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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】P2024110240
(43)【公開日】2024-08-15
(54)【発明の名称】光検出装置及び電子機器
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20240807BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20240807BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 D
G02B5/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023014713
(22)【出願日】2023-02-02
(71)【出願人】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(72)【発明者】
【氏名】戸田 淳
(72)【発明者】
【氏名】森田 博紀
【テーマコード（参考）】
2H149
4M118
【Ｆターム（参考）】
2H149AA22
2H149AB01
2H149BA04
2H149BA22
2H149BA23
2H149BA24
2H149BA25
4M118AB01
4M118AB10
4M118BA10
4M118BA14
4M118CA02
4M118EA14
4M118FA06
4M118GA09
4M118GD14
4M118GD20
(57)【要約】
【課題】各受光画素において、所望の偏光の良好な受光感度を実現しつつ、望まれない偏光の受光を抑えるのに有利な技術を提供する。
【解決手段】光検出装置は、二次元的に配列される複数の微細構造体を含み、入射光中の複数の偏光を選択的に透過する偏光制御部と、偏光制御部からの複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、追加偏光子からの複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を備え、偏光制御部及び追加偏光子の各々を透過する複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む。
【選択図】図２Ａ
【解決手段】光検出装置は、二次元的に配列される複数の微細構造体を含み、入射光中の複数の偏光を選択的に透過する偏光制御部と、偏光制御部からの複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、追加偏光子からの複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を備え、偏光制御部及び追加偏光子の各々を透過する複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む。
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
二次元的に配列される複数の微細構造体を含み、入射光中の複数の偏光を選択的に透過する偏光制御部と、
前記偏光制御部からの前記複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、
前記追加偏光子からの前記複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を備え、
前記偏光制御部及び前記追加偏光子の各々を透過する前記複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む、
光検出装置。
前記偏光制御部からの前記複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、
前記追加偏光子からの前記複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を備え、
前記偏光制御部及び前記追加偏光子の各々を透過する前記複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む、
光検出装置。
【請求項2】
前記偏光制御部は、前記複数の偏光の各々を、前記追加偏光子のうちの互いに異なる領域に向けて集光する請求項１に記載の光検出装置。
【請求項3】
前記追加偏光子は、ワイヤーグリッド型偏光子を含む、
請求項１に記載の光検出装置。
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項4】
前記追加偏光子は、フォトニック結晶型偏光子を含む、
請求項１に記載の光検出装置。
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項5】
前記追加偏光子は、複数の追加偏光画素と、隣り合う追加偏光画素間に設けられる追加偏光遮光部と、を含み、
前記複数の追加偏光画素の各々は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する、
請求項１に記載の光検出装置。
前記複数の追加偏光画素の各々は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する、
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項6】
前記第１偏光及び前記第２偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第３偏光及び前記第４偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第２偏光及び前記第３偏光は、お互いに４５度異なる振動方向を有する、
請求項１に記載の光検出装置。
前記第３偏光及び前記第４偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第２偏光及び前記第３偏光は、お互いに４５度異なる振動方向を有する、
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項7】
前記偏光制御部は、
前記第１偏光及び前記第２偏光を選択的に透過する第１単位偏光制御部と、
前記第３偏光及び前記第４偏光を選択的に透過する第２単位偏光制御部と、
を含み、
前記追加偏光子は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する複数の追加偏光画素を含み、
前記第１単位偏光制御部は、
前記第１偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第１偏光を集光し、
前記第２偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第２偏光を集光し、
前記第２単位偏光制御部は、
前記第３偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第３偏光を集光し、
前記第４偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第４偏光を集光する、
請求項１に記載の光検出装置。
前記第１偏光及び前記第２偏光を選択的に透過する第１単位偏光制御部と、
前記第３偏光及び前記第４偏光を選択的に透過する第２単位偏光制御部と、
を含み、
前記追加偏光子は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する複数の追加偏光画素を含み、
前記第１単位偏光制御部は、
前記第１偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第１偏光を集光し、
前記第２偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第２偏光を集光し、
前記第２単位偏光制御部は、
前記第３偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第３偏光を集光し、
前記第４偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第４偏光を集光する、
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項8】
前記偏光制御部と前記追加偏光子との間に設けられる導波路を備え、
前記導波路は、
前記第１単位偏光制御部から出射する前記第１偏光及び前記第２偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第１単位偏光導波路と、
前記第２単位偏光制御部から出射する前記第３偏光及び前記第４偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第２単位偏光導波路と、を有し、
隣り合う前記第１単位偏光導波路と前記第２単位偏光導波路との間に偏光制御遮光部が設けられる、
請求項７に記載の光検出装置。
前記導波路は、
前記第１単位偏光制御部から出射する前記第１偏光及び前記第２偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第１単位偏光導波路と、
前記第２単位偏光制御部から出射する前記第３偏光及び前記第４偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第２単位偏光導波路と、を有し、
隣り合う前記第１単位偏光導波路と前記第２単位偏光導波路との間に偏光制御遮光部が設けられる、
請求項７に記載の光検出装置。
【請求項9】
前記偏光制御遮光部は金属を含む、
請求項８に記載の光検出装置。
請求項８に記載の光検出装置。
【請求項10】
前記偏光制御遮光部はエア層を含む、
請求項８に記載の光検出装置。
請求項８に記載の光検出装置。
【請求項11】
前記複数の受光画素は斜め格子配列を有する、
請求項１に記載の光検出装置。
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項12】
前記追加偏光子は、斜め格子配列を有する複数の追加偏光画素を含む、
請求項１に記載の光検出装置。
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項13】
前記偏光制御部は、斜め格子配列を有する複数の単位偏光制御部を含む、
請求項１に記載の光検出装置。
請求項１に記載の光検出装置。
【請求項14】
二次元的に配列される複数の微細構造体を含み、入射光中の複数の偏光を選択的に透過する偏光制御部と、
前記偏光制御部からの前記複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、
前記追加偏光子からの前記複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を有し、
前記偏光制御部及び前記追加偏光子の各々を透過する前記複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む、光検出装置
を備える電子機器。
前記偏光制御部からの前記複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、
前記追加偏光子からの前記複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を有し、
前記偏光制御部及び前記追加偏光子の各々を透過する前記複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む、光検出装置
を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光検出装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
偏光子を具備する偏光イメージセンサ（光検出装置）は、明るさ及び色の情報に加え、偏光子を具備しないイメージセンサでは感知できない偏光情報を得ることができ、そのような偏光情報から被写体の形状を把握することも可能である。そのため偏光イメージセンサは、偏光子を具備しないイメージセンサから出力される画像では可視化や認識が困難であった対象の検査等に応用が可能であり、今後も様々な産業機器分野での活用が期待される。
【0003】
特許文献１は、ワイヤーグリッド型偏光子及び光電変換素子を備える固体撮像素子を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１２－８００６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、メタサーフェスとも呼ばれる多数の微細構造体を含む偏光子が注目されている。メタサーフェス構造の偏光子を具備する偏光イメージセンサは、優れた偏光受光感度を示す傾向がある。
【0006】
例えば特許文献１の固体撮像素子では、入射光のうちワイヤーグリッド型偏光子を透過した偏光波が光電変換素子（受光画素）に入射して受光される。しかしながらワイヤーグリッド型偏光子は、入射光のうち所望方向に振動する偏光のみを透過し、他の方向に振動する偏光を遮断するため、光学的なロスが大きく低光透過率を示す。その結果、ワイヤーグリッド型偏光子を具備する固体撮像素子は低感度及び低消光比を示す傾向がある。
【0007】
一方、メタサーフェス構造の偏光子は、ワイヤーグリッド型偏光子に比べ、優れた光透過率を示す傾向がある。
【0008】
ただしメタサーフェス構造の偏光子は、所望方向に振動する偏光を受光することが意図された受光画素に向けた、当該所望方向とは異なる方向に振動する偏光の出射を十分に抑えることが難しい場合がある。その結果、メタサーフェス構造の偏光子を具備する偏光イメージセンサでは、各受光画素が、所望方向に振動する偏光だけではなく当該所望方向とは異なる方向に振動する偏光も受光することになり、良好な消光比を実現することが簡単ではない。
【0009】
本開示は、各受光画素において、所望の偏光の良好な受光感度を実現しつつ、望まれない偏光の受光を抑えるのに有利な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示の一態様は、二次元的に配列される複数の微細構造体を含み、入射光中の複数の偏光を選択的に透過する偏光制御部と、偏光制御部からの複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、追加偏光子からの複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を備え、偏光制御部及び追加偏光子の各々を透過する複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む、光検出装置に関する。
【0011】
偏光制御部は、複数の偏光の各々を、追加偏光子のうちの互いに異なる領域に向けて集光してもよい。
【0012】
追加偏光子は、ワイヤーグリッド型偏光子を含んでもよい。
【0013】
追加偏光子は、フォトニック結晶型偏光子を含んでもよい。
【0014】
追加偏光子は、複数の追加偏光画素と、隣り合う追加偏光画素間に設けられる追加偏光遮光部と、を含んでもよく、複数の追加偏光画素の各々は、第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過してもよい。
【0015】
第１偏光及び第２偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有してもよく、第３偏光及び第４偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有してもよく、第２偏光及び第３偏光は、お互いに４５度異なる振動方向を有してもよい。
【0016】
偏光制御部は、第１偏光及び第２偏光を選択的に透過する第１単位偏光制御部と、第３偏光及び第４偏光を選択的に透過する第２単位偏光制御部と、を含んでもよく、追加偏光子は、第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する複数の追加偏光画素を含んでもよく、第１単位偏光制御部は、第１偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて第１偏光を集光し、第２偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて第２偏光を集光してもよく、第２単位偏光制御部は、第３偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて第３偏光を集光し、第４偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて第４偏光を集光してもよい。
【0017】
光検出装置は、偏光制御部と追加偏光子との間に設けられる導波路を備えてもよく、導波路は、第１単位偏光制御部から出射する第１偏光及び第２偏光が追加偏光子に向かって進行する第１単位偏光導波路と、第２単位偏光制御部から出射する第３偏光及び第４偏光が追加偏光子に向かって進行する第２単位偏光導波路と、を有してもよく、隣り合う第１単位偏光導波路と第２単位偏光導波路との間に偏光制御遮光部が設けられてもよい。
【0018】
偏光制御遮光部は金属を含んでもよい。
【0019】
偏光制御遮光部はエア層を含んでもよい。
【0020】
複数の受光画素は斜め格子配列を有してもよい。
【0021】
追加偏光子は、斜め格子配列を有する複数の追加偏光画素を含んでもよい。
【0022】
偏光制御部は、斜め格子配列を有する複数の単位偏光制御部を含んでもよい。
【0023】
本開示の他の態様は、上記のいずれかの光検出装置を備える電子機器に関する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
図面を参照して本開示技術の例示的な実施形態を説明する。以下では、カメラシステムなどに応用可能なイメージセンサ（固体撮像素子）に対し、本開示技術が適用されるケースについて説明する。ただし本開示技術の適用対象は限定されず、撮像以外の用途にも応用可能な他の光検出装置（例えばセンサ等）に本開示技術が適用されてもよい。
【0026】
なお図面中の各要素は模式的又は概念的に示されている。したがって図面中の各要素のサイズ及び形状等の特性は、現実の対応の要素の特性とは異なりうる。また図面中の要素間のサイズ比も、現実の装置における対応要素間のサイズ比とは異なりうる。また図面間で、各要素のサイズ及び形状や要素間のサイズ比は必ずしも一致せず、各図面において特定の１又は複数の要素が誇張されて表現されていることもある。
【0027】
以下の説明において、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向はお互いに直交する方向である。例えばＸ方向が水平方向に対応してもよく、Ｙ方向は垂直方向（高さ方向）に対応してもよく、Ｚ方向が奥行き方向に対応してもよい。
【0028】
図１は、イメージセンサ１の構成例を示す概略図である。図１において、偏光制御部（偏光スプリッター）１０、追加偏光子１１及び光電変換部２０は斜めから見た状態で示されており、光学系ＯＰは側方から見た状態が示されている。
【0029】
イメージセンサ１は、典型的にはＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサによって構成可能である。ただしイメージセンサ１は、任意の撮像デバイスによって構成可能である。
【0030】
イメージセンサ１は、外部にある被写体からの光を受光し、当該光の強度情報及び色情報を含む各種情報に関するデータを取得して、被写体の画像を生成する。被写体からの光の偏光情報には、光強度及び色（波長）のみからでは取得できない有益な情報が含まれており、例えば被写体の表面の形状に関する情報や被写体の材料に関する情報が含まれうる。このような偏光情報を用いる偏光イメージング技術は、車載用カメラ、ＩｏＴ（Internet of Things）デバイス及び医療用デバイス等、様々な分野で活用可能である。
【0031】
図１に示すイメージセンサ１は、光学系ＯＰ、偏光制御部１０、追加偏光子１１及び光電変換部２０を備える。光学系ＯＰは、被写体からの入射光Ｌを集光するレンズ等を含む。光学系ＯＰを通過した入射光Ｌは、主光線の光軸方向に進行する正面入射光Ｌａと、主光線の光軸に対して傾斜する方向に進行する傾斜入射光Ｌｂとを含む。図１に示す例では、光軸方向がＺ方向に一致する。
【0032】
光電変換部２０は、入射光Ｌ（特に入射光Ｌから取り出される複数の偏光）を受光する複数の受光画素ＰＸを含む。図１に示す例では、複数の受光画素ＰＸがＸ方向及びＹ方向に二次元的に並べられており、光電変換部２０は、全体としてＸ方向及びＹ方向に延びる辺を持つ矩形状を有する。光電変換部２０の中央部（像高０割）に位置する受光画素ＰＸは、正面入射光Ｌａを受光する。光電変換部２０の中央部から離れて位置する受光画素ＰＸ（例えば光電変換部２０の端部（例えば像高１０割）に位置する受光画素ＰＸ）は、傾斜入射光Ｌｂを受光する。
【0033】
各受光画素ＰＸは、Ｓｉ（シリコン）半導体材料等のフォトダイオードを有する。なお各受光画素ＰＸは、入射光（偏光）の波長（例えば９４０ｎｍ）に応じて入射光の吸収率（感度）が変わりうるため、各受光画素ＰＸの光吸収係数は必ずしも大きくない。そのため、一例として、各受光画素ＰＸの表面（受光面）に光散乱体（図示省略）を設置して当該光散乱体によって入射光を散乱させることで、各受光画素ＰＸにおける入射光の光路長を増大させて各受光画素ＰＸの感度を向上させてもよい。
【0034】
偏光制御部１０及び追加偏光子１１は、光学系ＯＰと光電変換部２０との間の光路に配置され、光電変換部２０の複数の受光画素ＰＸ（特に受光面）を覆うように設けられる。偏光制御部１０は、「メタアトム」とも呼ばれる多数（複数）の微細構造体を含むメタサーフェス構造を有する。一方、追加偏光子１１は、メタサーフェス構造を持たない偏光子である。追加偏光子１１として、入射光Ｌから所望の直線偏光を取り出すことができる任意構造の偏光子（例えば後述のワイヤーグリッド型偏光子やフォトニック結晶型偏光子）を用いることが可能である。
【0035】
偏光制御部１０及び追加偏光子１１のうち光電変換部２０の中央部に位置する受光画素ＰＸを覆う部分は、正面入射光Ｌａの偏光制御を行って、正面入射光Ｌａ（特に偏光成分）を光電変換部２０の中央部に位置する受光画素ＰＸ上に集光させる。偏光制御部１０及び追加偏光子１１のうち光電変換部２０の端部に位置する受光画素ＰＸを覆う部分は、傾斜入射光Ｌｂの偏光制御を行って、傾斜入射光Ｌｂ（特に偏光成分）を光電変換部２０の端部に位置する受光画素ＰＸ上に集光させる。このように偏光制御部１０及び追加偏光子１１の各部分は、様々な角度で入射する入射光Ｌに含まれる特定の偏光成分を選択的に通過させて対応の受光画素ＰＸ上に集光させる。
【0036】
追加偏光子１１は、光軸方向に関して偏光制御部１０と光電変換部２０との間に設けられ、偏光制御部１０からの複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する。特に偏光制御部１０は、後述のように、複数の偏光を、それぞれ追加偏光子１１のうちの互いに異なる領域（後述の「複数の追加偏光画素」）に向けて集光する。光電変換部２０が有する複数の受光画素ＰＸは、追加偏光子１１から選択的に出射される複数の偏光を受光する。各受光画素ＰＸには、所望方向に振動する偏光が選択的に入射するように、偏光制御部１０（特に後述の単位偏光制御部）及び追加偏光子１１（特に後述の追加偏光画素）が割り当てられる。
【0037】
本例において、偏光制御部１０及び追加偏光子１１の各々を透過し且つ光電変換部２０によって受光される複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む。
【0038】
第１偏光～第４偏光の具体的な振動方向は限定されない。典型的には、イメージセンサ１に入射する直前の入射光Ｌにおいて、第１偏光及び第２偏光はお互いに９０度異なる振動方向を有し、第３偏光及び第４偏光はお互いに９０度異なる振動方向を有し、第２偏光及び第３偏光はお互いに４５度異なる振動方向を有する。後述の各実施形態では、第１偏光～第４偏光がそれぞれ、伝播方向を基準に０度（degree）、＋９０度、－４５度及び＋４５度の振動方向を有する。例えばＸＹ平面において、０度の振動方向はＸ方向に一致する方向であってもよく、＋９０度の振動方向はＹ方向に一致する方向であってもよく、－４５度及び＋４５度の振動方向はＸ方向及びＹ方向に対して斜めを成す方向であってもよい。
【0039】
上述のイメージセンサ１（特に偏光制御部１０及び追加偏光子１１）は様々な構成をとりうる。以下、イメージセンサ１の典型的な実施形態について説明する。
【0040】
［第１実施形態］
本実施形態の追加偏光子１１は、ワイヤーグリッド型偏光子を含む。
本実施形態の追加偏光子１１は、ワイヤーグリッド型偏光子を含む。
【0041】
図２Ａ及び図２Ｂは、第１実施形態の第１の例のイメージセンサ１の概略を示す部分断面図（ＸＺ断面図）であり、入射光Ｌがイメージセンサ１（特に偏光制御部１０）に対して垂直に入射する場合を示す。特に、図２Ａは第１受光画素ＰＸ１及び第２受光画素ＰＸ２を示し、図２Ｂは第３受光画素ＰＸ３及び第４受光画素ＰＸ４を示す。図３は、第１実施形態の第１の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図４は、第１実施形態の第１の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。
【0042】
図５は、単位偏光制御部１０ｇの一例を示す偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の平面図である。図６は、図４に示す追加偏光子１１の追加偏光画素１１ｇと、割り当てられる偏光の振動方向Ｐ１～Ｐ４との対応関係を示す追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の平面図である。図７は、図２Ａに示すイメージセンサ１において偏光制御部１０から出射した第１偏光Ｌｐ１（振動方向Ｐ１＝０度）の進行方向を示す部分断面図である。図８は、図２Ａに示すイメージセンサ１において偏光制御部１０から出射した第２偏光Ｌｐ２（振動方向Ｐ２＝９０度）の進行方向を示す部分断面図である。
【0043】
【0044】
すなわちＸ方向に２つの受光画素ＰＸが並び且つＹ方向に２つの受光画素ＰＸが並ぶ正方格子配列の４つの受光画素ＰＸを１つの受光画素ユニットとし、当該受光画素ユニットがＸ方向及びＹ方向に複数並べられる。各受光画素ユニットに含まれる４つの受光画素ＰＸ（第１受光画素ＰＸ１～第４受光画素ＰＸ４）は、それぞれ第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４に割り当てられる（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。
【0045】
具体的には、各受光画素ユニットのうちＸ方向に並べられる第１受光画素ＰＸ１及び第２受光画素ＰＸ２（図２Ａ参照）は、それぞれ第１偏光Ｌｐ１（振動方向Ｐ１＝０度）及び第２偏光Ｌｐ２（振動方向Ｐ２＝９０度）を受光するための受光画素ＰＸである。各受光画素ユニットのうちＸ方向に並べられる他の第３受光画素ＰＸ３及び第４受光画素ＰＸ４（図２Ｂ参照）は、それぞれ第３偏光Ｌｐ３（振動方向Ｐ３＝－４５度）及び第４偏光Ｌｐ４（振動方向Ｐ４＝＋４５度）を受光するための受光画素ＰＸである。
【0046】
このように４方向に振動する偏光を分離して受光可能なイメージセンサ１によって取得される偏光情報の位相によれば、被写体表面の法線ベクトルを推定することができ、ひいては被写体の形状を把握することが可能である。
【0047】
ワイヤーグリッド型偏光子である追加偏光子１１は多数のワイヤー線１１ａを含む（図４参照）。各ワイヤー線１１ａは、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属によって構成されるが、他の材料によって構成されてもよい。
【0048】
隣り合うワイヤー線１１ａ間のワイヤー間部分１１ｂは偏光透過領域であり、空間（エア領域）として構成されてもよいし、低屈折率材料（例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２））によって構成されてもよい。
【0049】
追加偏光子１１は、図４に示すように複数の追加偏光画素１１ｇに区分される。本例の追加偏光子１１に含まれる複数の追加偏光画素１１ｇは、正方格子配列を有する。
【0050】
すなわちＸ方向に２つの追加偏光画素１１ｇが並び且つＹ方向に２つの追加偏光画素１１ｇが並ぶ正方格子配列の４つの追加偏光画素１１ｇを１つの追加偏光画素ユニットとして、当該追加偏光画素ユニットがＸ方向及びＹ方向に複数並べられる。各追加偏光画素ユニットに含まれるこれらの４つの追加偏光画素１１ｇは、それぞれ第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４に割り当てられる。
【0051】
具体的には図６に示すように、各追加偏光画素ユニットのうちＸ方向に並べられる第１追加偏光画素１１ｇ１及び第２追加偏光画素１１ｇ２は、それぞれ第１偏光Ｌｐ１（振動方向Ｐ１＝０度）及び第２偏光（振動方向Ｐ２＝９０度）を選択的に透過する。一方、各追加偏光画素ユニットのうちＸ方向に並べられる他の第３追加偏光画素１１ｇ３及び第４追加偏光画素１１ｇ４は、それぞれ第３偏光Ｌｐ３（振動方向Ｐ３＝－４５度）及び第４偏光Ｌｐ４（振動方向Ｐ４＝＋４５度）を選択的に透過する。
【0052】
このように各追加偏光画素１１ｇは、第１偏光Ｌｐ１、第２偏光Ｌｐ２、第３偏光Ｌｐ３及び第４偏光Ｌｐ４のうちのいずれかを選択的に透過する。なお各追加偏光画素１１ｇのワイヤー線１１ａの延在方向は、割り当てられる偏光の振動方向に応じて定められ、割り当てられる偏光の振動方向に対して９０度を成す方向である（図６参照）。
【0053】
追加偏光子１１は、更に、各追加偏光画素１１ｇを囲むように設けられる枠状の追加偏光遮光部１１ｃ（図４参照）を有する。追加偏光遮光部１１ｃは、光（特に偏光）の透過を遮ることができる任意の構成及び任意の組成を有する。したがって追加偏光遮光部１１ｃは、光を反射することで遮光するように構成されてもよいし、光を吸収することで遮光するように構成されてもよい。
【0054】
このようにして隣り合う追加偏光画素１１ｇ間に設けられる追加偏光遮光部１１ｃは、隣り合う追加偏光画素１１ｇ間における光（特に偏光）の漏れ出し（クロストーク）を抑えることができ、高い消光比を得るのに有利である。
【0055】
メタサーフェス構造の偏光制御部１０は、図２Ａ及び図２に示すように、入射光Ｌの入射方向Ａ０に関して追加偏光子１１よりも上流側に設けられる。この偏光制御部１０は、入射光Ｌ中の複数の偏光（第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４）を選択的に透過しつつ分離する偏光スプリッター機能を発揮する。
【0056】
本例では、偏光制御部１０と光電変換部２０（各受光画素ＰＸ）との間に導波路３０が設けられる。導波路３０は任意の構成を有することができ、導波路３０を構成可能な材料は限定されない。例えばアモルファスシリコン、多結晶シリコン、ゲルマニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、炭化シリコン、酸化炭化シリコン、窒化炭化シリコン及び酸化ジルコニウムのうちのいずれかの透明材料によって、導波路３０が作られてもよい。
【0057】
偏光制御部１０に含まれる複数のメタアトム（微細構造体）１０ａは、図３に示すようにＸ方向及びＹ方向へ二次元的に配列されており、受光画素ＰＸ（光電変換部２０）の受光面に対して略平行な面内に配置される。各メタアトム１０ａの屈折率は、メタアトム１０ａ間の領域（すなわち構造体周辺部１０ｂ）の屈折率よりも大きい。
【0058】
メタアトム１０ａは任意の構成を有することができ、各メタアトム１０ａを構成可能な材料は限定されない。例えばアモルファスシリコン（α－Ｓｉ）、多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）、ゲルマニウム、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化シリコン（ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４）、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、炭化シリコン、酸化炭化シリコン、窒化炭化シリコン、酸化ジルコニウム、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）及びリン化イジウム（ＩｎＰ）のうちのいずれかによって、各メタアトム１０ａが作られてもよい。
【0059】
またメタアトム１０ａ間の領域（構造体周辺部１０ｂ）は任意の構成を有することができ、例えば空間として設けられてもよいし、二酸化ケイ素などの実体材料によって構成されてもよい。
【0060】
なおメタアトム１０ａ及び導波路３０は、お互いに異なる材料で作られる。例えば、導波路３０がシリコン酸化膜又は酸化チタンで作られる場合、メタアトム１０ａは、シリコン単結晶又はアモルファスシリコンで作られてもよい。ただし構造体周辺部１０ｂは、導波路３０とは異なる材料で構成されてもよいし、導波路３０と同じ材料で構成されてもよい。
【0061】
各メタアトム１０ａは、ピラー形状を有し、理想的には矩形の断面形状及び平面形状を有する直方体として構成される。ただし実際には、リソグラフィのフォトマスクを使った加工で偏光制御部１０を作製すると、各メタアトム１０ａの角部が丸味を帯びることがある。各メタアトム１０ａの角部が丸味を帯びていても、偏光制御部１０は偏光スプリッター機能を十分に発揮しうる。このように各メタアトム１０ａの形状は限定されず、各メタアトム１０ａの断面形状及び平面形状は、任意の多角形、楕円形、中空形、又はそれ以外の形状であってもよい。
【0062】
偏光制御部１０は、お互いに異なる方向に振動する偏光を分離及び出射（集光）する複数種類の単位偏光制御部１０ｇを含む（図５参照）。
【0063】
本例の各単位偏光制御部１０ｇは、２つの受光画素ＰＸに対応する範囲（すなわち２つの受光画素ＰＸを覆う領域）に設けられ、入射光Ｌ中の２つの偏光成分をお互い異なる方向に選択的に出射して集光する。これにより各単位偏光制御部１０ｇは、入射光Ｌのうち２画素（複数画素）に対応する範囲に入射した偏光を、１画素（単一画素）に対応する追加偏光子１１（追加偏光画素１１ｇ）及び光電変換部２０（受光画素ＰＸ）に集中させることができる。
【0064】
具体的には、複数の単位偏光制御部１０ｇは第１単位偏光制御部１０ｇ１及び第２単位偏光制御部１０ｇ２を含む。すなわちＹ方向に隣り合う１つの第１単位偏光制御部１０ｇ１及び１つの第２単位偏光制御部１０ｇ２を１つの偏光制御ユニットとして、当該偏光制御ユニットがＸ方向及びＹ方向に複数並べられる。
【0065】
第１単位偏光制御部１０ｇ１は、第１追加偏光画素１１ｇ１及び第２追加偏光画素１１ｇ２に割り当てられ、ひいては第１受光画素ＰＸ１及び第２受光画素ＰＸ２に割り当てられる。第２単位偏光制御部１０ｇ２は、第３追加偏光画素１１ｇ３及び第４追加偏光画素１１ｇ４に割り当てられ、ひいては第３受光画素ＰＸ３及び第４受光画素ＰＸ４に割り当てられる。
【0066】
各第１単位偏光制御部１０ｇ１に含まれる複数のメタアトム１０ａは、入射光Ｌ中の第１偏光Ｌｐ１の振動方向Ｐ１（０度：Ｘ方向）及び第２偏光Ｌｐ２の振動方向Ｐ２（９０度：Ｙ方向）の各々に沿って直線的に配列される。各第１単位偏光制御部１０ｇ１の複数のメタアトム１０ａは、入射光Ｌ中の第１偏光Ｌｐ１の振動方向Ｐ１（Ｘ方向）及び第２偏光Ｌｐ２の振動方向Ｐ２（Ｙ方向）のサイズが互いに異なる複数のメタアトム１０ａを含む。
【0067】
各第２単位偏光制御部１０ｇ２の複数のメタアトム１０ａは、第３偏光Ｌｐ３の振動方向Ｐ３（－４５度）及び第４偏光Ｌｐ４の振動方向Ｐ４（＋４５度）に沿って直線的に配列され、当該振動方向Ｐ３、Ｐ４のサイズが互いに異なる複数のメタアトム１０ａを含む。
【0068】
複数のメタアトム１０ａが上述の構造を有することで、各単位偏光制御部１０ｇは、入射光Ｌ中の偏光成分を追加偏光子１１（特に対応の追加偏光画素１１ｇ）に向けて選択的に出射（集光）する。
【0069】
すなわち図２Ａに示すように第１単位偏光制御部１０ｇ１は、入射光Ｌ中の第１偏光Ｌｐ１及び第２偏光Ｌｐ２を選択的に透過し、第１偏光Ｌｐ１を第１追加偏光画素１１ｇ１に向けて出射（集光）しつつ、第２偏光Ｌｐ２を第２追加偏光画素１１ｇ２に向けて出射（集光）する。なお図２Ａにおいて第１単位偏光制御部１０ｇ１から第１追加偏光画素１１ｇ１に向かう第１偏光Ｌｐ１の進行方向が「Ａ１」によって表される。また第１単位偏光制御部１０ｇ１から第２追加偏光画素１１ｇ２に向かう第２偏光Ｌｐ２の進行方向が「Ａ２」によって表される。
【0070】
図７に示すように、第１単位偏光制御部１０ｇ１のうち第１受光画素ＰＸ１を覆う部分から出射される第１偏光Ｌｐ１は、Ｚ方向に沿って又はＺ方向に対して僅かに傾斜する斜め方向に沿って、第１受光画素ＰＸ１に向かって進行する。第１単位偏光制御部１０ｇ１のうち第２受光画素ＰＸ２を覆う部分から出射される第１偏光Ｌｐ１は、Ｚ方向に対して大きく傾斜する斜め方向（図７の左下方向）に沿って、第１受光画素ＰＸ１に向かって進行する。
【0071】
一方、図８に示すように、第１単位偏光制御部１０ｇ１のうち第２受光画素ＰＸ２を覆う部分から出射される第２偏光Ｌｐ２は、Ｚ方向に沿って又はＺ方向に対して僅かに傾斜する斜め方向に沿って、第２受光画素ＰＸ２に向かって進行する。第１単位偏光制御部１０ｇ１のうち第１受光画素ＰＸ１を覆う部分から出射される第２偏光Ｌｐ２は、Ｚ方向に対して大きく傾斜する斜め方向（図８の右下方向）に沿って、第２受光画素ＰＸ２に向かって進行する。
【0072】
同様に、図２Ｂに示すように第２単位偏光制御部１０ｇ２は、第３偏光Ｌｐ３及び第４偏光Ｌｐ４を選択的に透過し、第３偏光Ｌｐ３を第３追加偏光画素１１ｇ３に向けて出射（集光）しつつ、第４偏光Ｌｐ４を第４追加偏光画素１１ｇ４に向けて出射（集光）する。なお図２Ｂにおいて第２単位偏光制御部１０ｇ２から第３追加偏光画素１１ｇ３に向かう第３偏光Ｌｐ３の進行方向が「Ａ３」によって表される。また第２単位偏光制御部１０ｇ２から第４追加偏光画素１１ｇ４に向かう第４偏光Ｌｐ４の進行方向が「Ａ４」によって表される。
【0073】
上述の構成を有するイメージセンサ１によれば、偏光制御部１０によって、追加偏光子１１のそれぞれの追加偏光画素１１ｇに対して対応の所望の偏光を集光することができる。その結果、各追加偏光画素１１ｇに対する望まれない偏光の入射を抑えることができ、追加偏光子１１における光のロスを効果的に低減できる。
【0074】
また各追加偏光画素１１ｇは、所望の偏光の透過を許容しつつ、望まれない偏光の透過を効果的に防ぐ。
【0075】
したがって本例のイメージセンサ１は、各受光画素ＰＸにおいて所望の偏光の良好な受光感度を確保しつつ、望まれない偏光の受光を抑えることができ、高い消光比を実現するのに有利である。
【0076】
【0077】
図９は、追加偏光子１１の一変形例の概略を示す平面図である。
【0078】
より効果的にクロストークを抑える観点からは、隣り合う追加偏光画素１１ｇの実質的な透光エリア（ワイヤー間部分１１ｂ）間の距離が大きくなるように、追加偏光子１１の追加偏光遮光部１１ｃが設けられることが好ましい。図９に示す例では、各追加偏光画素１１ｇの実質的な透光エリア（ワイヤー間部分１１ｂ）が、各画素の中央において円形の平面形状を有するように、追加偏光遮光部１１ｃが設けられる。
【0079】
このように追加偏光遮光部１１ｃが、各追加偏光画素１１ｇにおける光（特に偏光）を透過可能な透光エリアを制限する絞りとして設けられることで、各受光画素ＰＸへの望まれない偏光の入射が抑えられ、ひいては消光比を向上させることができる。
【0080】
次に、上述の図１～図８に示す構造を有するイメージセンサ１を使って行ったＦＤＴＤ法（Finite-Difference Time-Domain method）の波動シミュレーションの結果例について述べる。
【0081】
［第１のシミュレーション結果］
本シミュレーションでは、図１～図８に示す構造を有するイメージセンサ１に対し、波長９４０ｎｍの入射光Ｌ（特に第１偏光Ｌｐ１（すなわち第２偏光Ｌｐ２～第４偏光Ｌｐ４を含まず第１偏光Ｌｐ１のみを含む入射光Ｌ））を垂直に入射させた。
本シミュレーションでは、図１～図８に示す構造を有するイメージセンサ１に対し、波長９４０ｎｍの入射光Ｌ（特に第１偏光Ｌｐ１（すなわち第２偏光Ｌｐ２～第４偏光Ｌｐ４を含まず第１偏光Ｌｐ１のみを含む入射光Ｌ））を垂直に入射させた。
【0082】
図１０は、光電変換部２０（特に第１受光画素ＰＸ１～第４受光画素ＰＸ４を含む受光画素ユニットＰＸｇ）におけるＦＤＴＤ法の波動シミュレーションの結果の一例（受光パワー分布）を示す図である。図１０に示す受光画素ユニットＰＸｇにおいて、白に近い色で表される箇所ほど第１偏光Ｌｐ１を強く受光していることを示し、黒に近い色で表される箇所ほど第１偏光Ｌｐ１の受光強度が弱いことを示す。
【0083】
図１０に示す結果例では、第１受光画素ＰＸ１が第１偏光Ｌｐ１を相対的に強く受光しており、他の受光画素ＰＸ（とりわけ第２受光画素ＰＸ２）による第１受光画素ＰＸ１の受光強度は相対的に弱かった。
【0084】
上述のように第１偏光Ｌｐ１は、偏光制御部１０（特に第１単位偏光制御部１０ｇ１）によって第１追加偏光画素１１ｇ１に集光され、第１追加偏光画素１１ｇ１を透過して第１受光画素ＰＸ１に集中的に入射するように誘導される。すなわち第１偏光Ｌｐ１は、第１追加偏光画素１１ｇ１以外の追加偏光画素１１ｇに入射しないように、ひいては第１受光画素ＰＸ１以外の受光画素ＰＸに本来的に入射しないように、偏光制御部１０によって誘導される。
【0085】
図１０に示すシミュレーション結果は、そのような図１～図８のイメージセンサ１の構造的特性にも合致しており、第１偏光Ｌｐ１を第１受光画素ＰＸ１によって選択的に集中して受光させるのに図１～図８に示すイメージセンサ１が有利なことを裏付ける。
【0086】
なお図１０は第１偏光Ｌｐ１に関するシミュレーション結果を示すが、他の偏光（第２偏光Ｌｐ２～第４偏光Ｌｐ４）についても同様のシミュレーション結果が得られた。すなわち図１～図８に示すイメージセンサ１が、第２偏光Ｌｐ２～第４偏光Ｌｐ４をそれぞれ第２受光画素ＰＸ２～第４受光画素ＰＸ４によって選択的に集中して受光させるのに有利なことが、シミュレーション結果によって裏付けられた。
【0087】
［第２のシミュレーション結果］
本件発明者は、偏光制御部１０及び追加偏光子１１の有無に基づくシミュレーションも行った。すなわち「偏光制御部１０及び追加偏光子１１を具備するイメージセンサ１」及び「偏光制御部１０及び追加偏光子１１のうちの一方のみを具備する（他方を具備しない）イメージセンサ１」に基づくシミュレーションも行った。
本件発明者は、偏光制御部１０及び追加偏光子１１の有無に基づくシミュレーションも行った。すなわち「偏光制御部１０及び追加偏光子１１を具備するイメージセンサ１」及び「偏光制御部１０及び追加偏光子１１のうちの一方のみを具備する（他方を具備しない）イメージセンサ１」に基づくシミュレーションも行った。
【0088】
ここで「偏光制御部１０及び追加偏光子１１を具備するイメージセンサ１」は、上述の図１～図８に示す構造を有する。一方、「偏光制御部１０及び追加偏光子１１のうちの一方のみを具備するイメージセンサ１」は、上述の図１～図８に示す構造から偏光制御部１０又は追加偏光子１１が取り除かれた構造を有する。
【0089】
偏光制御部１０及び追加偏光子１１以外の構成は、シミュレーションを行ったイメージセンサ１間で共通させた。
【0090】
下記の表１は、「偏光制御部１０及び追加偏光子１１を具備するイメージセンサ１」及び「偏光制御部１０及び追加偏光子１１のうちの一方のみを具備するイメージセンサ１」に基づいて行われたシミュレーションの結果例を示す。
【0091】
【表1】
【0092】
本シミュレーションでは、イメージセンサ１に対し、同じ光強度を有する波長９４０ｎｍの入射光Ｌ（特に第１偏光Ｌｐ１（すなわち第２偏光Ｌｐ２～第４偏光Ｌｐ４を含まず第１偏光Ｌｐ１のみを含む入射光Ｌ））を垂直に入射させた。
【0093】
上記の表１において「第１受光画素の受光パワー」及び「第２受光画素の受光パワー」は、それぞれ第１受光画素ＰＸ１及び第２受光画素ＰＸ２による第１偏光Ｌｐ１の受光強度を示す数値である。「第１受光画素の受光パワー」の数値が大きいほど、各受光画素ＰＸにおける所望の偏光の受光感度（本例では第１受光画素ＰＸ１における第１偏光Ｌｐ１の受光感度）が高いことを示し、通常は望ましい。一方、「第２受光画素の受光パワー」の数値が大きいほど、各受光画素ＰＸにおける望まれない偏光の受光感度（本例では第２受光画素ＰＸ２における第１偏光Ｌｐ１の受光感度）が高いことを示し、通常は望ましくない。
【0094】
また上記の表１において「消光比」は、「第１受光画素の受光パワー」及び「第２受光画素の受光パワー」の比を示す（消光比＝第１受光画素の受光パワー／第２受光画素の受光パワー）。消光比の値が大きいほど、各受光画素ＰＸにおける所望の偏光の受光感度が高く且つ望まれない偏光の受光感度が低いことを示す。
【0095】
表１の結果から、偏光制御部１０が設けられ且つ追加偏光子１１が設けられない場合（番号「１」参照）、第１偏光Ｌｐ１に対し、第１受光画素ＰＸ１の受光パワーは大きいが、第２受光画素ＰＸ２の受光パワーも大きい。その結果、偏光制御部１０が設けられ且つ追加偏光子１１が設けられない場合には、相対的に高い消光比が得られないことが分かる。
【0096】
また表１の結果から、偏光制御部１０が設けられず且つ追加偏光子１１が設けられる場合（番号「２」参照）、第１受光画素ＰＸ１の受光パワーが相対的に小さい。したがって追加偏光子１１を通過して第１受光画素ＰＸ１に到達する第１偏光Ｌｐ１の強度が本来的に弱く、結果的にイメージセンサ１が低感度になることが分かる。その結果、偏光制御部１０が設けられず且つ追加偏光子１１が設けられる場合にも、相対的に高い消光比が得られないことが分かる。
【0097】
一方、表１の結果から、偏光制御部１０及び追加偏光子１１が設けられる場合（番号「３」参照）、第１偏光Ｌｐ１に対し、第１受光画素ＰＸ１の受光パワーの確保及び第２受光画素ＰＸ２の受光パワーの低減がバランス良く両立される。
【0098】
例えば、追加偏光子１１のみが設けられる場合（番号「２」）に比べ、偏光制御部１０及び追加偏光子１１が設けられる場合（番号「３」）には第１偏光Ｌｐ１に対する第１受光画素ＰＸ１の受光パワーが約３倍増大した。また追加偏光子１１のみが設けられる場合（番号「２」）に比べ、偏光制御部１０及び追加偏光子１１が設けられる場合（番号「３」）には第１偏光Ｌｐ１に対する第２受光画素ＰＸ２の受光パワーが約１／５に低減した。
【0099】
その結果、追加偏光子１１のみが設けられる場合（番号「２」）に比べ、偏光制御部１０及び追加偏光子１１が設けられる場合（番号「３」）には消光比が約１２倍増大した。また偏光制御部１０のみが設けられる（番号「１」）に比べ、偏光制御部１０及び追加偏光子１１が設けられる場合（番号「３」）には消光比が約２０４倍増大した。
【0100】
上述の表１の結果からも、イメージセンサ１は偏光制御部１０及び追加偏光子１１を具備することで、各受光画素ＰＸに関して「所望の偏光に対する高い感度」且つ「望ましくない偏光に対する低い感度」を実現して桁違いの高い消光比を得られることが分かる。したがって本実施形態のイメージセンサ１の出力結果によれば、より正確な偏光の位相見積もりを得ることが可能であり、ひいてはより高精度な被写体表面の法線ベクトル見積もりや形状把握が可能になる。
【0101】
次に、第１実施形態の他の例について説明する。
【0102】
図１１は、第１実施形態の第２の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図１２は、第１実施形態の第２の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。
【0103】
第２の例では、光電変換部２０の各受光画素ユニットＰＸｇにおける第３受光画素ＰＸ３及び第４受光画素ＰＸ４の配置が、上述の第１の例における配置（図１０参照）と入れ替わっている。すなわち第１受光画素ＰＸ１に対してＹ方向に隣り合うように第４受光画素ＰＸ４が配置され、第２受光画素ＰＸ２に対してＹ方向に隣り合うように第３受光画素ＰＸ３が配置される。
【0104】
そのため第２の例では、図１２に示すように、追加偏光子１１の各追加偏光画素ユニットにおける第３追加偏光画素１１ｇ３及び第４追加偏光画素１１ｇ４の配置が、第１の例における配置（図４参照）と入れ替わっている。すなわち第１追加偏光画素１１ｇ１に対してＹ方向に隣り合うように第４追加偏光画素１１ｇ４が配置され、第２追加偏光画素１１ｇ２に対してＹ方向に隣り合うように第３追加偏光画素１１ｇ３が配置される。
【0105】
なお第２の例における各受光画素ユニットＰＸｇの第１受光画素ＰＸ１及び第２受光画素ＰＸ２の配置は、上述の第１の例における配置（図１０参照）と同じである。したがって第２の例では、図１２に示すように、追加偏光子１１の各追加偏光画素ユニットにおける第１追加偏光画素１１ｇ１及び第２追加偏光画素１１ｇ２の配置が、第１の例における配置（図４参照）と同じである。
【0106】
偏光制御部１０は、第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４を上述の第１追加偏光画素１１ｇ１～第４追加偏光画素１１ｇ４のそれぞれに向けて選択的に出射するようなメタサーフェス構造（複数のメタアトム１０ａ及び構造体周辺部１０ｂ）を有する。
【0107】
そのため本例でも第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４は、偏光制御部１０によって追加偏光子１１の第１追加偏光画素１１ｇ１～第４追加偏光画素１１ｇ４のそれぞれに集光され、第１追加偏光画素１１ｇ１～第４追加偏光画素１１ｇ４のそれぞれを選択的に透過する。その結果、第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４は、光電変換部２０の第１受光画素ＰＸ１～第４受光画素ＰＸ４のそれぞれによって選択的に受光される。
【0108】
図１３は、第１実施形態の第３の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図１４は、第１実施形態の第３の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。
【0109】
第３の例では、光電変換部２０の各受光画素ユニットＰＸｇにおける第１受光画素ＰＸ１及び第２受光画素ＰＸ２の配置が、上述の第１の例における配置（図１０参照）と入れ替わっている。すなわち第１受光画素ＰＸ１に対してＹ方向に隣り合うように第４受光画素ＰＸ４が配置され、第２受光画素ＰＸ２に対してＹ方向に隣り合うように第３受光画素ＰＸ３が配置される。
【0110】
そのため第３の例では、図１４に示すように、追加偏光子１１の各追加偏光画素ユニットにおける第１追加偏光画素１１ｇ１及び第２追加偏光画素１１ｇ２の配置が、第１の例における配置（図４参照）と入れ替わっている。すなわち第１追加偏光画素１１ｇ１に対してＹ方向に隣り合うように第４追加偏光画素１１ｇ４が配置され、第２追加偏光画素１１ｇ２に対してＹ方向に隣り合うように第３追加偏光画素１１ｇ３が配置される。
【0111】
なお第３の例における各受光画素ユニットＰＸｇの第３受光画素ＰＸ３及び第４受光画素ＰＸ４の配置は、上述の第１の例における配置と同じである。また第３の例における各追加偏光画素ユニットの第３追加偏光画素１１ｇ３及び第４追加偏光画素１１ｇ４の配置は、上述の第１の例における配置と同じである。
【0112】
偏光制御部１０は、第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４を上述の第１追加偏光画素１１ｇ１～第４追加偏光画素１１ｇ４のそれぞれに向けて選択的に出射するようなメタサーフェス構造（複数のメタアトム１０ａ及び構造体周辺部１０ｂ）を有する。
【0113】
そのため本例でも第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４は、偏光制御部１０によって追加偏光子１１の第１追加偏光画素１１ｇ１～第４追加偏光画素１１ｇ４のそれぞれに集光され、第１追加偏光画素１１ｇ１～第４追加偏光画素１１ｇ４のそれぞれを選択的に透過する。その結果、第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４は、光電変換部２０の第１受光画素ＰＸ１～第４受光画素ＰＸ４のそれぞれによって選択的に受光される。
【0114】
図１５は、第１実施形態の第４の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図１６は、第１実施形態の第４の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。図１７は、第１実施形態の第５の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図１８は、第１実施形態の第５の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。図１９は、第１実施形態の第６の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図２０は、第１実施形態の第６の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。
【0115】
図１５～図２０に示す第４～第６の例では、複数の受光画素ＰＸが斜め格子配列を有し、Ｘ方向及びＹ方向の各々に対して傾斜する方向（例えばＸ方向及びＹ方向の各々に対して４５°傾いた方向）に二次元的に配置される。また第４～第６の例では、偏光制御部１０に含まれる複数の単位偏光制御部１０ｇが、斜め格子配列を有する（図１５、図１７及び図１９参照）。また第４～第６の例では、追加偏光子１１に含まれる複数の追加偏光画素１１ｇが、斜め格子配列を有する（図１６、図１８及び図２０参照）。
【0116】
そして第４～第６の例では、複数の受光画素ユニット、複数の追加偏光画素ユニット及び複数の偏光制御ユニットが、Ｘ方向及びＹ方向の各々に対して斜めを成す方向に二次元的に配列される。
【0117】
ただし第４～第６の例では、第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４のそれぞれを受光する第１受光画素ＰＸ１～第４受光画素ＰＸ４間の相対的な配置が異なる。
【0118】
すなわち第４の例では、各受光画素ユニットにおいてＸ方向に第１受光画素ＰＸ１及び第３受光画素ＰＸ３が並び、第２受光画素ＰＸ２及びＹ方向に第４受光画素ＰＸ４が並ぶ。したがって図１６に示すように、各追加偏光ユニットにおいてＸ方向に第１追加偏光画素１１ｇ１及び第３追加偏光画素１１ｇ３が並び、Ｙ方向に第２追加偏光画素１１ｇ２及び第４追加偏光画素１１ｇ４が並ぶ。
【0119】
第５の例では、各受光画素ユニットにおいてＸ方向に第３受光画素ＰＸ３及び第２受光画素ＰＸ２が並び、Ｙ方向に第４受光画素ＰＸ４及び第１受光画素ＰＸ１が並ぶ。したがって図１８に示すように、各追加偏光ユニットにおいてＸ方向に第３追加偏光画素１１ｇ３及び第２追加偏光画素１１ｇ２が並び、Ｙ方向に第４追加偏光画素１１ｇ４及び第１追加偏光画素１１ｇ１が並ぶ。
【0120】
第６の例では、各受光画素ユニットにおいてＸ方向に第４受光画素ＰＸ４及び第１受光画素ＰＸ１が並び、Ｙ方向に第３受光画素ＰＸ３及び第２受光画素ＰＸ２が並ぶ。したがって図２０に示すように、各追加偏光ユニットにおいてＸ方向に第４追加偏光画素１１ｇ４及び第１追加偏光画素１１ｇ１が並び、Ｙ方向に第３追加偏光画素１１ｇ３及び第２追加偏光画素１１ｇ２が並ぶ。
【0121】
【0122】
図２１及び図２２において、特定の偏光（第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４のうちの１つの偏光）を受光するための特定の受光画素（第１受光画素ＰＸ１～第４受光画素ＰＸ４のうちの１つの受光画素ＰＸ）が「ＰＸｎ」で表されている。また図２１及び図２２において、特定受光画素ＰＸｎ間のＸ方向の周期的な距離（Ｘ方向周期距離）が「Ｔｘ」で表され、特定受光画素ＰＸｎ間のＹ方向の周期的な距離（Ｙ方向周期距離）が「Ｔｙ」で表される。
【0123】
図２１に示すように、正方格子配列の受光画素ＰＸのＸ方向周期距離Ｔｘ及びＹ方向周期距離Ｔｙは、各受光画素ＰＸのＸ方向及びＹ方向のサイズ（受光画素サイズｄ）の２倍である（Ｔｘ＝Ｔｙ＝２ｄ）。
【0124】
一方、図２２に示す斜め格子配列の受光画素ＰＸのＸ方向周期距離Ｔｘ及びＹ方向周期距離Ｔｙは、受光画素サイズｄの√２倍である（Ｔｘ＝Ｔｙ＝√２ｄ）。
【0125】
そのため斜め格子配列の受光画素ＰＸ（図２２）は、正方格子配列の受光画素ＰＸ（図２１）に比べ、より小さなＸ方向周期距離Ｔｘ及びＹ方向周期距離Ｔｙ（具体的には１／√２倍のＸ方向周期距離Ｔｘ及びＹ方向周期距離Ｔｙ）を有する。
【0126】
このように斜め格子配列の受光画素ＰＸ（図２２）は、正方格子配列の受光画素ＰＸ（図２１）に比べ、Ｘ方向（水平方向に対応）及びＹ方向（垂直方向に対応）に関してより細かい（より高い）解像度を実質的に有する。したがって斜め格子配列に基づく上述の第４～第６の例のイメージセンサ１は、正方格子配列に基づく上述の第１～第３の例のイメージセンサ１に比べ、水平方向及び垂直方向に関してより高い解像度の画像を取得するのに有利である。
【0127】
人間の眼が斜め方向よりも水平方向及び垂直方向の変化に敏感であるという視覚特性を考慮すると、画像の水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）の解像度が高くなることは好ましい。したがって斜め格子配列に基づく上述の第４～第６の例のイメージセンサ１は、人間の視覚特性上好ましい解像度の画像を取得するのに有利である。
【0128】
特に、メタサーフェス構造の偏光制御部１０は、広い範囲から光を集めて、複数の偏光（４種類の偏光）をそれぞれ別々の追加偏光画素１１ｇ及び別々の受光画素ＰＸに向けて出射する。そのような偏光制御部１０及び追加偏光子１１を備えるイメージセンサ１では原理的に解像度が劣化しやすいが、上述の斜め格子配列が採用されることで解像度の劣化を効果的に抑えることができる。
【0129】
なお斜め格子配列に基づく上述の第４～第６の例のイメージセンサ１は、上述以外の構成について、正方格子配列に基づく上述の第１～第３の例のイメージセンサ１と同様の構成をとりうる。例えば、第２～第６の例の追加偏光子１１は、第１の例と同様に、上述の図９に示すように、各追加偏光画素１１ｇの実質的透光エリアを限定して隣り合う追加偏光画素１１ｇの透光エリア間距離を長大化する追加偏光遮光部１１ｃを有していてもよい。
【0130】
［第２実施形態］
本実施形態において、上述の第１実施形態と同一又は対応の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態において、上述の第１実施形態と同一又は対応の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0131】
本実施形態の追加偏光子１１は、フォトニック結晶型偏光子を含む。
【0132】
図２３は、第２実施形態の第１の例のイメージセンサ１において偏光制御部１０から出射した第１偏光（振動方向Ｐ１＝０度）の進行方向を示す部分断面図である。図２４は、第２実施形態の第１の例のイメージセンサ１において偏光制御部１０から出射した第２偏光（振動方向Ｐ２＝９０度）の進行方向を示す部分断面図である。図２５は、第２実施形態の第１の例の単位偏光制御部１０ｇの一例を示す偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の平面図である。図２６は、第２実施形態の第１の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。図２７は、第２実施形態の第１の例の追加偏光子１１の概略を示す斜視図である。
【0133】
追加偏光子１１を構成するフォトニック結晶型偏光子は、上述のワイヤーグリッド型偏光子と同様に、偏光を振動方向に応じて選択的に透過及び出射する特性を有する。
【0134】
フォトニック結晶型偏光子は、屈折率の異なる材料が周期的に並んだフォトニック結晶構造を有し、本例の追加偏光子１１は周期的に並ぶ低屈折率材料１１ｄ及び高屈折率材料１１ｅを含む。追加偏光子１１は、例えば屈折率の高いアモルファスシリコン（α－Ｓｉ）層及び屈折率の低いシリコンオキサイド（ＳｉＯ２）層の多層膜を有することで、１次元のフォトニックバンドギャップを形成することができる。
【0135】
なおフォトニック結晶型の追加偏光子１１は、他の組成に基づく低屈折率材料１１ｄ及び高屈折率材料１１ｅの組み合わせにより構成されてもよい。例えば高屈折率材料１１ｅは、チタンオキサイド（ＴｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、タンタルオキサイド（Ｔａ２Ｏ５）或いはハフニウムオキサイド（ＨｆＯ２）であってもよい。
【0136】
追加偏光子１１の当該多層膜に、ドライエッチング加工等の製法で周期的なピッチの溝を形成し、当該溝に屈折率の異なる材料（本例では二酸化ケイ素）が埋め込まれる。これにより追加偏光子１１は、図２７に示すように当該溝の延在方向と同じ方向に振動する偏光（ＴＥ波）を反射しつつ、当該溝の延在方向に対して９０度を成す方向に振動する偏光（ＴＭ波）を透過することができる。このようにフォトニック結晶型偏光子は、特定方向に振動する偏光を選択的に透過することができる。
【0137】
本例の追加偏光子１１の追加偏光ユニットは、図２６に示すように、第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４のそれぞれを選択的に透過するフォトニック結晶構造を有する正方画素配列の第１追加偏光画素１１ｇ１～第４追加偏光画素１１ｇ４を含む。また隣り合う追加偏光画素１１ｇ間に設けられる追加偏光遮光部１１ｃとして、遮光性に優れた枠状部材（例えばタングステン（Ｗ）によって作られる遮光膜）が設置される。
【0138】
本例においても上述の第１実施形態の第１の例と同様に、第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４は、偏光制御部１０によって、追加偏光子１１の第１追加偏光画素１１ｇ１～第４追加偏光画素１１ｇ４のそれぞれに集光される。そして第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４は、第１追加偏光画素１１ｇ１～第４追加偏光画素１１ｇ４のそれぞれを選択的に透過して、光電変換部２０の第１受光画素ＰＸ１～第４受光画素ＰＸ４のそれぞれによって選択的に受光される。
【0139】
次に、第２実施形態の他の例について説明する。
【0140】
図２８は、第２実施形態の第２の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図２９は、第２実施形態の第２の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。図３０は、第２実施形態の第３の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図３１は、第２実施形態の第３の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。
【0141】
図３２は、第２実施形態の第４の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図３３は、第２実施形態の第４の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。図３４は、第２実施形態の第５の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図３５は、第２実施形態の第５の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。図３６は、第２実施形態の第６の例の偏光制御部１０（特に偏光制御ユニット）の概略を示す平面図である。図３７は、第２実施形態の第６の例の追加偏光子１１（特に追加偏光画素ユニット）の概略を示す平面図である。
【0142】
第２実施形態の第１～第６の例（図２３～図３７）は、上述の第１実施形態の第１～第６の例と同様に、第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４を受光する第１受光画素ＰＸ１～第４受光画素ＰＸ４間の相対配置が互いに異なる。
【0143】
すなわち第２実施形態の第１～第６の例の第１受光画素ＰＸ１～第４受光画素ＰＸ４は、上述の第１実施形態の第１～第６の例のそれぞれの第１受光画素ＰＸ１～第４受光画素ＰＸ４と同様に配置される。また第２実施形態の第１～第６の例の第１単位偏光制御部１０ｇ１及び第２単位偏光制御部１０ｇ２は、第１実施形態の第１～第６の例のそれぞれと同様に配置される（図２５、２８、３０、３２、３４及び３６参照）。また第２実施形態の第１～第６の例の第１～第４追加偏光画素１１ｇ１～１１ｇ４は、第１実施形態の第１～第６の例のそれぞれの第１～第４追加偏光画素１１ｇ１～１１ｇ４と同様に配置される（図２６、２９、３１、３３、３５及び３７参照）。
【0144】
なお本実施形態の各例の追加偏光子１１は、上述の図９に示すように、各追加偏光画素１１ｇの実質的な受光エリアを限定して隣り合う追加偏光画素１１ｇの受光エリア間距離が長大化されるように、追加偏光遮光部１１ｃを有していてもよい。
【0145】
［第１変形例］
図３８は、イメージセンサ１の第１変形例を示す偏光制御部１０の平面図である。図３９は、図３８に示すイメージセンサ１のＹＺ平面の一例を示す断面図である。図４０は、図３８に示すイメージセンサ１のＸＺ平面の一例を示す断面図である。
図３８は、イメージセンサ１の第１変形例を示す偏光制御部１０の平面図である。図３９は、図３８に示すイメージセンサ１のＹＺ平面の一例を示す断面図である。図４０は、図３８に示すイメージセンサ１のＸＺ平面の一例を示す断面図である。
【0146】
偏光制御部１０と追加偏光子１１との間に設けられる導波路３０は、第１単位偏光導波路３０ａ及び第２単位偏光導波路３０ｂを有する。隣り合う第１単位偏光導波路３０ａと第２単位偏光導波路３０ｂとの間には、偏光制御遮光部３１が設けられる。図３８～図４０に示す例では、偏光制御遮光部３１が、導波路３０においてＺ方向に延びるとともに、偏光制御部１０（特に第１単位偏光制御部１０ｇ１と第２単位偏光制御部１０ｇ２との間の境界を含む部分）を貫通するようにＺ方向に延びる。
【0147】
第１単位偏光導波路３０ａは、第１単位偏光制御部１０ｇ１から出射する第１偏光Ｌｐ１及び第２偏光Ｌｐ２が追加偏光子１１（特に第１追加偏光画素１１ｇ１及び第２追加偏光画素１１ｇ２）に向かって進行する際に通る領域である。第２単位偏光導波路３０ｂは、第２単位偏光制御部１０ｇ２から出射する第３偏光Ｌｐ３及び第４偏光Ｌｐ４が追加偏光子１１（特に第３追加偏光画素１１ｇ３及び第４追加偏光画素１１ｇ４）に向かって進行する際に通る領域である。
【0148】
偏光制御遮光部３１は、光（特に偏光）の透過を遮ることができる任意の構成及び任意の組成を有し、光を反射することで遮光するように構成されてもよいし、光を吸収することで遮光するように構成されてもよい。一例として、偏光制御遮光部３１は、光（特に偏光）に対して高い反射性能を示す部材（例えばプレート状の金属（アルミニウムなど））を含んでいてもよい。また偏光制御遮光部３１は、導波路３０（第１単位偏光導波路３０ａ及び第２単位偏光導波路３０ｂ）とは屈折率が異なる組成の層（例えばエア層などの低屈折率層）を含んでいてもよい。
【0149】
偏光制御部１０の第１単位偏光制御部１０ｇ１に入射した入射光Ｌ中の第１偏光Ｌｐ１及び第２偏光Ｌｐ２は、共通の第１単位偏光導波路３０ａを通って、第１追加偏光画素１１ｇ１及び第２追加偏光画素１１ｇ２のそれぞれに入射する。一方、偏光制御部１０の第２単位偏光制御部１０ｇ２に入射した入射光Ｌ中の第３偏光Ｌｐ３及び第４偏光Ｌｐ４は、共通の第２単位偏光導波路３０ｂを通って、第３追加偏光画素１１ｇ３及び第４追加偏光画素１１ｇ４のそれぞれに入射する。
【0150】
偏光制御遮光部３１は、第１偏光Ｌｐ１及び第２偏光Ｌｐ２が通過する第１単位偏光導波路３０ａと、第３偏光Ｌｐ３及び第４偏光Ｌｐ４が通過する第２単位偏光導波路３０ｂとを、光学的に分離する。これにより「第１偏光Ｌｐ１と第２偏光Ｌｐ２の間のスプリット」及び「第３偏光Ｌｐ３と第４偏光Ｌｐ４の間のスプリット」を邪魔することなく、「第１偏光Ｌｐ１及び第２偏光Ｌｐ２」と「第３偏光Ｌｐ３及び第４偏光Ｌｐ４」の間のクロストークが抑えられる。その結果、イメージセンサ１の消光比を向上させることができる。
【0151】
なお図３８～図４０に示す例では、偏光制御遮光部３１が導波路３０だけではなく偏光制御部１０にも設けられるが、導波路３０のみに偏光制御遮光部３１が設けられ、偏光制御部１０には偏光制御遮光部３１が設けられなくてもよい。
【0152】
［製造方法］
次に、イメージセンサ１の製造方法の一例について説明する。
次に、イメージセンサ１の製造方法の一例について説明する。
【0153】
【0154】
まず図４１に示すように、受光画素ＰＸを構成するフォトダイオードＰＤを有する基板４１が準備される。
【0155】
フォトダイオードＰＤは任意の方法で基板４１に形成可能である。一例として、ｐ型のＳｉ製の基板４１に対してｎ型ドーパントをイオン注入するドーピングを行い、高温アニールによる活性化を行うことで、画素毎にフォトダイオードＰＤを形成することが可能である。
【0156】
その後図４２に示すように、基板４１上に、フォトダイオードＰＤを覆うように反射防止膜（ＡＲ（Anti-Reflection）膜）４３、二酸化ケイ素膜４４及びアルミニウム膜４５が順次成膜されて積層される。反射防止膜４３、二酸化ケイ素膜４４及びアルミニウム膜４５は、任意の方法（一例としてＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition））で基板４１上に積層可能である。
【0157】
【0158】
アルミニウム膜４５は任意の方法でワイヤーグリッド型偏光子に加工可能である。一例として、リソグラフィ技術に基づくフォトレジストを使ったドライエッチング（例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching））によってアルミニウム膜４５に微細溝（貫通孔）が形成される（図４３参照）。その後、任意の方法（例えばＣＶＤ法）でアルミニウム膜４５上に二酸化ケイ素膜４６が成膜されて積層されることで、アルミニウム膜４５の微細溝が二酸化ケイ素によって埋められる（図４４参照）。
【0159】
その結果、アルミニウムにより構成されるワイヤー線１１ａ及び二酸化ケイ素により構成されるワイヤー間部分１１ｂを有する追加偏光子１１が形成される。またアルミニウム膜４５上の二酸化ケイ素膜４６によって導波路３０が構成される。
【0160】
【0161】
すなわち図４５に示すように、任意の方法（例えばＣＶＤ法）で二酸化ケイ素膜４６上にアモルファスシリコン膜４７が成膜されて積層される。そして図４６に示すように、任意の方法（例えばＲＩＥなどのドライエッチング）でアモルファスシリコン膜４７に微細溝（貫通孔）が形成される。そして図４７に示すように、任意の方法（例えばＣＶＤ法）でアモルファスシリコン膜４７上に二酸化ケイ素膜４８が成膜されて積層されることで、アモルファスシリコン膜４７の微細溝が二酸化ケイ素によって埋められる。
【0162】
その結果、アモルファスシリコンにより構成されるメタアトム１０ａ及び二酸化ケイ素により構成される構造体周辺部１０ｂを有するメタサーフェス構造の偏光制御部１０が形成される。
【0163】
その後図４８に示すように、二酸化ケイ素膜４８、アモルファスシリコン膜４７の微細溝に充填される二酸化ケイ素（構造体周辺部１０ｂ）、及び二酸化ケイ素膜４６に穴（空間）が形成される。当該穴は、任意の方法（例えばＲＩＥなどのドライエッチング）で形成可能であり、偏光制御遮光部３１（エア層）を構成する。
【0164】
【0165】
以上説明したように上述の各実施形態及び各変形例によれば、偏光フィルタ機能を持つ追加偏光子１１の上層として、偏光スプリッター機能を持つメタサーフェス構造の偏光制御部１０が配置される。
【0166】
これにより光電変換部２０の各受光画素ＰＸに対し、割り当てられている所望の偏光を集中的に入射させつつ、割り当てられていない望まれない偏光の入射を効果的に抑えることができる。その結果、振動方向の異なる４種類の偏光（第１偏光Ｌｐ１～第４偏光Ｌｐ４）に高感度を示し且つ良好な消光比を有するイメージセンサ１（光検出装置）を提供することができる。このようなイメージセンサ１の検出結果（偏光情報を含む）に基づいて、被写体の形状等を高精度に把握することが可能になる。
【0167】
［産業上の利用分野］
本開示技術は、各種の電子機器に応用可能であり、光エレクトロニクス分野全般（イメージセンサに関わる分野を含む）において利用可能である。
本開示技術は、各種の電子機器に応用可能であり、光エレクトロニクス分野全般（イメージセンサに関わる分野を含む）において利用可能である。
【0168】
典型的には、上述の各実施形態及び各変形例のイメージセンサ１を、カメラシステムが具備する撮像装置として使用することが可能である。また上述の各実施形態及び各変形例のイメージセンサ１は撮像装置以外の光検出装置に応用されてもよく、そのような光検出装置を備える各種電子機器を提供することが可能である。
【0169】
そのような各種電子機器は、光検出装置（イメージセンサ１）の検出結果（偏光情報を含む）に基づいて被写体の形状を導出することが可能であり、とりわけ高度な感度や消光比が必要な状況で有用であり、被写体の動きや形状を高精度且つ高速に検知可能である。
【0170】
したがって本開示の光検出装置及び電子機器は、検出結果（偏光情報を含む）に基づいて、人間が示すジェスチャーを認識することが可能であり、例えばヘッドマウントディスプレイとして構成されてユーザの視線（眼球の動き等）を検知することも可能である。そのため本開示の光検出装置及び電子機器は、一例としてゲーム用途に応用可能であり、ＶＲ（Virtual Reality）技術やＡＲ（Augmented Reality）技術への応用も可能である。
【0171】
また本開示の光検出装置及び電子機器は、検出結果（偏光情報を含む）に基づく被写体形状の高速検知が可能であるため、産業機械用のカメラへの応用も可能であり、例えばロボットを使った製品組み立てシステムなどの製造機器に応用できる。
【0172】
本明細書で開示されている実施形態及び変形例はすべての点で例示に過ぎず限定的には解釈されないことに留意されるべきである。上述の実施形態及び変形例は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態での省略、置換及び変更が可能である。例えば上述の実施形態及び変形例が全体的に又は部分的に組み合わされてもよく、また上述以外の実施形態が上述の実施形態又は変形例と組み合わされてもよい。また、本明細書に記載された本開示の効果は例示に過ぎず、その他の効果がもたらされてもよい。
【0173】
上述の技術的思想を具現化する技術的カテゴリーは限定されない。例えば上述の装置を製造する方法或いは使用する方法に含まれる１又は複数の手順（ステップ）をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムによって、上述の技術的思想が具現化されてもよい。またそのようなコンピュータプログラムが記録されたコンピュータが読み取り可能な非一時的（non-transitory）な記録媒体によって、上述の技術的思想が具現化されてもよい。
【0174】
［付記］
本開示技術は以下の構成をとることもできる。
本開示技術は以下の構成をとることもできる。
【0175】
［項目１］
二次元的に配列される複数の微細構造体を含み、入射光中の複数の偏光を選択的に透過する偏光制御部と、
前記偏光制御部からの前記複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、
前記追加偏光子からの前記複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を備え、
前記偏光制御部及び前記追加偏光子の各々を透過する前記複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む、
光検出装置。
二次元的に配列される複数の微細構造体を含み、入射光中の複数の偏光を選択的に透過する偏光制御部と、
前記偏光制御部からの前記複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、
前記追加偏光子からの前記複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を備え、
前記偏光制御部及び前記追加偏光子の各々を透過する前記複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む、
光検出装置。
【0176】
［項目２］
前記偏光制御部は、前記複数の偏光の各々を、前記追加偏光子のうちの互いに異なる領域に向けて集光する項目１に記載の光検出装置。
前記偏光制御部は、前記複数の偏光の各々を、前記追加偏光子のうちの互いに異なる領域に向けて集光する項目１に記載の光検出装置。
【0177】
［項目３］
前記追加偏光子は、ワイヤーグリッド型偏光子を含む、
項目１又は２に記載の光検出装置。
前記追加偏光子は、ワイヤーグリッド型偏光子を含む、
項目１又は２に記載の光検出装置。
【0178】
［項目４］
前記追加偏光子は、フォトニック結晶型偏光子を含む、
項目１又は２に記載の光検出装置。
前記追加偏光子は、フォトニック結晶型偏光子を含む、
項目１又は２に記載の光検出装置。
【0179】
［項目５］
前記追加偏光子は、複数の追加偏光画素と、隣り合う追加偏光画素間に設けられる追加偏光遮光部と、を含み、
前記複数の追加偏光画素の各々は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する、
項目１～４のいずれかに記載の光検出装置。
前記追加偏光子は、複数の追加偏光画素と、隣り合う追加偏光画素間に設けられる追加偏光遮光部と、を含み、
前記複数の追加偏光画素の各々は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する、
項目１～４のいずれかに記載の光検出装置。
【0180】
［項目６］
前記第１偏光及び前記第２偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第３偏光及び前記第４偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第２偏光及び前記第３偏光は、お互いに４５度異なる振動方向を有する、
項目１～５のいずれかに記載の光検出装置。
前記第１偏光及び前記第２偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第３偏光及び前記第４偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第２偏光及び前記第３偏光は、お互いに４５度異なる振動方向を有する、
項目１～５のいずれかに記載の光検出装置。
【0181】
［項目７］
前記偏光制御部は、
前記第１偏光及び前記第２偏光を選択的に透過する第１単位偏光制御部と、
前記第３偏光及び前記第４偏光を選択的に透過する第２単位偏光制御部と、
を含み、
前記追加偏光子は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する複数の追加偏光画素を含み、
前記第１単位偏光制御部は、
前記第１偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第１偏光を集光し、
前記第２偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第２偏光を集光し、
前記第２単位偏光制御部は、
前記第３偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第３偏光を集光し、
前記第４偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第４偏光を集光する、
項目１～６のいずれかに記載の光検出装置。
前記偏光制御部は、
前記第１偏光及び前記第２偏光を選択的に透過する第１単位偏光制御部と、
前記第３偏光及び前記第４偏光を選択的に透過する第２単位偏光制御部と、
を含み、
前記追加偏光子は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する複数の追加偏光画素を含み、
前記第１単位偏光制御部は、
前記第１偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第１偏光を集光し、
前記第２偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第２偏光を集光し、
前記第２単位偏光制御部は、
前記第３偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第３偏光を集光し、
前記第４偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第４偏光を集光する、
項目１～６のいずれかに記載の光検出装置。
【0182】
［項目８］
前記偏光制御部と前記追加偏光子との間に設けられる導波路を備え、
前記導波路は、
前記第１単位偏光制御部から出射する前記第１偏光及び前記第２偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第１単位偏光導波路と、
前記第２単位偏光制御部から出射する前記第３偏光及び前記第４偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第２単位偏光導波路と、を有し、
隣り合う前記第１単位偏光導波路と前記第２単位偏光導波路との間に偏光制御遮光部が設けられる、
項目７に記載の光検出装置。
前記偏光制御部と前記追加偏光子との間に設けられる導波路を備え、
前記導波路は、
前記第１単位偏光制御部から出射する前記第１偏光及び前記第２偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第１単位偏光導波路と、
前記第２単位偏光制御部から出射する前記第３偏光及び前記第４偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第２単位偏光導波路と、を有し、
隣り合う前記第１単位偏光導波路と前記第２単位偏光導波路との間に偏光制御遮光部が設けられる、
項目７に記載の光検出装置。
【0183】
［項目９］
前記偏光制御遮光部は金属を含む、
項目８に記載の光検出装置。
前記偏光制御遮光部は金属を含む、
項目８に記載の光検出装置。
【0184】
［項目１０］
前記偏光制御遮光部はエア層を含む、
項目８に記載の光検出装置。
前記偏光制御遮光部はエア層を含む、
項目８に記載の光検出装置。
【0185】
［項目１１］
前記複数の受光画素は斜め格子配列を有する、
項目１～１０のいずれかに記載の光検出装置。
前記複数の受光画素は斜め格子配列を有する、
項目１～１０のいずれかに記載の光検出装置。
【0186】
［項目１２］
前記追加偏光子は、斜め格子配列を有する複数の追加偏光画素を含む、
項目１～１１のいずれかに記載の光検出装置。
前記追加偏光子は、斜め格子配列を有する複数の追加偏光画素を含む、
項目１～１１のいずれかに記載の光検出装置。
【0187】
［項目１３］
前記偏光制御部は、斜め格子配列を有する複数の単位偏光制御部を含む、
項目１～１２のいずれかに記載の光検出装置。
前記偏光制御部は、斜め格子配列を有する複数の単位偏光制御部を含む、
項目１～１２のいずれかに記載の光検出装置。
【0188】
［項目１４］
二次元的に配列される複数の微細構造体を含み、入射光中の複数の偏光を選択的に透過する偏光制御部と、
前記偏光制御部からの前記複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、
前記追加偏光子からの前記複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を有し、
前記偏光制御部及び前記追加偏光子の各々を透過する前記複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む、光検出装置
を備える電子機器。
二次元的に配列される複数の微細構造体を含み、入射光中の複数の偏光を選択的に透過する偏光制御部と、
前記偏光制御部からの前記複数の偏光が入射し、当該複数の偏光を選択的に透過する追加偏光子と、
前記追加偏光子からの前記複数の偏光を受光する複数の受光画素を含む光電変換部と、を有し、
前記偏光制御部及び前記追加偏光子の各々を透過する前記複数の偏光は、お互いに振動方向が異なる第１偏光、第２偏光、第３偏光及び第４偏光を含む、光検出装置
を備える電子機器。
【0189】
［項目１５］
前記偏光制御部は、前記複数の偏光の各々を、前記追加偏光子のうちの互いに異なる領域に向けて集光する項目１４に記載の電子機器。
前記偏光制御部は、前記複数の偏光の各々を、前記追加偏光子のうちの互いに異なる領域に向けて集光する項目１４に記載の電子機器。
【0190】
［項目１６］
前記追加偏光子は、ワイヤーグリッド型偏光子を含む、
項目１４又は１５に記載の電子機器。
前記追加偏光子は、ワイヤーグリッド型偏光子を含む、
項目１４又は１５に記載の電子機器。
【0191】
［項目１７］
前記追加偏光子は、フォトニック結晶型偏光子を含む、
項目１４又は１５に記載の電子機器。
前記追加偏光子は、フォトニック結晶型偏光子を含む、
項目１４又は１５に記載の電子機器。
【0192】
［項目１８］
前記追加偏光子は、複数の追加偏光画素と、隣り合う追加偏光画素間に設けられる追加偏光遮光部と、を含み、
前記複数の追加偏光画素の各々は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する、
項目１４～１７のいずれかに記載の電子機器。
前記追加偏光子は、複数の追加偏光画素と、隣り合う追加偏光画素間に設けられる追加偏光遮光部と、を含み、
前記複数の追加偏光画素の各々は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する、
項目１４～１７のいずれかに記載の電子機器。
【0193】
［項目１９］
前記第１偏光及び前記第２偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第３偏光及び前記第４偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第２偏光及び前記第３偏光は、お互いに４５度異なる振動方向を有する、
項目１４～１８のいずれかに記載の電子機器。
前記第１偏光及び前記第２偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第３偏光及び前記第４偏光は、お互いに９０度異なる振動方向を有し、
前記第２偏光及び前記第３偏光は、お互いに４５度異なる振動方向を有する、
項目１４～１８のいずれかに記載の電子機器。
【0194】
［項目２０］
前記偏光制御部は、
前記第１偏光及び前記第２偏光を選択的に透過する第１単位偏光制御部と、
前記第３偏光及び前記第４偏光を選択的に透過する第２単位偏光制御部と、
を含み、
前記追加偏光子は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する複数の追加偏光画素を含み、
前記第１単位偏光制御部は、
前記第１偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第１偏光を集光し、
前記第２偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第２偏光を集光し、
前記第２単位偏光制御部は、
前記第３偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第３偏光を集光し、
前記第４偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第４偏光を集光する、
項目１４～１９のいずれかに記載の電子機器。
前記偏光制御部は、
前記第１偏光及び前記第２偏光を選択的に透過する第１単位偏光制御部と、
前記第３偏光及び前記第４偏光を選択的に透過する第２単位偏光制御部と、
を含み、
前記追加偏光子は、前記第１偏光、前記第２偏光、前記第３偏光及び前記第４偏光のうちのいずれかを選択的に透過する複数の追加偏光画素を含み、
前記第１単位偏光制御部は、
前記第１偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第１偏光を集光し、
前記第２偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第２偏光を集光し、
前記第２単位偏光制御部は、
前記第３偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第３偏光を集光し、
前記第４偏光を選択的に透過する追加偏光画素に向けて前記第４偏光を集光する、
項目１４～１９のいずれかに記載の電子機器。
【0195】
［項目２１］
前記偏光制御部と前記追加偏光子との間に設けられる導波路を備え、
前記導波路は、
前記第１単位偏光制御部から出射する前記第１偏光及び前記第２偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第１単位偏光導波路と、
前記第２単位偏光制御部から出射する前記第３偏光及び前記第４偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第２単位偏光導波路と、を有し、
隣り合う前記第１単位偏光導波路と前記第２単位偏光導波路との間に偏光制御遮光部が設けられる、
項目２０に記載の電子機器。
前記偏光制御部と前記追加偏光子との間に設けられる導波路を備え、
前記導波路は、
前記第１単位偏光制御部から出射する前記第１偏光及び前記第２偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第１単位偏光導波路と、
前記第２単位偏光制御部から出射する前記第３偏光及び前記第４偏光が前記追加偏光子に向かって進行する第２単位偏光導波路と、を有し、
隣り合う前記第１単位偏光導波路と前記第２単位偏光導波路との間に偏光制御遮光部が設けられる、
項目２０に記載の電子機器。
【0196】
［項目２２］
前記偏光制御遮光部は金属を含む、
項目２１に記載の電子機器。
前記偏光制御遮光部は金属を含む、
項目２１に記載の電子機器。
【0197】
［項目２３］
前記偏光制御遮光部はエア層を含む、
項目２１に記載の電子機器。
前記偏光制御遮光部はエア層を含む、
項目２１に記載の電子機器。
【0198】
［項目２４］
前記複数の受光画素は斜め格子配列を有する、
項目１４～２３のいずれかに記載の電子機器。
前記複数の受光画素は斜め格子配列を有する、
項目１４～２３のいずれかに記載の電子機器。
【0199】
［項目２５］
前記追加偏光子は、斜め格子配列を有する複数の追加偏光画素を含む、
項目１４～２４のいずれかに記載の電子機器。
前記追加偏光子は、斜め格子配列を有する複数の追加偏光画素を含む、
項目１４～２４のいずれかに記載の電子機器。
【0200】
［項目２６］
前記偏光制御部は、斜め格子配列を有する複数の単位偏光制御部を含む、
項目１４～２５のいずれかに記載の電子機器。
前記偏光制御部は、斜め格子配列を有する複数の単位偏光制御部を含む、
項目１４～２５のいずれかに記載の電子機器。
【符号の説明】
【0201】
１ イメージセンサ
１０ 偏光制御部
１０ａ メタアトム
１０ｂ 構造体周辺部
１０ｇ 単位偏光制御部
１０ｇ１ 第１単位偏光制御部
１０ｇ２ 第２単位偏光制御部
１１ 追加偏光子
１１ａ ワイヤー線
１１ｂ ワイヤー間部分
１１ｃ 追加偏光遮光部
１１ｄ 低屈折率材料
１１ｅ 高屈折率材料
１１ｇ 追加偏光画素
１１ｇ１ 第１追加偏光画素
１１ｇ２ 第２追加偏光画素
１１ｇ３ 第３追加偏光画素
１１ｇ４ 第４追加偏光画素
２０ 光電変換部
３０ 導波路
３０ａ 第１単位偏光導波路
３０ｂ 第２単位偏光導波路
３１ 偏光制御遮光部
４１ 基板
４３ 反射防止膜
４４ 二酸化ケイ素膜
４５ アルミニウム膜
４６ 二酸化ケイ素膜
４７ アモルファスシリコン膜
４８ 二酸化ケイ素膜
ｄ 受光画素サイズ
Ｌ 入射光
Ｌｐ１ 第１偏光
Ｌｐ２ 第２偏光
Ｌｐ３ 第３偏光
Ｌｐ４ 第４偏光
ＰＤ フォトダイオード
ＰＸ 受光画素
ＰＸｇ 受光画素ユニット
ＰＸｎ 特定受光画素
ＰＸ１ 第１受光画素
ＰＸ２ 第２受光画素
ＰＸ３ 第３受光画素
ＰＸ４ 第４受光画素
Ｔｘ Ｘ方向周期距離
Ｔｙ Ｙ方向周期距離
１０ 偏光制御部
１０ａ メタアトム
１０ｂ 構造体周辺部
１０ｇ 単位偏光制御部
１０ｇ１ 第１単位偏光制御部
１０ｇ２ 第２単位偏光制御部
１１ 追加偏光子
１１ａ ワイヤー線
１１ｂ ワイヤー間部分
１１ｃ 追加偏光遮光部
１１ｄ 低屈折率材料
１１ｅ 高屈折率材料
１１ｇ 追加偏光画素
１１ｇ１ 第１追加偏光画素
１１ｇ２ 第２追加偏光画素
１１ｇ３ 第３追加偏光画素
１１ｇ４ 第４追加偏光画素
２０ 光電変換部
３０ 導波路
３０ａ 第１単位偏光導波路
３０ｂ 第２単位偏光導波路
３１ 偏光制御遮光部
４１ 基板
４３ 反射防止膜
４４ 二酸化ケイ素膜
４５ アルミニウム膜
４６ 二酸化ケイ素膜
４７ アモルファスシリコン膜
４８ 二酸化ケイ素膜
ｄ 受光画素サイズ
Ｌ 入射光
Ｌｐ１ 第１偏光
Ｌｐ２ 第２偏光
Ｌｐ３ 第３偏光
Ｌｐ４ 第４偏光
ＰＤ フォトダイオード
ＰＸ 受光画素
ＰＸｇ 受光画素ユニット
ＰＸｎ 特定受光画素
ＰＸ１ 第１受光画素
ＰＸ２ 第２受光画素
ＰＸ３ 第３受光画素
ＰＸ４ 第４受光画素
Ｔｘ Ｘ方向周期距離
Ｔｙ Ｙ方向周期距離
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】