(57)【要約】場面から３Ｄデータを取得するために戻り光を変調する装置、システム、および方法について説明する。３Ｄ撮像システムは、入射光を受ける第１の部分反射面と、光が出射する第２の部分反射面と、を有するファブリペローキャビティを含む。電気光学材料が、第１の部分反射面と第２の部分反射面との間のファブリペローキャビティ内に所在する。透明な縦型電極または横型電極が、電気光学材料内に電界を作り出す。電圧ドライバが、電気光学材料内の電界を時間の関数として変調するように構成されており、電気光学材料を通過する入射光が変調波形に従って変調されるようになっている。光センサが、ファブリペローキャビティの第２の部分反射面から出射した変調光を受け、その光を電子信号に変換する。その電子信号から、関心対象の場面の３次元（３Ｄ）情報が取得され得る。【選択図】図１
2022500675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄ撮像システムであって、
入射光を受ける第１の部分反射面と、光が出射する第２の部分反射面と、を有するファブリペローキャビティと、
前記第１の部分反射面と前記第２の部分反射面との間の前記ファブリペローキャビティ内に配置された電気光学材料であって、前記入射光の少なくとも一部が前記電気光学材料を通過するように構成された電気光学材料と、
前記電気光学材料内で電界を作り出すように構成された複数の電極と、
前記電気光学材料内の前記電界を時間の関数として変調するように構成されており、前記電気光学材料を通過する前記入射光が所定の変調波形に従って時間的に変調されるように、前記電極のうちの少なくとも１つと接触している電圧ドライバと、
前記ファブリペローキャビティの前記第２の部分反射面から出射する光を受け、前記光を１つ以上の電子信号に変換するように構成された光センサと、を備える３Ｄ撮像システム。
【請求項２】
前記光センサに動作可能に連結されており、前記電子信号に基づいて３Ｄ画像データを生成するように構成されたプロセッササブシステムをさらに備える、
請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項３】
前記プロセッササブシステムが、前記電界を変調するように前記電圧ドライバを制御するようにさらに構成されている、請求項２に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項４】
前記電極が、電気光学材料を縦方向に励起するように構成された透明な縦型電極である、請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項５】
前記透明な縦型電極が前記電気光学材料の対向側面に所在し、各透明な縦型電極が複数の電極に分割されている、請求項４に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項６】
前記電極が、電気光学材料を横方向に励起するように構成された横型電極である、請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項７】
前記横型電極が前記電気光学材料の対向端部に所在し、各横型電極が複数の電極に分割されている、請求項６に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項８】
前記電気光学材料が、ヨウ素酸カリウム（ＫＩＯ３）、ＧａＡｓ、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、およびリン酸二水素カリウム（ＫＤ＊Ｐ）から成る群から選択される、請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項９】
前記電気光学材料が、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦまたは［Ｃ２Ｈ２Ｆ２］ｎ）およびフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体（（ＣＨ２ＣＦ２）ｘ（ＣＨＦＣＦ２）（１−ｘ）、または（ＶＤＦ）ｘ（ＴＲＦＥ）（１−ｘ））から成る群から選択され、式中、０≦ｘ≦１である、請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項１０】
前記電気光学材料が、ポリマー、ポリカーボネート、変性ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリエチレン、およびポリメチルメタクリレートから成る群から選択される、請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項１１】
前記電気光学材料が、ポーリング電界の印加によって整列させた発色団または発色団の組み合わせでドープされたポリマー材料である、請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項１２】
前記電気光学材料が、リン酸二水素カリウム、水素が重水素で置換された固溶体、ＫＨ２ｘＤ２（１−ｘ）ＰＯ４の固溶体から成る群から選択され、式中、ｘが０≦ｘ≦１であり、ＫＤ２Ｐ０４であり、ＫＤＰまたはＫＤ＊Ｐの同形である物質の固溶体である、請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項１３】
前記電気光学材料が、一般式ＡｘＢｙＣｚＨ２ｒＤ２（１−ｒ）ＦｓＧ（１−ｓ）Ｏ４を有する化学物質群から成るＤＫＤＰ材料であり、式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１であり、式中、Ａ、Ｂ、Ｃが、ＮＨ４、Ｋ、Ｒｂ、またはＣｓから選択され、式中、Ｈが水素であり、Ｄが重水素であり、ＦおよびＧが、リンまたはヒ素から選択される、請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項１４】
前記電気光学材料が、半導体の一般式（ＡｘＢｙＣｚ）（ＤｑＥｒＦｓ）から選択される結晶またはセラミックであり、式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｑ＋ｒ＋ｓ＝１であり、式中、Ａ、Ｂ、およびＣが、それぞれＧａ、Ｉｎ、およびＡｌから成る群から選択され、式中、Ｄ、Ｅ、およびＦが、それぞれＰ、Ａｓ、およびＳｂから成る群から選択される、請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項１５】
前記電気光学材料が、一般式ＡＩＯ３から選択される結晶またはセラミックであり、式中、Ａが、Ｈ、Ｌｉ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓから成る群から選択される、請求項１に記載の３Ｄ撮像システム。
【請求項１６】
３Ｄデータをキャプチャする方法であって、
入射光を受ける第１の部分反射面と、光が出射する第２の部分反射面と、を有するファブリペローキャビティで入射光を受けることと、
前記電気光学材料内に電界を作り出すように構成された電極に、所定の波形を有する電圧を印加して、前記電気光学材料を通過する前記入射光が前記所定の変調波形に従って時間的に変調されるようにすることと、
前記ファブリペローキャビティの前記第２の部分反射面から出射した光をセンサで受けることと、
前記センサが、前記受けた光を１つ以上の電子信号に変換することと、
前記電子信号に基づいて前記３Ｄデータを生成することと、を含む、方法。
【請求項１７】
前記電気光学材料が、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦまたは［Ｃ２Ｈ２Ｆ２］ｎ）およびフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体（（ＣＨ２ＣＦ２）ｘ（ＣＨＦＣＦ２）（１−ｘ）、または（ＶＤＦ）ｘ（ＴＲＦＥ）（１−ｘ））から成る群から選択され、式中、０≦ｘ≦１である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気光学材料が、ポリマー、ポリカーボネート、変性ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリエチレン、およびポリメチルメタクリレートから成る群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気光学材料が、ポーリング電界の印加によって整列させた発色団または発色団の組み合わせでドープされたポリマー材料である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記電気光学材料が、半導体の前記一般式（ＡｘＢｙＣｚ）（ＤｑＥｒＦｓ）から選択される結晶またはセラミックであり、式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｑ＋ｒ＋ｓ＝１であり、式中、Ａ、Ｂ、およびＣが、それぞれＧａ、Ｉｎ、およびＡｌから成る群から選択され、式中、Ｄ、Ｅ、およびＦが、それぞれＰ、Ａｓ、およびＳｂから成る群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年９月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／７２９，８６２号の便益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
技術分野
【０００２】
本開示は、電気光学変調器、光センサ、およびＬＩＤＡＲシステムに関するものであり、特に３次元（３Ｄ）撮像データの生成に使用可能な電気光学変調器、光センサ、およびＬＩＤＡＲシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ある場面における表面や物体の３次元（３Ｄ）位置をキャプチャすることは、座標測定機（ＣＭＭ）、ロボットビジョンアプリケーション（ＲＶＡ）、自律走行車（ＡＶＡ）、さらにはゲーム機のコントロール（バーチャルリアリティ（ＶＲ）や拡張バーチャルリアリティ（ＡＶＲ））を始めとする幾多もの用途で普遍的に必要とされることとなりつつある。理想的な３Ｄカメラは、２次元（２Ｄ）の場面情報だけでなく、その場面の距離情報（Ｚ軸または範囲情報）もキャプチャすることができる。真の３Ｄ場面は、２Ｄ場面の画像情報（従来のデジタルカメラやフィルムカメラで撮影された「写真」という２Ｄ情報）を使用し、２Ｄ場面内の各物体（または各画素）の１Ｄ距離を加えて生成され、今日の２Ｄビデオカメラや携帯電話のカメラと同じ機能のしかたで、映像を伴う完全な３Ｄ画像を高解像度で生成する。しかし、この３Ｄ場面生成を達成するための現在の手法は、多くの用途で、解像度、稼働範囲、ＳＷａＰ（サイズ、重量、電力）、およびコスト面に深刻な弱点を抱えている。
【０００４】
場面全体の３Ｄ座標を画像として取得するために、いくつかの技術が用いられ得る。これらの技術的手法には、それぞれに利点があるものの、高品質の３Ｄ撮像や、時間の関数としての撮像（例えば、リアルタイム３Ｄ映像）の実現を妨げる欠点や根本的な物理的制限もある。一般に、これらのタイプの３Ｄシステムは、（Ａ）立体視による２画像間の距離および相関推定、（Ｂ）ＦＭ変調光の距離推定、（Ｃ）投影光、ホログラフ、またはスペックル相関による距離推定、および（Ｄ）飛行時間撮像システムによる距離測定システムと、大まかに特徴付けることができる。
【０００５】
立体視：低コストの３Ｄシステムを実現するための一手法が、基線距離によって隔てられた複数のレンズおよびセンサを使用して、演算導出された３Ｄ情報を提供する立体カメラを使用することである（人間の両眼視に類似）。これらのステレオ画像を使用して、フォトグラメトリ（両センサの対応画素を用いた距離の三角測量）を使用して３Ｄジオメトリデータを生成することが可能だが、これには、正確なキャリブレーション、すなわち、基線分離のための公知の機械量が必要とされる。このような立体視型システムは、基線（基線とは、個々の２つのセンサ間の距離のこと）を基準とする狭い範囲に限られる。加えて、３Ｄ推定が照明条件や影の影響を受けやすいという問題もある。かかる立体視型デバイスは、暗条件下や難しい照明条件下だと良好に動作せず、相当量の計算資源を要するのが一般的であることから、小型のシステムでリアルタイム３Ｄデータを抽出することが難しい。
【０００６】
ＦＭ変調：別の公知の距離推定法だと、距離推定に周波数変調（ＦＭ）された光を用いる。ＦＭ変調された光はまた、送信機と受信機とで別個の開口を必要とし得る。優れた距離性能を得るためには、これらの開口が正確に並んでおり、十分な距離を以て隔てられている必要がある。ＦＭ変調方式だと、１画素を超える距離推定が必ずできるとは限らない。つまり、このタイプの検知器は、１地点の直線距離測定に使用され得るのが典型的であり得る。３Ｄ測定は、場面内の各地点をスキャンして、それぞれの特定地点におけるセンサと物体との間の距離を確定することによって行われる。そのため、ＦＭ変調型の３Ｄ機器が有する地点ごとの制限を克服する必要がある。
【０００７】
投影光：別の距離推定法は、場面内の物体に光のパターンを投影し、そのパターンのずれを別のセンサで検出する。光プロジェクタおよび画像センサは、優れた距離性能を得るために、正確に整列され、十分な距離を以て隔てられた別個の送信用および受信用開口を用いる。これらのシステムは、範囲情報の水平解像度を制限するいくつかのパターンを使用するか、高速で移動する物体には使用できない複数の画像を使用する。そのため、投影光型の３Ｄ機器が有するこれらの制限を克服する必要がある。
【０００８】
飛行時間型（ＴＯＦ）：ＴＯＦ距離測定システムは、光が場面の物体を通過して３Ｄカメラのセンサに戻ってくるまでの飛行時間を測定する時間感応型センサを使用する。時間の測定には様々な技法が用いられ得るが、その一部は、画素の応答を制御し、その画素に対する光の到達時期を（振幅または位相によって）記録する回路を画素ごとに要する。かかる回路の複雑性や、記録されるデータの広範性が、かかるセンサの欠点であり、最も高度な時間感応型センサでも、１辺が１００〜２００画素に制限される。さらなるスケールアップには、さらに費用のかさむチップ開発を必要とし得る。また、これらの技法は照明条件に左右されやすく、場合によっては近距離および／または屋内範囲に限定されてきた。これらの方策の場合、範囲測定で満足のいく性能を得るためには、各画素を対マスタークロックおよび画素どうしでタイミングを正確に合わせる必要があり、粗いジェスチャ認識に使用され得る時間感応型センサのスケールアップがさらに複雑になる。
【０００９】
一部のＴＯＦシステムに関しては、２つの別々のセンサまたはセンサシステムを使用する必要があり、その場合、物体の距離情報と画像情報との間の相関を必要とし得る。かかるシステムは、１つのＴＯＦセンサの解像度または画素数が、（２Ｄ画像を作成する）第２のセンサよりも大幅に少ないことが典型的である。かかるシステムの一例が、大幅に解像度が低い回転式１Ｄ飛行時間（ＴＯＦ）距離測定システムと相関させた中解像度の２Ｄカメラ画像である。２つの異なるセンサシステムを使用して３Ｄが作成される場合、関連ノイズを有する２つの異なる画像を互いに相関させる必要があり、そのために、基本的には、低解像度画像と高解像度画像との間の重要な特徴を推定し、この２つの画像を１つの３Ｄ画像または点群に多重化する。この相関は、計算処理資源の使用量が多くなるため、画素ごとの誤差が生じやすい。そのため、同じセンサの同じ画素から場面と距離の両方を取得することによってデュアルセンサＴＯＦシステムの計算上の制限および／または誤差の問題を克服する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示に記載されている革新的な改良型電気光学変調器および３Ｄセンサは、公知の３Ｄシステムが有する上記制限の多くを克服する。
【００１１】
３Ｄカメラは、２Ｄの場面情報だけでなく、その場面の距離情報（Ｚ軸）も撮影できることが理想的である。本明細書には、電気的に制御された電気光学結晶、電気光学セラミック、および／または電気光学ポリマーを含み得る高ダイナミックレンジでコンパクトなチップスケールの３Ｄ撮像システムおよび方法の実施形態が開示されている。
【００１２】
一例示的実施形態によれば、３Ｄ撮像システムは、入射光を受ける第１の部分反射面と、光が出射する第２の部分反射面と、を有するファブリペローキャビティを含む。電気光学材料が、第１の部分反射面と第２の部分反射面との間のファブリペローキャビティ内に所在する。透明な縦型電極または横型電極が、電気光学材料内に電界を作り出す。電圧ドライバが、電気光学材料内の電界を時間の関数として変調するように構成されており、電気光学材料を通過する入射光が変調波形に従って変調されるようになっている。光センサが、ファブリペローキャビティの第２の部分反射面から出射した変調光を受け、その光を電子信号に変換する。その電子信号から、関心対象の場面の３次元（３Ｄ）情報が取得され得る。
【００１３】
別の例示的実施形態によれば、３Ｄデータをキャプチャする方法が、入射光を受ける第１の部分反射面と、光が出射する第２の部分反射面と、を有するファブリペローキャビティで入射光を受けるステップと、電気光学材料内に電界を作り出すように構成された電極に、所定の波形を有する電圧を印加して、電気光学材料を通過する入射光が所定の変調波形に従って時間的に変調されるようにするステップと、ファブリペローキャビティの第２の部分反射面から出射した光をセンサで受けるステップと、センサが、受けた光を１つ以上の電子信号に変換するステップと、電子信号に基づいて３Ｄデータを生成するステップと、を含む。
【００１４】
上記概要は、添付の請求項の制限範囲を定義するものではない。以下の図および詳細な説明を吟味すれば、他の態様、実施形態、特徴、および利点が当業者にとって明らかになるであろう。かかる付加的な特徴、態様、利点はこの説明内にすべて含まれ、添付の請求項によって保護されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図面は例示のみを目的としたものであり、いかなる制限も定義しないということを理解されたい。加えて、図中の構成要素は、必ずしも縮尺どおりではない。図においては、同様の参照番号が、異なる図にまたがって対応部分を示す。
【図１】感光性検知器の前にファブリペローキャビティを含む縦型電気光学光センサシステムの第１の実施例を表す模式図である。
【図２】感光性検知器の前にファブリペローキャビティを含む縦型電気光学光センサシステムの第２の実施例を表す模式図である。
【図３】感光性検知器の前にファブリペローキャビティを含む横型電気光学光センサシステムの第１の実施例を表す模式図である。
【図４】感光性検知器の前にファブリペローキャビティを含む横型電気光学光センサシステムの第２の実施例を表す模式図である。
【図５】例示的な横型電気光学光変調器（ＥＯＭ）を表す透視模式図である。
【図６】横型電気光学光変調器（ＥＯＭ）の別例を表す透視模式図である。
【図７】感光性検知器配列の前にファブリペローキャビティを含む例示的な一体型縦型電気光学光センサの側断面図である。
【図８】感光性検知器配列の前にファブリペローキャビティを含む例示的な一体型横型電気光学光センサの側断面図である。
【図９】低フィネスおよび高フィネスのファブリペローキャビティの光透過率を電圧の関数として表すグラフである。
【図１０】低フィネスおよび高フィネスのファブリペローキャビティの光透過率を光の入射角の関数として表すグラフである。
【図１１】ポッケルスセルなどの縦型電気光学変調器の一例を示す断面模式図である。
【図１２】マイクロレンズアレイの下方または背後に縦型変調器が形成された例示的なモノリシックセンサの一例を示す断面模式図である。
【図１３】マイクロレンズアレイの前方または上方に縦型変調器が形成された例示的なモノリシックセンサを示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の詳細な説明は、図面を参照および援用したもので、３Ｄ撮像および／またはレンジ検出のための光変調器、センサ、システム、および方法の１つ以上の実施例を説明および例示している。制限目的ではなく、本発明の実施形態の例示および教示のみを目的として提供されているこれらの実施例は、開示されている内容を当業者が実践できるように十分に詳しく明示および記載されている。そのため、本発明の不明瞭化を避けるために適切な場合には、当業者にとって公知である特定の情報が記載内容から省略され得る。本明細書に開示された内容は実施例であり、本出願に基づいて最終的に付与される可能性のある特許請求の範囲を不当に制限するものと読み取るべきでない。
【００１７】
本出願全体を通じて、「例示的」という語は、「実施例、事例、実例としての役割を果たす」という意味で使用されている。本明細書で「例示的」と記載されているシステム、方法、装置、技法、機能などは、必ずしも他の機能よりも好適または有利であると解釈されるものではない。
【００１８】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」および「前記（ｔｈｅ）」は、その内容が単数のものを明確に指示していない限り、複数のものを含む。
【００１９】
加えて、「または」が使用されている場合は、別段の記載がない限り、「および／または」のことである。同様に、「備える（「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」）」と「含む（「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」）」は互換性があり、限定的であることを意図しない。
【００２０】
本開示に記載されている革新的な改良型の３Ｄセンサシステムは、例えば、デュアルセンサＴＯＦシステムの計算上の制限および／またはエラーの問題など、公知の３Ｄセンサシステムの制限を数多く克服する。本明細書に開示されたセンサは、同じセンサ上の同じ画素（単数または複数）からの場面および距離の両方を取得することによって制限の克服を実現し得る。本明細書には、電気光学位相変調器および／または電気的に調整可能な光共振キャビティ、かかる変調器および電気的に調整可能なキャビティを採用したシステム、変調器における高分子、結晶、多結晶、またはセラミックの電気光学薄膜の使用を通じて光変調または光スイッチングを電気的に刺激する手段、およびかかるデバイスを製作する手段が開示されている。
【００２１】
レーザーＴＯＦ（飛行時間）、レーザーベースの投影、レーザーベースのＦＭ変調、レーザーベースの自動車用光源（レーザーベースの自動車用「ハイビーム」など）が普及するにつれて、３Ｄカメラ／場面生成器に、非３Ｄベースのカメラシステムからの潜在的な干渉光源による干渉に対する耐性を高め、相互干渉を免れる必要が出てきた。本明細書に開示されている方法、装置、およびシステムは、電気的に制御された電気光学結晶、電気光学セラミック、または電気光学ポリマーを組み込み得るもので、潜在的な干渉レーザー光源のタイミング一致の制限により、干渉の可能性を大幅に低減する。
【００２２】
本明細書に開示されているシステムは、アクティブな時間多重化配置を含み得、これにより、タイミング調整された照明源が、電気的に活性化されたセンサと同期する。
【００２３】
図１は、ファブリペローセンサ１２と電圧ドライバ回路１６とを含む電気光学光変調器システム１０の一例を表す模式図である。センサ１２は、関心対象の場面から散乱または反射した戻り光の部分であり得る入射光１４を受け得る。センサ１２は、１つ以上の電子信号３８を出力し、その信号から、プロセッササブシステム（非図示）によってその場面に関する３Ｄ情報が導出され得る。
【００２４】
電圧ドライバ１６は、既定の電気的な変調波形信号１７をセンサ１２に提供する。波形信号１７は、時変電圧を有し得、制御信号１８を受けて電圧ドライバ１６によって生成される。この波形は、電圧ランプ、方形波、正弦波、鋸歯、シグモイド、連続、不連続、またはセンサに渡る入射光１４を変調するための他の適切な電圧波形であり得る。電圧、電流、タイミングなど、信号１７の特性は、入射光１４の所望変調およびファブリペローセンサ１２内の電気光学変調器の要件に基づいて任意の適切な値に設定され得る。制御信号１８は、プロセッサの制御下にあるプロセッササブシステム（非図示）によって生成され得る。
【００２５】
プロセッササブシステムは、メモリに連結された１つ以上のプロセッサを含み得る。プロセッササブシステムの機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の適切な組み合わせで実装され得る。ソフトウェアで実装される場合、これらの機能は、１つ以上の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体（例えば、メモリ）に記憶され、ハードウェアベースの処理ユニット（例えば、プロセッサ）によって実行され得る。コンピュータ可読媒体は、データ記憶媒体を含む任意のコンピュータ可読記憶媒体を含み得る。この媒体は、本開示に記載されている技法を実装するための命令、コード、および／またはデータ構造を取得するために１つ以上のコンピュータまたは１つ以上のプロセッサによってアクセスできる任意の利用可能な媒体であり得る。コンピュータプログラム製品が、コンピュータ可読可能な媒体を含むこともあり得る。
【００２６】
非限定的な例として、かかるコンピュータ可読記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、もしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、もしくは他の磁気記憶装置、フラッシュメモリ、または命令もしくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを格納するのに使用可能であり、コンピュータによってアクセス可能である他の任意の媒体を備えことができる。本明細書で使用されているディスクは、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスク、ブルーレイディスクなどを含む。磁気ディスクは、一般にデータを磁気的に再生するのに対し、光ディスクは、レーザーを用いて光学的にデータを再生する。上記の組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲に含まれるものとする。
【００２７】
プロセッサは、１つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、汎用マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＧＡ）、または他の同等の集積または離散論理回路など、命令またはコードを実行するための１つ以上のプロセッサを含み得る。メモリおよびプロセッサは、単一チップとして組み合わせられ得る。そのため、本明細書で使用される「プロセッサ」という用語は、先述の構造のいずれか、または本明細書に記載された技法の実装に適した他の任意の構造を言及し得る。加えて、いくつかの態様においては、本明細書に記載されている機能が、専用のハードウェアおよび／またはソフトウェアモジュール内で提供され得る。また、この技法は、論理回路および／または論理素子を含む１つ以上の回路において完全に実装でき得る。
【００２８】
ファブリペローセンサ１２は、感光性検知器３６の前に、光変調器の働きをするファブリペローキャビティ（ＦＰＣ）２０を含む。ＦＰＣ  ２０は、入射光１４を受けるための第１の部分反射ミラー２２と、光が出射し得る第２の部分反射ミラー２４と、第１のミラー２２と第２のミラー２４と間に所在する電気光学変調器（ＥＯＭ）２６と、を含む。ＥＯＭ  ２６は、第１の電極３０と、第２の電極２８と、電極２８、３０の間に挟まれた電気光学材料３２と、を含む。
【００２９】
ＦＰＣ  ２０は「縦型」構成になっている。「縦型」とは、光１４、３４の経路に対する電極２８、３０の配置のことである。縦型構成においては、印加される電界（電極２８、３０に対して垂直）が、ＦＰＣ  ２０を通る光の伝搬と同じ方向になる。電気光学材料３２は、電気光学ポリマー、電気光学結晶、もしくは電気光学セラミック、またはこれらの任意の適切な組み合わせから成り、以下でさらに詳述する、本明細書に開示された材料のいずれかを含み得る。印加電圧１７は、例えば電圧ランプとして、第１の電極３０に接続され得るのに対し、第２の電極２８は接地２１に接続されている。左から入射した光１４の透過率は、印加電圧１７に応じてＦＰＣ  ２０によって変調され、光がキャビティミラー２２、２４を通過して右の感光性検知器３６に進むようになっている。そのため、ＦＰＣ  ２０の光透過率は、ＥＯＭ  ２６に印加される電圧波形に依存する。
【００３０】
印加電圧は、例として、第１の電極３０に接続された電圧ランプとして記載されているのに対し、第２の電極２８は接地に接続されている。「電圧ランプ」や「接地」の使用は、あくまでも例示にすぎない。第１の電極２８と第２の電極３０との間での差動印加電圧も、光の変調に使用され得る。
【００３１】
縦型構成においては、ファブリペローミラー２２、２４が、電極２８、３０から分離し得、代替として、ミラー２２、２４および電気光学スイッチ電極２８、３０の両方の機能を同時に果たし得る。すなわち、ファブリペローミラー２２、２４および電極２８、３０は、いくつかの実施形態において単一かつ同一であり得る。
【００３２】
縦型電極２８、３０は、例えば、ＩＴＯや、金またはアルミニウムといった導体グリッドなどの透明電極であり得る。
【００３３】
光検知器３６は、市販のＣＣＤまたはＣＭＯＳ検知器などの単一画素検知器であり得る。検知器３６から出力された電子信号３８は、プロセッササブシステムによって収集され得、場面に関する３Ｄデータを導出するために、このサブシステムによって処理され得る。
【００３４】
図２は、ファブリペローセンサ５２と電圧ドライバ回路１６とを含む電気光学光変調器システム５０の別例を表す模式図である。センサ５２は、図１のセンサ１２と同様、関心対象の場面から散乱または反射した戻り光の部分であり得る入射光１４を受け得る。ただし、図１のセンサ１２とは対照的に、センサ５２は、センサアレイ６４から１つ以上の電子信号を出力し、その信号から、プロセッササブシステム（非図示）によってその場面に関する３Ｄ情報が導出され得る。
【００３５】
この実施例においては、図１の感光性検知器画素３６が感光性アレイ６４に置き換えられている。かかるアレイ６４は、一例として、市販のＣＣＤ感光性アレイ、ＣＭＯＳ感光性アレイ、２次元配列で配置された一連の光検知器などを含み得る。一般に、アレイ６４は画素の配列を含み、各画素は、受けた光の強度を特定することができる。アレイ６４は、任意の適切数の画素を含み得、現代のセンサは数百万画素を含むことが多い。アレイ６４から出力された電子信号は、プロセッササブシステムによって収集され得、場面に関する３Ｄデータを導出するために、このサブシステムによって処理され得る。
【００３６】
図３は、ファブリペローセンサ１０２と電圧ドライバ回路１６とを含む電気光学光変調器システム１００の別の構成例を表す模式図である。センサ５２は、図２のセンサ１０２と同様、関心対象の場面から散乱または反射した戻り光の部分であり得る入射光１４を受け得る。ただし、図２のセンサ５２とは対照的に、センサ１０２は、「横型」構成のＥＯＭ  １２２を含む。「横型」とは、光の経路に対する電極１２６、１２８の配置のことである。横型構成においては、印加電界（電極１２６、１２８に対して垂直）が、ＥＯＭ  １２２を通る光の伝搬方向と比べて直交する方向になる。
【００３７】
センサ１０２は、感光性検知器アレイ６４の前にＦＰＣ  １１２を含む。ＦＰＣ  １１２は、２つのミラー２２、２４間にＥＯＭ  １２２を含む。ＥＯＭ  １２２は、第１または最上位電極１２６と、第２または最下位電極１２８と、それらの間にある電気光学材料１２４と、を含む。電気光学材料１２４は、電気光学ポリマー、電気光学結晶、もしくは電気光学セラミック、または本明細書に開示されている組み合わせなど、これらの任意の適切な組み合わせを備え得る。
【００３８】
印加電圧１７は、第１の電極１２６に接続された電圧ランプを含む上記波形のいずれかであり得るのに対し、第２の電極１２８は接地２１に接続されている。左から入射した光の透過率は、印加電圧波形１７を介してＥＯＭ  １２２によって変調され、光がキャビティミラーを通過して右の感光性検知器（単一画素、非図示）または感光性アレイ６４に進むようになっている。横型構成においては、ファブリペローミラー２２、２４が電極１２６、１２８とは別々になっている。
【００３９】
代替として、図１に関連して上述したとおり、差動電圧波形が電極１２６、１２８に印加され得る。
【００４０】
図４は、ファブリペローセンサ１５２と、電圧ドライバ回路１６および第２の電圧ドライバ回路１６４と、を含む電気光学光変調器システム１５０の別の構成例を表す模式図である。センサ１５２は、図３のセンサ１０２と同様、関心対象の場面から散乱または反射した戻り光の一部であり得る入射光１４を受け得る。
【００４１】
センサ１５２は、光検知器アレイ６４の前に配置されたＦＰＣ  １６８を含む。ＦＰＣ  １６８は、第１および第２のミラー２２、２４と、ミラー２２、２４の間に位置する分割された横型ＥＯＭ  １７６と、を含む。ＥＯＭ  １７６は、最上位電極１８２と、中央電極１８４と、最下位電極１８６と、第１および第２の電極１８２、１８４の間に所在する電気光学材料１７８と、第２および第３の電極１８４、１８６の間に位置する電気光学材料１８０と、を含む。
【００４２】
電気光学材料１７８、１８０は、電気光学ポリマー、電気光学結晶、もしくは電気光学セラミック、または本明細書に開示されている組み合わせなど、先述の任意の適切な組み合わせを含み得る。
【００４３】
追加の中央電極１８４が、ＥＯＭ  １７６の中心またはその付近に所在し得る。いくつかの実施形態において、中央電極１８４は、ＥＯＭ  １７６の中心から離れた別の場所に所在し得る。この特定実施例においては、ドライバ回路１６４からの印加電圧１６６が、最下位電極１８６に接続されている。ドライバ１６４から出力される電圧波形１６６は、電圧ドライバ１６の上記波形のいずれであり得る。電圧波形１６６は、プロセッササブシステム（非図示）からの第２の制御信号１５８を受けて生成され得る。第２の制御信号１５８は、信号１８について図１との関連で説明したのと同様の方法で、プロセッササブシステムによって生成され得る。いくつかの実施形態において、信号１５８は、信号１８から独立し得る。いくつかの実施形態において、信号１５８は、信号１８と同期し得る。
【００４４】
いくつかの実施形態において、中央電極１８４は、図示のとおり、接地１８８に接続され得る。
【００４５】
電気光学材料に中央電極１８４を形成するために、中央電極１８４は、電気光学材料の中心に切り込みまたは他の方法で配置された、例えば幅が数ミクロンの小溝を含み得、これによって２つのセグメント１７８、１８０を形成し得る。この溝には、一例を挙げると、スパッタリングされた金など、中央電極１８４を形成する導電性電極が配置され得る。
【００４６】
中心、上側、下側の電極１８２、１８４、１８６間には差動電圧が印加され得る。印加電圧は、例えば、最下位電極１８６に接続された電圧ランプ、最上位電極１８２に印加された第２の電圧ランプ、および中央電極１８４に印加された第３の電圧ランプであり得る。左から入射した光の透過率は、印加電圧によって変調され、光がキャビティミラーを通過して右側の感光性検知器６４に進むようになっている。横型構成においては、ファブリペローミラー２２、２４がこれらの電極とは別々になっている。
【００４７】
センサ１５２は、ＥＯＭ  １７６に３つの電極１８２、１８４、１８６を有することが示されているが、いくつかの実施形態においては、３つより多くの電極が使用され得、例えば、いくつかの実施形態においては、４つ以上の電極が使用され得、数百または数千個の電極が使用され得る。いくつかの実施形態においては、例えば、数百または数千のドライバ回路など、（２つより多い）さらなる電圧ドライバ回路が含まれ得る。
【００４８】
図５は、ドライバ回路２０４に接続された、分割された横型電気光学光変調器２０２を有するシステム２００の構成例を表す透視模式図である。いくつかの実施形態において、ＥＯＭ  ２０２は、図３〜図４および図８に示すファブリペローセンサのいずれにおいても、ＥＯＭとして代用され得る。ドライバ回路２０４は、ドライバ回路１６について上述した方法と同様の方法で、制御信号２０６を受けてＥＯＭ電圧変調波形２１２を作り出し得る。
【００４９】
ＥＯＭ  ２０２は、電気光学材料２０８の第１のセグメントと、電気光学材料２１０の第２のセグメントと、を含む。電気光学材料２０８、２１０は、矩形状であるものとして示されているが、正方形など、他の任意の適切な形状を有し得る。材料２０８、２１０はそれぞれ、電気光学ポリマー、電気光学結晶、もしくは電気光学セラミック、または本明細書に開示されている組み合わせなど、これらの任意の適切な組み合わせを含み得る。ＥＯＭ  ２０２は、上記のとおり横型構成になっている。
【００５０】
この実施例においては、最上位電極２２６が、材料２０８の上面に形成され、接地２２２に接続されている。この実施例においては、最下位電極２２８が、材料２１０の下面に形成され、接地２２４に接続されている。
【００５１】
さらなる中央電極２１４が、ＥＯＭセグメント  ２０８、２１０の中心に配置され得る。この特定実施例においては、印加電圧ランプ２１２が、中央電極２１４に接続されている。この電極２１４は、電気光学材料の中心またはその付近に、切り込みまたは他の方法で配置された、例えば幅が数ミクロンの小溝などを含み得る。この溝は、市販の半導体加工技術を用いてエッチングされ得る。この溝は、溝の側部に導電性の横型電極を形成する壁部２１８および２２０を有する。一例を挙げると、スパッタリングされた金などの導体が、床部および壁部２１８、２２０を覆うために溝内に配置され得、それによって横型中央電極２１４を形成し得る。いくつかの実施形態においては、例えば、銅やアルミニウムといった金属など、他の導体が使用され得る。他の実施形態においては、溝を使用する代わりに、電気光学材料の表面に配置された小帯状の導電性金属を使用し得る。
【００５２】
ＥＯＭ  ２０２の中央電極、最上位電極、最下位電極間に差動電圧が印加され得る。この印加電圧は、例えば電圧ランプとして、図示のとおり、中央電極２１４に接続され得、上下の電極２２６、２２８で接地し得る。電極２１４、２２６、２２８のいずれに対しても、他の電圧が印加され得る。例えば、最上位電極２２６に第２の電圧ランプが印加され得、最下位電極２２８に第３の電圧ランプが印加され得る。中央電極の目的は、最上位、中央、最下位電極間に差動電圧を印加できるようにすることである。いくつかの実施形態において、セグメント２０８、２１０間に印加される差動電圧は、互いに独立し得る。
【００５３】
図６は、複数の電圧ドライバ回路２５８、２６０、２６１に連結された横型電気光学光変調器（ＥＯＭ）２５０の代替構成例を表す透視模式図である。いくつかの実施形態において、ＥＯＭ  ２５０は、図３〜図４および図８に示したファブリペローセンサのいずれにおいても、ＥＯＭとして代用され得る。ドライバ回路２５８、２６０、２６１は、ドライバ回路１６、１６４について上述したのと同様の方法で、制御信号２６２、２６４、２６６をそれぞれ受けて、ＥＯＭ電圧変調波形Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、２６８、２７０、２７２をそれぞれ生成し得る。
【００５４】
ＥＯＭ  ２５０は、「横型」構成になっている。「横型」とは、上記のとおり、光の経路に対する電極の配置のことである。電気光学材料は、電気光学ポリマー、電気光学結晶、もしくは電気光学セラミック、または本明細書に開示されている組み合わせなど、これらの任意の適切な組み合わせを含み得る。
【００５５】
図５のＥＯＭ  ２０２と比較すると、さらなる追加電極が電気光学材料に配置されている。この特定実施例においては、２つの電極溝２７４、２７６が電気光学材料に形成され、材料をセグメント２５２、２５４、２５６に分離している。
【００５６】
最上位材料セグメント２５２の上面に形成された最上位電極２７８は、図示のとおり接地２８０に接続され得るか、いくつかの実施形態においては、別の電圧ドライバ回路に接続され得る。追加電圧ランプＶ１、Ｖ２、Ｖ３は、最上位電極２７８、第２の電極２７４、第３の電極２７６、および最下位電極２９０を基準にそれぞれ印加され得る。
【００５７】
中央電極２７４、２７６はそれぞれ、電気光学材料に切り込みまたは他の方法で配置された、例えば幅が数ミクロンの小溝を含み得る。他の実装形態においては、溝ではなく、電気光学材料の表面に配置された小帯状の導電性金属が必要とされ得る。スパッタリングされた金などの金属導体を用いて形成され得るこれらの帯または溝は、導電性電極を形成し、溝内または電気光学材料の表面などに配置される。
【００５８】
これらの溝は、市販の半導体加工技術を用いてエッチングされ得る。各溝は、溝の側部に導電性の横型電極を形成する壁部２８２、２８４、２８６、２８８をそれぞれ有する。一例を挙げると、スパッタリングされた金などの導体が、床部および壁部２８２、２８４および２８６、２８８を覆うために溝内に配置され得、それによって横型中央電極２７４、２７６を形成し得る。
【００５９】
電極２７８、２７４、２７６、２９０間に差動電圧が印加され得る。印加電圧は、例えば、第２の電極、第３の電極、および最下位電極にそれぞれ接続された電圧ランプＶ１、Ｖ２、Ｖ３として示されている。電極溝の目的は、最上位、中央、最下位電極間に差動電圧を印加できるようにすることである。電極２７８、２７４、２７６、２９０のいずれに対しても、他の電圧が印加され得る。いくつかの実施形態において、これらのセグメント間に印加される差動電圧は、互いに独立し得る。
【００６０】
本明細書に開示されている分割されたＥＯＭは、図５および図６に示すとおり、２つまたは３つのセグメントに限定されるものではない。いくつかの実施形態においては、分割されたＥＯＭが、数百、数千、数百万のセグメントなど、より多くのセグメントを含み得る。また、いくつかの実施形態においては、ＥＯＭセグメントが、図５および図６に示す例示的な１Ｄセグメント配列ではなく、２次元配列で配置され得る。
【００６１】
図７は、感光性検知器アレイ３０６の前にファブリペローキャビティ３０４を含む一体型縦型電気光学光センサ３００の別例を示す側断面図である。センサ３００は、モノリシックセンサであり得る。上からの戻り光または入射光３０１が、多数のマイクロレンズ３０８を有するマイクロレンズアレイ３０２によって収集される。
【００６２】
ファブリペローキャビティ３０４は、上側反射性コーティング３１０と、ＩＴＯコーティングなどの透明導体コーティング３１２と、電気光学（ＥＯ）材料３１４（例えば、電気光学ポリマー（ＥＯＰ）、電気光学結晶（ＥＯＣ）、電気光学セラミック（ＥＯＣｅ）など、本明細書に開示されている材料のいずれか）と、ＩＴＯコーティングなどの下側透明導体コーティング３１６と、下側反射性コーティング３１８と、から成る。
【００６３】
センサアレイ３０６は、光学的なクロストークを避けるために、酸化物などの誘電体層であり得る光学的に不透明な遮蔽物３２８によって絶縁されたそれぞれのウェル３２０内に所在する画素センサ３２２の配列を支持する半導体基板を含み得る。ポリシリコン層３２６および導体層３２４は、センサ３２２との間を往来する電子信号経路を提供し得る。
【００６４】
システムの動作に対して正確な方法でＦＰＣ  ３０４を経てセンサアレイ２０６（例えば、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ、または他のタイプのセンサアレイ）に光を透過させるために、正確な時変的方法でＥＯコーティング３１２、３１６間に電圧が印加され得る。この電気的に変調された光により、場面の全体像を収集することに加え、距離の特定も可能となる。反射性コーティング３１０、３１８と導電性コーティング３１２、３１６は、それぞれ組み合わせられ得る。この事例において、導電性コーティングは、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）から成る。他の導電性コーティングを使用することもできる。電気光学変調器は、「縦型」構成になっている。上記のとおり、「縦型」とは、光の経路に対する電極の配置のことである。縦型構成においては、印加される電界（電極に対して垂直）が、（上からセンサへの）光の伝搬と同じ方向になる。電気光学材料は、電気光学ポリマー、電気光学結晶、もしくは電気光学セラミック、または本明細書の他の箇所に開示されている組み合わせなど、これらの任意の適切な組み合わせを備え得る。
【００６５】
図８は、感光性検知器アレイ３０６の前にファブリペローキャビティ３５２を含む一体型横型電気光学光センサ３５０の一例を示す側断面図である。センサ３５０は、モノリシックセンサであり得る。上からの入射光は、マイクロレンズアレイ３０２によって収集される。ファブリペローキャビティ３５２は、上側反射性コーティング３１０と、電気光学材料３５４（ＥＯＰ、ＥＯＣ、ＥＯＣｅなど）と、下側反射性コーティング３１８と、を含む。
【００６６】
ＦＰＣ  ３５２は、その間に所在する電気光学材料３５４を通じて電界を作り出すための少なくとも２つの電極３５６、３５８を含む。電極構成は、光の伝搬に対して垂直または「横方向」である。いくつかの実施形態においては、電気光学材料３５４が分割され得、異なる電圧ドライバを有する多数の横型電極が使用され得る。導電性電極２５６、３５８は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、または本明細書に開示されている金属導体のいずれかなど、他の適切な導電性材料を含み得る。
【００６７】
システムの動作に対して正確な方法でＦＰＣ  ３５２を経てセンサアレイ３０６（ＣＭＯＳ、ＣＣＤ、または他のタイプのセンサアレイ）に光を透過させるために、正確な方法で電極３５６、３５８間に電圧が印加され得る。この電気的に変調された光により、場面の全体像を収集することに加え、距離の特定も可能となる。印加電圧は、例えば、一方の電極３５８に接続された電圧ランプであり得、他方の電極３５６は接地されている。横型構成においては、２つ以上の電極が用いられ得る。電極３５６、３５８は、ＥＯ材料のセグメント間に設けられた薄い導電層、ＥＯ材料層間の溝内の導電性材料、またはＥＯ材料３５４の上面および下面上の導体ストリップから成り得る。
【００６８】
電気光学材料３５４は、電気光学ポリマー、電気光学結晶、もしくは電気光学セラミック、または本明細書に開示されている組み合わせなど、任意の適切な組み合わせを含み得る。
【００６９】
いくつかの実施形態においては、図７および図８の各センサ３００、３５０が、図１〜図４に関連して説明したとおり、本明細書に開示されたプロセッササブシステムおよび適切な電圧ドライバ回路（単数または複数）に接続され得、それぞれＦＰＣ  ３０４、３５２を介して入射光の変調を制御するとともに、センサアレイ３０６から出力される電子信号を処理して３Ｄ情報を導出することもし得る。
【００７０】
本明細書に記載されているＦＰＣのいくつかの実施形態において、電極および電極導電層は、屈折率がＥＯ材料とほぼ整合しており、０．０００１、０．００１、または０．０１を超える単位で変化しないようになっている。本明細書に記載されているＦＰＣのいくつかの実施形態においては、材料（ＥＯ材料と導電性材料）の屈折率が整合していない。
【００７１】
図９は、「低フィネス」のファブリペローキャビティと「高フィネス」のファブリペローキャビティの例示的な光透過率を電圧の関数として表したグラフ４００である。このグラフは、ＦＰＣ変調器を使用することの利点を示しており、電極、電気光学材料、および厚さの具体的な構成によって異なり得るが、印加された駆動電圧が比較的低い低フィネスのキャビティでも、比較的低い電圧で高コントラストの透過率（例えば、８０％以上）を実現することができる。
【００７２】
図１０は、「低フィネス」のファブリペローキャビティと「高フィネス」のファブリペローキャビティの例示的な光透過率を光入射角の関数として表したグラフ４５０である。透過率は、電極、電気光学材料、厚さなどの具体的な構成によって異なり得る。ただしこの構成においては、低フィネスのキャビティであっても、比較的低い入射角で高コントラストの透過率（例えば、８０％）が実現され得る。
【００７３】
図１１は、ポッケルスセルなど、別の例示的な縦型電気光学変調器（ＥＯＭ）５００を示す断面模式図である。ＥＯＭ  ５００は、１１枚の透明電極５０４、５０６の間に挟まれた１０枚のＥＯ材料５０２のウェハを含む。透明電極５０４、５０６は、本明細書に開示されている透明電極材料のいずれでもあり得る。電極５０４、５０６のそれぞれに駆動電圧が印加され得る。
【００７４】
ＥＯ材料５０２は、縦型のＥＯＭ  ５００を形成する薄型ウェハにおいて使用される結晶材料またはポーリングされた結晶性セラミック（ＥＯおよびＥＯＣｅ）であり得る。駆動電圧を下げるためには、縦型のポッケルスセルを図１１に示すように重ねて変調層を形成すれば良い。例えば、リン酸二重水素カリウム（ＫＤ＊Ｐ）など、電気光学材料製の０．５ｍｍ厚ウェハ１０枚を重ねて、半波（オン―オフ状態間のコントラストが１００％）電圧が５３２ｎｍで３２０Ｖになるように製造すれば良い。他の結晶厚または層数を使用することもできる。例えば、ＥＯ材料製ウェハ層や、０．２ｍｍ以下または２ｍｍ以下のウェハ層を使用することができる。ニオブ酸リチウムなど、他の結晶性電気光学材料を代わりに使用することもでき、他の電圧、波形、結晶厚を使用することもできる。
【００７５】
この種の積層体５００を製造する１つの方法が、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）などの複屈折補償材料の基板上にインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明電極を蒸着し、電気光学材料を挟むことである。これによってＭｇＦ２−ＩＴＯ−ＥＯ−ＩＴＯ−ＭｇＦ２の層状構造となり、複屈折が補償される積層型の縦長ポッケルスセルを形成するには、必要に応じてこの処理を繰り返せば良い。図１１に示す積層型変調器５００は、任意の適数の電極結晶サンドイッチ構造を備え得る。
【００７６】
異なる結晶ウェハの光学軸は、０．５°以内に揃えられ得る。いくつかの実施形態においては、光学軸を１°以内、または２°以内、もしくはそれ以上の角度以内に揃えることができる。同じ電圧信号を交流電極に供給することにより、各結晶素子に電圧を並列に印加することができる。これらの素子は、１つおきに電圧が印加されるように電極接点を配置するなど、適切な絶縁および機械的実装によって最もコンパクトにすることができる。単結晶から成る積層アセンブリであっても、複屈折補償材料がアセンブリの窓（例えば、透明電極によって生じる電界の外側に所在）として使用され、透明電極がその補償材料上または変調器材料上に蒸着された場合に最もコンパクトになる。
【００７７】
図１１に示す変調器５００などの積層型変調器は、図２に示すような縦型電気光学変調器用アレイ６４や図３の横型変調器用アレイ６４など、光検知器アレイの前に配置することができ、代替として、マイクロレンズアレイ３０２とセンサアレイ３０６との間に統合され得、図７に示す縦型電気光学センサ用、および図８に示す横型電気光学センサ用のＦＰＣ  ３０４および３５２の代わりとなり得る。
【００７８】
いくつかの実施形態において、積層体５００は、図１〜図４および図７〜図８に描かれたシステムのファブリペローキャビティの位相変調器として使用され得る。また、マイクロレンズアレイを使用しないセンサアレイ、および裏面照射型センサなど他のセンサアレイ構成にも使用できる。
【００７９】
図１２は、複数のマイクロレンズ５５８を有するマイクロレンズアレイ５５２の下または背後に縦型変調器５５４が形成されたモノリシックセンサ５５０の一例を示す断面模式図である。変調器５５４は、感光性検知器アレイ５５６の前に所在する。上からの戻り光または入射光は、マイクロレンズアレイ５５２によって収集される。
【００８０】
変調器５５４は、本明細書に開示されている偏光変調器のいずれでもあり得、代替／追加として、開示されているいずれかのファブリペロー型変調器であって、図１２に示す偏光子層が本明細書の他の図面に示す反射層もしくは部分反射層またはコーティングに置き換えられているファブリペロー型変調器を含み得る。開示されている横型変調器は、同様にマイクロレンズアレイ５５２の前または後ろに所在し得る。
【００８１】
例えば、いくつかの実施形態において、変調器層５５４は、透明導線５６０と組み合わされた上側反射性コーティングと、電気光学（ＥＯ）材料５６２（例えば、本明細書に開示されているいずれかの電気光学ポリマー（ＥＯＰ）、電気光学結晶（ＥＯＣ）、電気光学セラミック（ＥＯＣｅ）など）と、下側反射性コーティング５６４として組み合わされた下側透明導線と、から成るファブリペローキャビティを含む。
【００８２】
センサアレイ５５６は、光学的クロストークを避けるために、酸化物などの誘電体層であり得る光学的に不透明な遮蔽物５６８によって絶縁されたそれぞれのウェル５６６内に所在する画素センサ５７０の配列を支持する半導体基板を含み得る。このセンサアレイは、市販されているＣＣＤまたはＣＭＯＳ光センサアレイであり得る。
【００８３】
図１３は、マイクロレンズアレイ５５２の前または上に縦型変調器５５４が形成された別の例示的なモノリシックセンサ６００の断面模式図である。
【００８４】
図７〜図８および図１２〜図１３に描かれたセンサのいずれかに準拠したモノリシック３Ｄセンサを構築する方法は、照射された側が前か後ろかに関係なく、平坦化された表面を有するＣＭＯＳまたはＣＣＤなどのセンサアレイから開始する。このファブリペローアレイは、一連のリソグラフィ製造ステップを用いて、センサアレイ面に直接蒸着することができる。酸化物または他の絶縁材料を備える絶縁層を、必須とされるいずれかの表面の上に蒸着することができ、その後、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）などの導電性コーティングを施すことができる。ＩＴＯ層の上には、ＥＯＰ層をコーティングすることができる。ＥＯＰ層の上方に第２のＩＴＯ層を蒸着した後に、高分子偏光層を蒸着することができる。必要であれば、最上位にマイクロレンズアレイを蒸着することができる。上記の材料または製造方法は例示的なものであり、他の材料または製造方法も使用され得る。層の順序は、反射性コーティングの外側にＩＴＯまたは同様の導電性コーティングを施し、電気光学層と直接接触させ得るなど、異なることもあり得る。材料特性や加工要件によっては、他のインタフェース層が必要になり得るが、結果的には、既存の微細加工プロセスに合ったモノリシック積層となる。他の方法で構築された３Ｄセンサもあり得る。かかる構造も、マイクロレンズ層の前に位置し得、より深く撮像アレイ構造に組み込まれ得る。例えば、透明基板の片側に最上位の反射板が蒸着され得、反対側の面に最上位のＩＴＯコーティングが蒸着され得る。このコーティングされた基板は、センサアレイの上方に機械的に位置付けることができる。他の同様の調整を、３Ｄセンサの製作および構築時に行うことができる。
【００８５】
本明細書に開示されている変調器、センサ、および一体型のモノリシックセンサシステムは、米国特許第８，４７１，８９５（Ｂ２）号（本明細書では「’８９５特許」と称する）、２０１７年１１月２７日に出願された米国特許出願第１５／８２３，４８２号、および２０１７年１２月２８日に出願された第１５／８５７，４１６号に開示されているものの少なくとも一部を含む３Ｄシステムにおいて、かつ／または３Ｄメソッドを実行する目的で使用され得、米国特許第８，４７１，８９５（Ｂ２）号に関しては、参照により、その全体が、完全に記載されているものとして本明細書に組み込まれる。両出願の主題は、参照により、それらの全体が本明細書に記載されているものとして組み込まれる。
【００８６】
本明細書に記載のセンサシステムは、コンパクトな３Ｄセンサを提供する。いくつかの態様が、よりコンパクトなモノリシックセンサの機能を提供する。各光センサ画素または画素グループの前の光場を変調して光信号に影響を及ぼすことにより、入射光場から時間または深度情報（すなわち範囲情報）が、より効率良く取得され得る。
【００８７】
’８９５特許に記載のシステムは、戻り光場を時間的に変調するのに、ポッケルスセルなどの変調器およびバルク電気光学材料を用いた。本明細書に開示された本システムでは、光検知器アレイの前に薄型変調器を近接配置することにより、コンパクトな３Ｄ「チップスケール」の距離推定センサを作成できるようにする。一実施形態において、この薄型変調器は、感知アレイ上に薄型変調器を含めるために、感知アレイの製造に使用された製造工程と同じ製造工程を用い得る。特に、電気光学材料の設計、配置、選択により、必要な起動電圧を下げる。電圧を下げることにより、多くの用途に求められるサイズ、重量、電力（低ＳＷａＰ）および／または容積を減らすことができる。特に、消費電力の低減により、ハンドヘルドのデバイスやアプリケーションなど、小型デバイスにおいて使用され得るチップスケールの撮像装置が実現される。
【００８８】
いくつかの例示的なセンサシステムの構造および動作が、図１〜図９に示されている。以下の説明においては、図７のセンサ３００が参考例として使用されているが、開示されている他のセンサも同等に代替使用され得るものと理解されたい。例えば、図７は、第１の反射素子３１０と、電気光学材料３１４と、第２の反射素子３１８と、を有する一体型センサシステム３００を示している。センサ３００が受けた入射戻り光を作成する目的で場面を照らす外部起動された光源は図示されておらず、この光源は、関心対象の場面を照らすために、本明細書に記載されたセンサシステムのいずれとも併用され得る。この光源は、例えば１００ｎＳ程度の短いパルスを発し得る。この光源は、十分な輝度を有する任意の光源であり得る。一実施例において、この光源は、８０８ｎｍの光を発するレーザーダイオードである。８０８ｎｍは一例として挙げたに過ぎず、他の波長も使用され得る。例えば、図７のシステムは、各波長域に対応した素子を用いて、任意の紫外光、可視光、近赤外光、短波長赤外光、長波長赤外光用に設計され得る。’８９５特許および２０１７年１２月１８日に出願された「Ｄｒｉｖｅｒ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｕｓａｂｌｅ  ｆｏｒ  Ｓｕｐｐｌｙｉｎｇ  Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ」と題する米国特許出願第１５／８４５，７１９号（参照により、同出願の全体が本明細書に組み込まれる）に記載された任意の光源などの光源が、いくつかの状況において、本明細書に開示されたシステムと併用され得る。
【００８９】
（場面から反射または散乱した）戻り光場は、レンズレットアレイ（例えば、図７のマイクロレンズアレイ３０２）を通過し、第１の反射体（例えば、反射性コーティング３１０）、および第１の導電体（例えば、ＩＴＯなどの透明電極であり得る上側導電性コーティング３１２）を通過する。この光はその後、２つの透明電極３１２、３１６（例えば、上下の導電性コーティング）と下側反射体３１８（例えば、下側反射性コーティング）との間に挟まれた薄い変調材料３１４（例えば、縦型ＥＯ材料）を通過した後、最終的には、感光性アレイ３０６、検知器、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ、または他の感光性検知器アレイに着地する。
【００９０】
変調層（例えば、縦型電気光学材料）は、電気光学ポリマー（ＥＯＰ）、電気光学結晶（ＥＯ）、電気光学セラミック（ＥＯＣｅ）、もしくは他の同様の電気光学材料、または印加電圧で以て特性を変える材料で構成することができる。ＥＯＰ、ＥＯ、またはＥＯＣｅ材料は、３０ｐｍ／Ｖ、５０ｐｍ／Ｖ、１００ｐｍ／Ｖ、またはそれよりも高い電気光学係数を有するため、かかる材料を使用することにより、変調器の電源オフ時とフル稼働時との間で所望のコントラスト比を得るための起動電圧を下げることができる。かかる材料は、時には薄さ１μｍもしくは１０μｍ、またはそれ以上の薄層で塗布することもできる。いくつかの実施形態に関しては、１μｍよりも薄い層を使用することができる。ＥＯ層の厚さは、これらの厚さを上回っても下回っても良い。材料と厚さは、変調器の静電容量が１μＦ未満、１００ｎＦ未満、１０ｎＦ未満、または１ｎＦ未満となるように選択され得る。
【００９１】
位相差およびそれによる変調をもたらす複屈折が生じるように製造されているＥＯ変調層に関しては、非正規の入射角で伝搬する光線が正規の入射角の光線とほぼ同量の位相差を受けるように軸外複屈折を補償するための補償手段を含めることができる。複屈折を補償するために、ＥＯＣ、ＥＯＣｅ、またはＥＯＰは、第１のＥＯＣ、ＥＯＣｅ、またはＥＯＰ層と複屈折の符号が逆であるＥＯ活性材料または非ＥＯ活性材料の層を１つ以上有するように製作することができる。追加／代替として、他の非電気光学活性ポリマー、結晶、またはセラミックは、物理的応力または他の手段によって誘発された複屈折を有することができる。かかる複屈折補償層は、変調層に追加することができ、電気光学的に活性でなければ電極間に追加されるか、または電極間の領域に対して外部に追加されるが、依然としてセンサシステムの光路内である。いくつかの実装形態に関しては、より薄いＥＯＣ、ＥＯＣｅ、またはＥＯＰ層を使用することによって複屈折の影響に対処することができる。ファブリペロー設計を使用した他の実装形態に関しては、Ｑまたは共振品質を小さくして、複屈折または他の欠陥に対するシステムの感度を下げることができる。
【００９２】
次に、適切なＥＯＰ、ＥＯ、およびＥＯＣｅのいくつかの実装形態について説明する。各実装形態は、図７および図８に示されているセンサシステム３００、３５０など、本明細書に開示されているセンサシステムのいずれにおいても使用され得る。
【００９３】
開示されているセンサは、本質的には、従来のＴＯＦ  ３Ｄカメラが有する時間センシング手法を、従来のようなＣＭＯＳセンサアレイの背後にある電子機器ではなく、ＣＭＯＳセンサアレイの前にある光学系に入れる。一部の電気光学ポリマー、電気光学セラミック、および電気光学結晶は、従来の結晶材料に比べて最大４０倍の電気光学反応を有する材料の類である。かかるポリマー、セラミック、および結晶は、ＫＨ２ＰＯ４、ＫＤ２ＰＯ４、ＬｉＮｂＯ３、またはＬｉＴａＯ３を含み得る。これらの材料は、駆動電圧が比例的に低下する。ポリマーの場合には、セラミックや結晶とは異なる方法で塗布することができる。また、製造を簡便化するためのスピンコーティングによる塗布も可能である。選択した材料に応じて、低複屈折、低温度感度、低誘電率など、他の性能上の利点も得られる。
【００９４】
電気光学ポリマーや電気光学セラミックの場合には、これらの材料が、ＰＭＭＡ（ポリ（メチルメタクリレート））などの有機ポリマーマトリクスなど、基材に添加される特殊な化合物であるのが典型的である。この基材は、屈折率に合わせて選択され得るため、（屈折率が一般に高い）セラミック材料は、異なる基材を使用する。他のポリマー基材を使用することもできる。効果的であるためには、印加された「ポーリング」電圧を高温（１５０〜２００℃、場合によってはその前後）で用いて一部の材料内の分子を共通軸に揃え、電気光学係数ｒ３３または他の係数を最大化する必要がある。開示されているモノリシックセンサに関しては、製造工程において、まさにその高温での動作に使用されるのと同じＩＴＯまたは他の電極を用いてポーリング電界を印加することができる。いくつかの実施形態においては、このポーリング電界が、動作中の電極（ＩＴＯ電極など）によって形成される電界方向とは異なる方向に印加され得る。場合によっては、ポーリング電極は一時的であり得、動作前に取り外され得る。いくつかの実施形態においては、ポーリング電界と変調電界の方向が同じである。
【００９５】
電気光学材料をポーリングするプロセスは、ポリマーであっても、セラミックであっても、結晶であっても、ポーリングされた電気光学材料の分野における公知のプロセスであり得る。結晶材料は、もとより長距離秩序を有する。この秩序は、非中心対称性という性質を含み得る。ＥＯ材料（ポリマー、セラミック、または結晶）は、ポッケルス効果や一次電気光学効果を発揮するために、非中心対称的であるべきである。セラミックは長距離秩序を有するのが典型的だが、セラミックの「粒」の中に限られる。セラミック基板を成すセラミック粒子の集合体は、非中心対称性を有することを保証するものではない。最後に、ポリマーは、固有の長距離秩序を有することも有しないこともある。
【００９６】
ＥＯ材料、特にポリマーやセラミックの問題点は、秩序がないことである。非中心対称の秩序を誘発するために、材料は「ポーリング」処理によって処理されるのが典型的である。所望される電気的特性は、非中心対称の材料にしか見つからない。自然発生する可能性のある「中心対称性」を崩すには、ポリマーやセラミック、時には結晶材料を偏光させる必要がある。その偏光は、双極子および／またはドメインの配向、不均質なポリマー材料における電荷層の蓄積、およびその両効果の組み合わせによって生み出すことができる。材料内で双極子配向を実現するには、ポリマーフィルムまたは層の表面間に十分に高い電界を印加する必要がある。サンプルの厚みをまたぐ電界を生成する方法は各種ある。内部電界は、コロナ放電でポリマーを帯電させること、電極を直に接触させて、両面が金属化されたサンプルをポーリングすること、電子ビームで電荷層を堆積させること、または液体接触で表面を帯電させることによって生成される。場合によっては、ポリマー（かかるポリマーの１つが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と称されるもので、化学記号は［Ｃ２Ｈ２Ｆ２］ｎ）が天然の強誘電体であり、その場合には、電圧が印加されたときに温度が一定の温度より高くなる必要がある。この温度は、強誘電体転移温度と称される。材料に適した電圧を印加すると、冷却時にその材料が非中心対称配向になる。ポリカーボネートから成る基材ポリマーに３５重量％の双極性フェニルテトラエン発色団（ＳＥＯ１００とも称される）をドープした材料など、他の材料が、約１５０℃の温度で２３５Ｖのポーリング電圧を用いてポーリングされる。ＳＥＯ１００は一例として挙げられているにすぎない。また、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリエチレンなどの基材ポリマーから成る他の複合ポリマーを、同じまたは代替の発色団や発色団の混合物を添加することよってポリマーを改変することもでき、それによってＳＥＯ１００と同様の挙動になった後にポーリングすることも可能である。これらのポーリング可能ポリマーは、それらの特定実体に固有の特性（ポーリング電圧およびポーリング温度）を有する。それらの実体の製造（ポーリング）と電極の塗布が完了すると、材料はファブリペローキャビティ内の位相変調器として使用できるようになる。
【００９７】
上記ＥＯ材料は、本明細書に開示されている変調器またはセンサシステムのいずれにおいても使用され得る。加えて、いくつかの実施形態においては、画像センサの平坦化層上に、または画像センサ製造工程における他のステップで、もしくは光センサまたはセンサアレイにエポキシまたは他の工程で取り付け可能な別の基板上に、エピタキシャル成長し得る他の材料が使用され得る。これらの成長材料の一部においては、種々のエッチングステップまたは基板準備によってパターンを作成して、様々な結晶軸（またはそれに相当するもの）配向に材料を成長させることができる。
ＥＯポリマーを使用した位相変調器（ファブリペロー変調器）
【００９８】
図１〜図２および図７に示すＦＰＣ構造に関しては、電気光学ポリマー材料（ＥＯ材料３２、３１４として使用）の位相変化量Δφが、電気光学係数に対して次の関係を有する。
［等式１］
【数１】
2022500675.tif 000003
式中、ｎはポリマーの屈折率、ｒｉｊは電気光学係数、λは光の波長、ｌは伝搬方向の厚み、ｄは印加電圧Ｖの方向の厚みである。ＦＰＣを縦方向に励磁する場合には、材料の厚みｌが、電圧が印加される距離ｄと同じである。横方向に励磁する構成の場合には、ｌがｄとは異なり得る。
【００９９】
必要な振幅変調は、ＥＯポリマーを反射層で囲むことによって形成されたファブリペローキャビティを使用して得ることができる。この場合、ファブリペロー変調器の対応透過強度Ｔは、次式によって求められる。
［等式２］
【数２】
2022500675.tif 000004
【０１００】
式中、Ｆは、エタロンの反射率Ｒに対するフィネス係数４Ｒ／（１−Ｒ）２である。薄膜エタロンの場合、フィネスが、入射角および温度に対する相対的な無感応性を維持しながら１００超になり得る（０次波長板と多次波長板との間の感度差に類似する）。
【０１０１】
いくつかの構成においては、ＰＶＤＦやＳＥＯ１００など、ポーリングされたポリマーが、横型または縦型電極を有して作られる。ポリマーがファブリペローキャビティに配置されると、外部印加電圧が印加される。その結果、入射光が直接変調される。図１〜図８のいずれにも示すように構成されたかかるＦＰＣを使用することにより、このタイミング調整された光変調を用い、´８９５特許に開示されている方法で距離を確定することができる。なお、同特許は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１０２】
縦型および横型電気光学ファブリペローモノリシックセンサ３００、３５０の例が、図７および図８にそれぞれ示されている。これらのセンサ３００、３５０において、従来のシリコンベースのＣＭＯＳセンサアレイ３０６の既存のＳｉＯ２パッシベーション層３２８の上に追加コーティングが薄層で積層されている様子が図示されている。ファブリペローベースの変調器の場合、ＥＯポリマー材料は、２つの反射性コーティング３１０、３１８の間に位置付けられ得、いくつかの実施形態においては、各反射性コーティングが、フィネスが１６０の場合で約８５％という固有の反射率を有し、他の実施形態においては、フィネスが１０００の場合で約９４％という反射率を有する。０％〜１００％の範囲に属する他の反射率値も使用され得る。
【０１０３】
上に列記したフィネスの場合に、得られたＦＰＣ層３０４の光透過率を印加電圧の関数として縦型変調器の係数で表したものが図９に示されており、電気光学係数は１５０ｐｍ／Ｖである。この電圧は、透明電極層を使用して、センサの開口をまたいで均一に印加され得る。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）は、透明導電性コーティングに広く用いられる材料である。ＩＺＴＯなどの導電性酸化物や、金（または他の金属）のメッシュ、透明または半透明の薄い金属層など、ＩＴＯの代わりに、（導電性を持ちながらも光を透過する）他の透明電極も使用され得る。
【０１０４】
ファブリペローエタロンは、内部に入射した光電界の角度に感応し得る。この角度感度のために、これまでは一部の用途でファブリペロー電気光学変調器が使えなかった。本明細書に開示されているセンサシステムおよび変調器においては、エタロンの厚みが約０．００１２ｍｍ（１．２ミクロンまたは１．２ｅ−０６ｍ）であり得る。この構成においては、図１０に示すとおり、受光角が１４°および２０°のＦＷＨＭを実現することができる。これは、Ｆ３．５およびＦ２．７のレンズの角度許容度に相当する。
【０１０５】
また、本明細書に記載されているセンサのファブリペローキャビティには薄層が使用されているため、温度感度も同様に大きく低減され得る。この低ｆ＃（角度受容性）ことにより、２Ｄ画像上の各画素の距離を測定するためのセンサシステムおよび変調器が、３Ｄ（位置＋距離）データを直接生成できるようになる。そのため、本明細書に開示されているセンサシステムおよび／または変調器は、チップレベルの３Ｄ測定カメラをはじめとする新たな用途を可能にし得る。
【０１０６】
いくつかの実施形態においては、縦方向のファブリペローキャビティ変調を作動させるのに、８０８ｎｍで３４〜７０Ｖしか要しない場合がある。これは、開示されたファブリペローキャビティセンサシステムおよび変調器を用いない既存のポッケルスセル変調器に対して１００倍の向上である。
【０１０７】
本明細書に開示されているモノリシック３Ｄセンサ（センサシステム）のファブリペローＥＯ変調器は、約３０Ｖで８０％超の変調深度を実現することができる。ＥＯポリマーは薄い（約１．２μｍ）ため、角度許容度も高い。図７〜図８および図１２〜図１３に示すとおり、ＣＭＯＳセンサアレイの既存のＳｉＯ２パッシベーション層の上に蒸着された薄膜の積層体を使用して、変調器機能を実現することができる。
【０１０８】
加えて、照明パターンまたは表面反射率のばらつきを考慮するために、開示されているセンサシステムのいずれにおいても使用されている同じ光学系によって正規化画像を作成することもできる。そのために、ファブリペローセンサシステムの反射層を、各画素の真上に配置されたカラーセンサのカラーフィルタがパターン化されたのと同じように、空間的にパターン化することができる（例えば、ベイヤーパターン、チェッカーボードパターン、または他の既定パターン）。ファブリペロー変調が使用される場合には、印加電圧によって変調が起こらず、入射光のほぼすべてが画素に透過するように、１つおきの画素またはその他の適切なパターンが、ＥＯポリマーまたはＥＯ材料の上および／または下に反射防止層または無反射層を有し得る。いくつかの実施形態においては、一部の画素の上にあるＥＯ層の部分だけが印加電圧または電界を受けるようにＩＴＯがパターン化され得る。このパターンは、画素単位で変調器層に形成され得るか、２つ以上の画素の群が特定のパターン領域（パターンの非変調領域または反射変調領域）に含まれる画素の群に基づいて形成され得る。その後、変調された応答および変調されていない応答を、ＲＧＢカラーが他の色の画素に対して補間される方法と同様の方法で、残りの半分の画素に対して補間することができる。これは、開示されたセンサシステムの１つの特定追加構成である。
【０１０９】
代替として、正規化画像は、同じセンサと同じ画素または検知器を使用して、変調画像よりも早かったり遅かったりなど、異なる時期に取得された第２の画像を使用して得られ得る。このように、変調された画像と変調されていない画像や応答を時間的にインターリーブする手法は、本明細書に記載されている変調方式のいずれにも使用することができる。
【０１１０】
他の実施形態においては、変調器層が、´８９５特許に記載されている実施形態と多くと同様、印加された電界の下で、偏光状態の変化をもたらす透過光の位相変化を誘導する材料で構成され得る。かかる実施形態が図１２に示されている。偏光子層は、例えば、２０１７年２月２８日に出願された「３Ｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ（３Ｄ結像システムおよび方法）」と題する米国特許出願第１５／４４５，５６０号に記載されている偏光グリッドに関して開示された方法でパターン化され得るか、一定の偏光子層やフィルムなどの構造体であり得る。なお、同出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。かかる変調層は、上記のような縦型または横型電極配置を用いて構成することができる。いくつかの実施形態においては、ＥＯ材料のポーリングが必須であり、ポーリング電界の方向が変調電界と同じ方向である。いくつかの実施形態においては、ポーリング電界が変調電界とは異なる方向であり得る。
ファブリペローキャビティ内の電気光学変調器の追加実施例
【０１１１】
以下、本明細書に開示されているＦＰＣのいずれかなど、ファブリペローキャビティ内で使用可能な１つ以上の電気光学変調器の特定の構造例および材料例について説明する。これらの構造、材料、および変調器に関する追加情報が、２０１７年１２月２８日に出願された「Ｗｉｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  Ｖｉｅｗ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓａｍｅ」と題する米国特許出願第１５／８５７，２６３号に記載されており、同出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１２】
第１の実施例として、光軸を有するファブリペローキャビティ内の電気光学変調器（ＥＯＭ）が、光を受けるように構成された第１の電気光学材料であって、第１の電気光学材料を通過する光線が複屈折を起こさない方向を示す第１の光軸を有し、第１の光軸が変調器の光軸と平行にならないように変調器内に位置付けられている第１の電気光学材料と、第１の電気光学材料から出力された光を受けるように構成された半波板と、半波板から出力された光を受けるように構成された第２の電気光学材料であって、第２の電気光学材料を通過する光線が複屈折を起こさない方向を示す第２の光軸を有し、第２の光軸が変調器の光軸と平行にならないように変調器内に位置付けられている第２の電気光学材料と、を含み得る。変調器の各端にある電極が、縦型に構成されて含まれており、透過光のベクトルが印加電界とほぼ平行である。これらの電極は、電界が変調器の光軸に対して概して横方向になるように構成され得る。
【０１１３】
第１の光軸は、変調器の光軸と直交し得る。第２の光軸は、第１の光軸とは反対の方向を向き得る。
【０１１４】
例えば、第１の光軸は変調器の光軸と直交し得、第２の光軸は変調器の光軸と直交し得、第２の光軸は第１の光軸と反対の方向を向く。
【０１１５】
ファブリペローキャビティ内の第２の例示的ＥＯＭは、光軸を有するＥＯＭを含み得る。このＥＯＭは、光を受けるように構成された第１の電気光学材料であって、第１の電気光学材料を通過する光線が複屈折を起こさない方向を示す第１の光軸を有し、第１の光軸が変調器の光軸と平行にならないように変調器内に位置付けられている第１の電気光学材料と、第１の電気光学材料から出力された光を受けるように構成された第１の半波板と、半波板から出力された光を受けるように構成された第２の電気光学材料であって、第２の電気光学材料を通過する光線が複屈折を起こさない方向を示す第２の光軸を有し、第２の光軸が変調器の光軸と平行にならないように変調器内に位置付けられている第２の電気光学材料と、第２の電気光学材料から出力された光を受けるように構成された第３の電気光学材料であって、第３の電気光学材料を通過する光線が複屈折を起こさない方向を示す第３の光軸を有し、第３の光軸が変調器の光軸と平行にならないように変調器内に位置付けられている第３の電気光学材料と、第３の電気光学材料から出力された光を受けるように構成された第２の半波板と、第２の半波板から出力された光を受けるように構成された第４の電気光学材料であって、第４の電気光学材料を通過する光線が複屈折を起こさない方向を示す第４の光軸を有し、第４の光軸が変調器の光軸と平行にならないように変調器内に位置付けられている第４の電気光学材料と、を含む。
【０１１６】
第２のＥＯＭにおいては、第２の光軸が第１の光軸と反対の方向を向き得、第３の光軸が第４の光軸と反対の方向を向く。
例えば、第１の光軸は変調器の光軸と直交し得、第２の光軸は変調器の光軸と直交し得、第３の光軸は変調器の光軸と直交し得、第４の光軸は変調器の光軸と直交し得、第２の光軸は、第１の光軸とは反対の方向を向き得、第３の光軸は、第４の光軸とは反対の方向を向き得る。
【０１１７】
各ＥＯＭ例において、ＥＯ材料の厚みは同じくらいであり得、代替として、それぞれの厚みが異なり得る。各ＥＯ材料の厚みは、それぞれ１０μｍ以下であり得る。例えば、ＥＯ材料のうちの１つ以上の厚みは、１μｍ未満であり得る。
【０１１８】
半波板は０次波板であり得、この半波板は、有効な０次波板を作るための波板の組み合わせである。半波板は、旋光器を作るための０次半波板の組み合わせである。
電気光学（ＥＯ）材料例
【０１１９】
本明細書に開示されたＦＰＣなど、開示されたＥＯＭおよび変調器においては、任意の適切な電気光学材料が使用され得る。ＥＯ材料は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、またはリン酸二水素カリウム（ＫＤ＊Ｐ）結晶であり得る。これらはすべて、負の複屈折を有する一軸性結晶である。
【０１２０】
他の材料も電気光学材料に使用され得る。これらの材料は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、またはリン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）結晶の等構造類似材料または固溶体であり得る。例えば、ニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムとの間には固溶体が存在する。ＬｉＮｂｘＴａ（１−ｘ）Ｏ３（ｘは０と１と間の数、すなわち０≦ｘ≦１の数）という組成を有するいずれの材料も適切な材料であり得る。
【０１２１】
電気光学材料に使用され得る他の材料としては、リン酸二水素カリウムおよびその異性体が挙げられる。リン酸二水素カリウムに関しては、水素が重水素に置換された固溶体が存在する。ＫＨ２ｘＤ２（１−ｘ）ＰＯ４（ｘは０と１との間の数、すなわち０≦ｘ≦１の数）であるいずれの固溶体も適切な材料であり得る。ＫＤ＊Ｐ（ＫＤ２Ｐ０４）（ＫＤ＊Ｐは、ＤＫＤＰ、重水素化リン酸二水素カリウム、またはリン酸二水素カリウム一塩基性とも称される）が電気光学材料に使用され得る。これらの材料は、代替として、ＫＤＰまたはＫＤ＊Ｐの同形である材料の固溶体から成り得る。例えば、ＮＨ４、Ｒｂ、およびＣｓがＫの、ＡｓがＰの代替となり得る。これらの等構造の変種はすべて、ＥＯＭ  １０の適切な材料であり得る。ＤＫＤＰに対する等構造材料は、一般式ＡｘＢｙＣｚＨ２ｒＤ２（１−ｒ）ＦｓＧ（１−ｓ）Ｏ４を有する化学物質群から概して成り、式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１であり、Ａ、Ｂ、Ｃは、ＮＨ４、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓの元素またはイオンから選択され、Ｈは水素、Ｄは重水素であり、ＦおよびＧは、リンまたはヒ素のイオンから選択される。例えば、ｙ＝ｚ＝ｒ＝ｓ＝０かつＡ＝Ｋで、Ｇ＝Ｐの場合、記載の化合物は、材料ＫＤ２ＰＯ４である。
【０１２２】
電気光学材料に使用され得る他の材料としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）またはＰＺＴと同構造の材料から成る群から選択された材料が挙げられる。かかる群は、酸化物強誘電体の一般式Pb［ＺｒｘＴｉ１−ｘ］Ｏ３を有する化学物質から成り、式中、０≦ｘ≦１である。
【０１２３】
電気光学材料に使用され得る他の材料としては、酸化物強誘電体の一般式ＡｘＢｙＣｚＦＯ３から選択される任意の材料、結晶またはセラミックが挙げられ、式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。Ａ、Ｂ、およびＣは、元素またはイオンＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｂｉから選択される。Ｆは、元素またはイオンＴｉ、Ｚｒ、または各元素間の部分固溶体から選択される。使用され得る一般的な電気光学半導体化合物であるＢａＴｉＯ３は、この一般式から得られ、式中、Ａ＝Ｂａ、Ｆ＝Ｔｉ、ｘ＝１、ｙ＝ｚ＝０である。
【０１２４】
電気光学材料に使用され得る他の材料としては、半導体の一般式（ＡｘＢｙＣｚ）（ＤｑＥｒＦｓ）から選択される任意の材料、結晶またはセラミックが挙げられ、式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｑ＋ｒ＋ｓ＝１である。Ａ、Ｂ、およびＣは、元素またはイオンＧａ、Ｉｎ、またはＡｌから選択され、Ｄ、Ｅ、およびＦは、Ｐ、Ａｓ、またはＳｂからそれぞれ選択される。使用され得る電気光学材料は、この一般式から得られる半導体化合物ＧａＡｓであり、Ａ＝Ｇａ、Ｄ＝Ａｓ、ｘ＝１、ｑ＝１、ｘ＝ｙ＝ｒ＝ｓ＝０である。
【０１２５】
電気光学材料に使用され得る他の材料としては、半導体の一般式（ＡｘＢｙＣｚ）（ＧｑＨｒＬｓ）から選択される任意の材料、結晶またはセラミックが挙げられ、式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１かつｑ＋ｒ＋ｓ＝１である。Ａ、Ｂ、およびＣは、元素またはイオンＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇから選択され、Ｇ、Ｈ、Ｌは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅからそれぞれ選択される。使用され得る例示的電気光学材料は、この一般式から得られる半導体化合物および電気光学材料ＣｄＳであり、Ａ＝Ｃｄ、Ｇ＝Ｓ、ｘ＝１、ｑ＝１、ｘ＝ｙ＝ｒ＝ｓ＝０である。
【０１２６】
電気光学材料に使用できる他の材料としては、一般式ＡＩＯ３から選択される任意の材料、結晶またはセラミックが挙げられ、式中、Ａは元素またはイオンＨ、Ｌｉ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓから選択される。例えば、ヨウ素酸カリウムと称される強誘電体ＫＩＯ３が使用され得、式中、Ａ＝Ｋである。
【０１２７】
電気光学材料に使用できる他の材料としては、強誘電体ポリマーの一般式から選択される任意の材料、結晶またはセラミックが挙げられる。かかるポリマーは、（ＣＨ２ＣＦ２）ｎとも表記されるポリフッ化ビニリデンもしくは（ＰＶＤＦ）、または（ＣＨ２ＣＦ２）ｘ（ＣＨＦＣＦ２）（１−ｘ）もしくは（ＶＤＦ）ｘ（ＴＲＦＥ）（１−ｘ）（０≦ｘ≦１）とも表記されるフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体を含むが、これらに限定されるものではない。
【０１２８】
電気光学材料に使用され得る他の材料としては、液晶や、まだ発明されていない他の材料などが挙げられ得る。材料の配置や印加電圧は、材料およびシステムの要件に基づいて決定される。
【０１２９】
第１の電気光学材料と第２の電気光学材料は、同じ材料であり得る。代替として、電気光学材料はそれぞれ異なる材料であり得る。これらの材料には、上記の材料の任意の適切な組み合わせが使用され得る。
【０１３０】
あるＥＯ材料例は複屈折であり得るが、これらのＥＯ材料は、代替として、ＧａＡｓなどの立方体対称材料の場合や、複屈折を小さくした一軸性または二軸性材料の場合など、場合によっては小さいかゼロである複屈折を有し得る。例えば、これらのＥＯ材料の一方または両方が複屈折を有しない場合もある。代替として、これらのＥＯＭは、２枚のスラブ状のＥＯ材料ではなく、複屈折がわずかまたは皆無である単一のＥＯ材料を有し得る。
【０１３１】
追加／代替として、これらのＥＯ材料は、ポーリングされた汎用のポリマーを含み得る。かかるポリマーは、ＳＥＯ１００を含み得るが、これに限定されるものではない。
【０１３２】
実施例によっては、本明細書に記載されているいずれの方法についても、特定の行為または事象を異なる順序で行うことができ、追加、統合、またはまとめて省略できるものと理解すべきである（例えば、記載されているすべての行為または事象が、その方法の実施に必要とは限らない）。さらに、特定の実施例においては、行為や事象が、順次ではなく、マルチスレッド処理や複数のプロセッサなどを通じて同時に実行され得る。加えて、本開示の特定の態様が、明瞭化のために単一のモジュールまたはコンポーネントによって実行されるものとして記載されているが、本開示の技法は、記載された特定の実装形態と関連付けられたコンポーネントまたはモジュールの任意の適切な組み合わせによって実行され得るものと理解すべきである。
【０１３３】
先述の記載内容は例示的であり、制限的ではない。特定の例示的実施形態について説明してきたが、当業者であれば、先述の教示を鑑み、本発明にまつわる他の実施形態、組み合わせ、および変更を容易に案出するであろう。そのため、本発明は、開示された実施形態の少なくとも一部を網羅する以下の請求項によってのみ限定され、上記の明細書および添付図面と併せて参照すると、他のかかる実施形態および修正をすべて網羅する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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