CN107270946A - 光检测装置以及光检测系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种光检测装置以及光检测系统。本公开的一形态所涉及的光检测装置具备：光检测器，包含第1检测器以及第2检测器；光耦合层，配置在所述光检测器上或者上方；以及偏振元件阵列，配置在所述光耦合层上。所述光耦合层依次包含第1低折射率层、第1高折射率层以及第2低折射率层，所述第1高折射率层包含第1光栅以及与所述第1光栅相邻的第2光栅。所述偏振元件阵列包含使在一方向上偏振的光透过的第1偏振元件、以及与所述第1偏振元件相邻且对在所述一方向上偏振的光进行遮光的第2偏振元件。所述第1光栅以及所述第1偏振元件分别与所述第1检测器对置，所述第2光栅以及所述第2偏振元件分别与所述第2检测器对置。

Description

光检测装置以及光检测系统
技术领域
本公开涉及光检测装置、光检测系统以及光检测方法等。
背景技术
光为电磁波，除了波长、强度以外，还以偏振或者干涉性等特性为特征。其中，作为利用光的干涉性来测定被摄体的方法，例如可列举“光学の原理”(東海大学出版会、p.482、M·ボルンほか)(“光学原理”(东海大学出版社、p.482、M·波恩等))所示的迈克尔逊的干涉仪。
发明内容
本公开的一形态所涉及的光检测装置具备：光检测器，具有主面，包含沿着所述主面配置的第1检测器以及第2检测器；光耦合层，配置在所述光检测器上或者上方；以及偏振元件阵列，配置在所述光耦合层上。所述光耦合层包含：第1低折射率层；第1高折射率层，配置在所述第1低折射率层上，包含第1光栅以及与所述第1光栅相邻的第2光栅；以及第2低折射率层，配置在所述第1高折射率层上。所述第1高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第2低折射率层高的折射率。所述偏振元件阵列包含：使在一方向上偏振的光透过的第1偏振元件、以及与所述第1偏振元件相邻且对在所述一方向上偏振的光进行遮光的第2偏振元件。所述第1光栅以及所述第1偏振元件分别与所述第1检测器对置。所述第2光栅以及所述第2偏振元件分别与所述第2检测器对置。
上述的概括或者具体的形态可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或者记录介质来实现。或者，也可以通过系统、装置、方法、集成电路、计算机程序以及记录介质的任意组合来实现。
附图说明
图1A是本公开的研讨例所涉及的光检测系统100的示意图。
图1B表示入射至光检测装置13所具备的一个透光区域9a的散射光5的情形。
图2A是在研讨例中沿着光入射的方向的面处的光检测装置13的剖视图。
图2B是表示与研讨例中的包含光检测装置13所具有的遮光膜9的xy面平行的面的情形的俯视图。
图3A是表示研讨例中的透光区域9a以及遮光区域9A的图案的俯视图。
图3B是表示研讨例中的位于透光区域9a以及遮光区域9A的正下方的光栅的图案的俯视图。
图3C是表示研讨例中的各构成要素的位置关系的剖视图。
图4A是表示研讨例中的电磁解析的构成的剖视图。
图4B是表示在研讨例中单脉冲振荡的入射光通过光耦合层12并被光检测器10接收的情形的第1图。
图4C是表示在研讨例中单脉冲振荡的入射光通过光耦合层12并被光检测器10接收的情形的第2图。
图4D是表示在研讨例中单脉冲振荡的入射光通过光耦合层12并被光检测器10接收的情形的第3图。
图4E是表示在研讨例中单脉冲振荡的入射光通过光耦合层12并被光检测器10接收的情形的第4图。
图4F是表示在研讨例中单脉冲振荡的入射光通过光耦合层12并被光检测器10接收的情形的第5图。
图4G是表示在研讨例中单脉冲振荡的入射光通过光耦合层12并被光检测器10接收的情形的第6图。
图4H是表示在研讨例中单脉冲振荡的入射光通过光耦合层12并被光检测器10接收的情形的第7图。
图5A是表示研讨例中的入射至四个透光区域9a的光、与位于其下方的三个检测器10a、10A、10a’之间的位置关系的剖视图。
图5B是表示对入射光的随机系数a与检测信号之间的关系进行解析后的结果的图。
图6表示入射至图5A所示的透光区域9a之一的波串的一例。
图7A表示对研讨例进行的解析中的整体的光学配置。
图7B是表示在对研讨例进行的解析中获得的光强度的分布的图。
图7C是表示在对研讨例进行的解析中获得的光程长度的平均的分布的图。
图7D是表示在对研讨例进行的解析中获得的光程长度的标准偏差的分布的图。
图7E表示在对研讨例进行的解析中获得的检测信号的分布的例子。
图7F表示在对研讨例进行的解析中获得的检测信号的分布的另一例。
图8A是表示本公开的实施方式1中的S波透光区域(第1偏振区域)9S以及P波透光区域(第2偏振区域)9P的排列的俯视图。
图8B是表示本公开的实施方式1中的光耦合层12中形成的光栅的方位的俯视图。
图8C是与示意性地表示本公开的实施方式1中的各构成要素的配置关系的xz面平行的剖视图。
图8D是与示意性地表示本公开的实施方式1中的各构成要素的配置关系的yz面平行的剖视图。
图9是示意性地表示本公开的实施方式1中的构成的图。
图10A是表示本公开的实施方式2中的S波透光区域9S以及P波透光区域9P的排列的俯视图。
图10B是表示实施方式2中的光耦合层12中形成的光栅的方位的俯视图。
图10C是表示实施方式2中的包含光检测器10的构成要素间的位置关系的xz面剖视图。
图11A是示意性表示作为第1现有例的迈克尔逊的干涉仪200的图。
图11B是用于说明利用干涉仪200得到的光的干涉性或者相位的评价方法的图。
图12是表示从光源30射出并沿着z方向传播的光在某时刻t0的情形的概念图。
图13A是用于说明以波长λ0为中心的光的、波长的扩展(纵模宽度)与相干长度之间的关系的第1图。
图13B是用于说明以波长λ0为中心的光的、波长的扩展(纵模宽度)与相干长度之间的关系的第2图。
图13C是用于说明以波长λ0为中心的光的、波长的扩展(纵模宽度)与相干长度之间的关系的第3图。
图13D是用于说明以波长λ0为中心的光的、波长的扩展(纵模宽度)与相干长度之间的关系的第4图。
图13E是用于说明以波长λ0为中心的光的、波长的扩展(纵模宽度)与相干长度之间的关系的第5图。
图14A表示第2现有例中的光检测系统300的示意性的剖视图。
图14B是表示图14A所示的光检测系统300的、光源42的振荡与光检测器50的检测信号之间的关系的说明图。
符号说明
100 光检测系统
1 控制电路
2 光源
3 出射光
4 被摄体
5、5a、5A 散射光
7 聚光透镜
8a 实质性的物体
8b 像面位置的像
9 光耦合层
9a 透光区域
9A 遮光区域
10 光检测器
11a、11A 微透镜
13 光检测装置
14 运算电路
15 电机
具体实施方式
在说明本公开的实施方式之前，下面说明对测定光的干涉性或者相位的以往的方法进行详细研讨后的结果。
图11A是示意性地表示作为第1现有例的迈克尔逊的干涉仪200的图。图11B是用于说明利用该干涉仪200得到的光的干涉性或者相位的评价方法的图。如图11A所示，从光源30射出的光31被第1聚光透镜35a聚光而成为平行光32。该平行光32的一部分透过半透半反镜33而朝向第1反射镜34a(光32a)，被反射镜34a反射而朝向半透半反镜33(光32b)，被半透半反镜33反射而朝向第2聚光透镜35b(光32c)，从而入射至位于聚光透镜35b的焦平面的光检测器36(光32d)。另一方面，平行光32的另一部分被半透半反镜33反射而朝向第2反射镜34A(光32A)，被反射镜34A反射而朝向半透半反镜33(光32B)，透过半透半反镜33而朝向聚光透镜35b(光32C)，从而以与光32d重叠的形式入射至光检测器36(光32D)。光检测器36检测光32d和光32D干涉而获得的光。第2反射镜34A构成为位置沿着反射面的法线方向(箭头A)而变化。伴随着第2反射镜34A的位移，光32D相对于光32d的相对相位变化。
图11B表示由光检测器36检测的电信号的一例。在图11B中，纵轴表示由光检测器36检测的信号强度，横轴表示时间。如图11B所示，随着时间的经过(即，反射镜34A的位移)，信号强度在a～b的范围内变化。在此，将(b-a)/(b+a)的值称作干涉中的对比度，由该值来定义光31的干涉性(相干)的程度。对比度的值伴随着第2反射镜34A在光轴方向上的位移而变化。
在固定反射镜34A且在半透半反镜33与反射镜34a之间配置透明的被摄体4的情况下，相同的原理也成立。即，在由光检测器36检测的信号强度中，与被摄体的形状相应的强度差被表现为空间上的分布，形成有所谓的干涉条纹。能够通过测定该干涉条纹的形状或者间隔来计测被摄体的形状(相位信息)。
图12是用于说明光的干涉现象的图。图12是表示从光源30射出并沿着z方向传播的光在某时刻t0的情形的概念图。如图12所示，从光源30陆续射出波串37a、37b等。波串的长度σ0称作相干长度。在一个波串内波是连续的，波长也均匀。若波串不同，则相位的相关性会消失(在波串37a中相位为δ0，在波串37b中相位为δ0’，δ0≠δ0’)、有时波长也不同(在波串37a中波长为λ0，在波串37b中波长为λ0’，λ0≠λ0’)。例如，在图11A所示的光学系统中，考虑调整第2反射镜34A的位移来使得图12所示的波串37a之中的部分37A和部分37A’发生干涉的情况。在部分37A内的波和部分37’内的波之中，波长相等，波的相位差也在时间上稳定(保持为某值不变)。因此，干涉后的光的明暗(干涉光的振幅的大小)也在时间上稳定(维持某明亮度)。即，干涉光根据相位差的量(反射镜34A的位移)而看起来较亮或者看起来较暗(该状态称作相干)。下面，考虑使得波串37a的部分37A和波串37b的部分37B发生干涉的情况。此时，不保证部分37A内的波和部分37B内的波的波长相等，这两个波的相位差也在时间上随机变化。因此，干涉后的光的明暗(干涉光的振幅的大小)在时间上随机变化。该变化以飞秒的时间标度产生。因此，干涉光高速地反复明暗，人眼只能看到平均的明亮度(该状态称作非相干)。激光光的波串长，相干长度为几mm～几百m程度，是相干光的代表。另一方面，太阳光的波串短，相干长度为1μm程度(参照后述的与图13A～13E有关的说明)，是非相干光的代表。在以如图11A那样的构成使得光发生干涉的情况下，若使用如激光那样相干长度长的光，则在相同的波串内发生干涉的概率变高，因此对比度提高(即，上述的对比度的值接近1)。另一方面，若使用如太阳光那样相干长度短的光，则在不同的波串间发生干涉的概率变高，因此对比度下降(即，上述的对比度的值接近0)。
图13A～图13E表示以波长λ0为中心的光的、波长的扩展(纵模宽度)与相干长度之间的关系。图13A表示以波长λ0为中心且波长的扩展为零的情况。在该情况下，如图13B所示，相干长度变得无限大。图13C表示以波长λ0为中心且波长的扩展(半值宽度)为Δλ的情况。在该情况下，如图13D所示，相干长度σ0成为λ02/Δλ。纵模宽度与相干长度存在傅里叶变换的关系。该定理称作维纳-辛钦定理。这能够如下那样进行说明。图13E将以波长λ0为中心且波长的扩展为Δλ的光置换为波长λ0-Δλ/2的光26和波长λ0+Δλ/2的光27这两个光来表示。光26和光27干涉而产生的节拍的周期为λ02/Δλ，载波的波长成为光26的波长和光27的波长的平均值λ0。在节拍的周期内，光的振动波形均匀地连续，但若周期不同，则光的振动波形失去连续性，相位的相关性也消失。即，节拍的周期λ02/Δλ成为相干长度。太阳光为非相干的原因在于波长的扩展(纵模宽度)Δλ大，若将中心波长λ0设为0.55μm、将波长的扩展Δλ设为0.30μm，则相干长度σ0成为λ02/Δλ＝1.0μm。
接下来，将与“近赤外生体分光法の展望-1μm波長域の可能性”(第14回医用近赤外線分光法研究会、p.139-144、西村吾朗)(“近红外生物体分光法的展望-1μm波段的可能性”(第14次医用近红外线分光法研究会、p.139-144、西村吾朗))所公开的光检测系统类似的构成作为第2现有例来说明。第2现有例中的光检测系统按照光的每一传播距离来测定光的强度分布。图14A表示第2现有例中的光检测系统300的示意性的剖视图。光源42射出激光光。如图14A所示，从光源42射出的波长λ0的光43照射至被摄体44。其结果，在被摄体44的表面或者内部所产生的散射光45a、45b、45c被聚光透镜47聚光，作为像48b而成像于聚光透镜47的像面位置。与像48b对应地，在透镜的物侧存在实质性的物体(物点的汇集)48a。在像面位置配置有光检测器50。光检测器50是多个像素的集合体，按照每个像素来检测所入射的光的光量。光源42与控制器41连接，由控制器41来控制发光。由光检测器50检测出的光量作为检测信号而在运算电路51中处理。控制器41以及运算电路51由计算机52一并控制。
图14B是表示图14A所示的光检测系统300的、光源42的振荡与光检测器50的检测信号之间的关系的说明图。光源42在控制器41的控制之下振荡出脉冲43a。基于该脉冲43a产生的光43在被摄体44的内部散射并被光检测器50接收，被检测为信号53。在图14B中，纵轴表示光源42的振荡强度或者光检测器50的检测强度，横轴表示经过时间。检测信号53受散射所引起的光程长度的偏差的影响而使得时间宽度比原始的脉冲43a宽。检测信号53之中前头的输出53a是在被摄体44的表面反射的光45a的信号。输出53a之后的时间t0～t1之间的输出53b是在被摄体44的内部散射且散射距离短的光45b的信号。输出53b之后的时间t1～t2之间的输出53c是散射距离长的光45c的信号。通过计算机52的控制，运算电路51对检测信号53进行时间分割，从而能够将信号53a、53b、53c的输出分离开来检测。由于光按照输出53a、53b、53c的顺序通过被摄体的较浅的一侧～较深的一侧，因此能够将深度不同的信息分离开来分析。
根据本申请发明者们的研讨，为了利用作为第1现有例的迈克尔逊的干涉仪200来测定光的干涉性(相干)的程度或者相位，需要来自反射镜34A的参照光32B、32C，构成变得复杂。
另一方面，根据本申请发明者们的研讨，由于作为第2现有例的光检测系统在时间分割宽度上存在限度，因此无法在诊断时充分确保深度方向的分辨率。例如，若将时间分割宽度设为300皮秒(ps)，则深度分辨率成为90mm程度。在该分辨率下，不适合如生物体那样具有较小构造的对象的诊断或者检查。
以下，在说明本公开的实施方式之前，说明为了解决现有例的课题而研讨的方式(研讨例)。
(研讨例)
图1A是本研讨例所涉及的光检测系统100的示意图。光检测系统100具备：光源2、聚光透镜7、光检测装置13、控制电路1和运算电路14。
光源2向被摄体(对象物)4照射一定的相干长度σ0的光3。光源2例如射出作为相干光的代表的激光光。光源2通过执行记录有一定的强度的光的程序，由此来控制光检测装置13的光检测、运算电路14的运算处理、光源2的发光光量、点亮定时、连续点亮时间、或者发光波长或相干长度。控制电路1例如可以是中央运算处理装置(CPU)或者微型计算机(微机)等的集成电路。控制电路1以及运算电路14可以由综合的一个电路来实现。
光检测系统100除了图示的构成要素以外，例如还可以具备显示运算电路14运算处理后的结果的显示器。
如后所述，光检测装置13具有与多个检测器(也有时称作“光检测单元”)对置的多个透光区域以及多个遮光区域。从被摄体入射的光透过透光区域但在遮光区域被遮光。透过了一个透光区域的光入射至与该透光区域对置的一个检测器。
图1B表示入射至光检测装置13所具备的一个透光区域9a的散射光5的情形。被摄体4为散射体。在被摄体4的内部传播的光线以衰减系数μa来衰减，以散射系数μs来反复散射。图1B作为一例而示出从两个不同的位置向透光区域9a入射了两束光线的情形。入射至透光区域9a的这些光会入射至与透光区域9a对置的检测器，来检测其光量。
图2A以及图2B表示本研讨例中的光检测装置13的构成。在这些图中，为了便于说明，示出正交的三个轴(x轴、y轴、z轴)(关于其他图也同样)。图2A是沿着光入射的方向的面处的光检测装置13的剖视图。图2B是表示与包含光检测装置13所具有的遮光膜9的xy面平行的面的情形的俯视图。图2A表示与包含图2B的虚线所包围的区域的xz面平行的剖面。将图2A的剖面构造作为一个单位构造，该单位构造在xy面内呈二维地周期性排列。
如图2A所示，光检测装置13依次具备光检测器10、光耦合层12和遮光膜9。在图2A的例子中，它们沿着z方向层叠。此外，在图2A的例子中，光检测装置13在遮光膜9上依次具备透明基板9b、和选择性地使光源2射出的波段的光透过的带通滤波器9p。
光检测器10具备在光检测器10的面内方向(沿着xy面的方向)上呈二维排列的多个检测器(光检测单元)10a、10A。光检测器10从光入射的一侧起具备微透镜11a、11A、透明膜10c、布线等金属膜10d、Si或者有机膜等所形成的感光部。位于金属膜10d的间隙的感光部相当于检测器10a、10A。各检测器10a、10A在从光源2射出的光的波段具有检测灵敏度。多个微透镜11a、11A分别配置为与多个检测器10a、10A之中的一个检测器对置。被微透镜11a、11A聚光并入射至金属膜10d的间隙的光由检测器10a、10A来检测。
光耦合层12配置在光检测器10上，在光检测器10的垂直方向(z轴方向)上依次具备第1透明层12c、第2透明层12b以及第3透明层12a。第1透明层12c以及第3透明层12a例如由SiO2等构成。第2透明层12b例如由Ta2O5等构成。第2透明层12b的折射率比第1透明层12c以及第3透明层12a的折射率高。在本说明书中，有时将第1透明层12c、第2透明层12b以及第3透明层12a分别称作第1低折射率层、第1高折射率层以及第2低折射率层。此外，有时将第1透明层12c以及第3透明层12a称作低折射率透明层，将第2透明层12b称作高折射率透明层。在本公开中，“低折射率”以及“高折射率”的用语只是表示折射率的相对关系，并非限定该层的绝对折射率的值。
光检测装置13也可以具有将高折射率透明层12b和低折射率透明层12c依次进一步重复的构造。图2A的例子中的光检测装置13具有将高折射率透明层12b和低折射率透明层12c重复合计6次的构造。由于高折射率透明层12b被低折射率透明层12c、12a夹着，因此作为波导层来发挥功能。在高折射率透明层12b与低折射率透明层12c、12a的界面，整个面形成有间距(周期)为Λ的直线状的光栅12d。光栅12d的栅格向量与光耦合层12的面内方向(平行于xy面)上的x轴平行。光栅12d的与xz面平行的剖面的形状，在层叠的高折射率透明层12b以及低折射率透明层12c中也被依次转印。在针对层叠方向而透明层12b、12c的成膜的指向性高的情况下，通过将光栅的xz剖面设为S字或者V字状，从而易于维持形状的转印性。另外，光栅12d至少设置于高折射率透明层12b的一部分即可。高折射率透明层12b具备光栅12d，从而入射光能够与在高折射率透明层12b中传播的光(波导光)耦合。
光耦合层12与光检测器10之间的间隙可以较窄，也可以密接。也可以在该间隙(包含微透镜11a与11A之间的空间)填充粘接剂等透明媒介物。在填充透明媒介物的情况下，为了在微透镜11a、11A获得透镜效果，只要微透镜11a、11A的构成材料具有比填充的透明媒介物充分大的折射率即可。
遮光膜9具有多个遮光区域9A和多个透光区域9a。在图2A的例子中，通过在后述的透明基板9b上图案化由Al等构成的金属反射膜，由此形成遮光区域9A以及透光区域9a。即，形成有金属反射膜的区域为遮光区域9A，未形成金属反射膜的区域为透光区域9a。另外，遮光区域9A至少在光耦合层的一侧具有光反射性即可。图2A所示的透光区域9a对应于图2B所示的透光区域9a1、9a2、9a3、9a4等。图2A所示的遮光区域9A对应于图2B所示的遮光区域9A1、9A2、9A3、9A4等。即，遮光膜9在遮光膜9的面内方向(xy面内)具有多个遮光区域9A和多个透光区域9a。多个遮光区域9A分别与一个检测器10A对置。多个透光区域9a分别与一个检测器10a对置。如图2B所示，多个遮光区域9A(9A1～9A4)形成方格图案。这些遮光区域9A(9A1～9A4)也可以形成方格图案以外的图案，例如可以是条纹图案。“条纹图案”是指下述图案：多个遮光区域9A在一个方向(例如x方向或者y方向)上排列，与之相邻地多个透光区域9a在该方向上排列，进而与之相邻地多个遮光区域9A在该方向上排列。换言之，条纹图案是在相同的方向上排列的多个透光区域9a以及多个遮光区域9A在与该方向垂直的方向上交替地排列的图案。
透明基板9b配置在遮光膜9的光入射侧。透明基板9b例如由SiO2等透光性的材料构成。带通滤波器9p配置在透明基板9b的光入射侧。带通滤波器9p在入射的光5之中选择性地仅使波长λ0附近的光透过。波长λ0为从光源2射出的光在空气中的波长。在光源2射出给定的波段的光的情况下，波长λ0例如为中心波长。
入射至光检测装置13的光5经由带通滤波器9p和透明基板9b，作为光6A、6a而到达形成有反射膜的遮光区域9A和除去了反射膜的透光区域9a。光6A被遮光区域9A遮光，但光6a透过透光区域9a并入射至光耦合层12。入射至光耦合层12的光6a经由低折射率透明层12a而入射至高折射率透明层12b。在高折射率透明层12b的上下的界面形成有光栅。如果满足以下的(式1)，则在高折射率透明层12b内产生波导光6b。
(式1)sinθ＝N-λ0/A
在此，N为关于波导光6b的有效折射率，θ为相对于入射面(xy面)的法线的入射角度。在图2A的例子中，由于光垂直地入射至入射面，因此θ＝0。在该情况下，波导光6b在xy面内沿着x方向传播。
透过高折射率透明层12b并入射至其下层的光的成分当入射至位于下层侧的各高折射率透明层12b时，以与(式1)相同的条件产生波导光6c。另外，虽然在全部高折射率透明层12b中产生波导光，但在图2A中仅代表性示出在两个层产生的波导光。在下层侧产生的波导光6c也同样在xy面内沿着x方向传播。波导光6b、6c相对于波导面(平行于xy面)的法线而以角度θ(在图2A的例子中为θ＝0)在上下方向上放射光并进行传播。该放射光6B1、6C1在遮光区域9A的正下方处朝向上方(反射膜侧)的成分由遮光区域9A反射，而成为沿着反射面(xy面)的法线朝向下方的光6B2。光6B1、6C1、6B2相对于高折射率透明层12b而满足(式1)，因此其一部分再次成为波导光6b、6c。该波导光6b、6c也生成新的放射光6B1、6C1，反复进行这些动作。作为整体，在透光区域9a的正下方处，未成为波导光的成分(实际上其中还包括波导之后最终被放射的成分，但该成分也作为未成为波导光的成分而具有特征)透过光耦合层12，作为透过光6d而入射至微透镜11a，由检测器10a来检测。在区域9A的正下方处，成为波导光的成分被放射，作为放射光6D而入射至微透镜11A，由检测器10A来检测。
透光区域9a相当于图1B所示的透光区域。透过了透光区域9a的光分支成朝向正下方的检测器10a的光和朝向左右的检测器10A的光，分别被检测。将图2B所示的透光区域9a1、9a2、9a3、9a4分别对置的4个检测器、以及遮光区域9A1、9A2、9A3、9A4分别对置的4个检测器中的检测光量，分别设为q1、q2、q3、q4、以及Q1、Q2、Q3、Q4。前4个是未成为波导光的光的检测光量，后4个是成为波导光的光的检测光量。在透光区域9a1的正下方的检测器10a中无法检测成为波导光的光的光量，在遮光区域9A2的正下方的检测器10A中无法检测未成为波导光的光的光量。
在此，定义在透光区域9a1的正下方的检测位置处成为波导光的光的检测光量Q0＝(Q1+Q2+Q3+Q4)/4(或者Q0＝(Q1+Q2)/2)，定义在遮光区域9A2的正下方的检测位置处未成为波导光的光的检测光量q0＝(q1+q2+q3+q4)/4(或者q0＝(q1+q2)/2)。即，在某区域(遮光区域或者透光区域)中，定义以该区域为中心而在x方向以及/或者y方向上相邻的区域(像素)的正下方的检测位置处能检测的光量的平均值。通过将该定义应用于全部区域，从而能够在构成光检测器10的全部检测区域(检测器)中定义未成为波导光的光的检测光量以及成为波导光的光的检测光量。运算电路14在构成光检测器10的全部检测器中如上述那样定义未成为波导光的光的检测光量和成为波导光的光的检测光量。并且，将按照各个检测器算出它们的比值(例如，q1/Q0、Q0/q1、q0/Q2、或Q2/q0等)、或者各光量相对于这些光量之和的比值(例如，Q0/(Q0+q1)、q1/(Q0+q1)、Q2/(Q2+q0)、或q0/(Q2+q0)等)而得到的值，分配给相当于各检测器的像素来进行生成图像等的运算处理。
图3A以及图3B表示透光区域9a以及遮光区域9A的图案、与位于它们的正下方的光栅12d之间的关系。图3A是表示透光区域9a以及遮光区域9A的图案的俯视图。图3B是表示位于透光区域9a以及遮光区域9A的正下方的光栅12d的俯视图。图3C是与图2A同样的图，示出表示也包含检测器在内的它们的位置关系的与xz面平行的剖面。如图3B所示，光栅12d的栅格向量的方向一律与x轴方向一致。若将透光区域9a的正下方的检测区域设为P0，将遮光区域9A的正下方的检测区域设为P1，则P0以及P1分别呈W×W尺寸的方格图案。在图3A中用实线表示的像素区域13a之中，检测区域P0、P1各包含两个，在用虚线表示的像素区域13b之中，检测区域P0、P1也各包含两个。无论使像素区域在xy面内如何偏离与遮光区域9A的宽度(＝W)对应的量，虽然会出现位置关系的调换，但区域P0、P1必定各包含两个。如前所述，关于检测光量，通过计算式1所示的q0以及Q0来进行插补处理。若分辨率以像素尺寸来决定，则分辨率成为作为像素区域13a、13b的尺寸的2W×2W，但无论像素在xy面内的哪个方向上移动宽度W，相同的插补处理均成立，因此插补处理后的分辨率改善至W×W。
图4A～图4H表示单脉冲振荡的入射光通过光耦合层12并被光检测器10接收的情形。图4A表示与图2A相同的剖视图。图4B～4H是按照时间经过的顺序排列对应于图4A而绘制的基于FDTD(Finite-difference time-domain：有限差分时域)法的光强度分布的电磁解析的结果的图。在本解析中，将透光区域9a以及遮光区域9A的x方向的宽度W设为5.6μm，将光栅的间距设为0.46μm，将z方向的深度设为0.2μm，将高折射率透明层(第2透明层)设为Ta2O5膜，将其z方向的厚度t1设为0.34μm，将低折射率透明层(第1透明层)设为SiO2膜，将其z方向的厚度t2设为0.22μm。
在图4B中，半值宽度为11fs(换算为传播距离则为3.3μm)且脉冲振荡出的波长λ0＝850nm的S偏振光的光6a透过了透光区域9a。在图4C中，光6a的振荡结束，另一方面，产生了在层叠的高折射率透明层12b内传播的波导光6b、6c，未成为波导光的成分直接透过光耦合层12，作为光6d而入射至微透镜11a。在图4D中，波导光6b、6c上下放射光6B1、6C1并传播至遮光区域9A之下。另一方面，透过光6d被微透镜11a聚光至检测器10a之上。在图4E中，透过光6d入射至检测器10a。另一方面，放射光6B1、6C1以及反射光6B2形成放射光6D并入射至微透镜11A，被聚光。在图4F～图4H中，透过光6d以及放射光6D被聚光并分别入射至检测器10a、10A。
另外，由图4E～图4H可知，波导光6b、6c在遮光区域9A之下的范围未完全放射，一部分以波导光的状态到达相邻的右侧的透光区域的范围。放射损失系数(波导光的放射容易度)在增大光栅的深度时变大。由此，若增大遮光区域9A之下的区域内的光栅的深度，则放射光量增加，能够进一步增大检测光量。
图5A是表示研讨例中的入射至四个透光区域9a的光、与位于其下方的三个检测器10a、10A、10a’之间的位置关系的剖视图。在图5A所示的例子中，向四个透光区域9a入射相位随机不同的光。在图5A中，ω表示光的角频率(ω＝2πc/λ0，c为光速)，t表示时间，r1、r2、r3、r4表示随机函数(0～1之间取随机值的函数)，a表示随机系数(随机值的振幅)。
图5B是表示对入射光的随机系数a与检测信号之间的关系进行解析后的结果的图。将位于四个透光区域9a的中间的遮光区域9A的正下方的检测器设为10A，将在其两侧相邻的两个透光区域9a的正下方的检测器设为10a、10a’，将它们的检测光量分别设为P1、P0、P0’，检测信号用2P1/(P0+P0’)来定义。在图5B中，菱形标记表示TE模式入射(S偏振光)的条件下的解析结果，四边形标记表示TM模式入射(P偏振光)的条件下的解析结果，三角形标记表示TEM模式入射(随机偏振光、圆偏振光、或者45度方向的偏振光)的条件下的解析结果。在TE模式入射以及TEM模式入射的条件下，随着系数a增大而检测信号下降。a＝0相当于相干且相位一致的情况，a＝1相当于非相干的状态。根据图5B所示的结果，能够基于检测信号2P1/(P0+P0’)的大小来获知入射光的相干的程度(相位的随机性)。另外，虽然在图5B中未示出，但检测信号与相位差具有相关，因此基于检测信号也能够计测相位的差异。在该例子中，作为检测信号而利用了2P1/(P0+P0’)，但也可以将其他的信号作为检测信号。运算电路14在将由与透光区域9a对置的检测器检测的光量设为第1光量P0且将由与遮光区域9A对置的检测器10A检测的光量设为第2光量P1时，作为上述检测信号可以输出(1)表示第2光量P1与第1光量P0之比P1/P0的信号、(2)表示第1光量P0相对于第1光量P0与第2光量P1之和的比例P0/(P0+P1)的信号、以及(3)表示第2光量P1相对于第1光量P0与第2光量P1之和的比例P1/(P0+P1)的信号当中的至少一个信号。这些检测信号均与随机系数a具有相关，因此能够基于检测信号来获知入射光的相干的程度。
图6表示入射至图5A所示的透光区域9a之一的波串的一例。由于光源2射出一定的相干长度σ0的光，因此若假设在被摄体4内相干长度不变化，则入射至透光区域9a的波串15a、15b也全部具有相同的相干长度σ0。但是，由于散射，波串15a、15b在不同的定时入射至透光区域9a。在波串15a、15b之后连着相干长度σ0相同但相位不同的波串。如图6所示，若两个同一波长的波串15a、15b随机错开相位来连续入射，则它们发生干涉，从而形成三个波串15A、15B、15C。波串15C是波串15a和15b重叠并发生干涉而形成的波串。波串15A、15B是波串15a与波串15b彼此不重叠的剩余的部分。波串15A、15B、15C波长均一致，并且合成波(波串15A、15B、15C)的波长的扩展(纵模宽度)与原始的波串15a、15b相比也未改变。即，在时间相干中定义的相干长度不变化(参照图13A～13E)。但是，在波串15A、15B、15C之间，完全不具有相位的相关性。波的连续性、即相位连续的波的长度在实际效果上短于原始的σ0。
接下来，参照图7A～图7F，说明作为被摄体假定人体头部并利用基于蒙特卡罗法的光线追踪的方法来计算入射光的强度分布的结果。
图7A表示本解析中的整体的光学配置以及光线追踪的情形。图7B～7D表示将检测位置处的影像8b分为20×20的区域进行分析后的结果。图7B表示光强度分布，图7C表示光程长度的平均分布，图7D表示光程长度的标准偏差分布。如图7A所示，人体头部包含头皮4a、头骨4b、脑脊髓液(cerebrospinal fluid：CSF)层4c、血液层4e以及灰白质4d。在表1中示出各自的吸收系数(1/mm)、散射系数(1/mm)、各向异性散射参数以及膜厚(mm)。血液层4e将氧合血红蛋白层与还原血红蛋白层配置成以纸面为界而沿着面法线方向排列。
【表1】
解析区域在xy方向上为60mm×60mm，在z方向上为22mm，超过该区域来传播的光线从计算之中排除。关于入射光3，假定以从头皮4a的表面的中心(x＝y＝0)沿着-x方向偏离15mm的位置为中心、垂直入射至在x方向以及y方向上每隔5mm间隔的3×3共9处位置的光。关于检测，在与头皮4a的表面相距1000mm的位置处设置聚光透镜7，根据将物侧数值孔径(＝sinα)设为0.1而取入的光线，算出了像面位置的像8b。图7B～7D所示的检测对象区域是以从头皮4a的表面的中心(x＝y＝0)沿着+x方向偏离15mm的位置为中心、且在x方向以及y方向上宽度为0.8mm的范围内的区域。通过计算求出了来自该区域的散射光的分布。在图7B中，越白则强度越大，在图7C以及图7D中，越白则值越大。y＞0的区域相当于氧合血红蛋白层，y＜0的区域相当于还原血红蛋白层。针对图7B～7D的任一者，在氧合血红蛋白层与还原血红蛋白层之间均存在微弱的差。另外，图像由聚光透镜7反转，因此图像中的氧合血红蛋白层以及还原血红蛋白层的位置与现实的位置相反。
在光源2振荡相干长度σ0的光时，若光程长度的标准偏差为相干长度σ0以下，则接收的光位于相同的波串内的可能性高，相位的相关性高。在该情况下，接收的光中明处和暗处混杂出现。另一方面，若光程长度的标准偏差为σ0以上，则接收的光的波串不同的可能性高，相位的相关性消失(参照图12)。在该情况下，接收的光与场所无关地成为均匀的明亮度。如参照图5B所说明的那样，入射光的相干的程度与检测信号2P1/(P0+P0’)、P1/P0、P1/(P0+P1)等有关。因而，能够基于检测信号的大小来判定入射光的标准偏差是否为相干长度σ0以上。
图7E以及图7F表示检测信号(在该例子中为P1/P0)的分布的例子。图7E表示σ0＝18.5mm的情况下的例子，图7F表示σ0＝18.0mm的情况下的例子。图中的黑色区域表示检测信号一律较小的区域。在图7E所示的σ0＝18.5mm的例子中，在光程长度的标准偏差超过18.5mm的区域(黑色区域)内检测信号变小。另一方面，在图7F所示的σ0＝18.0mm的例子中，在光程长度的标准偏差超过18.0mm的区域(黑色区域)内检测信号变小。因此，在图7F的例子中，与图7E的例子相比，检测信号变小的区域(黑色区域)更宽。在图7E以及图7F中，在黑色区域以外的区域内，在面积窄的范围中混杂着检测信号大的场所和检测信号小的场所，根据位置而检测信号的大小不规则地变化。通过将相干长度σ0设为参数来对黑色区域进行分析，从而能够获知被摄体内部的散射的情形。
因此，控制电路1控制光源2、光检测装置13以及运算电路14，以使得改变从光源2射出的光的相干长度，并按照变化后的每个相干长度来进行摄像。运算电路14按照由控制电路1改变的每个光的相干长度，生成并输出例如(1)表示第2光量P1与第1光量P0之比P1/P0的信号、(2)表示第1光量P0相对于第1光量P0与第2光量P1之和的比例P0/(P0+P1)的信号、以及(3)表示第2光量P1相对于第1光量P0与第2光量P1之和的比例P1/(P0+P1)的信号当中的至少一个信号。能够基于这些信号来获知被摄体内部的散射的情形。
作为使相干长度可变的光源2，例如高频叠加半导体激光器或者扫描光源(使激光的波长在几nm～几十nm的范围内周期性扫描的光源)已达到实用化的水平。例如，由高频叠加电路(一般而言为300MHz的频率)驱动的半导体激光器以0.1mm～0.2mm的范围的相干长度来振荡。通过改变叠加电路的频率或者振幅等(例如减小频率)，从而能够在0.2mm～几十mm的范围内使相干长度变化。此外，在扫描光源中，通过改变波长变动宽度或者周期(频率)，从而能够在0.3mm～几十mm的范围内使相干长度变化。不过，在使用扫描光源的情况下，为了限定入射至光耦合层12的光的波长，根据情况而利用带通滤波器9p。此外，也能够组合LED等线宽较宽的光源和窄带的带通滤波器来获得期望的相干长度。对于光源，也可以使用波长不同的两个以上的光源。当这些光源的光在被摄体内散射而入射至透光区域9a时，基于参照图13C所说明的原理，将产生节拍，根据来自两个光源的光的波长差而相干长度变短。在使用波长不同的多个光源的情况下，也可以与使光源的发光强度比变化的操作联动。
这样，根据本研讨例的光检测系统100，针对图7A所示的被摄体，位于头骨4b的里侧的氧合血红蛋白以及还原血红蛋白的分布差能够作为电信号的输出差来检测。这与参照图14A以及图14B所说明的检测光强度分布像的方法(第2现有例)相比，无需时间分割，因此能够使计测大幅度简化。此外，仅改变光源2的相干长度便能对被摄体内部的散射的情形进行比较、分析，能够提高计测的分辨率。
但是，对于研讨例的光检测装置，从分辨率的观点出发，还具有改善的余地。为了在光耦合层12确保充分的输入耦合(即，入射光向波导光的变换)，需要将透光区域9a以及遮光区域9A的x方向的宽度W设得充分大。更具体而言，宽度W需要为光栅的间距(即周期)Λ的10倍程度。因而，即便利用参照图3A以及图3B所说明的插补处理，插补处理后的分辨率也受宽度W限制。
因而，本公开的一形态所涉及的光检测装置具备：偏振元件阵列，具有使在一方向上偏振的入射光透过的区域(透光区域)、以及对在一方向上偏振的入射光进行遮光的区域(遮光区域)。所述透光区域与所述多个检测器的一部分检测器对置，所述遮光区域与所述多个检测器之中的另一部分检测器对置。光栅的方位在透光区域和遮光区域之间正交。通过这种构成，能够获取S偏振光和P偏振光这两种偏振光的散射信息，能够提高检测的分辨率。
在本公开的其他形态所涉及的光检测装置中，光检测器配置于在光耦合层内传播的光的泄漏光(渐逝成分)所到达的范围。由此，能够容易实现在光耦合层内传播的光的检测。
本公开的进一步的其他形态所涉及的光检测装置具备：偏振元件阵列，具有使在一方向上偏振的入射光透过的区域(透光区域)、以及对在一方向上偏振的入射光进行遮光的区域(遮光区域)。所述透光区域与所述多个检测器的一部分检测器对置，所述遮光区域与所述多个检测器之中的另一部分检测器对置。光栅的间距在透光区域和遮光区域之间不同。通过这种构成，也能够获取S偏振光和P偏振光这两种偏振光的散射信息，能够提高检测的分辨率。
在本公开的进一步的其他形态所涉及的光检测装置中，偏振元件阵列中所含的各偏振元件由隔开一定的间隙地周期性配置的直线状的多个金属线来形成。金属线的方位在透光区域和遮光区域之间正交，从而能够实现与偏振光相应的光分离。
本公开的进一步的其他形态所涉及的光检测装置，在所述偏振元件阵列上配置使入射的光的偏振方向一律与一方向一致的线性偏振元件。根据所述线性偏振元件绕着面法线的旋转而入射光的偏振方位变化。由此，能够容易地调换透光区域和遮光区域的位置。
除了上述的形态之外，本公开还包含以下的项目所记载的光检测装置以及光检测系统。
[项目1]
本公开的项目1所涉及的光检测装置具备：
光检测器，具有主面，包含沿着所述主面配置的第1检测器以及第2检测器；
光耦合层，配置在所述光检测器上或者上方；以及
偏振元件阵列，配置在所述光耦合层上，
所述光耦合层包含：
第1低折射率层；
第1高折射率层，配置在所述第1低折射率层上，包含在第1方向上具有周期性的第1光栅、以及与所述第1光栅相邻且在与所述第1方向正交的第2方向上具有周期性的第2光栅；以及
第2低折射率层，配置在所述第1高折射率层上，
所述第1高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第2低折射率层高的折射率，
所述偏振元件阵列包含：使在一方向上偏振的光透过的第1偏振元件、以及与所述第1偏振元件相邻且对在所述一方向上偏振的光进行遮光的第2偏振元件，
所述第1光栅以及所述第1偏振元件分别与所述第1检测器对置，
所述第2光栅以及所述第2偏振元件分别与所述第2检测器对置。
[项目2]
在项目1所记载的光检测装置中也可以是：
所述第1检测器配置于透过所述第2偏振元件且在所述光耦合层内传播的第1光的渐逝成分到达的范围内，
所述第2检测器配置于透过所述第1偏振元件且在所述光耦合层内传播的第2光的渐逝成分到达的范围内。
[项目3]
在项目2所记载的光检测装置中也可以是：
所述第1检测器在第1时间对透过了所述第1偏振元件的光和所述第1光的渐逝成分进行检测，
所述第2检测器在与所述第1时间不同的第2时间对透过了所述第2偏振元件的光和所述第2光的渐逝成分进行检测。
[项目4]
在项目1～3的任一项所记载的光检测装置中也可以是：
所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件分别包含空出间隔地周期性配置的直线状的多个金属线，
所述第1偏振元件中的所述多个金属线延伸的方向与所述第2偏振元件中的所述多个金属线延伸的方向正交。
[项目5]
在项目1～4的任一项所记载的光检测装置中也可以还具备：
线性偏振元件，配置在所述偏振元件阵列上或者上方，使入射至所述偏振元件阵列的光的偏振方向与特定的方向一致；
电机，使所述线性偏振元件绕着与所述主面垂直的轴旋转；以及
第1控制电路，控制所述电机。
[项目6]
在项目5所记载的光检测装置中也可以是：
在通过控制所述电机而使所述线性偏振元件的偏振光透过轴的方向与所述第1偏振元件的偏振光透过轴的方向一致的状态下，使所述光检测器执行第一次的光的检测，
在通过控制所述电机而使所述线性偏振元件的偏振光透过轴的方向与所述第2偏振元件的偏振光透过轴的方向一致的状态下，使所述光检测器执行第二次的光的检测。
[项目7]
在项目1～6的任一项所记载的光检测装置中也可以是：
所述光耦合层还包含：
第3低折射率层，配置在所述第1低折射率层与所述光检测器之间；以及
第2高折射率层，配置在所述第3低折射率层与所述第1低折射率层之间，包含在所述第1方向上具有周期性的第3光栅、以及与所述第3光栅相邻且在所述第2方向上具有周期性的第4光栅，
所述第2高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第3低折射率层高的折射率，
所述第3光栅与所述第1检测器对置，
所述第4光栅与所述第2检测器对置。
[项目8]
本公开的项目8所涉及的光检测系统具备：
项目1～7的任一项所记载的光检测装置；以及
运算电路，与所述光检测装置连接，
所述运算电路在将由所述第1检测器检测的光量设为第1光量且将由所述第2检测器检测的光量设为第2光量时，输出从下述组之中选择的至少一个信号，该组构成为包括：
表示所述第2光量相对于所述第1光量的比的信号；
表示所述第1光量相对于所述第1光量与所述第2光量之和的比例的信号；以及
表示所述第2光量相对于所述和的比例的信号。
[项目9]
在项目8所记载的光检测系统中也可以是：
在所述光检测器配备多个第1检测器，所述多个第1检测器分别为所述第1检测器，
在所述光检测器配备多个第2检测器，所述多个第2检测器分别为所述第2检测器，
在所述第1高折射率层配备多个第1光栅，所述多个第1光栅分别为所述第1光栅，
在所述第1高折射率层配备多个第2光栅，所述多个第2光栅分别为所述第2光栅，
在所述偏振元件阵列配备多个第1偏振元件，所述多个第1偏振元件分别为所述第1偏振元件，
在所述偏振元件阵列配备多个第2偏振元件，所述多个第2偏振元件分别为所述第2偏振元件，
所述多个第1偏振元件以及所述多个第2偏振元件包含彼此相邻的所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件的多个对，
所述运算电路按照每个所述对来输出所述至少一个信号。
[项目10]
在项目9所记载的光检测系统中也可以是：
所述运算电路生成图像信息，该图像信息表示所述至少一个信号的值为阈值以上的对、和所述至少一个信号的值小于所述阈值的对。
[项目11]
项目8～10的任一项所记载的光检测系统也可以还具备：
光源，射出某波段的光，
所述光检测装置还包含：带通滤波器，配置在所述光耦合层之上或者上方，选择性地使所述波段的光透过。
[项目12]
项目8～10的任一项所记载的光检测系统也可以还具备：
光源；以及
第2控制电路，控制所述光源，
所述第2控制电路改变从所述光源射出的光的相干长度。
[项目13]
在项目12所记载的光检测系统中也可以是：
所述运算电路按照由所述第2控制电路改变的每个所述光的相干长度来输出所述至少一个信号。
[项目14]
本公开的项目14所涉及的光检测装置具备：
光检测器，具有主面，包含沿着所述主面配置的第1检测器以及第2检测器；
光耦合层，配置在所述光检测器上或者上方；以及
偏振元件阵列，配置在所述光耦合层上，
所述光耦合层包含：
第1低折射率层；
第1高折射率层，配置在所述第1低折射率层上，包含第1光栅以及与所述第1光栅相邻的第2光栅；以及
第2低折射率层，配置在所述第1高折射率层上，
所述第1高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第2低折射率层高的折射率，
所述偏振元件阵列包含：使在一方向上偏振的光透过的第1偏振元件、以及与所述第1偏振元件相邻且对在所述一方向上偏振的光进行遮光的第2偏振元件，
所述第1光栅以及所述第1偏振元件分别与所述第1检测器对置，
所述第2光栅以及所述第2偏振元件分别与所述第2检测器对置，
所述第1光栅的周期与所述第2光栅的周期不同。
[项目15]
在项目14所记载的光检测装置中也可以是：
所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件分别包含空出间隔地周期性配置的直线状的多个金属线，
所述第1偏振元件中的所述多个金属线延伸的方向与所述第2偏振元件中的所述多个金属线延伸的方向正交。
[项目16]
项目14或者15所记载的光检测装置也可以还具备：
线性偏振元件，配置在所述偏振元件阵列上或者上方，使入射至所述偏振元件阵列的光的偏振方向与特定的方向一致；
电机，使所述线性偏振元件绕着与所述主面垂直的轴旋转；以及
第1控制电路，控制所述电机。
[项目17]
在项目16所记载的光检测装置中也可以是：
所述第1控制电路在通过控制所述电机而使所述线性偏振元件的偏振光透过轴的方向与所述第1偏振元件的偏振光透过轴的方向一致的状态下，使所述光检测器执行第一次的光的检测，
所述第1控制电路在通过控制所述电机而使所述线性偏振元件的偏振光透过轴的方向与所述第2偏振元件的偏振光透过轴的方向一致的状态下，使所述光检测器执行第二次的光的检测。
[项目18]
在项目14～17的任一项所记载的光检测装置中也可以是：
所述光耦合层还包含：
第3低折射率层，配置在所述第1低折射率层与所述光检测器之间；以及
第2高折射率层，配置在所述第3低折射率层与所述第1低折射率层之间，包含第3光栅以及与所述第3光栅相邻的第4光栅，
所述第2高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第3低折射率层高的折射率，
所述第3光栅与所述第1检测器对置，
所述第4光栅与所述第2检测器对置，
所述第3光栅所具有的周期性的方向与所述第1光栅所具有的周期性的方向相同，
所述第4光栅所具有的周期性的方向与所述第2光栅所具有的周期性的方向相同。
[项目19]
本公开的项目8所涉及的光检测系统具备：
项目14～18的任一项所记载的光检测装置；以及
运算电路，与所述光检测装置连接，
所述运算电路在将由所述第1检测器检测的光量设为第1光量且将由所述第2检测器检测的光量设为第2光量时，输出从下述组之中选择的至少一个信号，该组构成为包括：
表示所述第2光量相对于所述第1光量的比的信号；
表示所述第1光量相对于所述第1光量与所述第2光量之和的比例的信号；以及
表示所述第2光量相对于所述和的比例的信号。
[项目20]
在项目19所记载的光检测系统中也可以是：
在所述偏振元件阵列配备多个第1偏振元件，所述多个第1偏振元件分别为所述第1偏振元件，
在所述偏振元件阵列配备多个第2偏振元件，所述多个第2偏振元件分别为所述第2偏振元件，
所述多个第1偏振元件以及所述多个第2偏振元件包含彼此相邻的所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件的多个对，
所述运算电路按照每个所述对来输出所述至少一个信号。
[项目21]
在项目20所记载的光检测系统中也可以是：
所述运算电路生成表示所述至少一个信号的值为阈值以上的对和所述至少一个信号的值小于所述阈值的对的图像信息。
[项目22]
项目19～21的任一项所记载的光检测系统也可以还具备：
光源，射出某波段的光，
所述光检测装置还包含：带通滤波器，配置在所述光耦合层之上或者上方，选择性地使所述波段的光透过。
[项目23]
项目19～21的任一项所记载的光检测系统也可以还具备：
光源；以及
第2控制电路，控制所述光源，
所述第2控制电路改变从所述光源射出的光的相干长度。
[项目24]
在项目23所记载的光检测系统中也可以是：
所述运算电路按照由所述第2控制电路改变的每个所述光的相干长度来输出所述至少一个信号。
在本公开中，电路、单元、装置、部件或者部的全部或者一部分、或者框图的功能块的全部或者一部分可以通过包含半导体装置、半导体集成电路(IC)或者LSI(large scaleintegration：大规模集成电路)的一个或者多个电子电路来执行。LSI或者IC可以集成于一个芯片，也可以组合多个芯片来构成。例如，存储元件以外的功能块可以集成于一个芯片。在此，虽然称作LSI或者IC，但可以根据集成的程度来改变称呼方式，可以称作系统LSI、VLSI(very large scale integration：超大规模集成电路)、或者ULSI(ultra largescale integration：特大规模集成电路)。在LSI制造后被编程的现场可编程门阵列(FPGA：Field Programmable Gate Array)、或者能够实现LSI内部的接合关系的重构或者LSI内部的电路划分的设置的可重构逻辑器件(reconfigurable logic device)也能够在相同的目的下使用。
而且，电路、单元、装置、部件或者部的全部或者一部分的功能或者操作能够通过软件处理来执行。在该情况下，软件记录于一个或者多个ROM、光学盘、硬盘驱动器等非易失性记录介质中，在由处理装置(processor)执行软件时，由处理装置(processor)以及外围装置来执行该软件所确定的功能。系统或者装置可以具备记录有软件的一个或者多个非易失性记录介质、处理装置(processor)以及所需的硬件设备，例如接口。
以下，参照附图来说明本公开的实施方式。另外，以下所说明的实施方式均表示概括性或者具体的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接方式、步骤、步骤的顺序等为一例，并不限定本公开。在本说明书中说明的各种形态只要不产生矛盾便能相互组合。此外，关于以下的实施方式中的构成要素之中表示最上位概念的独立的技术方案未记载的构成要素，作为任意的构成要素来说明。
(实施方式1)
本实施方式的构成除了检偏元件(线性偏振元件)配置在光检测装置13的前面这一点、以及透光区域和遮光区域的构造、光栅的图案化、光检测器的位置不同这一点之外，与研讨例相同。因而，对于与研讨例相同的构成要素赋予相同的参照符号，并省略重复的说明。
图8A是表示本实施方式中的相当于第1偏振元件的S波透光区域9S以及相当于第2偏振元件的P波透光区域9P的排列的俯视图。在本实施方式中，替代研讨例中的遮光膜9，利用包含作为线栅(金属栅格)偏振元件的S波透光区域9S以及P波透光区域9P的偏振元件阵列。在S波透光区域9S，沿着P波的电场(electric field)的振动方向(图8A中的x轴方向)以波长的1/3以下的间距形成有铝(A1)等的线栅(金属栅格)。由于金属布线在x轴方向上延伸，因此在该方向上流动电流，消耗了x轴方向的电场向量的能量。作为结果，S波透光区域9S仅使S波的光透过，对P波的光进行遮光。在P波透光区域9P，沿着S波的电场的振动方向(图8A中的y轴方向)以波长的1/3以下的间距形成有Al等的线栅(金属栅格)。由于金属布线在y轴方向上延伸，因此在该方向上流动电流，消耗了y轴方向的电场向量的能量。作为结果，P波透光区域9P仅使P波的光透过，对S波的光进行遮光。S波透光区域9S对P波进行遮光，因此能够称作“P波遮光区域”。P波透光区域9P对S波进行遮光，因此能够称作“S波遮光区域”。另外，在本说明书中，S波以及P波的用语是以与xz面平行的入射面为基准来规定的。即，S波为在与该入射面垂直的方向上电场振动的直线偏振光，P波为在与该入射面平行的方向上电场振动的直线偏振光。
图8B是表示形成于光耦合层12的光栅的方位的俯视图。图8C以及图8D是表示包含光检测器10的构成要素间的位置关系的剖视图。图8C表示光检测装置13中的与xz面平行的剖面。图8D表示光检测装置13中的与yz面平行的剖面。在本实施方式中，第1光栅12S位于S波透光区域9S的正下方，其栅格向量的方向为x轴方向。第2光栅12P位于作为S波遮光区域的P波透光区域9P的正下方，其栅格向量的方向为y轴方向。
如图8B以及图8C所示，透过了S波透光区域9S后的S波的光的一部分由于第1光栅12S而成为在光耦合层12内沿着x轴方向传播的TE模式的波导光6b、6c。未成为波导光的光的成分作为透过光耦合层12的透过光6d而由第1检测器10S来检测。另外，入射至第1检测器10S的光中也可包含波导之后最终被放射的光的成分，但在本公开中该成分也作为未成为波导光的成分而具有特征。
波导光6b、6c在光耦合层12内传播。由于光耦合层12中的多个层靠近层叠，因此波导光在光耦合层12内的层间转移并进行传播，进入第2光栅12P的区域。在第2光栅12P的区域，由于第2光栅12P的栅格向量的方位(y方向)与波导光6b、6c的传播方向正交，因此波导光6b、6c不从光耦合层12放射出。因而，在本实施方式中，第1检测器10S配置于透过作为第2偏振元件的P波透光区域9P且在光耦合层12内传播的光的渐逝成分所到达的范围内，第2检测器10P配置于透过作为第1偏振元件的S波透光区域9S且在光耦合层12内传播的光的渐逝成分所到达的范围内。通过使第1检测器10S、第2检测器10P靠近光耦合层12，将从光耦合层12泄漏的波导成分(渐逝光)引导至第2检测器10P侧(泄漏模式光6D)，从而使得第2检测器10P能够检测波导光6b、6c。在本实施方式中，在光检测器10的表面成膜有高折射率的保护层10e，但也可以省略保护层10e。
另一方面，如图8B以及图8D所示，透过了P波透光区域9P后的P波的光由于第2光栅12P而成为在光耦合层12内沿着y轴方向传播的TE模式的波导光6B、6C。未成为波导光的成分透过光耦合层12(透过光6D)，由第2检测器10P来检测。波导光6B、6C在光耦合层12内传播。由于光耦合层12中的多个层靠近层叠，因此波导光在光耦合层12内的层间转移并进行传播，进入第1光栅12S的区域。在第1光栅12S的区域，由于光栅的栅格向量的方位(x方向)与波导光6B、6C的传播方向正交，因此波导光6B、6C不从光耦合层12放射出。因而，在本实施方式中，通过使第1检测器10S、第2检测器10P靠近光耦合层12，将从光耦合层12泄漏的波导成分(渐逝光)引导至第1检测器10S侧(泄漏模式光6d)，从而使得第1检测器10S能够检测波导光6B、6C。
如图8A所示，若将S波透光区域9S的正下方的检测区域设为A0，将P波透光区域9P的正下方的检测区域设为A1，则A0、A1分别具有W×W的尺寸的方格图案。在图8A中用实线表示的像素区域13a之中，检测区域A0、A1各包含两个，在用虚线表示的像素区域13b之中，检测区域A0、A1也各包含两个。无论使像素区域在xy面内如何偏离各区域的宽度(＝W)的量，虽然会出现位置关系的调换，但检测区域A0、A1必定各包含两个。如对研讨例进行说明的那样，关于检测光量，通过计算式1所示的q0以及Q0来进行插补处理。若分辨率以像素尺寸来决定，则分辨率成为作为像素区域13a、13b的尺寸的2W×2W，但无论像素在xy面内的哪个方向上移动宽度W，相同的插补处理均成立，因此插补处理后的分辨率改善至W×W。
入射至图1B所示的透光区域9a(相当于图8A所示的S波透光区域9S、P波透光区域9P)的光5的偏振方向是随机的。在本实施方式中，在透明基板9b的近前(被摄体侧)设置有作为线性偏振元件的检偏元件16。检偏元件16在入射光5之中仅使特定的直线偏振光透过。检偏元件16与未图示的电机连接，通过绕着z方向的中心轴旋转从而能够选择偏振方位。在图8C所示的状态下，通过检偏元件16的旋转，仅S波(电场向量的方向为y方向的光)透过了检偏元件16。在图8D所示的状态下，仅P波(电场向量的方向为x方向的光)透过了检偏元件16。图8C所示的光检测的状态和图8D所示的光检测的状态不同时产生，通过检偏元件16的旋转而择一地被选择。通过这种构成，第1检测器10S、第2检测器10P能够容易地获得P波和S波这两种波的信息，实质上分辨率成倍提高。因而，与研讨例相比，能够更精密地对被摄体内部的散射的情形进行比较分析。
另外，在本实施方式中，虽然将波导光6b、6c、6B、6C作为TE模式的波导光进行了说明，但也可以通过变更第1光栅12S、第2光栅12P的间距，从而将波导光6b、6c、6B、6C作为TM模式的波导光。此外，也可以将本实施方式的构成与参照图14A以及图14B所说明的时间分割检测法(第2现有例)进行组合。由此，能够从相干的状态的观点出发来分析进行时间分割而取入的信号，能够更详细地分析被摄体内部的散射的情形。
接下来，更详细地说明本实施方式的构成。
图9是示意性地表示本实施方式中的光检测装置13的构成的图。图9除了图8C所示的光检测装置13的构成要素之外，还示出电机15以及控制电路1’。另外，图9所示的检偏元件16实际上配置为覆盖多个S波透光区域9S以及多个P波透光区域9P的整体。
本实施方式中的光检测装置13具备：光检测器10，包含沿着主面(摄像面)配置的第1检测器10S以及第2检测器10P；光耦合层12，配置在光检测器10上；以及偏振元件阵列9’，配置在光耦合层12上。在此，“～上”是指以本公开的附图所示的配置为基准的情况下存在于上，包含以接触的方式位于上的状态、和以不接触的方式(即，其间隔着其他的要素或者层)位于上的状态。光耦合层12与图2A的构成同样包含：第1低折射率层12c；第1高折射率层12b，配置在第1低折射率层12c上，包含第1光栅12S以及第2光栅12P；以及第2低折射率层12a，配置在第1高折射率层12b上。第1高折射率层12b具有比第1低折射率层12c以及第2低折射率层12a高的折射率。在本实施方式中，光耦合层12进而还包含：第3低折射率层，配置在第1低折射率层12c与光检测器10之间；以及第2高折射率层，配置在第3低折射率层与第1低折射率层12c之间，包含第3光栅以及第4光栅。第2高折射率层具有比第1低折射率层12c以及第3低折射率层高的折射率。第3光栅所具有的周期性的方向与第1光栅所具有的周期性的方向匹配。即，在图8B所示的第1光栅的沟槽的方向为y方向的区域，第3光栅的沟槽的方向也为y方向，在第1光栅的沟槽的方向为x方向的区域，第3光栅的沟槽的方向也为x方向。同样，第4光栅所具有的周期性的方向与第2光栅所具有的周期性的方向匹配。光耦合层12除了上述部分以外，还具有两个低折射率层与被这两个低折射率层夹着且具有光栅的高折射率层的多个组合。通过这种层叠的光栅的构造，光耦合层12作为光波导路来发挥功能。另外，两个低折射率层与被这两个低折射率层夹着且具有光栅的高折射率层的组合的数量是任意的，最低具有一个即可。
如图9所示，偏振元件阵列9’包含：作为使在一方向上偏振的光透过的第1偏振元件的S波透光区域9S；以及与S波透光区域相邻且作为对在所述一方向上偏振的光进行遮光的第2偏振元件的P波透光区域9P。S波透光区域9S以及P波透光区域9P分别至少设置一个即可，能够实现对研讨例进行说明的运算处理。另外，虽然在图9中未示出，但与图2A所示的构成同样，可以在光耦合层12之上配置有选择性地使光源2射出的波段的光透过的带通滤波器。
在本实施方式中，虽然一个S波透光区域9S与一个第1检测器10S对置，一个P波透光区域9P与一个第2检测器10P对置，但并不限定于这种构成。也可以是一个S波透光区域9S与靠近的两个以上的第1检测器10S对置，一个P波透光区域9P与靠近的两个以上的第2检测器10P对置。在该情况下，运算电路14(图1A)只要将来自两个以上的第1检测器10S的信号之和以及来自两个以上的第2检测器10P的信号之和分别作为一个信号来处理，就能够直接应用研讨例中所说明的运算。
在本实施方式中，不同于研讨例，与S波透光区域9S对置的第1光栅所具有的周期性的方向和与P波透光区域9P对置的第2光栅所具有的周期性的方向正交。第1检测器10S在第1时间，对透过了S波透光区域9S的光、与透过P波透光区域9P且在光耦合层12内传播的光的渐逝成分进行检测。第2检测器10P在与第1时间不同的第2时间，对透过了P波透光区域9P的光、与透过S波透光区域9S且在光耦合层12内传播的光的渐逝成分进行检测。
如图9所示，光检测装置13具备：检偏元件16，配置在偏振元件阵列9’上，是使入射至偏振元件阵列9’的光的偏振方向一律与特定的方向一致的线性偏振元件；电机15，使检偏元件16绕着与光检测器10的主面(摄像面)垂直的轴旋转；以及第1控制电路1’，对电机15以及光检测器10进行控制。第1控制电路1’可以与作为图1A所示的第2控制电路的控制电路1相同，也可以与该控制电路1不同。第1控制电路1’在使检偏元件16的偏振光透过轴的方向与S波透光区域9S的偏振光透过轴的方向一致的状态下，使光检测器10执行第一次的光的检测。第1控制电路1’在使检偏元件16的偏振光透过轴的方向与P波透光区域9P的偏振光透过轴的方向一致的状态下，使光检测器10执行第二次的光的检测。
根据以上的构成，第1检测器10S、第2检测器10P能够获取偏振方向正交的两种偏振光的信息，因此与研讨例的构成相比，实质性上分辨率成倍地提高。
运算电路14进行与研讨例同样的处理。具体而言，将由与S波透光区域9S对置的第1检测器10S检测的光量设为第1光量P0，将由与P波透光区域9P对置的第2检测器10P检测的光量设为第2光量P1，例如生成并输出从下述组之中选择的至少一个信号，该组构成为包含：(1)表示第2光量P1相对于第1光量P0的比P1/P0的信号、(2)表示第1光量P0相对于第1光量P0与第2光量P1之和的比例P0/(P0+PI)的信号、以及(3)表示第2光量P1相对于第1光量P0与第2光量P1之和的比例P1/(P0+P1)的信号。该运算处理能够按照相邻的S波透光区域以及P波透光区域的每个对来进行。如参照图5B所说明的那样，能够基于上述的任意一个检测信号来获得对象物的信息。运算电路14参照预先保存在存储器等存储介质中的、如图5B所示的对检测信号与相干的程度(例如随机系数)之间的关系进行规定的函数或者表格的信息，根据检测信号来求出相干的程度。
相干的程度与对象物的构造之间具有相关。例如，在从某位置到达的光的相干的程度高的情况下，能够推测为该位置处存在具有光滑表面的对象物并发生了表面反射。另一方面，在从某位置到达的光的相干的程度低的情况下，能够推测为该位置处在对象物的内部发生了散射或者在具有凹凸的表面发生了反射。运算电路14例如按照相邻的S波透光区域以及P波透光区域的每个对来进行这种信号的生成以及对象物的构造的推测。由此，能够在大的区域内获得对象物的信息。
在控制电路1改变从光源2射出的光的相干长度的方式下，运算电路14可以按照由控制电路1改变的每个光的相干长度来生成上述的任意一个检测信号。由此，如参照图7E以及图7F所说明的那样，能够以相干长度为参数来详细获知被摄体内部的散射的情形。运算电路14例如可以如图7E以及图7F所示那样，生成区分所生成的信号的值为给定的阈值以上的区域和信号的值小于阈值的区域来表示的图像信息。由此，能够使被摄体内部的构造可视化。
(实施方式2)
接下来，说明本公开的实施方式2。
本实施方式所涉及的光检测装置的构成除了光栅的图案化不同这一点以外，全部与实施方式1的构成相同。因此，对于相同的构成要素赋予相同的参照符号，并省略重复的说明。
图10A是表示本实施方式中的S波透光区域9S以及P波透光区域9P的排列的俯视图。在S波透光区域9S，沿着P波的振动方向(x轴方向)以波长的1/3以下的间距形成有A1等的线栅(金属栅格)。由此，S波透光区域9S使S波的光透过，对P波的光进行遮光。在P波透光区域9P，沿着S波的振动方向(y轴方向)以波长的1/3以下的间距形成有Al等的线栅。由此，P波透光区域9P使P波的光透过，对S波的光进行遮光。因此，S波透光区域9S可称为P波遮光区域，P波透光区域9P可称为S波遮光区域。
图10B是表示形成于光耦合层12的光栅的方位的俯视图。图10C是表示包含光检测器10的构成要素间的位置关系的xz面剖视图。在本实施方式中，第1光栅12S位于S波透光区域9S的正下方，其栅格向量的方向为x轴方向。第2光栅12P位于作为S波遮光区域的P波透光区域9P的正下方，其栅格向量为x轴方向。即，在本实施方式中，与S波透光区域9S对置的第1光栅12S以及与作为S波遮光区域的P波透光区域9P对置的第2光栅12P的栅格向量的方向相同。在第1光栅12S和第2光栅12P中，间距(周期)不同。第1光栅12S的间距满足TE模式的波导光6b、6c被激发的条件。另一方面，第2光栅12P的间距满足TM模式的波导光6B、6C被激发的条件。
如图10B以及图10C所示，通过了S波透光区域9S后的S波的光的一部分由于第1光栅12S而成为在光耦合层12内沿着x轴方向传播的TE模式的波导光6b、6c。未成为波导光的光的成分透过光耦合层12(透过光6d)，由第1检测器10S来检测。另外，入射至第1检测器10S的光中也可包含波导之后最终被放射的光的成分，但在本公开中该成分也作为未成为波导光的成分。
波导光6b、6c在光耦合层12内传播。由于光耦合层12中的多个层靠近层叠，因此波导光在光耦合层12内的层间转移并进行传播，进入第2光栅12P的区域。在第2光栅12P的区域，产生基于第2光栅12P的放射，其放射光由第2检测器10P来检测。另一方面，透过了P波透光区域9P后的P波的光由于第2光栅12P而成为在光耦合层12内沿着x轴方向传播的TM模式的波导光6B、6C。未成为波导光的成分透过光耦合层12(透过光6D)，被第2检测器10P检测。波导光6B、6C在光耦合层12内传播。由于光耦合层12的各层靠近层叠，因此波导光在光耦合层12的层间转移并进行传播。在第1光栅12S的区域，产生基于第1光栅12S的放射，其放射光由第1检测器10S来检测。在本实施方式中，由于可以预料基于光栅的放射效果，因此无需如实施方式1那样使第1检测器10S、第2检测器10P靠近光耦合层12。本实施方式所涉及的光检测装置也可以与研讨例同样具备微透镜。
如图10A所示，若将S波透光区域9S的正下方的检测区域设为A0，将P波透光区域9P的正下方的检测区域设为A1，则检测区域A0、A1分别具有W×W的尺寸的方格图案。在图10A中用实线表示的像素区域13a之中，检测区域A0、A1各包含两个，在用虚线表示的像素区域13b之中，检测区域A0、A1也各包含两个。无论使像素区域在xy面内如何偏离各区域的宽度(＝W)的量，虽然会出现位置关系的调换，但检测区域A0、A1必定各包含两个。如对研讨例进行说明的那样，关于检测光量，通过计算式1所示的q0以及Q0来进行插补处理。若分辨率以像素尺寸来决定，则分辨率成为作为像素区域13a、13b的尺寸的2W×2W，但无论像素在xy面内的哪个方向移动宽度W，相同的插补处理均成立，因此插补处理后的分辨率改善至W×W。
入射至图1B所示的透光区域9a(相当于图10A所示的S波透光区域9S、P波透光区域9P)的光5的偏振方向是随机的。在本实施方式中，在透明基板9b的近前(被摄体侧)设置有作为线性偏振元件的检偏元件16。检偏元件16在入射光5之中仅使特定的直线偏振光透过。检偏元件16与未图示的电机连接，通过绕着z方向的轴旋转从而能够选择偏振方位。在图10C所示的构成中，通过检偏元件16的旋转而仅S波(电场向量的方向为y方向的光)透过检偏元件16的状态下，P波(电场向量位于x方向的光)被阻断，第1检测器10S、第2检测器10P能够获取S波的信息。另一方面，通过检偏元件16的旋转而仅P波透过检偏元件16的状态下，S波被阻断，第1检测器10S、第2检测器10P能够获取P波的信息。因此，第1检测器10S、第2检测器10P能够容易地获取P波和S波这两种波的信息，实质上分辨率成倍提高。因而，本实施方式所涉及的光检测装置与研讨例相比，能够更精密地对被摄体内部的散射的情形进行比较分析。
另外，在本实施方式中，虽然将波导光6b、6c作为TE模式的波导光、将波导光6B、6C作为TM模式的波导光进行了说明，但也可以通过变更第1光栅12S、第2光栅12P的间距，从而将波导光6b、6c作为TM模式的波导光、将波导光6B、6C作为TE模式的波导光。此外，也可以将本实施方式的构成与参照图14A以及图14B所说明的时间分割检测法(第2现有例)进行组合。由此，能够从相干的状态的观点出发来分析进行时间分割而取入的信号，能够更详细地分析被摄体内部的散射的情形。

Claims (20)

1.一种光检测装置，具备：
光检测器，具有主面，包含沿着所述主面配置的第1检测器以及第2检测器；
光耦合层，配置在所述光检测器上或者上方；以及
偏振元件阵列，配置在所述光耦合层上，
所述光耦合层包含：
第1低折射率层；
第1高折射率层，配置在所述第1低折射率层上，包含在第1方向上具有周期性的第1光栅、以及与所述第1光栅相邻且在与所述第1方向正交的第2方向上具有周期性的第2光栅；以及
第2低折射率层，配置在所述第1高折射率层上，
所述第1高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第2低折射率层高的折射率，
所述偏振元件阵列包含：使在一方向上偏振的光透过的第1偏振元件、以及与所述第1偏振元件相邻且对在所述一方向上偏振的光进行遮光的第2偏振元件，
所述第1光栅以及所述第1偏振元件分别与所述第1检测器对置，
所述第2光栅以及所述第2偏振元件分别与所述第2检测器对置。
2.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，
所述第1检测器配置于透过所述第2偏振元件且在所述光耦合层内传播的第1光的渐逝成分到达的范围内，
所述第2检测器配置于透过所述第1偏振元件且在所述光耦合层内传播的第2光的渐逝成分到达的范围内。
3.根据权利要求2所述的光检测装置，其中，
所述第1检测器在第1时间对透过了所述第1偏振元件的光和所述第1光的渐逝成分进行检测，
所述第2检测器在与所述第1时间不同的第2时间对透过了所述第2偏振元件的光和所述第2光的渐逝成分进行检测。
4.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，
所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件分别包含空出间隔地周期性配置的直线状的多个金属线，
所述第1偏振元件中的所述多个金属线延伸的方向与所述第2偏振元件中的所述多个金属线延伸的方向正交。
5.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，
所述光检测装置还具备：
线性偏振元件，配置在所述偏振元件阵列上或者上方，使入射至所述偏振元件阵列的光的偏振方向与特定的方向一致；
电机，使所述线性偏振元件绕着与所述主面垂直的轴旋转；以及
第1控制电路，控制所述电机。
6.根据权利要求5所述的光检测装置，其中，
所述第1控制电路在通过控制所述电机而使所述线性偏振元件的偏振光透过轴的方向与所述第1偏振元件的偏振光透过轴的方向一致的状态下，使所述光检测器执行第一次的光的检测，
所述第1控制电路在通过控制所述电机而使所述线性偏振元件的偏振光透过轴的方向与所述第2偏振元件的偏振光透过轴的方向一致的状态下，使所述光检测器执行第二次的光的检测。
7.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，
所述光耦合层还包含：
第3低折射率层，配置在所述第1低折射率层与所述光检测器之间；以及
第2高折射率层，配置在所述第3低折射率层与所述第1低折射率层之间，包含在所述第1方向上具有周期性的第3光栅、以及与所述第3光栅相邻且在所述第2方向上具有周期性的第4光栅，
所述第2高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第3低折射率层高的折射率，
所述第3光栅与所述第1检测器对置，
所述第4光栅与所述第2检测器对置。
8.一种光检测系统，具备：
光检测装置；以及
运算电路，与所述光检测装置连接，
所述光检测装置具备：
光检测器，具有主面，包含沿着所述主面配置的第1检测器以及第2检测器；
光耦合层，配置在所述光检测器上或者上方；以及
偏振元件阵列，配置在所述光耦合层上，
所述光耦合层包含：
第1低折射率层；
第1高折射率层，配置在所述第1低折射率层上，包含在第1方向上具有周期性的第1光栅、以及与所述第1光栅相邻且在与所述第1方向正交的第2方向上具有周期性的第2光栅；以及
第2低折射率层，配置在所述第1高折射率层上，
所述第1高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第2低折射率层高的折射率，
所述偏振元件阵列包含：使在一方向上偏振的光透过的第1偏振元件、以及与所述第1偏振元件相邻且对在所述一方向上偏振的光进行遮光的第2偏振元件，
所述第1光栅以及所述第1偏振元件分别与所述第1检测器对置，
所述第2光栅以及所述第2偏振元件分别与所述第2检测器对置，
所述运算电路在将由所述第1检测器检测的光量设为第1光量且将由所述第2检测器检测的光量设为第2光量时，输出从下述组之中选择的至少一个信号，该组构成为包括：
表示所述第2光量相对于所述第1光量的比的信号；
表示所述第1光量相对于所述第1光量与所述第2光量之和的比例的信号；以及
表示所述第2光量相对于所述和的比例的信号。
9.根据权利要求8所述的光检测系统，其中，
在所述光检测器配备多个第1检测器，所述多个第1检测器分别为所述第1检测器，
在所述光检测器配备多个第2检测器，所述多个第2检测器分别为所述第2检测器，
在所述第1高折射率层配备多个第1光栅，所述多个第1光栅分别为所述第1光栅，
在所述第1高折射率层配备多个第2光栅，所述多个第2光栅分别为所述第2光栅，
在所述偏振元件阵列配备多个第1偏振元件，所述多个第1偏振元件分别为所述第1偏振元件，
在所述偏振元件阵列配备多个第2偏振元件，所述多个第2偏振元件分别为所述第2偏振元件，
所述多个第1偏振元件以及所述多个第2偏振元件包含彼此相邻的所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件的多个对，
所述运算电路按照每个所述对来输出所述至少一个信号。
10.根据权利要求8所述的光检测系统，其中，
所述光检测系统还具备：
光源；以及
第2控制电路，控制所述光源，
所述第2控制电路改变从所述光源射出的光的相干长度。
11.根据权利要求10所述的光检测系统，其中，
所述运算电路按照由所述第2控制电路改变的每个所述光的相干长度来输出所述至少一个信号。
12.一种光检测装置，具备：
光检测器，具有主面，包含沿着所述主面配置的第1检测器以及第2检测器；
光耦合层，配置在所述光检测器上或者上方；以及
偏振元件阵列，配置在所述光耦合层上，
所述光耦合层包含：
第1低折射率层；
第1高折射率层，配置在所述第1低折射率层上，包含第1光栅以及与所述第1光栅相邻的第2光栅；以及
第2低折射率层，配置在所述第1高折射率层上，
所述第1高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第2低折射率层高的折射率，
所述偏振元件阵列包含：使在一方向上偏振的光透过的第1偏振元件、以及与所述第1偏振元件相邻且对在所述一方向上偏振的光进行遮光的第2偏振元件，
所述第1光栅以及所述第1偏振元件分别与所述第1检测器对置，
所述第2光栅以及所述第2偏振元件分别与所述第2检测器对置，
所述第1光栅的周期与所述第2光栅的周期不同。
13.根据权利要求12所述的光检测装置，其中，
所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件分别包含空出间隔地周期性配置的直线状的多个金属线，
所述第1偏振元件中的所述多个金属线延伸的方向与所述第2偏振元件中的所述多个金属线延伸的方向正交。
14.根据权利要求12所述的光检测装置，其中，
所述光检测装置还具备：
线性偏振元件，配置在所述偏振元件阵列上或者上方，使入射至所述偏振元件阵列的光的偏振方向与特定的方向一致；
电机，使所述线性偏振元件绕着与所述主面垂直的轴旋转；以及
第1控制电路，控制所述电机。
15.根据权利要求14所述的光检测装置，其中，
所述第1控制电路在通过控制所述电机而使所述线性偏振元件的偏振光透过轴的方向与所述第1偏振元件的偏振光透过轴的方向一致的状态下，使所述光检测器执行第一次的光的检测，
所述第1控制电路在通过控制所述电机而使所述线性偏振元件的偏振光透过轴的方向与所述第2偏振元件的偏振光透过轴的方向一致的状态下，使所述光检测器执行第二次的光的检测。
16.根据权利要求12所述的光检测装置，其中，
所述光耦合层还包含：
第3低折射率层，配置在所述第1低折射率层与所述光检测器之间；以及
第2高折射率层，配置在所述第3低折射率层与所述第1低折射率层之间，包含第3光栅以及与所述第3光栅相邻的第4光栅，
所述第2高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第3低折射率层高的折射率，
所述第3光栅与所述第1检测器对置，
所述第4光栅与所述第2检测器对置，
所述第3光栅所具有的周期性的方向与所述第1光栅所具有的周期性的方向相同，
所述第4光栅所具有的周期性的方向与所述第2光栅所具有的周期性的方向相同。
17.一种光检测系统，具备：
光检测装置；以及
运算电路，与所述光检测装置连接，
所述光检测装置具备：
光检测器，具有主面，包含沿着所述主面配置的第1检测器以及第2检测器；
光耦合层，配置在所述光检测器上或者上方；以及
偏振元件阵列，配置在所述光耦合层上，
所述光耦合层包含：
第1低折射率层；
第1高折射率层，配置在所述第1低折射率层上，包含第1光栅以及与所述第1光栅相邻的第2光栅；以及
第2低折射率层，配置在所述第1高折射率层上，
所述第1高折射率层具有比所述第1低折射率层以及所述第2低折射率层高的折射率，
所述偏振元件阵列包含：使在一方向上偏振的光透过的第1偏振元件、以及与所述第1偏振元件相邻且对在所述一方向上偏振的光进行遮光的第2偏振元件，
所述第1光栅以及所述第1偏振元件分别与所述第1检测器对置，
所述第2光栅以及所述第2偏振元件分别与所述第2检测器对置，
所述第1光栅的周期与所述第2光栅的周期不同，
所述运算电路在将由所述第1检测器检测的光量设为第1光量且将由所述第2检测器检测的光量设为第2光量时，输出从下述组之中选择的至少一个信号，该组构成为包括：
表示所述第2光量相对于所述第1光量的比的信号；
表示所述第1光量相对于所述第1光量与所述第2光量之和的比例的信号；以及
表示所述第2光量相对于所述和的比例的信号。
18.根据权利要求17所述的光检测系统，其中，
在所述光检测器配备多个第1检测器，所述多个第1检测器分别为所述第1检测器，
在所述光检测器配备多个第2检测器，所述多个第2检测器分别为所述第2检测器，
在所述第1高折射率层配备多个第1光栅，所述多个第1光栅分别为所述第1光栅，
在所述第1高折射率层配备多个第2光栅，所述多个第2光栅分别为所述第2光栅，
在所述偏振元件阵列配备多个第1偏振元件，所述多个第1偏振元件分别为所述第1偏振元件，
在所述偏振元件阵列配备多个第2偏振元件，所述多个第2偏振元件分别为所述第2偏振元件，
所述多个第1偏振元件以及所述多个第2偏振元件包含彼此相邻的所述第1偏振元件以及所述第2偏振元件的多个对，
所述运算电路按照每个所述对来输出所述至少一个信号。
19.根据权利要求17所述的光检测系统，其中，
所述光检测系统还具备：
光源；以及
第2控制电路，控制所述光源，
所述第2控制电路改变从所述光源射出的光的相干长度。
20.根据权利要求19所述的光检测系统，其中，
所述运算电路按照由所述第2控制电路改变的每个所述光的相干长度来输出所述至少一个信号。
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