반면, 제 2 스펙트럼(SP2)의 빛 중에서, 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 수직한 빛은 편분광 필터(100)에 대한 투과율이 0에 가깝다. 그리고, 제 2 스펙트럼(SP1)의 빛 중에서, 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 평행한 빛은 편분광 필터(100)에 대한 투과율이 약 0.9에 가깝다.
편분광 필터(100)의 구체적인 투과 파장 대역 및 편광 특성은 각각의 제 1 격자 요소(120a)와 각각의 제 2 격자 요소(120b)의 두께(T), 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 배열 주기(P), 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 비율 등에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 각각의 제 1 격자 요소(120a)와 각각의 제 2 격자 요소(120b)의 두께는 약 90 nm 내지 약 350 nm의 범위를 가질 수 있다. 또한, 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 배열 주기(P)는 150 nm 내지 300 nm의 범위를 가질 수 있다.
따라서, 각각의 제 1 격자 요소(120a)와 각각의 제 2 격자 요소(120b)의 크기는 편분광 필터(100)의 투과 파장보다 작을 수 있다. 예를 들어, 각각의 제 1 격자 요소(120a)와 각각의 제 2 격자 요소(120b)의 두께는 편분광 필터(100)의 투과 파장의 1/2 또는 1/3보다 작을 수 있다. 또한, 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 배열 주기(P)는 편분광 필터(100)의 투과 파장의 1/2 또는 1/3보다 작을 수 있다.
제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)가 동일한 두께를 갖기 때문에, 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 비율은 제 1 격자 요소(120a)의 폭(W1)과 제 2 격자 요소(120b)의 폭(W2)의 비율과 같다. 예를 들어, 제 1 격자 요소(120a)를 이루는 제 1 유전체 재료의 제 1 굴절률이 제 2 격자 요소(120b)를 이루는 제 2 유전체 재료의 제 2 굴절률보다 낮은 경우, 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)은 약 0.2 내지 약 0.7의 범위를 가질 수 있다. 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 두께(T) 및 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 배열 주기(P)를 고정하여 두고, 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)을 조절하는 것만으로도 편분광 필터(100)의 투과 특성을 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 5는 격자층(120) 내의 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2) 변화에 따른 도 1에 도시된 편분광 필터(100)의 투과 특성의 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 5에서, 'str1'로 표시된 그래프는 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)이 0.7인 경우를 나타내고, 'str2'로 표시된 그래프는 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)이 0.5인 경우를 나타내고, 'str3'로 표시된 그래프는 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)이 0.3인 경우를 나타낸다. 또한, 도 5에서 왼쪽의 3개의 피크는 격자층(120)의 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 수직한 편광 성분이며, 오른쪽의 3개의 피크는 격자층(120)의 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 평행한 편광 성분이다. 도 5를 참조하면, 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)이 증가할수록 편분광 필터(100)의 2개의 투과 파장 대역이 점차 장파장 쪽으로 이동하는 것을 알 수 있다.
지금까지 격자층(120)이 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)만을 포함하는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 굴절률이 서로 다른 3개 또는 4개 이상의 다수의 격자 요소를 번갈아 배치하여 격자층(120)을 구성할 수도 있다.
예를 들어, 도 6은 다른 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 6에 도시된 편분광 필터(200)는 도 1에 도시된 편분광 필터(100)의 구성과 유사하며, 단지 격자층(130)이 3개의 격자 요소들을 포함한다는 점에서 차이가 있다. 도 6을 참조하면, 격자층(130)은 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소(120a), 다수의 제 2 격자 요소(120b) 및 다수의 제 3 격자 요소(120c)를 포함할 수 있다. 각각의 제 1 격자 요소(120a)는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고, 각각의 제 2 격자 요소(120b)는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어지고, 또한 각각의 제 3 격자 요소(120c)는 제 1 굴절률 및 제 2 굴절률과 상이한 제 3 굴절률을 갖는 제 3 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 다수의 제 1 격자 요소(120a), 다수의 제 2 격자 요소(120b), 및 다수의 제 3 격자 요소(120c)는 두께 방향에 수직한 수평 방향을 따라 1차원 배열될 수 있다.
한편, 도 3 및 도 5의 그래프에서, 편분광 필터(100)는 서로 수직한 편광 특성을 갖는 2개의 상이한 투과 파장 대역을 갖는다. 그리고, 이러한 2개의 투과 파장 대역이 완전히 분리되어 서로 중첩하지 않는다. 따라서, 2개의 상이한 투과 파장 대역 중에서 단지 하나의 투과 파장 대역만을 선택하면, 편분광 필터(100)는 특정한 투과 파장 대역의 빛 중에서 특정한 편광 성분을 갖는 빛만을 투과시키도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 7은 다른 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 7에 도시된 편분광 필터(300)는 도 1에 도시된 편분광 필터(100)의 구성과 유사하며, 제 2 반사기(130)의 상부 표면에 배치된 대역 통과 필터(140)를 더 포함한다는 점에서 차이가 있다. 다시 말해, 대역 통과 필터(140)는편분광 필터(300)의 입광면에 배치된다. 이러한 대역 통과 필터(140)는 도 3에 도시된 제 1 스펙트럼(SP1)의 파장 대역과 제 2 스펙트럼(SP2)의 파장 대역 중에서 어느 한 파장 대역만을 통과시키고 다른 파장 대역을 차단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 대역 통과 필터(140)는 800 nm 내지 850 nm의 파장 범위 내에 있는 빛을 차단하고 850 nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에 있는 빛을 투과시키도록 구성될 수 있다. 그러면, 편분광 필터(300)는 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 평행한 편광 성분을 갖는 제 2 스펙트럼(SP2)의 빛만을 투과시키도록 구성될 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 편분광 필터(300)의 투과 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 8에서, 'str1'로 표시된 그래프는 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)이 0.7인 경우를 나타내고, 'str2'로 표시된 그래프는 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)이 0.5인 경우를 나타내고, 'str3'로 표시된 그래프는 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)이 0.3인 경우를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 대역 통과 필터(140)를 사용하는 경우, 격자층(120)의 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 평행한 편광 성분을 갖는 빛이 편분광 필터(300)를 투과하며, 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)에 따라 편분광 필터(300)를 투과하는 빛의 파장 대역을 조절할 수 있다.
대신에, 대역 통과 필터(140)는, 예를 들어, 800 nm 내지 850 nm의 파장 범위 내에 있는 빛을 투과시키고 850 nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에 있는 빛을 차단하도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 편분광 필터(300)는 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 수직한 편광 성분을 갖는 빛만을 투과시킬 수 있다. 또한, 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)을 조절함으로써, 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 길이 방향에 수직한 편광 성분을 갖는 빛의 투과 파장 대역을 조절할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 7에는 대역 통과 필터(140)가 제 2 반사기(130)의 상부 표면에 배치된 것으로 도시되었으나, 대역 통과 필터(140)의 위치는 반드시 이에 한정되지 않는다. 대역 통과 필터(140)는 제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130)에 의해 형성되는 공진기의 바깥쪽 어디에도 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 편분광 필터(400)는 제 1 반사기(110)의 하부 표면에 배치된 대역 통과 필터(140)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 대역 통과 필터(140)는 편분광 필터(400)의 출광면에 배치될 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 10을 참조하면, 편분광 필터(500)는 도 7에 도시된 편분광 필터(300)의 구성과 유사하며, 대역 통과 필터(140)와 제 2 반사기(130) 사이에 배치된 1/4 파장판(150)을 더 포함할 수 있다. 1/4 파장판(150)은 입사광의 위상을 입사광의 파장의 1/4 파장만큼 지연시키는 역할을 한다. 이러한 1/4 파장판(150)은 굴절률이 비교적 높은 유전체 재료를 빛의 파장보다 작은 나노 스케일의 구조로 패터닝하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 1/4 파장판(150)은 Si, TiO2, 또는 Si2N3으로 이루어진 메타 표면에 의해 형성될 수 있다.
입사광의 위상이 1/4 파장판(150)에 의해 입사광의 파장의 1/4 파장만큼 지연되면, 입사광의 선편광 성분은 원편광 성분으로 바뀌고 원편광 성분은 선편광 성분으로 바뀌게 된다. 다시 말해, 1/4 파장판(150)은 선편광을 원편광으로 바꾸고 원편광을 선편광으로 바꾸는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 선편광 성분은 1/4 파장판(150)에 의해 제 1 원편광 성분으로 바뀌고, 제 1 선편광 성분에 수직한 제 2 선편광 성분은 1/4 파장판(150)에 의해 제 1 원편광 성분에 대해 반대쪽 방향으로 회전된 제 2 원편광 성분으로 바뀌게 된다. 따라서, 1/4 파장판(150)을 더 배치함으로써, 원편광 성분을 갖는 빛이 편분광 필터(140)를 투과하게 된다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 편분광 필터의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 10에는 1/4 파장판(150)이 제 2 반사기(130)의 상부 표면에 배치된 것으로 도시되었으나, 1/4 파장판(150)의 위치는 반드시 이에 한정되지 않는다. 이러한 1/4 파장판(150)은 제 1 반사기(110)와 제 2 반사기(130)에 의해 형성되는 공진기의 바깥쪽 어디에도 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 11을 참조하면, 편분광 필터(600)는 제 1 반사기(110)의 하부 표면에 배치된 1/4 파장판(150)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 1/4 파장판(150)은 편분광 필터(600)의 출광면에 배치될 수 있다.
또한, 도 10과 도 11에 도시된 실시예들에서, 1/4 파장판(150)과 대역 통과 필터(140) 사이의 위치는 서로 바뀔 수도 있다. 예를 들어, 제 2 반사기(130)의 상부 표면 위에 대역 통과 필터(140)가 배치되고, 대역 통과 필터(140)의 상부 표면 위에 1/4 파장판(150)이 배치될 수도 있다. 또한, 제 1 반사기(110)의 하부 표면에 대역 통과 필터(140)가 배치되고, 대역 통과 필터(140)의 하부 표면에 1/4 파장판(150)에 배치될 수도 있다.
또한, 1/4 파장판(150)과 대역 통과 필터(140)가 서로 반대쪽에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 1/4 파장판(150)은 제 2 반사기(130)의 상부 표면에 배치되고 대역 통과 필터(140)는 제 1 반사기(110)의 하부 표면에 배치될 수도 있다. 또는, 대역 통과 필터(140)가 제 2 반사기(130)의 상부 표면에 배치되고 1/4 파장판(150)이 제 1 반사기(110)의 하부 표면에 배치될 수도 있다.
상술한 실시예들에 따른 편분광 필터는 별도의 편광 필터와 별도의 분광 필터를 각각 사용하지 않고도 특정한 선편광 또는 원편광 성분을 갖는 특정한 파장 대역의 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 또한, 상술한 실시예들에 따른 편분광 필터는 이미지 센서의 화소 크기로 작게 제작할 수 있다. 따라서, 상술한 실시예들에 따른 편분광 필터들의 어레이는 이미지 센서와 통합되어 편광 정보와 분광 정보를 동시에 획득하는데 사용될 수 있다. 또한, 상술한 실시예들에 따른 편분광 필터들의 어레이와 이미지 센서를 통합함으로써, 예를 들어, 스마트폰과 같은 소형 모바일 장치에 탑재될 수 있는 소형화된 편분광 이미지 센서를 제공할 수 있다.
예를 들어, 도 12는 일 실시예에 따른 편분광 필터 어레이 및 이를 포함하는 편분광 센서의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 편분광 센서(1000)는 이미지 센서(1100) 및 이미지 센서(1100) 위에 배치된 편분광 필터 어레이(1200)를 포함할 수 있다. 편분광 필터 어레이(1200)는 2차원 배열된 다수의 단위 필터(UPF11, UPF12, UPF21, ....)들의 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 이미지 센서(1100)는 입사광의 세기를 전기적인 신호로 변환하는 2차원 배열된 다수의 센싱 화소를 포함할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(1100)의 센싱 화소들은 편분광 필터 어레이(1200)를 투과한 빛의 세기를 감지할 수 있다.
도 13은 도 12에 도시된 편분광 필터 어레이(1200)의 구성을 예시적으로 보인다. 도 13을 참조하면, 편분광 필터 어레이(1200)는 2차원 배열된 다수의 단위 필터(UPF11, UPF12, UPF21, ....)들을 포함한다. 편분광 필터 어레이(1200)의 각각의 단위 필터(UPF11, UPF12, UPF21, ....)는 다수의 상이한 파장들의 빛에 대한 다수의 상이한 편광 상태들을 분석할 수 있도록 구성된다. 각각의 단위 필터(UPF11, UPF12, UPF21, ....)는 입사광에 대한 편광 정보와 분광 정보를 모두 동시에 얻기 위한 편분광 필터 어레이(1200)의 최소 단위가 된다.
각각의 단위 필터(UPF11, UPF12, UPF21, ....)는 서로 다른 파장의 빛을 투과시키는 다수의 편분광 필터 집합(WF)을 포함할 수 있다. 도 13에는 예시적으로, 각각의 단위 필터(UPF11, UPF12, UPF21, ....)가 제 1 파장 대역 내지 제 16 파장 대역의 빛(λ1~λ16)을 각각 투과시키는 16개의 편분광 필터 집합(WF)을 포함하는 것으로 도시되었다. 그러나, 각각의 단위 필터(UPF11, UPF12, UPF21, ....) 내에 배열된 편분광 필터 집합(WF)의 개수는 반드시 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 더 많은 편분광 필터 집합(WF)이 배열될 수도 있고 또는 더 적은 편분광 필터 집합(WF)이 배열될 수도 있다. 각각의 단위 필터(UPF11, UPF12, UPF21, ....) 내에서 다수의 편분광 필터 집합(WF)은 2차원 어레이의 형태로 배열될 수 있다.
도 14는 도 12에 도시된 편분광 필터 어레이(1200)의 각각의 단위 필터 어레이(UPF11, UPF12, UPF21, ....)의 하나의 편분광 필터 집합(WF) 내의 편분광 필터들의 배열의 예를 보인다. 도 14를 참조하면, 각각의 편분광 필터 집합(WF)은, 예를 들어, 2×2의 어레이의 형태로 배열된 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)를 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)는 서로 다른 방향의 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 편분광 필터(PF1)는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성될 수 있다. 제 2 편분광 필터(PF2)는 제 1 선편광 성분에 수직한 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성될 수 있다. 제 3 편분광 필터(PF4)는 제 1 선편광 성분에 대해 45도 경사진 제 3 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성될 수 있다. 또한, 제 4 편분광 필터(PF4)는 제 1 선편광 성분에 대해 135도 경사진 제 4 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성될 수 있다.
도 15는 도 14에 도시된 하나의 편분광 필터 집합(WF) 내의 편분광 필터들의 배열과 그에 대응하는 이미지 센서(1100)를 포함하는 편분광 센서(1000)의 일부 구성의 예를 개략적으로 보이는 단면도로서, 특히 도 14의 A-A' 선을 따라 절단한 단면을 보인다. 도 15를 참조하면, 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)의 각각은, 예를 들어, 도 7에 도시된 편분광 필터(300)의 구조와 동일한 구조를 가질 수 있다. 다시 말해, 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)는 각각 제 1 반사기(110), 격자층(120), 제 2 반사기(130), 및 대역 통과 필터(140)를 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)에서 제 1 반사기(110), 제 2 반사기(130), 및 대역 통과 필터(140)는 공통된 구성으로서 서로 일체로 연장될 수 있다.
제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)가 서로 다른 선편광 성분의 빛을 투과시킬 수 있도록, 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4) 내에서 격자층(120)들의 다수의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들은 서로 다른 방향을 따라 배열될 수 있다. 예를 들어, 제 2 편분광 필터(PF2)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들은 제 1 편분광 필터(PF1)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들에 대해 수직하게 배열될 수 있다. 다시 말해, 제 2 편분광 필터(PF2)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들은 제 1 편분광 필터(PF1)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들에 대해 수평면 상에서 90도 회전되어 있다.
또한, 제 3 편분광 필터(PF3)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들은 제 1 편분광 필터(PF1)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들에 대해 45도 경사지게 배열될 수 있다. 다시 말해, 제 3 편분광 필터(PF2)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들은 제 1 편분광 필터(PF1)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들에 대해 수평면 상에서 45도 회전되어 있다. 또한, 제 4 편분광 필터(PF4)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들은 제 1 편분광 필터(PF1)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들에 대해 135도 경사지게 배열될 수 있다. 다시 말해, 제 4 편분광 필터(PF4)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들은 제 1 편분광 필터(PF1)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들에 대해 수평면 상에서 135도 회전되어 있다.
하나의 동일한 편분광 필터 집합(WF) 내에 배열된 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)는 모두 동일한 파장 대역의 빛을 투과시키도록 구성된다. 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)의 투과 대역은 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 두께(T), 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 배열 주기(P), 및 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 하나의 동일한 편분광 필터 집합(WF) 내에서 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)들의 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 두께(T)들은 서로 동일하고, 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 배열 주기(P)들은 서로 동일하고, 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)들도 서로 동일하다.
제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)를 투과한 빛은 이미지 센서(1100)의 서로 다른 화소에 입사할 수 있다. 이를 위해, 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)는 각각 이미지 센서(1100)의 화소에 일대일로 대응하도록 배열된다. 그러면, 이미지 센서(1100)의 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)에 각각 대응하는 화소로부터 출력되는 전기적 신호를 분석함으로써, 동일한 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분의 빛의 세기, 제 2 선편광 성분의 빛의 세기, 제 3 선편광 성분의 빛의 세기, 및 제 4 선편광 성분의 빛의 세기에 관한 정보를 추출할 수 있다.
모든 편분광 필터 집합(WF)은 각각 상술한 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)를 포함할 수 있다. 서로 다른 편분광 필터 집합(WF) 내에 배열된 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)는 서로 다른 파장 대역의 빛을 투과시키도록 구성된다. 예를 들어, 제 1 파장 대역의 빛(λ1)의 선편광 성분을 분석하기 위한 편분광 필터 집합(WF) 내의 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)는 제 1 파장 대역의 빛(λ1)을 투과시키도록 구성되고, 제 2 파장 대역의 빛(λ2)의 선편광 성분을 분석하기 위한 편분광 필터 집합(WF) 내의 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)는 제 2 파장 대역의 빛(λ2)을 투과시키도록 구성된다.
제조 공정의 편의를 위해, 편분광 필터 어레이(1200) 내에서 전체적으로 모든 제 1 격자 요소(120a)와 제 2 격자 요소(120b)의 두께(T)는 동일할 수 있다. 이 경우, 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)의 투과 대역은 다수의 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 배열 주기(P) 및 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)에 의해 주로 결정될 수 있다. 따라서, 서로 다른 편분광 필터 집합(WF) 내에 각각 배열된 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)들은 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 배열 주기(P)가 서로 다르거나, 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)이 서로 다를 수 있다. 또한, 편분광 필터 어레이(1200) 내에서 전체적으로 제 1 격자 요소(120a)와 다수의 제 2 격자 요소(120b)의 배열 주기(P)도 역시 서로 동일할 수도 있다. 이 경우, 서로 다른 편분광 필터 집합(WF) 내에 각각 배열된 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)들은 제 2 격자 요소(120b)에 대한 제 1 격자 요소(120a)의 비율(W1/W2)만이 서로 다를 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)의 투과 대역은 대역 통과 필터(140)의 통과 대역에 의해서도 결정될 수 있다. 서로 다른 편분광 필터 집합(WF) 내에서 대역 통과 필터(140)의 통과 대역이 서로 다를 수도 있다. 대신에, 편분광 필터 어레이(1200)에서 전체적으로 하나의 공통된 대역 통과 필터(140)가 사용될 수도 있다. 이 경우, 대역 통과 필터(140)는 제 1 파장 대역 내지 제 16 파장 대역의 빛(λ1~λ16)을 투과시키고 나머지 파장 대역의 빛을 차단하도록 구성될 수 있다.
도 16은 도 12에 도시된 편분광 필터 어레이(1200)의 각각의 단위 필터 어레이(UPF11, UPF12, UPF21, ....)의 하나의 편분광 필터 집합(WF) 내의 편분광 필터들의 배열의 다른 예를 보인다. 또한, 도 17은 도 16에 도시된 하나의 편분광 필터 집합(WF) 내의 편분광 필터들의 배열과 그에 대응하는 이미지 센서(1100)를 포함하는 편분광 센서(1000)의 일부 구성의 예를 개략적으로 보이는 단면도로서, 특히 도 16의 B-B' 선을 따라 절단한 단면을 보인다.
도 16을 참조하면, 각각의 편분광 필터 집합(WF)은, 예를 들어, 2×3의 어레이의 형태로 배열된 제 1 내지 제 6 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4, PF5, PF6)를 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)는 서로 다른 방향의 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성될 수 있다. 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)의 구성과 동작은 도 14를 통해 이미 설명한 것과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
제 5 편분광 필터(PF5)는 제 1 원편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성되며, 제 6 편분광 필터(PF6)는 제 1 원편광 성분에 반대 방향으로 회전된 제 2 원편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된다. 이를 위해, 제 5 편분광 필터(PF5)는, 도 17에 도시된 바와 같이, 제 2 반사기(130)와 대역 통과 필터(140) 사이에 배치된 1/4 파장판(150)을 더 포함할 수 있다. 도 17에는 도시되지 않았지만, 제 6 편분광 필터(PF6)도 역시 제 2 반사기(130)와 대역 통과 필터(140) 사이에 배치된 1/4 파장판(150)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 제 5 편분광 필터(PF5)와 제 6 편분광 필터(PF6)의 구성은 도 10에 도시된 편분광 필터(500)의 구성과 동일할 수 있다.
제 5 편분광 필터(PF5)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들은 제 1 편분광 필터(PF1)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들과 평행하게 배열될 수 있다. 반면, 제 6 편분광 필터(PF6)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들은 제 1 편분광 필터(PF1)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들에 대해 수직하게 배열될 수 있다. 따라서, 제 6 편분광 필터(PF6)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들은 제 2 편분광 필터(PF2)의 격자층(120)의 제 1 및 제 2 격자 요소(120a, 120b)들과 평행하게 배열된다. 그러면, 제 5 편분광 필터(PF5)를 투과한 빛과 제 6 편분광 필터(PF6)를 투과한 빛은 서로 반대 방향으로 회전된 원편광 성분을 갖게 된다.
도 16 및 도 17에 도시된 실시예에 따르면, 이미지 센서(1100)의 제 1 내지 제 6 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4, PF5, PF6)에 각각 대응하는 화소로부터 출력되는 전기적 신호를 분석함으로써, 동일한 파장 대역의 빛 중에서 다양한 선편광 성분의 빛의 세기 및 원편광 성분의 빛의 세기에 관한 정보를 추출할 수 있다.
한편, 도 17에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)는 대역 통과 필터(140)의 두께 방향 위치를 일정하기 유지하기 위하여 제 2 반사기(130) 위에 배치된 스페이서(160)를 더 포함할 수 있다. 스페이서(160)의 두께는 1/4 파장판(150)의 두께와 동일할 수 있다.
도 18은 도 16에 도시된 하나의 편분광 필터 집합(WF) 내의 편분광 필터들의 배열과 그에 대응하는 이미지 센서(1100)를 포함하는 편분광 센서(1000)의 일부 구성의 다른 예를 개략적으로 보이는 단면도로서, 특히 도 16의 B-B' 선을 따라 절단한 단면을 보인다. 도 18을 참조하면, 대역 통과 필터(140)는 제 1 반사기(110)의 아래에 배치될 수 있다. 이 경우, 대역 통과 필터(140)가 이미지 센서(1100)와 마주하여 배치될 수 있다. 또한, 제 5 및 제 6 편분광 필터(PF5, PF6)에서 1/4 파장판(150)은 제 1 반사기(110)와 대역 통과 필터(140) 사이에 배치될 수 있다. 도 18에 도시된 실시예에서, 1/4 파장판(150)은 통과 필터(140) 내에 매립될 수 있다. 그러면, 별도의 스페이서를 사용하지 않을 수 있다.
또한, 도 19는 도 16에 도시된 하나의 편분광 필터 집합(WF) 내의 편분광 필터들의 배열과 그에 대응하는 이미지 센서(1100)를 포함하는 편분광 센서(1000)의 일부 구성의 또 다른 예를 개략적으로 보이는 단면도로서, 특히 도 16의 B-B' 선을 따라 절단한 단면을 보인다. 도 19를 참조하면, 대역 통과 필터(140)는 제 2 반사기(130)의 상부 표면에 배치되고, 제 5 및 제 6 편분광 필터(PF5, PF6)에서 1/4 파장판(150)은 제 1 반사기(110)의 하부 표면에 배치될 수도 있다. 또한, 제 1 내지 제 4 편분광 필터(PF1, PF2, PF3, PF4)의 제 1 반사기(110)의 하부 표면에는 스페이서(160)가 더 배치될 수 있다. 스페이서(160)의 두께는 1/4 파장판(150)의 두께와 동일할 수 있다.
상술한 편분광 필터, 편분광 필터 어레이, 및 편분광 센서는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600.....편분광 필터
110, 130.....반사기
110a, 110b, 130a, 130b.....유전체층
120.....격자층
120a, 120b, 120c.....격자 요소
140.....대역 통과 필터
150.....1/4 파장판
160.....스페이서
1000.....편분광 센서
1100.....이미지 센서
1200.....편분광 필터 어레이
UPF11, UPF12, UPF21.....단위 필터 어레이
WF.....편분광 필터 집합
PF.....편분광 필터

Claims (23)

  1. 제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기; 및
    상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층;을 포함하며,
    상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함하고,
    각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고,
    각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어지는 편분광 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소는 막대 형태를 가지며, 상기 다수의 제 1 격자 요소와 상기 다수의 제 2 격자 요소가 1차원 배열되어 있는 편분광 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    다수의 제 1 격자 요소의 제 1 표면과 다수의 제 2 격자 요소의 제 1 표면은 상기 제 1 반사기에 접촉하고 다수의 제 1 격자 요소의 제 1 표면에 대향하는 제 1 격자 요소의 제 2 표면과 다수의 제 2 격자 요소의 제 1 표면에 대향하는 제 2 격자 요소의 제 2 표면은 상기 제 2 반사기에 접촉하도록, 상기 다수의 제 1 격자 요소와 상기 다수의 제 2 격자 요소가 배열되어 있는 편분광 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 편분광 필터가 제 1 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키고 제 1 선편광 성분에 수직한 제 2 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 1 파장 대역과 상이한 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키도록, 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율이 결정되는 편분광 필터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께는 90 nm 내지 350 nm인 편분광 필터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기는 150 nm 내지 300 nm인 편분광 필터.
  7. 제 4 항에 있어서,
    다수의 제 2 격자 요소에 대한 다수의 제 1 격자 요소의 비율은 0.2 내지 0.7인 편분광 필터.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 재료와 상기 제 2 유전체 재료는 상기 제 1 파장 대역의 빛 및 제 2 파장 대역의 빛에 대해 투명한 편분광 필터.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 반사기의 표면에 배치된 것으로, 제 1 파장 대역의 빛을 차단하고 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키는 대역 통과 필터를 더 포함하는 편분광 필터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반사기의 표면에 배치된 1/4 파장판을 더 포함하는 편분광 필터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반사기는 제 1 방향을 따라 번갈아 적층된 다수의 제 1 유전체층과 다수의 제 2 유전체층을 포함하고, 상기 제 2 반사기는 제 1 방향을 따라 번갈아 적층된 다수의 제 3 유전체층과 다수의 제 4 유전체층을 포함하며,
    각각의 제 1 유전체층과 각각의 제 2 유전체층은 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어지고, 각각의 제 3 유전체층과 각각의 제 4 유전체층은 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어지는 편분광 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 반사기의 제 1 유전체층 및 상기 2 반사기의 제 3 유전체층은 상기 제 1 유전체 재료로 이루어지고 상기 제 1 반사기의 제 2 유전체층 및 상기 제 2 반사기의 제 4 유전체층은 상기 제 2 유전체 재료로 이루어지는 편분광 필터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 격자층은 제 1 굴절률 및 제 2 굴절률과 상이한 제 3 굴절률을 갖는 제 3 유전체 재료로 이루어지는 다수의 제 3 격자 요소를 더 포함하며,
    상기 다수의 제 1 격자 요소, 상기 다수의 제 2 격자 요소, 및 상기 다수의 제 3 격자 요소는 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열되는 편분광 필터.
  14. 2차원 배열된 다수의 단위 필터 어레이를 포함하며,
    각각의 단위 필터 어레이는 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키는 제 1 편분광 필터 집합 및 제 1 파장 대역과 상이한 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키는 제 2 편분광 필터 집합을 포함하고,
    상기 제 1 편분광 필터 집합은 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 1 편분광 필터 및 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분에 수직한 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 2 편분광 필터를 포함하며,
    상기 제 2 편분광 필터 집합은 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 3 편분광 필터 및 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 4 편분광 필터를 포함하고,
    상기 제 1 내지 제 4 편분광 필터는 각각:
    제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기; 및
    상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층;을 포함하며,
    상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함하고,
    각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고,
    각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어지는 편분광 필터 어레이.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소는 상기 제 1 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소에 대해 제 1 방향에 수직한 평면 상에서 90도 회전되어 있으며,
    상기 제 4 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소는 상기 제 3 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소에 대해 제 1 방향에 수직한 평면 상에서 90도 회전되어 있는 편분광 필터 어레이.
  16. 제 15 항에 있어서,
    각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소는 막대 형태를 가지며, 상기 다수의 제 1 격자 요소와 상기 다수의 제 2 격자 요소가 1차원 배열되어 있는 편분광 필터 어레이.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 편분광 필터는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키도록 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율이 결정되며,
    상기 제 2 편광분 필터는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키도록 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율이 결정되고,
    상기 제 3 편분광 필터는 제 1 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키도록 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율이 결정되고,
    상기 제 4 편광분 필터는 제 2 선편광 성분을 갖는 빛 중에서 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키도록 각각의 제 1 격자 요소와 각각의 제 2 격자 요소의 두께, 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소의 배열 주기, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율이 결정되는 편분광 필터 어레이.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 편분광 필터의 각각의 제 1 격자 요소의 폭과 두께, 각각의 제 2 격자 요소의 폭과 두께, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율은 상기 제 2 편분광 필터의 각각의 제 1 격자 요소의 폭과 두께, 각각의 제 2 격자 요소의 폭과 두께, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율과 동일하며,
    상기 제 3 편분광 필터의 각각의 제 1 격자 요소의 폭과 두께, 각각의 제 2 격자 요소의 폭과 두께, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율은 상기 제 4 편분광 필터의 각각의 제 1 격자 요소의 폭과 두께, 각각의 제 2 격자 요소의 폭과 두께, 및 제 1 격자 요소와 제 2 격자 요소의 비율과 동일한 편분광 필터 어레이.
  19. 제 14 항에 있어서,
    각각의 제 1 반사기의 표면에 배치된 것으로, 제 1 파장 대역 및 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키고 나머지 다른 파장 대역의 빛을 차단하는 대역 통과 필터를 더 포함하는 편분광 필터 어레이.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 편분광 필터 집합은 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분에 대해 45도 회전된 제 3 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 5 편분광 필터를 더 포함하며,
    상기 제 2 편분광 필터 집합은 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분에 대해 45도 회전된 제 3 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 6 편분광 필터를 더 포함하고,
    상기 제 5 편분광 필터 및 상기 제 6 편분광 필터는 각각:
    제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기; 및
    상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층;을 포함하며,
    상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함하고,
    각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고,
    각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어지는 편광광 필터 어레이.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 5 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소는 상기 제 1 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소에 대해 제 1 방향에 수직한 평면 상에서 45도 회전되어 있으며,
    상기 제 6 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소는 상기 제 3 편분광 필터의 격자층의 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소에 대해 제 1 방향에 수직한 평면 상에서 45도 회전되어 있는 편분광 필터 어레이.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 편분광 필터 집합은 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 5 편분광 필터를 더 포함하며,
    상기 제 2 편분광 필터 집합은 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 6 편분광 필터를 더 포함하고,
    상기 제 5 편분광 필터 및 상기 제 6 편분광 필터는 각각:
    제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기;
    상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층; 및
    상기 제 1 반사기의 표면에 배치된 1/4 파장판;을 포함하며,
    상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함하고,
    각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고,
    각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어지는 편분광 필터 어레이.
  23. 2차원 배열된 다수의 단위 필터 어레이를 포함하는 편분광 필터 어레이; 및
    상기 편분광 필터 어레이를 투과한 빛의 세기를 감지하는 다수의 2차원 배열된 센싱 화소를 포함하는 이미지 센서;를 포함하며,
    각각의 단위 필터 어레이는 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키는 제 1 편분광 필터 집합 및 제 1 파장 대역과 상이한 제 2 파장 대역의 빛을 투과시키는 제 2 편분광 필터 집합을 포함하고,
    상기 제 1 편분광 필터 집합은 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 1 편분광 필터 및 제 1 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분에 수직한 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 2 편분광 필터를 포함하며,
    상기 제 2 편분광 필터 집합은 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 1 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 3 편분광 필터 및 제 2 파장 대역의 빛 중에서 제 2 선편광 성분을 갖는 빛을 투과시키도록 구성된 제 4 편분광 필터를 포함하고,
    상기 제 1 내지 제 4 편분광 필터는 각각:
    제 1 방향으로 서로 마주하여 배치된 제 1 반사기와 제 2 반사기; 및
    상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에 배치된 격자층;을 포함하며,
    상기 격자층은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 번갈아 배열된 다수의 제 1 격자 요소와 다수의 제 2 격자 요소를 포함하고,
    각각의 제 1 격자 요소는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 유전체 재료로 이루어지고,
    각각의 제 2 격자 요소는 제 1 굴절률과 상이한 제 2 굴절률을 갖는 제 2 유전체 재료로 이루어지는, 편분광 센서.
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