WO2022091622A1 - 受光装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a light receiving device, and more specifically, to a light receiving device including a wire grid polarizing element and a photoelectric conversion element having a quarter wavelength layer.
- a wire grid polarizing element (WireGrid Polarizer, WGP), a photoelectric conversion element having a quarter wavelength layer, and a light receiving device are known from, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-013842. Specifically, in the photoelectric conversion element, a quarter wavelength layer, a wire grid polarizing element, and a photoelectric conversion unit are arranged in this order from the light incident side.
- a light receiving device that can easily know which polarization component the light has in large quantities. It is also desirable to provide a method for easily measuring the polarization state of an object to be observed. Further, it is desirable to provide a light receiving device capable of easily knowing the so-called degree of polarization. It is also desirable to provide a light receiving device capable of extracting light having specific linear polarization.
- the light receiving device is Equipped with multiple photoelectric conversion element units
- Each photoelectric conversion element unit is composed of a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a total of M ⁇ N, M in the first direction and N in the second direction different from the first direction.
- a quarter wavelength layer, a wire grid polarizing element, and a photoelectric conversion unit are arranged in this order from the light incident side.
- the M photoelectric conversion elements arranged along the first direction have a quarter wavelength layer having the same phase advance axis direction.
- the N photoelectric conversion elements arranged along the second direction have a quarter wavelength layer having different phase advance axis directions.
- the N photoelectric conversion elements arranged along the second direction include wire grid polarizing elements having the same polarization direction.
- the M photoelectric conversion elements arranged along the first direction include wire grid polarizing elements having different polarization directions.
- the method for measuring the polarization state of an object of the present disclosure is as follows. Equipped with multiple photoelectric conversion element units, Each photoelectric conversion element unit is composed of a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a total of M ⁇ N, M in the first direction and N in the second direction different from the first direction. In each photoelectric conversion element, a quarter wavelength layer, a wire grid polarizing element, and a photoelectric conversion unit are arranged in this order from the light incident side.
- the M photoelectric conversion elements arranged along the first direction have a quarter wavelength layer having the same phase advance axis direction.
- the N photoelectric conversion elements arranged along the second direction have a quarter wavelength layer having different phase advance axis directions.
- the N photoelectric conversion elements arranged along the second direction include wire grid polarizing elements having the same polarization direction.
- the M photoelectric conversion elements arranged along the first direction are a method for measuring the polarization state of an object using a light receiving device provided with wire grid polarizing elements having different polarization directions. An object is imaged by a light receiving device, image data is acquired, and In the light receiving device, the acquired image data indicating the polarization state is compared with the standard polarization state data of the standard object, and the comparison result is obtained.
- the light receiving device is Equipped with multiple photoelectric conversion element units, Each photoelectric conversion element unit is composed of a first photoelectric conversion element, a second photoelectric conversion element, a third photoelectric conversion element, a fourth photoelectric conversion element, a fifth photoelectric conversion element, and a sixth photoelectric conversion element.
- the wire grid polarizing element and the photoelectric conversion unit are arranged in this order from the light incident side.
- a quarter wavelength layer, a wire grid polarizing element, and a photoelectric conversion unit are arranged in this order from the light incident side.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the first photoelectric conversion element is ⁇ degree.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the second photoelectric conversion element is ( ⁇ + 45) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the third photoelectric conversion element is ( ⁇ + 90) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the fourth photoelectric conversion element is ( ⁇ + 135) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the fifth photoelectric conversion element is ⁇ 'degree.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the sixth photoelectric conversion element is ⁇ 'degree.
- the light receiving device is Equipped with multiple photoelectric conversion element units, Each photoelectric conversion element unit includes a first photoelectric conversion element, a second photoelectric conversion element, a third photoelectric conversion element, and a fourth photoelectric conversion element.
- the first photoelectric conversion element, the second photoelectric conversion element, the third photoelectric conversion element, and the fourth photoelectric conversion element are a quarter wavelength layer of the first layer and a quarter of the second layer from the light incident side.
- One wavelength layer, a wire grid polarizing element, and a photoelectric conversion unit are arranged in this order.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the first photoelectric conversion element is ⁇ degree.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the second photoelectric conversion element is ( ⁇ + 45) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the third photoelectric conversion element is ( ⁇ + 90) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the fourth photoelectric conversion element is ( ⁇ + 135) degrees.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer of the first layer constituting the first photoelectric conversion element is ⁇ degree.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer of the first layer constituting the second photoelectric conversion element is ( ⁇ + 45) degrees.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer of the first layer constituting the third photoelectric conversion element is ( ⁇ + 90) degrees.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer of the first layer constituting the fourth photoelectric conversion element is ( ⁇ degree +135).
- the angle formed by the phase-advancing axis direction of the second-layer quarter-wavelength layer and the phase-advancing axis direction of the first-layer quarter-wavelength layer is ⁇ 45 degrees. be.
- FIG. 1A and 1B are conceptual diagrams of the order of arrangement of N quarter wavelength layers constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment, respectively, and arrangement of M wire grid polarizing elements. It is a conceptual diagram of the order.
- FIG. 2 is a conceptual diagram of the arrangement order of 8 ⁇ 8 photoelectric conversion elements constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment.
- FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment.
- FIG. 4 is a schematic plan view of the wire grid polarizing element constituting the photoelectric conversion element in the light receiving device of the first embodiment.
- 5 is a schematic plan view of the wire grid polarizing element constituting the photoelectric conversion element in the light receiving device of the first embodiment.
- 6A and 6B are schematic views qualitatively showing the amount of light (light intensity) received by the photoelectric conversion unit of the photoelectric conversion element constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment, respectively.
- 7A and 7B are schematic views qualitatively showing the amount of light (light intensity) received by the photoelectric conversion unit of the photoelectric conversion element constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment, respectively.
- 8A and 8B are schematic views qualitatively showing the amount of light (light intensity) received by the photoelectric conversion unit of the photoelectric conversion element constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment, respectively.
- FIG. 10 is a schematic diagram qualitatively showing the amount of light (light intensity) received by the photoelectric conversion unit of the photoelectric conversion element constituting the photoelectric conversion element unit when an abnormality is found in the light receiving device of the first embodiment. This is just one example.
- FIG. 11 is a schematic partial cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element unit in the modified example of the light receiving device of the first embodiment.
- FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a photoelectric conversion unit in a modified example of the light receiving device of the first embodiment.
- FIG. 13 is a schematic partial cross-sectional view of the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the second embodiment.
- FIG. 14 is a conceptual diagram of the arrangement order of 3 ⁇ 2 photoelectric conversion elements constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the second embodiment.
- 15A and 15B show the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the second embodiment and the state of the light passing through the wire grid polarizing element, respectively.
- 16A and 16B pass through the phase advance axis orientation of the quarter wavelength layer constituting the fifth photoelectric conversion element, the polarization orientation of the wire grid polarizing element, and the quarter wavelength layer in the light receiving device of the second embodiment.
- FIGS. 16C and 16D are diagrams schematically showing the polarization state of the light and the state of the light passing through the wire grid polarization element
- FIGS. 16C and 16D are quadrants constituting the sixth photoelectric conversion element in the light receiving device of the second embodiment.
- the figure schematically shows the phase-advancing axis orientation of one wavelength layer, the polarization orientation of the wire grid polarizing element, the polarization state of light passing through the quarter wavelength layer, and the state of light passing through the wire grid polarizing element.
- 17A and 17B pass through the phase advance axis orientation of the quarter wavelength layer constituting the fifth photoelectric conversion element, the polarization orientation of the wire grid polarizing element, and the quarter wavelength layer in the light receiving device of the second embodiment.
- FIG. 17 is a diagram schematically showing the amount of light (light intensity) received by the photoelectric conversion unit of 3 ⁇ 2 photoelectric conversion elements constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the second embodiment.
- FIGS. 19A and 19B are diagrams showing an image pickup state of the light receiving device of the second embodiment, respectively.
- 20A and 20B are diagrams for explaining the so-called degree of polarization.
- FIG. 21 is a schematic partial cross-sectional view of a modified example of the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the second embodiment.
- FIG. 22 is a schematic partial cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the third embodiment.
- 23A, 23B, and 23C show the polarization state of light passing through the quarter wavelength layer of the first layer constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the third embodiment, respectively, and the second layer.
- FIG. 24A, 24B, and 24C show the polarization state of light passing through the quarter wavelength layer of the first layer constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the third embodiment, respectively, and the second layer. It is a figure which shows typically the polarization state of the light passing through a quarter wavelength layer, and the state of the light passing through a wire grid polarizing element.
- 25A, 25B, and 25C show the polarization state of light passing through the quarter wavelength layer of the first layer constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the third embodiment, respectively, and the second layer.
- FIG. 27 is a schematic perspective view of the wire grid polarizing element constituting the photoelectric conversion element in the light receiving device of the present disclosure.
- FIG. 28 is a schematic perspective view of a modified example of the wire grid polarizing element.
- 29A and 29B are schematic partial cross-sectional views of the wire grid polarizing element.
- 30A and 30B are schematic partial cross-sectional views of a wire grid polarizing element.
- 31A, 31B, 31C and 31D are schematic partial end views of a base insulating layer or the like for explaining a method of manufacturing a wire grid polarizing element in the light receiving device of the present disclosure.
- FIG. 32 is a schematic perspective view of a quarter wavelength layer constituting the photoelectric conversion element of the light receiving device of the present disclosure.
- FIG. 33 is a diagram for explaining the behavior of light in various polarized states incident on the light receiving device of the present disclosure.
- FIG. 34 is a conceptual diagram of a solid-state image sensor when the light-receiving device of the present disclosure is applied to the solid-state image sensor.
- FIG. 35 is a conceptual diagram of an electronic device (camera) which is a solid-state image pickup device to which the light receiving device of the present disclosure is applied.
- FIG. 36 is a conceptual diagram for explaining light and the like passing through the wire grid polarizing element.
- Example 1 The light receiving device according to the first aspect of the present disclosure and the method for measuring the polarization state of the object of the present disclosure. 3. 3.
- Example 2 Light receiving device according to the second aspect of the present disclosure
- Example 3 light receiving device according to the third aspect of the present disclosure
- each photoelectric conversion element unit has M types of wire grid polarizing elements and N types of quarter wavelength layers. It can be in the form.
- the order in which the M types of wire grid polarizing elements having different polarization orientations are arranged in the first direction is essentially arbitrary, and the second of the N types of quarter wavelength layers having different phase advance axis orientations.
- the order in the direction is essentially arbitrary.
- the obtained image data differs depending on the order in which the M types of wire grid polarizing elements are arranged in the first direction and the order in which the N types of quarter wavelength layers are arranged in the second direction. It is desirable to obtain the polarization state of a standard object and create standard polarization state data.
- Each of the M types of wire grid polarizing elements may be provided substantially continuously along the second direction.
- each of the N types of quarter wavelength layers may be provided substantially continuously along the first direction.
- the object can be irradiated with light having a predetermined polarization state and wavelength, and the object can be imaged by a light receiving device. That is, it is possible to irradiate an object with light having one type of polarization state and one type of wavelength (light of a single wavelength) from a light source and image the object with a light receiving device.
- the predetermined polarization state and the predetermined wavelength may be appropriately determined in advance according to the object for which the polarization state is to be measured.
- the surface state of the object can be evaluated by obtaining the comparison result.
- it is possible to evaluate the state of the film thickness of the thin-film object by obtaining a comparison result. can.
- an object thin film having a desired film thickness as a standard object
- obtain a polarization state in the standard object and create standard polarization state data.
- the presence of a foreign substance in the object can be evaluated by obtaining a comparison result.
- Each photoelectric conversion element unit is composed of a total of 3 ⁇ 2 photoelectric conversion elements, three in the first direction and two in the second direction different from the first direction.
- the first photoelectric conversion element, the second photoelectric conversion element, and the fifth photoelectric conversion element are arranged in the first row along the first direction in no particular order, and the second photoelectric conversion element along the first direction is arranged in no particular order.
- the third photoelectric conversion element, the fourth photoelectric conversion element, and the sixth photoelectric conversion element can be arranged in no particular order.
- the first photoelectric conversion element, the second photoelectric conversion element, the third photoelectric conversion element, and the fourth photoelectric conversion element are referred to as "first type photoelectric conversion elements" for convenience, and the fifth photoelectric conversion element and the sixth photoelectric conversion element.
- first type photoelectric conversion elements for convenience
- fifth photoelectric conversion element and the sixth photoelectric conversion element for convenience, when referred to as a "second type photoelectric conversion element", as described above, two first type photoelectric conversion elements and one second type are in the first row along the first direction.
- the photoelectric conversion elements are arranged in no particular order, and two first type photoelectric conversion elements and one second type photoelectric conversion element are arranged in random order in the second row along the first direction. It can be in the form.
- any one of the four first type photoelectric conversion elements and two of the four first type photoelectric conversion elements are in the first row along the first direction.
- the second type photoelectric conversion elements are arranged in random order, and the remaining three first type photoelectric conversion elements are arranged in random order in the second row along the first direction.
- any three first-type photoelectric conversion elements among the four first-type photoelectric conversion elements are arranged in no particular order, and the first In the second row along the direction of the above, the remaining one first type photoelectric conversion element and two second type photoelectric conversion elements may be arranged in no particular order.
- At least light having a linear polarization component and light having a circular polarization component are incident on the photoelectric conversion element unit in a mixed state. It can be in the form.
- the wire grid polarizing element constituting the first photoelectric conversion element is a component of the polarization direction ⁇ degree among the light having a linear polarization component and the light having a polarization direction ⁇ degree and the light having a circular polarization component. Allows light to pass through,
- the wire grid polarizing element constituting the second photoelectric conversion element has a polarization direction ( ⁇ + 45) among light having a linear polarization component, light having a polarization direction ( ⁇ + 45) degree component, and light having a circular polarization component.
- the wire grid polarizing element constituting the third photoelectric conversion element has a polarization direction ( ⁇ + 90) among the light having a linear polarization component, the light having a polarization direction ( ⁇ + 90) degree component, and the light having a circular polarization component.
- the wire grid polarizing element constituting the fourth photoelectric conversion element is a light having a polarization direction ( ⁇ + 135) degree component among light having a linear polarization component and a polarization direction ( ⁇ + 135) among light having a circular polarization component. It can be configured to allow light having a degree component to pass through.
- the amount of light (light intensity) obtained by the photoelectric conversion unit constituting the first photoelectric conversion element is AL 1
- the amount of light (light intensity) obtained by the photoelectric conversion unit constituting the second photoelectric conversion element is AL 2
- the third photoelectric conversion is performed.
- the amount of light (light intensity) obtained by the photoelectric conversion unit constituting the element is AL 3
- the amount of light (light intensity) obtained by the photoelectric conversion unit constituting the fourth photoelectric conversion element is AL 4
- the fifth photoelectric conversion element is configured.
- the amount of light (light intensity) obtained by the photoelectric conversion unit is AL 5
- the amount of light (light intensity) obtained by the photoelectric conversion unit constituting the sixth photoelectric conversion element is AL 6 .
- the data processing unit can form a region having a high degree of polarization and a region having a low degree of polarization to be displayed in different colors.
- ⁇ AL indicates the amount of light (light intensity) of the polarized component, or also indicates the amount of light (light intensity) of the mirror-reflected light, which is a kind of variable component
- ⁇ AL' is the amount of light (light) of the non-polarized component. It indicates the intensity), or also indicates the amount of diffusely reflected light (light intensity), and is a kind of fixed component.
- the degree of polarization is an index indicating the component ratio of the reflected light or also indicating the state of the reflecting surface.
- the photoelectric conversion element unit may include not only light having a linearly polarized light component and light having a circularly polarized light component but also light having an unpolarized component. The effect can be virtually eliminated.
- the polarization direction that the wire grid polarizing element should transmit is ⁇ degree
- the polarization direction that the wire grid polarizing element should transmit does not have to be strictly ⁇ degree, and to some extent.
- the angle of polarization orientation for example, ⁇ ⁇ 5 degrees
- the wire grid polarizing element transmits light.
- All the photoelectric conversion element units can be configured by the photoelectric conversion element unit in the light receiving device according to the first aspect of the present disclosure.
- photoelectric conversion element unit-2A A form in which all photoelectric conversion element units are configured by a photoelectric conversion element unit (referred to as "photoelectric conversion element unit-2A" for convenience) in the light receiving device according to the second aspect of the present disclosure (2-1).
- the photoelectric conversion element unit-2A occupies a part of the light receiving device (for example, the central part of the light receiving device), and the other area of the light receiving device (for example, the central part of the light receiving device).
- the region surrounding the region) is composed of a first photoelectric conversion element, a second photoelectric conversion element, a third photoelectric conversion element, and a fourth photoelectric conversion element, excluding the fifth photoelectric conversion element and the sixth photoelectric conversion element.
- a photoelectric conversion element unit referred to as "photoelectric conversion element unit-2B" for convenience
- a light receiving device is occupied by a photoelectric conversion element unit-2B, which is a part of the light receiving device.
- a first photoelectric conversion element, a second photoelectric conversion element, a third photoelectric conversion element and a fourth photoelectric conversion element, and a fifth photoelectric conversion element and a fifth photoelectric conversion element which are not provided with a quarter wavelength layer and a wire grid polarizing element.
- Photoelectric conversion element unit-2C Form occupied by a photoelectric conversion element unit (referred to as "photoelectric conversion element unit-2C" for convenience) composed of a total of 6 photoelectric conversion elements of 6 photoelectric conversion elements (2-7)
- (3-1) A form in which all photoelectric conversion element units are configured by a photoelectric conversion element unit (referred to as "photoelectric conversion element unit-3A" for convenience) in the light receiving device according to the third aspect of the present disclosure (3-1).
- the photoelectric conversion element unit-3A occupies a part of the light receiving device (for example, the central part of the light receiving device), and the other area of the light receiving device (for example, the central part of the light receiving device).
- the region surrounding the region) is the first photoelectric conversion element, the second photoelectric conversion element, and the third photoelectric, excluding the quarter wavelength layer of the first layer and the quarter wavelength layer of the second layer.
- photoelectric conversion element unit-3B Form occupied by a photoelectric conversion element unit (referred to as "photoelectric conversion element unit-3B" for convenience) composed of a conversion element and a fourth photoelectric conversion element (3-3)
- a light receiving device by a photoelectric conversion element unit-3B. Is occupied, and the photoelectric conversion element unit-3A is arranged in a part of a region (desired region) of the light receiving device. That is, the light receiving device is occupied by the photoelectric conversion element unit-3B, but the thinned out portion is occupied by the photoelectric conversion element unit-3A.
- a photoelectric conversion element Unit-3A occupies a portion of the light receiving device (eg, a central region of the light receiving device) and other areas of the light receiving device (eg, a region surrounding the central region of the light receiving device).
- the light receiving device is occupied by the photoelectric conversion element unit-3C.
- the photoelectric conversion element unit-3A is arranged in a part of a region (desired region) of the light receiving device. That is, the light receiving device is occupied by the photoelectric conversion element unit-3C, but the thinned out portion is occupied by the photoelectric conversion element unit-3A.
- the photoelectric conversion element constituting the light receiving device according to the first to third aspects of the present disclosure including various preferable forms and configurations described above, or various preferred forms and configurations described above are included.
- the photoelectric conversion elements constituting the light receiving device according to the first aspect of the present disclosure used in the method for measuring the polarization state of an object of the present disclosure are collectively referred to as "the photoelectric conversion elements and the like of the present disclosure” for convenience. May be called.
- the light receiving devices according to the first to third aspects of the present disclosure including various preferable forms and configurations described above are collectively hereinafter collectively referred to as "light receiving devices and the like of the present disclosure” for convenience. In some cases.
- a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a two-dimensional matrix, but it is preferable that the first direction and the second direction are orthogonal to each other.
- the first direction is the so-called row direction or the so-called column direction
- the second direction is the column direction or the row direction.
- the photoelectric conversion element unit may be provided with a conventional photoelectric conversion element that is not provided with a quarter wavelength layer or a wire grid polarizing element.
- the photoelectric conversion element in the light receiving device according to the second to third aspects of the present disclosure may be provided with a filter layer, if necessary.
- the light receiving device is composed of a plurality of photoelectric conversion element units arranged in a two-dimensional manner.
- One photoelectric conversion element unit group is composed of four photoelectric conversion element units arranged in 2 ⁇ 2.
- the first photoelectric conversion element unit includes a first filter layer that allows light in the first wavelength range to pass through.
- the second photoelectric conversion element unit includes a second filter layer that allows light in the second wavelength range to pass through.
- the third photoelectric conversion element unit includes a third filter layer that allows light in the third wavelength range to pass through.
- the fourth photoelectric conversion element unit may be configured to include a fourth filter layer that allows light in the fourth wavelength range to pass through.
- the photoelectric conversion unit constituting the first photoelectric conversion element unit receives light in the first wavelength range
- the photoelectric conversion unit constituting the second photoelectric conversion element unit receives light in the second wavelength range
- the photoelectric conversion unit constituting the third photoelectric conversion element unit receives light in the third wavelength range
- the photoelectric conversion unit constituting the fourth photoelectric conversion element unit receives light in the fourth wavelength range.
- red light can be mentioned as the light in the first wavelength range, green light as the light in the second wavelength range and light in the third wavelength range, and blue light as the light in the fourth wavelength range.
- red light as the light in the first wavelength range, green light as the light in the second wavelength range, blue light as the light in the third wavelength range, and infrared light as the light in the fourth wavelength range.
- the fourth photoelectric conversion element unit shall be configured to include a fourth filter layer that does not allow light in the first wavelength range, the second wavelength range, and the third wavelength range to pass through. Can be done.
- the filter layer for example, not only a filter layer that transmits light in a first wavelength range such as red light, light in a second wavelength range such as green light, light in a third wavelength range, and a fourth wavelength range such as blue light.
- a filter layer that does not allow light in the first wavelength range, the second wavelength range, and the third wavelength range to pass through can be mentioned. be able to.
- the filter layer may not be necessary when the purpose is not color separation or spectroscopy, or when the photoelectric conversion element itself has sensitivity to a specific wavelength.
- the filter layer (color filter layer) is not only composed of an organic material-based color filter layer using an organic compound such as a pigment or a dye, but also a photonic crystal or a wavelength selection element applying plasmon (lattice on a conductor thin film).
- It can also be composed of a color filter layer having a conductor lattice structure provided with a hole structure (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-177191) and a thin film made of an inorganic material such as amorphous silicon.
- the filter layer may not be necessary if the purpose is not color separation or spectroscopy, or if the photoelectric conversion element itself has sensitivity to a specific wavelength.
- the photoelectric conversion element is a combination of a photoelectric conversion element for red light having sensitivity to red light, a photoelectric conversion element for green light having sensitivity to green light, and a photoelectric conversion element for blue light having sensitivity to blue light. It may be configured, or in addition to these, it may be configured by a combination of infrared photoelectric conversion elements having sensitivity to infrared rays, and in the light receiving device and the like of the present disclosure, a light receiving device (solid) that obtains a monochromatic image. It may be an image pickup device) or a light receiving device (solid-state image pickup device) that obtains a combination of a monochromatic image and an image based on infrared rays.
- the first quarter wavelength layer constituting the first photoelectric conversion element unit gives a phase difference to the light in the first wavelength range.
- the second quarter wavelength layer constituting the second photoelectric conversion element unit gives a phase difference to the light in the second wavelength range.
- the third quarter wavelength layer constituting the third photoelectric conversion element unit gives a phase difference to the light in the third wavelength range.
- the fourth quarter wavelength layer constituting the fourth photoelectric conversion element unit can be configured to give a phase difference to light in the fourth wavelength range.
- one photoelectric conversion element unit group (1 pixel) composed of a plurality of photoelectric conversion element units may have a bayer arrangement. ..
- the arrangement of the photoelectric conversion element unit group is not limited to the bayer arrangement, and in addition, the interline arrangement, the G stripe RB checkered arrangement, the G stripe RB complete checkered arrangement, the checkered complementary color arrangement, the stripe arrangement, the diagonal stripe arrangement, and the primary color difference. Examples thereof include an array, a field color difference sequential array, a frame color difference sequential array, a MOS type array, an improved MOS type array, a frame interleaved array, and a field interleaved array.
- one photoelectric conversion element unit can be composed of a plurality of photoelectric conversion elements (secondary pixels). And, for example, each sub-pixel has one photoelectric conversion element. The relationship between the pixel and the sub-pixel will be described later.
- the configuration and structure of the photoelectric conversion element or the photoelectric conversion unit itself can be a well-known configuration or structure.
- the light receiving device includes a first quarter wavelength layer, a second quarter wavelength layer, and a third quarter.
- the one wavelength layer and the fourth quarter wavelength layer may be arranged in different layers.
- the light receiving device and the like of the present disclosure having such a form are referred to as "the light receiving device of the Ath configuration of the present disclosure" for convenience.
- the quarter wavelength layer is a first dielectric layer made of a material having a refractive index n 1 and a second dielectric made of a material having a refractive index n 2 (where n 1 > n 2 ).
- the body layers are arranged side by side alternately, The thicknesses of the first and second dielectric layers (t 11 , t 12 ) that make up the first quarter wavelength layer and the first dielectric that makes up the second quarter wavelength layer.
- the first quarter wavelength layer, the second quarter wavelength layer, the third quarter wavelength layer, and the fourth quarter wavelength layer have different layer thicknesses. It can be configured.
- the first quarter wavelength layer, the second quarter wavelength layer, and the third quarter are The one wavelength layer and the fourth quarter wavelength layer may be arranged in the same layer.
- the light receiving device and the like of the present disclosure having such a form are referred to as "the light receiving device of the second configuration of the present disclosure" for convenience.
- the quarter wavelength layer is a first dielectric layer made of a material having a refractive index n 1 and a second dielectric made of a material having a refractive index n 2 (where n 1 > n 2 ).
- the body layers are arranged side by side alternately, The thicknesses of the first and second dielectric layers (t 11 , t 12 ) that make up the first quarter wavelength layer and the first dielectric that makes up the second quarter wavelength layer.
- t 32 ) and the thicknesses of the first and second dielectric layers (t 41 , t 42 ) constituting the fourth quarter wavelength layer are different, that is, t 11 and t 21 .
- T33 , t3 are not the same value
- t12, t22 , t32 , t42 are not the same value
- the first quarter wavelength layer, the second quarter wavelength layer, the third quarter wavelength layer, and the fourth quarter wavelength layer have the same layer thickness. It can be configured.
- the quarter wavelength layer is composed of a first dielectric layer made of a material having a refractive index n 1 and a material having a refractive index n 2 .
- the second dielectric layer can be in a form in which the second dielectric layers are alternately juxtaposed.
- the normal line (light incident direction) of the entire photoelectric conversion element is the Z direction
- the first dielectric layer and the second dielectric layer are included in the YZ plane.
- the first dielectric layer and the second dielectric layer are arranged alternately along the X direction, and the thickness of the first dielectric layer and the second dielectric layer is the thickness along the X direction.
- the layer thickness of the quarter wavelength layer is the thickness along the Z direction.
- the X direction is the phase advance axis
- the Y direction is the slow phase axis.
- the effective refractive index n TE differs between the direction in which the first dielectric layer and the second dielectric layer are juxtaposed (X direction) and the direction orthogonal to the X direction and the Z direction (Y direction). , N TM , and behaves as if it were a birefringent material.
- the propagation speed of the light in each polarization direction is different, so that the light passing through the quarter wavelength layer has a phase difference. That is, a phase difference is given to the light passing through the quarter wavelength layer. As a result, it develops a function as a wave plate.
- the desired value of ⁇ can be obtained by changing the value of f, that is, the values of t 1 and t 2 . Further, when the values of t 1 and t 2 are constant, the desired value of ⁇ can be obtained for the quarter wavelength layer by changing the value of H.
- the layer thickness of the first quarter wavelength layer is H 1
- the layer thickness of the second quarter wavelength layer is H 2
- the layer thickness of the third quarter wavelength layer is H 3
- the fourth is H 4 be the layer thickness of the quarter wavelength layer of.
- the thickness of the first dielectric layer is t11
- the thickness of the second dielectric layer is t12
- the first The thickness of the 1-dielectric layer is t 21
- the thickness of the 2nd dielectric layer is t 22
- the thickness of the 1st dielectric layer is t 31 and the 2nd dielectric in the third quarter wavelength layer.
- t 32 be the thickness of the body layer
- t 41 be the thickness of the first dielectric layer
- t 42 be the thickness of the second dielectric layer in the fourth quarter wavelength layer.
- SiN can be exemplified as a material constituting the first dielectric layer
- SiO 2 can be exemplified as a material constituting the second dielectric layer. It is not limited.
- the wire grid polarizing element in the photoelectric conversion element and the like of the present disclosure, at least a plurality of laminated structures of a band-shaped light reflecting layer and a light absorbing layer (the light absorbing layer is located on the light incident side) are juxtaposed at intervals. (Ie, a form having a line-and-space structure).
- the wire grid polarizing element has a form in which a plurality of strip-shaped light reflecting layers, an insulating film, and a laminated structure of a light absorbing layer (the light absorbing layer is located on the light incident side) are juxtaposed at intervals. can do.
- the light-reflecting layer and the light-absorbing layer in the laminated structure are separated by an insulating film (that is, the insulating film is formed on the entire top surface of the light-reflecting layer, and the top surface of the insulating film is formed. It is also possible to have a structure in which a light absorbing layer is formed on the entire surface), or a structure in which a part of the insulating film is cut out and the light reflecting layer and the light absorbing layer are in contact with each other in the cutout portion of the insulating film. You can also do it.
- the light reflecting layer may be made of a first conductive material
- the light absorbing layer may be made of a second conductive material.
- the entire region of the light absorbing layer and the light reflecting layer can be electrically connected to the region having an appropriate potential in the light receiving device.
- the wire grid polarizing element when the wire grid polarizing element is formed, the wire is formed.
- the wire grid polarizing element being charged and a kind of discharge being generated, it is possible to reliably avoid the occurrence of problems such as damage to the wire grid polarizing element and the photoelectric conversion unit.
- the wire grid polarizing element may be configured such that the insulating film is omitted and the light absorption layer and the light reflection layer are laminated from the light incident side.
- the wire grid polarizing element is, for example, (A) For example, after forming the photoelectric conversion unit, the first conductive material is formed above the photoelectric conversion unit. A light reflecting layer forming layer electrically connected to the substrate or the photoelectric conversion unit is provided, and then the light reflecting layer forming layer is provided. (B) An insulating film forming layer is provided on the light reflecting layer forming layer, and a second conductive material is formed on the insulating film forming layer, and at least a part of the light absorbing layer forming layer is in contact with the light reflecting layer forming layer.
- step (C) By patterning the light absorption layer forming layer, the insulating film forming layer and the light reflecting layer forming layer, a plurality of strip-shaped light reflecting layers, insulating films and line portions of the light absorbing layer are juxtaposed at intervals. To obtain a wire grid polarizing element consisting of It can be manufactured based on each process.
- the light absorption layer forming layer made of the second conductive material is provided with the light reflecting layer forming layer having a predetermined potential via the substrate or the photoelectric conversion unit.
- the light absorption layer forming layer, the insulating film forming layer, and the light reflecting layer forming layer are patterned in a state where the light reflecting layer forming layer has a predetermined potential via the substrate or the photoelectric conversion unit. be able to.
- the base film can be formed under the light reflecting layer, whereby the roughness of the light reflecting layer forming layer and the light reflecting layer can be improved.
- the material constituting the base film include a laminated structure of Ti, TiN, and Ti / TiN.
- the extending direction of the strip-shaped laminated structure coincides with the direction of the polarized light to be extinguished, and the repeating direction of the strip-shaped laminated structure should be transmitted. It can be configured to match the direction of the polarized light. That is, the light reflecting layer has a function as a polarizing element, and among the light incident on the wire grid polarizing element, a polarized wave (TE wave / S wave) having an electric field component in a direction parallel to the extending direction of the laminated structure.
- TE wave / S wave a polarized wave having an electric field component in a direction parallel to the extending direction of the laminated structure.
- TM wave / P wave a polarized wave having an electric field component in the direction orthogonal to the extending direction of the laminated structure (repeating direction of the strip-shaped laminated structure).
- a polarized wave (TE wave / S wave and TM wave) having an electric field component in the direction orthogonal to the extending direction of the laminated structure (repeating direction of the strip-shaped laminated structure).
- wave / P wave any other of wave / P wave
- the extending direction of the laminated structure is the light absorption axis of the wire grid polarizing element
- the direction orthogonal to the extending direction of the laminated structure is the light transmission axis of the wire grid polarizing element.
- the extending direction of the strip-shaped (that is, forming the line portion of the line-and-space structure) laminated structure is called "P direction” for convenience, and the repeating direction (belt-shaped) of the strip-shaped laminated structure (line portion) is called.
- the direction orthogonal to the extending direction of the laminated structure) may be referred to as "Q direction” for convenience.
- the Q direction corresponds to the polarization direction.
- the Q direction can be in a form parallel to the first direction or the second direction.
- the angle formed by the above-mentioned ⁇ and the Q direction can be essentially an arbitrary angle, but can be 0 degree or 90 degrees.
- the present invention is not limited to this.
- the formation pitch Q 0 of the wire grid polarizing element is significantly smaller than the wavelength ⁇ 0 of the incident electromagnetic wave, a plane parallel to the extending direction (P direction) of the wire grid polarizing element.
- the electromagnetic wave vibrating in the above is selectively reflected and absorbed by the wire grid polarizing element.
- the distance between the line portions is defined as the formation pitch Q 0 of the wire grid polarizing element.
- the electromagnetic wave (light) reaching the wire grid polarizing element contains a vertical polarization component and a horizontal polarization component, but the electromagnetic wave passing through the wire grid polarizing element is dominated by the vertical polarization component. It becomes linearly polarized.
- the formation pitch Q 0 of the wire grid polarizing element is significantly smaller than the effective wavelength ⁇ eff of the electromagnetic wave incident on the wire grid polarizing element, it is parallel to the P direction.
- the surface-biased polarization component is reflected or absorbed by the surface of the wire grid polarizing element.
- the electric field propagating on the front surface of the wire grid polarizing element is the same wavelength as the incident wavelength from the back surface of the wire grid polarizing element. It transmits (exits) in the same polarization direction.
- the effective wavelength ⁇ eff is expressed by ( ⁇ 0 / n ave ), where n ave is the average refractive index obtained based on the space portion and the substances existing above and below the space portion. ..
- the average refraction index n ave is the product of the refractive index and volume of the substance existing in the space portion, the product of the refractive index and volume of the substance existing above the space portion, and the refraction of the substance existing below the space portion. It is a value obtained by adding the product of the rate and the volume and dividing by the total of the volume of the space portion, the volume above the space portion, and the volume below the space portion. Assuming that the value of the wavelength ⁇ 0 is constant, the smaller the value of nave , the larger the value of the effective wavelength ⁇ eff , and therefore the value of the formation pitch Q 0 can be increased. Further, as the value of nave becomes larger, the transmittance of the wire grid polarizing element is lowered and the extinction ratio is lowered.
- the wire grid polarizing element utilizes the four actions of light transmission, reflection, interference, and selective light absorption of polarized waves due to optical anisotropy, thereby having a polarized wave having an electric field component parallel to the P direction (a polarized wave having an electric field component parallel to the P direction).
- a polarized wave (either TE wave / S wave or TM wave / P wave) having an electric field component parallel to the Q direction while attenuating (either TE wave / S wave or TM wave / P wave). make it transparent.
- one of the polarized waves (for example, TE wave) is attenuated by the selective light absorption action of the polarized wave due to the optical anisotropy of the light absorption layer.
- the band-shaped light reflecting layer functions as a polarizing element, and one of the polarized waves (for example, TE wave) transmitted through the light absorbing layer and the insulating film is reflected by the light reflecting layer.
- the insulating film is configured so that the phase of one of the polarized waves (for example, TE wave) transmitted through the light absorbing layer and reflected by the light reflecting layer is shifted by half a wavelength, it is reflected by the light reflecting layer.
- One polarized wave (for example, TE wave) cancels out and is attenuated by interference with one polarized wave (for example, TE wave) reflected by the light absorption layer.
- one of the polarized waves (for example, TE wave) can be selectively attenuated.
- the thickness of the insulating film may be determined based on the balance between the desired polarization characteristics and the actual manufacturing process.
- first laminated structure the laminated structure constituting the wire grid polarizing element provided above the photoelectric conversion unit
- first laminated structure the laminated structure surrounding the first laminated structure
- second laminated structure the laminated structure surrounding the first laminated structure
- the second laminated structure includes a wire grid polarizing element (first laminated structure) constituting a certain photoelectric conversion element and a wire grid polarizing element (first) constituting a photoelectric conversion element adjacent to the certain photoelectric conversion element. It is connected to the laminated structure).
- the second laminated structure is composed of a laminated structure having the same structure as the laminated structure constituting the wire grid polarizing element (that is, at least a light reflecting layer and a light absorbing layer, for example, a light reflecting layer, an insulating film and a light absorbing layer. It is a second laminated structure made of, and can be composed of a so-called solid film structure without a line-and-space structure).
- the second laminated structure may be provided with a line-and-space structure like the wire grid polarizing element as long as it does not function as the wire grid polarizing element. That is, it may have a structure in which the formation pitch Q 0 of the wire grid is sufficiently larger than the effective wavelength of the incident electromagnetic wave.
- the frame portion described later may also be composed of the second laminated structure.
- the frame portion may be composed of the first laminated structure.
- the frame portion is preferably connected to the line portion of the wire grid polarizing element.
- the frame portion can also function as a light-shielding portion.
- the light reflecting layer may be made of a metal material, an alloy material or a semiconductor material
- the light absorbing layer may be made of a metal material, an alloy material or a semiconductor material.
- the inorganic material constituting the light reflecting layer (light reflecting layer forming layer) specifically, aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), and platinum (Pt).
- Molybdenum (Mo) Chromium (Cr), Titanium (Ti), Nickel (Ni), Tungsten (W), Iron (Fe), Silicon (Si), Germanium (Ge), Tellurium (Te) and other metal materials.
- Alloy materials containing these metals, and semiconductor materials can be mentioned.
- the extinction coefficient k is not zero, that is, a metal material or alloy material having a light absorption action, a semiconductor material, specifically, aluminum (Al). , Silver (Ag), Gold (Au), Copper (Cu), Molybdenum (Mo), Chromium (Cr), Titanium (Ti), Nickel (Ni), Tungsten (W), Iron (Fe), Silicon (Si) , Germanium (Ge), tellurium (Te), tin (Sn) and other metal materials, alloy materials containing these metals, and semiconductor materials can be mentioned.
- silicide-based materials such as FeSi 2 (particularly ⁇ -FeSi 2 ), MgSi 2 , NiSi 2 , BaSi 2 , CrSi 2 , and CoSi 2 can also be mentioned.
- Al or an alloy thereof, or a semiconductor material containing ⁇ -FeSi 2 , germanium, and telluride as a material constituting the light absorption layer (light absorption layer forming layer), high contrast (high contrast (high contrast) in the visible light region ( High extinction ratio) can be obtained.
- the infrared region In order to impart polarization characteristics to wavelength bands other than visible light, for example, the infrared region, silver (Ag), copper (Cu), and gold (as materials constituting the light absorption layer (light absorption layer forming layer)) are used. It is preferable to use Au) or the like. This is because the resonance wavelengths of these metals are in the vicinity of the infrared region.
- the light reflecting layer forming layer and the light absorbing layer forming layer are various chemical vapor deposition methods (CVD method), coating methods, various physical vapor deposition methods (PVD method) including sputtering method and vacuum vapor deposition method, and sol-. It can be formed based on known methods such as a gel method, a plating method, a MOCVD method, and an MBE method.
- CVD method chemical vapor deposition methods
- PVD method physical vapor deposition methods
- sol- sol-. It can be formed based on known methods such as a gel method, a plating method, a MOCVD method, and an MBE method.
- a combination of a lithography technique and an etching technique for example, carbon tetrafluoride gas, sulfur hexafluoride gas, trifluoromethane gas, xenone difluoride gas
- Anotropic dry etching technology using the above, physical etching technology so-called lift-off technology, and so-called self-aligned double patterning technology using a sidewall as a mask
- lithography technology photolithography technology (lithography technology using g-line, i-line, KrF excimer laser, ArF excimer laser, EUV, etc.
- a light reflecting layer or a light absorbing layer can be formed based on a microfabrication technique using an ultra-short pulse laser such as a femtosecond laser or a nanoimprint method.
- an insulating material that is transparent to incident light and does not have light absorption characteristics specifically Is a SiO X -based material such as silicon oxide (SiO 2 ), NSG (non-doped silicate glass), BPSG (boron-phosphorus silicate glass), PSG, BSG, PbSG, AsSG, SbSG, SOG (spin-on glass).
- SiO X -based material such as silicon oxide (SiO 2 ), NSG (non-doped silicate glass), BPSG (boron-phosphorus silicate glass), PSG, BSG, PbSG, AsSG, SbSG, SOG (spin-on glass).
- a coating type low dielectric constant interlayer insulating film material), and Flare (a trademark of Honeywell Electronic Materials Co., a polyallyl ether (PAE) -based material), which can be used alone or in combination as appropriate. Can be used.
- PAE polyallyl ether
- PMMA polymethylmethacrylate
- PVP polyvinylphenol
- PVA polyvinyl alcohol
- PC polycarbonate
- PET polyethylene terephthalate
- polystyrene N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxy.
- Silanol derivatives such as silane (AEAPTMS), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), octadecyltrichlorosilane (OTS); novolak-type phenolic resins; fluororesins; octadecanethiol, dodecylisosocyanate, etc.
- silane coupling agents such as silane (AEAPTMS), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), octadecyltrichlorosilane (OTS); novolak-type phenolic resins; fluororesins; octadecanethiol, dodecylisosocyanate, etc.
- organic insulating materials organic polymers exemplified by linear hydrocarbons having a functional group capable of binding to a control electrode at one end, and combinations thereof can also be used.
- the insulating film forming layer can be formed based on a known method such as various CVD methods, coating methods, various PVD methods including a sputtering method and a vacuum vapor deposition method, various printing methods such as a screen printing method, and a sol-gel method.
- the insulating film functions as a base layer of the light absorbing layer, and at the same time, adjusts the phase of the polarized light reflected by the light absorbing layer and the polarized light transmitted through the light absorbing layer and reflected by the light reflecting layer, and has an interference effect. It is formed for the purpose of improving the extinction ratio and the transmittance and reducing the reflectance.
- the insulating film has a thickness such that the phase in one round trip is shifted by half a wavelength.
- the thickness of the insulating film may be determined based on the balance between the desired polarization characteristics and the actual manufacturing process, for example, 1 ⁇ 10 -9 m to 1 ⁇ 10 -7 m, more preferably. 1 ⁇ 10 -8 m to 8 ⁇ 10 -8 m can be exemplified.
- the refractive index of the insulating film is larger than 1.0 and is not limited, but is preferably 2.5 or less.
- the space portion of the wire grid polarizing element may be in the form of a void (that is, the space portion may be at least filled with air).
- the space portion of the wire grid polarizing element may be a void, the value of the average refractive index nave can be reduced, and as a result, the transmittance and the extinction ratio of the wire grid polarizing element can be improved. Can be done. Further, since the value of the formation pitch Q 0 can be increased, the manufacturing yield of the wire grid polarizing element can be improved.
- a protective film may be formed on the wire grid polarizing element, whereby a photoelectric conversion element and a light receiving device having high reliability can be provided, and by providing the protective film, a wire can be provided. Reliability can be improved, such as improvement in moisture resistance of the grid polarizing element.
- the thickness of the protective film may be a thickness within a range that does not affect the polarization characteristics. Since the reflectance for incident light also changes depending on the optical thickness of the protective film (refractive index x film thickness of the protective film), the material and thickness of the protective film may be determined in consideration of these as the thickness. , 15 nm or less can be exemplified, or 1/4 or less of the distance between the laminated structures can be exemplified.
- a material constituting the protective film a material having a refractive index of 2 or less and an extinction coefficient close to zero is desirable, and insulating materials such as SiO 2 , SiON, SiC, SiC, SiOC, SiCN containing TEOS-SiO 2 and oxidation.
- insulating materials such as SiO 2 , SiON, SiC, SiC, SiOC, SiCN containing TEOS-SiO 2 and oxidation.
- metal oxides such as aluminum (AlO X ), hafnium oxide (HfOx), zirconium oxide (ZrOx), and tantalum pentoxide (TaOx).
- metal oxides such as aluminum (AlO X ), hafnium oxide (HfOx), zirconium oxide (ZrOx), and tantalum pentoxide (TaOx).
- perfluorodecyltrichlorosilane and octadecyltrichlorosilane
- the protective film can be formed by known processes such as various CVD methods, coating methods, various PVD methods including sputtering methods and vacuum deposition methods, and sol-gel methods, but the so-called single atom growth method (ALD method, Atomic method). It is more preferable to adopt the Layer Doposition method) or the HDP-CVD method (high-density plasma chemical vapor deposition method). By adopting the ALD method or the HDP-CVD method, a thin protective film can be formally formed on the wire grid polarizing element.
- the protective film may be formed on the entire surface of the wire grid polarizing element, but may be formed only on the side surface of the wire grid polarizing element, and may be formed on the underlying insulating layer located between the wire grid polarizing element and the wire grid polarizing element. Can be in a form that does not form.
- a protective film so as to cover the exposed side surface of the metal material or the like constituting the wire grid polarizing element in this way, moisture and organic substances in the atmosphere can be blocked, and the wire grid can be blocked. It is possible to reliably suppress the occurrence of problems such as corrosion and abnormal precipitation of the metal material constituting the polarizing element. Further, it is possible to improve the long-term reliability of the photoelectric conversion element, and it is possible to provide a photoelectric conversion element provided with a wire grid polarizing element having higher reliability on-chip.
- a second protective film is further formed between the wire grid polarizing element and the protective film, and the refractive index of the material constituting the protective film is formed.
- n 1'and the refractive index of the material constituting the second protective film is n 2 '
- n 1 '> n 2' can be satisfied.
- the protective film is made of SiN and the second protective film is made of SiO 2 or SiON.
- a third protective film may be formed on the side surface of the line portion facing the space portion of the wire grid polarizing element. That is, the space portion is filled with air, and in addition, a third protective film is present in the space portion.
- a material having a refractive index of 2 or less and an extinction coefficient close to zero is desirable, and SiO 2, SiO 2 , SiON, SiC, SiC, SiOC, SiCN, etc. containing TEOS-SiO 2 are used.
- the third protective film can be formed by a known process such as various CVD methods, coating methods, various PVD methods including sputtering method and vacuum vapor deposition method, and sol-gel method, but the so-called single atom growth method (ALD method). , Atomic Layer Deposition method) and HDP-CVD method (high density plasma chemical vapor deposition method) are more preferable.
- AlO X aluminum oxide
- HfOx hafnium oxide
- ZrOx zirconium oxide
- TaOx tantalum pentoxide
- perfluorodecyltrichlorosilane and octadecyltrichlorosilane can be mentioned.
- the third protective film can be formed by a known process such as various CVD methods, coating methods, various PVD methods including sputtering method and vacuum vapor deposition method, and sol-gel method, but the so-called single atom growth method (ALD method). , Atomic Layer Deposition method) and HDP-CVD method
- a thin third protective film can be formally formed on the wire grid polarizing element, but from the viewpoint of forming a thinner third protective film on the side surface of the line portion, HDP. -It is even more preferable to adopt the CVD method.
- the space portion is filled with the material constituting the third protective film and the third protective film is provided with gaps, pores, voids, etc., the refractive index of the entire third protective film is lowered. be able to.
- metal material, etc. When a metal material or alloy material (hereinafter, may be referred to as "metal material, etc.” for convenience) constituting the wire grid polarizing element comes into contact with the outside air, the corrosion resistance of the metal material, etc. becomes due to the adhesion of moisture and organic substances from the outside air. There is a risk that it will deteriorate and the long-term reliability of the photoelectric conversion unit will deteriorate.
- CO 2 and O 2 are dissolved in the water, so it acts as an electrolytic solution, and there are two types. There is a risk that local batteries will be formed between the metals.
- the length of the light reflecting layer along the P direction shall be the same as the length along the P direction of the photoelectric conversion region, which is the region where the photoelectric conversion element substantially performs photoelectric conversion. It can be the same as the length of the photoelectric conversion element, or it can be an integral multiple of the length of the photoelectric conversion element along the P direction, but it is not limited thereto.
- the on-chip microlens can be arranged on the light incident side of the quarter wavelength layer.
- the on-chip microlens OCL
- the on-chip microlens OCL
- a sub-on-chip microlens inner lens, OPA
- a main on-chip microlens disposed above the sub-on-chip microlens (OPA) can also be configured from.
- a wavelength selection means (specifically, a wavelength selection means (specifically) between the wire grid polarizing element and the on-chip microlens.
- a flattening film is formed between the wire grid polarizing element or the quarter wavelength layer and the wavelength selection means, and under the wire grid polarizing element, silicon that functions as a process base in the wire grid polarizing element manufacturing process.
- the structure may be such that an underlying insulating layer made of an inorganic material such as an oxide film is formed.
- the wavelength selection means between the sub-on-chip microlens and the main on-chip microlens ( A well-known filter layer) may be arranged.
- wire grid polarizing element for example, a plurality of layers of various wirings (wiring layers) made of aluminum (Al), copper (Cu), etc. are formed in order to drive the photoelectric conversion element.
- the wire grid polarizing element is connected to a substrate (specifically, a semiconductor substrate) via various wirings (wiring layers) and contact holes, whereby a predetermined potential is applied to the wire grid polarizing element. can do.
- the wire grid polarizing element is, for example, grounded.
- the semiconductor substrate include compound semiconductor substrates such as silicon semiconductor substrates and InGaAs substrates.
- the configuration and structure of the stray diffusion layer, amplification transistor, reset transistor and selection transistor that constitute the control unit that controls the drive of the photoelectric conversion element are the stray diffusion layer, amplification transistor, and reset transistor in the conventional control unit.
- the configuration and structure of the selection transistor can be the same.
- the control unit can have a well-known structure and structure as described above, and can be provided on the above-mentioned substrate.
- a waveguide structure may be provided between the photoelectric conversion element and the photoelectric conversion element in the photoelectric conversion element unit, or a condenser tube structure may be provided, whereby optical crosstalk can be reduced. ..
- the waveguide structure constitutes an interlayer insulating layer formed in a region (for example, a tubular region) located between the photoelectric conversion portion and the photoelectric conversion portion of the interlayer insulating layer covering the photoelectric conversion portion. It is composed of a thin film having a refractive index larger than the value of the refractive index of the material, and the light incident from above the photoelectric conversion unit is totally reflected by this thin film and reaches the photoelectric conversion unit.
- the orthophoto image of the photoelectric conversion unit with respect to the substrate is located inside the orthophoto image of the thin film constituting the waveguide structure, and the orthophoto image of the photoelectric conversion unit with respect to the substrate is the thin film constituting the waveguide structure. It is surrounded by an orthophoto image of the substrate.
- the condensing tube structure is made of a metal material or an alloy material formed in a region (for example, a tubular region) located between the photoelectric conversion portion and the photoelectric conversion portion of the interlayer insulating layer covering the photoelectric conversion portion. It is composed of a light-shielding thin film, and light incident from above the photoelectric conversion unit is reflected by this thin film and reaches the photoelectric conversion unit.
- the orthophoto image of the photoelectric conversion unit with respect to the substrate is located inside the orthophoto image of the thin film constituting the condenser tube structure, and the orthophoto image of the photoelectric conversion unit with respect to the substrate constitutes the condensing tube structure. It is surrounded by an orthophoto image of the thin film on the substrate.
- examples of the photoelectric conversion element include a CCD element, a CMOS image sensor, a CIS (Contact Image Sensor), and a CMD (Charge Modulation Device) type signal amplification type image sensor. Can be done.
- the photoelectric conversion element is a front-illuminated type or a back-illuminated type photoelectric conversion element. From the solid-state imaging device, for example, a digital still camera, a video camera, a camcorder, a surveillance camera, a vehicle-mounted camera, a smartphone camera, a user interface camera for games, and a biometric authentication camera can be configured.
- a solid-state image pickup device capable of simultaneously acquiring polarization information can be obtained. It can also be a solid-state image sensor that captures a stereoscopic image.
- the single-panel color solid-state image sensor can be configured by the solid-state image sensor.
- Example 1 relates to a light receiving device according to the first aspect of the present disclosure and a method for measuring a polarization state of an object of the present disclosure.
- FIG. 1A shows a conceptual diagram of the arrangement order of the N quarter wavelength layers constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment, and shows a conceptual diagram of the arrangement order of the M wire grid polarizing elements. Shown in 1B.
- FIG. 2 shows a conceptual diagram of the arrangement order of the 8 ⁇ 8 photoelectric conversion elements constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment, and a part of the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment.
- a schematic partial cross-sectional view of the above is shown in FIG.
- FIGS. 4 and 5 a schematic plan view of the wire grid polarizing element is shown in FIGS. 4 and 5. Further, a schematic perspective view of the wire grid polarizing element is shown in FIGS. 27 and 28, and a schematic partial cross-sectional view of the wire grid polarizing element is shown in FIGS. 29A, 29B, 30A and 30B. A schematic perspective view of the fractional wavelength layer is shown in FIG.
- the light receiving device of the first embodiment includes a plurality of photoelectric conversion element units 10A, and each photoelectric conversion element unit 10A has a plurality of photoelectric conversion elements 11A (in FIG. 3, four photoelectric conversion elements 11A1, 11A2, 11A3). , 11A4 are shown), but M in the first direction and N in the second direction different from the first direction, for a total of M ⁇ N.
- Each photoelectric conversion element has a quarter wavelength layer 60, a wire grid polarizing element 50, and a photoelectric conversion unit 21 arranged in this order from the light incident side.
- the M photoelectric conversion elements arranged along the first direction include a quarter wavelength layer 60 having the same phase advance axis orientation.
- the N photoelectric conversion elements arranged along the second direction include a quarter wavelength layer 60 having different phase advance axis orientations.
- the N photoelectric conversion elements arranged along the second direction include a wire grid polarizing element 50 having the same polarization direction (direction of polarization to be transmitted by the wire grid polarizing element).
- the M photoelectric conversion elements arranged along the first direction include wire grid polarizing elements 50 having different polarization directions.
- each photoelectric conversion element unit has M types of wire grid polarizing elements 50 and N types of quarter wavelength layers 60.
- the cross section of the wire grid polarizing element 50 in FIGS. 3 and 11 is different from the state shown in FIG. 1B for the sake of simplification of the drawings, and the cross section of the wire grid polarizing element 50 in FIGS. 13 and 21 is shown.
- the state is different from the state shown in FIG. 15B for the sake of simplification of the drawings, and the cross section of the wire grid polarizing element 50 in FIG. 22 is shown in FIGS. 23C, 24C, 25C and 26C for the sake of simplification of the drawings. It is different from the state.
- the polarization directions of the M types of wire grid polarizing elements 50 are 0 degrees, 22.5 degrees, 45.0 degrees, 67.5 degrees, 90.0 degrees, 112.5 degrees, 135.0 degrees, and 157.5 degrees. Is set to.
- the P direction of the wire grid polarizing element having a polarization direction of 0 degrees is parallel to the first direction, and the Q direction is parallel to the second direction, but the present invention is not limited thereto.
- the N-type quarter wavelength layer 60 as shown in FIG. 1A, the linearly polarized light polarized in the first direction is transmitted from above in the vertical direction of the paper surface of FIG. 1A to the N-type quarter.
- the elliptically polarized light of the right elliptically polarized light passing through the first quarter wavelength layer and the right elliptically polarized light passing through the third quarter wavelength layer are different. Further, the elliptically polarized light of the left elliptically polarized light passing through the fifth quarter wavelength layer and the left elliptically polarized light passing through the seventh quarter wavelength layer are different.
- the X direction (phase advance axis direction) in the fourth quarter wavelength layer was parallel to the first direction, and the X direction in the eighth quarter wavelength layer was parallel to the second direction. However, it is not limited to this. Further, what kind of polarized light is emitted by the nth photoelectric conversion element depends on what kind of polarized light is incident on the nth photoelectric conversion element.
- One photoelectric conversion element unit constitutes one pixel.
- the order of arrangement of the M types of wire grid polarizing elements 50 having different polarization directions in the first direction is essentially arbitrary, is not limited to the state shown in FIG. 1B, and has different phase advance axis directions.
- the order in which the N types of quarter wavelength layers 60 are arranged in the second direction is also essentially arbitrary and is not limited to the state shown in FIG. 1A.
- the obtained image data differs depending on the order in which the M types of wire grid polarizing elements 50 are arranged in the first direction and the order in which the N types of quarter wavelength layers 60 are arranged in the second direction. , It is necessary to obtain the polarization state of the standard object in advance and create the standard polarization state data.
- Each of the M types of wire grid polarizing elements 50 is provided substantially continuously along the second direction, and each of the N types of quarter wavelength layers 60 is provided along the first direction. It is provided substantially continuously.
- each photoelectric conversion element 11 the on-chip microlens 81 is arranged on the light incident side of the quarter wavelength layer 60.
- all the photoelectric conversion element units are configured by the plurality of photoelectric conversion element units 10A.
- the light receiving device of the first embodiment can be applied to a light receiving device (for example, a sensor) that is not intended for color separation or spectroscopy, and the photoelectric conversion element itself has sensitivity to a specific wavelength (monochromatic light). No filter layer is required.
- the quarter wavelength layer 60 has a first dielectric layer 61 made of a material having a refractive index n 1 , a thickness t 1 , and a refractive index n.
- the second dielectric layer 62 made of a material having a thickness of 2 (where n 1 > n 2 ) and a thickness of t 2 is alternately juxtaposed.
- t 1 150 nm
- FIG. 33 shows the behavior of light in various polarized states incident on the light receiving device of the present disclosure.
- Light incident on the quarter wavelength layer in the right circularly polarized state is 135 degree linearly polarized as a result of the phase advancing ( ⁇ / 4) in the phase advance axis direction and the phase delay ( ⁇ / 4) in the slow phase axis direction.
- the polarization state changes to the state.
- Light incident on the quarter wavelength layer in the left circularly polarized state changes its polarized state to a 45-degree linearly polarized state.
- the light incident on the quarter wavelength layer in the left elliptically polarized state changes its polarization state to right elliptically polarized light
- the light incident on the quarter wavelength layer in the right elliptically polarized state is left elliptical.
- the polarization state changes to the polarization state.
- the light incident on the quarter wavelength layer in the 45-degree linearly polarized state changes its polarized state to the right circularly polarized state.
- 6A, 6B, 7A, 7B, 8A and 8B are shown in the schematic diagram of 8 ⁇ 8 photoelectric conversion elements (quarter wavelength layer 60 and wire grid polarizing element) constituting the photoelectric conversion element unit.
- the arrangement state of 50 qualitatively indicates the amount of light (light intensity) in the photoelectric conversion unit that receives light (see FIGS. 1A and 1B).
- the numbers indicate the relative amount of light (light intensity), and the photoelectric conversion element having a smaller number receives more light.
- the linearly polarized light polarized in the first direction is incident on the N types of quarter wavelength layer 60 from above in the vertical direction of the paper surface of FIG. 1A.
- linearly polarized light polarized in the second direction is incident on the N types of quarter wavelength layer 60 from above the paper surface in the vertical direction of FIG. 1A.
- the linearly polarized light polarized in the direction of +45 degrees with respect to the first direction is emitted from above the paper surface perpendicular direction of FIG. 1A to N kinds of quarter wavelength layers 60. Incident to. Further, in the example shown in FIG.
- linearly polarized light polarized in the direction of +135 degrees with respect to the first direction is applied to the N types of quarter wavelength layer 60 from above the vertical direction of the paper surface in FIG. 1A.
- the light of right-handed circular polarization is incident on the N kinds of quarter wavelength layer 60 from above in the vertical direction of the paper surface of FIG. 1A.
- the light of left circular polarization is incident on the N kinds of quarter wavelength layer 60 from above in the vertical direction of the paper surface of FIG. 1A.
- FIG. 9A An image obtained in a state similar to FIG. 6A is shown in FIG. 9A
- FIG. 9B an image obtained in a state similar to FIG. 8A is shown in FIG. 9B
- FIG. 9C an image obtained in a state similar to FIG. 8B is shown in FIG. 9C.
- 9A, 9B and 9C are images obtained by a light receiving device equipped with a photoelectric conversion element unit (provided that it is composed of a 16 ⁇ 16 photoelectric conversion element) similar to FIGS. 1A and 1B. Is.
- the change along the second direction of the diagonally extending stripe pattern of the gray scale is a change in one cycle of the photoelectric conversion element unit when the incident light is circularly polarized light (see FIGS. 9B and 9C).
- the incident light is linearly polarized light, it is a change in the (1/2) period of the photoelectric conversion element unit (see FIG. 9A). Further, the pitch of change along the second direction of the diagonally extending stripe pattern of the gray scale becomes longer as the number of photoelectric conversion elements constituting the photoelectric conversion element unit increases. That is, in the photoelectric conversion element unit composed of 16 ⁇ 16 photoelectric conversion elements, the second stripe pattern extending diagonally on the gray scale is larger than in the photoelectric conversion element unit composed of 8 ⁇ 8 photoelectric conversion elements. The pitch of change along the direction of is doubled. Then, by detecting the extending direction of the stripe pattern, the pitch of the stripe pattern, and the like in this way, the polarization state of the incident light can be easily known.
- FIG. 10 shows an example of a schematic diagram qualitatively showing the amount of light (light intensity) received by the photoelectric conversion unit in the photoelectric conversion element constituting the photoelectric conversion element unit when an abnormality is found in the light receiving device of the first embodiment.
- the photoelectric conversion element enclosed in double indicates the photoelectric conversion element that has detected an abnormal state.
- the state shown in FIG. 10 is an example of a state when an abnormality is found in the state shown in FIG. 8A.
- a photoelectric conversion unit 21 having a well-known structure and structure is formed in a silicon semiconductor substrate 31 by a well-known method. ing.
- the photoelectric conversion unit 21 is covered with a lower layer / interlayer insulating layer 33, an underlying insulating layer 34 is formed on the lower layer / interlayer insulating layer 33, and a wire grid polarizing element 50 is placed on the underlying insulating layer 34. It is formed.
- the wire grid polarizing element 50 and the underlying insulating layer 34 are covered with a flattening film 35, and a quarter wavelength layer 60 is formed on the flattening film 35.
- the upper layer / interlayer insulating layer 36 is formed on the quarter wavelength layer 60 and the flattening film 35, and the on-chip microlens 81 is arranged on the upper layer / interlayer insulating layer 36.
- the lower layer / interlayer insulating layer 33 of 5 layers and the wiring layer 32 of 4 layers are shown, but the present invention is not limited to this, and the number of layers of the lower layer / interlayer insulating layer 33 and the wiring layer 32 is arbitrary. .. In FIG. 3 or FIG. 11, FIG. 13, FIG. 21 and FIG. 22, which will be described later, it is omitted to attach hatch lines to the lower layer / interlayer insulating layer 33.
- the wire grid polarizing element 50 has a line-and-space structure.
- the line portion 54 of the wire grid polarizing element 50 is first from the side opposite to the light incident side (the photoelectric conversion portion side in the first embodiment).
- a light reflecting layer 51 made of a conductive material (specifically, aluminum (Al)), an insulating film 52 made of SiO 2 , and a light absorbing layer made of a second conductive material (specifically, tungsten (W)). It is composed of a laminated structure (first laminated structure) in which 53 is laminated.
- the insulating film 52 is formed on the entire top surface of the light reflecting layer 51, and the light absorption layer 53 is formed on the entire top surface of the insulating film 52.
- the light reflecting layer 51 is made of aluminum (Al) having a thickness of 150 nm
- the insulating film 52 is made of SiO 2 having a thickness of 25 nm or 50 nm
- the light absorbing layer 53 is made of SiO 2 having a thickness of 25 nm. It is composed of tungsten (W).
- the light reflecting layer 51 has a function as a polarizing element, and among the light incident on the wire grid polarizing element 50, a polarized wave having an electric field component in a direction parallel to the extending direction (P direction) of the light reflecting layer 51 is generated. It is attenuated and a polarized wave having an electric field component is transmitted in a direction (Q direction) orthogonal to the extending direction of the light reflecting layer 51.
- the P direction is the light absorption axis of the wire grid polarizing element 50
- the Q direction is the light transmission axis (polarization direction) of the wire grid polarizing element 50.
- a base film having a laminated structure of Ti, TiN, and Ti / TiN is formed between the base insulating layer 34 and the light reflecting layer 51, but the illustration of the base film is omitted.
- the frame portion 59 is a laminated structure composed of a light reflecting layer 51, an insulating film 52, and a light absorbing layer 53 (second laminated structure) except that the space portion 55 is not provided. It is composed of a body). That is, a frame portion 59 that surrounds the wire grid polarizing element 50 is provided, and the frame portion 59 and the line portion 54 of the wire grid polarizing element 50 are connected to each other. In this way, the frame portion 59 has the same structure as the line portion 54 of the wire grid polarizing element 50, and also functions as a light-shielding portion. In FIGS. 4 and 5, the P direction and the Q direction are different.
- the wire grid polarizing element 50 can be manufactured by the following method. That is, on the base insulating layer 34, a base film (not shown) having a laminated structure of Ti, TiN, and Ti / TiN, and a light reflecting layer forming layer 51A made of a first conductive material (specifically, aluminum) are formed. It is provided based on the vacuum vapor deposition method (see FIGS. 31A and 31B). Next, the insulating film forming layer 52A is provided on the light reflecting layer forming layer 51A, and the light absorbing layer forming layer 53A made of the second conductive material is provided on the insulating film forming layer 52A.
- the insulating film forming layer 52A made of SiO 2 is formed on the light reflecting layer forming layer 51A based on the CVD method (see FIG. 31C). Then, a light absorption layer forming layer 53A made of tungsten (W) is formed on the insulating film forming layer 52A by a sputtering method. In this way, the structure shown in FIG. 31D can be obtained.
- the band-shaped light reflecting layer 51 is insulated. It is possible to obtain a wire grid polarizing element 50 having a line-and-space structure in which a plurality of line portions (laminated structures) 54 of the film 52 and the light absorption layer 53 are juxtaposed at intervals. After that, the flattening film 35 may be formed so as to cover the wire grid polarizing element 50 based on the CVD method.
- the wire grid polarizing element 50 is surrounded by a frame portion 59 composed of a light reflecting layer 51, an insulating film 52, and a light absorbing layer 53.
- a protective film 56 formed on the wire grid polarizing element 50 is provided, and the wire grid polarizing element 50 is provided with a protective film 56.
- the space portion 55 may be configured to be a void. That is, a part or all of the space portion 55 is filled with air.
- the second protective film 57 may be formed between the wire grid polarizing element 50 and the protective film 56.
- the refractive index of the material constituting the protective film 56 is n 1'and the refractive index of the material constituting the second protective film 57 is n 2 ', n 1 '> n 2'is satisfied.
- the bottom surface of the second protective film 57 (the surface facing the underlying insulating layer 34) is shown in a flat state, but the bottom surface of the second protective film 57 is convex toward the space portion 55. In some cases, the bottom surface of the second protective film 57 is concave toward the protective film 56, or in a wedge shape.
- a protective film 56 made of SiN and having an average thickness of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m is formed on the second protective film 57.
- the space portion of the wire grid polarizing element By making the space portion of the wire grid polarizing element a void in this way (specifically, because it is filled with air), the value of the average refractive index n ave can be reduced, and as a result, the wire grid can be reduced. It is possible to improve the transmittance and the extinction ratio of the polarizing element. Further, since the value of the formation pitch Q 0 can be increased, the manufacturing yield of the wire grid polarizing element can be improved. Moreover, if a protective film is formed on the wire grid polarizing element, it is possible to provide a photoelectric conversion unit and a light receiving device having high reliability.
- the wire grid polarizing element has a structure in which the insulating film is omitted, that is, a light reflecting layer (for example, made of aluminum) and a light absorbing layer (for example, made of tungsten) are laminated from the side opposite to the light incident side. It can be configured. Alternatively, it can also be composed of one conductive light-shielding material layer. Materials constituting the conductive light-shielding material layer include aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), tungsten (W), and alloys containing these metals. A conductor material having a small complex refractive index in the wavelength range in which the photoelectric conversion unit has sensitivity can be mentioned.
- a third protective film 58 made of, for example, SiO 2 is formed on the side surface of the line portion 54 facing the space portion 55. It may have been done. That is, the space portion 55 is filled with air, and in addition, the space portion has a third protective film 58.
- the third protective film 58 is formed, for example, based on the HDP-CVD method, whereby a thinner third protective film 58 can be conformally formed on the side surface of the line portion 54.
- FIG. 28 as a schematic perspective view of a modified example of the wire grid polarizing element, a part of the insulating film 52 is cut out, and the light reflecting layer 51 and the light absorbing layer are formed.
- the 53 may be in contact with the notch 52a of the insulating film 52.
- the quarter wavelength layer 60 whose schematic perspective view is shown in FIG. 32 can be produced by the following method. That is, the first dielectric layer 61 is provided on the flattening film 35 based on the CVD method. Then, by patterning the first dielectric layer 61 based on the lithography technique and the dry etching technique, a line-and-space structure in which a plurality of strip-shaped first dielectric layers 61 are juxtaposed at intervals is obtained. be able to. Then, based on the ALD method, the second dielectric layer 62 is formed on the entire surface, and then the second dielectric layer 62 is subjected to a flattening treatment to obtain a quarter wavelength layer 60.
- the photoelectric conversion unit 21 having a well-known structure and structure is formed in the silicon semiconductor substrate 31 by a well-known method, it is a schematic part of a modification of the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment. As shown in FIG. 11 and an equivalent circuit diagram of the photoelectric conversion unit in FIG. 12, the semiconductor substrate 31 is connected to the photoelectric conversion unit 21 and temporarily charges the electric charge generated in the photoelectric conversion unit 21. A memory unit TR mem to be stored may be formed. The following description can also be applied to Examples 2 to 3.
- the memory unit TR mem is composed of a photoelectric conversion unit 21, a gate unit 22, a channel forming region, and a high-concentration impurity region 23.
- the gate portion 22 is connected to the memory selection line MEM.
- the high-concentration impurity region 23 is formed in the silicon semiconductor substrate 31 by a well-known method, separated from the photoelectric conversion unit 21.
- a light-shielding film 24 is formed above the high-concentration impurity region 23. That is, the high-concentration impurity region 23 is covered with the light-shielding film 24. This prevents light from entering the high-concentration impurity region 23.
- the material constituting the light-shielding film 24 include chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), tungsten (W), and a resin that does not transmit light (for example, a polyimide resin).
- the transfer transistor TR trs shown only in FIG. 12 is connected to the gate portion connected to the transfer gate line TG, the channel forming region, and the high-concentration impurity region 23 (or also shares a region with the high-concentration impurity region 23). ) It is composed of one source / drain region and the other source / drain region constituting the floating diffusion layer FD.
- the reset transistor TR rst shown only in FIG. 12 is composed of a gate portion, a channel forming region, and a source / drain region.
- the gate portion of the reset transistor TR rst is connected to the reset line RST, one source / drain region of the reset transistor TR rst is connected to the power supply VDD , and the other source / drain region also serves as the floating diffusion layer FD. ing.
- the amplification transistor TR amp shown only in FIG. 12 is composed of a gate portion, a channel forming region, and a source / drain region.
- the gate portion is connected to the other source / drain region (floating diffusion layer FD) of the reset transistor TR rst via a wiring layer. Further, one source / drain area is connected to the power supply V DD .
- the selection transistor TR sel shown only in FIG. 12 is composed of a gate portion, a channel forming region, and a source / drain region.
- the gate portion is connected to the selection line SEL.
- one source / drain region shares an area with the other source / drain region constituting the amplification transistor TR amp , and the other source / drain region is a signal line (data output line) VSL (117). (See FIG. 34).
- the photoelectric conversion unit 21 is also connected to one source / drain region of the charge emission control transistor TR ABG .
- the gate portion of the charge emission control transistor TR ABG is connected to the charge emission control transistor control line ABG, and the other source / drain region is connected to the power supply V DD .
- the photoelectric conversion unit 21, the memory unit TR mem , the transfer transistor TR trs , the reset transistor TR rst , the amplification transistor TR amp , the selection transistor TR sel , and the charge emission control transistor TR ABG are covered with a lower layer / interlayer insulating layer 33.
- FIG. 34 shows a conceptual diagram of the solid-state image sensor when the light-receiving devices of Examples 1 to 3 are applied to the solid-state image sensor.
- the solid-state image sensor 100 is a vertical drive circuit as a drive circuit (peripheral circuit) thereof, which is arranged in an image pickup region (effective pixel region) 111 in which photoelectric conversion elements 101 are arranged in a two-dimensional array and a peripheral region. It is composed of 112, a column signal processing circuit 113, a horizontal drive circuit 114, an output circuit 115, a drive control circuit 116, and the like.
- circuits can be configured from well-known circuits, and can also be configured using other circuit configurations (eg, various circuits used in conventional CCD image pickup devices and CMOS image pickup devices). Needless to say.
- the reference number “101” in the photoelectric conversion element 101 is displayed on only one line.
- the drive control circuit 116 generates a clock signal or a control signal as a reference for the operation of the vertical drive circuit 112, the column signal processing circuit 113, and the horizontal drive circuit 114 based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock. .. Then, the generated clock signal and control signal are input to the vertical drive circuit 112, the column signal processing circuit 113, and the horizontal drive circuit 114.
- the vertical drive circuit 112 is composed of, for example, a shift register, and sequentially selects and scans each photoelectric conversion element 101 in the imaging region 111 in the vertical direction in row units. Then, the pixel signal (image signal) based on the current (signal) generated according to the amount of received light in each photoelectric conversion element 101 is sent to the column signal processing circuit 113 via the signal line (data output line) 117 and VSL. ..
- the column signal processing circuit 113 is arranged, for example, in each column of the photoelectric conversion element 101, and the image signal output from the photoelectric conversion element 101 for one row is a black reference pixel (not shown) for each photoelectric conversion unit.
- the signal from formed around the effective pixel area) is used for signal processing for noise reduction and signal amplification.
- a horizontal selection switch (not shown) is provided in the output stage of the column signal processing circuit 113 so as to be connected to the horizontal signal line 118.
- the horizontal drive circuit 114 is composed of, for example, a shift register, and sequentially outputs each of the column signal processing circuits 113 by sequentially outputting horizontal scanning pulses, and signals from each of the column signal processing circuits 113 to the horizontal signal line 118. Output.
- the output circuit 115 performs signal processing on the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 113 via the horizontal signal line 118 and outputs the signals.
- the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the first embodiment from the light incident side, a quarter wavelength layer having a desired phase advance axis orientation, a wire grid polarizing element having a desired polarization orientation, and photoelectric. Since the conversion unit includes a combination of photoelectric conversion elements arranged in this order, it is possible to easily recognize the polarization state of the light incident on the photoelectric conversion element, and which polarization component the light has. It becomes possible to easily know whether or not they have many. Therefore, it is possible to provide a light receiving device (for example, a small sensor) for checking the state of polarization.
- a light receiving device for example, a small sensor
- the method for measuring the polarization state of the object (subject) of Example 1 is It is equipped with a plurality of photoelectric conversion element units 10A.
- Each photoelectric conversion element unit 10A is composed of the photoelectric conversion element unit of the first embodiment described above.
- An object (subject) is imaged by a light receiving device, image data is acquired, and the image data is acquired.
- the acquired image data indicating the polarization state is compared with the standard polarization state data of the standard object, and the comparison result is obtained.
- any of the polarization states described with reference to a predetermined polarization state for example, FIG. 6A, FIG. 6B, FIG. 7A, FIG. 7B, FIG. 8A and FIG. 8B.
- the object (subject) may be irradiated with light having a state) and a wavelength (for example, 600 nm), and the object (subject) may be imaged by a light receiving device (see, for example, FIGS. 9A, 9B and 9C).
- the surface state of the object (subject) can be evaluated by obtaining the comparison result.
- the refraction property of an object (subject) can be measured, and as an example, the molding state of a lens which is an object (subject) can be grasped.
- the state of the film thickness of the object (subject) can be evaluated by obtaining the comparison result.
- the film thickness can be measured by using the light receiving device of the first embodiment in the ellipsometer.
- Example 2 relates to a light receiving device according to the second aspect of the present disclosure.
- FIG. 13 shows a schematic partial cross-sectional view of the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the second embodiment, and the order of arrangement of the 3 ⁇ 2 photoelectric conversion elements constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the second embodiment is shown in FIG.
- the conceptual diagram of the above is shown in FIG. 14, and the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the second embodiment is shown in FIG. 15A, and the light passing through the wire grid polarizing element is shown.
- the state of is schematically shown in FIG. 15B.
- the phase advance axis orientation of the quarter wavelength layer constituting the fifth photoelectric conversion element, the polarization orientation of the wire grid polarizing element, and the polarization of light passing through the quarter wavelength layer are schematically shown in FIGS. 16A and 16B and FIGS. 17A and 17B, and the phase advance axis orientation of the quarter wavelength layer constituting the sixth photoelectric conversion element is shown.
- the polarization direction of the wire grid polarizing element, the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer, and the state of the light passing through the wire grid polarizing element are schematically shown in FIGS. 16C and 16D and FIGS.
- FIG. 18 schematically shows the amount of light (light intensity) received by the photoelectric conversion unit of the 3 ⁇ 2 photoelectric conversion elements constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the second embodiment, and the light intensity of the second embodiment is shown.
- the image pickup state of the light receiving device is shown in FIGS. 19A and 19B, and the figures for explaining the so-called degree of polarization are shown in FIGS. 20A and 20B.
- the light receiving device of the second embodiment includes a plurality of photoelectric conversion element units 10B.
- Each photoelectric conversion element unit 10B includes a first photoelectric conversion element 11B 1 , a second photoelectric conversion element 11B 2 , a third photoelectric conversion element 11B 3 , a fourth photoelectric conversion element 11B 4 , a fifth photoelectric conversion element 11B 5 , and a sixth. It is composed of photoelectric conversion element 11B 6 .
- the first photoelectric conversion element 11B 1 , the second photoelectric conversion element 11B 2 , the third photoelectric conversion element 11B 3 and the fourth photoelectric conversion element 11B 4 are the wire grid polarizing element 50 and the photoelectric conversion unit 21 from the light incident side. Are arranged in this order, In the fifth photoelectric conversion element 11B 5 and the sixth photoelectric conversion element 11B 6 , the quarter wavelength layer 60, the wire grid polarizing element 50, and the photoelectric conversion unit 21 are arranged in this order from the light incident side.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element 50 constituting the first photoelectric conversion element 11B 1 is ⁇ degree.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element 50 constituting the second photoelectric conversion element 11B 2 is ( ⁇ + 45) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element 50 constituting the third photoelectric conversion element 11B 3 is ( ⁇ + 90) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element 50 constituting the fourth photoelectric conversion element 11B 4 is ( ⁇ + 135) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element 50 constituting the fifth photoelectric conversion element 11B 5 is ⁇ 'degree.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element 50 constituting the sixth photoelectric conversion element 11B 6 is ⁇ 'degree.
- the phase-advancing axis direction in the quarter-wavelength layer 60 constituting the fifth photoelectric conversion element 11B 5 is ⁇ degree
- the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60 constituting the sixth photoelectric conversion element 11B 6 The orientation is ( ⁇ ⁇ 90) degrees.
- the thin solid line is P. Indicates the direction.
- the direction orthogonal to the thin solid line is the Q direction.
- the thin dotted line indicates the phase advance axis direction.
- the arrow points in the Q direction and indicates light having a linearly polarized component that can pass through the wire grid polarizing element.
- Each photoelectric conversion element unit 10B is composed of a total of 3 ⁇ 2 photoelectric conversion elements, three in the first direction and two in the second direction different from the first direction.
- the first photoelectric conversion element 11B 1 , the second photoelectric conversion element 11B 2 , and the fifth photoelectric conversion element 11B 5 are arranged in the first row along the first direction in no particular order, and are arranged along the first direction.
- the third photoelectric conversion element 11B 3 , the fourth photoelectric conversion element 11B 4 , and the sixth photoelectric conversion element 11B 6 are arranged in no particular order.
- the first photoelectric conversion element 11B 1 , the fifth photoelectric conversion element 11B 5 , and the second photoelectric conversion element 11B 2 are arranged in this order in the first row along the first direction.
- the fourth photoelectric conversion element 11B 4 , the sixth photoelectric conversion element 11B 6 , and the third photoelectric conversion element 11B 3 are arranged in this order.
- the light receiving device of the second embodiment at least the light having a linear polarization component and the light having a circular polarization component are incident on the photoelectric conversion element unit 10B in a mixed state.
- the light having a left circular polarization component is incident
- light having a right circular polarization component is incident.
- the relationship between the polarization direction ⁇ 'degree and the phase advance axis direction ⁇ degree is broadly (A) Either light having a right circular polarization component or light having a left circular polarization component is incident on the fifth photoelectric conversion element 11B 5 having a phase-advancing axis orientation ⁇ degree, and is emitted as linearly polarized light.
- Either light having a right circular polarization component or light having a left circular polarization component is incident on the sixth photoelectric conversion element 11B 6 having a phase-advancing axis orientation ( ⁇ ⁇ 90) degrees, and is emitted as linearly polarized light.
- the linearly polarized light is incident on the wire grid polarizing element of the fifth photoelectric conversion element 11B 5 having a polarization direction ( ⁇ + 45) degrees, and the angle formed by the linearly polarized light in the Q direction is 90 degrees. Therefore, it is blocked by the wire grid polarizing element.
- C-2 On the other hand, when light having a right circular polarization component is incident on the sixth electric conversion element 11B 6 having a phase-advancing axis direction ( ⁇ + 90) degree, 135 degrees with respect to the phase-advancing axis direction ( ⁇ + 90).
- the linearly polarized light (light linearly polarized at 45 degrees with respect to the phase advance axis direction ⁇ ) is emitted from the sixth photoelectric conversion element 11B 6 .
- the linearly polarized light is incident on the wire grid polarizing element of the sixth photoelectric conversion element 11B 6 having a polarization direction ( ⁇ + 45) degrees, and the angle formed by the linearly polarized light in the Q direction is 0 degrees. Therefore, it passes through the wire grid polarizing element.
- D-1 When light having a left circular polarization component is incident on the fifth photoelectric conversion element 11B 5 having a phase-advancing axis direction ⁇ degree, light having a linear polarization of 45 degrees with respect to the phase-advancing axis direction ⁇ is emitted. It is emitted from the fifth photoelectric conversion element 11B 5 .
- the linearly polarized light is incident on the wire grid polarizing element of the fifth photoelectric conversion element 11B 5 having a polarization direction ( ⁇ + 45) degrees, and the angle formed by the linearly polarized light in the Q direction is 0 degrees. Therefore, it passes through the wire grid polarizing element.
- D-2 On the other hand, when light having a left circular polarization component is incident on the sixth electric conversion element 11B 6 having a phase-advancing axis direction ( ⁇ + 90) degree, it is 45 degrees with respect to the phase-advancing axis direction ( ⁇ + 90).
- the linearly polarized light (light of 135 degrees linearly polarized light with respect to the phase advance axis direction ⁇ ) is emitted from the sixth electric conversion element 11B 6 .
- the linearly polarized light is incident on the wire grid polarizing element of the sixth photoelectric conversion element 11B 6 having a polarization direction ( ⁇ + 45) degrees, and the angle formed by the linearly polarized light in the Q direction is 90 degrees. Therefore, it is blocked by the wire grid polarizing element.
- the wire grid polarizing element 50 constituting the first photoelectric conversion element 11B 1 has a polarization direction ⁇ among the light having a linear polarization component, the light having a polarization direction ⁇ degree component, and the light having a circular polarization component. Allows light with a degree component to pass through
- the wire grid polarizing element 50 constituting the second photoelectric conversion element 11B 2 is polarized among the light having a linear polarization component, the light having a polarization direction ( ⁇ + 45) degree component, and the light having a circular polarization component.
- the wire grid polarizing element 50 constituting the third photoelectric conversion element 11B 3 is polarized among the light having a linear polarization component, the light having a polarization direction ( ⁇ + 90) degree component, and the light having a circular polarization component. Allows light with an azimuth ( ⁇ + 90) degree component to pass through
- the wire grid polarizing element 50 constituting the fourth photoelectric conversion element 11B 4 is polarized among the light having a linear polarization component, the light having a polarization direction ( ⁇ + 135) degree component, and the light having a circular polarization component. Light with a component of azimuth ( ⁇ + 135) degrees is passed.
- linearly polarized light forming an angle of 15 degrees with respect to the second direction (angle of 75 degrees with respect to the first direction) (hereinafter, for convenience, is referred to as "light of linearly polarized light of about 15 degrees". )
- light mixed with left circularly polarized light is incident on each photoelectric conversion element unit 10B in the light receiving device of the second embodiment.
- each photoelectric conversion element has sensitivity to a specific wavelength (monochromatic light), and a filter layer is unnecessary.
- One pixel is configured by one photoelectric conversion element unit 10B. In the light receiving device of the second embodiment, a monochromatic image is displayed.
- the wire grid polarizing element 50 constituting the first photoelectric conversion element 11B 1 has a component having a polarization direction ⁇ degree (0 degree with respect to the second direction) among the light having a linear polarization component.
- the light having a component having a polarization direction of ⁇ degree is passed through.
- the wire grid polarizing element 50 constituting the first photoelectric conversion element 11B 1 is light having a component of the polarization direction ⁇ degree among the linearly polarized light of about 15 degrees (light amount: AL 1-1 ).
- And about (1/4) of the left circularly polarized light (light intensity: AL CP ) is passed through.
- the first photoelectric conversion element 11B 1 , or the second photoelectric conversion element 11B 2 , the third photoelectric conversion element 11B 3 and the fourth photoelectric conversion element 11B 4 described below are about the light having the left circular polarization component. (1/4) can be taken out.
- the wire grid polarizing element 50 constituting the second photoelectric conversion element 11B 2 has a component of polarization direction ( ⁇ + 45) degrees (45 degrees with respect to the second direction) among the light having a linear polarization component.
- the light having a component of the polarization direction ( ⁇ + 45) degrees is passed.
- the wire grid polarizing element 50 constituting the second photoelectric conversion element 11B 2 is light having a component of the polarization direction ( ⁇ + 45) degrees among the linearly polarized light of about 15 degrees (light amount: AL 1- ). 2 ) And about (1/4) of the left circularly polarized light (light intensity: AL CP ) is passed through.
- Light intensity based on left-handed circularly polarized light AL CP
- the wire grid polarizing element 50 constituting the third photoelectric conversion element 11B 3 has a component having a polarization direction ( ⁇ + 90) degrees (90 degrees with respect to the second direction) among the light having a linear polarization component.
- the light having a component of the polarization direction ( ⁇ + 90) degrees is passed.
- the wire grid polarizing element 50 constituting the third photoelectric conversion element 11B 3 includes light having a polarization direction ( ⁇ + 90) degree component among linearly polarized light of about 15 degrees, and left circular polarization. About (1/4) of the light (amount of light: AL CP ) is passed through.
- the light having a component of the polarization direction ( ⁇ + 90) degrees is substantially blocked by the wire grid polarizing element 50 constituting the third photoelectric conversion element 11B 3 .
- Light intensity based on linear polarization of about 15 degrees 0
- Light intensity based on left-handed circularly polarized light AL CP
- the wire grid polarizing element 50 constituting the fourth photoelectric conversion element 11B 4 is a light having a polarization direction ( ⁇ + 135) degree (135 degrees with respect to the second direction) among the light having a linear polarization component. , And, among the light having a circularly polarized light component, the light having a component of the polarization direction ( ⁇ + 135) degrees is passed.
- the wire grid polarizing element 50 constituting the fourth photoelectric conversion element 11B 4 includes light having a polarization direction ( ⁇ + 135) degree component among linearly polarized light of about 15 degrees, and left circular polarization. About (1/4) of the light (amount of light: AL CP ) is passed through.
- the linearly polarized light of about 15 degrees the light having a component of the polarization direction ( ⁇ + 135) degrees is substantially blocked by the wire grid polarizing element 50 constituting the fourth photoelectric conversion element 11B 4 .
- the phase advance axis direction ⁇ with respect to the second direction is 45 degrees. Further, the angle formed by the linearly polarized light of about 15 degrees and the phase advance axis direction ⁇ is about 120 degrees. Therefore, the quarter wavelength layer 60 emits left circularly polarized light based on the incident of linearly polarized light of about 15 degrees (see the figure on the left side of FIG. 16A). Since the polarization direction ⁇ 'of the wire grid polarizing element 50 constituting the fifth photoelectric conversion element 11B 5 is 0 degrees, the wire grid polarizing element 50 is about (1) of the emitted left circularly polarized light. / 4) Light (light intensity: AL LP' ) is passed through (see the figure on the right side of FIG. 16A).
- the quarter wavelength layer 60 constituting the fifth photoelectric conversion element 11B 5 is linearly polarized light (first) tilted 45 degrees with respect to the phase advance axis direction based on the incident of left circularly polarized light. (Straightly polarized light parallel to the direction) is emitted (see the figure on the left side of FIG. 16B). Since the polarization direction ⁇ 'of the wire grid polarizing element 50 constituting the fifth photoelectric conversion element 11B 5 is 0 degrees, the wire grid polarizing element 50 blocks the emitted linearly polarized light (right side of FIG. 16B). See the figure in.
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit of the fifth photoelectric conversion element 11B 5 is as follows. Light intensity based on linear polarization of about 15 degrees: AL LP' Light intensity based on left-handed circularly polarized light: 0
- the phase advance axis direction ( ⁇ + 90) with respect to the second direction is 135 degrees. Further, the angle formed by the linearly polarized light of about 15 degrees and the phase advance axis direction ⁇ is about 30 degrees. Therefore, the quarter wavelength layer 60 emits right-handed circularly polarized light based on the incident of linearly polarized light of about 15 degrees (see the figure on the left side of FIG. 16C). Since the polarization direction ⁇ 'of the wire grid polarizing element 50 constituting the sixth photoelectric conversion element 11B 6 is 0 degrees, the wire grid polarizing element 50 is about (1) of the emitted right-handed circularly polarized light. / 4) Light (light intensity: AL LP' ) is passed through (see the figure on the right side of FIG. 16C).
- the quarter wavelength layer 60 constituting the sixth photoelectric conversion element 11B 6 is linearly polarized light (second) tilted 45 degrees with respect to the phase advance axis direction based on the incident of left circularly polarized light. It emits linearly polarized light parallel to the direction (see the figure on the left side of FIG. 16D). Since the polarization direction ⁇ 'of the wire grid polarizing element 50 constituting the sixth photoelectric conversion element 11B 6 is 0 degrees, the wire grid polarizing element 50 emits linearly polarized light (light intensity: AL CP' ). (See the figure on the right side of FIG. 16D).
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit of the sixth photoelectric conversion element 11B 6 is as follows. Light intensity based on linear polarization of about 15 degrees: AL LP' Light intensity based on left-handed circularly polarized light: AL CP'
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit of the fifth photoelectric conversion element 11B 5 is as follows.
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit of the sixth photoelectric conversion element 11B 6 is as follows.
- the fifth photoelectric conversion element 11B 5 and the sixth photoelectric conversion element 11B 6 can be used to determine whether the circular polarization component is large or small, and whether the right circular polarization component is large or the left circular polarization component is large.
- the light receiving device of the second embodiment further has a data processing unit.
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit 21 constituting the first photoelectric conversion element 11B 1 is AL 1 .
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit 21 constituting the second photoelectric conversion element 11B 2 is AL 2 .
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit 21 constituting the third photoelectric conversion element 11B 3 is AL 3 .
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit 21 constituting the fourth photoelectric conversion element 11B 4 is AL 4 .
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit 21 constituting the fifth photoelectric conversion element 11B 5 is AL 5 .
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit 21 constituting the sixth photoelectric conversion element 11B 6 is AL 6 .
- the first photoelectric conversion element Q1, the second photoelectric conversion element Q2, the third photoelectric conversion element Q3, and the fourth photoelectric conversion The amount of light (light intensity) obtained by the photoelectric conversion unit in each photoelectric conversion element when incident on the conventional photoelectric conversion element unit composed of the four conventional photoelectric conversion elements of the element Q4 is schematically shown in FIGS. 20A and 20A. It is shown in FIG. 20B. From FIGS. 20A and 20B, it can be seen that there is a large amount of light linearly polarized in a polarization direction of about 30 degrees. In the example shown in FIG.
- the value of ⁇ AL is large and the value of ⁇ AL ”is small.
- Degree of polarization ⁇ AL / ( ⁇ AL + ⁇ AL ”) The value of is a large value close to "1", and it can be said that the degree of polarization is high.
- the value of ⁇ AL is small and the value of ⁇ AL ”is large.
- Degree of polarization ⁇ AL / ( ⁇ AL + ⁇ AL ”) The value of is small, and it can be said that the degree of polarization is low.
- “ ⁇ AL” is a value obtained by subtracting the reference light amount (light intensity) from the minimum value in the fitting curve.
- the first photoelectric conversion element Q1 is the polarization to be transmitted by the wire grid polarizing element.
- the second photoelectric conversion element Q2 is a conventional photoelectric conversion element having an orientation of 0 degrees
- the second photoelectric conversion element Q2 is a conventional photoelectric conversion element having a polarization orientation of 45 degrees to be transmitted by the wire grid polarizing element
- the third photoelectric conversion element Q3 is The fourth photoelectric conversion element Q4 is a conventional photoelectric conversion element having a polarization direction of 90 degrees to be transmitted by the wire grid polarizing element
- the fourth photoelectric conversion element Q4 is a conventional photoelectric conversion element having a polarization direction of 135 degrees to be transmitted by the wire grid polarizing element. Is.
- First photoelectric conversion element 11B 1 Light intensity based on linear polarization of about 15 degrees: AL 1-1 Light intensity based on left-handed circularly polarized light: AL CP
- Second photoelectric conversion element 11B 2 Light intensity based on linear polarization of about 15 degrees: AL 1-2 Light intensity based on left-handed circularly polarized light: AL CP
- Third photoelectric conversion element 11B 3 Light intensity based on linear polarization of about 15 degrees: 0
- Light intensity based on left-handed circularly polarized light: AL CP 4th photoelectric conversion element 11B 4 Light intensity based on linear polarization of about 15 degrees: 0 Light intensity based on left-handed circularly polarized light: AL CP
- Fifth photoelectric conversion element 11B 5 Light intensity based on linear polarization of about 15 degrees: AL CP
- the amount of light received by each of the first photoelectric conversion elements 11B 1 , 11B 2 , 11B 3 , 11B 4 thus obtained is AL 1 , AL 2 , AL 3 , AL 4 (specifically, the amount of light of linearly polarized light).
- AL LP-1 , AL LP-2 , AL LP-3 , AL LP-4 Based on AL LP-1 , AL LP-2 , AL LP-3 , AL LP-4 ), as described above.
- Degree of polarization ⁇ AL / ( ⁇ AL + ⁇ AL')
- an image may be displayed based on these amounts of light.
- the image obtained based on the first photoelectric conversion element 11B 1 in each photoelectric conversion element unit is shown in “0 °” in FIG.
- the region with a large amount of light AL LP-1 , AL LP-2 , AL LP-3 , and AL LP-4 is shown as “white”, but this region has a high degree of polarization.
- the region with low light intensity AL LP-1 , AL LP-2 , AL LP-3 , and AL LP-4 is shown as "blackish”, but the degree of polarization is low in this region.
- an image obtained by synthesizing the four images of FIG. 19A is shown in FIG. 19B. Since the region having a high degree of polarization is so-called “blown out”, it can be easily determined as a region where the polarization information is not acquired (a region where the polarization information is insufficient). The region where such polarization information is not acquired is a region where the output from the photoelectric conversion element is too high, that is, a region where the photoelectric conversion unit constituting the photoelectric conversion element is saturated with respect to the input light. ..
- the region where such polarization information is not acquired can be colored and displayed. Therefore, it is possible to appropriately obtain the polarization information from other regions by excluding the region where the polarization information is not acquired (the region where the polarization information is insufficient). That is, in the light receiving device of the second embodiment, the so-called degree of polarization can be easily known, and the observer of the image can easily identify in which region of the image the polarization information is not acquired. can do. Further, by using the circular polarization component for the calculation of the degree of polarization, it is possible to substantially improve the resolution of the entire image.
- the polarization component can be emphasized or reduced by applying a desired process to the part of the image obtained by capturing the sky or the window glass, the portion of the image obtained by capturing the water surface, or the like, or various types.
- the polarization component can be separated, the contrast of the image can be improved, and unnecessary information can be deleted.
- all the photoelectric conversion element units are configured by the photoelectric conversion element unit-2A of the case (2-1) described above.
- the photoelectric conversion element in the photoelectric conversion element unit-2A may have the same configuration and structure.
- the light receiving device of the second embodiment may have the form of the above-mentioned cases (2-2) to (2-10).
- the modified example of the light receiving device of the second embodiment is composed of a plurality of photoelectric conversion element units arranged in a two-dimensional manner.
- One photoelectric conversion element unit group is composed of four photoelectric conversion element units arranged in 2 ⁇ 2.
- the first photoelectric conversion element unit includes a first filter layer that allows light in the first wavelength range to pass through.
- the second photoelectric conversion element unit includes a second filter layer that allows light in the second wavelength range to pass through.
- the third photoelectric conversion element unit includes a third filter layer that allows light in the third wavelength range to pass through.
- the fourth photoelectric conversion element unit may be configured to include a fourth filter layer that allows light in the fourth wavelength range to pass through.
- FIG. 21 shows a schematic partial cross-sectional view of an example of such a modification of the light receiving device of the second embodiment, in which the filter layer 71 is arranged above the quarter wavelength layer 60.
- One pixel is configured from one photoelectric conversion element unit group, and one subpixel is configured from four photoelectric conversion element units arranged in 2 ⁇ 2. Then, a color image can be displayed by such a configuration.
- one photoelectric conversion element unit group is composed of, for example, four photoelectric conversion element units arranged in a bayer arrangement, and red light is used as light in the first wavelength range and second wavelength range is used.
- red light is used as light in the first wavelength range and second wavelength range
- green light can be mentioned
- blue light can be mentioned.
- red light as the light in the first wavelength range
- green light as the light in the second wavelength range
- blue light as the light in the third wavelength range
- infrared light as the light in the fourth wavelength range.
- the fourth photoelectric conversion element unit shall be configured to include a fourth filter layer that does not allow light in the first wavelength range, the second wavelength range, and the third wavelength range to pass through. Can be done.
- the arrangement of the photoelectric conversion element units may have the various arrangements described above. and,
- the first quarter wavelength layer constituting the first photoelectric conversion element unit gives a phase difference to the light in the first wavelength range.
- the second quarter wavelength layer constituting the second photoelectric conversion element unit gives a phase difference to the light in the second wavelength range.
- the third quarter wavelength layer constituting the third photoelectric conversion element unit gives a phase difference to the light in the third wavelength range.
- the fourth quarter wavelength layer constituting the fourth photoelectric conversion element unit can be configured to give a phase difference to light in the fourth wavelength range.
- the quarter wavelength layer 60 is composed of a first dielectric layer 61 made of a material having a refractive index n 1 and a first dielectric layer made of a material having a refractive index n 2 (where n 1 > n 2 ).
- the two dielectric layers 62 are alternately arranged side by side.
- the thickness (t 31 , t 32 ) is different from the thickness (t 41 , t 42 ) of the first dielectric layer 61 and the second dielectric layer 62 constituting the fourth quarter wavelength layer. That is, t 11 , t 21 , t 31 , and t 41 are not the same value, and t 12 , t 22 , t 32 , and t 42 are not the same value.
- the first quarter wavelength layer, the second quarter wavelength layer, and the third quarter wavelength layer are used. It is arranged in a different layer from the fourth quarter wavelength layer. and,
- the quarter wavelength layer 60 is composed of a first dielectric layer 61 made of a material having a refractive index n 1 and a first dielectric layer made of a material having a refractive index n 2 (where n 1 > n 2 ).
- the two dielectric layers 62 are alternately arranged side by side.
- the first quarter wavelength layer, the second quarter wavelength layer, the third quarter wavelength layer, and the fourth quarter wavelength layer have different layer thicknesses. It can be configured.
- H 2 H 3 is set.
- the first quarter wavelength layer occupies, for example, the first layer
- the second quarter wavelength layer and the third quarter wavelength layer occupy, for example, the second layer.
- the fourth quarter wavelength layer occupies, for example, the third layer, but is not limited to such a state, and the layer occupied by the first quarter wavelength layer, the second layer.
- the order of the layers occupied by the quarter wavelength layer, the third quarter wavelength layer, and the fourth quarter wavelength layer is essentially arbitrary.
- Example 3 relates to a light receiving device according to a third aspect of the present disclosure.
- FIG. 22 shows a schematic partial cross-sectional view of a part of the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the third embodiment. Further, it passes through a quarter wavelength layer of the first layer (referred to as " ⁇ / 4 phase plate of the first layer", the same applies hereinafter) constituting the photoelectric conversion element unit in the light receiving device of the third embodiment.
- the polarization state of the light is shown in FIGS. 23A, 24A, 25A and 26A, and is referred to as a quarter wavelength layer of the second layer (referred to as " ⁇ / 4 phase plate of the second layer", and also in the following.
- the polarization state of the light passing through the same) is shown in FIGS. 23B, 24B, 25B and 26B, and the state of the light passing through the wire grid polarizing element (referred to as “WGP” and the same applies hereinafter) is schematically shown. 23C, 24C, 25C
- the light receiving device of the third embodiment is It is equipped with a plurality of photoelectric conversion element units 10C.
- Each photoelectric conversion element unit 10C includes a first photoelectric conversion element 11C 1 , a second photoelectric conversion element 11C 2 , a third photoelectric conversion element 11C 3 , and a fourth photoelectric conversion element 11C 4 .
- the first photoelectric conversion element 11C 1 , the second photoelectric conversion element 11C 2 , the third photoelectric conversion element 11C 3 and the fourth photoelectric conversion element 11C 4 are the quarter wavelength layer 60A of the first layer from the light incident side.
- the second layer quarter wavelength layer 60B, the wire grid polarizing element 50, and the photoelectric conversion unit 21 are arranged in this order.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element 50 constituting the first photoelectric conversion element 11C 1 is ⁇ degree.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element 50 constituting the second photoelectric conversion element 11C 2 is ( ⁇ + 45) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element 50 constituting the third photoelectric conversion element 11C 3 is ( ⁇ + 90) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element 50 constituting the fourth photoelectric conversion element 11C 4 is ( ⁇ + 135) degrees.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer 60A of the first layer constituting the first photoelectric conversion element 11C 1 is ⁇ degree.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer 60A of the first layer constituting the second photoelectric conversion element 11C 2 is ( ⁇ + 45) degrees.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer 60A of the first layer constituting the third photoelectric conversion element 11C 3 is ( ⁇ + 90) degrees.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer 60A of the first layer constituting the fourth photoelectric conversion element 11C 4 is ( ⁇ degree +135).
- the angle formed by the phase-advancing axis direction of the second-layer quarter-wavelength layer 60B and the phase-advancing axis direction of the first-layer quarter-wavelength layer 60A is ⁇ 45. Degree.
- one pixel is configured by one photoelectric conversion element unit 10C.
- a monochromatic image is displayed.
- the modified example of the light receiving device of the second embodiment can be applied to the light receiving device of the third embodiment, and in this case, one photoelectric conversion element.
- One pixel is configured from the unit group, and one sub-pixel is configured from four photoelectric conversion element units arranged in 2 ⁇ 2, and a color image can be displayed by such a configuration. ..
- the linearly polarized light polarized in the second direction is the quarter wavelength layer 60A of the first layer from the upper side in the vertical direction of the paper surface of FIG. 23A.
- the state when the light is incident on the wire grid and has passed through the wire grid polarizing element 50 will be described.
- the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer 60A of the first layer is shown in FIG. 23A
- the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer 60B of the second layer is shown in FIG. 23B.
- the state of the light passing through the wire grid polarizing element 50 is schematically shown in FIG. 23C.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 0 degrees, the quarter-wavelength layer 60A of the first layer is in a state of linearly polarized light polarized in the second direction. Emit.
- the linearly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B has an angle of 135 degrees with the phase advance axis in the second layer quarter wavelength layer 60B. , Emitted from the second layer quarter wavelength layer 60B in the state of left circular polarization.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 135 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in the state of left circular polarization.
- the left circularly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B is linearly polarized light having an angle of 45 degrees with the phase advance axis (angle of 135 degrees with the second direction). In this state, it emits light from the second layer, the quarter wavelength layer 60B. Then, the linearly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 cannot pass through the wire grid polarizing element 50. It should be noted that such a passing state of light is indicated by a “x” mark (x).
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 90 degrees, the quarter-wavelength layer 60A of the first layer is in a state of linearly polarized light polarized in the second direction. Emit.
- the linearly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B has an angle of 45 degrees with the phase advance axis in the second layer quarter wavelength layer 60B. , Emitted from the second layer quarter wavelength layer 60B in the state of right circular polarization. Then, a part of the right-handed circularly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 45 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in the state of right-handed circular polarization.
- the right-handed circularly polarized light incident on the second-layer quarter-wavelength layer 60B is linearly polarized at an angle of 135 degrees with the phase-advancing axis (an angle of 135 degrees with the second direction). In this state, it emits light from the second layer, the quarter wavelength layer 60B. Then, the linearly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50. In addition, such a passing state of light is indicated by a “white circle” mark ( ⁇ ).
- the state of passing through the wire grid polarizing element when the linearly polarized light polarized in the second direction is incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer from above in the vertical direction of the paper surface of FIG. 23A is , Is as follows.
- the linearly polarized light polarized in the first direction is applied to the quarter wavelength layer 60A of the first layer from above in the vertical direction of the paper surface of FIG. 24A.
- the state when the light is incident and passes through the wire grid polarizing element 50 will be described.
- the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer 60A of the first layer is shown in FIG. 24A
- the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer 60B of the second layer is shown in FIG. 24B.
- the state of the light passing through the wire grid polarizing element 50 is schematically shown in FIG. 24C.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 90 degrees, the quarter-wavelength layer 60A of the first layer is in a state of linearly polarized light polarized in the first direction. Emit.
- the linearly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B has an angle of 45 degrees with the phase advance axis in the second layer quarter wavelength layer 60B. , Emitted from the second layer quarter wavelength layer 60B in the state of right circular polarization. Then, a part of the right-handed circularly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 45 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in the state of right-handed circular polarization.
- the right-handed circularly polarized light incident on the second-layer quarter-wavelength layer 60B is linearly polarized at an angle of 135 degrees (the angle formed by the second direction is 45 degrees) with the phase-advancing axis. In this state, it emits light from the second layer, the quarter wavelength layer 60B. Then, the linearly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 0 degrees, the quarter-wavelength layer 60A of the first layer is in the state of linearly polarized light polarized in the first direction. Emit.
- the linearly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B has an angle of 135 degrees with the phase advance axis in the second layer quarter wavelength layer 60B. , Emitted from the second layer quarter wavelength layer 60B in the state of left circular polarization. Then, a part of the left circularly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 135 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in the state of left circular polarization.
- the left circularly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B is linearly polarized at an angle of 45 degrees with the phase advance axis (angle with the second direction is 45 degrees). In this state, it emits light from the second layer, the quarter wavelength layer 60B. Then, the linearly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 cannot pass through the wire grid polarizing element 50.
- the state of passing through the wire grid polarizing element when the linearly polarized light polarized in the first direction is incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer from above in the vertical direction of the paper surface in FIG. 24A is , Is as follows.
- the linearly polarized light polarized at ⁇ 45 degrees with respect to the first direction is the quarter of the first layer from above in the vertical direction of the paper surface of FIG. 25A.
- a state when the light is incident on the one wavelength layer 60A and passes through the wire grid polarizing element 50 will be described.
- the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer 60A of the first layer is shown in FIG. 25A
- the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer 60B of the second layer is shown in FIG. 25B.
- 25C schematically shows the state of light passing through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 45 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in the state of right-handed circular polarization.
- the right-handed circularly polarized light incident on the second-layer quarter-wavelength layer 60B is linearly polarized at an angle of 135 degrees with the phase-advancing axis (the angle with the second direction is 0 degrees). In this state, it emits light from the second layer, the quarter wavelength layer 60B. Then, the linearly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 0 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in a linearly polarized state.
- the linearly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B has an angle of 135 degrees with the phase advance axis in the second layer quarter wavelength layer 60B. , Emitted from the second layer quarter wavelength layer 60B in the state of left circular polarization. Then, a part of the left circularly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 135 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in the state of left circular polarization.
- the left circularly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B is linearly polarized at an angle of 45 degrees (the angle formed with the second direction is 0 degrees) with the phase advance axis. In this state, it emits light from the second layer, the quarter wavelength layer 60B. Then, the linearly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 cannot pass through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 90 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in a linearly polarized state.
- the linearly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B has an angle of 45 degrees with the phase advance axis in the second layer quarter wavelength layer 60B. , Emitted from the second layer quarter wavelength layer 60B in the state of right circular polarization. Then, a part of the right-handed circularly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50.
- the element passing state is as follows. Wire grid polarizing element in the first photoelectric conversion element located in the second quadrant: ⁇ Wire grid polarizing element in the second photoelectric conversion element located in the first quadrant: ⁇ Wire grid polarizing element in the third photoelectric conversion element located in the fourth quadrant: ⁇ Wire grid polarizing element in the fourth photoelectric conversion element located in the third quadrant: ⁇
- the linearly polarized light polarized at +45 degrees with respect to the first direction is the quarter of the first layer from above in the vertical direction of the paper surface of FIG. 26A.
- a state when the light is incident on the one wavelength layer 60A and passes through the wire grid polarizing element 50 will be described.
- the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer 60A of the first layer is shown in FIG. 26A
- the polarization state of the light passing through the quarter wavelength layer 60B of the second layer is shown in FIG. 26B.
- 26C schematically shows the state of light passing through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 135 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in the state of left circular polarization.
- the left circularly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B is linearly polarized light having an angle of 45 degrees with the phase advance axis (angle of 90 degrees with the second direction). In this state, it emits light from the second layer, the quarter wavelength layer 60B. Then, the linearly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 cannot pass through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 90 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in a linearly polarized state.
- the linearly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B has an angle of 45 degrees with the phase advance axis in the second layer quarter wavelength layer 60B. , Emitted from the second layer quarter wavelength layer 60B in the state of right circular polarization. Then, a part of the right-handed circularly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 45 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in the state of right-handed circular polarization.
- the right-handed circularly polarized light incident on the second-layer quarter-wavelength layer 60B is linearly polarized at an angle of 135 degrees with the phase-advancing axis (an angle of 90 degrees with the second direction). In this state, it emits light from the second layer, the quarter wavelength layer 60B. Then, the linearly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50.
- the linearly polarized light incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer is the first layer. Since the angle formed by the phase-advancing axis in the quarter-wavelength layer 60A is 0 degrees, the light is emitted from the quarter-wavelength layer 60A of the first layer in a linearly polarized state.
- the linearly polarized light incident on the second layer quarter wavelength layer 60B has an angle of 135 degrees with the phase advance axis in the second layer quarter wavelength layer 60B. , Emitted from the second layer quarter wavelength layer 60B in the state of left circular polarization. Then, a part of the left circularly polarized light incident on the wire grid polarizing element 50 passes through the wire grid polarizing element 50.
- the wire grid polarizing element when the linearly polarized light polarized at +45 degrees in the first direction is incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer from above in the vertical direction of the paper surface of FIG. 26A.
- the passing state is as follows.
- Wire grid polarizing element in the first photoelectric conversion element located in the second quadrant ⁇
- Wire grid polarizing element in the second photoelectric conversion element located in the first quadrant ⁇
- Wire grid polarizing element in the third photoelectric conversion element located in the fourth quadrant ⁇
- Wire grid polarizing element in the fourth photoelectric conversion element located in the third quadrant ⁇
- the wire when linearly polarized light polarized at ⁇ 45 degrees, 0 degrees, +45 degrees, +90 degrees in the first direction is incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer.
- the state of passing through the grid polarizing element has been described, but this is when linearly polarized light polarized at a “certain angle” with respect to the first direction is incident on the quarter wavelength layer 60A of the first layer.
- a certain angle is received by the wire grid polarizing element in the first photoelectric conversion element, the wire grid polarizing element in the second photoelectric conversion element, the wire grid polarizing element in the third photoelectric conversion element, and the fourth photoelectric conversion element. It can be obtained by analyzing the amount of light (light intensity).
- the polarization state of the light incident on the photoelectric conversion element unit in the light receiving device can be easily known, and the first photoelectric conversion element, the second photoelectric conversion element, the third photoelectric conversion element, and the like can be easily known.
- Based on each of the fourth photoelectric conversion elements light having a specific linear polarization can be easily taken out, and a function as a PL filter or a CPL filter can be imparted.
- the light intensity, the polarization component intensity, and the polarization direction can be obtained in each photoelectric conversion element (imaging element). Therefore, for example, after imaging, polarization is performed.
- Image data can be processed based on the information.
- the polarization component can be emphasized or reduced by applying a desired process to the part of the image obtained by capturing the sky or window glass, the portion of the image obtained by capturing the water surface, or the like, or various polarization components can be added. It can be separated, the contrast of the image can be improved, and unnecessary information can be deleted.
- such a process can be performed by defining the image pickup mode when performing image pickup using a solid-state image sensor.
- the solid-state image pickup device can remove the reflection on the window glass, and the boundary (contour) of a plurality of objects can be sharpened by adding the polarization information to the image information.
- imaging of patterns that reflect the compound refractive property of objects, measurement of retardation distribution, acquisition of polarized microscope images, acquisition of surface shapes of objects and measurement of surface properties of objects, detection of moving objects (vehicles, etc.) It can be applied to and applied to various fields such as meteorological observation such as measurement of cloud distribution. It can also be a solid-state image sensor that captures a stereoscopic image.
- the present disclosure has been described above based on preferable examples, the present disclosure is not limited to these examples.
- the photoelectric conversion element (light receiving element, image pickup element) described in the examples, the structure and configuration of the light receiving device and the solid-state image pickup device, the manufacturing method, and the materials used are examples and can be appropriately changed. It is possible to shoot and sense moving images using a solid-state image sensor based on the light receiving device of the present disclosure.
- the wire grid polarizing element is used exclusively for acquiring polarization information in the photoelectric conversion unit having sensitivity in the visible light wavelength band, but the photoelectric conversion unit converts infrared rays or ultraviolet rays.
- the photoelectric conversion unit converts infrared rays or ultraviolet rays.
- it can be mounted as a wire grid polarizing element that functions in an arbitrary wavelength band by enlarging / reducing the formation pitch Q 0 of the line portion accordingly.
- a groove portion (a kind of element separation region) in which an insulating material or a light-shielding material is embedded extending from the substrate to the lower part of the wire grid polarizing element is formed at the edge of the photoelectric conversion unit.
- the insulating material include a material constituting an insulating film (insulating film forming layer) and an interlayer insulating layer
- the light-shielding material include a material constituting the above-mentioned light-shielding film 24.
- a waveguide structure may be provided between the photoelectric conversion unit 21 and the photoelectric conversion unit 21.
- the waveguide structure is a region located between the photoelectric conversion unit 21 and the photoelectric conversion unit 21 of the lower layer / interlayer insulating layer 33 (specifically, a part of the lower layer / interlayer insulating layer 33) that covers the photoelectric conversion unit 21. It is composed of a thin film having a refractive index larger than the value of the refractive index of the material constituting the lower layer / waveguide layer 33, which is formed in (for example, a tubular region). The light incident from above the photoelectric conversion unit 21 is totally reflected by this thin film and reaches the photoelectric conversion unit 21.
- the normal projection image of the photoelectric conversion unit 21 with respect to the semiconductor substrate 31 is located inside the normal projection image with respect to the semiconductor substrate 31 of the thin film constituting the waveguide structure.
- the normal projection image of the photoelectric conversion unit 21 with respect to the semiconductor substrate 31 is surrounded by the normal projection image with respect to the thin film substrate constituting the waveguide structure.
- a condensing tube structure may be provided between the photoelectric conversion unit 21 and the photoelectric conversion unit 21.
- the condensing tube structure is a metal material formed in a region (for example, a tubular region) located between the photoelectric conversion unit 21 and the photoelectric conversion unit 21 of the lower layer / interlayer insulating layer 33 that covers the photoelectric conversion unit 21.
- it is composed of a light-shielding thin film made of an alloy material, and light incident from above the photoelectric conversion unit 21 is reflected by this thin film and reaches the photoelectric conversion unit 21.
- the normal projection image of the photoelectric conversion unit 21 with respect to the semiconductor substrate 31 is located inside the normal projection image of the thin film constituting the condenser tube structure with respect to the semiconductor substrate 31.
- the normal projection image of the photoelectric conversion unit 21 with respect to the semiconductor substrate 31 is surrounded by the normal projection image of the thin film constituting the condenser tube structure with respect to the semiconductor substrate 31.
- the thin film can be obtained, for example, by forming all of the lower layer / interlayer insulating layer 33, forming an annular groove portion in the lower layer / interlayer insulating layer 33, and embedding the groove portion with a metal material or an alloy material.
- a 2x2 pixel sharing method that shares a selection transistor, a reset transistor, and an amplification transistor in a 2x2 photoelectric conversion unit can be adopted, and in an imaging mode in which pixel addition is not performed, imaging including polarization information is performed.
- imaging including polarization information is performed in the mode in which the accumulated charge in the sub-pixel region of ⁇ 2 is FD-added, it is possible to provide a normal captured image in which all the polarization components are integrated.
- CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
- the application is not limited to the type solid-state image sensor, and can also be applied to the CCD type solid-state image sensor.
- the signal charge is transferred in the vertical direction by the vertical transfer register having a CCD type structure, transferred in the horizontal direction by the horizontal transfer register, and amplified to output a pixel signal (image signal).
- the present invention is not limited to all column-type solid-state imaging devices in which pixels are formed in a two-dimensional matrix and a column signal processing circuit is arranged for each pixel row.
- the selection transistor can be omitted.
- the photoelectric conversion element (imaging element) of the present disclosure is not limited to application to a solid-state imaging device that detects the distribution of the amount of incident light of visible light and captures an image, but also infrared rays, X-rays, particles, or the like. It can also be applied to a solid-state image sensor that captures the distribution of incident amount as an image. Further, in a broad sense, it can be applied to all solid-state image pickup devices (physical quantity distribution detection devices) such as fingerprint detection sensors that detect the distribution of other physical quantities such as pressure and capacitance and capture images as images.
- solid-state image pickup devices physical quantity distribution detection devices
- the present invention is not limited to a solid-state image pickup device that sequentially scans each unit pixel in the imaging region in row units and reads out a pixel signal from each unit pixel. It is also applicable to an XY address type solid-state image sensor that selects an arbitrary pixel in pixel units and reads a pixel signal from the selected pixels in pixel units.
- the solid-state image sensor may be formed as a single chip, or may be a modular form having an image pickup function in which an image pickup region and a drive circuit or an optical system are packaged together.
- the application is not limited to the solid-state image sensor, but can also be applied to the image sensor.
- the image pickup device refers to a camera system such as a digital still camera or a video camera, or an electronic device having an image pickup function such as a mobile phone.
- a modular form mounted on an electronic device, that is, a camera module is used as an image pickup device.
- the electronic device 200 includes a solid-state image pickup device 201, an optical lens 210, a shutter device 211, a drive circuit 212, and a signal processing circuit 213.
- the optical lens 210 forms an image of image light (incident light) from the subject on the image pickup surface of the solid-state image pickup device 201.
- signal charges are accumulated in the solid-state image sensor 201 for a certain period of time.
- the shutter device 211 controls the light irradiation period and the light blocking period for the solid-state image sensor 201.
- the drive circuit 212 supplies a drive signal for controlling the transfer operation of the solid-state image sensor 201 and the shutter operation of the shutter device 211.
- the signal transfer of the solid-state image sensor 201 is performed by the drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 212.
- the signal processing circuit 213 performs various signal processing.
- the video signal processed by the signal is stored in a storage medium such as a memory or output to a monitor.
- the pixel size of the solid-state image sensor 201 can be miniaturized and the transfer efficiency can be improved, so that the electronic device 200 with improved pixel characteristics can be obtained.
- the electronic device 200 to which the solid-state image pickup device 201 can be applied is not limited to a camera, but can be applied to an image pickup device such as a digital still camera, a camera module for mobile devices such as mobile phones, and the like.
- Each photoelectric conversion element unit is composed of a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a total of M ⁇ N, M in the first direction and N in the second direction different from the first direction.
- a quarter wavelength layer, a wire grid polarizing element, and a photoelectric conversion unit are arranged in this order from the light incident side.
- the M photoelectric conversion elements arranged along the first direction have a quarter wavelength layer having the same phase advance axis direction.
- the N photoelectric conversion elements arranged along the second direction have a quarter wavelength layer having different phase advance axis directions.
- the N photoelectric conversion elements arranged along the second direction include wire grid polarizing elements having the same polarization direction.
- the M photoelectric conversion elements arranged along the first direction are light receiving devices including wire grid polarizing elements having different polarization directions.
- [A02] The light receiving device according to [A01], wherein each photoelectric conversion element unit has M types of wire grid polarizing elements and N types of quarter wavelength layers.
- the light receiving device according to [A03].
- the M photoelectric conversion elements arranged along the first direction have a quarter wavelength layer having the same phase advance axis direction.
- the N photoelectric conversion elements arranged along the second direction have a quarter wavelength layer having different phase advance axis directions.
- the N photoelectric conversion elements arranged along the second direction include wire grid polarizing elements having the same polarization direction.
- the M photoelectric conversion elements arranged along the first direction are a method for measuring the polarization state of an object using a light receiving device provided with wire grid polarizing elements having different polarization directions.
- An object is imaged by a light receiving device, image data is acquired, and A method for measuring the polarization state of an object, in which image data indicating the acquired polarization state is compared with the standard polarization state data of a standard object in a light receiving device, and a comparison result is obtained.
- [B02] The method for measuring a polarization state of an object according to [B01], wherein the object is irradiated with light having a predetermined polarization state and wavelength, and the object is imaged by a light receiving device.
- Each photoelectric conversion element unit is composed of a first photoelectric conversion element, a second photoelectric conversion element, a third photoelectric conversion element, a fourth photoelectric conversion element, a fifth photoelectric conversion element, and a sixth photoelectric conversion element.
- the wire grid polarizing element and the photoelectric conversion unit are arranged in this order from the light incident side.
- a quarter wavelength layer, a wire grid polarizing element, and a photoelectric conversion unit are arranged in this order from the light incident side.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the first photoelectric conversion element is ⁇ degree.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the second photoelectric conversion element is ( ⁇ + 45) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the third photoelectric conversion element is ( ⁇ + 90) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the fourth photoelectric conversion element is ( ⁇ + 135) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the fifth photoelectric conversion element is ⁇ 'degree.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the sixth photoelectric conversion element is ⁇ 'degree.
- the phase-advancing axis direction in the quarter-wavelength layer constituting the fifth photoelectric conversion element is ⁇ degree
- the phase-advancing axis direction in the quarter-wavelength layer constituting the sixth photoelectric conversion element is ( ⁇ ⁇ 90). ) Degree light receiving device.
- Each photoelectric conversion element unit is composed of a total of 3 ⁇ 2 photoelectric conversion elements, three in the first direction and two in the second direction different from the first direction.
- the first photoelectric conversion element, the second photoelectric conversion element, and the fifth photoelectric conversion element are arranged in the first row along the first direction in no particular order, and the second photoelectric conversion element along the first direction is arranged in no particular order.
- the light receiving light according to any one of [C01] to [C03], wherein at least light having a linearly polarized light component and light having a circularly polarized light component are incident on the photoelectric conversion element unit in a mixed state.
- the wire grid polarizing element constituting the first photoelectric conversion element has a polarization direction ⁇ among light having a linear polarization component, light having a polarization direction ⁇ degree component, and light having a circular polarization component.
- the wire grid polarizing element constituting the second photoelectric conversion element has a polarization direction ( ⁇ + 45) among light having a linear polarization component, light having a polarization direction ( ⁇ + 45) degree component, and light having a circular polarization component.
- the wire grid polarizing element constituting the third photoelectric conversion element is a light having a polarization direction ( ⁇ + 90) degree component among light having a linear polarization component and a polarization direction ( ⁇ + 90) among light having a circular polarization component.
- the wire grid polarizing element constituting the fourth photoelectric conversion element is a light having a polarization direction ( ⁇ + 135) degree component among light having a linear polarization component and a polarization direction ( ⁇ + 135) among light having a circular polarization component.
- the light receiving device which allows light having a degree component to pass through.
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit constituting the first photoelectric conversion element is AL 1
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit constituting the second photoelectric conversion element is AL 2
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit constituting the third photoelectric conversion element is AL 1.
- the amount of light obtained is AL 3
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit constituting the fourth photoelectric conversion element is AL 4
- the amount of light obtained by the photoelectric conversion unit constituting the fifth photoelectric conversion element is AL 5
- the sixth photoelectric conversion element is AL 3
- the data processing department obtains the degree of polarization from the difference between the maximum value and the minimum value of the fitting curve obtained based on the light amounts AL 1 , AL 2 , AL 3 and AL 4 ⁇ AL and ⁇ AL'.
- Each photoelectric conversion element unit includes a first photoelectric conversion element, a second photoelectric conversion element, a third photoelectric conversion element, and a fourth photoelectric conversion element.
- the first photoelectric conversion element, the second photoelectric conversion element, the third photoelectric conversion element, and the fourth photoelectric conversion element are a quarter wavelength layer of the first layer and a quarter of the second layer from the light incident side.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the first photoelectric conversion element is ⁇ degree.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the second photoelectric conversion element is ( ⁇ + 45) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the third photoelectric conversion element is ( ⁇ + 90) degrees.
- the polarization direction to be transmitted by the wire grid polarizing element constituting the fourth photoelectric conversion element is ( ⁇ + 135) degrees.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer of the first layer constituting the first photoelectric conversion element is ⁇ degree.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer of the first layer constituting the second photoelectric conversion element is ( ⁇ + 45) degrees.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer of the first layer constituting the third photoelectric conversion element is ( ⁇ + 90) degrees.
- the phase advance axis direction of the quarter wavelength layer of the first layer constituting the fourth photoelectric conversion element is ( ⁇ degree +135).
- the angle formed by the phase-advancing axis direction of the second-layer quarter-wavelength layer and the phase-advancing axis direction of the first-layer quarter-wavelength layer is ⁇ 45 degrees.
- [E01] It is composed of a plurality of photoelectric conversion element units arranged in a two-dimensional manner.
- One photoelectric conversion element unit group is composed of four photoelectric conversion element units arranged in 2 ⁇ 2.
- the first photoelectric conversion element unit includes a first filter layer that allows light in the first wavelength range to pass through.
- the second photoelectric conversion element unit includes a second filter layer that allows light in the second wavelength range to pass through.
- the third photoelectric conversion element unit includes a third filter layer that allows light in the third wavelength range to pass through.
- the light receiving device according to any one of [C01] to [D02], wherein the fourth photoelectric conversion element unit includes a fourth filter layer for passing light in a fourth wavelength range.
- the first quarter wavelength layer constituting the first photoelectric conversion element unit gives a phase difference to light in the first wavelength range.
- the second quarter wavelength layer constituting the second photoelectric conversion element unit gives a phase difference to the light in the second wavelength range.
- the third quarter wavelength layer constituting the third photoelectric conversion element unit gives a phase difference to the light in the third wavelength range.
- the first quarter wavelength layer, the second quarter wavelength layer, the third quarter wavelength layer, and the fourth quarter wavelength layer are different layers.
- the light receiving device according to [E02] arranged in.
- the quarter wavelength layer is composed of a first dielectric layer made of a material having a refractive index n 1 and a material having a refractive index n 2 (where n 1 > n 2 ).
- the second dielectric layers are arranged side by side alternately, The thickness of the first dielectric layer and the second dielectric layer constituting the first quarter wavelength layer, and the first dielectric layer and the second dielectric layer constituting the second quarter wavelength layer.
- the thickness of the dielectric layer is the same, The first quarter wavelength layer, the second quarter wavelength layer, the third quarter wavelength layer, and the fourth quarter wavelength layer have different layer thicknesses.
- the first quarter wavelength layer, the second quarter wavelength layer, the third quarter wavelength layer, and the fourth quarter wavelength layer are in the same layer.
- the quarter wavelength layer is composed of a first dielectric layer made of a material having a refractive index n 1 and a material having a refractive index n 2 (where n 1 > n 2 ).
- the second dielectric layers are arranged side by side alternately, The thickness of the first dielectric layer and the second dielectric layer constituting the first quarter wavelength layer, and the first dielectric layer and the second dielectric layer constituting the second quarter wavelength layer.
- the first quarter wavelength layer, the second quarter wavelength layer, the third quarter wavelength layer, and the fourth quarter wavelength layer have the same layer thickness.
- a first dielectric layer made of a material having a refractive index n 1 and a second dielectric layer made of a material having a refractive index n 2 alternate.
- a protective film is formed on the wire grid polarizing element.
- the wire grid polarizing element has a line-and-space structure and has a line-and-space structure.
- a second protective film is formed between the wire grid polarizing element and the protective film.
- Device. [F03] The light receiving device according to [F02], wherein the protective film is made of SiN, and the second protective film is made of SiO 2 or SiON.
- a frame portion surrounding the wire grid polarizing element is further provided.
- the frame part and the line part of the wire grid polarizing element are connected to each other.
- the light receiving device according to any one of [F01] to [F04], wherein the frame portion has the same structure as the line portion of the wire grid polarizing element.
- the line portion of the wire grid polarizing element is composed of a laminated structure in which a light reflecting layer made of a first conductive material, an insulating film, and a light absorbing layer made of a second conductive material are laminated from the photoelectric conversion portion side.
- the light receiving device according to any one of [F01] to [F05].
- [F07] The light receiving device wherein the light reflecting layer and the light absorbing layer are common to photoelectric conversion elements.
- [F08] The light receiving device according to [F06] or [F07], wherein an insulating film is formed on the entire top surface of the light reflecting layer, and a light absorption layer is formed on the entire top surface of the insulating film.
- the light receiving light according to any one of [F06] to [F09] wherein the insulating film is formed on the entire top surface of the light reflecting layer, and the light absorbing layer is formed on the entire top surface of the insulating film.
- Device [G01] The item according to any one of [A01] to [F10], wherein the semiconductor substrate is connected to a photoelectric conversion unit and has a memory unit for temporarily storing the electric charge generated in the photoelectric conversion unit. Light receiving device.
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Abstract
本開示の一実施形態に係る受光装置は、複数の光電変換素子ユニットを備えており、各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子及び光電変換部がこの順に配置されており、第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている。
Description
本開示は、受光装置に関し、より具体的には、ワイヤグリッド偏光素子及び四分の一波長層を有する光電変換素子を備えた受光装置に関する。
ワイヤグリッド偏光素子(Wire Grid Polarizer,WGP)及び四分の一波長層を有する光電変換素子、受光装置が、例えば、特開2020-013842号公報から知られている。具体的には、光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子及び光電変換部がこの順に配置されている。
この特許公開公報に開示された光電変換素子にあっては、光電変換素子に入射する光の偏光状態を他の偏光状態に変化させることが可能となり、この変化した偏光状態を効率良くワイヤグリッド偏光素子を介して光電変換部で検出することができる結果、例えば、偏光の状態が左円偏光状態であるか右円偏光状態であるかを調べるための受光装置を提供することができる。しかしながら、光がどの偏光成分を多く有しているかを容易に知り得る受光装置、所謂偏光度を容易に知り得る受光装置、あるいは又、特定の直線偏光を有する光を取り出し得る受光装置に対する強い要望がある。
従って、光がどの偏光成分を多く有しているかを容易に知り得る受光装置を提供することが望ましい。また、観察すべき物体の偏光状態を容易に測定する方法を提供することが望ましい。更には、所謂偏光度を容易に知り得る受光装置を提供することが望ましい。また、特定の直線偏光を有する光を取り出し得る受光装置を提供することが望ましい。
本開示の第1の態様に係る受光装置は、
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、
各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている。
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、
各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている。
本開示の物体の偏光状態測定方法は、
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、
各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている受光装置を用いた物体の偏光状態測定方法であって、
受光装置によって物体を撮像して、画像データを取得し、
受光装置において、取得された偏光状態を示す画像データを標準物体の標準偏光状態データと比較し、比較結果を得る。
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、
各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている受光装置を用いた物体の偏光状態測定方法であって、
受光装置によって物体を撮像して、画像データを取得し、
受光装置において、取得された偏光状態を示す画像データを標準物体の標準偏光状態データと比較し、比較結果を得る。
本開示の第2の態様に係る受光装置は、
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子、第4光電変換素子、第5光電変換素子及び第6光電変換素子から構成されており、
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子は、光入射側から、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第5光電変換素子及び第6光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第5光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第6光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第5光電変換素子を構成する四分の一波長層における進相軸方位をβ度としたとき、第6光電変換素子を構成する四分の一波長層における進相軸方位は(β±90)度である。
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子、第4光電変換素子、第5光電変換素子及び第6光電変換素子から構成されており、
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子は、光入射側から、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第5光電変換素子及び第6光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第5光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第6光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第5光電変換素子を構成する四分の一波長層における進相軸方位をβ度としたとき、第6光電変換素子を構成する四分の一波長層における進相軸方位は(β±90)度である。
本開示の第3の態様に係る受光装置は、
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子を備えており、
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子は、光入射側から、第1層目の四分の一波長層、第2層目の四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第1光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位はβ度であり、
第2光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β+45)度であり、
第3光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β+90)度であり、
第4光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β度+135)であり、
各光電変換素子において、第2層目の四分の一波長層の進相軸方位と、第1層目の四分の一波長層の進相軸方位との成す角度は、±45度である。
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子を備えており、
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子は、光入射側から、第1層目の四分の一波長層、第2層目の四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第1光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位はβ度であり、
第2光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β+45)度であり、
第3光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β+90)度であり、
第4光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β度+135)であり、
各光電変換素子において、第2層目の四分の一波長層の進相軸方位と、第1層目の四分の一波長層の進相軸方位との成す角度は、±45度である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示の第1の態様~第3の態様に係る受光装置、本開示の物体の偏光状態測定方法、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様に係る受光装置及び本開示の物体の偏光状態測定方法)
3.実施例2(本開示の第2の態様に係る受光装置)
4.実施例3(本開示の第3の態様に係る受光装置)
5.その他
1.本開示の第1の態様~第3の態様に係る受光装置、本開示の物体の偏光状態測定方法、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様に係る受光装置及び本開示の物体の偏光状態測定方法)
3.実施例2(本開示の第2の態様に係る受光装置)
4.実施例3(本開示の第3の態様に係る受光装置)
5.その他
〈本開示の第1の態様~第3の態様に係る受光装置、本開示の物体の偏光状態測定方法、全般に関する説明〉
本開示の第1の態様に係る受光装置、あるいは又、本開示の物体の偏光状態測定方法における本開示の第1の態様に係る受光装置(以下、これらの受光装置を総称して、便宜上、『本開示の第1の態様に係る受光装置等』と呼ぶ場合がある)において、各光電変換素子ユニットは、M種類のワイヤグリッド偏光素子、及び、N種類の四分の一波長層を有する形態とすることができる。
本開示の第1の態様に係る受光装置、あるいは又、本開示の物体の偏光状態測定方法における本開示の第1の態様に係る受光装置(以下、これらの受光装置を総称して、便宜上、『本開示の第1の態様に係る受光装置等』と呼ぶ場合がある)において、各光電変換素子ユニットは、M種類のワイヤグリッド偏光素子、及び、N種類の四分の一波長層を有する形態とすることができる。
上記の好ましい形態を含む本開示の第1の態様に係る受光装置等にあっては、M=N=2a(但し、aは2以上の整数、好ましくは、a=3,4,5)である形態とすることができる。そして、この場合、M種類のワイヤグリッド偏光素子の偏光方位は、(180/2a)×m[度](但し、m=0,1,2,3・・・,[2a-1])であり、N種類の四分の一波長層の進相軸方位は、(180/2a)×n[度](但し、n=0,1,2,3・・・,[2a-1])である形態とすることができる。
異なる偏光方位を有するM種類のワイヤグリッド偏光素子の第1の方向における並び順は、本質的に任意であるし、異なる進相軸方位を有するN種類の四分の一波長層の第2の方向における並び順は、本質的に任意である。但し、M種類のワイヤグリッド偏光素子の第1の方向における並び順、及び、N種類の四分の一波長層の第2の方向における並び順に依存して、得られる画像データが異なるので、予め、標準物体において偏光状態を求め、標準偏光状態データを作成しておくことが望ましい。M種類のワイヤグリッド偏光素子のそれぞれは、第2の方向に沿って実質的に連続して設けられていてもよい。また、N種類の四分の一波長層のそれぞれは、第1の方向に沿って実質的に連続して設けられていてもよい。
本開示の物体の偏光状態測定方法にあっては、所定の偏光状態及び波長を有する光を物体に照射して、受光装置によって物体を撮像する形態とすることができる。即ち、1種類の偏光状態及び1種類の波長を有する光(単波長の光)を光源から物体に照射して、受光装置によって物体を撮像する形態とすることができる。所定の偏光状態、所定の波長は、偏光状態を測定すべき物体に合わせて、予め、適宜、決定しておけばよい。
そして、上記の好ましい形態を含む本開示の物体の偏光状態測定方法にあっては、比較結果を得ることで、物体の表面状態を評価する構成とすることができる。この場合、所望の表面状態を有する物体を標準物体として、標準物体において偏光状態を求め、標準偏光状態データを作成しておくことが望ましい。あるいは又、上記の好ましい形態を含む本開示の物体の偏光状態測定方法にあっては、薄膜状の物体において、比較結果を得ることで、物体の膜厚の状態を評価する構成とすることができる。この場合、所望の膜厚を有する物体(薄膜)を標準物体として、標準物体において偏光状態を求め、標準偏光状態データを作成しておくことが望ましい。あるいは又、上記の好ましい形態を含む本開示の物体の偏光状態測定方法にあっては、比較結果を得ることで、物体における異物の存在を評価する構成とすることができる。この場合、異物が存在していない状態の物体を標準物体として、標準物体において偏光状態を求め、標準偏光状態データを作成しておくことが望ましい。
本開示の第2の態様に係る受光装置にあっては、α’=(β±45)度を満足する形態とすることができる。
上記の好ましい形態を含む本開示の第2の態様に係る受光装置において、
各光電変換素子ユニットは、第1の方向に3個、第1の方向とは異なる第2の方向に2個の、合計3×2個の光電変換素子から構成されており、
第1の方向に沿った第1列目に、第1光電変換素子、第2光電変換素子及び第5光電変換素子が順不同で配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、第3光電変換素子、第4光電変換素子及び第6光電変換素子が順不同で配置されている形態とすることができる。
各光電変換素子ユニットは、第1の方向に3個、第1の方向とは異なる第2の方向に2個の、合計3×2個の光電変換素子から構成されており、
第1の方向に沿った第1列目に、第1光電変換素子、第2光電変換素子及び第5光電変換素子が順不同で配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、第3光電変換素子、第4光電変換素子及び第6光電変換素子が順不同で配置されている形態とすることができる。
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子、第4光電変換素子を、便宜上、『第1タイプの光電変換素子』と呼び、第5光電変換素子、第6光電変換素子を、便宜上、『第2タイプの光電変換素子』と呼ぶとき、上記のとおり、第1の方向に沿った第1列目に、2つの第1タイプの光電変換素子及び1つの第2タイプの光電変換素子が順不同で配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、2つの第1タイプの光電変換素子及び1つの第2タイプの光電変換素子が順不同で配置されている形態とすることができる。但し、これに限定されるものではなく、第1の方向に沿った第1列目に、4つの第1タイプの光電変換素子の内の任意の1つの第1タイプの光電変換素子及び2つの第2タイプの光電変換素子が順不同で配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、残りの3つの第1タイプの光電変換素子が順不同で配置されている形態とすることができるし、第1の方向に沿った第1列目に、4つの第1タイプの光電変換素子の内の任意の3つの第1タイプの光電変換素子が順不同で配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、残りの1つの第1タイプの光電変換素子及び2つの第2タイプの光電変換素子が順不同で配置されている形態とすることもできる。
上記の好ましい形態を含む本開示の第2の態様に係る受光装置において、光電変換素子ユニットには、少なくとも、直線偏光成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光が混在した状態で入射する形態とすることができる。
そして、このような形態にあっては、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光を通過させ、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光を通過させ、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光を通過させ、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光を通過させる構成とすることができる。
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光を通過させ、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光を通過させ、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光を通過させ、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光を通過させる構成とすることができる。
更には、このような構成において、
データ処理部を更に有し、
第1光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL1、第2光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL2、第3光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL3、第4光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL4、第5光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL5、第6光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL6としたとき、
データ処理部は、
AL5≧AL6の場合、ΔAL’=AL5-AL6を求め、
AL5<AL6の場合、ΔAL’=AL6-AL5を求め、
データ処理部は、更に、光量(光強度)AL1,AL2,AL3及びAL4に基づき得られるフィッテイング・カーブの最大値と最小値との差ΔAL及びΔAL’から偏光度を求める形態とすることができ、更にはこの場合、偏光度は、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL’)
で求められ、更には、得られた画像データの内、データ処理部は、偏光度が高い領域と偏光度が低い領域とを、異なる色で表示する形態とすることができる。ここで、ΔALは、偏光成分の光量(光強度)を示し、あるいは又、鏡面反射光の光量(光強度)を示し、一種の変動成分であり、ΔAL’は、非偏光成分の光量(光強度)を示し、あるいは又、拡散反射光の光量(光強度)を示し、一種の固定成分である。偏光度は、反射光の成分比を示し、あるいは又、反射面の状態を示す指標である。尚、光電変換素子ユニットには、直線偏光成分を有する光及び円偏光成分を有する光だけでなく、無偏光成分の光も含まれ得るが、ΔAL’を求めることで、無偏光成分の光による影響を実質的に無くすことができる。
データ処理部を更に有し、
第1光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL1、第2光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL2、第3光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL3、第4光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL4、第5光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL5、第6光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量(光強度)をAL6としたとき、
データ処理部は、
AL5≧AL6の場合、ΔAL’=AL5-AL6を求め、
AL5<AL6の場合、ΔAL’=AL6-AL5を求め、
データ処理部は、更に、光量(光強度)AL1,AL2,AL3及びAL4に基づき得られるフィッテイング・カーブの最大値と最小値との差ΔAL及びΔAL’から偏光度を求める形態とすることができ、更にはこの場合、偏光度は、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL’)
で求められ、更には、得られた画像データの内、データ処理部は、偏光度が高い領域と偏光度が低い領域とを、異なる色で表示する形態とすることができる。ここで、ΔALは、偏光成分の光量(光強度)を示し、あるいは又、鏡面反射光の光量(光強度)を示し、一種の変動成分であり、ΔAL’は、非偏光成分の光量(光強度)を示し、あるいは又、拡散反射光の光量(光強度)を示し、一種の固定成分である。偏光度は、反射光の成分比を示し、あるいは又、反射面の状態を示す指標である。尚、光電変換素子ユニットには、直線偏光成分を有する光及び円偏光成分を有する光だけでなく、無偏光成分の光も含まれ得るが、ΔAL’を求めることで、無偏光成分の光による影響を実質的に無くすことができる。
本開示の第3の態様に係る受光装置にあっては、α=βである形態とすることができる。
尚、「ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度である」との表現には、ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は、厳密にα度でなくてもよく、或る程度の偏光方位の角度の拡がり(例えば、α±5度)をもって、ワイヤグリッド偏光素子は光を透過させる。
上述した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第1の態様に係る受光装置にあっては、
(1)本開示の第1の態様に係る受光装置における光電変換素子ユニットによって、全ての光電変換素子ユニットが構成されている形態とすることができる。
(1)本開示の第1の態様に係る受光装置における光電変換素子ユニットによって、全ての光電変換素子ユニットが構成されている形態とすることができる。
また、上述した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第2の態様に係る受光装置にあっては、
(2-1)本開示の第2の態様に係る受光装置における光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-2A』と呼ぶ)によって、全ての光電変換素子ユニットが構成されている形態
(2-2)光電変換素子ユニット-2Aによって、受光装置の一部の領域(例えば、受光装置の中央部の領域)が占められており、受光装置の他の領域(例えば、受光装置の中央部の領域を囲む領域)は、第5光電変換素子及び第6光電変換素子を除いた、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子から構成された光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-2B』と呼ぶ)によって占められている形態
(2-3)光電変換素子ユニット-2Bによって受光装置が占められており、受光装置の一部の領域(所望の領域)に光電変換素子ユニット-2Aが配されている形態。即ち、光電変換素子ユニット-2Bによって受光装置が占められているが、間引きされており、間引かれた部分を光電変換素子ユニット-2Aが占める形態
(2-4)光電変換素子ユニット-2A及び光電変換素子ユニット-2Bが並置されている形態
(2-5)光電変換素子ユニット-2Aと光電変換素子ユニット-2Bとが、所定の割合で配置されている形態
(2-6)光電変換素子ユニット-2Aによって、受光装置の一部の領域(例えば、受光装置の中央部の領域)が占められており、受光装置の他の領域(例えば、受光装置の中央部の領域を囲む領域)は、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子、並びに、四分の一波長層及びワイヤグリッド偏光素子が設けられていない第5光電変換素子及び第6光電変換素子の、合計6つの光電変換素子から構成された光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-2C』と呼ぶ)によって占められている形態
(2-7)光電変換素子ユニット-2Cによって受光装置が占められており、受光装置の一部の領域(所望の領域)に光電変換素子ユニット-2Aが配されている形態。即ち、光電変換素子ユニット-2Cによって受光装置が占められているが、間引きされており、間引かれた部分を光電変換素子ユニット-2Aが占める形態
(2-8)光電変換素子ユニット-2A及び光電変換素子ユニット-2Cが並置されている形態
(2-9)光電変換素子ユニット-2Aと光電変換素子ユニット-2Cとが、所定の割合で配置されている形態
(2-10)上記の(2-2)乃至(2-5)と、上記の(2-6)乃至(2-9)とが適宜、組み合わされた形態
とすることができる。
(2-1)本開示の第2の態様に係る受光装置における光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-2A』と呼ぶ)によって、全ての光電変換素子ユニットが構成されている形態
(2-2)光電変換素子ユニット-2Aによって、受光装置の一部の領域(例えば、受光装置の中央部の領域)が占められており、受光装置の他の領域(例えば、受光装置の中央部の領域を囲む領域)は、第5光電変換素子及び第6光電変換素子を除いた、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子から構成された光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-2B』と呼ぶ)によって占められている形態
(2-3)光電変換素子ユニット-2Bによって受光装置が占められており、受光装置の一部の領域(所望の領域)に光電変換素子ユニット-2Aが配されている形態。即ち、光電変換素子ユニット-2Bによって受光装置が占められているが、間引きされており、間引かれた部分を光電変換素子ユニット-2Aが占める形態
(2-4)光電変換素子ユニット-2A及び光電変換素子ユニット-2Bが並置されている形態
(2-5)光電変換素子ユニット-2Aと光電変換素子ユニット-2Bとが、所定の割合で配置されている形態
(2-6)光電変換素子ユニット-2Aによって、受光装置の一部の領域(例えば、受光装置の中央部の領域)が占められており、受光装置の他の領域(例えば、受光装置の中央部の領域を囲む領域)は、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子、並びに、四分の一波長層及びワイヤグリッド偏光素子が設けられていない第5光電変換素子及び第6光電変換素子の、合計6つの光電変換素子から構成された光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-2C』と呼ぶ)によって占められている形態
(2-7)光電変換素子ユニット-2Cによって受光装置が占められており、受光装置の一部の領域(所望の領域)に光電変換素子ユニット-2Aが配されている形態。即ち、光電変換素子ユニット-2Cによって受光装置が占められているが、間引きされており、間引かれた部分を光電変換素子ユニット-2Aが占める形態
(2-8)光電変換素子ユニット-2A及び光電変換素子ユニット-2Cが並置されている形態
(2-9)光電変換素子ユニット-2Aと光電変換素子ユニット-2Cとが、所定の割合で配置されている形態
(2-10)上記の(2-2)乃至(2-5)と、上記の(2-6)乃至(2-9)とが適宜、組み合わされた形態
とすることができる。
更には、上述した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第3の態様に係る受光装置にあっては、
(3-1)本開示の第3の態様に係る受光装置における光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-3A』と呼ぶ)によって、全ての光電変換素子ユニットが構成されている形態
(3-2)光電変換素子ユニット-3Aによって、受光装置の一部の領域(例えば、受光装置の中央部の領域)が占められており、受光装置の他の領域(例えば、受光装置の中央部の領域を囲む領域)は、第1層目の四分の一波長層及び第2層目の四分の一波長層を除いた、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子から構成された光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-3B』と呼ぶ)によって占められている形態
(3-3)光電変換素子ユニット-3Bによって受光装置が占められており、受光装置の一部の領域(所望の領域)に光電変換素子ユニット-3Aが配されている形態。即ち、光電変換素子ユニット-3Bによって受光装置が占められているが、間引きされており、間引かれた部分を光電変換素子ユニット-3Aが占める形態
(3-4)光電変換素子ユニット-3A及び光電変換素子ユニット-3Bが並置されている形態
(3-5)光電変換素子ユニット-3Aと光電変換素子ユニット-3Bとが、所定の割合で配置されている形態
(3-6)光電変換素子ユニット-3Aによって、受光装置の一部の領域(例えば、受光装置の中央部の領域)が占められており、受光装置の他の領域(例えば、受光装置の中央部の領域を囲む領域)は、第1層目の四分の一波長層、第2層目の四分の一波長層及びワイヤグリッド偏光素子を除いた、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子から構成された光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-3C』と呼ぶ)によって占められている形態
(3-7)光電変換素子ユニット-3Cによって受光装置が占められており、受光装置の一部の領域(所望の領域)に光電変換素子ユニット-3Aが配されている形態。即ち、光電変換素子ユニット-3Cによって受光装置が占められているが、間引きされており、間引かれた部分を光電変換素子ユニット-3Aが占める形態
(3-8)光電変換素子ユニット-3A及び光電変換素子ユニット-3Cが並置されている形態
(3-9)光電変換素子ユニット-3Aと光電変換素子ユニット-3Cとが、所定の割合で配置されている形態
(3-10)上記の(3-2)乃至(3-5)と、上記の(3-6)乃至(3-9)とが適宜、組み合わされた形態
とすることができる。
(3-1)本開示の第3の態様に係る受光装置における光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-3A』と呼ぶ)によって、全ての光電変換素子ユニットが構成されている形態
(3-2)光電変換素子ユニット-3Aによって、受光装置の一部の領域(例えば、受光装置の中央部の領域)が占められており、受光装置の他の領域(例えば、受光装置の中央部の領域を囲む領域)は、第1層目の四分の一波長層及び第2層目の四分の一波長層を除いた、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子から構成された光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-3B』と呼ぶ)によって占められている形態
(3-3)光電変換素子ユニット-3Bによって受光装置が占められており、受光装置の一部の領域(所望の領域)に光電変換素子ユニット-3Aが配されている形態。即ち、光電変換素子ユニット-3Bによって受光装置が占められているが、間引きされており、間引かれた部分を光電変換素子ユニット-3Aが占める形態
(3-4)光電変換素子ユニット-3A及び光電変換素子ユニット-3Bが並置されている形態
(3-5)光電変換素子ユニット-3Aと光電変換素子ユニット-3Bとが、所定の割合で配置されている形態
(3-6)光電変換素子ユニット-3Aによって、受光装置の一部の領域(例えば、受光装置の中央部の領域)が占められており、受光装置の他の領域(例えば、受光装置の中央部の領域を囲む領域)は、第1層目の四分の一波長層、第2層目の四分の一波長層及びワイヤグリッド偏光素子を除いた、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子から構成された光電変換素子ユニット(便宜上、『光電変換素子ユニット-3C』と呼ぶ)によって占められている形態
(3-7)光電変換素子ユニット-3Cによって受光装置が占められており、受光装置の一部の領域(所望の領域)に光電変換素子ユニット-3Aが配されている形態。即ち、光電変換素子ユニット-3Cによって受光装置が占められているが、間引きされており、間引かれた部分を光電変換素子ユニット-3Aが占める形態
(3-8)光電変換素子ユニット-3A及び光電変換素子ユニット-3Cが並置されている形態
(3-9)光電変換素子ユニット-3Aと光電変換素子ユニット-3Cとが、所定の割合で配置されている形態
(3-10)上記の(3-2)乃至(3-5)と、上記の(3-6)乃至(3-9)とが適宜、組み合わされた形態
とすることができる。
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第1の態様~第3の態様に係る受光装置を構成する光電変換素子、あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の物体の偏光状態測定方法において使用される本開示の第1の態様に係る受光装置を構成する光電変換素子を、以下、総称して、便宜上、『本開示の光電変換素子等』と呼ぶ場合がある。また、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第1の態様~第3の態様に係る受光装置を、以下、総称して、便宜上、『本開示の受光装置等』と呼ぶ場合がある。
本開示の受光装置等においては、複数の光電変換素子が2次元マトリクス状に配列されているが、第1の方向と第2の方向とは直交していることが好ましい。例えば、第1の方向は所謂行方向あるいは所謂列方向であり、第2の方向は列方向あるいは行方向である。
光電変換素子ユニットには、前述したとおり、四分の一波長層やワイヤグリッド偏光素子が設けられていない従来の光電変換素子が備えられていてもよい。
本開示の第2の態様~第3の態様に係る受光装置における光電変換素子は、必要に応じてフィルタ層を備えていてもよい。
即ち、本開示の第2の態様~第3の態様に係る受光装置は、2次元状に配列された複数の光電変換素子ユニット群から構成されており、
1つの光電変換素子ユニット群は、2×2に配置された4つの光電変換素子ユニットから構成されており、
第1光電変換素子ユニットは、第1の波長範囲の光を通過させる第1フィルタ層を備えており、
第2光電変換素子ユニットは、第2の波長範囲の光を通過させる第2フィルタ層を備えており、
第3光電変換素子ユニットは、第3の波長範囲の光を通過させる第3フィルタ層を備えており、
第4光電変換素子ユニットは、第4の波長範囲の光を通過させる第4フィルタ層を備えている構成とすることができる。
1つの光電変換素子ユニット群は、2×2に配置された4つの光電変換素子ユニットから構成されており、
第1光電変換素子ユニットは、第1の波長範囲の光を通過させる第1フィルタ層を備えており、
第2光電変換素子ユニットは、第2の波長範囲の光を通過させる第2フィルタ層を備えており、
第3光電変換素子ユニットは、第3の波長範囲の光を通過させる第3フィルタ層を備えており、
第4光電変換素子ユニットは、第4の波長範囲の光を通過させる第4フィルタ層を備えている構成とすることができる。
以上のとおり、第1光電変換素子ユニットを構成する光電変換部は第1の波長範囲の光を受光し、第2光電変換素子ユニットを構成する光電変換部は第2の波長範囲の光を受光し、第3光電変換素子ユニットを構成する光電変換部は第3の波長範囲の光を受光し、第4光電変換素子ユニットを構成する光電変換部は第4の波長範囲の光を受光する。
ここで、第1の波長範囲の光として赤色光、第2の波長範囲の光及び第3の波長範囲の光として緑色光、第4の波長範囲の光として青色光を挙げることができる。あるいは又、第1の波長範囲の光として赤色光、第2の波長範囲の光として緑色光、第3の波長範囲の光として青色光、第4の波長範囲の光として赤外光を挙げることができ、この場合には、第4光電変換素子ユニットは、第1の波長範囲、第2の波長範囲及び第3の波長範囲の光を通過させない第4フィルタ層を備えている構成とすることができる。
フィルタ層として、例えば、赤色光といった第1の波長範囲の光、緑色光といった第2の波長範囲あるいは第3の波長範囲の光、青色光といった第4の波長範囲を透過させるフィルタ層だけでなく、シアン色、マゼンダ色、黄色等の特定波長を透過させるフィルタ層を挙げることができるし、第1の波長範囲、第2の波長範囲及び第3の波長範囲の光を通過させないフィルタ層を挙げることができる。また、色分離や分光を目的としない場合、若しくは、光電変換素子それ自体が特定波長に感度を有するような光電変換素子にあっては、フィルタ層は不要な場合がある。フィルタ層が配置された光電変換素子とフィルタ層が配置されていない光電変換素子とが混在する場合、フィルタ層を配置しない光電変換素子にあっては、フィルタ層を配置した光電変換素子との間の平坦性を確保するために、フィルタ層の代わりに透明な樹脂層を形成してもよい。フィルタ層(カラーフィルタ層)を、顔料や染料等の有機化合物を用いた有機材料系のカラーフィルタ層から構成するだけでなく、フォトニック結晶や、プラズモンを応用した波長選択素子(導体薄膜に格子状の穴構造を設けた導体格子構造を有するカラーフィルタ層。例えば、特開2008-177191参照)、アモルファスシリコン等の無機材料から成る薄膜から構成することもできる。
色分離や分光を目的としない場合、若しくは、光電変換素子それ自体が特定波長に感度を有するような光電変換素子にあっては、フィルタ層は不要な場合がある。前述したとおり、光電変換素子は、赤色光に感度を有する赤色光用光電変換素子、緑色光に感度を有する緑色光用光電変換素子、青色光に感度を有する青色光用光電変換素子の組合せから構成されていてもよいし、これらに加えて、赤外線に感度を有する赤外線光電変換素子の組合せから構成されていてもよいし、本開示の受光装置等において、単色の画像を得る受光装置(固体撮像装置)としてもよいし、単色の画像と赤外線に基づく画像の組合せを得る受光装置(固体撮像装置)としてもよい。
そして、本開示の第2の態様~第3の態様に係る受光装置において、
第1光電変換素子ユニットを構成する第1の四分の一波長層は第1の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第2光電変換素子ユニットを構成する第2の四分の一波長層は第2の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第3光電変換素子ユニットを構成する第3の四分の一波長層は第3の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第4光電変換素子ユニットを構成する第4の四分の一波長層は第4の波長範囲の光に対して位相差を与える構成とすることができる。
第1光電変換素子ユニットを構成する第1の四分の一波長層は第1の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第2光電変換素子ユニットを構成する第2の四分の一波長層は第2の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第3光電変換素子ユニットを構成する第3の四分の一波長層は第3の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第4光電変換素子ユニットを構成する第4の四分の一波長層は第4の波長範囲の光に対して位相差を与える構成とすることができる。
本開示の第2の態様~第3の態様に係る受光装置において、複数の光電変換素子ユニットから構成された1つの光電変換素子ユニット群(1画素)はベイヤ配列を有する形態とすることができる。但し、光電変換素子ユニット群の配列は、ベイヤ配列に限定されず、その他、インターライン配列、GストライプRB市松配列、GストライプRB完全市松配列、市松補色配列、ストライプ配列、斜めストライプ配列、原色色差配列、フィールド色差順次配列、フレーム色差順次配列、MOS型配列、改良MOS型配列、フレームインターリーブ配列、フィールドインターリーブ配列を挙げることができる。
あるいは又、本開示の受光装置等においては、1光電変換素子ユニット(1画素)は複数の光電変換素子(副画素)から構成することができる。そして、例えば、各副画素は1つの光電変換素子を備えている。画素と副画素の関係については後述する。光電変換素子あるいは光電変換部、それ自体の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができる。
そして、本開示の第2の態様~第3の態様に係る受光装置にあっては、第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層に配置されている構成とすることができる。尚、このような形態の本開示の受光装置等を、便宜上、『本開示の第A構成の受光装置』と呼ぶ。そして、本開示の第A構成の受光装置にあっては、
四分の一波長層は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t11,t12)と、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t21,t22)と、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t31,t32)と、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t41,t42)とは、同じであり、即ち、t11=t21=t31=t41,t12=t22=t32=t42であり、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層厚を有する構成とすることができる。
四分の一波長層は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t11,t12)と、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t21,t22)と、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t31,t32)と、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t41,t42)とは、同じであり、即ち、t11=t21=t31=t41,t12=t22=t32=t42であり、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層厚を有する構成とすることができる。
あるいは又、本開示の第2の態様~第3の態様に係る受光装置にあっては、第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層に配置されている構成とすることができる。尚、このような形態の本開示の受光装置等を、便宜上、『本開示の第B構成の受光装置』と呼ぶ。そして、更には、本開示の第B構成の受光装置にあっては、
四分の一波長層は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t11,t12)と、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t21,t22)と、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t31,t32)と、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t41,t42)とは、異なり、即ち、t11,t21,t33,t3は同じ値ではないし、t12,t22,t32,t42は同じ値ではないし、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層厚を有する構成とすることができる。
四分の一波長層は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t11,t12)と、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t21,t22)と、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t31,t32)と、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さ(t41,t42)とは、異なり、即ち、t11,t21,t33,t3は同じ値ではないし、t12,t22,t32,t42は同じ値ではないし、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層厚を有する構成とすることができる。
本開示の受光装置等において、四分の一波長層は、上述したとおり、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成る形態とすることができる。そして、光電変換素子全体の法線(光入射方向)をZ方向としたとき、第1誘電体層及び第2誘電体層はYZ平面に含まれている。また、第1誘電体層及び第2誘電体層はX方向に沿って交互に並置されており、第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さはX方向に沿った厚さであり、四分の一波長層の層厚はZ方向に沿った厚さである。尚、X方向が進相軸であり、Y方向が遅相軸である。
四分の一波長層において、第1誘電体層の厚さをt1、第2誘電体層の厚さをt2としたとき、(t1+t2)の値が光の波長よりも短い構造を有する場合、第1誘電体層と第2誘電体層とが並置された方向(X方向)と、X方向及びZ方向に直交する方向(Y方向)とでは、異なる有効屈折率nTE,nTMを有し、恰も、複屈折材料であるかのように振る舞う。これらの有効屈折率nTE,nTMの差に起因して、各偏光方向の光の伝播速度に差が生じるため、四分の一波長層を通過する光に位相差が生じる。即ち、四分の一波長層を通過する光には位相差が与えられる。その結果、波長板としての機能を発現する。「f」をフィリング・ファクタとしたとき、f,nTE,nTMは、
f =t1/(t1+t2)
nTE={f×n12+(1-f)×n22}1/2
nTM={f/n12+(1-f)/n22}1/2
で表され、位相差δは、四分の一波長層の層厚(高さであり、Z方向の厚さ)をH、四分の一波長層を通過する光の波長をλとしたとき、即ち、四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長をλ(後述するλ1,λ2-3,λ4でもある)としたとき、
(λ/4)=δ=(nTE-nTM)×H
で表される。
f =t1/(t1+t2)
nTE={f×n12+(1-f)×n22}1/2
nTM={f/n12+(1-f)/n22}1/2
で表され、位相差δは、四分の一波長層の層厚(高さであり、Z方向の厚さ)をH、四分の一波長層を通過する光の波長をλとしたとき、即ち、四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長をλ(後述するλ1,λ2-3,λ4でもある)としたとき、
(λ/4)=δ=(nTE-nTM)×H
で表される。
従って、Hを一定とした場合、fの値、即ち、t1及びt2の値を変えることで、所望のλの値を得ることができる。また、t1及びt2の値を一定とした場合、Hの値を変えることで、四分の一波長層に対して所望のλの値を得ることができる。
第1の四分の一波長層の層厚をH1、第2の四分の一波長層の層厚をH2、第3の四分の一波長層の層厚をH3、第4の四分の一波長層の層厚をH4とする。また、第1の四分の一波長層において、第1誘電体層の厚さをt11、第2誘電体層の厚さをt12とし、第2の四分の一波長層において、第1誘電体層の厚さをt21、第2誘電体層の厚さをt22とし、第3の四分の一波長層において、第1誘電体層の厚さをt31、第2誘電体層の厚さをt32とし、第4の四分の一波長層において、第1誘電体層の厚さをt41、第2誘電体層の厚さをt42とする。
本開示の第A構成の受光装置にあっては、第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層に配置されているが、(t11,t12)、(t21,t22)、(t31,t32)、(t41,t42)の値を同じとするので、H1,H2,H3,H4の値を変えればよい。場合によっては、H1=H2=H3=H4としてもよく、この場合、(t11,t12)、(t21,t22)、(t31,t32)、(t41,t42)の値を変えればよい。本開示の第B構成の受光装置にあっては、第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層に配置されており、H1=H2=H3=H4であり、(t11,t12)、(t21,t22)、(t31,t32)、(t41,t42)の値を変えればよい。
本開示の光電変換素子等において、第1誘電体層を構成する材料としてSiNを例示することができるし、第2誘電体層を構成する材料としてSiO2を例示することができるが、これらに限定するものではない。
本開示の光電変換素子等において、ワイヤグリッド偏光素子は、少なくとも帯状の光反射層及び光吸収層の積層構造体(光吸収層が光入射側に位置する)が、複数、離間して並置されて成る形態(即ち、ライン・アンド・スペース構造を有する形態)とすることができる。あるいは又、ワイヤグリッド偏光素子は、帯状の光反射層、絶縁膜及び光吸収層の積層構造体(光吸収層が光入射側に位置する)が、複数、離間して並置されて成る形態とすることができる。尚、この場合、積層構造体における光反射層と光吸収層とは絶縁膜によって離間されている構成(即ち、光反射層の頂面全面に絶縁膜が形成されており、絶縁膜の頂面全面に光吸収層が形成されている構成)とすることもできるし、絶縁膜の一部が切り欠かれ、光反射層と光吸収層とは絶縁膜の切欠き部において接している構成とすることもできる。そして、これらの場合、光反射層は第1導電材料から成り、光吸収層は第2導電材料から成る形態とすることができる。このような構成にすることで、光吸収層及び光反射層の全領域を、受光装置における適切な電位を有する領域に電気的に接続することができる結果、ワイヤグリッド偏光素子の形成時、ワイヤグリッド偏光素子が帯電し、一種の放電が発生する結果、ワイヤグリッド偏光素子や光電変換部に損傷が発生するといった問題の発生を確実に回避することができる。あるいは又、ワイヤグリッド偏光素子は、絶縁膜が省略され、光入射側側から、光吸収層及び光反射層が積層されて成る構成とすることができる。
ワイヤグリッド偏光素子は、例えば、
(A)例えば光電変換部を形成した後、光電変換部の上方に、第1導電材料から成り、
基板又は光電変換部と電気的に接続された光反射層形成層を設け、次いで、
(B)光反射層形成層の上に絶縁膜形成層を設け、絶縁膜形成層の上に、第2導電材料から成り、少なくとも一部が光反射層形成層と接した光吸収層形成層を設け、その後、
(C)光吸収層形成層、絶縁膜形成層及び光反射層形成層をパターニングすることで、帯状の光反射層、絶縁膜及び光吸収層のライン部が、複数、離間して並置されて成るワイヤグリッド偏光素子を得る、
各工程に基づき製造することができる。尚、
工程(B)において、基板又は光電変換部を介して光反射層形成層を所定の電位とした状態で、第2導電材料から成る光吸収層形成層を設け、
工程(C)において、基板又は光電変換部を介して光反射層形成層を所定の電位とした状態で、光吸収層形成層、絶縁膜形成層及び光反射層形成層をパターニングする形態とすることができる。
(A)例えば光電変換部を形成した後、光電変換部の上方に、第1導電材料から成り、
基板又は光電変換部と電気的に接続された光反射層形成層を設け、次いで、
(B)光反射層形成層の上に絶縁膜形成層を設け、絶縁膜形成層の上に、第2導電材料から成り、少なくとも一部が光反射層形成層と接した光吸収層形成層を設け、その後、
(C)光吸収層形成層、絶縁膜形成層及び光反射層形成層をパターニングすることで、帯状の光反射層、絶縁膜及び光吸収層のライン部が、複数、離間して並置されて成るワイヤグリッド偏光素子を得る、
各工程に基づき製造することができる。尚、
工程(B)において、基板又は光電変換部を介して光反射層形成層を所定の電位とした状態で、第2導電材料から成る光吸収層形成層を設け、
工程(C)において、基板又は光電変換部を介して光反射層形成層を所定の電位とした状態で、光吸収層形成層、絶縁膜形成層及び光反射層形成層をパターニングする形態とすることができる。
また、光反射層の下に下地膜が形成されている構成とすることができ、これによって、光反射層形成層、光反射層のラフネスを改善することができる。下地膜(バリアメタル層)を構成する材料として、TiやTiN、Ti/TiNの積層構造を挙げることができる。
本開示の光電変換素子等におけるワイヤグリッド偏光素子において、帯状の積層構造体の延びる方向は、消光させるべき偏光光の方位と一致しており、帯状の積層構造体の繰り返し方向は、透過させるべき偏光光の方位と一致している構成とすることができる。即ち、光反射層は、偏光子としての機能を有し、ワイヤグリッド偏光素子に入射した光の内、積層構造体の延びる方向と平行な方向に電界成分を有する偏光波(TE波/S波及びTM波/P波のいずれか一方)を減衰させ、積層構造体の延びる方向と直交する方向(帯状の積層構造体の繰り返し方向)に電界成分を有する偏光波(TE波/S波及びTM波/P波のいずれか他方)を透過させる。即ち、積層構造体の延びる方向がワイヤグリッド偏光素子の光吸収軸となり、積層構造体の延びる方向と直交する方向がワイヤグリッド偏光素子の光透過軸となる。帯状の(即ち、ライン・アンド・スペース構造のライン部を構成する)積層構造体の延びる方向を、便宜上、『P方向』と呼び、帯状の積層構造体(ライン部)の繰り返し方向(帯状の積層構造体の延びる方向と直交する方向)を、便宜上、『Q方向』と呼ぶ場合がある。Q方向が偏光方位に相当する。
Q方向は第1の方向あるいは第2の方向と平行である形態とすることができる。前述したαとQ方向との成す角度は、本質的に任意の角度とすることができるが、0度あるいは90度を挙げることができる。但し、これに限定するものではない。
図36に概念図を示すように、ワイヤグリッド偏光素子の形成ピッチQ0が入射する電磁波の波長λ0よりも有意に小さい場合、ワイヤグリッド偏光素子の延在方向(P方向)に平行な平面で振動する電磁波は、選択的にワイヤグリッド偏光素子にて反射・吸収される。ここで、ライン部とライン部との間の距離(Q方向に沿ったスペース部の距離、長さ)を、ワイヤグリッド偏光素子の形成ピッチQ0とする。すると、図36に示すように、ワイヤグリッド偏光素子に到達する電磁波(光)には縦偏光成分と横偏光成分が含まれるが、ワイヤグリッド偏光素子を通過した電磁波は縦偏光成分が支配的な直線偏光となる。ここで、可視光波長帯に着目して考えた場合、ワイヤグリッド偏光素子の形成ピッチQ0がワイヤグリッド偏光素子へ入射する電磁波の実効波長λeffよりも有意に小さい場合、P方向に平行な面に偏った偏光成分はワイヤグリッド偏光素子の表面で反射若しくは吸収される。一方、Q方向に平行な面に偏った偏光成分を有する電磁波がワイヤグリッド偏光素子に入射すると、ワイヤグリッド偏光素子の表面を伝播した電場がワイヤグリッド偏光素子の裏面から入射波長と同じ波長、同じ偏光方位のまま透過(出射)する。ここで、スペース部、並びに、スペース部の上方及び下方に存在する物質に基づき求められた平均屈折率をnaveとしたとき、実効波長λeffは、(λ0/nave)で表される。平均屈折率naveとは、スペース部に存在する物質の屈折率と体積の積、スペース部の上方に存在する物質の屈折率と体積の積、及び、スペース部の下方に存在する物質の屈折率と体積の積を加算して、スペース部の体積、スペース部の上方の体積及びスペース部の下方の体積の合計で除した値である。波長λ0の値を一定とした場合、naveの値が小さいほど、実効波長λeffの値は大きくなり、従って、形成ピッチQ0の値を大きくすることができる。また、naveの値が大きくなるほど、ワイヤグリッド偏光素子における透過率の低下、消光比の低下を招く。
本開示の光電変換素子等にあっては、光吸収層から光が入射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子は、光の透過、反射、干渉、光学異方性による偏光波の選択的光吸収の4つの作用を利用することで、P方向に平行な電界成分を有する偏光波(TE波/S波及びTM波/P波のいずれか一方)を減衰させると共に、Q方向に平行な電界成分を有する偏光波(TE波/S波及びTM波/P波のいずれか他方)を透過させる。即ち、一方の偏光波(例えば、TE波)は、光吸収層の光学異方性による偏光波の選択的光吸収作用によって減衰される。帯状の光反射層は偏光子として機能し、光吸収層及び絶縁膜を透過した一方の偏光波(例えば、TE波)は、光反射層で反射される。このとき、光吸収層を透過し、光反射層で反射された一方の偏光波(例えば、TE波)の位相が半波長分ずれるように絶縁膜を構成すれば、光反射層で反射された一方の偏光波(例えば、TE波)は、光吸収層で反射された一方の偏光波(例えば、TE波)との干渉により打ち消し合って減衰される。以上のようにして、一方の偏光波(例えば、TE波)を選択的に減衰させることができる。但し、上述したように、絶縁膜の厚さが最適化されていなくても、コントラストの向上を実現することができる。それ故、実用上、所望の偏光特性と実際の作製工程との兼ね合い基づき、絶縁膜の厚さを決定すればよい。
以下の説明において、光電変換部の上方に設けられたワイヤグリッド偏光素子を構成する積層構造体を、便宜上、『第1積層構造体』と呼び、第1積層構造体を取り囲む積層構造体を、便宜上、『第2積層構造体』と呼ぶ場合がある。第2積層構造体は、或る光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子(第1積層構造体)と、この或る光電変換素子に隣接した光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子(第1積層構造体)とを結んでいる。第2積層構造体は、ワイヤグリッド偏光素子を構成する積層構造体と同じ構成の積層構造体(即ち、少なくとも光反射層及び光吸収層から成り、例えば、光反射層、絶縁膜及び光吸収層から成る第2積層構造体であり、ライン・アンド・スペース構造が設けられていない、所謂ベタ膜の構造)から構成することができる。第2積層構造体は、ワイヤグリッド偏光素子として機能しないのであれば、ワイヤグリッド偏光素子のようにライン・アンド・スペース構造が設けられていてもよい。即ち、ワイヤグリッドの形成ピッチQ0が入射する電磁波の実効波長よりも充分に大きい構造を有していてもよい。後述するフレーム部も、第2積層構造体から構成すればよい。場合によっては、フレーム部は第1積層構造体から構成してもよい。フレーム部は、ワイヤグリッド偏光素子のライン部と連結されていることが好ましい。フレーム部を遮光部として機能させることもできる。
光反射層(光反射層形成層)は、金属材料、合金材料若しくは半導体材料から成る構成とすることができるし、光吸収層は、金属材料、合金材料若しくは半導体材料から成る構成とすることができる。具体的には、光反射層(光反射層形成層)を構成する無機材料として、具体的には、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、鉄(Fe)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、テルル(Te)等の金属材料や、これらの金属を含む合金材料、半導体材料を挙げることができる。
光吸収層(あるいは光吸収層形成層)を構成する材料として、消衰係数kが零でない、即ち、光吸収作用を有する金属材料や合金材料、半導体材料、具体的には、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、鉄(Fe)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、テルル(Te)、錫(Sn)等の金属材料や、これらの金属を含む合金材料、半導体材料を挙げることができる。また、FeSi2(特にβ-FeSi2)、MgSi2、NiSi2、BaSi2、CrSi2、CoSi2等のシリサイド系材料を挙げることもできる。特に、光吸収層(光吸収層形成層)を構成する材料として、アルミニウム又はその合金、あるいは、β-FeSi2や、ゲルマニウム、テルルを含む半導体材料を用いることで、可視光域で高コントラスト(高消光比)を得ることができる。尚、可視光以外の波長帯域、例えば赤外域に偏光特性を持たせるためには、光吸収層(光吸収層形成層)を構成する材料として、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)等を用いることが好ましい。これらの金属の共鳴波長が赤外域近辺にあるからである。
光反射層形成層、光吸収層形成層は、各種化学的気相成長法(CVD法)、塗布法、スパッタリング法や真空蒸着法を含む各種物理的気相成長法(PVD法)、ゾル-ゲル法、メッキ法、MOCVD法、MBE法等の公知の方法に基づき形成することができる。また、光反射層形成層、光吸収層形成層のパターニング法として、リソグラフィ技術とエッチング技術との組合せ(例えば、四フッ化炭素ガス、六フッ化硫黄ガス、トリフルオロメタンガス、二フッ化キセノンガス等を用いた異方性ドライエッチング技術や、物理的エッチング技術)や、所謂リフトオフ技術、サイドウォールをマスクとして用いる所謂セルフアラインダブルパターニング技術を挙げることができる。リソグラフィ技術として、フォトリソグラフィ技術(高圧水銀灯のg線、i線、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、EUV等を光源として用いたリソグラフィ技術、及び、これらの液浸リソグラフィ技術、電子線リソグラフィ技術、X線リソグラフィ)を挙げることができる。あるいは又、フェムト秒レーザ等の極短時間パルスレーザによる微細加工技術や、ナノインプリント法に基づき、光反射層や光吸収層を形成することもできる。
絶縁膜(あるいは絶縁膜形成層)や層間絶縁層、下地絶縁層、平坦化膜を構成する材料として、入射光に対して透明であり、光吸収特性を有していない絶縁材料、具体的には、酸化シリコン(SiO2)、NSG(ノンドープ・シリケート・ガラス)、BPSG(ホウ素・リン・シリケート・ガラス)、PSG、BSG、PbSG、AsSG、SbSG、SOG(スピンオングラス)等のSiOX系材料(シリコン系酸化膜を構成する材料)、SiN、酸化窒化シリコン(SiON)、SiOC、SiOF、SiCN、低誘電率絶縁材料(例えば、フルオロカーボン、シクロパーフルオロカーボンポリマー、ベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、アモルファステトラフルオロエチレン、ポリアリールエーテル、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、有機SOG、パリレン、フッ化フラーレン、アモルファスカーボン)、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、Silk(The Dow Chemical Co. の商標であり、塗布型低誘電率層間絶縁膜材料)、Flare(Honeywell Electronic Materials Co. の商標であり、ポリアリルエーテル(PAE)系材料)を挙げることができ、単独、あるいは、適宜、組み合わせて使用することができる。あるいは又、ポリメチルメタクリレート(PMMA);ポリビニルフェノール(PVP);ポリビニルアルコール(PVA);ポリイミド;ポリカーボネート(PC);ポリエチレンテレフタレート(PET);ポリスチレン;N-2(アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン(AEAPTMS)、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)等のシラノール誘導体(シランカップリング剤);ノボラック型フェノール樹脂;フッ素系樹脂;オクタデカンチオール、ドデシルイソシアネイト等の一端に制御電極と結合可能な官能基を有する直鎖炭化水素類にて例示される有機系絶縁材料(有機ポリマー)を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。絶縁膜形成層は、各種CVD法、塗布法、スパッタリング法や真空蒸着法を含む各種PVD法、スクリーン印刷法といった各種印刷法、ゾル-ゲル法等の公知の方法に基づき形成することができる。絶縁膜は、光吸収層の下地層として機能すると共に、光吸収層で反射された偏光光と、光吸収層を透過し、光反射層で反射された偏光光の位相を調整し、干渉効果により消光比と透過率を向上させ、反射率を低減する目的で形成される。従って、絶縁膜は、1往復での位相が半波長分ずれるような厚さとすることが望ましい。但し、光吸収層は、光吸収効果を有するが故に、反射された光が吸収される。従って、絶縁膜の厚さが、上述のように最適化されていなくても、消光比の向上を実現することができる。それ故、実用上、所望の偏光特性と実際の作製工程との兼ね合い基づき絶縁膜の厚さを決定すればよく、例えば、1×10-9m乃至1×10-7m、より好ましくは、1×10-8m乃至8×10-8mを例示することができる。また、絶縁膜の屈折率は、1.0より大きく、限定するものではないが、2.5以下とすることが好ましい。
本開示の光電変換素子等において、ワイヤグリッド偏光素子のスペース部は空隙である形態(即ち、スペース部は少なくとも空気で満たされている形態)とすることもできる。このように、ワイヤグリッド偏光素子のスペース部を空隙とすることで、平均屈折率naveの値を小さくすることができる結果、ワイヤグリッド偏光素子における透過率の向上、消光比の向上を図ることができる。また、形成ピッチQ0の値を大きくすることができるので、ワイヤグリッド偏光素子の製造歩留りの向上を図ることができる。ワイヤグリッド偏光素子の上に保護膜が形成された形態とすることもでき、これによって、高い信頼性を有する光電変換素子、受光装置を提供することができるし、保護膜を設けることで、ワイヤグリッド偏光素子の耐湿性の向上等、信頼性を向上させることができる。保護膜の厚さは、偏光特性に影響を与えない範囲の厚さとすればよい。入射光に対する反射率は保護膜の光学厚さ(屈折率×保護膜の膜厚)によっても変化するので、保護膜の材料と厚さは、これらを考慮して決定すればよく、厚さとして、15nm以下を例示することができ、あるいは又は、積層構造体と積層構造体との間の距離の1/4以下を例示することができる。保護膜を構成する材料として、屈折率が2以下、消衰係数が零に近い材料が望ましく、TEOS-SiO2を含むSiO2、SiON、SiN、SiC、SiOC、SiCN等の絶縁材料や、酸化アルミニウム(AlOX)、酸化ハフニウム(HfOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化タンタル(TaOx)等の金属酸化物を挙げることができる。あるいは又、パーフルオロデシルトリクロロシランやオクタデシルトリクロロシランを挙げることができる。保護膜は、各種CVD法、塗布法、スパッタリング法や真空蒸着法を含む各種PVD法、ゾル-ゲル法等の公知のプロセスによって形成することができるが、所謂単原子成長法(ALD法、Atomic Layer Doposition 法)や、HDP-CVD法(高密度プラズマ化学的気相成長法)を採用することが、より好ましい。ALD法やHDP-CVD法を採用することで、薄い保護膜をコンフォーマルにワイヤグリッド偏光素子上に形成することができる。保護膜は、ワイヤグリッド偏光素子の全面に形成してもよいが、ワイヤグリッド偏光素子の側面にのみ形成し、ワイヤグリッド偏光素子とワイヤグリッド偏光素子との間に位置する下地絶縁層の上には形成しない形態とすることができる。そして、このように、ワイヤグリッド偏光素子を構成する金属材料等の露出した部分である側面を覆うように保護膜を形成することで、大気中の水分や有機物を遮断することができ、ワイヤグリッド偏光素子を構成する金属材料等の腐食や異常析出といった問題の発生を確実に抑制することができる。更には、光電変換素子の長期信頼性の向上を図ることが可能となり、より高い信頼性を有するワイヤグリッド偏光素子をオンチップで備える光電変換素子の提供が可能となる。
そして、ワイヤグリッド偏光素子の上に保護膜を形成する場合、更には、ワイヤグリッド偏光素子と保護膜との間には第2保護膜が形成されており、保護膜を構成する材料の屈折率をn1’、第2保護膜を構成する材料の屈折率をn2’としたとき、n1’>n2’ を満足する形態とすることができる。n1’>n2’ を満足することで、平均屈折率naveの値を確実に小さくすることができる。ここで、保護膜はSiNから成り、第2保護膜はSiO2又はSiONから成ることが好ましい。
更には、少なくとも、ワイヤグリッド偏光素子のスペース部に面したライン部の側面には第3保護膜が形成されている形態とすることができる。即ち、スペース部は空気で満たされ、加えて、スペース部には第3保護膜が存在する。ここで、第3保護膜を構成する材料として、屈折率が2以下、消衰係数が零に近い材料が望ましく、TEOS-SiO2を含むSiO2、SiON、SiN、SiC、SiOC、SiCN等の絶縁材料や、酸化アルミニウム(AlOX)、酸化ハフニウム(HfOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化タンタル(TaOx)等の金属酸化物を挙げることができる。あるいは又、パーフルオロデシルトリクロロシランやオクタデシルトリクロロシランを挙げることができる。第3保護膜は、各種CVD法、塗布法、スパッタリング法や真空蒸着法を含む各種PVD法、ゾル-ゲル法等の公知のプロセスによって形成することができるが、所謂単原子成長法(ALD法、Atomic Layer Deposition 法)や、HDP-CVD法(高密度プラズマ化学的気相成長法)を採用することが、より好ましい。ALD法を採用することで、薄い第3保護膜をコンフォーマルにワイヤグリッド偏光素子上に形成することができるが、より一層薄い第3保護膜をライン部の側面に形成するといった観点から、HDP-CVD法を採用することが更に一層好ましい。あるいは又、スペース部を、第3保護膜を構成する材料で充填し、しかも、第3保護膜に、隙間、空孔、ボイド等を設ければ、第3保護膜全体の屈折率を低下させることができる。
ワイヤグリッド偏光素子を構成する金属材料や合金材料(以下、便宜上、『金属材料等』と呼ぶ場合がある)が外気と接触すると、外気からの水分や有機物の付着によって金属材料等の腐食耐性が劣化し、光電変換部の長期信頼性が劣化する虞がある。特に、金属材料等-絶縁材料-金属材料等のライン部(積層構造体)に水分が付着すると、水分中にはCO2やO2が溶解しているために電解液として作用し、2種類のメタル間の間で局部電池が形成される虞がある。そして、このような現象が生じると、カソード(正極)側では水素発生等の還元反応が進み、アノード(負極側)では酸化反応が進むことにより、金属材料等の異常析出やワイヤグリッド偏光素子の形状変化が発生する。その結果、本来期待されたワイヤグリッド偏光素子や光電変換部の性能が損なわれる虞がある。例えば、光反射層としてアルミニウム(Al)を用いる場合、以下の反応式で示すようなアルミニウムの異常析出が発生する虞がある。しかしながら、保護膜を形成すれば、また、第3保護膜を形成すれば、このような問題の発生を確実に回避することができる。
Al → Al3+ + 3e-
Al3+ + 3OH- → Al(OH)3
Al → Al3+ + 3e-
Al3+ + 3OH- → Al(OH)3
本開示の受光装置等において、P方向に沿った光反射層の長さは、光電変換素子の実質的に光電変換を行う領域である光電変換領域のP方向に沿った長さと同じとすることができるし、光電変換素子の長さと同じとすることもできるし、P方向に沿った光電変換素子の長さの整数倍とすることもできるが、これら限定するものではない。
本開示の光電変換素子等において、四分の一波長層よりも光入射側に、オンチップ・マイクロレンズが配置されている形態とすることができる。あるいは又、オンチップ・マイクロレンズ(OCL)は、四分の一波長層あるいはワイヤグリッド偏光素子の上方に配設された主オンチップ・マイクロレンズから構成することができるし、四分の一波長層あるいはワイヤグリッド偏光素子の上方に配設された副オンチップ・マイクロレンズ(インナーレンズ、OPA)、及び、副オンチップ・マイクロレンズ(OPA)の上方に配設された主オンチップ・マイクロレンズから構成することもできる。
そして、本開示の第2の態様~第3の態様に係る受光装置におけるこのような構成にあっては、ワイヤグリッド偏光素子とオンチップ・マイクロレンズとの間に、波長選択手段(具体的には、例えば、周知のフィルタ層)が配置されている構成とすることができる。このような構成を採用することで、各ワイヤグリッド偏光素子における透過光の波長帯域において独立してワイヤグリッド偏光素子の最適化を図ることができ、可視光域全域において一層の低反射率を実現することができる。ワイヤグリッド偏光素子あるいは四分の一波長層と波長選択手段との間には平坦化膜が形成され、ワイヤグリッド偏光素子の下には、ワイヤグリッド偏光素子製造工程においてプロセスの下地として機能するシリコン酸化膜等の無機材料から成る下地絶縁層が形成されている構成とすることができる。副オンチップ・マイクロレンズ(OPA)の上方に主オンチップ・マイクロレンズが配設されている場合には、副オンチップ・マイクロレンズと主オンチップ・マイクロレンズとの間に、波長選択手段(周知のフィルタ層)が配置されている構成とすることができる。
ワイヤグリッド偏光素子の下方には光電変換素子を駆動するために、アルミニウム(Al)や銅(Cu)等から構成された各種配線(配線層)が、例えば、複数層、形成されている。そして、ワイヤグリッド偏光素子は、各種配線(配線層)やコンタクトホール部を介して基板(具体的には、半導体基板)に接続されており、これによって、ワイヤグリッド偏光素子に所定の電位を印加することができる。具体的には、ワイヤグリッド偏光素子は、例えば、接地されている。半導体基板としてシリコン半導体基板、InGaAs基板等の化合物半導体基板を挙げることができる。
光電変換素子の駆動を制御する制御部を構成する、例えば、浮遊拡散層、増幅トランジスタ、リセット・トランジスタ及び選択トランジスタの構成、構造は、従来の制御部における浮遊拡散層、増幅トランジスタ、リセット・トランジスタ及び選択トランジスタの構成、構造と同様とすることができる。制御部は、このように周知の構成、構造とすることができ、上述した基板に設けることができる。
光電変換素子ユニットにおける光電変換素子と光電変換素子との間に導波路構造を設けてもよいし、集光管構造を設けてもよく、これによって、光学的クロストークの低減を図ることができる。ここで、導波路構造は、光電変換部を覆う層間絶縁層の光電変換部と光電変換部との間に位置する領域(例えば、筒状の領域)に形成された、層間絶縁層を構成する材料の屈折率の値よりも大きな値の屈折率を有する薄膜から構成されており、光電変換部の上方から入射した光は、この薄膜で全反射され、光電変換部に到達する。即ち、基板に対する光電変換部の正射影像は、導波路構造を構成する薄膜の基板に対する正射影像の内側に位置し、基板に対する光電変換部の正射影像は、導波路構造を構成する薄膜の基板に対する正射影像によって囲まれている。また、集光管構造は、光電変換部を覆う層間絶縁層の光電変換部と光電変換部との間に位置する領域(例えば、筒状の領域)に形成された、金属材料あるいは合金材料から成る遮光性の薄膜から構成されており、光電変換部の上方から入射した光が、この薄膜で反射され、光電変換部に到達する。即ち、基板に対する光電変換部の正射影像は、集光管構造を構成する薄膜の基板に対する正射影像の内側に位置し、基板に対する光電変換部の正射影像は、集光管構造を構成する薄膜の基板に対する正射影像によって囲まれている。
本開示の受光装置等を固体撮像装置に適用する場合、光電変換素子として、CCD素子、CMOSイメージセンサー、CIS(Contact Image Sensor)、CMD(Charge Modulation Device)型の信号増幅型イメージセンサーを挙げることができる。光電変換素子は、表面照射型あるいは裏面照射型の光電変換素子である。固体撮像装置から、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、カムコーダ、監視カメラ、車両搭載用カメラ、スマートホン用カメラ、ゲーム用のユーザーインターフェースカメラ、生体認証用カメラを構成することができる。そして、通常の撮像に加えて、偏光情報が同時に取得可能な固体撮像装置とすることができる。また、立体画像を撮像する固体撮像装置とすることもできる。本開示の受光装置等から固体撮像装置を構成する場合、固体撮像装置によって、単板式カラー固体撮像装置を構成することができる。
実施例1は、本開示の第1の態様に係る受光装置及び本開示の物体の偏光状態測定方法に関する。実施例1の受光装置における光電変換素子ユニットを構成するN個の四分の一波長層の並び順の概念図を図1Aに示し、M個のワイヤグリッド偏光素子の並び順の概念図を図1Bに示す。また、実施例1の受光装置における光電変換素子ユニットを構成する8×8個の光電変換素子の並び順の概念図を図2に示し、実施例1の受光装置における光電変換素子ユニットの一部の模式的な一部断面図を図3に示し、ワイヤグリッド偏光素子の模式的な平面図を図4及び図5に示す。更には、ワイヤグリッド偏光素子の模式的な斜視図を図27及び図28に示し、ワイヤグリッド偏光素子の模式的な一部断面図を図29A、図29B、図30A及び図30Bに示し、四分の一波長層の模式的な斜視図を図32に示す。
実施例1の受光装置は、複数の光電変換素子ユニット10Aを備えており、各光電変換素子ユニット10Aは、複数の光電変換素子11A(図3には、4つの光電変換素子11A1,11A2,11A3,11A4を図示している)が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成る。そして、各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層60、ワイヤグリッド偏光素子50、及び、光電変換部21がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層60を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層60を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位(ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光の方位)を有するワイヤグリッド偏光素子50を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子50を備えている。
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層60を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層60を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位(ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光の方位)を有するワイヤグリッド偏光素子50を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子50を備えている。
具体的には、各光電変換素子ユニットは、M種類のワイヤグリッド偏光素子50、及び、N種類の四分の一波長層60を有する。ここで、実施例1の受光装置にあっては、M=N=2a(但し、aは2以上の整数、好ましくは、a=3,4,5)である。そして、この場合、M種類のワイヤグリッド偏光素子50の偏光方位は、(180/2a)×m[度](但し、m=0,1,2,3・・・,[2a-1])であり、N種類の四分の一波長層60の進相軸方位は、(180/2a)×n[度](但し、n=0,1,2,3・・・,[2a-1])である。尚、図3及び図11におけるワイヤグリッド偏光素子50の断面は、図面の簡素化のため、図1Bに示す状態と異なっているし、図13及び図21におけるワイヤグリッド偏光素子50の断面は、図面の簡素化のため、図15Bに示す状態と異なっているし、図22におけるワイヤグリッド偏光素子50の断面は、図面の簡素化のため、図23C、図24C、図25C及び図26Cに示す状態と異なっている。
図示した例では、a=3であり、M=N=8とした。M種類のワイヤグリッド偏光素子50の偏光方位は、0度、22.5度、45.0度、67.5度、90.0度、112.5度、135.0度、157.5度に設定されている。偏光方位が0度のワイヤグリッド偏光素子のP方向を第1の方向と平行とし、Q方向を第2の方向と平行としたが、これらに限定するものではない。また、N種類の四分の一波長層60は、図1Aに示すように、第1の方向に偏光した直線偏光の光が、図1Aの紙面垂直方向の上方からN種類の四分の一波長層60に入射し、出射したとき、
第1番目の四分の一波長層を通過した光:右楕円偏光
第2番目の四分の一波長層を通過した光:右円偏光
第3番目の四分の一波長層を通過した光:右楕円偏光
第4番目の四分の一波長層を通過した光:直線偏光
第5番目の四分の一波長層を通過した光:左楕円偏光
第6番目の四分の一波長層を通過した光:左円偏光
第7番目の四分の一波長層を通過した光:左楕円偏光
第8番目の四分の一波長層を通過した光:直線偏光
となるように、各四分の一波長層における進相軸方位が規定されている。尚、第1番目の四分の一波長層を通過した右楕円偏光の光と、第3番目の四分の一波長層を通過した右楕円偏光の光の楕円偏光状態は異なる。また、第5番目の四分の一波長層を通過した左楕円偏光の光と、第7番目の四分の一波長層を通過した左楕円偏光の光の楕円偏光状態は異なる。第4番目の四分の一波長層におけるX方向(進相軸方位)を第1の方向と平行とし、第8番目の四分の一波長層におけるX方向を第2の方向と平行としたが、これに限定するものではない。また、第n番目の光電変換素子がどうような偏光状態の光を出射するかは、どのような偏光状態の光が第n番目の光電変換素子に入射するかに依存する。
第1番目の四分の一波長層を通過した光:右楕円偏光
第2番目の四分の一波長層を通過した光:右円偏光
第3番目の四分の一波長層を通過した光:右楕円偏光
第4番目の四分の一波長層を通過した光:直線偏光
第5番目の四分の一波長層を通過した光:左楕円偏光
第6番目の四分の一波長層を通過した光:左円偏光
第7番目の四分の一波長層を通過した光:左楕円偏光
第8番目の四分の一波長層を通過した光:直線偏光
となるように、各四分の一波長層における進相軸方位が規定されている。尚、第1番目の四分の一波長層を通過した右楕円偏光の光と、第3番目の四分の一波長層を通過した右楕円偏光の光の楕円偏光状態は異なる。また、第5番目の四分の一波長層を通過した左楕円偏光の光と、第7番目の四分の一波長層を通過した左楕円偏光の光の楕円偏光状態は異なる。第4番目の四分の一波長層におけるX方向(進相軸方位)を第1の方向と平行とし、第8番目の四分の一波長層におけるX方向を第2の方向と平行としたが、これに限定するものではない。また、第n番目の光電変換素子がどうような偏光状態の光を出射するかは、どのような偏光状態の光が第n番目の光電変換素子に入射するかに依存する。
図1A及び図1Bに示した四分の一波長層60及びワイヤグリッド偏光素子50を備えた光電変換素子11Amn(但し、m=1,2,・・・、8、n=1,2,・・・、8)の配置状態を、図2に示す。1つの光電変換素子ユニットは1つの画素(ピクセル)を構成する。
異なる偏光方位を有するM種類のワイヤグリッド偏光素子50の第1の方向における並び順は、本質的に任意であり、図1Bに示した状態に限定するものではないし、異なる進相軸方位を有するN種類の四分の一波長層60の第2の方向における並び順も、本質的に任意であり、図1Aに示した状態に限定するものではない。但し、M種類のワイヤグリッド偏光素子50の第1の方向における並び順、及び、N種類の四分の一波長層60の第2の方向における並び順に依存して、得られる画像データが異なるので、予め、標準物体における偏光状態を求め、標準偏光状態データを作成しておく必要がある。M種類のワイヤグリッド偏光素子50のそれぞれは第2の方向に沿って実質的に連続して設けられているし、N種類の四分の一波長層60のそれぞれは第1の方向に沿って実質的に連続して設けられている。
そして、各光電変換素子11において、四分の一波長層60よりも光入射側に、オンチップ・マイクロレンズ81が配置されている。実施例2~実施例3においても同様である。
実施例1の受光装置にあっては、複数の光電変換素子ユニット10Aによって全ての光電変換素子ユニットが構成されている。実施例1の受光装置は、例えば、色分離や分光を目的としない受光装置(例えば、センサ)へ適用することができ、光電変換素子それ自体が特定波長(単色光)に感度を有しており、フィルタ層は不要である。
模式的な斜視図を図32に示すように、四分の一波長層60は、屈折率n1、厚さt1を有する材料から構成された第1誘電体層61、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)、厚さt2を有する材料から構成された第2誘電体層62が、交互に、並置されて成る。ここで、第1誘電体層61を、具体的には、SiN(n1=2.0)から構成し、第2誘電体層62を、具体的には、SiO2(n2=1.5)から構成した。以下の実施例においても同様とすることができる。
実施例1にあっては、
t1 =150nm
t2 =150nm
とすれば、
f =150/(150+150)=0.5
nTE=1.77
nTM=0.59
であり、
H=125nm
とすれば、四分の一波長層60を通過し、位相差が与えられる光の波長λは、
λ=600nm
である。
t1 =150nm
t2 =150nm
とすれば、
f =150/(150+150)=0.5
nTE=1.77
nTM=0.59
であり、
H=125nm
とすれば、四分の一波長層60を通過し、位相差が与えられる光の波長λは、
λ=600nm
である。
図33に、本開示の受光装置に入射する各種の偏光状態の光の挙動を示す。右円偏光状態で四分の一波長層に入射した光は、進相軸方向において位相が(π/4)進み、遅相軸方向において位相が(π/4)遅れる結果、135度直線偏光状態へと偏光状態が変化する。左円偏光状態で四分の一波長層に入射した光は、45度直線偏光状態へと偏光状態が変化する。また、左楕円偏光状態で四分の一波長層に入射した光は、右楕円偏光へと偏光状態が変化するし、右楕円偏光状態で四分の一波長層に入射した光は、左楕円偏光状態へと偏光状態が変化する。45度直線偏光状態で四分の一波長層に入射した光は、右円偏光状態へと偏光状態が変化する。
図6A、図6B、図7A、図7B、図8A及び図8Bの模式図に、光電変換素子ユニットを構成する8×8個の光電変換素子(四分の一波長層60及びワイヤグリッド偏光素子50の配置状態は、図1A及び図1Bを参照)が受光する光電変換部における光量(光強度)を定性的に示す。尚、これらの図面において、数字は相対的な光量(光強度)を示し、小さな数字を有する光電変換素子ほど、多くの光を受光する。
ここで、図6Aに示す例においては、第1の方向に偏光した直線偏光の光が図1Aの紙面垂直方向の上方から、N種類の四分の一波長層60に入射する。また、図6Bに示す例においては、第2の方向に偏光した直線偏光の光が図1Aの紙面垂直方向の上方から、N種類の四分の一波長層60に入射する。更には、図7Aに示す例においては、第1の方向に対して+45度の方向に偏光した直線偏光の光が図1Aの紙面垂直方向の上方から、N種類の四分の一波長層60に入射する。また、図7Bに示す例においては、第1の方向に対して+135度の方向に偏光した直線偏光の光が図1Aの紙面垂直方向の上方から、N種類の四分の一波長層60に入射する。更には、図8Aに示す例においては、右円偏光の光が図1Aの紙面垂直方向の上方から、N種類の四分の一波長層60に入射する。また、図8Bに示す例においては、左円偏光の光が図1Aの紙面垂直方向の上方から、N種類の四分の一波長層60に入射する。
図6Aに類似した状態によって得られる画像を図9Aに示し、図8Aに類似した状態によって得られる画像を図9Bに示し、図8Bに類似した状態によって得られる画像を図9Cに示す。尚、図9A、図9B及び図9Cは、図1A及び図1Bに類似した光電変換素子ユニット(但し、16×16の光電変換素子から構成されている)を備えた受光装置によって得られた画像である。グレースケールの斜めに延びるストライプパターンの第2の方向に沿った変化は、入射光が円偏光である場合、光電変換素子ユニットを一周期とした変化であるし(図9B及び図9C参照)、入射光が直線偏光である場合、光電変換素子ユニットの(1/2)周期とした変化である(図9A参照)。また、グレースケールの斜めに延びるストライプパターンの第2の方向に沿った変化のピッチは、光電変換素子ユニットを構成する光電変換素子の数が多くなるほど、長くなる。即ち、8×8の光電変換素子から構成された光電変換素子ユニットにおけるよりも、16×16の光電変換素子から構成された光電変換素子ユニットにおいては、グレースケールの斜めに延びるストライプパターンの第2の方向に沿った変化のピッチは2倍になる。そして、このように、ストライプパターンの延びる方向、ストライプパターンのピッチ等を検出することで、入射光の偏光状態を容易に知ることができる。
実施例1の受光装置において、異常を発見したときの、光電変換素子ユニットを構成する光電変換素子における光電変換部が受光する光量(光強度)を定性的に示す模式図の一例を図10に示すが、二重に囲った光電変換素子は、異常の状態を検出した光電変換素子を示す。尚、図10に示す状態は、図8Aに示した状態において異常を発見したときの状態の一例である。
実施例1の受光装置、あるいは又、後述する実施例2~実施例3の受光装置において、周知の構成、構造を有する光電変換部21が、シリコン半導体基板31内に、周知の方法で形成されている。光電変換部21は下層・層間絶縁層33で覆われており、下層・層間絶縁層33の上に下地絶縁層34が形成されており、下地絶縁層34の上に、ワイヤグリッド偏光素子50が形成されている。ワイヤグリッド偏光素子50及び下地絶縁層34は平坦化膜35によって覆われており、平坦化膜35上に四分の一波長層60が形成されている。四分の一波長層60及び平坦化膜35上に上層・層間絶縁層36が形成されており、上層・層間絶縁層36の上にオンチップ・マイクロレンズ81が配置されている。図示した例では5層の下層・層間絶縁層33及び4層の配線層32を示したが、これに限定するものではなく、下層・層間絶縁層33、配線層32の層数は任意である。図3、あるいは又、後述する図11、図13、図21及び図22において、下層・層間絶縁層33にハッチング線を付すことは省略した。
図27に模式的な斜視図を示すように、ワイヤグリッド偏光素子50は、ライン・アンド・スペース構造を有する。図29Aに模式的な一部端面図を示すように、ワイヤグリッド偏光素子50のライン部54は、光入射側とは反対側(実施例1にあっては光電変換部側)から、第1導電材料(具体的には、アルミニウム(Al))から成る光反射層51、SiO2から成る絶縁膜52、及び、第2導電材料(具体的には、タングステン(W))から成る光吸収層53が積層された積層構造体(第1積層構造体)から構成されている。光反射層51の頂面全面に絶縁膜52が形成されており、絶縁膜52の頂面全面に光吸収層53が形成されている。具体的には、光反射層51は、厚さ150nmのアルミニウム(Al)から構成され、絶縁膜52は、厚さ25nmあるいは50nmのSiO2から構成され、光吸収層53は、厚さ25nmのタングステン(W)から構成されている。光反射層51は、偏光子としての機能を有し、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した光の内、光反射層51の延びる方向(P方向)と平行な方向に電界成分を有する偏光波を減衰させ、光反射層51の延びる方向と直交する方向(Q方向)に電界成分を有する偏光波を透過させる。P方向はワイヤグリッド偏光素子50の光吸収軸であり、Q方向はワイヤグリッド偏光素子50の光透過軸(偏光方位)である。下地絶縁層34と光反射層51との間には、TiやTiN、Ti/TiNの積層構造から成る下地膜が形成されているが、下地膜の図示は省略した。
光反射層51、絶縁膜52及び光吸収層53は、光電変換素子11において共通である。図4及び図5に示すように、フレーム部59は、スペース部55が設けられていない点を除き、光反射層51、絶縁膜52及び光吸収層53から成る積層構造体(第2積層構造体)から構成されている。即ち、ワイヤグリッド偏光素子50を取り囲むフレーム部59を備えており、フレーム部59とワイヤグリッド偏光素子50のライン部54とは連結されている。フレーム部59は、このように、ワイヤグリッド偏光素子50のライン部54と同じ構造を有し、遮光部としても機能する。図4と図5では、P方向及びQ方向が異なっている。
ワイヤグリッド偏光素子50は、以下の方法で作製することができる。即ち、下地絶縁層34上に、TiあるいはTiN、Ti/TiNの積層構造から成る下地膜(図示せず)、第1導電材料(具体的には、アルミニウム)から成る光反射層形成層51Aを真空蒸着法に基づき設ける(図31A及び図31B参照)。次いで、光反射層形成層51Aの上に絶縁膜形成層52Aを設け、絶縁膜形成層52Aの上に、第2導電材料から成る光吸収層形成層53Aを設ける。具体的には、SiO2から成る絶縁膜形成層52Aを、光反射層形成層51A上にCVD法に基づき形成する(図31C参照)。そして、絶縁膜形成層52A上に、スパッタリング法によって、タングステン(W)から成る光吸収層形成層53Aを形成する。こうして、図31Dに示す構造を得ることができる。
その後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、光吸収層形成層53A、絶縁膜形成層52A及び光反射層形成層51A、更には、下地膜をパターニングすることで、帯状の光反射層51、絶縁膜52及び光吸収層53のライン部(積層構造体)54が、複数、離間して並置されて成るライン・アンド・スペース構造を有するワイヤグリッド偏光素子50を得ることができる。その後、CVD法に基づき平坦化膜35を、ワイヤグリッド偏光素子50を覆うように形成すればよい。光反射層51、絶縁膜52及び光吸収層53から成るフレーム部59によってワイヤグリッド偏光素子50は囲まれている。
ワイヤグリッド偏光素子50の変形例として、図29Bの模式的な一部端面図に示すように、ワイヤグリッド偏光素子50の上に形成された保護膜56を備えており、ワイヤグリッド偏光素子50のスペース部55は空隙である構成を挙げることができる。即ち、スペース部55の一部若しくは全部が空気で満たされている。
また、図30Aの模式的な一部端面図に示すように、ワイヤグリッド偏光素子50と保護膜56との間に第2保護膜57が形成されている構成とすることもできる。保護膜56を構成する材料の屈折率をn1’、第2保護膜57を構成する材料の屈折率をn2’としたとき、n1’>n2’ を満足する。ここで、例えば、保護膜56は、SiN(n1’=2.0)から成り、第2保護膜57は、SiO2(n2’=1.5)から成る。図面においては、第2保護膜57の底面(下地絶縁層34と対向する面)を平坦な状態で示したが、スペース部55に向かって第2保護膜57の底面が凸状となっている場合もあるし、保護膜56に向かって第2保護膜57の底面が凹状となっている場合、あるいは、楔状に凹んでいる場合もある。
このような構造は、ライン・アンド・スペース構造を有するワイヤグリッド偏光素子50を得た後、CVD法に基づき、SiO2から成り、平均厚さ0.01μm乃至10μmの第2保護膜57を全面に形成する。ライン部54とライン部54との間に位置するスペース部55の上方は、第2保護膜57によって塞がれる。次いで、CVD法に基づき、SiNから成り、平均厚さ0.1μm乃至10μmの保護膜56を第2保護膜57の上に形成する。保護膜56をSiNから構成することで、高い信頼性を有するワイヤグリッド偏光素子50を得ることができる。但し、SiNは比較的高い比誘電率を有するので、SiO2から成る第2保護膜57を形成することで、平均屈折率naveの低下を図っている。
このようにワイヤグリッド偏光素子のスペース部を空隙とすることで(具体的には、空気で充填されているので)、平均屈折率naveの値を小さくすることができ、その結果、ワイヤグリッド偏光素子における透過率の向上、消光比の向上を図ることができる。また、形成ピッチQ0の値を大きくすることができるので、ワイヤグリッド偏光素子の製造歩留りの向上を図ることができる。しかも、ワイヤグリッド偏光素子の上に保護膜を形成すれば、高い信頼性を有する光電変換部、受光装置を提供することができる。また、フレーム部とワイヤグリッド偏光素子のライン部とを連結することで、また、フレーム部をワイヤグリッド偏光素子のライン部と同じ構造とすることで、安定して、しかも、均質・均一なワイヤグリッド偏光素子を形成することができる。それ故、光電変換部の四隅に対応するワイヤグリッド偏光素子の外周部の部分に剥離が発生するといった問題、ワイヤグリッド偏光素子の外周部の構造とワイヤグリッド偏光素子の中央部の構造に差異が生じ、ワイヤグリッド偏光素子自体の性能が低下するといった問題、ワイヤグリッド偏光素子の外周部に入射した光が偏光方向の異なる隣接する光電変換部に漏れ込み易いといった問題を解消することができ、高い信頼性を有する光電変換部、受光装置を提供することができる。
ワイヤグリッド偏光素子は、絶縁膜が省略された構造、即ち、光入射側とは反対側から、光反射層(例えば、アルミニウムから成る)及び光吸収層(例えば、タングステンから成る)が積層された構成とすることができる。あるいは又、1層の導電遮光材料層から構成することもできる。導電遮光材料層を構成する材料として、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、タングステン(W)、あるいは、これらの金属を含む合金といった、光電変換部が感度を有する波長域において複素屈折率の小さい導体材料を挙げることができる。
場合によっては、図30Bにワイヤグリッド偏光素子の模式的な一部端面図を示すように、スペース部55に面したライン部54の側面に、例えば、SiO2から成る第3保護膜58が形成されていてもよい。即ち、スペース部55は空気で満たされ、加えて、スペース部には第3保護膜58が存在する。第3保護膜58は、例えば、HDP-CVD法に基づき成膜されており、これによって、より一層薄い第3保護膜58をコンフォーマルにライン部54の側面に形成することができる。
場合によっては、ワイヤグリッド偏光素子の変形例の模式的な斜視図を図28に模式的な斜視図を示すように、絶縁膜52の一部が切り欠かれ、光反射層51と光吸収層53とは絶縁膜52の切欠き部52aにおいて接している構成とすることもできる。
模式的な斜視図を図32に示す四分の一波長層60は、以下の方法で作製することができる。即ち、平坦化膜35上に、第1誘電体層61をCVD法に基づき設ける。その後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、第1誘電体層61をパターニングすることで、帯状の第1誘電体層61が、複数、離間して並置されて成るライン・アンド・スペース構造を得ることができる。その後、ALD法に基づき、全面に第2誘電体層62を形成した後、第2誘電体層62に平坦化処理を施すことで、四分の一波長層60を得ることができる。
周知の構成、構造を有する光電変換部21が、シリコン半導体基板31内に、周知の方法で形成されているが、実施例1の受光装置における光電変換素子ユニットの変形例の一部の模式的な一部断面図を図11に示し、光電変換部の等価回路図を図12に示すように、半導体基板31には、光電変換部21と接続され、光電変換部21において生成した電荷を一時的に保存するメモリ部TRmemが形成されていてもよい。尚、以下の説明は、実施例2~実施例3に対しても適用することができる。
メモリ部TRmemは、光電変換部21、ゲート部22、チャネル形成領域、及び、高濃度不純物領域23から構成されている。ゲート部22は、メモリ選択線MEMに接続されている。また、高濃度不純物領域23は、光電変換部21と離間して、シリコン半導体基板31内に、周知の方法で形成されている。高濃度不純物領域23の上方には遮光膜24が形成されている。即ち、高濃度不純物領域23は遮光膜24で覆われている。これによって、高濃度不純物領域23に光が入射することを阻止している。電荷を一時的に保存するメモリ部TRmemを備えることで、所謂グローバルシャッター機能を容易に実現することができる。遮光膜24を構成する材料として、クロム(Cr)や銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、光を通さない樹脂(例えば、ポリイミド樹脂)を例示することができる。
図12にのみ図示する転送トランジスタTRtrsは、転送ゲート線TGに接続されたゲート部、チャネル形成領域、高濃度不純物領域23に接続された(あるいは又、高濃度不純物領域23と領域を共有した)一方のソース/ドレイン領域、及び、浮遊拡散層FDを構成する他方のソース/ドレイン領域から構成されている。
図12にのみ図示するリセット・トランジスタTRrstは、ゲート部、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン領域から構成されている。リセット・トランジスタTRrstのゲート部はリセット線RSTに接続され、リセット・トランジスタTRrstの一方のソース/ドレイン領域は電源VDDに接続され、他方のソース/ドレイン領域は、浮遊拡散層FDを兼ねている。
図12にのみ図示する増幅トランジスタTRampは、ゲート部、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン領域から構成されている。ゲート部は配線層を介して、リセット・トランジスタTRrstの他方のソース/ドレイン領域(浮遊拡散層FD)に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域は、電源VDDに接続されている。
図12にのみ図示する選択トランジスタTRselは、ゲート部、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン領域から構成されている。ゲート部は、選択線SELに接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域は、増幅トランジスタTRampを構成する他方のソース/ドレイン領域と領域を共有しており、他方のソース/ドレイン領域は、信号線(データ出力線)VSL(117)(図34参照)に接続されている。
光電変換部21は、また、電荷排出制御トランジスタTRABGの一方のソース/ドレイン領域に接続されている。電荷排出制御トランジスタTRABGのゲート部は、電荷排出制御トランジスタ制御線ABGに接続されており、他方のソース/ドレイン領域は電源VDDに接続されている。
光電変換部21の電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作は、従来の光電変換部における電荷蓄積、リセット動作、電荷転送といった一連の動作と同様であるので、詳細な説明は省略する。
光電変換部21、メモリ部TRmem、転送トランジスタTRtrs、リセット・トランジスタTRrst、増幅トランジスタTRamp、選択トランジスタTRsel及び電荷排出制御トランジスタTRABGは下層・層間絶縁層33で覆われている。
図34に、実施例1~実施例3の受光装置を固体撮像装置に適用した場合の固体撮像装置の概念図を示す。この固体撮像装置100は、光電変換素子101が2次元アレイ状に配列された撮像領域(有効画素領域)111、並びに、周辺領域に配設され、その駆動回路(周辺回路)としての垂直駆動回路112、カラム信号処理回路113、水平駆動回路114、出力回路115及び駆動制御回路116等から構成されている。これらの回路は周知の回路から構成することができるし、また、他の回路構成(例えば、従来のCCD撮像装置やCMOS撮像装置にて用いられる各種の回路)を用いて構成することができることは云うまでもない。図34において、光電変換素子101における参照番号「101」の表示は、1行のみとした。
駆動制御回路116は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスター・クロックに基づいて、垂直駆動回路112、カラム信号処理回路113及び水平駆動回路114の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、生成されたクロック信号や制御信号は、垂直駆動回路112、カラム信号処理回路113及び水平駆動回路114に入力される。
垂直駆動回路112は、例えば、シフトレジスタによって構成され、撮像領域111の各光電変換素子101を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各光電変換素子101における受光光量に応じて生成した電流(信号)に基づく画素信号(画像信号)は、信号線(データ出力線)117,VSLを介してカラム信号処理回路113に送られる。
カラム信号処理回路113は、例えば、光電変換素子101の列毎に配置されており、1行分の光電変換素子101から出力される画像信号を光電変換部毎に黒基準画素(図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される)からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅の信号処理を行う。カラム信号処理回路113の出力段には、水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線118との間に接続されて設けられる。
水平駆動回路114は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路113の各々を順次選択し、カラム信号処理回路113の各々から信号を水平信号線118に出力する。
出力回路115は、カラム信号処理回路113の各々から水平信号線118を介して順次供給される信号に対して、信号処理を行って出力する。
実施例1の受光装置における光電変換素子ユニットにあっては、光入射側から、所望の進相軸方位を有する四分の一波長層、所望の偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部が、この順に配置された光電変換素子の組合せを備えているので、光電変換素子に入射する光の偏光状態を容易に認識することが可能となるし、また、光がどの偏光成分を多く有しているかを容易に知り得ることが可能となる。それ故、偏光の状態を調べるための受光装置(例えば、小型センサ)を提供することができる。所望の偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子及び光電変換部のみがこの順に配置された従来の受光装置にあっては、画像全体が或る方向に偏光しているかを知ることが困難であるし、画像の狭い領域における偏光状態を知ることも困難である。一方、実施例1の受光装置にあっては、画像全体が或る方向に偏光しているかを容易に知ることができるし、画像の狭い領域における偏光状態を正確に知ることが可能である。また、作業者が画像を見て、瞬時、被写体(物体)に異常が発生していることを知ることができるし、画像処理を行うことで、異常発生を自動的に検出することができる。
実施例1の物体(被写体)の偏光状態測定方法は、
複数の光電変換素子ユニット10Aを備えており、
各光電変換素子ユニット10Aは、以上に説明した実施例1の光電変換素子ユニットから構成されており、
受光装置によって物体(被写体)を撮像して、画像データを取得し、
受光装置において、取得された偏光状態を示す画像データを標準物体の標準偏光状態データと比較し、比較結果を得る。
複数の光電変換素子ユニット10Aを備えており、
各光電変換素子ユニット10Aは、以上に説明した実施例1の光電変換素子ユニットから構成されており、
受光装置によって物体(被写体)を撮像して、画像データを取得し、
受光装置において、取得された偏光状態を示す画像データを標準物体の標準偏光状態データと比較し、比較結果を得る。
実施例1の物体の偏光状態測定方法にあっては、所定の偏光状態(例えば、図6A、図6B、図7A、図7B、図8A及び図8Bを参照して説明した、いずれかの偏光状態)及び波長(例えば、600nm)を有する光を物体(被写体)に照射して、受光装置によって物体(被写体)を撮像すればよい(例えば、図9A、図9B及び図9C参照)。
そして、実施例1の物体の偏光状態測定方法にあっては、比較結果を得ることで、物体(被写体)の表面状態を評価することができる。具体的には、物体(被写体)の福屈折性を測定することができ、一例として、物体(被写体)であるレンズの成形状態を把握することができる。あるいは又、薄膜状の物体において、比較結果を得ることで、物体(被写体)の膜厚の状態を評価することができる。具体的には、エリプソメーターにおいて、実施例1の受光装置を用いることで、膜厚の測定を行うことができる。あるいは又、比較結果を得ることで、物体(被写体)における異物の存在を評価する構成とすることができる。
実施例2は、本開示の第2の態様に係る受光装置に関する。実施例2の受光装置における光電変換素子ユニットの模式的な一部断面図を図13に示し、実施例2の受光装置における光電変換素子ユニットを構成する3×2個の光電変換素子の並び順の概念図を図14に示し、実施例2の受光装置における光電変換素子ユニットを構成する四分の一波長層を通過する光の偏光状態を図15Aに示し、ワイヤグリッド偏光素子を通過する光の状態を模式的に図15Bに示す。また、実施例2の受光装置において、第5光電変換素子を構成する四分の一波長層の進相軸方位、ワイヤグリッド偏光素子の偏光方位、四分の一波長層を通過した光の偏光状態、ワイヤグリッド偏光素子を通過した光の状態を、模式的に図16A及び図16B並びに図17A及び図17Bに示し、第6光電変換素子を構成する四分の一波長層の進相軸方位、ワイヤグリッド偏光素子の偏光方位、四分の一波長層を通過した光の偏光状態、ワイヤグリッド偏光素子を通過した光の状態を、模式的に図16C及び図16D並びに図17C及び図17Dに示す。更には、実施例2の受光装置における光電変換素子ユニットを構成する3×2個の光電変換素子の光電変換部が受光する光量(光強度)を模式的に図18に示し、実施例2の受光装置の撮像状態を図19A及び図19Bに示し、所謂偏光度を説明するための図を図20A及び図20Bに示す。
実施例2の受光装置は、複数の光電変換素子ユニット10Bを備えており、
各光電変換素子ユニット10Bは、第1光電変換素子11B1、第2光電変換素子11B2、第3光電変換素子11B3、第4光電変換素子11B4、第5光電変換素子11B5及び第6光電変換素子11B6から構成されており、
第1光電変換素子11B1、第2光電変換素子11B2、第3光電変換素子11B3及び第4光電変換素子11B4は、光入射側から、ワイヤグリッド偏光素子50、及び、光電変換部21がこの順に配置されており、
第5光電変換素子11B5及び第6光電変換素子11B6は、光入射側から、四分の一波長層60、ワイヤグリッド偏光素子50、及び、光電変換部21がこの順に配置されている。
各光電変換素子ユニット10Bは、第1光電変換素子11B1、第2光電変換素子11B2、第3光電変換素子11B3、第4光電変換素子11B4、第5光電変換素子11B5及び第6光電変換素子11B6から構成されており、
第1光電変換素子11B1、第2光電変換素子11B2、第3光電変換素子11B3及び第4光電変換素子11B4は、光入射側から、ワイヤグリッド偏光素子50、及び、光電変換部21がこの順に配置されており、
第5光電変換素子11B5及び第6光電変換素子11B6は、光入射側から、四分の一波長層60、ワイヤグリッド偏光素子50、及び、光電変換部21がこの順に配置されている。
そして、
第1光電変換素子11B1を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子11B2を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子11B3を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子11B4を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第5光電変換素子11B5を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第6光電変換素子11B6を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第5光電変換素子11B5を構成する四分の一波長層60における進相軸方位をβ度としたとき、第6光電変換素子11B6を構成する四分の一波長層60における進相軸方位は(β±90)度である。
第1光電変換素子11B1を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子11B2を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子11B3を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子11B4を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第5光電変換素子11B5を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第6光電変換素子11B6を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第5光電変換素子11B5を構成する四分の一波長層60における進相軸方位をβ度としたとき、第6光電変換素子11B6を構成する四分の一波長層60における進相軸方位は(β±90)度である。
ここで、αと第2の方向との成す角度は、本質的に任意の角度とすることができるが、0度あるいは90度を挙げることができ、実施例2においてはα=0度とした。また、βと第2の方向との成す角度は、本質的に任意の角度とすることができるが、45度あるいは135度を挙げることができ、実施例2においてはβ=45度とした。即ち、βと第2の方向との成す角度を45度とした。従って、β=(α±45)度を満たす関係にある。更には、βとα’との成す角度は、α’=(β±45)度を満足する。実施例2においては、α’=(β-45)度とした。即ち、第2の方向に対して、
α = 0度
β =45度
α’= 0度
とした。
α = 0度
β =45度
α’= 0度
とした。
尚、図15B、図16A、図16B、図16C、図16D、図17A、図17B、図17C及び図17D、並びに、後述する図23C、図24C、図25C及び図26Cにおいて、細い実線はP方向を示す。細い実線に直交する方向がQ方向である。また、図16A、図16B、図16C、図16D、図17A、図17B、図17C及び図17D、並びに、後述する図23A、図23B、図24A、図24B、図25A、図25B、図26A及び図26Bにおいて、細い点線は進相軸方位を示す。更には、図15Bにおいて、矢印は、Q方向を示し、また、ワイヤグリッド偏光素子を通過することができる直線偏光成分を有する光を示す。
そして、実施例2の受光装置において、
各光電変換素子ユニット10Bは、第1の方向に3個、第1の方向とは異なる第2の方向に2個の、合計3×2個の光電変換素子から構成されており、
第1の方向に沿った第1列目に、第1光電変換素子11B1、第2光電変換素子11B2及び第5光電変換素子11B5が順不同で配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、第3光電変換素子11B3、第4光電変換素子11B4及び第6光電変換素子11B6が順不同で配置されている。図示した例では、第1の方向に沿った第1列目に、第1光電変換素子11B1、第5光電変換素子11B5、及び、第2光電変換素子11B2がこの順に配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、第4光電変換素子11B4、第6光電変換素子11B6、及び、第3光電変換素子11B3がこの順に配置されている。
各光電変換素子ユニット10Bは、第1の方向に3個、第1の方向とは異なる第2の方向に2個の、合計3×2個の光電変換素子から構成されており、
第1の方向に沿った第1列目に、第1光電変換素子11B1、第2光電変換素子11B2及び第5光電変換素子11B5が順不同で配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、第3光電変換素子11B3、第4光電変換素子11B4及び第6光電変換素子11B6が順不同で配置されている。図示した例では、第1の方向に沿った第1列目に、第1光電変換素子11B1、第5光電変換素子11B5、及び、第2光電変換素子11B2がこの順に配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、第4光電変換素子11B4、第6光電変換素子11B6、及び、第3光電変換素子11B3がこの順に配置されている。
更には、実施例2の受光装置において、光電変換素子ユニット10Bには、少なくとも、直線偏光成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光が、混在した状態で入射する。図16に図示した例では、左円偏光成分を有する光が入射するし、図17に図示した例では、右円偏光成分を有する光が入射する。
偏光方位α’度と進相軸方位β度との関係は、広くは、
(a)進相軸方位β度を有する第5光電変換素子11B5に、右円偏光成分を有する光及び左円偏光成分を有する光のいずれか一方が入射し、直線偏光の光として出射され、ワイヤグリッド偏光素子に入射したとき、この入射光がワイヤグリッド偏光素子に遮られることなく、出射される場合、
進相軸方位(β±90)度を有する第6光電変換素子11B6に、右円偏光成分を有する光及び左円偏光成分を有する光のいずれか一方が入射し、直線偏光の光として出射され、ワイヤグリッド偏光素子に入射したとき、この入射光がワイヤグリッド偏光素子に遮られる関係、あるいは又、
(b)進相軸方位β度を有する第5光電変換素子11B5に、右円偏光成分を有する光及び左円偏光成分を有する光のいずれか一方が入射し、直線偏光の光として出射され、ワイヤグリッド偏光素子に入射したとき、この入射光がワイヤグリッド偏光素子に遮られる場合、
進相軸方位(β±90)度を有する第6光電変換素子11B6に、右円偏光成分を有する光及び左円偏光成分を有する光のいずれか一方が入射し、直線偏光の光として出射され、ワイヤグリッド偏光素子に入射したとき、この入射光がワイヤグリッド偏光素子に遮られることなく、出射される関係とすることが好ましい。
(a)進相軸方位β度を有する第5光電変換素子11B5に、右円偏光成分を有する光及び左円偏光成分を有する光のいずれか一方が入射し、直線偏光の光として出射され、ワイヤグリッド偏光素子に入射したとき、この入射光がワイヤグリッド偏光素子に遮られることなく、出射される場合、
進相軸方位(β±90)度を有する第6光電変換素子11B6に、右円偏光成分を有する光及び左円偏光成分を有する光のいずれか一方が入射し、直線偏光の光として出射され、ワイヤグリッド偏光素子に入射したとき、この入射光がワイヤグリッド偏光素子に遮られる関係、あるいは又、
(b)進相軸方位β度を有する第5光電変換素子11B5に、右円偏光成分を有する光及び左円偏光成分を有する光のいずれか一方が入射し、直線偏光の光として出射され、ワイヤグリッド偏光素子に入射したとき、この入射光がワイヤグリッド偏光素子に遮られる場合、
進相軸方位(β±90)度を有する第6光電変換素子11B6に、右円偏光成分を有する光及び左円偏光成分を有する光のいずれか一方が入射し、直線偏光の光として出射され、ワイヤグリッド偏光素子に入射したとき、この入射光がワイヤグリッド偏光素子に遮られることなく、出射される関係とすることが好ましい。
あるいは又、偏光方位α’度と進相軸方位β度との関係は、例えば、
α’=(β+45)度
を満足する。それ故、
(c-1)進相軸方位β度を有する第5光電変換素子11B5に、右円偏光成分を有する光が入射したとき、進相軸方位βに対して135度の直線偏光の光が第5光電変換素子11B5から出射される。そして、この直線偏光した光は、偏光方位(β+45)度を有する第5光電変換素子11B5のワイヤグリッド偏光素子に入射するが、この直線偏光した光とQ方向の成す角度は90度であるが故に、ワイヤグリッド偏光素子によって遮られる。
(c-2)一方、進相軸方位(β+90)度を有する第6電変換素子11B6に、右円偏光成分を有する光が入射したとき、進相軸方位(β+90)に対して135度の直線偏光の光(進相軸方位βに対して45度の直線偏光の光)が第6光電変換素子11B6から出射される。そして、この直線偏光した光は、偏光方位(β+45)度を有する第6光電変換素子11B6のワイヤグリッド偏光素子に入射するが、この直線偏光した光とQ方向の成す角度は0度であるが故に、ワイヤグリッド偏光素子を通過する。
(d-1)進相軸方位β度を有する第5光電変換素子11B5に、左円偏光成分を有する光が入射したとき、進相軸方位βに対して45度の直線偏光の光が第5光電変換素子11B5から出射される。そして、この直線偏光した光は、偏光方位(β+45)度を有する第5光電変換素子11B5のワイヤグリッド偏光素子に入射するが、この直線偏光した光とQ方向の成す角度は0度であるが故に、ワイヤグリッド偏光素子を通過する。
(d-2)一方、進相軸方位(β+90)度を有する第6電変換素子11B6に、左円偏光成分を有する光が入射したとき、進相軸方位(β+90)に対して45度の直線偏光の光(進相軸方位βに対して135度の直線偏光の光)が第6電変換素子11B6から出射される。そして、この直線偏光した光は、偏光方位(β+45)度を有する第6光電変換素子11B6のワイヤグリッド偏光素子に入射するが、この直線偏光した光とQ方向の成す角度は90度であるが故に、ワイヤグリッド偏光素子によって遮られる。
α’=(β+45)度
を満足する。それ故、
(c-1)進相軸方位β度を有する第5光電変換素子11B5に、右円偏光成分を有する光が入射したとき、進相軸方位βに対して135度の直線偏光の光が第5光電変換素子11B5から出射される。そして、この直線偏光した光は、偏光方位(β+45)度を有する第5光電変換素子11B5のワイヤグリッド偏光素子に入射するが、この直線偏光した光とQ方向の成す角度は90度であるが故に、ワイヤグリッド偏光素子によって遮られる。
(c-2)一方、進相軸方位(β+90)度を有する第6電変換素子11B6に、右円偏光成分を有する光が入射したとき、進相軸方位(β+90)に対して135度の直線偏光の光(進相軸方位βに対して45度の直線偏光の光)が第6光電変換素子11B6から出射される。そして、この直線偏光した光は、偏光方位(β+45)度を有する第6光電変換素子11B6のワイヤグリッド偏光素子に入射するが、この直線偏光した光とQ方向の成す角度は0度であるが故に、ワイヤグリッド偏光素子を通過する。
(d-1)進相軸方位β度を有する第5光電変換素子11B5に、左円偏光成分を有する光が入射したとき、進相軸方位βに対して45度の直線偏光の光が第5光電変換素子11B5から出射される。そして、この直線偏光した光は、偏光方位(β+45)度を有する第5光電変換素子11B5のワイヤグリッド偏光素子に入射するが、この直線偏光した光とQ方向の成す角度は0度であるが故に、ワイヤグリッド偏光素子を通過する。
(d-2)一方、進相軸方位(β+90)度を有する第6電変換素子11B6に、左円偏光成分を有する光が入射したとき、進相軸方位(β+90)に対して45度の直線偏光の光(進相軸方位βに対して135度の直線偏光の光)が第6電変換素子11B6から出射される。そして、この直線偏光した光は、偏光方位(β+45)度を有する第6光電変換素子11B6のワイヤグリッド偏光素子に入射するが、この直線偏光した光とQ方向の成す角度は90度であるが故に、ワイヤグリッド偏光素子によって遮られる。
更には、実施例2の受光装置にあっては、
第1光電変換素子11B1を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光を通過させ、
第2光電変換素子11B2を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光を通過させ、
第3光電変換素子11B3を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光を通過させ、
第4光電変換素子11B4を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光を通過させる。
第1光電変換素子11B1を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光を通過させ、
第2光電変換素子11B2を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光を通過させ、
第3光電変換素子11B3を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光を通過させ、
第4光電変換素子11B4を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光を通過させる。
一例として、第2の方向に対して15度の角度(第1の方向に対して75度の角度)を成す直線偏光の光(以下、便宜上、『15度程度の直線偏光の光』と呼ぶ)、及び、左円偏光の光が混在した光が、実施例2の受光装置における各光電変換素子ユニット10Bに入射したとする。実施例2の受光装置において、各光電変換素子は、特定波長(単色光)に感度を有しており、フィルタ層は不要である。1つの光電変換素子ユニット10Bによって、1つの画素(ピクセル)が構成される。実施例2の受光装置にあっては、単色の画像を表示する。
そして、この場合、第1光電変換素子11B1を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位α度(第2の方向に対して0度)の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光を通過させる。具体的には、第1光電変換素子11B1を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、15度程度の直線偏光の光の内、偏光方位α度の成分を有する光(光量:AL1-1)、及び、左円偏光の光の内の約(1/4)の光(光量:ALCP)を通過させる。即ち、第1光電変換素子11B1、あるいは又、以下に述べる第2光電変換素子11B2、第3光電変換素子11B3及び第4光電変換素子11B4は、左円偏光成分を有する光の約(1/4)を取り出すことができる。
15度程度の直線偏光に基づく光量:AL1-1
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
15度程度の直線偏光に基づく光量:AL1-1
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
また、第2光電変換素子11B2を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度(第2の方向に対して45度)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光を通過させる。具体的には、第2光電変換素子11B2を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、15度程度の直線偏光の光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光(光量:AL1-2)、及び、左円偏光の光の内の約(1/4)の光(光量:ALCP)を通過させる。
15度程度の直線偏光に基づく光量:AL1-2
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
15度程度の直線偏光に基づく光量:AL1-2
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
更には、第3光電変換素子11B3を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度(第2の方向に対して90度)の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光を通過させる。具体的には、第3光電変換素子11B3を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、15度程度の直線偏光の光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光、及び、左円偏光の光の内の約(1/4)の光(光量:ALCP)を通過させる。尚、15度程度の直線偏光の光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光は、実質的に、第3光電変換素子11B3を構成するワイヤグリッド偏光素子50によって遮られる。
15度程度の直線偏光に基づく光量:0
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
15度程度の直線偏光に基づく光量:0
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
また、第4光電変換素子11B4を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度(第2の方向に対して135度)の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光を通過させる。具体的には、第4光電変換素子11B4を構成するワイヤグリッド偏光素子50は、15度程度の直線偏光の光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光、及び、左円偏光の光の内の約(1/4)の光(光量:ALCP)を通過させる。尚、15度程度の直線偏光の光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光は、実質的に、第4光電変換素子11B4を構成するワイヤグリッド偏光素子50によって遮られる。
15度程度の直線偏光に基づく光量:0
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
15度程度の直線偏光に基づく光量:0
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
第5光電変換素子11B5を構成する四分の一波長層60において、第2の方向に対する進相軸方位βは45度である。また、15度程度の直線偏光の光と進相軸方位βとの成す角度は約120度である。従って、四分の一波長層60は、15度程度の直線偏光の光の入射に基づき、左円偏光の光を出射する(図16Aの左側の図参照)。そして、第5光電変換素子11B5を構成するワイヤグリッド偏光素子50の偏光方位α’は0度であるので、ワイヤグリッド偏光素子50は、出射された左円偏光の光の内の約(1/4)の光(光量:ALLP')を通過させる(図16Aの右側の図参照)。
また、第5光電変換素子11B5を構成する四分の一波長層60は、左円偏光の光の入射に基づき、進相軸方位に対して45度傾いた直線偏光の光(第1の方向に平行な直線偏光の光)を出射する(図16Bの左側の図参照)。そして、第5光電変換素子11B5を構成するワイヤグリッド偏光素子50の偏光方位α’は0度であるので、ワイヤグリッド偏光素子50は、出射された直線偏光の光を遮る(図16Bの右側の図参照)。
第5光電変換素子11B5の光電変換部が得られる光量は、以下のとおりである。
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
左円偏光の光に基づく光量 :0
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
左円偏光の光に基づく光量 :0
第6光電変換素子11B6を構成する四分の一波長層60において、第2の方向に対する進相軸方位(β+90)は135度である。また、15度程度の直線偏光の光と進相軸方位βとの成す角度は約30度である。従って、四分の一波長層60は、15度程度の直線偏光の光の入射に基づき、右円偏光の光を出射する(図16Cの左側の図参照)。そして、第6光電変換素子11B6を構成するワイヤグリッド偏光素子50の偏光方位α’は0度であるので、ワイヤグリッド偏光素子50は、出射された右円偏光の光の内の約(1/4)の光(光量:ALLP')を通過させる(図16Cの右側の図参照)。
また、第6光電変換素子11B6を構成する四分の一波長層60は、左円偏光の光の入射に基づき、進相軸方位に対して45度傾いた直線偏光の光(第2の方向に平行な直線偏光の光)を出射する(図16Dの左側の図参照)。そして、第6光電変換素子11B6を構成するワイヤグリッド偏光素子50の偏光方位α’は0度であるので、ワイヤグリッド偏光素子50は、出射された直線偏光の光(光量:ALCP')を通過させる(図16Dの右側の図参照)。
第6光電変換素子11B6の光電変換部が得られる光量は、以下のとおりである。
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP'
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP'
第5光電変換素子11B5及び第6光電変換素子11B6を構成する四分の一波長層に右円偏光の光が入射した場合も、同様の議論に基づき、以下の結果が得られる(図17A、図17B、図17C及び図17D参照)。即ち、第5光電変換素子11B5の光電変換部が得られる光量は、以下のとおりである。
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
右円偏光の光に基づく光量 :ALCP'
また、第6光電変換素子11B6の光電変換部が得られる光量は、以下のとおりである。
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
右円偏光の光に基づく光量 :0
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
右円偏光の光に基づく光量 :ALCP'
また、第6光電変換素子11B6の光電変換部が得られる光量は、以下のとおりである。
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
右円偏光の光に基づく光量 :0
このように、第5光電変換素子11B5及び第6光電変換素子11B6によって円偏光成分の多い、少ないが判るし、右円偏光成分が多いか、左円偏光成分が多いかが判る。
以上の状態を、模式的に図18に図示する。
更には、実施例2の受光装置は、データ処理部を更に有しており、
第1光電変換素子11B1を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL1、
第2光電変換素子11B2を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL2、
第3光電変換素子11B3を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL3、
第4光電変換素子11B4を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL4、
第5光電変換素子11B5を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL5、
第6光電変換素子11B6を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL6、
としたとき、
データ処理部は、
AL5≧AL6の場合、ΔAL’=AL5-AL6を求め、
AL5<AL6の場合、ΔAL’=AL6-AL5を求め、
データ処理部は、更に、光量AL1,AL2,AL3及びAL4に基づき得られるフィッテイング・カーブの最大値と最小値との差ΔAL及びΔAL’から偏光度を求める。具体的には、偏光度は、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL’)
で求められる。更には、得られた画像データの内、データ処理部は、偏光度が高い領域と偏光度が低い領域とを、異なる色で表示する。
第1光電変換素子11B1を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL1、
第2光電変換素子11B2を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL2、
第3光電変換素子11B3を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL3、
第4光電変換素子11B4を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL4、
第5光電変換素子11B5を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL5、
第6光電変換素子11B6を構成する光電変換部21によって得られる光量をAL6、
としたとき、
データ処理部は、
AL5≧AL6の場合、ΔAL’=AL5-AL6を求め、
AL5<AL6の場合、ΔAL’=AL6-AL5を求め、
データ処理部は、更に、光量AL1,AL2,AL3及びAL4に基づき得られるフィッテイング・カーブの最大値と最小値との差ΔAL及びΔAL’から偏光度を求める。具体的には、偏光度は、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL’)
で求められる。更には、得られた画像データの内、データ処理部は、偏光度が高い領域と偏光度が低い領域とを、異なる色で表示する。
或る方向の直線偏光成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光が混在した状態で、第1光電変換素子Q1、第2光電変換素子Q2、第3光電変換素子Q3及び第4光電変換素子Q4の4つの従来の光電変換素子から構成された従来の光電変換素子ユニットに入射したときの各光電変換素子における光電変換部にて得られる光量(光強度)を、模式的に図20A及び図20Bに示す。図20A及び図20Bから、約30度の偏光方位に直線偏光している光が多く存在していることが判る。図20Aに示す例では、ΔALの値が大きく、ΔAL”の値が小さく、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL”)
の値が「1」に近い大きな値であり、偏光度が高いと云える。一方、図20Bに示す例では、ΔALの値が小さく、ΔAL”の値が大きく、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL”)
の値が小さな値であり、偏光度が低いと云える。ΔAL”は、フィッテイング・カーブにおける最小値から基準の光量(光強度)を減じた値である。図20A及び図20Bにおいて、第1光電変換素子Q1は、ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位が0度の従来の光電変換素子であり、第2光電変換素子Q2は、ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位が45度の従来の光電変換素子であり、第3光電変換素子Q3は、ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位が90度の従来の光電変換素子であり、第4光電変換素子Q4は、ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位が135度の従来の光電変換素子である。
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL”)
の値が「1」に近い大きな値であり、偏光度が高いと云える。一方、図20Bに示す例では、ΔALの値が小さく、ΔAL”の値が大きく、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL”)
の値が小さな値であり、偏光度が低いと云える。ΔAL”は、フィッテイング・カーブにおける最小値から基準の光量(光強度)を減じた値である。図20A及び図20Bにおいて、第1光電変換素子Q1は、ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位が0度の従来の光電変換素子であり、第2光電変換素子Q2は、ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位が45度の従来の光電変換素子であり、第3光電変換素子Q3は、ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位が90度の従来の光電変換素子であり、第4光電変換素子Q4は、ワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位が135度の従来の光電変換素子である。
以上に説明した実施例2の受光装置における光電変換素子11B1,11B2,11B3,11B4,11B5,11B6の受光光量(光強度)を纏めると以下のとおりとなる。
第1光電変換素子11B1
15度程度の直線偏光に基づく光量:AL1-1
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
第2光電変換素子11B2
15度程度の直線偏光に基づく光量:AL1-2
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
第3光電変換素子11B3
15度程度の直線偏光に基づく光量:0
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
第4光電変換素子11B4
15度程度の直線偏光に基づく光量:0
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
第5光電変換素子11B5
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
左円偏光の光に基づく光量 :0
第6光電変換素子11B6
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP'
第1光電変換素子11B1
15度程度の直線偏光に基づく光量:AL1-1
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
第2光電変換素子11B2
15度程度の直線偏光に基づく光量:AL1-2
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
第3光電変換素子11B3
15度程度の直線偏光に基づく光量:0
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
第4光電変換素子11B4
15度程度の直線偏光に基づく光量:0
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP
第5光電変換素子11B5
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
左円偏光の光に基づく光量 :0
第6光電変換素子11B6
15度程度の直線偏光に基づく光量:ALLP'
左円偏光の光に基づく光量 :ALCP'
ここで、AL5<AL6であるので、
ΔAL’=AL6-AL5
=ALCP'
となる。また、
ALCP≒ALCP'/4
である。従って、各第1光電変換素子11B1,11B2,11B3,11B4が受光した光の光量から(ΔAL’/4)を減じることで、各第1光電変換素子11B1,11B2,11B3,11B4が受光した直線偏光の光の光量ALLP-1,ALLP-2,ALLP-3,ALLP-4を求めることができる。即ち、実施例2の受光装置にあっては、直線偏光成分と円偏光成分の分離を図ることができる。
ΔAL’=AL6-AL5
=ALCP'
となる。また、
ALCP≒ALCP'/4
である。従って、各第1光電変換素子11B1,11B2,11B3,11B4が受光した光の光量から(ΔAL’/4)を減じることで、各第1光電変換素子11B1,11B2,11B3,11B4が受光した直線偏光の光の光量ALLP-1,ALLP-2,ALLP-3,ALLP-4を求めることができる。即ち、実施例2の受光装置にあっては、直線偏光成分と円偏光成分の分離を図ることができる。
そして、こうして求められた各第1光電変換素子11B1,11B2,11B3,11B4が受光した光量AL1,AL2,AL3,AL4(具体的には、直線偏光の光の光量ALLP-1,ALLP-2,ALLP-3,ALLP-4)に基づき、上述したとおり、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL’)
を求めることができるし、更には、これらの光量に基づき画像を表示すればよい。各光電変換素子ユニットにおける第1光電変換素子11B1に基づき得られた画像を図19Aの「0°」に示し、第2光電変換素子11B2に基づき得られた画像を図19Aの「45°」に示し、第3光電変換素子11B3に基づき得られた画像を図19Aの「90°」に示し、第4光電変換素子11B4に基づき得られた画像を図19Aの「135°」に示す。
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL’)
を求めることができるし、更には、これらの光量に基づき画像を表示すればよい。各光電変換素子ユニットにおける第1光電変換素子11B1に基づき得られた画像を図19Aの「0°」に示し、第2光電変換素子11B2に基づき得られた画像を図19Aの「45°」に示し、第3光電変換素子11B3に基づき得られた画像を図19Aの「90°」に示し、第4光電変換素子11B4に基づき得られた画像を図19Aの「135°」に示す。
これらの画像において、光量ALLP-1,ALLP-2,ALLP-3,ALLP-4の多い領域を「白っぽく」示すが、この領域は偏光度が高い。一方、光量ALLP-1,ALLP-2,ALLP-3,ALLP-4の少ない領域を「黒っぽく」示すが、この領域は偏光度が低い。また、図19Aの4つの画像を合成した画像を図19Bに示す。偏光度が高い領域は、所謂「白飛び」のため、偏光情報が取得されていない領域(偏光情報不足している領域)と容易に判断することができる。尚、このような偏光情報が取得されていない領域は、光電変換素子からの出力が高すぎる領域、即ち、光電変換素子を構成する光電変換部が入力光に対して飽和している領域である。
実施例2の受光装置にあっては、このような偏光情報が取得されていない領域に色付けを行って表示することができる。それ故、このような偏光情報が取得されていない領域(偏光情報不足している領域)を外して、他の領域から偏光情報を適切に得ることができる。即ち、実施例2の受光装置にあっては、所謂偏光度を容易に知ることができるし、画像の観察者は、画像のどの領域において、偏光情報が取得されていないかを、容易に識別することができる。また、円偏光成分を偏光度算出に用いることで、画像全体の実質的な解像度の向上を図ることができる。更には、例えば、空や窓ガラスを撮像した画像の部分、水面を撮像した画像の部分等に対して所望の処理を加えることで、偏光成分を強調あるいは低減させることができ、あるいは又、各種偏光成分を分離することができ、画像のコントラストの改善、不要な情報を削除を行うことができる。
実施例2の受光装置は、前述したケース(2-1)の光電変換素子ユニット-2Aによって、全ての光電変換素子ユニットが構成されている。尚、この場合、光電変換素子ユニット-2Aにおける光電変換素子は、同じ構成、構造を有していてもよい。あるいは又、実施例2の受光装置は、前述したケース(2-2)乃至(2-10)の形態を有していてもよい。
また、実施例2の受光装置の変形例は、2次元状に配列された複数の光電変換素子ユニット群から構成されており、
1つの光電変換素子ユニット群は、2×2に配置された4つの光電変換素子ユニットから構成されており、
第1光電変換素子ユニットは、第1の波長範囲の光を通過させる第1フィルタ層を備えており、
第2光電変換素子ユニットは、第2の波長範囲の光を通過させる第2フィルタ層を備えており、
第3光電変換素子ユニットは、第3の波長範囲の光を通過させる第3フィルタ層を備えており、
第4光電変換素子ユニットは、第4の波長範囲の光を通過させる第4フィルタ層を備えている構成とすることができる。また、この場合、第1光電変換素子ユニット、第2光電変換素子ユニット、第3光電変換素子ユニット及び第4光電変換素子ユニットを構成する光電変換素子における四分の一波長層及びワイヤグリッド偏光素子の仕様を、前述したとおり、入力光の波長に合わせて最適化すればよい。このような実施例2の受光装置の変形例の一例の模式的な一部断面図を図21に示すが、フィルタ層71は、四分の一波長層60の上方に配設されている。1つの光電変換素子ユニット群から1画素(ピクセル)が構成され、2×2に配置された4つの光電変換素子ユニットから1副画素(サブピクセル)が構成される。そして、このような構成によってカラー画像を表示することができる。
1つの光電変換素子ユニット群は、2×2に配置された4つの光電変換素子ユニットから構成されており、
第1光電変換素子ユニットは、第1の波長範囲の光を通過させる第1フィルタ層を備えており、
第2光電変換素子ユニットは、第2の波長範囲の光を通過させる第2フィルタ層を備えており、
第3光電変換素子ユニットは、第3の波長範囲の光を通過させる第3フィルタ層を備えており、
第4光電変換素子ユニットは、第4の波長範囲の光を通過させる第4フィルタ層を備えている構成とすることができる。また、この場合、第1光電変換素子ユニット、第2光電変換素子ユニット、第3光電変換素子ユニット及び第4光電変換素子ユニットを構成する光電変換素子における四分の一波長層及びワイヤグリッド偏光素子の仕様を、前述したとおり、入力光の波長に合わせて最適化すればよい。このような実施例2の受光装置の変形例の一例の模式的な一部断面図を図21に示すが、フィルタ層71は、四分の一波長層60の上方に配設されている。1つの光電変換素子ユニット群から1画素(ピクセル)が構成され、2×2に配置された4つの光電変換素子ユニットから1副画素(サブピクセル)が構成される。そして、このような構成によってカラー画像を表示することができる。
具体的には、1つの光電変換素子ユニット群は、例えば、ベイヤ配置に配置された4つの光電変換素子ユニットから構成されており、第1の波長範囲の光として赤色光、第2の波長範囲の光及び第3の波長範囲の光として緑色光、第4の波長範囲の光として青色光を挙げることができる。あるいは又、第1の波長範囲の光として赤色光、第2の波長範囲の光として緑色光、第3の波長範囲の光として青色光、第4の波長範囲の光として赤外光を挙げることができ、この場合には、第4光電変換素子ユニットは、第1の波長範囲、第2の波長範囲及び第3の波長範囲の光を通過させない第4フィルタ層を備えている構成とすることができる。あるいは又、光電変換素子ユニットの配列は、前述した各種の配列を有していてもよい。そして、
第1光電変換素子ユニットを構成する第1の四分の一波長層は第1の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第2光電変換素子ユニットを構成する第2の四分の一波長層は第2の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第3光電変換素子ユニットを構成する第3の四分の一波長層は第3の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第4光電変換素子ユニットを構成する第4の四分の一波長層は第4の波長範囲の光に対して位相差を与える構成とすることができる。
第1光電変換素子ユニットを構成する第1の四分の一波長層は第1の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第2光電変換素子ユニットを構成する第2の四分の一波長層は第2の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第3光電変換素子ユニットを構成する第3の四分の一波長層は第3の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第4光電変換素子ユニットを構成する第4の四分の一波長層は第4の波長範囲の光に対して位相差を与える構成とすることができる。
そして、実施例2の受光装置の変形例にあっては、第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層に配置されている。更には、
四分の一波長層60は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層61、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層62が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t11,t12)と、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t21,t22)と、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t31,t32)と、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t41,t42)とは、異なり、即ち、t11,t21,t31,t41は同じ値ではないし、t12,t22,t32,t42は同じ値ではないし、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層厚(H1=H2=H3=H4)を有する。
四分の一波長層60は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層61、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層62が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t11,t12)と、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t21,t22)と、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t31,t32)と、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t41,t42)とは、異なり、即ち、t11,t21,t31,t41は同じ値ではないし、t12,t22,t32,t42は同じ値ではないし、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層厚(H1=H2=H3=H4)を有する。
実施例2においては、上述したとおり、1つの光電変換素子ユニット群は、例えば、ベイヤ配置に配置された4つの光電変換素子ユニットから構成されているので、t21=t31,t22=t32とした。また、H1=H2=H3=H4=115nmとした。
第1の四分の一波長層に関して、
t11=210nm
t12=90nm
f =210/(210+90)=0.7
nTE=1.86
nTM=0.56
であり、第1の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ1は、
λ1=600nm
である。
t11=210nm
t12=90nm
f =210/(210+90)=0.7
nTE=1.86
nTM=0.56
であり、第1の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ1は、
λ1=600nm
である。
また、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層に関して、
t21=t31=150nm
t22=t32=150nm
f =150/(150+150)=0.5
nTE=1.77
nTM=0.59
であり、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ2-3は、
λ2-3=550nm
である。
t21=t31=150nm
t22=t32=150nm
f =150/(150+150)=0.5
nTE=1.77
nTM=0.59
であり、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ2-3は、
λ2-3=550nm
である。
更には、第4の四分の一波長層に関して、
t41=60nm
t42=240nm
f =60/(60+240)=0.2
nTE=1.61
nTM=0.64
であり、第4の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ4は、
λ4=450nm
である。
t41=60nm
t42=240nm
f =60/(60+240)=0.2
nTE=1.61
nTM=0.64
であり、第4の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ4は、
λ4=450nm
である。
あるいは又、実施例2の受光装置の変形例にあっては、第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層に配置されている。そして、
四分の一波長層60は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層61、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層62が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t11,t12)と、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t21,t22)と、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t31,t32)と、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t41,t42)とは、同じであり、即ち、t11=t21=t31=t41,t12=t22=t32=t42であり、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層厚を有する構成とすることができる。
四分の一波長層60は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層61、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層62が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t11,t12)と、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t21,t22)と、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t31,t32)と、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層61及び第2誘電体層62の厚さ(t41,t42)とは、同じであり、即ち、t11=t21=t31=t41,t12=t22=t32=t42であり、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層厚を有する構成とすることができる。
但し、1つの光電変換素子ユニット群は、例えば、ベイヤ配置に配置された4つの光電変換素子ユニットから構成されているので、H2=H3とした。第1の四分の一波長層は、例えば、第1層目を占め、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層は、例えば、第2層目を占め、第4の四分の一波長層は、例えば、第3層目を占めているが、このような状態に限定するものではなく、第1の四分の一波長層が占める層、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層が占める層、第4の四分の一波長層が占める層の順序は、本質的に任意である。
ここで、
t11=t21=t31=t41=150nm
t12=t22=t32=t42=150nm
である。
t11=t21=t31=t41=150nm
t12=t22=t32=t42=150nm
である。
そして、第1の四分の一波長層に関して、
f =150/(150+150)=0.5
nTE=1.77
nTM=0.59
であり、
H=125nm
とすれば、第1の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ1は、
λ1=600nm
である。
f =150/(150+150)=0.5
nTE=1.77
nTM=0.59
であり、
H=125nm
とすれば、第1の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ1は、
λ1=600nm
である。
また、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層に関して、
f =150/(150+150)=0.5
nTE=1.77
nTM=0.59
であり、
H=115nm
とすれば、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ23-3は、
λ2-3=550nm
である。
f =150/(150+150)=0.5
nTE=1.77
nTM=0.59
であり、
H=115nm
とすれば、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ23-3は、
λ2-3=550nm
である。
更には、第4の四分の一波長層に関して、
f =150/(150+150)=0.5
nTE=1.77
nTM=0.59
であり、
H=95nm
とすれば、第4の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ4は、
λ4=450nm
である。
f =150/(150+150)=0.5
nTE=1.77
nTM=0.59
であり、
H=95nm
とすれば、第4の四分の一波長層を通過し、位相差が与えられる光の波長λ4は、
λ4=450nm
である。
以上の実施例2の受光装置の変形例の説明は、実施例3の受光装置に対しても適用することができる。
実施例3は、本開示の第3の態様に係る受光装置に関する。実施例3の受光装置における光電変換素子ユニットの一部の模式的な一部断面図を図22に示す。また、実施例3の受光装置における光電変換素子ユニットを構成する第1層目の四分の一波長層(『第1層目のλ/4位相板』と称し、以下においても同様)を通過する光の偏光状態を図23A、図24A、図25A及び図26Aに示し、第2層目の四分の一波長層(『第2層目のλ/4位相板』と称し、以下においても同様)を通過する光の偏光状態を図23B、図24B、図25B及び図26Bに示し、ワイヤグリッド偏光素子(『WGP』と称し、以下においても同様)を通過する光の状態を模式的に図23C、図24C、図25C及び図26Cに示す。
実施例3の受光装置は、
複数の光電変換素子ユニット10Cを備えており、
各光電変換素子ユニット10Cは、第1光電変換素子11C1、第2光電変換素子11C2、第3光電変換素子11C3及び第4光電変換素子11C4を備えており、
第1光電変換素子11C1、第2光電変換素子11C2、第3光電変換素子11C3及び第4光電変換素子11C4は、光入射側から、第1層目の四分の一波長層60A、第2層目の四分の一波長層60B、ワイヤグリッド偏光素子50、及び、光電変換部21がこの順に配置されており、
第1光電変換素子11C1を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子11C2を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子11C3を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子11C4を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第1光電変換素子11C1を構成する第1層目の四分の一波長層60Aの進相軸方位はβ度であり、
第2光電変換素子11C2を構成する第1層目の四分の一波長層60Aの進相軸方位は(β+45)度であり、
第3光電変換素子11C3を構成する第1層目の四分の一波長層60Aの進相軸方位は(β+90)度であり、
第4光電変換素子11C4を構成する第1層目の四分の一波長層60Aの進相軸方位は(β度+135)であり、
各光電変換素子において、第2層目の四分の一波長層60Bの進相軸方位と、第1層目の四分の一波長層60Aの進相軸方位との成す角度は、±45度である。
複数の光電変換素子ユニット10Cを備えており、
各光電変換素子ユニット10Cは、第1光電変換素子11C1、第2光電変換素子11C2、第3光電変換素子11C3及び第4光電変換素子11C4を備えており、
第1光電変換素子11C1、第2光電変換素子11C2、第3光電変換素子11C3及び第4光電変換素子11C4は、光入射側から、第1層目の四分の一波長層60A、第2層目の四分の一波長層60B、ワイヤグリッド偏光素子50、及び、光電変換部21がこの順に配置されており、
第1光電変換素子11C1を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子11C2を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子11C3を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子11C4を構成するワイヤグリッド偏光素子50が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第1光電変換素子11C1を構成する第1層目の四分の一波長層60Aの進相軸方位はβ度であり、
第2光電変換素子11C2を構成する第1層目の四分の一波長層60Aの進相軸方位は(β+45)度であり、
第3光電変換素子11C3を構成する第1層目の四分の一波長層60Aの進相軸方位は(β+90)度であり、
第4光電変換素子11C4を構成する第1層目の四分の一波長層60Aの進相軸方位は(β度+135)であり、
各光電変換素子において、第2層目の四分の一波長層60Bの進相軸方位と、第1層目の四分の一波長層60Aの進相軸方位との成す角度は、±45度である。
そして、1つの光電変換素子ユニット10Cによって、1つの画素(ピクセル)が構成される。実施例3の受光装置にあっては、単色の画像を表示する。尚、実施例2の受光装置の変形例で説明したとおり、実施例2の受光装置の変形例を実施例3の受光装置に対しても適用することができ、この場合、1つの光電変換素子ユニット群から1画素(ピクセル)が構成され、2×2に配置された4つの光電変換素子ユニットから1副画素(サブピクセル)が構成され、このような構成によってカラー画像を表示することができる。
ここで、限定するものではないが、α=βとすることができる。αと第2の方向との成す角度は、本質的に任意の角度とすることができるが、0度あるいは90度を挙げることができ、実施例3においてはα=0度とした。即ち、αとQ方向との成す角度を0度とし、P方向との成す角度を90度とした。また、βと第2の方向との成す角度は、本質的に任意の角度とすることができるが、0度あるいは90度を挙げることができ、実施例3においてはβ=0度とした。即ち、βと第2の方向との成す角度を0度とした。
以下、先ず、実施例3の受光装置における光電変換素子ユニットにおいて、第2の方向に偏光した直線偏光の光が図23Aの紙面垂直方向の上方から第1層目の四分の一波長層60Aに入射し、ワイヤグリッド偏光素子50を通過したときの状態を説明する。ここで、第1層目の四分の一波長層60Aを通過する光の偏光状態を図23Aに示し、第2層目の四分の一波長層60Bを通過する光の偏光状態を図23Bに示し、ワイヤグリッド偏光素子50を通過した光の状態を模式的に図23Cに示す。
図23A、図23B及び図23Cの第2象限に位置する第1の光電変換素子11C1において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が0度であるが故に、第2の方向に偏光した直線偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した直線偏光の光は、第2層目の四分の一波長層60Bにおける進相軸との成す角度が135度であるが故に、左円偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した左円偏光の光の一部は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。尚、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した左円偏光の光の残部は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過することができない。このような光の通過状態を、「黒三角」印(▲)で示す。
図23A、図23B及び図23Cの第1象限に位置する第2の光電変換素子11C2において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が135度であるが故に、左円偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した左円偏光の光は、進相軸と成す角度が45度(第2の方向との成す角度が135度)の直線偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した直線偏光の光は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過することができない。尚、このような光の通過状態を「バツ」印(×)で示す。
図23A、図23B及び図23Cの第4象限に位置する第3の光電変換素子11C3において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が90度であるが故に、第2の方向に偏光した直線偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した直線偏光の光は、第2層目の四分の一波長層60Bにおける進相軸との成す角度が45度であるが故に、右円偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した右円偏光の光の一部は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。
図23A、図23B及び図23Cの第3象限に位置する第4の光電変換素子11C4において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が45度であるが故に、右円偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した右円偏光の光は、進相軸と成す角度が135度(第2の方向との成す角度が135度)の直線偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した直線偏光の光は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。尚、このような光の通過状態を「白丸」印(○)で示す。
以上のとおり、第2の方向に偏光した直線偏光の光が、図23Aの紙面垂直方向の上方から第1層目の四分の一波長層60Aに入射したときのワイヤグリッド偏光素子通過状態は、以下のとおりである。
第2象限に位置する第1の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第1象限に位置する第2の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:×
第4象限に位置する第3の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第3象限に位置する第4の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:○
第2象限に位置する第1の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第1象限に位置する第2の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:×
第4象限に位置する第3の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第3象限に位置する第4の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:○
次に、実施例3の受光装置における光電変換素子ユニットにおいて、第1の方向に偏光した直線偏光の光が図24Aの紙面垂直方向の上方から第1層目の四分の一波長層60Aに入射し、ワイヤグリッド偏光素子50を通過したときの状態を説明する。ここで、第1層目の四分の一波長層60Aを通過する光の偏光状態を図24Aに示し、第2層目の四分の一波長層60Bを通過する光の偏光状態を図24Bに示し、ワイヤグリッド偏光素子50を通過した光の状態を模式的に図24Cに示す。
図24A、図24B及び図24Cの第2象限に位置する第1の光電変換素子11C1において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が90度であるが故に、第1の方向に偏光した直線偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した直線偏光の光は、第2層目の四分の一波長層60Bにおける進相軸との成す角度が45度であるが故に、右円偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した右円偏光の光の一部は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。
図24A、図24B及び図24Cの第1象限に位置する第2の光電変換素子11C2において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が45度であるが故に、右円偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した右円偏光の光は、進相軸と成す角度が135度(第2の方向との成す角度が45度)の直線偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した直線偏光の光は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。
図24A、図24B及び図24Cの第4象限に位置する第3の光電変換素子11C3において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が0度であるが故に、第1の方向に偏光した直線偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した直線偏光の光は、第2層目の四分の一波長層60Bにおける進相軸との成す角度が135度であるが故に、左円偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した左円偏光の光の一部は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。
図24A、図24B及び図24Cの第3象限に位置する第4の光電変換素子11C4において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が135度であるが故に、左円偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した左円偏光の光は、進相軸と成す角度が45度(第2の方向との成す角度が45度)の直線偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した直線偏光の光は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過することができない。
以上のとおり、第1の方向に偏光した直線偏光の光が、図24Aの紙面垂直方向の上方から第1層目の四分の一波長層60Aに入射したときのワイヤグリッド偏光素子通過状態は、以下のとおりである。
第2象限に位置する第1の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第1象限に位置する第2の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:○
第4象限に位置する第3の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第3象限に位置する第4の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:×
第2象限に位置する第1の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第1象限に位置する第2の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:○
第4象限に位置する第3の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第3象限に位置する第4の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:×
次に、実施例3の受光装置における光電変換素子ユニットにおいて、第1の方向に対して-45度、偏光した直線偏光の光が図25Aの紙面垂直方向の上方から第1層目の四分の一波長層60Aに入射し、ワイヤグリッド偏光素子50を通過したときの状態を説明する。ここで、第1層目の四分の一波長層60Aを通過する光の偏光状態を図25Aに示し、第2層目の四分の一波長層60Bを通過する光の偏光状態を図25Bに示し、ワイヤグリッド偏光素子50を通過した光の状態を模式的に図25Cに示す。
図25A、図25B及び図25Cの第2象限に位置する第1の光電変換素子11C1において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が45度であるが故に、右円偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した右円偏光の光は、進相軸と成す角度が135度(第2の方向との成す角度が0度)の直線偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した直線偏光の光は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。
図25A、図25B及び図25Cの第1象限に位置する第2の光電変換素子11C2において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が0度であるが故に、直線偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した直線偏光の光は、第2層目の四分の一波長層60Bにおける進相軸との成す角度が135度であるが故に、左円偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した左円偏光の光の一部は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。
図25A、図25B及び図25Cの第4象限に位置する第3の光電変換素子11C3において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が135度であるが故に、左円偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した左円偏光の光は、進相軸と成す角度が45度(第2の方向との成す角度が0度)の直線偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した直線偏光の光は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過することができない。
図25A、図25B及び図25Cの第3象限に位置する第4の光電変換素子11C4において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が90度であるが故に、直線偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した直線偏光の光は、第2層目の四分の一波長層60Bにおける進相軸との成す角度が45度であるが故に、右円偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した右円偏光の光の一部は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。
以上のとおり、第1の方向に-45度、偏光した直線偏光の光が、図25Aの紙面垂直方向の上方から第1層目の四分の一波長層60Aに入射したときのワイヤグリッド偏光素子通過状態は、以下のとおりである。
第2象限に位置する第1の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:○
第1象限に位置する第2の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第4象限に位置する第3の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:×
第3象限に位置する第4の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第2象限に位置する第1の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:○
第1象限に位置する第2の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第4象限に位置する第3の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:×
第3象限に位置する第4の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
次に、実施例3の受光装置における光電変換素子ユニットにおいて、第1の方向に対して+45度、偏光した直線偏光の光が図26Aの紙面垂直方向の上方から第1層目の四分の一波長層60Aに入射し、ワイヤグリッド偏光素子50を通過したときの状態を説明する。ここで、第1層目の四分の一波長層60Aを通過する光の偏光状態を図26Aに示し、第2層目の四分の一波長層60Bを通過する光の偏光状態を図26Bに示し、ワイヤグリッド偏光素子50を通過した光の状態を模式的に図26Cに示す。
図26A、図26B及び図26Cの第2象限に位置する第1の光電変換素子11C1において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が135度であるが故に、左円偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した左円偏光の光は、進相軸と成す角度が45度(第2の方向との成す角度が90度)の直線偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した直線偏光の光は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過することができない。
図26A、図26B及び図26Cの第1象限に位置する第2の光電変換素子11C2において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が90度であるが故に、直線偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した直線偏光の光は、第2層目の四分の一波長層60Bにおける進相軸との成す角度が45度であるが故に、右円偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した右円偏光の光の一部は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。
図26A、図26B及び図26Cの第4象限に位置する第3の光電変換素子11C3において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が45度であるが故に、右円偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した右円偏光の光は、進相軸と成す角度が135度(第2の方向との成す角度が90度)の直線偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した直線偏光の光は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。
図26A、図26B及び図26Cの第3象限に位置する第4の光電変換素子11C4において、第1層目の四分の一波長層60Aに入射した直線偏光の光は、第1層目の四分の一波長層60Aにおける進相軸との成す角度が0度であるが故に、直線偏光の状態で、第1層目の四分の一波長層60Aから出射する。そして、第2層目の四分の一波長層60Bに入射した直線偏光の光は、第2層目の四分の一波長層60Bにおける進相軸との成す角度が135度であるが故に、左円偏光の状態で、第2層目の四分の一波長層60Bから出射する。そして、ワイヤグリッド偏光素子50に入射した左円偏光の光の一部は、ワイヤグリッド偏光素子50を通過する。
以上のとおり、第1の方向に+45度、偏光した直線偏光の光が、図26Aの紙面垂直方向の上方から第1層目の四分の一波長層60Aに入射したときのワイヤグリッド偏光素子通過状態は、以下のとおりである。
第2象限に位置する第1の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:×
第1象限に位置する第2の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第4象限に位置する第3の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:○
第3象限に位置する第4の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第2象限に位置する第1の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:×
第1象限に位置する第2の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
第4象限に位置する第3の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:○
第3象限に位置する第4の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子:▲
以上の説明においては、第1の方向に-45度、0度、+45度、+90度、偏光した直線偏光の光が、第1層目の四分の一波長層60Aに入射したときのワイヤグリッド偏光素子通過状態を説明したが、第1の方向に対して「或る角度」に偏光した直線偏光の光が、第1層目の四分の一波長層60Aに入射したときの、この或る角度は、第1の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子、第2の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子、第3の光電変換素子におけるワイヤグリッド偏光素子及び第4の光電変換素子が受光する光量(光強度)を分析することで、求めることができる。
以上に説明したとおり、実施例3の受光装置においては、第1の光電変換素子、第2の光電変換素子、第3の光電変換素子及び第4の光電変換素子のそれぞれにおける受光光量(光強度)を求めることで、受光装置における光電変換素子ユニットに入射する光の偏光状態を容易に知ることができるし、第1の光電変換素子、第2の光電変換素子、第3の光電変換素子及び第4の光電変換素子のそれぞれに基づき、特定の直線偏光を有する光を容易に取り出すことができるし、PLフィルターやCPLフィルターとしての機能を付与することができる。
また、実施例1~実施例3において説明した受光装置にあっては、各光電変換素子(撮像素子)において光強度、偏光成分強度、偏光方向を得ることができるので、例えば、撮像後に、偏光情報に基づき画像データを加工することができる。例えば、空や窓ガラスを撮像した画像の部分、水面を撮像した画像の部分等に対して所望の処理を加えることで、偏光成分を強調あるいは低減させることができ、あるいは又、各種偏光成分を分離することができ、画像のコントラストの改善、不要な情報を削除を行うことができる。尚、具体的には、例えば、固体撮像装置を用いて撮像を行うときに撮像モードを規定することで、このような処理を行うことができる。更には、固体撮像装置によって、窓ガラスへの映り込みの除去を行うことができるし、偏光情報を画像情報に加えることで複数の物体の境界(輪郭)の鮮明化を図ることができる。あるいは又、路面の状態の検出や、路面上の障害物の検出を行うこともできる。更には、物体の複屈折性を反映した模様の撮像、リターデーション分布の測定、偏光顕微鏡画像の取得、物体の表面形状の取得や物体の表面性状の測定、移動体(車両等)の検出、雲の分布等の測定といった気象観測、各種の分野への適用、応用が可能である。また、立体画像を撮像する固体撮像装置とすることもできる。
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例にて説明した光電変換素子(受光素子、撮像素子)、受光装置や固体撮像装置の構造や構成、製造方法、使用した材料は例示であり、適宜変更することができる。本開示の受光装置に基づく固体撮像装置を使用して動画を撮影し、センシングすることが可能である。
また、以上に説明した実施例において、ワイヤグリッド偏光素子は、専ら、可視光波長帯に感度を有する光電変換部における偏光情報の取得のために用いられたが、光電変換部が赤外線や紫外線に感度を有する場合、それに応じて、ライン部の形成ピッチQ0を拡大・縮小することで、任意の波長帯域で機能するワイヤグリッド偏光素子としての実装が可能である。
場合によっては、光電変換部の縁部には、基板からワイヤグリッド偏光素子の下方まで延びる、絶縁材料又は遮光材料が埋め込まれた溝部(一種の素子分離領域)が形成されている形態とすることができる。絶縁材料として、絶縁膜(絶縁膜形成層)や層間絶縁層を構成する材料を挙げることができるし、遮光材料として、前述した遮光膜24を構成する材料を挙げることができる。このような溝部を形成することで、感度低下、偏光クロストークの発生、消光比の低下を防止することができる。
光電変換部21と光電変換部21との間に導波路構造を設けてもよい。導波路構造は、光電変換部21を覆う下層・層間絶縁層33(具体的には、下層・層間絶縁層33の一部)の光電変換部21と光電変換部21との間に位置する領域(例えば、筒状の領域)に形成された、下層・層間絶縁層33を構成する材料の屈折率の値よりも大きな値の屈折率を有する薄膜から構成されている。光電変換部21の上方から入射した光は、この薄膜で全反射され、光電変換部21に到達する。半導体基板31に対する光電変換部21の正射影像は、導波路構造を構成する薄膜の半導体基板31に対する正射影像の内側に位置する。半導体基板31に対する光電変換部21の正射影像は、導波路構造を構成する薄膜の基板に対する正射影像によって囲まれている。
あるいは又、光電変換部21と光電変換部21との間に集光管構造を設けてもよい。集光管構造は、光電変換部21を覆う下層・層間絶縁層33の光電変換部21と光電変換部21との間に位置する領域(例えば、筒状の領域)に形成された、金属材料あるいは合金材料から成る遮光性の薄膜から構成されており、光電変換部21の上方から入射した光が、この薄膜で反射され、光電変換部21に到達する。即ち、半導体基板31に対する光電変換部21の正射影像は、集光管構造を構成する薄膜の半導体基板31に対する正射影像の内側に位置する。そして、半導体基板31に対する光電変換部21の正射影像は、集光管構造を構成する薄膜の半導体基板31に対する正射影像によって囲まれている。薄膜は、例えば、下層・層間絶縁層33の全てを形成した後、下層・層間絶縁層33に環状の溝部を形成し、この溝部を金属材料あるいは合金材料で埋め込むことで得ることができる。
2×2の光電変換部で選択トランジスタ、リセット・トランジスタ、増幅トランジスタを共有する2×2画素共有法式を採用することができ、画素加算を行わない撮像モードでは偏光情報を含む撮像を行い、2×2の副画素領域の蓄積電荷をFD加算するモードでは、全偏光成分を積分した通常の撮像画像を提供することができる。
また、実施例にあっては、入射光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されて成るCMOS型固体撮像装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、CMOS型固体撮像装置への適用に限られるものではなく、CCD型固体撮像装置に適用することもできる。後者の場合、信号電荷は、CCD型構造の垂直転送レジスタによって垂直方向に転送され、水平転送レジスタによって水平方向に転送され、増幅されることにより画素信号(画像信号)が出力される。また、画素が2次元マトリックス状に形成され、画素列毎にカラム信号処理回路を配置して成るカラム方式の固体撮像装置全般に限定するものでもない。更には、場合によっては、選択トランジスタを省略することもできる。
更には、本開示の光電変換素子(撮像素子)は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やX線、あるいは、粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。また、広義には、圧力や静電容量等、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置(物理量分布検知装置)全般に対して適用可能である。
更には、撮像領域の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、選択画素から画素単位で画素信号を読み出すX-Yアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像領域と、駆動回路又は光学系とを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
また、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機等の撮像機能を有する電子機器を指す。電子機器に搭載されるモジュール状の形態、即ち、カメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
本開示の固体撮像装置201を電子機器(カメラ)200に用いた例を、図35に概念図として示す。電子機器200は、固体撮像装置201、光学レンズ210、シャッタ装置211、駆動回路212、及び、信号処理回路213を有する。光学レンズ210は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置201の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置201内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。シャッタ装置211は、固体撮像装置201への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路212は、固体撮像装置201の転送動作等及びシャッタ装置211のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路212から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置201の信号転送を行う。信号処理回路213は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリ等の記憶媒体に記憶され、あるいは、モニタに出力される。このような電子機器200では、固体撮像装置201における画素サイズの微細化及び転送効率の向上を達成することができるので、画素特性の向上が図られた電子機器200を得ることができる。固体撮像装置201を適用できる電子機器200としては、カメラに限られるものではなく、デジタルスチルカメラ、携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュール等の撮像装置に適用可能である。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
[A01]《受光装置・・・第1の態様》
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、
各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている受光装置。
[A02]各光電変換素子ユニットは、M種類のワイヤグリッド偏光素子、及び、N種類の四分の一波長層を有する[A01]に記載の受光装置。
[A03]M=N=2a(但し、aは2以上の整数)である[A01]又は[A02]に記載の受光装置。
[A04]M種類のワイヤグリッド偏光素子の偏光方位は、(180/2a)×m[度](但し、m=0,1,2,3・・・,[2a-1])であり、
N種類の四分の一波長層の進相軸方位は、(180/2a)×n[度](但し、n=0,1,2,3・・・,[2a-1])である[A03]に記載の受光装置。
[B01]《受光装置・・・第2の態様物体の偏光状態測定方法》
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、
各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている受光装置を用いた物体の偏光状態測定方法であって、
受光装置によって物体を撮像して、画像データを取得し、
受光装置において、取得された偏光状態を示す画像データを標準物体の標準偏光状態データと比較し、比較結果を得る、物体の偏光状態測定方法。
[B02]所定の偏光状態及び波長を有する光を物体に照射して、受光装置によって物体を撮像する[B01]に記載の物体の偏光状態測定方法。
[B03]比較結果を得ることで、物体の表面状態を評価する[B01]又は[B02]に記載の物体の偏光状態測定方法。
[B04]薄膜状の物体において、比較結果を得ることで、物体の膜厚の状態を評価する[B01]又は[B02]に記載の物体の偏光状態測定方法。
[B05]比較結果を得ることで、物体における異物の存在を評価する[B01]又は[B02]に記載の物体の偏光状態測定方法。
[C01]《受光装置・・・第2の態様》
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子、第4光電変換素子、第5光電変換素子及び第6光電変換素子から構成されており、
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子は、光入射側から、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第5光電変換素子及び第6光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第5光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第6光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第5光電変換素子を構成する四分の一波長層における進相軸方位をβ度としたとき、第6光電変換素子を構成する四分の一波長層における進相軸方位は(β±90)度である受光装置。
[C02]α’=(β±45)度を満足する[C01]に記載の受光装置。
[C03]各光電変換素子ユニットは、第1の方向に3個、第1の方向とは異なる第2の方向に2個の、合計3×2個の光電変換素子から構成されており、
第1の方向に沿った第1列目に、第1光電変換素子、第2光電変換素子及び第5光電変換素子が順不同で配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、第3光電変換素子、第4光電変換素子及び第6光電変換素子が順不同で配置されている[C01]又は[C02]に記載の受光装置。
[C04]光電変換素子ユニットには、少なくとも、直線偏光成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光が混在した状態で入射する[C01]乃至[C03]のいずれか1項に記載の受光装置。
[C05]第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光を通過させ、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光を通過させ、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光を通過させ、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光を通過させる[C04]に記載の受光装置。
[C06]データ処理部を更に有し、
第1光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL1、第2光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL2、第3光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL3、第4光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL4、第5光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL5、第6光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL6としたとき、
データ処理部は、
AL5≧AL6の場合、ΔAL’=AL5-AL6を求め、
AL5<AL6の場合、ΔAL’=AL6-AL5を求め、
データ処理部は、更に、光量AL1,AL2,AL3及びAL4に基づき得られるフィッテイング・カーブの最大値と最小値との差ΔAL及びΔAL’から偏光度を求める[C05]に記載の受光装置。
[C07]偏光度は、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL’)
で求められる[C06]に記載の受光装置。
[C08]得られた画像データの内、データ処理部は、偏光度が高い領域と偏光度が低い領域とを、異なる色で表示する[C07]に記載の受光装置。
[D01]《受光装置・・・第3の態様》
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子を備えており、
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子は、光入射側から、第1層目の四分の一波長層、第2層目の四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第1光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位はβ度であり、
第2光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β+45)度であり、
第3光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β+90)度であり、
第4光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β度+135)であり、
各光電変換素子において、第2層目の四分の一波長層の進相軸方位と、第1層目の四分の一波長層の進相軸方位との成す角度は、±45度である受光装置。
[D02]α=βである[D01]に記載の受光装置。
[E01]2次元状に配列された複数の光電変換素子ユニット群から構成されており、
1つの光電変換素子ユニット群は、2×2に配置された4つの光電変換素子ユニットから構成されており、
第1光電変換素子ユニットは、第1の波長範囲の光を通過させる第1フィルタ層を備えており、
第2光電変換素子ユニットは、第2の波長範囲の光を通過させる第2フィルタ層を備えており、
第3光電変換素子ユニットは、第3の波長範囲の光を通過させる第3フィルタ層を備えており、
第4光電変換素子ユニットは、第4の波長範囲の光を通過させる第4フィルタ層を備えている[C01]乃至[D02]のいずれか1項に記載の受光装置。
[E02]第1光電変換素子ユニットを構成する第1の四分の一波長層は第1の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第2光電変換素子ユニットを構成する第2の四分の一波長層は第2の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第3光電変換素子ユニットを構成する第3の四分の一波長層は第3の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第4光電変換素子ユニットを構成する第4の四分の一波長層は第4の波長範囲の光に対して位相差を与える[E01]に記載の受光装置。
[E03]第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層に配置されている[E02]に記載の受光装置。
[E04]四分の一波長層は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さとは、同じであり、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層厚を有する[E03]に記載の受光装置。
[E05]第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層に配置されている[E02]に記載の受光装置。
[E06]四分の一波長層は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さとは、異なり、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層厚を有する[E05]に記載の受光装置。
[E07]四分の一波長層は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成る[A01]乃至[E06]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F01]ワイヤグリッド偏光素子の上には、保護膜が形成されており、
ワイヤグリッド偏光素子は、ライン・アンド・スペース構造を有し、
ワイヤグリッド偏光素子のスペース部は空隙である[A01]乃至[E07]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F02]ワイヤグリッド偏光素子と保護膜との間には第2保護膜が形成されており、
保護膜を構成する材料の屈折率をn1’、第2保護膜を構成する材料の屈折率をn2’としたとき、n1’>n2’ を満足する[F01]に記載の受光装置。
[F03]保護膜は、SiNから成り、第2保護膜は、SiO2又はSiONから成る[F02]に記載の受光装置。
[F04]少なくとも、ワイヤグリッド偏光素子のスペース部に面したライン部の側面には第3保護膜が形成されている[F01]乃至[F03]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F05]ワイヤグリッド偏光素子を取り囲むフレーム部を更に備えており、
フレーム部と、ワイヤグリッド偏光素子のライン部とは連結されており、
フレーム部は、ワイヤグリッド偏光素子のライン部と同じ構造を有する[F01]乃至[F04]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F06]ワイヤグリッド偏光素子のライン部は、光電変換部側から、第1導電材料から成る光反射層、絶縁膜、及び、第2導電材料から成る光吸収層が積層された積層構造体から構成されている[F01]乃至[F05]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F07]光反射層及び光吸収層は光電変換素子において共通である[F06]に記載の受光装置。
[F08]光反射層の頂面全面に絶縁膜が形成されており、絶縁膜の頂面全面に光吸収層が形成されている[F06]又は[F07]に記載の受光装置。
[F09]光反射層の下に下地絶縁層が形成されている[F06]乃至[F08]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F10]光反射層の頂面全面に絶縁膜が形成されており、絶縁膜の頂面全面に光吸収層が形成されている[F06]乃至[F09]のいずれか1項に記載の受光装置。
[G01]半導体基板には、光電変換部と接続され、光電変換部において生成した電荷を一時的に保存するメモリ部が形成されている[A01]乃至[F10]のいずれか1項に記載の受光装置。
[A01]《受光装置・・・第1の態様》
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、
各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている受光装置。
[A02]各光電変換素子ユニットは、M種類のワイヤグリッド偏光素子、及び、N種類の四分の一波長層を有する[A01]に記載の受光装置。
[A03]M=N=2a(但し、aは2以上の整数)である[A01]又は[A02]に記載の受光装置。
[A04]M種類のワイヤグリッド偏光素子の偏光方位は、(180/2a)×m[度](但し、m=0,1,2,3・・・,[2a-1])であり、
N種類の四分の一波長層の進相軸方位は、(180/2a)×n[度](但し、n=0,1,2,3・・・,[2a-1])である[A03]に記載の受光装置。
[B01]《受光装置・・・第2の態様物体の偏光状態測定方法》
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、
各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている受光装置を用いた物体の偏光状態測定方法であって、
受光装置によって物体を撮像して、画像データを取得し、
受光装置において、取得された偏光状態を示す画像データを標準物体の標準偏光状態データと比較し、比較結果を得る、物体の偏光状態測定方法。
[B02]所定の偏光状態及び波長を有する光を物体に照射して、受光装置によって物体を撮像する[B01]に記載の物体の偏光状態測定方法。
[B03]比較結果を得ることで、物体の表面状態を評価する[B01]又は[B02]に記載の物体の偏光状態測定方法。
[B04]薄膜状の物体において、比較結果を得ることで、物体の膜厚の状態を評価する[B01]又は[B02]に記載の物体の偏光状態測定方法。
[B05]比較結果を得ることで、物体における異物の存在を評価する[B01]又は[B02]に記載の物体の偏光状態測定方法。
[C01]《受光装置・・・第2の態様》
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子、第4光電変換素子、第5光電変換素子及び第6光電変換素子から構成されており、
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子は、光入射側から、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第5光電変換素子及び第6光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第5光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第6光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第5光電変換素子を構成する四分の一波長層における進相軸方位をβ度としたとき、第6光電変換素子を構成する四分の一波長層における進相軸方位は(β±90)度である受光装置。
[C02]α’=(β±45)度を満足する[C01]に記載の受光装置。
[C03]各光電変換素子ユニットは、第1の方向に3個、第1の方向とは異なる第2の方向に2個の、合計3×2個の光電変換素子から構成されており、
第1の方向に沿った第1列目に、第1光電変換素子、第2光電変換素子及び第5光電変換素子が順不同で配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、第3光電変換素子、第4光電変換素子及び第6光電変換素子が順不同で配置されている[C01]又は[C02]に記載の受光装置。
[C04]光電変換素子ユニットには、少なくとも、直線偏光成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光が混在した状態で入射する[C01]乃至[C03]のいずれか1項に記載の受光装置。
[C05]第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光を通過させ、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光を通過させ、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光を通過させ、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光を通過させる[C04]に記載の受光装置。
[C06]データ処理部を更に有し、
第1光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL1、第2光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL2、第3光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL3、第4光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL4、第5光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL5、第6光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL6としたとき、
データ処理部は、
AL5≧AL6の場合、ΔAL’=AL5-AL6を求め、
AL5<AL6の場合、ΔAL’=AL6-AL5を求め、
データ処理部は、更に、光量AL1,AL2,AL3及びAL4に基づき得られるフィッテイング・カーブの最大値と最小値との差ΔAL及びΔAL’から偏光度を求める[C05]に記載の受光装置。
[C07]偏光度は、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL’)
で求められる[C06]に記載の受光装置。
[C08]得られた画像データの内、データ処理部は、偏光度が高い領域と偏光度が低い領域とを、異なる色で表示する[C07]に記載の受光装置。
[D01]《受光装置・・・第3の態様》
複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子を備えており、
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子は、光入射側から、第1層目の四分の一波長層、第2層目の四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第1光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位はβ度であり、
第2光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β+45)度であり、
第3光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β+90)度であり、
第4光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β度+135)であり、
各光電変換素子において、第2層目の四分の一波長層の進相軸方位と、第1層目の四分の一波長層の進相軸方位との成す角度は、±45度である受光装置。
[D02]α=βである[D01]に記載の受光装置。
[E01]2次元状に配列された複数の光電変換素子ユニット群から構成されており、
1つの光電変換素子ユニット群は、2×2に配置された4つの光電変換素子ユニットから構成されており、
第1光電変換素子ユニットは、第1の波長範囲の光を通過させる第1フィルタ層を備えており、
第2光電変換素子ユニットは、第2の波長範囲の光を通過させる第2フィルタ層を備えており、
第3光電変換素子ユニットは、第3の波長範囲の光を通過させる第3フィルタ層を備えており、
第4光電変換素子ユニットは、第4の波長範囲の光を通過させる第4フィルタ層を備えている[C01]乃至[D02]のいずれか1項に記載の受光装置。
[E02]第1光電変換素子ユニットを構成する第1の四分の一波長層は第1の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第2光電変換素子ユニットを構成する第2の四分の一波長層は第2の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第3光電変換素子ユニットを構成する第3の四分の一波長層は第3の波長範囲の光に対して位相差を与え、
第4光電変換素子ユニットを構成する第4の四分の一波長層は第4の波長範囲の光に対して位相差を与える[E01]に記載の受光装置。
[E03]第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層に配置されている[E02]に記載の受光装置。
[E04]四分の一波長層は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さとは、同じであり、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、異なる層厚を有する[E03]に記載の受光装置。
[E05]第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層及び第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層に配置されている[E02]に記載の受光装置。
[E06]四分の一波長層は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2(但し、n1>n2)を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成り、
第1の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第2の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第3の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さと、第4の四分の一波長層を構成する第1誘電体層及び第2誘電体層の厚さとは、異なり、
第1の四分の一波長層と、第2の四分の一波長層と、第3の四分の一波長層と、第4の四分の一波長層とは、同じ層厚を有する[E05]に記載の受光装置。
[E07]四分の一波長層は、屈折率n1を有する材料から構成された第1誘電体層、及び、屈折率n2を有する材料から構成された第2誘電体層が、交互に、並置されて成る[A01]乃至[E06]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F01]ワイヤグリッド偏光素子の上には、保護膜が形成されており、
ワイヤグリッド偏光素子は、ライン・アンド・スペース構造を有し、
ワイヤグリッド偏光素子のスペース部は空隙である[A01]乃至[E07]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F02]ワイヤグリッド偏光素子と保護膜との間には第2保護膜が形成されており、
保護膜を構成する材料の屈折率をn1’、第2保護膜を構成する材料の屈折率をn2’としたとき、n1’>n2’ を満足する[F01]に記載の受光装置。
[F03]保護膜は、SiNから成り、第2保護膜は、SiO2又はSiONから成る[F02]に記載の受光装置。
[F04]少なくとも、ワイヤグリッド偏光素子のスペース部に面したライン部の側面には第3保護膜が形成されている[F01]乃至[F03]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F05]ワイヤグリッド偏光素子を取り囲むフレーム部を更に備えており、
フレーム部と、ワイヤグリッド偏光素子のライン部とは連結されており、
フレーム部は、ワイヤグリッド偏光素子のライン部と同じ構造を有する[F01]乃至[F04]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F06]ワイヤグリッド偏光素子のライン部は、光電変換部側から、第1導電材料から成る光反射層、絶縁膜、及び、第2導電材料から成る光吸収層が積層された積層構造体から構成されている[F01]乃至[F05]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F07]光反射層及び光吸収層は光電変換素子において共通である[F06]に記載の受光装置。
[F08]光反射層の頂面全面に絶縁膜が形成されており、絶縁膜の頂面全面に光吸収層が形成されている[F06]又は[F07]に記載の受光装置。
[F09]光反射層の下に下地絶縁層が形成されている[F06]乃至[F08]のいずれか1項に記載の受光装置。
[F10]光反射層の頂面全面に絶縁膜が形成されており、絶縁膜の頂面全面に光吸収層が形成されている[F06]乃至[F09]のいずれか1項に記載の受光装置。
[G01]半導体基板には、光電変換部と接続され、光電変換部において生成した電荷を一時的に保存するメモリ部が形成されている[A01]乃至[F10]のいずれか1項に記載の受光装置。
本出願は、日本国特許庁において2020年10月30日に出願された日本特許出願番号2020-182692号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
Claims (19)
- 複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、
各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている
受光装置。 - 各光電変換素子ユニットは、M種類のワイヤグリッド偏光素子、及び、N種類の四分の一波長層を有する請求項1に記載の受光装置。
- M=N=2a(但し、aは2以上の整数)である請求項1に記載の受光装置。
- M種類のワイヤグリッド偏光素子の偏光方位は、(180/2a)×m[度](但し、m=0,1,2,3・・・,[2a-1])であり、
N種類の四分の一波長層の進相軸方位は、(180/2a)×n[度](但し、n=0,1,2,3・・・,[2a-1])である請求項3に記載の受光装置。 - 複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、複数の光電変換素子が、第1の方向にM個、第1の方向とは異なる第2の方向にN個の、合計M×N個、配列されて成り、
各光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、同じ進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、異なる進相軸方位を有する四分の一波長層を備えており、
第2の方向に沿って並んだN個の光電変換素子は、同じ偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えており、
第1の方向に沿って並んだM個の光電変換素子は、異なる偏光方位を有するワイヤグリッド偏光素子を備えている受光装置を用いた物体の偏光状態測定方法であって、
受光装置によって物体を撮像して、画像データを取得し、
受光装置において、取得された偏光状態を示す画像データを標準物体の標準偏光状態データと比較し、比較結果を得る、
物体の偏光状態測定方法。 - 所定の偏光状態及び波長を有する光を物体に照射して、受光装置によって物体を撮像する請求項5に記載の物体の偏光状態測定方法。
- 比較結果を得ることで、物体の表面状態を評価する請求項5に記載の物体の偏光状態測定方法。
- 薄膜状の物体において、比較結果を得ることで、物体の膜厚の状態を評価する請求項5に記載の物体の偏光状態測定方法。
- 比較結果を得ることで、物体における異物の存在を評価する請求項5に記載の物体の偏光状態測定方法。
- 複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子、第4光電変換素子、第5光電変換素子及び第6光電変換素子から構成されており、
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子は、光入射側から、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第5光電変換素子及び第6光電変換素子は、光入射側から、四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第5光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第6光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα’度であり、
第5光電変換素子を構成する四分の一波長層における進相軸方位をβ度としたとき、第6光電変換素子を構成する四分の一波長層における進相軸方位は(β±90)度である
受光装置。 - α’=(β±45)度を満足する請求項10に記載の受光装置。
- 各光電変換素子ユニットは、第1の方向に3個、第1の方向とは異なる第2の方向に2個の、合計3×2個の光電変換素子から構成されており、
第1の方向に沿った第1列目に、第1光電変換素子、第2光電変換素子及び第5光電変換素子が順不同で配置されており、第1の方向に沿った第2列目に、第3光電変換素子、第4光電変換素子及び第6光電変換素子が順不同で配置されている請求項10に記載の受光装置。 - 光電変換素子ユニットには、少なくとも、直線偏光成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光が混在した状態で入射する請求項10に記載の受光装置。
- 第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位α度の成分を有する光を通過させ、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+45)度の成分を有する光を通過させ、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+90)度の成分を有する光を通過させ、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子は、直線偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光、及び、円偏光成分を有する光の内、偏光方位(α+135)度の成分を有する光を通過させる請求項13に記載の受光装置。 - データ処理部を更に有し、
第1光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL1、第2光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL2、第3光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL3、第4光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL4、第5光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL5、第6光電変換素子を構成する光電変換部によって得られる光量をAL6としたとき、
データ処理部は、
AL5≧AL6の場合、ΔAL’=AL5-AL6を求め、
AL5<AL6の場合、ΔAL’=AL6-AL5を求め、
データ処理部は、更に、光量AL1,AL2,AL3及びAL4に基づき得られるフィッテイング・カーブの最大値と最小値との差ΔAL及びΔAL’から偏光度を求める請求項14に記載の受光装置。 - 偏光度は、
偏光度=ΔAL/(ΔAL+ΔAL’)
で求められる請求項15に記載の受光装置。 - 得られた画像データの内、データ処理部は、偏光度が高い領域と偏光度が低い領域とを、異なる色で表示する請求項16に記載の受光装置。
- 複数の光電変換素子ユニットを備えており、
各光電変換素子ユニットは、第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子を備えており、
第1光電変換素子、第2光電変換素子、第3光電変換素子及び第4光電変換素子は、光入射側から、第1層目の四分の一波長層、第2層目の四分の一波長層、ワイヤグリッド偏光素子、及び、光電変換部がこの順に配置されており、
第1光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位はα度であり、
第2光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+45)度であり、
第3光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+90)度であり、
第4光電変換素子を構成するワイヤグリッド偏光素子が透過させるべき偏光方位は(α+135)度であり、
第1光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位はβ度であり、
第2光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β+45)度であり、
第3光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β+90)度であり、
第4光電変換素子を構成する第1層目の四分の一波長層の進相軸方位は(β度+135)であり、
各光電変換素子において、第2層目の四分の一波長層の進相軸方位と、第1層目の四分の一波長層の進相軸方位との成す角度は、±45度である受光装置。 - α=βである請求項18に記載の受光装置。
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