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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022101571
(43)【公開日】2022-07-06
(54)【発明の名称】多階層フォトニック構造
(51)【国際特許分類】
G02F 1/01 20060101AFI20220629BHJP
G02F 1/295 20060101ALI20220629BHJP
G09F 9/46 20060101ALI20220629BHJP
G09F 9/30 20060101ALI20220629BHJP
【ＦＩ】
G02F1/01 D
G02F1/295
G09F9/46 Z
G09F9/30 317
【審査請求】有
【請求項の数】27
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022055357
(22)【出願日】2022-03-30
(62)【分割の表示】P 2018568162の分割
【原出願日】2017-03-15
(31)【優先権主張番号】62/308,687
(32)【優先日】2016-03-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】15/457,980
(32)【優先日】2017-03-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】519455586
【氏名又は名称】フォトニカ，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000659
【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】エルウッド，サザーランド クック
(57)【要約】 （修正有）
【課題】フォトニック動作及び機能を保存及び／又は強化する容量パッキング密度を改善することにより、フォトニックコンポーネントのＶＬＳＩを改善する。
【解決手段】光学バイア２３０は、多階層フォトニックデバイス全体に分布する。これらの光学バイアは、異なるタイプの経路光学系Ｏと光学的に通信されて、様々な階層２１０ｋに分布したフォトニック処理素子によってフォトニック情報がアクセス、処理及び伝送されることを可能にする。
【選択図】図２
【解決手段】光学バイア２３０は、多階層フォトニックデバイス全体に分布する。これらの光学バイアは、異なるタイプの経路光学系Ｏと光学的に通信されて、様々な階層２１０ｋに分布したフォトニック処理素子によってフォトニック情報がアクセス、処理及び伝送されることを可能にする。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板に積層されたＮ数の階層であって、Ｎ≧１である、Ｎ数の階層と
を含み、前記階層のそれぞれは、スペーサ材料に配置されたフォトニック素子の組を含む、多階層フォトニック構造。
前記基板に積層されたＮ数の階層であって、Ｎ≧１である、Ｎ数の階層と
を含み、前記階層のそれぞれは、スペーサ材料に配置されたフォトニック素子の組を含む、多階層フォトニック構造。
【請求項2】
前記スペーサ材料は、概ね空気と等しい低い屈折率を含む、請求項１に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項3】
前記スペーサ材料は、エアロゲルを含む、請求項２に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項4】
隣接する上階層を有する前記階層のそれぞれは、基板を含む、請求項１に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項5】
Ｎ≧２であり、第１の階層は、第２の階層上に配置され、前記第２の階層は、前記第２の階層と前記階層との間に配置されたスーパーストレートを含む、請求項１に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項6】
Ｎ≧２であり、第１の階層は、第２の階層上に配置され、前記第２の階層は、前記第２の階層と前記階層との間に配置されたスーパーストレートを含む、請求項２に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項7】
Ｎ≧２であり、第１の階層は、第２の階層上に配置され、前記第２の階層は、前記第２の階層と前記階層との間に配置されたスーパーストレートを含む、請求項３に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項8】
前記フォトニック素子の組は、フォトニック機能デバイスを含む、請求項１に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項9】
前記フォトニック素子の組は、フォトニック機能素子の対と、前記フォトニック機能素子の対間に配置された経路光学系とを含み、前記経路光学系は、前記フォトニック機能素子の対間で光子を向け且つルーティングするように構成される、請求項１に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項10】
前記経路光学系は、誘電体ミラー構造、ミラー構造、プリズム構造、点偏向器構造、光路リダイレクト構造又はそれらの組み合わせからなる群から選択される１つ又は複数の構造を含む、請求項９に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項11】
前記第１の階層の前記フォトニック素子の組は、第１のフォトニック素子の組を含み、前記第２の階層の前記フォトニック素子の組は、第２のフォトニック素子の組を含み、前記第１のフォトニック素子の組は、前記第２のフォトニック素子の組から独立している、請求項５に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項12】
前記第１のフォトニック素子の組及び前記第２のフォトニック素子の組は、それぞれフォトニック機能素子の対と、前記フォトニック機能素子の対間に配置された経路光学系とを含み、前記経路光学系は、前記フォトニック機能素子の対間で光子を向け且つルーティングするように構成される、請求項１１に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項13】
前記経路光学系は、誘電体ミラー構造、ミラー構造、プリズム構造、点偏向器構造、光
路リダイレクト構造又はそれらの組み合わせからなる群から選択される１つ又は複数の構造を含む、請求項１２に記載の多階層フォトニック構造。
路リダイレクト構造又はそれらの組み合わせからなる群から選択される１つ又は複数の構造を含む、請求項１２に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項14】
前記第１の階層の前記フォトニック素子の組は、第１のフォトニック素子の組を含み、前記第２の階層の前記フォトニック素子の組は、第２のフォトニック素子の組を含み、光学バイアは、前記第１の階層と前記第２の階層との間に配置され、前記第１のフォトニック素子の組は、前記光学バイアを通して前記第２のフォトニック素子の組に光学的に結合される、請求項５に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項15】
前記第１のフォトニック素子の組は、第１のフォトニック機能素子及び第１の経路光学系を含み、前記第２のフォトニック素子の組は、第２のフォトニック機能素子及び第２の経路光学系を含み、前記第１の経路光学系は、前記第１のフォトニック機能素子と光学的に通信され、前記第２の経路光学系は、前記第２のフォトニック機能素子と光学的に通信され、前記経路光学系は、前記光学バイアを通して互いと光学的に通信され、前記経路光学系のそれぞれは、それ自体と、それが光学的に通信される他の全てのフォトニック素子との間で光子を向け且つルーティングするように構成される、請求項１４に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項16】
前記経路光学系のそれぞれは、誘電体ミラー構造、ミラー構造、プリズム構造、点偏向器構造、光路リダイレクト構造又はそれらの組み合わせからなる群から選択される１つ又は複数の構造を含む、請求項１５に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項17】
前記基板において、特定の階層内に配置された特定のフォトニック素子の近傍に配置された光学バイアを更に含み、前記光学バイアは、前記特定のフォトニック素子から前記基板を通して且つ前記特定の階層と前記基板との間の任意の介在階層を通して延在する第１の光子伝送路を含む、請求項１に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項18】
前記第１の光子伝送路は、入力路、出力路又は前記基板を通る双方向入力／出力路から選択される第１の有向経路を含む、請求項１７に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項19】
前記特定の階層は、前記特定のフォトニック素子から、前記特定の階層を通して前記特定を階層の縁部における出口まで延在する第２の光子伝送路を含む、請求項１７に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項20】
前記第２の光子伝送路は、入力路、出力路又は前記特定の階層を通る双方向入力／出力路から選択される第２の有向経路を含む、請求項１９に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項21】
特定の階層は、特定のフォトニック素子から、前記特定の階層を通して前記特定の階層の縁部における出口まで延在する第１の光子伝送路を含む、請求項１に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項22】
前記第１の光子伝送路は、入力路、出力路又は前記特定の階層を通る双方向入力／出力路から選択される第１の有向経路を含む、請求項２１に記載の多階層フォトニック構造。
【請求項23】
多階層フォトニック構造を生成する方法であって、
基板層を形成することと、
前記基板層上にＮ数の階層層を積層することであって、Ｎ≧１である、積層することとを含み、前記階層層のそれぞれは、スペーサ材料に配置されたフォトニック素子の組を含む、方法。
基板層を形成することと、
前記基板層上にＮ数の階層層を積層することであって、Ｎ≧１である、積層することとを含み、前記階層層のそれぞれは、スペーサ材料に配置されたフォトニック素子の組を含む、方法。
【請求項24】
前記層の１つ又は複数内又は前記層の１つ又は複数を通る伝送路の組を生成することを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記層内に光学バイアの組を生成することであって、前記層の１つ又は複数を通る伝送路は、前記光学バイアの組の少なくとも１つの前記光学バイアを通して延在する、生成することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
本質的に本明細書に開示される装置。
【請求項27】
本質的に本明細書に開示される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１７年３月１３日に出願された米国特許出願公開第１５／４５７，９８０号明細書及び２０１６年３月１５日に出願された米国特許出願第６２／３０８，６８７号明細書の利益を主張するものであり、この出願は、２００９年２月１３日に出願された米国特許出願公開第１２／３７１，４６１号明細書及び２０１６年３月１５日に出願された米国特許出願第６２／３０８，５８５号明細書に関連し、これらの特許出願のそれぞれの内容は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に明示的に援用される。
本願は、２０１７年３月１３日に出願された米国特許出願公開第１５／４５７，９８０号明細書及び２０１６年３月１５日に出願された米国特許出願第６２／３０８，６８７号明細書の利益を主張するものであり、この出願は、２００９年２月１３日に出願された米国特許出願公開第１２／３７１，４６１号明細書及び２０１６年３月１５日に出願された米国特許出願第６２／３０８，５８５号明細書に関連し、これらの特許出願のそれぞれの内容は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に明示的に援用される。
【0002】
本発明は、概して、デバイス容量構造効率に関し、排他的ではなくより詳細には、フォトニックデバイス、構造、集積及び組立体の動作密度の改善に関する。本発明は、概して、「コンピュータチップ」の全般的な領域、電気信号プロセスデバイス、センサデバイス、ディスプレイデバイス及び他の全てのデータ／信号処理デバイスを含む信号及びデータ処理デバイスに更に関し、排他的ではなくより詳細には、データの処理及び計算並びに信号の処理及び伝送、改変、操作及び変更がデバイスの２つ以上の平坦レベルで処理され、そのようなデータをそれらの層間で渡し得、デバイス自体から何らかの他のデバイス、接続、ネットワーク又はシステムに入及び出力し得る三次元（３Ｄ）又は多層デバイスに更に関する。
【背景技術】
【0003】
背景セクションで考察する趣旨は、単に背景セクションにおける言及の結果として先行技術であると仮定されるべきではない。同様に、背景セクションで言及されるか又は背景セクションの趣旨に関連する課題は、先行技術において以前に認識されていたものと仮定されるべきではない。背景セクションにおける趣旨は、単にそれら自体も発明であり得る様々な手法を表している。
【0004】
フォトニック集積回路の分野では、多数のフォトニック素子をウェーハの所与の面積にパッキングすることが、特に同一のデバイスの単純な反復アレイ以外の何らかのものを実施するに当たり、それらの個々の素子のより大きい寸法（平均で半導体電子論理素子の寸法と比較して）及びこれらの素子を接続する光学構造（導波路及びパッシブ接合部）に必要な面積により制限されるという点で、半導体電子回路の規模でＶＬＳＩ集積を達成することに問題がある。
【0005】
しかしながら、複数の低密度フォトニックウェーハの３Ｄ集積は、ＶＬＳＩを実現する別の道を提供し、原理上、３Ｄ ＶＬＳＩの純粋な電子回路よりも優れた利点をフォトニックに提供する。層間で渡される光学信号は、３Ｄ電子半導体構造がモノリシック集積により構築又は組み立てられる一方、層間の光学結合が基本的に自由空間又は低損失パッシブ光学系であり得、層間に固体材料バイアの堆積を必要としないため、導電性バイアを利用しなければならないという点で、電子相互接続と比較して抵抗又は製作の複雑性なしで行われる。
【0006】
しかし、光学結合が層間の主な相互接続である（デバイスの縁部以外）３Ｄ集積方式を実施するには、ＰＩＣアーキテクチャにおいて変調器及びデバイスにより面内で処理される信号の出結合を必要とし、現在、信号を面内から面外に効率的且つ系統的に伝達するシステムは存在しない。
【0007】
同様に、フォトニックでの最良性能変調器が一般に平坦な変調器であり、信号をこれら
の変調器から平面外に結合する効率的な方法又はシステムがない状態で、変調構造及び表面が概ねデバイスの平面に直交して、平面に平行に伝達される光を結合するという点で、現在、空間光変調器に利用可能な光電子工学電子変調技術に対する制限がある。最良の種類の平坦な変調器としては、ＩＢＭの小型フットプリントのマッハツェンダー変調器、リング共振器変調器並びに平坦磁気光学及び磁性フォトニック変調器が挙げられる。
の変調器から平面外に結合する効率的な方法又はシステムがない状態で、変調構造及び表面が概ねデバイスの平面に直交して、平面に平行に伝達される光を結合するという点で、現在、空間光変調器に利用可能な光電子工学電子変調技術に対する制限がある。最良の種類の平坦な変調器としては、ＩＢＭの小型フットプリントのマッハツェンダー変調器、リング共振器変調器並びに平坦磁気光学及び磁性フォトニック変調器が挙げられる。
【0008】
したがって、デフォルトでは、画像の投影及び表示、電気通信並びに光学媒体の読み書きアレイに今日利用されるＳＬＭで優勢な変調方法は、ＭＥＭＳ型変調器又はＬＣｏＳ（液晶オンシリコン）であり、変調素子は、デバイスの平面に平行であり、直交しない。これらのシステムでは、デバイスの平面に平行に伝達される光を結合する手段はなく、光を平面外に反射する手段（又はサイズがＬＣｏＳと同等のＬＣ ＳＯＧ（システムオンガラス）マイクロディスプレイのように、透明光学基板を通して光を伝達する手段のみがある。
【0009】
ＭＥＭＳ及びＬＣｏＳ ＳＬＭに加えて、Ｉｎｏｕｅら及びＥｌｌｗｏｏｄ（本開示の発明者）により開発されたＭＯＳＬＭＳ（磁気光学空間光変調器）がある：米国特許第６，７６２，８７２号明細書Ｉｎｏｕｅ、米国特許出願公開第２００５０２０１６５４号明細書Ｅｌｌｗｏｏｄ）。しかし、これらのタイプのＭＯＳＬＭの両方は、平坦な磁気光学厚膜又は平坦な磁性フォトニック周期薄膜積層（１Ｄフォトニックバンドギャップ構造）のいずれかの利用に制限されてきた。
【0010】
ＭＯ厚膜は、その最高品質のものはＢＩＧ膜（ビスマス置換ＹＩＧ、イットリウム鉄ガーネット）を含み、現在、液相エピタキシ（ＬＰＥ）により製作されており、ＦＤＫ又はＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓといった企業から市販されている。
【0011】
しかし、これらの最高品質のＭＯ膜は、ＬＰＥが薄膜を作ることができないため、この構成でのフォトニックバンドギャップ構造として使用することができず、定義により、厚すぎて大半のＭＯ層に使用されるλ／４厚を実現することができない。
【0012】
しかしながら、ＭＯ薄膜は、パルスレーザ堆積又はＲＦマグネトロンスパッタリングにより、１Ｄ周期ＰＢＧ薄膜積層に必要とされる厚さに製作されてきたが、これらの膜の品質及びドメイン磁化の向きは、インラインＭＯ変調器の効率的な構造に望ましいものと９０度逆である。
【0013】
加えて、数層乃至数十の層の積層の連続膜を製作するのにウェーハ全体が使用され、これは、膜内に欠陥が生じる多くの機会を生じさせる。また、集積し堆積する他の構造（場生成構造、アドレス指定、潜在的な論理）がある場合、これは、更なる複雑性を導入し、潜在的な欠陥率を上昇させる。
【0014】
ＰＩＣの３Ｄ集積を達成すると共に、ＳＬＭに利用可能な変調技術への制限をなくすに当たり、両方の制限を解決するために必要とされるのは、平坦変調器等の平坦なフォトニックデバイスの規則的アレイ及び不規則的アレイから面外に、面内で伝達され変調された信号を変換する方法である。そのような解決策は、ＳＬＭに使用される最良の種類の変調技術（ＭＥＭＳ又はＬＣよりも安価であり、高速であり、且つ環境的に安定である）を可能にすると共に、フォトニックでの３Ｄ ＶＬＳＩへの道を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
必要とされるのは、特に計算又は電気通信信号処理又は画像ディスプレイ及びピクセル信号処理のために、ピクセル信号及びデータ信号を含むフォトニック信号を効率的に集積
及び高密度集積し、それにより、これまで使用が非実用的又は不可能であった表示及び空間光変調等の機能に平坦フォトニック及び光電子工学デバイスの使用を有効に可能にすると共に、それにより、「準透過」及び「トランスフェクティブ」ディスプレイ及びＳＬＭといったデバイス型を可能にし、一般に、異種デバイス、フォトニック集積回路並びに当技術分野で既知の全てのカテゴリでのデータ信号プロセスの全ての種類のハイブリッドデバイス及びシステムのより高い集積、低コスト及び効率をサポートする、３Ｄ又は多層デバイスとの及びそのようなデバイスの層間、及びそのようなデバイスのバックプレーン、フォアプレーン及びサイド内外への効率的な信号処理及び切り替えのシステム及び方法である。
及び高密度集積し、それにより、これまで使用が非実用的又は不可能であった表示及び空間光変調等の機能に平坦フォトニック及び光電子工学デバイスの使用を有効に可能にすると共に、それにより、「準透過」及び「トランスフェクティブ」ディスプレイ及びＳＬＭといったデバイス型を可能にし、一般に、異種デバイス、フォトニック集積回路並びに当技術分野で既知の全てのカテゴリでのデータ信号プロセスの全ての種類のハイブリッドデバイス及びシステムのより高い集積、低コスト及び効率をサポートする、３Ｄ又は多層デバイスとの及びそのようなデバイスの層間、及びそのようなデバイスのバックプレーン、フォアプレーン及びサイド内外への効率的な信号処理及び切り替えのシステム及び方法である。
【0016】
必要とされるのは、フォトニック動作及び機能を保存及び／又は強化する容量パッキング密度を改善すること等により、フォトニックコンポーネントのＶＬＳＩを改善するシステム及び方法である。
【課題を解決するための手段】
【0017】
開示されるのは、フォトニック動作及び機能を保存及び／又は強化する容量パッキング密度を改善すること等により、フォトニックコンポーネントのＶＬＳＩを改善するシステム及び方法である。以下の本発明の概要は、フォトニックコンポーネントに向けてＶＬＳＩを改善することに関連する技術特徴の幾つかの理解を促進するために提供され、本発明の完全な説明であることを意図されない。本発明の様々な態様の完全な理解は、本明細書全体、特許請求の範囲、図面及び要約書を全体的に解釈することにより得ることができる。本発明は、フォトニックエンコーダ、ＳＬＭ並びに他のフォトニックプロセッサ、センサ、スイッチ及び配信構造に加えて、他の機能コンポーネントにも適用可能である。
【0018】
新しいクラスのモノリシック「チャネル結合」又は光学的にチャネル化された構造（「光学的にチャネル化されたスペーサコントローラ」を含む）が提案される。これらの構造は、平坦なフォトニックバンドギャップ反射表面及び点欠陥フォトニックバンドギャップ湾曲から跳ね返された信号を受信するに当たり、技術的現況よりも効率的である。これらの構造では、３Ｄ結合手段が、平坦信号を平坦フォトニック素子から自由空間又は他のチャネル化構造に制御可能に結合することができる。順に接合、製作又は一緒に結合され、潜在的に多くの層で連続して繰り返される光学チャネル化フォトニックウェーハ及び光学チャネル化スペーサコントローラの方式は、多層３Ｄ ＰＩＣアーキテクチャを実現し、ＳＬＭ自由空間出力及び入力結合が最上層又は最下層のいずれかで可能である。ディスプレイピクセル信号処理、フォトニック電気通信情報信号及びフォトニック集積回路の一般的な計算データ処理が大幅に可能になる。
【0019】
本明細書に記載される任意の実施形態は、単独で又は任意の組み合わせで別の実施形態と一緒に使用し得る。本明細書に含まれる革新は、この短い概要若しくは要約書に部分的にのみ言及若しくは示唆されるか、又は全く言及若しくは示唆されていない実施形態を含むこともできる。本発明の様々な実施形態は、本明細書において１つ又は複数の箇所で考察又は示唆し得る従来技術の様々な欠陥により動機付けられ得るが、本発明の実施形態は、必ずしもこれらの欠陥のいずれかに対処するわけではない。換言すれば、本発明の異なる実施形態は、本明細書において考察し得る異なる様々な欠陥に対処し得る。幾つかの実施形態は、幾つかの欠陥に部分的にのみ対処し得、又は本明細書において考察し得る１つのみの欠陥に対処し得、幾つかの実施形態は、これらの欠陥のいずれにも対処しないことがある。
【0020】
本発明の他の特徴、恩恵及び利点は、本明細書、図面及び特許請求の範囲を含め、本開示の検討から明らかになる。
【0021】
同様の参照番号が別個の図を通して同一又は機能的に同様の要素を指し、本明細書に組み込まれて本明細書の一部をなす添付図は、本発明を更に示し、本発明の詳細な説明と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明の実施形態は、フォトニック動作及び機能を保存及び／又は強化する容量パッキング密度を改善すること等により、フォトニックコンポーネントのＶＬＳＩを改善するシステム及び方法を提供する。以下の説明は、当業者が本発明を製造し使用できるようにするために提示され、特許出願及びその要件との関連で提供される。
【0024】
本明細書に記載される好ましい実施形態並びに一般原理及び特徴への様々な変更形態が当業者に容易に明らかになる。したがって、本発明は、示される実施形態に限定されることが意図されず、本明細書に記載される原理及び特徴と一致する最も広い範囲に従うべきである。
【0025】
定義
別段のことが定義される場合を除き、本明細書で使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明の一般原理が属する技術分野の当業者により一般に理解されるのと同じ意味を有する。一般に使用される辞書で定義される用語等の用語は、関連技術及び本開示と関連する意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において理想化又は過度に形式的な意味で明示的に定義される場合を除き、そのように解釈されないことが更に理解される。
別段のことが定義される場合を除き、本明細書で使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明の一般原理が属する技術分野の当業者により一般に理解されるのと同じ意味を有する。一般に使用される辞書で定義される用語等の用語は、関連技術及び本開示と関連する意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において理想化又は過度に形式的な意味で明示的に定義される場合を除き、そのように解釈されないことが更に理解される。
【0026】
以下の定義は、本発明の幾つかの実施形態に関して説明される態様の幾つかに該当する。これらの定義は、同様に本明細書において拡張し得る。
【0027】
本明細書で使用される場合、「又は」という用語は「及び／又は」を含み、「及び／又は」という用語は、関連する列挙された項目の１つ又は複数のあらゆる組み合わせを含む。「少なくとも１つ」等の表現は、要素のリストに前置される場合、要素のリスト全体を修飾し、リストの個々の要素を修飾するものではない。
【0028】
本明細書で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈により明らかに別段のことが示される場合を除き、複数形を含む。したがって、例えば、物体への言及は、文脈により明らかに別段のことが示される場合を除き、複数の物体を含むことができる。
【0029】
また、本明細書の説明及び以下の特許請求の範囲全体を通して使用される場合、「内」の意味は、文脈により明らかに別段のことが示される場合を除き、「内」及び「上」を含む。要素が別の要素「上」にあると言及される場合、要素は、別の要素の直接上にあり得るか、又は介在要素がその間に存在し得ることが理解される。逆に、要素が別の要素の「直接上」にあると言及される場合、介在要素は存在しない。
【0030】
本明細書で使用される場合、「組」という用語は、１つ又は複数の物体の集合を指す。したがって、例えば、物体の組は、１つの物体又は複数の物体を含むことができる。物体の組は、組のメンバーを指すこともできる。物体の組は、同じであるか又は異なり得る。幾つかの場合、物体の組は、１つ又は複数の共通の属性を共有することができる。
【0031】
本明細書で使用される場合、「近隣」という用語は、近傍又は隣接を指す。近隣物体は、互いから離間され得るか又は互いと実際若しくは直接接触し得る。幾つかの場合、近隣物体は、互いに結合され得るか又は互いと一体形成され得る。
【0032】
本明細書で使用される場合、「接続」、「接続された」及び「接続する」という用語は、直接的な取り付け又はリンクを指す。接続された物体は、文脈により示されるように、介在物体又は介在物体の組を有さないか又は実質的に有さない。
【0033】
本明細書で使用される場合、「結合」、「結合された」及び「結合する」という用語は、動作的な接続又はリンクを指す。結合された物体は、互いと直接接続され得るか、又は介在する物体の組を介して等、互いに間接的に接続され得る。
【0034】
「約」という用語の使用は、明示されるか否かに関係なく、全ての数値に適用される。この用語は、一般に、当業者が、記載された数値からの妥当な量のずれ（すなわち同等の機能又は結果を有する）として見なす数の範囲を指す。例えば、この用語は、提供される所与の数値の±１０％のずれを含むものとして解釈することができ、そのようなずれは、値の最終的な機能又は結果を変えない。したがって、約１％の値は、０．９％～１．１％の範囲であると解釈することができる。
【0035】
本明細書で使用される場合、「実質的に」及び「実質的」という用語は、相当な程度又は範囲を指す。事象又は状況と併せて使用される場合、これらの用語は、事象又は状況が厳密に発生する場合及び典型的な許容差レベル又は本明細書に記載される実施形態の変動を説明する等の事象又は状況が近似して発生する場合を指すことができる。
【0036】
本明細書で使用される場合、「任意選択的」及び「任意選択的に」という用語は、続けて説明される事象又は状況が生じることも生じないこともあり、説明が、事象又は状況が発生する場合及び発生しない場合を含むことを意味する。
【0037】
本明細書で使用される場合、「サイズ」という用語は、物体の特徴的寸法を指す。したがって、例えば、球体である物体のサイズは、物体の直径を指すことができる。非球体である物体の場合、非球形物体のサイズは、対応する球形物体の直径を指すことができ、ここで、対応する球形物体は、非球形物体のものと実質的に同じ特定の導出可能又は測定可能な特性の組を示すか又は有する。したがって、例えば、非球形物体のサイズは、非球形物体のものと実質的に同じ光散乱又は他の特性を示す対応する球形物体の直径を指すことができる。代替又は追加として、非球形物体のサイズは、物体の様々な直交寸法の平均を指すことができる。したがって、例えば、回転楕円体である物体のサイズは、物体の長軸及び短軸の平均を指すことができる。特定のサイズを有するものとして物体の組を指す場合、物体がその特定のサイズ前後に分布するサイズを有し得ることが意図される。したがって、本明細書で使用される場合、物体の組のサイズは、平均サイズ、メジアンサイズ又はピークサイズ等のサイズ分布の典型的なサイズを指すことができる。
【0038】
本明細書で使用される場合、「信号」という用語は、信号が生成された時間における信号生成器のステータスについての情報を伝達する、表示画像プリミティブ前駆体等の信号生成器からの出力を指す。イメージングシステムでは、各信号は、意図される状況下で人間の視覚系により知覚された場合、画像又は画像部分を生成する表示画像プリミティブの部分である。この意味では、信号は体系化されたメッセージであり、すなわち、メッセージを符号化する通信チャネル内の表示画像プリミティブ前駆体の一連の状態である。表示画像プリミティブ前駆体の組からの同期信号の集合は、画像のフレーム（又はフレームの一部）を定義し得る。各信号は、１つ又は複数の他の信号からの１つ又は複数の特性と組
み合わせ得る特性（色、周波数、振幅、タイミングであるが、掌性ではない）を有し得る。
み合わせ得る特性（色、周波数、振幅、タイミングであるが、掌性ではない）を有し得る。
【0039】
本明細書で使用される場合、「人間の視覚系」（ＨＶＳ）という用語は、直視であれ投影であれ、複数の離散した表示画像プリミティブからの画像の知覚及び視覚化に伴う生物学的及び心理学的プロセスを指す。したがって、ＨＶＳは、伝搬する表示画像プリミティブの複合体を受け取り、受け取られ処理されるそれらのプリミティブに基づいて画像の概念を組み立てることにおける人間の目、視神経及び人間の脳を含意する。ＨＶＳは、誰でも厳密に同じではなく、集団の有意な割合で一般的な類似性がある。
【0040】
図１は、本発明の実施形態の実施に使用し得るイメージングアーキテクチャ１００を示す。本発明の幾つかの実施形態は、人間の視覚系（ＨＶＳ）を使用した － 大きい組の信号生成構造からの － 人間知覚可能な画像の形成がアーキテクチャ１００を含むことを意図する。アーキテクチャ１００は、複数の表示画像プリミティブ前駆体（ＤＩＰＰ）１１０ｉを含む画像エンジン１０５を含み、ｉ＝１～Ｎである（Ｎは、ＤＩＰＰの１～数十、数百又は数千個の任意の全数であり得る）。各ＤＩＰＰ１１０ｉは、適宜操作され変調されて、複数の画像構成信号１１５ｉを生成し、ｉ＝１～Ｎである（各ＤＩＰＰ１１０ｉからの個々の画像構成信号１１５ｉ）。これらの画像構成信号１１５ｉは、処理されて、複数の表示画像プリミティブ（ＤＩＰ）１２０ｊを形成し、ｊ＝１～Ｍであり、Ｍは、Ｎ未満であるか、Ｎに等しいか、又はＮよりも大きい全数である。ＨＶＳにより知覚されると、表示画像１２５（又は例えば、アニメーション／モーション効果のために一連の表示画像）を形成するＤＩＰ１２０ｊの集合／集まり（同じ空間及び断面エリアを占有する１つ以上の画像構成信号１１５ｉ等）である。ＨＶＳは、ディスプレイ上のアレイ又はスクリーン、壁若しくは他の表面上の投影画像等の適した形式で提示されたとき、ＤＩＰ１２０ｊから表示画像１２５を再構築する。これは、ＨＶＳが閲覧者（及びＨＶＳ）への距離に関連して十分に小さい小形状（「ドット」等）の異なる色又はグレースケール陰影のアレイから画像を知覚するという一般的な現象である。したがって、表示画像プリミティブ前駆体１１０ｉは、非コンポジット表色系から画像構成信号を生成するデバイスを参照する場合、ピクセルと一般に呼ばれる構造に対応し、したがってコンポジット表色系から画像構成信号を生成するデバイスを参照する場合、サブピクセルと一般に呼ばれる構造に対応する。多くの一般的なシステムは、各ＲＧＢ要素から１つの画像構成信号のＲＧＢ画像構成信号等のコンポジット表色系を利用している（例えば、ＬＣＤセル等）。残念ながら、ピクセル及びサブピクセルという用語は、イメージングシステムでは、多くの異なる概念を指すのに使用されている － ハードウェアＬＣＤセル（サブピクセル）、セルから発せられる光（サブピクセル）及びＨＶＳにより知覚される際の信号（通常、そのようなサブピクセルは、一緒に混ぜられており、閲覧が意図される一連の状況下でユーザに知覚されないように構成される）等である。アーキテクチャ１００は、これらの様々な「ピクセル又はサブピクセル」を区別しており、したがってこれらの異なるコンポーネントの参照に異なる用語が採用される。
【0041】
アーキテクチャ１００は、画像エンジン１０５がＤＩＰＰ１１０の１つ又は複数のサブセットに異なる技術を含むハイブリッド構造を含み得る。すなわち、ＤＩＰＰの第１のサブセットは、第１のカラー技術、例えばコンポジットカラー技術を使用して、画像構成信号の第１のサブセットを生成し得、ＤＩＰＰの第２のサブセットは、第１のカラー技術と異なる第２のカラー技術、例えば異なるコンポジットカラー技術又は非コンポジットカラー技術）を使用して、画像構成信号の第２のサブセットを生成し得る。これにより、様々な技術の組み合わせを使用して、表示画像プリミティブの組及び任意の１つの技術から生成される場合よりも優れていることができる表示画像１２５を生成することができる。
【0042】
アーキテクチャ１００は、入力として画像構成信号１１５ｉを受け入れ、出力において
表示画像プリミティブ１２０ｊを生成する信号処理マトリックス１３０を更に含む。本発明の実施形態の任意の特定の実装形態の適合及び目的に応じて、マトリックス１３０の多くの可能な構成がある（幾つかの実施形態は、一次元アレイを含み得る）。一般に、マトリックス１３０は、複数の信号チャネル、例えばチャネル１３５～１６０を含む。マトリックス１３０の各チャネルに多くの異なる可能な構成がある。各チャネルは、離散光ファイバチャネルから生じる光学分離等の他のチャネルから十分に分離され、したがって、実装形態／実施形態では、あるチャネル内の信号は、クロストーク閾値を超えて他の信号と干渉しない。各チャネルは、１つ又は複数の入力及び１つ又は複数の出力を含む。各入力は、画像構成信号１１５をＤＩＰＰ１１０から受信する。各出力は、表示画像プリミティブ１２０を生成する。入力から出力に、各チャネルは、純粋な信号情報を向け、その純粋な信号情報は、チャネル内で随時、元の画像構成信号１１５、１つ若しくは複数の処理済みの元の画像構成信号の組の離散化、及び／又は１つ若しくは複数の処理済みの元の画像構成信号の組の統合を含み得、各「処理」は、１つ又は複数の信号の１つ又は複数の統合又は離散化を含み得る。
表示画像プリミティブ１２０ｊを生成する信号処理マトリックス１３０を更に含む。本発明の実施形態の任意の特定の実装形態の適合及び目的に応じて、マトリックス１３０の多くの可能な構成がある（幾つかの実施形態は、一次元アレイを含み得る）。一般に、マトリックス１３０は、複数の信号チャネル、例えばチャネル１３５～１６０を含む。マトリックス１３０の各チャネルに多くの異なる可能な構成がある。各チャネルは、離散光ファイバチャネルから生じる光学分離等の他のチャネルから十分に分離され、したがって、実装形態／実施形態では、あるチャネル内の信号は、クロストーク閾値を超えて他の信号と干渉しない。各チャネルは、１つ又は複数の入力及び１つ又は複数の出力を含む。各入力は、画像構成信号１１５をＤＩＰＰ１１０から受信する。各出力は、表示画像プリミティブ１２０を生成する。入力から出力に、各チャネルは、純粋な信号情報を向け、その純粋な信号情報は、チャネル内で随時、元の画像構成信号１１５、１つ若しくは複数の処理済みの元の画像構成信号の組の離散化、及び／又は１つ若しくは複数の処理済みの元の画像構成信号の組の統合を含み得、各「処理」は、１つ又は複数の信号の１つ又は複数の統合又は離散化を含み得る。
【0043】
これに関連して、統合は、ＳＡ＞１である数ＳＡのチャネル（これらの集合信号は、それら自体、元の構成信号、処理済み信号又は組合せであり得る）からＴＡ数（１≦ＴＡ＜ＳＡ）のチャネルへの信号の結合を指し、離散化は、ＳＤ≧１である数ＳＤのチャネル（それら自体、元の構成信号、処理済み信号又は組合せであり得る）からＴＤ数（ＳＤ＜ＴＤ）のチャネルへの信号の分割を指す。いかなる統合もない状態での早期の離散化等に起因して、ＳＡは、Ｎを超え得、続く統合に起因して、ＳＤは、Ｍを超え得る。幾つかの実施形態は、ＳＡ＝２、ＳＤ＝１及びＴＤ＝２を有する。しかしながら、アーキテクチャ１００では、多くの信号を統合することができ、それにより、実装での使用にそれぞれが十分に強い多くのチャネルに離散化し得るのに十分に強い信号を生成することができる。信号の統合は、チャネル統合（例えば、結合、併合、組み合わせ等）又は近隣チャネルの他の構成の後に生じ、それらの近隣チャネルにより伝搬する信号の結合、併合、組み合わせ等を可能にし、信号の離散化は、チャネルの離散化（例えば、スプリット、分離、分割等）又は他のチャネル構成後に生じ、そのチャネルにより伝搬する信号のスプリット、分離、分割等を可能にする。幾つかの実施形態では、マトリックス１３０を通って伝搬するコンテンツの信号ステータスを保持しながら、複数のチャネル内の２つ以上の信号を統合（又は１つのチャネル内の信号を複数のチャネル内の複数の信号に離散化）する特定の構造又はチャネルの要素があり得る。
【0044】
図１に示される幾つかの代表的なチャネルがある。チャネル１３５は、１つの入力及び１つの出力を有するチャネルを示す。チャネル１３５は、１つの元の画像構成信号１１５ｋを受信し、１つの表示画像プリミティブ１２０ｋを生成する。これは、チャネル１３５がいかなる処理も実行し得ないというわけではない。例えば、処理は、物理的特性の変換を含み得る。チャネル１３５の入力の物理的なサイズ寸法は、画像構成信号１１５ｋを生成する対応／関連するＤＩＰＰ１１０のアクティブエリアに一致／補完するように設計される。出力の物理的サイズは、入力の物理的サイズ寸法と一致する必要はない － すなわち、出力は、比較的先細りであり得るか若しくは拡大し得、又は円形外周入力が直線外周出力であり得る。他の変形形態としては、信号の再配置が挙げられる － 画像構成信号１１５１は、画像構成信号１１５２の近傍で開始し得るが、チャネル１３５により生成される表示画像プリミティブ１２０１は、前の「遠隔」画像構成信号１１５ｘから生成される表示画像プリミティブ１２０ｘの隣に位置し得る。これにより、生成に使用された技術とは別個の信号／プリミティブをインターリーブする際に大きい柔軟性が可能になる。個々の又は集合的な物理的変換のこの可能性は、マトリックス１３０の各チャネルの選択肢である。
【0045】
チャネル１４０は、入力の対及び１つの出力（入力の対を統合する）を有するチャネル
を示す。チャネル１４０は、２つの元の画像構成信号、例えば信号１１５３及び信号１１５４を受信し、例えば１つの表示画像プリミティブ１２０２を生成する。チャネル１４０は、２つの振幅を追加できるようにし、したがって、プリミティブ１２０２は、いずれの構成信号よりも大きい振幅を有する。チャネル１４０は、構成信号をインターリーブ／多重化することにより、タイミングを改善することもでき、例えば、各構成信号は、３０Ｈｚで動作し得るが、その結果生成されるプリミティブは、６０Ｈｚで動作し得る。
を示す。チャネル１４０は、２つの元の画像構成信号、例えば信号１１５３及び信号１１５４を受信し、例えば１つの表示画像プリミティブ１２０２を生成する。チャネル１４０は、２つの振幅を追加できるようにし、したがって、プリミティブ１２０２は、いずれの構成信号よりも大きい振幅を有する。チャネル１４０は、構成信号をインターリーブ／多重化することにより、タイミングを改善することもでき、例えば、各構成信号は、３０Ｈｚで動作し得るが、その結果生成されるプリミティブは、６０Ｈｚで動作し得る。
【0046】
チャネル１４５は、１つの入力及び出力の対（入力の離散化）を有するチャネルを示す。チャネル１４０は、１つの元の画像構成信号、例えば信号１１５５を受信し、表示画像プリミティブの対 － プリミティブ１２０３及びプリミティブ１２０４ － を生成する。チャネル１４５は、１つの信号を再生成できるようにし、例えば恐らく振幅を除き、離散化信号の特性の多くを有する２つの平行チャネルに分割できるようにする。振幅が望ましいものではない場合、上述したように、統合により振幅を増大することができ、次に離散化により、図１に示される代表的なチャネルのうちの他のチャネルで実証されるように十分に強い信号を生成することができる。
【0047】
チャネル１５０は、３つの入力及び１つの出力を有するチャネルを示す。チャネル１５０は、例えば、１つのプリミティブ１２０５を生成するために、略あらゆる数の独立した入力を１つのチャネル内の処理済み信号に統合し得ることを強調するために含まれている。
【0048】
チャネル１５５は、１つの入力及び３つの出力を有するチャネルを示す。チャネル１５０は、１つのチャネル（及びチャネル内の信号）を、略あらゆる数の独立しているが関連する出力及びプリミティブにそれぞれ離散化し得ることを強調するために含まれている。チャネル１５５は、別の点 － すなわち、出力から生成されるプリミティブ１２０の振幅 － でチャネル１４５と異なる。チャネル１４５では、各振幅は、等しい振幅に分割し得る（しかし、幾つかの離散化構造では、可変振幅分割を可能にすることもできる）。チャネル１５５では、プリミティブ１２０６は、プリミティブ１２０７及び１２０８の振幅と同じではないことがある（例えば、全ての信号が同じノードで離散化される必要はないため、プリミティブ１２０６は、プリミティブ１２０７及びプリミティブ１２０８のそれぞれの約２倍の振幅を有し得る）。第１の分割により、信号の半分がプリミティブ１２０６を生成し得、その結果生成された１／２信号は、プリミティブ１２０７及びプリミティブ１２０８のそれぞれで更に半分に分割される。
【0049】
チャネル１６０は、３つの入力の統合及び出力の対への離散化の両方を含むチャネルを示す。チャネル１６０は、１つのチャネルが信号の統合及び信号の離散化の両方を含み得ることを強調するために含まれている。したがって、チャネルは、複数の統合領域及び複数の離散化領域を必要又は所望に応じて有し得る。
【0050】
したがって、マトリックス１３０は、統合及び離散化を含む処理段１７０の物理的及び信号特性操作のために１つのプロセッサである。
【0051】
幾つかの実施形態では、マトリックス１３０は、数千～数百万のチャネルをまとめて定義する光ファイバの組のジャガード織りプロセス等のチャネルを定義する物理的構造の精密な織りプロセスにより生成し得る。
【0052】
概括的に、本発明の実施形態は、プリミティブ生成システム（例えば、マトリックス１３０）に結合された画像生成段（例えば、画像エンジン１０５）を含み得る。画像生成段は、Ｎ数の表示画像プリミティブ前駆体１１０を含む。各表示画像プリミティブ前駆体１１０ｉは、対応する画像構成信号１１５ｉを生成する。これらの画像構成信号１１５ｉは
、プリミティブ生成システムに入力される。プリミティブ生成システムは、Ｍ数の入力チャネルを有する入力段１６５を含む（Ｍは、Ｎと同じであることができるが、一致する必要はない － 図１では、例えば、幾つかの信号は、マトリックス１３０に入力されない）。入力チャネルの入力は、画像構成信号１１５ｘを１つの表示画像プリミティブ前駆体１１０ｘから受信する。図１では、各入力チャネルは、入力及び出力を有し、各入力チャネルは、１つの元の画像構成信号を入力から出力に向け、入力段１６５のＭ数の入力及びＭ数の出力がある。プリミティブ生成システムは、Ｐ数の配信チャネルを有する配信段１７０も含み、各配信チャネルは、入力及び出力を含む。一般に、Ｍ＝Ｎであり、Ｐは、実装に応じて様々であることができる。幾つかの実施形態では、Ｐは、Ｎ未満であり、例えばＰ＝Ｎ／２である。それらの実施形態では、配信チャネルの各入力は、入力チャネルから一意の対の出力に結合される。幾つかの実施形態では、Ｐは、Ｎよりも大きく、例えばＰ＝Ｎ＊２である。それらの実施形態では、入力チャネルの各出力は、配信チャネルの一意の対の入力に結合される。したがって、プリミティブ生成システムは、画像構成信号を表示画像プリミティブ前駆体からスケーリングする － 幾つかの場合、複数の画像構成信号は、配信チャネル内で信号として結合され、他の場合、１つの画像構成信号は、分割され、複数の配信チャネルに提示される。マトリックス１３０、入力段１６５及び配信段１７０の多くの可能な変形形態がある。
、プリミティブ生成システムに入力される。プリミティブ生成システムは、Ｍ数の入力チャネルを有する入力段１６５を含む（Ｍは、Ｎと同じであることができるが、一致する必要はない － 図１では、例えば、幾つかの信号は、マトリックス１３０に入力されない）。入力チャネルの入力は、画像構成信号１１５ｘを１つの表示画像プリミティブ前駆体１１０ｘから受信する。図１では、各入力チャネルは、入力及び出力を有し、各入力チャネルは、１つの元の画像構成信号を入力から出力に向け、入力段１６５のＭ数の入力及びＭ数の出力がある。プリミティブ生成システムは、Ｐ数の配信チャネルを有する配信段１７０も含み、各配信チャネルは、入力及び出力を含む。一般に、Ｍ＝Ｎであり、Ｐは、実装に応じて様々であることができる。幾つかの実施形態では、Ｐは、Ｎ未満であり、例えばＰ＝Ｎ／２である。それらの実施形態では、配信チャネルの各入力は、入力チャネルから一意の対の出力に結合される。幾つかの実施形態では、Ｐは、Ｎよりも大きく、例えばＰ＝Ｎ＊２である。それらの実施形態では、入力チャネルの各出力は、配信チャネルの一意の対の入力に結合される。したがって、プリミティブ生成システムは、画像構成信号を表示画像プリミティブ前駆体からスケーリングする － 幾つかの場合、複数の画像構成信号は、配信チャネル内で信号として結合され、他の場合、１つの画像構成信号は、分割され、複数の配信チャネルに提示される。マトリックス１３０、入力段１６５及び配信段１７０の多くの可能な変形形態がある。
【0053】
図２は、多階層フォトニック構造２００の側面断面図を示す。構造２００は、図１の撮像アーキテクチャの実施に使用し得る。構造２００は、他の実施形態では、撮像アーキテクチャに加えて、フォトニック情報及びフォトニック情報、フォトニック信号、光子等と併用から導出するか、又は協働する他のデータの検知、ルーティング、変調、放射、伝送、処理、切り替え、増幅、符号化、生成、検出、及び操作を含めて使用し得る。集積回路に該当したように、幾つかの実装形態は、物理的に平坦なエリアにより制限された。「パッキング」密度フォトニック構造の改善は、多くの利点を提供する。構造２００の実施形態は、利点の中でも特に密度の改善を提供し得る。
【0054】
構造２００は、基板２０５及びＮ数の階層２１０を含み、Ｎ≧１である。示されるように、構造２００は、ｉ数の階層を含み、ｉ＝１～５以上である。各階層２１０ｘは、例えば、波動特性変調デバイス（例えば、ファラデー効果デバイス等）を含むフォトニック機能素子２１５等のフォトニック素子の組を含む。アクティブであれパッシブであれ、多くの可能な特定のフォトニック機能素子２１５がある。
【0055】
他のフォトニック素子は、階層内及び階層間の両方で光子を向け且つルーティングする経路光学系Ｏを含み得る。経路光学系は、誘電体又は他の材料のミラー、プリズム、点検出器、他の光路リダイレクト構造を含め、特殊な構造又は材料を含み得る。
【0056】
スペーサ材料２２０は、各階層２１０ｘ上でフォトニック素子の組を囲む。スペーサ材料は、例えば、エアロゲル等の低屈折率の屈折材料を含み得る。各特定の階層２１０ｘのスーパーストレート２２５が特定の階層２１０ｘを近隣階層２１０ｘ＋１から分離する。
【0057】
幾つかの実施形態は、独立した多階層平坦積層の組を含み得、各階層は、フォトニック素子の組を含む。しかしながら、図２に示されるように、基板２０５及び階層２１０ｘの１つ又は複数は、それぞれ１つ又は複数の光学バイア２３０を含む。各光学バイア２３０は、基板２０５及び階層２１０ｘの１つ又は複数を通る光子の伝送路を提供する。示されるように、光学バイア２３０の組の適切な向きにより、フォトニック素子の多階層協働が可能になる。１階層２１０ｊのフォトニック素子は、入力光子の集合に対して動作する第１の機能の組を含み得、第１の処理済み光子出力の組を生成し得る。光学バイア２３０は、第１の処理済み光子出力の組を別の階層２１０ｋに通信できるようにする。階層２１０ｋのフォトニック素子は、第１の処理済み光子出力の組に対して動作して、第２の処理済
み光子出力の組を生成する第２の機能の組（第１の機能の組を含むか、含まないか、又は部分的に含むことができる）を含み得る。第２の処理済み光子出力の組は、更なる処理（別の階層又は同じ階層の別の部分に通信し得る）のために構造２００の別の部分に向けら得、又は構造２００から出ることができる。
み光子出力の組を生成する第２の機能の組（第１の機能の組を含むか、含まないか、又は部分的に含むことができる）を含み得る。第２の処理済み光子出力の組は、更なる処理（別の階層又は同じ階層の別の部分に通信し得る）のために構造２００の別の部分に向けら得、又は構造２００から出ることができる。
【0058】
幾つかの実施形態は、１つ又は複数の階層２１０ｘ上に非フォトニック機能素子を更に含み得る。これらの非フォトニック機能素子は、フォトニック機能素子をサポートし得、パッシブ又はアクティブであり得る。給電される要素等の構造２００の要素は、従来のバイア又は１つ若しくは複数の階層若しくは基板に配置された導体等を通して無線伝送又は有線伝送を使用して電力を受け取り得る。２０１５年６月１７日に出願された米国特許出願第６２／１８１，１４３号明細書及び２０１５年９月３０日に出願された米国特許出願第６２／２３４，９４２号明細書には、無線実装に使用し得る無線送電及び無線アドレス指定の考察が含まれており、これらの特許出願の内容の全体は、あらゆる目的のために参照により明示的に本明細書に援用される。
【0059】
以下の要素で構成される３Ｄチャネル結合フォトニックデバイス構造及びシステムが提案される。
【0060】
１）有効フォトニック光路偏向又は湾曲手段であり、好ましくは、平坦なデバイス表面の平面に対して約４５度で材料ウェッジのウェッジ内又は上に製作されて、入力光学ビーム若しくは信号をｚ軸（平面への法線）から受け取り、面内結合するか、又はｘ－ｙ平面からビーム若しくは信号を受け取り、ｚ軸（平面への法線）に結合するフォトニックバンドギャップ又は周期誘電体（格子）構造である。１Ｄ、２Ｄ又は３Ｄ周期構造であり得る好ましいフォトニックバンドギャップ及び３Ｄ周期構造は、光学ビーム又は信号を帯域幅選択的に反射することにおいて最も効率的である。４５度偏向器は、単純な個々の「区画」であり得、又は部分的に概して円形のアレイにおけるファセットであり得る。
【0061】
当技術分野で既知の様々な製作方法を利用して、１Ｄ格子構造を製作し得るが、好ましい方法は、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｉｍｐｒｉｎｔｓ又はＨＰから市販される等のインプリントリソグラフィ法を利用することである。幾つかの場合、マスタ「ダイ」は、好ましくは、ＦＩＢ（集束イオンビーム）により製作し得る。
【0062】
そのような効率的なビーム偏向手段のアレイは、「純粋」な空間光変調器アレイを実現するように製作し得、又はより複雑なフォトニック回路設計は、これらのｘ－ｙ－ｚ偏向手段を選択された接合点に利用し得、接合点において、信号は、平面外からｘ－ｙデバイス平面に又はｘ－ｙデバイス平面からｚ軸にいずれも自由空間において結合する必要がある。
【0063】
効率的な光学ビーム又は信号偏向手段の別の好ましい方法は、誘電体材料に製作されたフォトニックバンドギャップ点欠陥であり、これは、あるポイントから別のポイントへの光子のトンネリングを強制し、点欠陥に達すると、光子が次の欠陥に移動する際、略９０度の湾曲を生じさせる（Ｊｏｈｎ Ｄ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ，ＭＩＴ；Ａｂ－Ｉｎｉｔｉｏ Ｒｅｓｅｒａｃｈ Ｇｒｏｕｐウェブサイトｈｔｔｐ：／／ａｂ－ｉｎｉｔｉｏ．ｍｉｔ．ｅｄｕ／ｐｈｏｔｏｎｓ／ｂｅｎｄｓ．ｈｔｍｌに組み込まれる）。この方法により、「埋められた」チャネルは、当技術分野で既知の製作方法を利用して、欠陥の間隔、屈折率及びサイズの入念な設計により製作し得る［引用 － イオン注入等］。面内及び面外結合は、内部（湾曲点）欠陥の上に結合点欠陥を配置することにより達成され、第３の点欠陥は、実質的に湾曲欠陥と同じｘ－ｙ平面にある。
【0064】
効率的な光学ビーム又は信号偏向手段の最後の効率的な方法は、ｚ軸入力チャネルに沿
って製作され、ｚ軸入力チャネルに沿って垂直に整列する少なくとも１つのｚ軸リング共振器で構成される正規化されたリング共振器の組により実施され、少なくとも１つのｘ－ｙ平面共振器は、ｚ軸リング共振器の少なくとも１つに対して直角に製作され整列され、それにより、ｚ軸及びｘ平面共振器は、互いと共振結合し、したがって起点が面内であるか又は面外であるかに関係なく、効率的なビーム又は信号の面内外への移送を行う。
って製作され、ｚ軸入力チャネルに沿って垂直に整列する少なくとも１つのｚ軸リング共振器で構成される正規化されたリング共振器の組により実施され、少なくとも１つのｘ－ｙ平面共振器は、ｚ軸リング共振器の少なくとも１つに対して直角に製作され整列され、それにより、ｚ軸及びｘ平面共振器は、互いと共振結合し、したがって起点が面内であるか又は面外であるかに関係なく、効率的なビーム又は信号の面内外への移送を行う。
【0065】
「非効率的」非最適化（広帯域効率的であるが、帯域に調整される）ビーム偏向手段の例としては、平坦磁気光学変調器からビームを偏向するために米国特許出願公開第２００５０２０１６５４号明細書において本開示の発明者により提案され、本開示の発明者により資金提供されたプログラム下でＭｉｃｈｉｇａｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙにおいてＭｉｇｕｅｌ Ｌｅｖｙ博士により実証され製作された、ｘ－ｙ平面に対して４５度で製作された金属化又は研磨された平坦ミラーを含む。
【0066】
効率的な光学信号又はビーム偏向手段の重要な変形形態は、個々の変調器に対して入力ビーム及び出力ビームの両方があるものである。これは、ＳＬＭにとって重要な要件である。
【0067】
したがって、ｘ－ｙデバイス平面外部を起点とするｚ軸上の入力ビームは、信号を変調器に渡す第１の有効光学信号又はビーム偏向手段により平坦変調器に結合される。信号が変調器から次の機能段に渡される範囲において、ビームは、光を面外に結合する第２の有効光学信号又はビーム偏向手段に渡される。
【0068】
この入力－出力有効光学信号又はビーム偏向セットアップの２つの変形形態が存在し、１つでは、入力信号及び出力信号は、ｘ－ｙデバイス平面の同じ側を起点とし（本発明のＳＬＭ実施形態の場合、全体「反射」ＳＬＭ構成）、１つでは、入力信号は、ｘ－ｙデバイス平面の一方の側を起点とし、出力信号は、ｘ－ｙデバイス平面の他方の側に渡される。
【0069】
２番目の場合は、本開示のＳＬＭ実施形態において「透過型」ＳＬＭ構成として特徴付けられ得る。
【0070】
複数のｘ－ｙデバイス層がモノリシックに集積され、チャネル化スペーサにより分離される３Ｄ ＰＩＣ構成では、そのようなｘ－ｙデバイス構成により、信号を下部ｘ－ｙデバイス層から渡して、現在の層における平坦フォトニック（変調器等）により処理され、次にＳＬＭ又は準ＳＬＭ出力として現在の層の上のｘ－ｙデバイス層又は自由空間中に渡すことができる。
【0071】
「透過型」ＳＬＭ構成であれ、又は３Ｄ ＰＩＣ「パススルー」構成であれ、そのような事例でのｘ－ｙデバイス平面の基板は、チャネル化されなければならない。すなわち、基板「通した」信号の入力を有効光学信号又はビーム偏向手段に結合できるように構造化されなければならず、偏向手段は、次にそれらの信号を平坦フォトニック変調器又は他の要素に渡す。そのようなチャネル化ウェーハの構造化及び製作の特徴及び方法を本開示において以下で提供する。
【0072】
以下の後続セクションにおいて展開するように、通常、入力偏向器と出力偏向器との間には違いがある。しかし、手短に、入力偏向器の寸法は、通常、入力チャネルからの結合のし易さを上げるためにより大きい（平角格子の場合、より広い）。
【0073】
２）３Ｄチャネル結合フォトニックデバイス及びシステムの第２の基本要素は、光学的にチャネル化されたスペーサコントローラからなり、スペーサコントローラは、ビーム導
波及びサイズ決め手段であり、少なくとも１つｘ－ｙフォトニックデバイス平面に隣接して又は接合されて固定保持され、モノリシック結合構造を実施し、ｚ軸上で入結合ビーム及び出結合ビームを互いから効率的に分離し、経路及びビーム直径を光学的に制御しながら、ｘ－ｙアレイへの埃及び汚染をなくすという付随する利点を有する。
波及びサイズ決め手段であり、少なくとも１つｘ－ｙフォトニックデバイス平面に隣接して又は接合されて固定保持され、モノリシック結合構造を実施し、ｚ軸上で入結合ビーム及び出結合ビームを互いから効率的に分離し、経路及びビーム直径を光学的に制御しながら、ｘ－ｙアレイへの埃及び汚染をなくすという付随する利点を有する。
【0074】
光学ピクセル信号又はビーム（各変調器により個々に変調される）を、各変調器に割り当てられた有効光学信号又はビーム偏向手段に渡す平坦変調器のアレイから出力されるｚ軸ビームの規則正しいアレイの場合、規則正しいアレイのＳＬＭが意図される。この場合、規則正しい離間及び大半の場合、同一寸法の光学チャネル構造を使用して、ｘ軸の出及び入結合光学信号又はビームを導波しサイズ決めする。
【0075】
より複雑なｘ－ｙフォトニック論理設計の場合、ｘ軸出結合信号が別のｘ－ｙデバイス平面層に入力されることが意図されるか、又は単に他の離散デバイスにより受信されるように自由空間中に出結合されるかに関係なく、光学信号又はビームを導波しサイズ決めする光学チャネル構造は、チャネル化スペーサコントローラ構造のｘ－ｙ平面において互いから不規則に分離し得る。
【0076】
「透過型ＳＬＭ」又は３Ｄ ＰＩＣ「パススルー」構成の場合、「反射型」ＳＬＭ構成とは対照的に、チャネルは、大半の場合、ｘ－ｙ平面デバイスの平面への法線である。すなわち、デバイス平面に直交し、互いに平行である。
【0077】
しかしながら、「反射型」ＳＬＭ構成の場合、入力光学信号又はビームは、必要性により（ＳＬＭ全体のバルク照明では画像表示目的で）又は最も一般的には他の理由のため、入力チャネル及び出力チャネルを軸又は経路において互いから逸らせる必要がある。（光学Ｉ／Ｏ軸分離を必要としない特殊事例の実施形態が以下の他の箇所で開示される）。
【0078】
特に表示用途の大半のＳＬＭでは、入力照明は、ＳＬＭアレイにおいてある角度から向けられ、通常、別角度の反射又は干渉格子角度で跳ね返る。これは、光路を分離し、干渉又はクロストークを低減する。
【0079】
本明細書に開示される固体状態方法は、垂直断面において概ね不規則な五角形の形態の形状を有するチャネル化スペーサコントローラの特殊な変形形態において、入力チャネル及び出力チャネルを提供し、固体状態光学入力チャネルは、光学出力チャネルから等しいが逆の角度にある。
【0080】
ｘ－ｙデバイス層上の平坦変調器の向きに関して、変調器を任意にｘ軸に平行とし得る場合、入力チャネル及び出力チャネルにより形成される平面は、ｙ－ｚ軸により形成され、したがって、「下」のｘ－ｙ平面への入力チャネル及び出力チャネルの射影は、変調器のｘ軸と直角をなす線を形成する。
【0081】
ｚ軸がｘ－ｙ平面から生じる「木の幹」として視覚化され、木の幹に平行なｚ－ｙ平面に面している場合、入力チャネルは、木の片側の全ての枝として見ることができ、出力チャネルは、木の逆側の全ての枝である。
【0082】
なお、入力チャネルは、変調器（又は変調器＋他のデバイス）を組み立てる有効光学信号／ビーム偏向手段の組により形成される複合デバイスの「一」端部に整列し、出力チャネルは、逆「端部」に整列し、入力チャネル及び出力チャネルにより形成される平面は、互いと交互になるものとして見ることができる。
【0083】
次に、変調器は、ｚ軸である木の幹の交互になった左右の枝により形成される交互にな
った平面と直角をなすｘ－ｙ地面上にある線として見ることができる。
った平面と直角をなすｘ－ｙ地面上にある線として見ることができる。
【0084】
チャネル化構造における入力チャネル及び出力チャネルは、こうしてインターリーブされる。
【0085】
別の実施形態では、入力チャネル及び出力チャネルは、当然ながら、ｘ－ｙ平面上の変調器と同じ軸に整列し得るが、好ましい実施形態では、固体状態の光学的にチャネル化されたスペーサコントローラの製作及び実現への３Ｄ織物方法（米国特許出願公開第２００５０２０１６７４号明細書に開示される）の提供を含め、入力チャネル及び出力チャネルの製作により大きい自由度が可能である。
【0086】
出力チャネルの遠端部及び入力チャネルの端部が一緒に終端して、２つの比較的平滑な平面を形成する場合、空間的に互いから離間されて、効率的な動作を可能にする空間光変調器の入力表面光学系及び出力表面を有する。
【0087】
チャネル化構造を製作する好ましい方法としては、米国特許出願公開第２００５０２０１６７４号明細書の発明者により開示される、光学導波構造として光ファイバを利用する３Ｄ織物製作方法が挙げられる。
【0088】
この方法では、「セル」内の個々のファイバ又はファイバ群は、構造ファイバ又はフィラメントにより定位置に保持される。光ファイバは、通常、電気通信に必要な環境クラッディングを有さず、動作光学層のみを有し、構造化ｘ－ｙフィラメント又はファイバと共にチャネルを形成する（可能な場合、構造化フィラメント又はファイバは、光ファイバに平行であるか、又は織物構造全体内で斜めになる）。
【0089】
光ファイバの寸法に応じて、ｘ－ｙ構造織物及び全体構造の部分は、光ファイバの長さの一部のみで実装し得、それにより、光ファイバの端部は先細り、直径は、ファイバを固定する織物構造断面未満である密にパッキングされた束になる。ファイバ端部を近い位置に維持するために、接合材料（注入され硬化したゾル）又はエポキシ若しくは熱溶融）あり又はなしでファイバ端部の周囲の結束要素を利用し得る。
【0090】
そうしてグループ化されたファイバ端部は、任意選択的に、光ファイバ面板の分野で既知のように、熱処理され、一緒に引かれてテーパ形を形成し得る。
【0091】
参照される開示の方法を利用して、統合製作光学部を実現し得、この光学部は、単に「織物構造」部のみならず、織物構造プリフォームを利用する光学部を実現し、プリフォームは、次に、通常、熱処理及び伸張圧縮（ファイバ引き込みでのような伸張であり、これは、変形形態による特徴縮小の単なる一例にすぎない）の組み合わせにより変形して、設計自由度がより大きく、最適化された材料組成及び特徴サイズ制御を有するチャネル化構造を実現する。
【0092】
光学チャネル化スペーサコントローラの多くのバージョンは、ＳＬＭ等のこの密なパッキングを必要とするか、又は密なパッキングから恩恵を受けるが、そのような離間許容差は、特にＳＬＭ変調器アレイ内の変調器の寸法又は向きを増大又は変更することにより、本開示の追加の新規提案により緩和し得る。したがって、光ファイバの寸法から必要な場合、又はコスト及びもたらされる他の製作効率のために織物構造スペースコントローラが好ましい場合、ファイバアレイの寸法によりよく一致するように、変調器－偏向器の各組のフットプリントを増大させることができる。
【0093】
平坦変調器及び偏向器（すなわち垂直ＬＣ、ＯＬＥＤ、又はＶＣＳＥＬ等に適合可能）
を使用してもしなくてもよい本明細書において提案されるこの新規の最適化を行うことができ、モバイルデバイスのＬＣＤ又は画像投影のためのＤＭＤ若しくはＬＣｏＳチップ等の直接ビューマイクロディスプレイＳＬＭにおいて、本発明なしでは可能ではない本開示の単純な一実施形態は、ＬＣ又はＯＬＥＤセルのフィルファクタの低減ではなく増大に繋がる。
を使用してもしなくてもよい本明細書において提案されるこの新規の最適化を行うことができ、モバイルデバイスのＬＣＤ又は画像投影のためのＤＭＤ若しくはＬＣｏＳチップ等の直接ビューマイクロディスプレイＳＬＭにおいて、本発明なしでは可能ではない本開示の単純な一実施形態は、ＬＣ又はＯＬＥＤセルのフィルファクタの低減ではなく増大に繋がる。
【0094】
光ファイバの織物型製作により形成される、マイクロディスプレイと統合される非常に基本的なチャネル化スペーサコントローラは、特に最適化されたＬＣ若しくはＯＬＥＤ、又はハイブリッドアレイ若しくは変調器－偏向器パススルー（「透過型」）アレイと統合し得る。特に最適化されたピクセル変調アレイは、仲介なし直接ビューの従来の最小フィルファクタに向けて最適化されず、光ファイバ寸法との効率的な結合に向けて最適化される。
【0095】
フィルファクタ要件のこの緩和は、ウェーハの実面積が、アドレス指定論理、熱放散構造及び支配的なフィルファクタ最小化要件により通常であれば制約を受ける他のデバイス機能を含む他の機能に利用可能になるという点で、追加の利点を有する。したがって、従来の直接ビュー「ＳＬＭ」アレイへのフィルファクタ要件の緩和により、他の機能へのより効率的な解決策も可能になる。
【0096】
米国カリフォルニア州に所在のＣｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｈｏｌｅｓ，Ｉｎｃ．からの市販の製品を含む光学チャネル化スペーサコントローラを製作し実現する他の好ましい方法である。Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｈｏｌｅｓは、ガラス延伸及びエッチングを組み合わせることにより、毛細管穴の規則正しいアレイを用いて固体の従来の光学材料を製造している。
【0097】
光学チャネル化スペーサコントローラを形成する別の好ましい方法は、エアロゲル及びエアロゲル複合物の利用により見出される。
【0098】
エアロゲルは、幾つかのエアロゲルの優れた電気絶縁特性のために、半導体電子回路（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ等から市販のコーティング）に利用されてきた。
【0099】
本開示へのエアロゲルの利点は、ナノ粒子をエアロゲルマトリックスへ注入する最近の努力により可能になったものを含め、圧縮における構造強度と、エアロゲルに現在利用可能な適合性との組み合わせである。
【0100】
シリカエアロゲル及びＣＮＴエアロゲル（カーボンナノチューブ）を含む異なるエアロゲルの複合物は、反発性（ｏｐｐｏｓｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）及び導電性を含め、異なる熱機能、電気機能及び磁気機能を実現することができ、したがってｘ－ｙデバイス層と協働することができる導電チャネル又は絶縁チャネルを実現することができる。
【0101】
エアロゲル中の光学チャネルは、屈折率の異なるエアロゲル及びエアロゲル複合体を交互にするか、又はエアロゲルをエッチングして、周期ボイドを実装することにより実現することができ、したがってバンドギャップ又は総合屈折率の変更（エアロゲルフォトニック結晶）により導波を実現することができる。古典的なシリカエアロゲルは、空気に最も近い屈折率を有し、したがって、後に堆積又は成長した屈折率がより高い１つ又は複数の材料（別のエアロゲルを含む）で囲まれた固体エアロゲル層からエッチングされたエアロゲルの「ピラー」は、かなり優れた構造的に強力な光学チャネル化スペーサコントローラを実現し得る。
【0102】
光ファイバは、エアロゲルと併せて使用されて強い複合体を形成し得る。米国コロラド
州に所在のＡｓｐｅｎ Ａｅｒｏｇｅｌｓ等の企業は、エアロゲルに長い間関連してきた破砕性問題をなくす、エアロゲル及び他のファイバの新規の商用複合体を示した。加えて、エアロゲルの層は、ｘ－ｙデバイス層に堆積して、平坦化し得、ファイバのアレイ（織物構造アレイ、溶融アレイ又は織物構造及び処理済みプリフォームによる統合光学部）は、エアロゲルに接合されるか、又はエアロゲルに平坦デバイス及びファイバアレイがインサイチューで製作される。
州に所在のＡｓｐｅｎ Ａｅｒｏｇｅｌｓ等の企業は、エアロゲルに長い間関連してきた破砕性問題をなくす、エアロゲル及び他のファイバの新規の商用複合体を示した。加えて、エアロゲルの層は、ｘ－ｙデバイス層に堆積して、平坦化し得、ファイバのアレイ（織物構造アレイ、溶融アレイ又は織物構造及び処理済みプリフォームによる統合光学部）は、エアロゲルに接合されるか、又はエアロゲルに平坦デバイス及びファイバアレイがインサイチューで製作される。
【0103】
エアロゲルプロセスは、部分的に格子構造により形成される平坦フォトニックデバイス及びパッシブフォトニックバンドギャップ素子に対して更に有益である。格子構造を塗膜し絶縁する層として製作されるエアロゲルの空気と略同じ程度に低い屈折率は、上述の構造的利点及び他の機能的利点を提供しながら、誘電体として、空気と同じデバイス効率に近い効率を維持する。
【0104】
代替のハイブリッド光ファイバ－エアロゲル構造として、エバネッセント結合を示した光学ナノファイバを低屈折率エアロゲルマトリックスに利用し得る。
【0105】
光学チャネル化スペーサコントローラの主要な機能特徴は、有効平坦偏向器とチャネル（入力又は出力）との間に有効結合を提供することである。
【0106】
この要素の好ましい実施形態では、入力偏向器（略（概して）円までを含む１つ又は複数のパネルに面する入力チャネル端部のサイズの比率は、１：１未満である。入力偏向器の寸法は、より効率的な（より低損失の）光学結合を可能にするために、入力チャネルの出口ポートよりも大きい寸法であるべきである。
【0107】
逆に、平坦変調器から光学信号又はビームを受信する出力偏向器は、出力チャネルの発射端部の寸法よりも小さい寸法であるべきである。
【0108】
屈折率が非常に低いエアロゲル埋設偏向器に接触する空気充填チャネル又はエアロゲル充填チャネルが特に有利である。したがって、中空コアフォトニック結晶ファイバが特に有用であり、又はエアロゲルコアファイバ若しくはチャネル化エアロゲル若しくはＣｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｈｏｌｅｓからの「毛細管穴」固体光学部品が特に有利である。
【0109】
したがって、変調器を含む平坦要素の特徴サイズの継続した低減は、偏向器寸法と入力チャネル及び出力チャネルとの比率のこの最適化基準と協働する。最良の種類の平坦変調器は、大半の光ファイバの寸法よりも実質的に低い寸法で既に製作されており、したがって、入力偏向器格子は、ファイバ端部の寸法よりも大幅に容易に製作することができる。
【0110】
エアロゲルマトリックスに埋め込まれた光学ナノワイヤを組み合わせた、先に提案された新規の複合光学チャネル化スペーサコントローラは、ｘ－ｙデバイス平面の表面に製作されたリブ導波路にナノワイヤを直接接触させることによるものを含め、代替の効率的な結合パラダイムを提供する。ｘ－ｙ平坦構造からフィラメントを垂直に成長させることは、このパラダイム内の別の製作選択肢である。
【0111】
チャネル化スペースコントローラにより実行される基本的な機能は、各光学信号又はビームをｘ－ｙデバイス平面上の原点のデバイスから導波することのみならず、ビームサイジングも同様に提供することである。
【0112】
構造の長さにわたるチャネル化構造自体の寸法は、ビーム直径を変更する。ＳＬＭ用途では、これは、変調器寸法を最終的な閲覧可能ピクセル寸法から切り離す（フィルファクタ制約を下げることにより、他のデバイス機能を最適化する先の開示でのように）。
【0113】
この目的を拡大するために、ＳＬＭ用途でのチャネル化アレイは、個々のチャネルの直径が拡大した全体的な拡大から恩恵を受け得る。これも本開示の発明者による、援用される米国‘４６１号明細書において開示されるファイバ間結合によるピクセルスケーリングは、ファイバ織物方法により全体的にピクセル寸法を拡大する方法を教示している。
【0114】
先に援用された本発明者による３Ｄ織物プリフォーム開示を適用して、加熱変形中に統合される、直径を広げた同じ屈折率材料の連続織物層のプロセスにより、直径を増大したチャネルを実現し得る。
【0115】
溶融光ファイバテーパは、概ね５：１又は１：５の比率までピクセルをスケーリングすることができるが、製作費用及びファイバに導入される欠陥のより高い発生という問題を有する。ファイバの効率及び導波特性が損なわれ得るため、デジタル光学信号がｘ－ｙデバイス層間でルーティングされるＰＩＣ用途にあまり適さない。
【0116】
３Ｄ ＰＩＣ用途では、閲覧可能なピクセル寸法までのスケーリングは必要なく、逆に効率的な出結合を実現するためにより大きい口径のチャネルが利用される場合、通常、ＰＩＣ寸法へのスケールダウンが必要とされるものである。
【0117】
ピクセルアップスケーリングと同じ方法を利用して、ピクセルダウンスケールを実現し得、違いは、光ファイバ面板テーパがより小さい対面ファイバ端部面積に引き下げられ、したがって有利には同じ面積の複数のｘ－ｙデバイス層が光学チャネル化スペーサコントローラにより統一され統合される、本開示により提案されるサンドイッチ構造でのＰＩＣ用途に適するものよりも小さくなることである。
【0118】
チャネル寸法対偏向器寸法の両方の選択が効率的な結合を保証し、ビーム寸法を変更する手段を提供することは明らかである。
【0119】
しかしながら、幾つかの用途では、追加のビーム整形手段が必要又は望ましいことがあり、この手段は、光学チャネル化スペーサコントローラ内の光学構造、ｘ－ｙデバイス層の表面上の光学構造又は両方の変更であり得る。
【0120】
３）追加のビーム整形：本開示の主平坦変調器パラダイム又は垂直変調器（その例は、上記に開示され、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ、ＭＯ等）への本願の要素の補助的適用のいずれかを利用したマイクロディスプレイ等の直接ビューＳＬＭ、又は実際には最大で壁サイズまで及び壁サイズを超えるサイズを含め、任意のサイズの直接ビューディスプレイ等の用途では、ビームは、最大視角を実現するために、光学チャネル化スペーサコントローラの最終的な出力表面から劇的に逸れることが望ましい。
【0121】
この目的のために、拡散材料、好ましくは米国カリフォルニア州に所在のＬｕｍｉｎｉｔ，Ｉｎｃ．製の非周期材料は、直径が狭いソースからの効率的な拡散を提供する。そのような材料のシートは、光学エポキシ若しくはエアロゲル等の透明スペーシング層あり若しくはなしで主スペーサに接合し得、又は主層への型押し若しくは他の表面テクスチャ転写方法により非周期拡散構造をプリフォーム材料の層上に製作し得る。
【0122】
側方リーキーファイバ（ｌａｔｅｒａｌ－ｌｅａｋｙ－ｆｉｂｅｒ）を利用する全ファイバ方法を含め、米国特許出願公開第２００９０２３１３５８号明細書に開示されるもの
－ 援用される、本開示の発明者による’４６１号出願 － を含め、追加の光学戦略が利用可能である。ファイバ端部自体は、拡散を増大させるために変更し得、市販されており、当技術分野で既知である。
－ 援用される、本開示の発明者による’４６１号出願 － を含め、追加の光学戦略が利用可能である。ファイバ端部自体は、拡散を増大させるために変更し得、市販されており、当技術分野で既知である。
【0123】
他の画像ディスプレイＳＬＭ用途並びにホログラフィック記憶ディスク等の電気通信ＯＯＯ（全光学）切り替え及び光学記憶媒体の読み書きアレイへのＳＬＭの適用は、ビームの更なる集束又は少なくともゼロ拡散を含め、逆のタイプのビーム整形を必要とする。
【0124】
光学層若しくは光学チャネル化スペーサコントローラの面上に配置される被膜上に製作されるフレネル型格子を含む格子構造、又はそのような材料若しくは材料サンドイッチ上に製作される小型レンズ、又は変更されたファイバ端部（小型レンズオンファイバを含む）、及び本開示の発明者により先に援用された出願において開示される全織物光ファイバテーパダウン方法、又は主スペーサに接合された層上に製作された、負屈折率を有する左手系メタ材料ベースのレンズ構造若しくは同様に製作されたホログラム構造、これら及び当技術分野で既知の他の方法のいずれかにより、個々に若しくは組み合わせて利用されて、ＳＬＭ用途であれ、ＳＬＭ用途と同じ制御若しくはビームサイズ低減を必要とする３Ｄ
ＰＩＣ実施形態であれ関係なく、光学信号又はビームが光学チャネル化スペーサコントローラから出る際、更なるビーム整形及び制御を達成し得る。
ＰＩＣ実施形態であれ関係なく、光学信号又はビームが光学チャネル化スペーサコントローラから出る際、更なるビーム整形及び制御を達成し得る。
【0125】
４）チャネル化ウェーハ
「透過型ＳＬＭ」及びマルチデバイス層３Ｄ ＰＩＣの両方に必要とされる、チップ又はより大きいデバイス等のｘ－ｙデバイス層の両側からの光学結合を実現するために、平坦変調器等のフォトニックデバイスが製作されるアクティブデバイス層のみならず、基板を通しても同様にチャネルを製作しなければならない。
「透過型ＳＬＭ」及びマルチデバイス層３Ｄ ＰＩＣの両方に必要とされる、チップ又はより大きいデバイス等のｘ－ｙデバイス層の両側からの光学結合を実現するために、平坦変調器等のフォトニックデバイスが製作されるアクティブデバイス層のみならず、基板を通しても同様にチャネルを製作しなければならない。
【0126】
ＣＭＯＳ材料領域であれ、ＳＯＧ材料領域であれ、磁気光学若しくは磁性フォトニックにＧＧＧ等の材料を利用するフォトニック材料領域であれ、又は別の他の「純粋」若しくはハイブリッドプラットフォームであれ関係なく、光学チャネル化スペーサコントローラ部品の製作について開示される方法の大半でなくとも多くが利用可能である。
【0127】
素子レベルまで至り、ゾーン及びセクタ、ｔパターンマトリックスの種類の異なるデバイス領域の溶融材料を有する複合ウェーハ型構造を実現し得る。この方法によっても同様に、穴、屈折率コントラスト固体状態導波チャネル、フォトニックバンドギャップ、又は総屈折率変更「穴あき」若しくは階層誘電体結合を効率的且つ柔軟に実施し得る。
【0128】
より従来的な製作システムでは、Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ Ｈｏｌｅｓにより利用される等の光学基板の方法による穴の製作又は導電性バイアの製作のために開発された方法を含め、従来のディープエッチング方法及び当技術分野で既知の他の方法を利用して、空気穴、ステップインデックス導波を有する充填穴、及び本明細書で先に援用され、当技術分野で既知の他のタイプの穴を実現し得る。
【0129】
３Ｄ ＰＩＣがサイド実装可能である場合を除き、大半の３Ｄ ＰＩＣ実施形態は、チャネル化を必要としない下部基板を有する。しかし、３Ｄ ＰＩＣ構造の任意の他のデバイス層は、少なくとも、チャネル化しなければならない薄い基板構造を必要とする。ここでも、エアロゲルを利用して、優れたデバイス特性と共に構造的補強を提供し得、デバイス製作に必要であり、本明細書において先に開示された方法によりチャネル化される従来の基板に維持される基板の厚さを低減する。
【0130】
膜基板、織物基板又は他の複合及びハイブリッド基板も本開示のシステムの方法により集積し得る。
【0131】
３Ｄ ＰＩＣ ＳＬＭ又はＳＬＭ／ＰＩＣデバイスがサイド実装される用途では、複合デバイスの両面は、いずれかの面へ及びいずれかの面からの自由空間若しくはファイバデ
バイス結合又は両方を用いて外部ｘ－ｙデバイス（チップ又はより大きい）と集積される光学チャネル化スペースコントローラを外面として有し得る。
バイス結合又は両方を用いて外部ｘ－ｙデバイス（チップ又はより大きい）と集積される光学チャネル化スペースコントローラを外面として有し得る。
【0132】
多くの３Ｄ ＰＩＣ実施形態では、製作を簡易化するため、３Ｄアーキテクチャへの特殊な設計解決策として、層間に必要なチャネルは、少数のみであり得、この場合、少数のチャネルは、層間のコンパクトな光ファイバ電気通信型ネットワークでの高密度通信バスになる。
【0133】
チャネル化ウェーハは、「反射ＳＬＭ」への代替の解決策に利用することもでき、別の独自の実施形態を実現する。
【0134】
ＳＬＭの光学チャネル化スペーサコントローラのより一般的な場合とは対照的に、ＳＬＭへの光学入力及び出力に拡散軸又は経路を使用せずにＳＬＭ適用を実施し得る特殊な事例があり、この場合、ＳＬＭ適用は、少なくとも２層の本開示の３Ｄ ＰＩＣ型デバイスにより実現され、そのうちの少なくとも１層は、チャネル化パススルーチップ／デバイス／層である。
【0135】
１つのｘ－ｙデバイス層は、マッハツェンダー変調器、リング共振変調器、磁気光学若しくは磁性フォトニック変調器又はこれら若しくは他の変調器のハイブリッド組み合わせ等の平坦変調器を含む。平行入力及び出力チャネルがチャネル化スペーサ要素内に構造化され、入力チャネルは、入力有効光学信号又はビーム偏向手段と整列し、出力チャネルは、出力有効光学信号又はビーム偏向手段と整列する。
【0136】
第２の対面ｘ－ｙデバイス層（比較的「下」又は変調器層「に」面する）は、入力チャネルと整列したＬＥＤ又はＶＣＳＥＬ等の組になったピクセル化照明要素からなり、その端部のいずれかは、入力有効光学信号又はビーム偏向手段である。それらの照明要素又は手段は、出力光学信号又はビームをｘ－ｙ変調器アレイの有効出力偏向手段により偏向させ、出力偏向手段と整列した空間中の出力チャネルに渡せるようにするｘ－ｙデバイス層内のチャネルと対になる。
【0137】
最終的なチャネル化スペーサ制御層は、照明／パススルーｘ－ｙデバイス層の「上部」に接合、製作又は機械的に固定されて整列し、それにより、透過する出力光学信号又はビームは、望まれるＳＬＭ用途に向けて制御されサイズ決めされる。
【0138】
したがって、これは、本明細書の他の箇所に開示されるＩ／Ｏ経路分離チャネル化構造を必要としない、光学チャネル化チップ、ウェーハ、又はデバイス層により実現されるＳＬＭの例である。
【0139】
一般に、提案される３Ｄ ＰＩＣアーキテクチャは、記載される特定の実施形態又は例示的な方法に限定されない。
【0140】
更に、本開示の趣旨及び一般原理は、ＰＩＣ及び３Ｄ集積回路全般でのＶＬＳＩへの代替で相補的な道を提供する実用的な３Ｄ ＰＩＣデバイスの新しいクラスを実現するという複合結果を有することが理解される。同時に、新しいシステム、方法、デバイスタイプ及び構造は、一般にこれまでＳＬＭに決して可能でなかったが、他の点で最良の種類であり、ＬＣ、ＯＬＥＤ及びＭＥＭＳ等の現在の垂直ＳＬＭよりも優れた平坦フォトニック変調器及び平坦フォトニクスを使用して、ＳＬＭを実現し得る方法を提供する。提案される新しいクラスの３Ｄ ＰＩＣ／ＳＬＭデバイスは、電気通信、コンピューティング、光学記憶媒体の読み書きアレイ、並びにマイクロディスプレイから壁サイズまでに及ぶ画像ディスプレイ及び投影に決定的に優れた製品を送り出す。平坦フォトニクスを二次元から解
放することで、より高い速度、環境堅牢性、製作の容易さ及びコスト、低消費電力、軽量並びにより高い光学制御を略あらゆるタイプのコンピューティング、データ記憶、電気通信及び画像ディスプレイにもたらす。
放することで、より高い速度、環境堅牢性、製作の容易さ及びコスト、低消費電力、軽量並びにより高い光学制御を略あらゆるタイプのコンピューティング、データ記憶、電気通信及び画像ディスプレイにもたらす。
【0141】
上記のシステム及び方法は、本発明の好ましい実施形態の詳細を理解するための補助として一般的な用語で説明された。本明細書の説明では、本発明の実施形態の詳細な理解を提供するために、コンポーネント及び／又は方法の例等の多くの特定の詳細が提供されている。本発明の幾つかの特徴及び利点は、そのような態様で実現され、あらゆる場合で必要とされるわけではない。しかしながら、本発明の実施形態が、特定の詳細の１つ又は複数なしで又は他の装置、システム、組立体、方法、コンポーネント、材料及び／又は部品等を用いて実施可能であることを当業者は認識する。他の場合、周知の構造、材料又は動作については、本発明の実施形態の態様を曖昧にしないように特に詳細に示さず又は説明していない。
【0142】
本明細書全体を通して、「一実施形態」、「実施形態」又は「特定の実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ずしも全ての実施形態に含まれるわけではないことを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な箇所での語句「一実施形態では」、「実施形態では」又は「特定の実施形態では」の各出現は、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。更に、本発明の任意の特定の実施形態の特定の特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の他の実施形態と任意の適する様式で組み合わせ得る。本明細書における教示に鑑みて、本明細書において説明され示された本発明の実施形態の他の変形形態及び変更形態が可能であり、それらが本発明の趣旨及び範囲の一部として見なされるべきであることを理解されたい。
【0143】
図面／図に示された要素の１つ又は複数は、より分離されて若しくはより統合されて実施することもでき、又は特定の用途に従って有用であるように特定の場合には更に除去又は動作不能とされ得ることも理解される。
【0144】
更に、図面／図中の任意の信号矢印は、別段のことが特記される場合を除き、限定ではなく例示のみとして見なされるべきである。コンポーネント又はステップの組み合わせも記されているものとして見なされ、用語は、分離する能力又は結合する能力を不明瞭にするものとして予見される。
【0145】
要約書に記載されるものを含め、本発明の示された実施形態の上記の説明は、網羅的である、すなわち本明細書に開示される厳密な形態に本発明を限定することを意図されない。本発明の特定の実施形態及び例が本明細書において例示のみを目的として記載されるが、関連する技術分野の当業者に認識され理解されるように、本発明の趣旨及び範囲内で様々な均等な変更形態が可能である。示されるように、これらの変更形態は、本発明の示された実施形態の上記の説明に鑑みて本発明に対してなされ得、本発明の趣旨及び範囲内に含まれるべきである。
【0146】
したがって、本明細書において、本発明についてその特定の実施形態を参照して説明したが、上記の本開示において、自由な修正形態、様々な変更形態及び置換形態が上記の本開示内にあることが意図され、幾つかの場合、本発明の実施形態の幾つかの特徴は、記載される本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、他の特徴の対応する使用なしで利用されることが理解される。したがって、本発明の基本的な範囲及び趣旨に特定の状況及び材料に合わせるために、多くの変更形態がなされ得る。本発明が、以下の特許請求の範囲において使用される特定の用語及び／又は本発明を実行するのに最良の形態であると考えられる、開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲内に
入るあらゆる実施形態及び均等物を包含することを意図される。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求によってのみ決定されるべきである。
入るあらゆる実施形態及び均等物を包含することを意図される。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求によってのみ決定されるべきである。
【図1】
【図2】
【外国語明細書】