CN113227729A

CN113227729A - 光检测装置、光检测系统及滤波器阵列

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Publication number: CN113227729A
Application number: CN202080007486.5A
Authority: CN
Inventors: 石川笃; 稻田安寿
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2040-01-27
Also published as: JP7213456B2; JP2022058424A; JPWO2020179282A1; CN113227729B; EP3936837A4; US20210341657A1; EP3936837A1; JP7012275B2; JP2023052155A; JP7457952B2; WO2020179282A1

Abstract

有关本发明的一形态的光检测装置具备：滤波器阵列，包括以二维排列的多个滤波器；以及图像传感器；上述多个滤波器包括第1滤波器及第2滤波器；上述第1滤波器及上述第2滤波器分别具有共振结构，该共振结构包括第1反射层、第2反射层以及上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有模数互不相同的多个共振模；从由上述第1滤波器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的至少1个与从由上述第2滤波器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的上述至少1个不同；上述图像传感器包括：第1光检测元件，配置在接受透射了上述第1滤波器的光的位置；以及第2光检测元件，配置在接受透射了上述第2滤波器的光的位置。

Description

光检测装置、光检测系统及滤波器阵列

技术领域

本发明涉及光检测装置、光检测系统及滤波器阵列。

背景技术

通过利用分别为窄带的多个波段(band)、例如几十个波段的光谱信息，能够掌握通过以往的RGB图像不能掌握的对象物的详细的物性。取得这样的多波长的信息的相机被称作“超光谱相机”。例如，如在专利文献1至5中公开那样，超光谱相机在食品检查、生物体检查、医药品开发及矿物的成分分析等各种领域中被利用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2016/138975号说明书

专利文献2：美国专利第7907340号说明书

专利文献3：美国专利第9929206号说明书

专利文献4：日本特表2013－512445号公报

专利文献5：日本特表2015－501432号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明提供一种能够提高超光谱相机的波长分辨率的新的光检测装置。

用来解决课题的手段

有关本发明的一技术方案的光检测装置具备：滤波器阵列，包括以二维排列的多个滤波器；以及图像传感器；上述滤波器阵列中，上述多个滤波器包括第1滤波器及第2滤波器，上述第1滤波器及上述第2滤波器分别具有共振结构，该共振结构包括第1反射层、第2反射层以及上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有模数互不相同的多个共振模，从由上述第1滤波器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的至少1个与从由上述第2滤波器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的上述至少1个不同；上述图像传感器包括：第1光检测元件，配置在接受透射了上述第1滤波器的光的位置；以及第2光检测元件，配置在接受透射了上述第2滤波器的光的位置。上述第1反射层包括：多个第1电介质层，分别具有第1折射率；以及多个第2电介质层，分别具有比上述第1折射率高的第2折射率。在上述第1反射层中，上述多个第1电介质层和上述多个第2电介质层交替地配置。上述多个第1电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度；上述多个第2电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度。上述第2反射层包括：多个第3电介质层，分别具有第3折射率；以及多个第4电介质层，分别具有比上述第3折射率高的第4折射率。在上述第2反射层中，上述多个第3电介质层和上述多个第4电介质层交替地配置。上述多个第3电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度；上述多个第4电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度。

发明效果

根据本发明，能够提高超光谱相机的波长分辨率。

附图说明

图1是示意地表示例示性的实施方式的光检测系统的图。

图2A是示意地表示滤波器阵列的例子的图。

图2B是表示包含于对象波长域中的多个波长域各自的光的透射率的空间分布的一例的图。

图2C是表示图2A所示的滤波器阵列的多个区域中包含的2个区域的一方的透射光谱的例子的图。

图2D是表示图2A所示的滤波器阵列的多个区域中包含的2个区域的另一方的透射光谱的例子的图。

图3A是用来说明对象波长域与包含于其中的多个波长域的关系的图。

图3B是用来说明对象波长域与包含于其中的多个波长域的关系的图。

图4A是用来说明滤波器阵列的某区域中的透射光谱的特性的图。

图4B是表示将图4A所示的透射光谱按每个波长域进行了平均化的结果的图。

图5是示意地表示例示性的实施方式的光检测装置的剖视图。

图6是示意地表示各像素中的透射光谱的例子的图。

图7A是示意地表示包括通常的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的例子的图。

图7B是表示图7A所示的法布里－珀罗滤波器的透射光谱的图。

图8A是示意地表示基板上的包括多个成对层的厚度被线性地调制的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的例子的图。

图8B是表示图8A所示的法布里－珀罗滤波器的透射光谱的图。

图9A是示意地表示包括多个成对层的厚度被非线性地调制的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的例子的图。

图9B是表示图9A所示的法布里－珀罗滤波器的透射光谱的图。

图10A是示意地表示包括多个成对层的厚度被非线性地调制的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的第1例的图。

图10B是示意地表示包括多个成对层的厚度被非线性地调制的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的第2例的图。

图10C是示意地表示包括多个成对层的厚度被非线性地调制的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的第3例的图。

图10D是示意地表示包括多个成对层的厚度被非线性地调制的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的第4例的图。

图11A是表示图10A所示的法布里－珀罗滤波器的透射光谱的图。

图11B是表示图10B所示的法布里－珀罗滤波器的透射光谱的图。

图11C是表示图10C所示的法布里－珀罗滤波器的透射光谱的图。

图11D是表示图10D所示的法布里－珀罗滤波器的透射光谱的图。

图12A是示意地表示图5所示的光检测装置的第1变形例的图。

图12B是示意地表示图5所示的光检测装置的第2变形例的图。

图12C是示意地表示图5所示的光检测装置的第3变形例的图。

图12D是示意地表示图5所示的光检测装置的第4变形例的图。

图12E是示意地表示图5所示的光检测装置的第5变形例的图。

图12F是示意地表示图5所示的光检测装置的第6变形例的图。

具体实施方式

在说明本发明的实施方式之前，说明作为本发明的基础的认识。

专利文献1公开了能够取得高分辨率的多波长图像的摄像装置。在该摄像装置中，来自对象物的光的像通过被称作“编码元件”的光学元件被编码而拍摄。编码元件具有以二维排列的多个区域。该多个区域中的至少2个区域各自的透射光谱在多个波长域中分别具有透射率的极大值。多个区域例如与图像传感器的多个像素分别对应地配置。在使用该编码元件的拍摄中，各像素的数据包含多个波长域的信息。即，生成的图像数据是波长信息被压缩的数据。因而，仅拥有二维数据就足够，能够抑制数据量。例如在记录介质的容量有制约的情况下，也能够取得长时间的运动图像的数据。

编码元件可以使用各种方法来制造。例如，可以考虑使用颜料或染料等有机材料的方法。在此情况下，编码元件的多个区域由具有不同的光透射特性的光吸收材料形成。在这样的结构中，制造工序数对应于所配置的光吸收材料的种类的数量而增加。因此，使用有机材料的编码元件的制作并不容易。

另一方面，专利文献2至专利文献5公开了具备具有互不相同的透射光谱的多个法布里－珀罗滤波器的装置。法布里－珀罗滤波器可以比由有机材料形成的滤波器更容易地制作。但是，在专利文献2至专利文献5所公开的例子中，各像素的数据都仅包含单一的波长域的信息。因此，牺牲了空间分辨率。

本发明者们基于以上的研究，想到了以下的项目所记载的光检测装置、光检测系统及滤波器阵列。

(第1项目)

有关第1项目的光检测装置具备：滤波器阵列，包括以二维排列的多个滤波器；以及图像传感器；上述滤波器阵列中，上述多个滤波器包括第1滤波器及第2滤波器，上述第1滤波器及上述第2滤波器分别具有共振结构，该共振结构包括第1反射层、第2反射层以及上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有模数互不相同的多个共振模，从由上述第1滤波器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的至少1个与从由上述第2滤波器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的上述至少1个不同；上述图像传感器包括：第1光检测元件，配置在接受透射了上述第1滤波器的光的位置；以及第2光检测元件，配置在接受透射了上述第2滤波器的光的位置。上述第1反射层包括：多个第1电介质层，分别具有第1折射率；以及多个第2电介质层，分别具有比上述第1折射率高的第2折射率。在上述第1反射层中，上述多个第1电介质层和上述多个第2电介质层交替地配置。上述多个第1电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度；上述多个第2电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度。上述第2反射层包括：多个第3电介质层，分别具有第3折射率；以及多个第4电介质层，分别具有比上述第3折射率高的第4折射率。在上述第2反射层中，上述多个第3电介质层和上述多个第4电介质层交替地配置。上述多个第3电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度；上述多个第4电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度。

在该光检测装置中，由上述的滤波器阵列抑制分别包含于透射光谱的多个波长域中的多个峰值的线宽的不均匀及峰值间隔的不均匀的至少一方。由此，能够提高由图像传感器检测的各波长域的光量的均匀性。结果，能够提高光检测装置的波长分辨率。

(第2项目)

在有关第1项目的光检测装置中，也可以是，上述第1滤波器及上述第2滤波器各自的透射光谱在包含于某波长域中的多个波长的每一个波长下具有透射率的极大值；上述多个波长分别对应于上述多个共振模；上述第1光检测元件及上述第2光检测元件分别对上述波长域的光具有灵敏度。

在该光检测装置中，通过包含于透射光谱的某波长域中的多个峰值，能够取得多波长图像。

(第3项目)

在有关第1或第2项目的光检测装置中，也可以是，上述多个第1电介质层各自的光学长度等于上述多个第2电介质层中的与上述多个第1电介质层的各自相邻的第2电介质层的光学长度；上述多个第3电介质层各自的光学长度等于上述多个第4电介质层中的与上述多个第3电介质层的各自相邻的第4电介质层的光学长度。

在该光检测装置中，与上述的光学长度对应的波长的光被第1反射层及第2反射层反射。由此，抑制多个峰值的线宽的不均匀及峰值间隔的不均匀的至少一方。

(第4项目)

在有关第1至第3项目的任一项的光检测装置中，也可以是，在上述第1反射层的至少一部分中，上述多个第1电介质层各自的厚度及上述多个第2电介质层各自的厚度沿着远离上述中间层的第1方向渐减或渐增；在上述第2反射层的至少一部分中，上述多个第3电介质层各自的厚度及上述多个第4电介质层各自的厚度沿着与上述第1方向相反的第2方向渐减或渐增。

在该光检测装置中，在第1及第2电介质层的厚度渐减的情况下，进一步抑制多个峰值的线宽的不均匀，在第1及第2电介质层的厚度渐增的情况下，进一步抑制峰值间隔的不均匀。

(第5项目)

在有关第4项目的光检测装置中，也可以是，上述多个第1电介质层包括具有第1膜厚的第1电介质层、以及分别具有比上述第1膜厚大或小的第2膜厚的2个第1电介质层；上述2个第1电介质层夹着上述多个第2电介质层中的1个第2电介质层而连续地配置；上述多个第3电介质层包括具有第3膜厚的第3电介质层、以及分别具有比上述第3膜厚大或小的第4膜厚的2个第3电介质层；上述2个第3电介质层夹着上述多个第4电介质层中的1个第4电介质层而连续地配置。

在该光检测装置中，在第2膜厚比第1膜厚大、第4膜厚比第3膜厚大的情况下，进一步抑制多个峰值的线宽的不均匀，在第2膜厚比第1膜厚小、第4膜厚比第3膜厚小的情况下，进一步抑制多个峰值的间隔的不均匀。

(第6项目)

在有关第1至第5项目的任一项的光检测装置中，也可以是，上述第1折射率等于上述第3折射率；上述第2折射率等于上述第4折射率。

在该光检测装置中，能够得到与有关第1至第5项目的任一项的光检测装置同样的效果。

(第7项目)

在有关第1至第6项目的任一项的光检测装置中，也可以是，上述中间层包含从由硅、硅氮化物、钛氧化物、铌氧化物及钽氧化物构成的组中选择的至少1种。

在该光检测装置中，能够得到与有关第1至第6项目的任一项的光检测装置同样的效果。

(第8项目)

有关第8项目的光检测系统具备有关第2项目的光检测装置和信号处理电路。上述信号处理电路基于来自上述第1光检测元件的信号及来自上述第2光检测元件的信号，生成包含上述多个波长的信息的图像数据。

在该光检测系统中，能够生成包含多波长信息的图像数据。

(第9项目)

有关第9项目的滤波器阵列具备以二维排列的多个滤波器，上述多个滤波器包括第1滤波器及第2滤波器；上述第1滤波器及上述第2滤波器分别具有共振结构，该共振结构包括第1反射层、第2反射层以及上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有模数互不相同的多个共振模；从由上述第1滤波器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的至少1个与从由上述第2滤波器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的上述至少1个不同；上述滤波器阵列用于有关第1至第6项目的任一项的光检测装置。

在该滤波器阵列中，抑制分别包含于透射光谱的多个波长域中的多个峰值的线宽的不均匀及峰值间隔的不均匀的至少一方。

在本发明中，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分、或框图中的功能块的全部或一部分例如也可以由包括半导体装置、半导体集成电路(IC)或LSI(large scaleintegration)的1个或多个电子电路执行。LSI或IC既可以集成到1个芯片上，也可以将多个芯片组合而构成。例如，也可以将存储元件以外的功能块集成到1个芯片上。这里称作LSI或IC，但根据集成的程度而叫法变化，也可以称作系统LSI、VLSI(very large scaleintegration)或ULSI(ultra large scale integration)。也可以以相同的目的使用可在LSI的制造后编程的Field Programmable Gate Array(FPGA)、或能够进行LSI内部的接合关系的再构成或LSI内部的电路划分的设置的reconfigurable logic device。

进而，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分的功能或操作可以通过软件处理来执行。在此情况下，将软件记录到1个或多个ROM、光盘、硬盘驱动器等的非暂时性记录介质中，在软件被处理装置(processor)执行时，由该软件确定的功能被处理装置(processor)及周边装置执行。系统或装置也可以具备记录有软件的1个或多个非暂时性记录介质、处理装置(processor)及需要的硬件设备、例如接口。

以下，参照附图说明本发明的更具体的实施方式。但是，有将所需以上详细的说明省略的情况。例如，有将已经周知的事项的详细说明及对于实质上相同的结构的重复说明省略的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，使本领域技术人员的理解变得容易。另外，发明者们为了使本领域技术人员充分地理解本发明而提供附图及以下的说明，不是要由它们限定权利要求书所记载的主题。在以下的说明中，对于相同或类似的构成要素赋予相同的标号。

(实施方式)

<光检测系统>

首先，说明本实施方式的光检测系统。

图1是示意地表示例示性的实施方式的光检测系统400的图。光检测系统400具备光学系统40、滤波器阵列100C、图像传感器60和信号处理电路200。滤波器阵列100C具有与在专利文献1中公开的“编码元件”同样的功能。因此，也可以将滤波器阵列100C称作“编码元件”。光学系统40及滤波器阵列100C配置在从对象物70入射的光的光路上。

滤波器阵列100C具备以行及列状排列的透光性的多个区域。滤波器阵列100C是光的透射光谱即光透射率的波长依赖性根据区域而不同的光学元件。滤波器阵列100C将入射的光的强度调制而使其通过。滤波器阵列100C可以配置在图像传感器60的附近或紧上面。这里，“附近”是指以来自光学系统40的光的像以某种程度鲜明的状态形成在滤波器阵列100C的面上的程度接近。“紧上面”是指两者以几乎不发生间隙的程度接近。滤波器阵列100C及图像传感器60也可以被一体化。将具备滤波器阵列100C及图像传感器60的装置称作“光检测装置300”。

光学系统40包括至少1个透镜。在图1中表示为1个透镜，但光学系统40也可以由多个透镜的组合构成。光学系统40经由滤波器阵列100C在图像传感器60的摄像面上形成像。

信号处理电路200基于由图像传感器60取得的图像120，重构包括多波长的信息的多个分离图像220。关于多个分离图像220及信号处理电路200的图像信号的处理方法的详细情况在后面叙述。另外，信号处理电路200既可以组装到光检测装置300中，也可以是通过有线或无线与光检测装置300电连接的信号处理装置的构成要素。

<滤波器阵列>

以下，说明本实施方式的滤波器阵列100C。滤波器阵列100C被用在生成摄像对象的波长域所包含的多个波长域各自的图像的分光系统。在本说明书中，有将摄像对象的波长域称作“对象波长域”的情况。滤波器阵列100C配置在从对象物入射的光的光路中，将入射光的强度按每个波长进行调制并输出。将由滤波器阵列即编码元件进行的该过程在本说明书中称作“编码”。

图2A是示意地表示滤波器阵列100C的例子的图。滤波器阵列100C具有以二维排列的多个区域。在本说明书中，有将该区域称作“单元”的情况。在各区域中，配置有具有单独设定的透射光谱的滤波器。设入射光的波长为λ，透射光谱用函数T(λ)表示。透射光谱T(λ)可以取0以上1以下的值。关于滤波器的结构的详细情况在后面叙述。

在图2A所示的例子中，滤波器阵列100C具有被排列为6行8列的48个矩形区域。这只不过是例示，在实际用途中可以设置比这多的区域。其数量可以是与例如图像传感器等的通常的光检测器的像素数量相同程度。该像素数例如是几十万到几千万。在一例中，滤波器阵列100C配置在光检测器的紧上面，各区域可以以与光检测器的1个像素对应的方式配置。各区域例如与光检测器的1个像素对置。

图2B是表示包含于对象波长域中的多个波长域W1、W2、…、Wi各自的光的透射率的空间分布的一例的图。在图2B所示的例子中，各区域的浓淡的差异表示透射率的差异。越淡的区域其透射率越高，越浓的区域其透射率越低。如图2B所示，光透射率的空间分布根据波长域而不同。

图2C及图2D分别是表示图2A所示的滤波器阵列100C的多个区域所包含的区域A1及区域A2的透射光谱的例子的图。区域A1的透射光谱和区域A2的透射光谱相互不同。这样，滤波器阵列100C的透射光谱根据区域而不同。但是，并不需要一定是全部的区域的透射光谱不同。在滤波器阵列100C中，多个区域中的至少一部分区域的透射光谱相互不同。该至少一部分区域是2个以上的区域。即，滤波器阵列100C包括透射光谱相互不同的2个以上的滤波器。在一例中，滤波器阵列100C所包含的多个区域的透射光谱的样式的数量可以与包含于对象波长域中的波长域的数量i相同或是其以上。滤波器阵列100C也可以被设计为，一半以上的区域的透射光谱不同。

图3A及图3B是用来说明对象波长域W与包含于其中的多个波长域W1、W2、…、Wi的关系的图。对象波长域W根据用途可以设定为各种范围。对象波长域W例如可以是从约400nm到约700nm的可视光的波长域、从约700nm到约2500nm的近红外线的波长域、从约10nm到约400nm的近紫外线的波长域、或者中红外、远红外、太赫兹波或毫米波等的电波域。这样，使用的波长域并不限于可视光域。在本说明书中，并不限于可视光，而为了方便将近紫外线、近红外线及电波等非可视光也称作“光”。

在图3A所示的例子中，设i为4以上的任意的整数，设将对象波长域W进行i等分后的波长域分别为波长域W1、波长域W2、…、波长域Wi。但是，并不限定于这样的例子。包含于对象波长域W中的多个波长域也可以任意地设定。例如，也可以根据波长域将带宽设为不均匀。也可以在相邻的波长域之间有间隙。在图3B所示的例子中，根据波长域而带宽不同，并且在相邻的2个波长域之间有间隙。这样，多个波长域只要相互不同就可以，其决定方式是任意的。波长的分割数i也可以是3以下。

图4A是用来说明滤波器阵列100C的某区域的透射光谱的特性的图。在图4A所示的例子中，透射光谱关于对象波长域W内的波长具有多个极大值P1至极大值P5以及多个极小值。在图4A所示的例子中，以使对象波长域W内的光透射率的最大值为1、最小值为0的方式进行标准化。在图4A所示的例子中，在波长域W2及波长域Wi－1等的波长域中，透射光谱具有极大值。这样，在本实施方式中，各区域的透射光谱在多个波长域W1至波长域Wi中的至少2个波长域中具有极大值。根据图4A可知，极大值P1、极大值P3、极大值P4及极大值P5是0.5以上。

如以上这样，各区域的光透射率根据波长而不同。因而，滤波器阵列100C使入射的光中的某波长域的成分较多地透射，使其他波长域的成分几乎不透射。例如可以是，关于i个波长域中的k个波长域的光，透射率大于0.5，关于其余的i－k个波长域的光，透射率小于0.5。k是满足2≤k<i的整数。假如在入射光是均等地包含全部可视光的波长成分的白色光的情况下，滤波器阵列100C将入射光按每个区域调制为关于波长具有离散的多个强度的峰值的光，将这些多波长的光叠加并输出。

图4B是作为一例而表示将图4A所示的透射光谱按每个波长域W1、波长域W2、…、波长域Wi进行平均化的结果的图。通过将透射光谱T(λ)按每个波长域进行积分并除以该波长域的带宽而得到平均化的透射率。在本说明书中，将像这样按每个波长域平均化的透射率的值称作该波长域的透射率。在该例中，在取极大值P1、极大值P3及极大值P5的3个波长域中，透射率突出地变高。特别是，在取极大值P3及极大值P5的2个波长域中，透射率超过0.8。

各区域的透射光谱的波长方向的分辨率可以设定为希望的波长域的带宽左右。换言之，在透射光谱曲线中的包括1个极大值的波长范围中，可以将取最接近于该极大值的极小值与该极大值的平均值以上的值的范围的宽度设定为希望的波长域的带宽左右。在此情况下，如果将透射光谱例如通过傅里叶变换分解为频率成分，则相当于该波长域的频率成分的值相对变大。

滤波器阵列100C典型的是如图2A所示被分割为以栅格状划分的多个单元。这些单元具有互不相同的透射光谱。滤波器阵列100C中的各区域的光透射率的波长分布及空间分布例如可以是随机分布或准随机分布。

随机分布及准随机分布的考虑方式如下。首先，滤波器阵列100C的各区域根据光透射率可以考虑为例如具有0到1的值的向量要素。这里，在透射率为0的情况下，向量要素的值是0，在透射率为1的情况下，向量要素的值是1。换言之，可以将在行方向或列方向上排列为一列的区域的集合考虑为具有0到1的值的多维的向量。因而，滤波器阵列100C可以说在列方向或行方向上具备多维向量。此时，随机分布是指任意的2个多维向量独立即不平行。此外，准随机分布是指包括在一部分多维向量间不独立的构成。因而，在随机分布及准随机分布中，以包含于多个区域中的属于在1个行或列上排列的区域的集合的各区域中的第1波长域的光的透射率的值为要素的向量、和以属于在其他行或列上排列的区域的集合的各区域的第1波长域的光的透射率的值为要素的向量相互独立。关于与第1波长域不同的第2波长域也同样，以包含于多个区域中的属于在1个行或列上排列的区域的集合的各区域中的第2波长域的光的透射率的值为要素的向量、和以属于在其他行或列上排列的区域的集合的各区域的第2波长域的光的透射率的值为要素的向量相互独立。

在将滤波器阵列100C配置在图像传感器60的附近或者紧上面的情况下，作为滤波器阵列100C中的多个区域彼此的间隔的单元间距也可以与图像传感器60的像素间距大致一致。如果这样，则从滤波器阵列100C射出的被编码的光的像的分辨率与像素的分辨率大致一致。通过使透射了各单元的光仅入射到对应的1个像素，能够使后述的运算变得容易。在将滤波器阵列100C远离图像传感器60而配置的情况下，也可以对应于其距离而使单元间距变窄。

在图2A至图2D所示的例子中，设想了各区域的透射率可以取0以上且1以下的任意值的灰色标度的透射率分布。但是，并不需要必定设为灰色标度的透射率分布。例如，也可以采用各区域的透射率可以取大致0或大致1中的某值的二进制标度的透射率分布。在二进制标度的透射率分布中，各区域使对象波长域所包含的多个波长域中的至少2个波长域的光的大部分透射，不使其余的波长域的光的大部分透射。这里“大部分”是指大约80％以上。

也可以将全单元中的一部分、例如一半的单元替换为透明区域。这样的透明区域使包含于对象波长域中的全部的波长域W1到波长域Wi的光以相同程度的高透射率透射。该高透射率例如是0.8以上。在这样的结构中，多个透明区域例如可以配置为棋盘格状。即，在滤波器阵列100C的多个区域的2个排列方向上，可以交替地排列光透射率根据波长而不同的区域和透明区域。在图2A所示的例子中，2个排列方向是横向及纵向。

<信号处理电路>

接着，说明由图1所示的信号处理电路200基于图像120及滤波器阵列100C的每个波长的透射率的空间分布特性来重构多波长的分离图像220的方法。这里多波长是指比例如由通常的彩色相机取得的RGB3色的波长域多的波长域。该波长域的数量例如可以是从4到100个左右的数量。有将该波长域的数量称作“分光波段数”的情况。根据用途，分光波段数也可以超过100。

想要求出的数据是分离图像220，该数据被表示为f。如果将分光波段数表示为w，则f是将各波段的图像数据f₁、f₂、…、f_w合并的数据。如果将应求出的图像数据的x方向的像素数表示为n，将y方向的像素数表示为m，则图像数据f₁、f₂、…、f_w分别是n×m像素的二维数据的集合。因而，数据f是要素数n×m×w的三维数据。另一方面，由滤波器阵列100C编码及复用而取得的图像120的数据g的要素数是n×m。本实施方式的数据g可以通过以下的式(1)求出。

[数式1]

这里、f₁、f₂、…、f_w是具有n×m个要素的数据。因而，右边的向量严格地讲是n×m×w行1列的一维向量。关于向量g，变换为n×m行1列的一维向量而表示并计算。矩阵H表示将向量f的各成分f₁、f₂、…、f_w用按每个波长域而不同的编码信息进行编码及强度调制、并将它们相加的变换。因而，H是n×m行n×m×w列的矩阵。

另外，如果给出了向量g和矩阵H，则通过解式(1)的逆问题，就应该能够计算f。但是，由于求出的数据f的要素数n×m×w比取得数据g的要素数n×m多，所以该问题成为不良设定问题，不能直接求解。所以，本实施方式的信号处理电路200利用数据f所包含的图像的冗余性，使用压缩感测的方法来求解。具体而言，通过解以下的式(2)，来估计要求出的数据f。

[数式2]

这里、f’表示估计出的f的数据。上式的括号内的第1项表示估计结果Hf与取得数据g的偏差量、所谓的残差项。这里将平方和设为残差项，但也可以将绝对值或平方和平方根等设为残差项。括号内的第2项是后述的正规化项或稳定化项。式(2)是指求出使第1项与第2项之和最小化的f。信号处理电路200通过递归性的反复运算使解收敛，能够计算出最终的解f’。

式(2)的括号内的第1项是指求出取得数据g与将估计过程的f用矩阵H进行系统变换后的Hf的差分的平方和的运算。第2项的Φ(f)是f的正规化中的制约条件，是反映估计数据的稀疏信息的函数。作为作用，有使估计数据变得平滑或稳定的效果。正规化项例如可以用f的离散余弦变换(DCT)、小波变换、傅里叶变换或总变分(TV)等表示。例如，在使用总变分的情况下，能够取得抑制了观测数据g的噪声的影响的稳定的推测数据。各个正规化项的空间中的对象物70的稀疏性根据对象物70的纹理而不同。也可以选择对象物70的纹理在正规化项的空间中变得更稀疏的正规化项。或者，也可以在运算中包含多个正规化项。τ是权重系数。权重系数τ越大，则冗余性的数据的削减量越多，压缩的比例越高。权重系数τ越小，则向解的收敛性越弱。权重系数τ被设定为f某种程度收敛并且不成为过压缩的适度的值。

另外，这里表示了式(2)所示的使用压缩感测的运算例，但也可以使用其他的方法求解。例如，可以使用最大似然估计法或贝叶斯估计法等的其他的统计方法。此外，分离图像220的数量是任意的，各波长域也可以任意地设定。在专利文献1中公开了重构方法的详细情况。在本说明书中引用专利文献1的全部公开内容。

<具备法布里－珀罗滤波器的滤波器阵列>

接着，说明滤波器阵列100C的更具体的构造的例子。

图5是示意地表示例示性的实施方式的光检测装置300的剖视图。光检测装置300具备滤波器阵列100C和图像传感器60。

滤波器阵列100C具备以二维排列的多个滤波器100。多个滤波器100例如如图2A所示，以行及列状排列。图5示意地表示图2A所示的1个行的截面结构。多个滤波器100分别具备共振结构。共振结构是指某波长的光在内部形成驻波而稳定地存在的结构。有将该光的状态称作“共振模”的情况。图5所示的共振结构包括第1反射层28a、第2反射层28b以及第1反射层28a与第2反射层28b之间的中间层26。第1反射层28a及/或第2反射层28b可以由电介质多层膜或金属薄膜形成。中间层26可以由在特定的波长域中为透明的电介质或半导体形成。中间层26例如可以由从由硅、硅氮化物、钛氧化物、铌氧化物及钽氧化物构成的组中选择的至少1个形成。多个滤波器100的中间层26的折射率及/或厚度根据滤波器而不同。多个滤波器100各自的透射光谱在多个波长下具有透射率的极大值。该多个波长分别对应于上述共振结构中的模数不同的多个共振模。在本实施方式中，滤波器阵列100C中的全部的滤波器100具备上述共振结构。滤波器阵列100C也可以包括不具有上述共振结构的滤波器。例如，也可以在滤波器阵列100C中包括透明滤波器或ND滤波器(Neutral Density Filter：中性密度滤波器)等的不具有光透射率的波长依赖性的滤波器。在本发明中，多个滤波器100中的2个以上的滤波器100分别具备上述共振结构。

图像传感器60具备多个光检测元件60a。多个光检测元件60a分别与多个滤波器中的1个对置地配置。多个光检测元件60a分别对特定波长域的光具有灵敏度。该特定波长域相当于上述的对象波长域W。另外，在本发明中“对某波长域的光具有灵敏度”，是指具有检测该波长域的光所需要的实质上的灵敏度。例如，是指该波长域中的外部量子效率是1％以上。光检测元件60a的外部量子效率也可以是10％以上。光检测元件60a的外部量子效率也可以是20％以上。各滤波器100的光透射率取极大值的多个波长都包含于对象波长域W中。在以下的说明中，有将光检测元件60a称作“像素”的情况。

并不限于图5所示的例子，滤波器阵列100C和图像传感器60也可以分离。即使是该情况，多个光检测元件60a分别也配置在接受透射了多个滤波器中的1个的光的位置。也可以将各构成要素配置为，使透射了多个滤波器的光经由镜向多个光检测元件60a分别入射。在此情况下，多个光检测元件60a各自没有配置在多个滤波器中的1个滤波器的紧下面。

在本说明书中，有将具备上述的共振结构的滤波器100称作“法布里－珀罗滤波器”的情况。在本说明书中，有将具有极大值的透射光谱的部分称作“峰值”、将透射光谱具有极大值的波长称作“峰值波长”的情况。

接着，说明作为法布里－珀罗滤波器的滤波器100的透射光谱。

在滤波器100中，设中间层26的厚度为L，设折射率为n，设向滤波器100入射的光的入射角度为θ_i，设共振模的模数为m。m是1以上的整数。此时，滤波器100的透射光谱的峰值波长λ_m由以下的式(3)表示。

[数式3]

设对象波长域W中的最短波长为λ_i，设最长波长为λ_e。在本说明书中，将存在1个满足λ_i≤λ_m≤λ_e的m的滤波器100称作“单模滤波器”。将存在2个以上满足λ_i≤λ_m≤λ_e的m的滤波器100称作“多模滤波器”。以下，说明对象波长域W的最短波长是λ_i＝400nm、最长波长是λ_e＝700nm的情况下的例子。

例如，在厚度L＝300nm、折射率n＝1.0、垂直入射θ_i＝0°的滤波器100中，m＝1时的峰值波长是λ₁＝600nm，m≥2时的峰值波长是λ_m≥2≤300nm。因而，该滤波器100是在对象波长域W中包含1个峰值波长的单模滤波器。

另一方面，如果使厚度L大于300nm，则在对象波长域W中包含多个峰值波长。例如，在厚度L＝3000nm、n＝1.0、垂直入射θ_i＝0的滤波器100中，1≤m≤8时的峰值波长是λ_1≤m≤8≥750nm，9≤m≤15时的峰值波长是400nm≤λ_9≤m≤15≤700nm，m≥16时的峰值波长是λ_m≥16≤375nm。因而，该滤波器100是在对象波长域W中包含7个峰值波长的多模滤波器。

如以上这样，通过适当地设计滤波器100的中间层26的厚度，能够实现多模滤波器。也可以代替中间层26的厚度而适当地设计滤波器100的中间层26的折射率。或者，也可以适当地设计滤波器100的中间层26的厚度及折射率双方。

图6是示意地表示透射光谱互不相同的多个多模滤波器分别配置在作为多个光检测元件60a的多个像素上的情况下的各像素中的透射光谱的例子的图。在图6中例示了像素A、像素B及像素C中的透射光谱。多个多模滤波器被设计为，按每个像素而峰值波长稍稍不同。这样的设计可以通过使式(3)中的厚度L及/或折射率n稍稍变化来实现。在此情况下，在各像素中，在对象波长域W中出现多个峰值。该多个峰值各自的模数在各像素60a中相同。图6所示的多个峰值的模数是m、m+1及m+2。本实施方式的光检测装置300能够同时检测按每个像素而不同的多个峰值波长的光。

接着，说明第1反射层28a及第2反射层28b分别由电介质多层膜形成的例子。

图7A是示意地表示作为包含通常的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的滤波器1000的例子的图。滤波器1000设置在基板80上。第1反射层28a及第2反射层28b分别由电介质多层膜形成。即，第1反射层28a及第2反射层28b分别具备：作为具有多个低折射率的电介质层的低折射率层27l和作为具有多个高折射率的电介质层的高折射率层27h交替地配置的结构。多个低折射率层27l分别具有折射率n_l，多个高折射率层27h分别具有比折射率n_l高的折射率n_h。第1反射层28a中的低折射率层27l和第2反射层28b中的低折射率层27l既可以具有相同的折射率，也可以具有不同的折射率。第1反射层28a中的高折射率层27h和第2反射层28b中的高折射率层27h既可以具有相同的折射率，也可以具有不同的折射率。另外，在本说明书中，有将第1反射层28a中的低折射率层27l称作“第1电介质层”、将第1反射层28a中的高折射率层27h称作“第2电介质层”、将第2反射层28b中的低折射率层27l称作“第3电介质层”、将第2反射层28b中的高折射率层27h称作“第4电介质层”的情况。有将第1反射层28a中的低折射率层27l的折射率称作“第1折射率”、将第1反射层28a中的高折射率层27h的折射率称作“第2折射率”、将第2反射层28b中的低折射率层27l的折射率称作“第3折射率”、将第2反射层28b中的高折射率层27h的折射率称作“第4折射率”的情况。

电介质多层膜具备多个成对层。1个成对层包括1个低折射率层27l及1个高折射率层27h。在图7A所示的例子中，第1反射层28a及第2反射层28b分别具备包括8层折射率层的4个成对层。在图7A所示的例子中，为了在对象波长域W内的特定的波长λ₀下得到较高的反射率，将高折射率层27h的厚度设定为t_h＝λ₀/(4n_h)，将低折射率层27l的厚度设定为t_l＝λ₀/(4n_l)。换言之，高折射率层27h的厚度t_h的光学长度及低折射率层27l的厚度t_l的光学长度是λ₀/4。这里光学长度是指对厚度乘以折射率而得到的值。特定的波长λ₀例如可以设定为对象波长域W的中心波长(λ_i+λ_e)/2。

图7B是表示图7A所示的滤波器1000的透射光谱的图。在该例中，低折射率层27l由二氧化硅形成，高折射率层27h由二氧化钛形成。中间层26由二氧化钛形成。在透射光谱的计算中，使用RSoft公司的基于严格耦合波理论(RCWA：Rigorous Coupled－WaveAnalysis)的DiffractMOD。如图7B所示，在对象波长域W中呈现多个峰值。这里，为了简单，在对象波长域W中，不考虑从400nm到460nm以及从680nm到700nm的透射率较高的部分。多个峰值的线宽及峰值间隔不均匀。在图7B所示的例子中，对象波长域W的中央附近的峰值的线宽较窄，如果从对象波长域W的中央远离，则峰值的线宽变宽，此外，在短波长侧，峰值间隔较窄，在长波长侧，峰值间隔变宽。峰值的线宽与入射到滤波器1000中的光被限制在中间层26中的时间有关。入射到滤波器1000中的光在通过第1反射层28a及第2反射层28b的反射在一定时间中被限制在中间层26中之后，被向基板80侧射出。峰值的线宽越窄，入射光被限制在滤波器1000内的时间越长。相反，峰值的线宽越宽，入射光被限制在滤波器1000内的时间越短。在通常的电介质多层膜中，对象波长域W的中心波长λ₀下的反射率最高，如果从对象波长域W的中央远离，则反射率减小。换言之，通常的电介质多层膜中的反射率在对象波长域W中是不均匀的。因此，入射光被限制在滤波器1000内的时间根据波长而不同。结果，对象波长域W中的多个峰值的线宽不会均匀。峰值的间隔根据式(3)的关系决定。通常，在法布里－珀罗滤波器中，峰值间隔即λ_m―λ_m+1与中间层的光学长度的倒数和波长的平方成比例。在图7B所示的例子中，由于对象波长域W内的光通过第1反射层28a及第2反射层28b的反射被限制在中间层26中，所以中间层的光学长度由中间层26的折射率与膜厚的乘积唯一地决定，峰值间隔与波长的平方成比例。结果，在短波长侧，峰值间隔变窄，在长波长侧，峰值间隔变宽，对象波长域W中的多个峰值的间隔不会均匀。

如果对象波长域W中的多个峰值的线宽及峰值间隔是不均匀的，则可能发生以下的问题。由像素检测的峰值的光量相当于在峰值的线宽的范围内将透射率进行积分的值。如果峰值的线宽较窄或峰值间隔较宽，则光量变少。因此，根据像素的灵敏度，有在分离图像220的重构的运算处理时波长信息丢失的情况。结果，分离图像220的空间分辨率可能下降。相反，如果峰值的线宽较宽或峰值间隔较窄，则光量变多。由此，能得到有效的光量，另一方面，分离图像220的波长分辨率可能下降。

本发明者们发现了上述课题，想到新的法布里－珀罗滤波器的结构。以下，说明抑制对象波长域W中的多个峰值的线宽的不均匀及峰值间隔的法布里－珀罗滤波器的例子。

图8A是示意地表示作为包括多个成对层的厚度被线性地调制的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的滤波器100的例子的图。多个成对层的厚度在层叠方向上逐渐增加或减小的电介质多层膜也被称作“啁啾镜(chirped mirror)”。在图8A所示的例子中，与图7所示的例子不同，在第1反射层28a及第2反射层28b各自中，多个高折射率层27h的厚度及多个低折射率层27l的厚度不均匀。即，在第1反射层28a及第2反射层28b各自中，低折射率层27l的至少2个具有相互不同的厚度，高折射率层27h的至少2个具有相互不同的厚度。在第1反射层28a及第2反射层28b各自中，多个低折射率层27l各自的光学长度等于与低折射率层27l相邻的高折射率层27h的光学长度。图8A所示的电介质多层膜例如可以被设计为将波长λ_s到波长λ_l的波长域的光反射。波长λ_l比波长λ_s长。在第1反射层28a及第2反射层28b各自中，如果将多个成对层以距中间层26从远到近的顺序如从n＝0到n＝3那样赋予编号，则高折射率层27h的厚度是t_h(n)＝[λ_s+n(λ_l－λ_s)/3]/(4n_h)，低折射率层27l的厚度是t_l(n)＝[λ_s+n(λ_l－λ_s)/3]/(4n_l)。这样，在第1反射层28a及第2反射层28b各自中，高折射率层27h的厚度t_h(n)及低折射率层27l的厚度t_l(n)双方都从λ_s/4到λ_l/4被线性地调制。以下，设为波长λ_s＝350nm及波长λ_l＝700nm。此时，成对层的各厚度的光学长度从λ_s/4＝87.5nm到λ_l/4＝175nm线性地变化。另外，也可以设为波长λ_s＝λ_i及波长λ_l＝λ_e。

在图8A所示的例子中，较细的线的第1环29a及较粗的线的第2环29b分别表示被限制在滤波器100内的波长λ_s及波长λ_l的光。波长λ_s的光被第1反射层28a中的入射面侧的成对层和第2反射层28b中的基板80侧的成对层反射。波长λ_l的光被第1反射层28a中的中间层26侧的成对层和第2反射层28b中的中间层26侧的成对层反射。这样，入射光被与其波长对应的成对层反射。由此，电介质多层膜的对象波长域W中的反射率的不均匀被抑制。

图8B是表示图8A所示的滤波器100的透射光谱的图。在图8B所示的例子中，与图7B所示的例子不同，在对象波长域W整体中能得到多个峰值。进而，对象波长域W的中央附近的峰值的线宽变宽到与最短波长λ_i接近的峰值的线宽相同程度。这样，对象波长域W中的多个峰值的线宽的均匀性得到改善。另一方面，距最长波长λ_e较近的峰值的线宽比对象波长域W的中央附近的峰值的线宽及距最短波长λ_i较近的峰值的线宽宽。考虑其原因如下。被限制在滤波器100内的光的强度分布在第1反射层28a及第2反射层28b中沿着远离中间层26的方向减小。当被限制在滤波器100内的光的波长较短时，光的强度分布急剧地减小，当该波长较长时，光的强度分布有平缓地减小的趋势。因而，光的限制变得不充分，所以长波长的光在滤波器100内被限制的时间变短。结果，距最长波长λ_e较近的峰值的线宽有变宽的趋势。

所以，说明将长波长的光被限制的时间加长的法布里－珀罗滤波器的例子。

图9A是示意地表示作为包括多个成对层的厚度被非线性地调制的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的滤波器100的例子的图。与图8A所示的例子相比，在中间层26的两侧新追加了各厚度的光学长度为λ_l/4的成对层。第1反射层28a及第2反射层28b分别具备包括10层折射率层的5个成对层。这里，在第1反射层28a及第2反射层28各自中，将多个成对层以距中间层26从远到近的顺序，如从n＝0到n＝4那样赋予编号。于是，在n＝0至n＝3中，高折射率层27h的厚度是t_h(n)＝[λ_s+n(λ_l－λ_s)/3]/(4n_h)，低折射率层27l的厚度是t_l(n)＝[λ_s+n(λ_l－λ_s)/3]/(4n_l)。在n＝4，高折射率层27h的厚度是λ_l/(4n_h)，低折射率层27l的厚度是λ_l/(4n_l)。即，从n＝0到n＝3，高折射率层27h的厚度及低折射率层27l的厚度线性地变化，n＝4下的高折射率层27h的厚度及低折射率层27l的厚度分别等于n＝3下的高折射率层27h的厚度及低折射率层27l的厚度。换言之，在第1反射层28a中，多个低折射率层27l中的距中间层26最近的层的厚度及距中间层26第2近的层的厚度相等。在第1反射层28a中，多个高折射率层27h中的距中间层26最近的层的厚度及距中间层26第2近的层的厚度相等。同样，在第2反射层28b中，多个低折射率层27l中的距中间层26最近的层的厚度及距中间层26第2近的层的厚度相等。在第2反射层28b中，多个高折射率层27h中的距中间层26最近的层的厚度及距中间层26第2近的层的厚度相等。这样，在第1反射层28a中，多个低折射率层27l包括具有第1膜厚的低折射率层27l和具有比第1膜厚大的第2膜厚的低折射率层27l重复2层以上的部分。在第2反射层28b中，多个低折射率层27l包括具有第3膜厚的低折射率层27l和具有比第3膜厚大的第4膜厚的低折射率层27l重复2层以上的部分。关于第1反射层28a及第2反射层28b中的多个高折射率层27h也是同样的。

如以上这样，高折射率层27h的厚度及低折射率层27l的厚度作为整体被非线性地调制。在图9A所示的例子中，与图8A所示的例子相比，在第1反射层28a及第2反射层28b各自与中间层26之间，新追加了各厚度的光学长度为λ_l/4的1个成对层。由此，长波长的光被中间层26附近的各厚度的光学长度为λ_l/4的2个成对层比图8A所示的例子更强地反射。结果，在滤波器100内长波长的光被限制的时间变长。因此，能够期待距最长波长λ_e较近的峰值的线宽变窄。

图9B是表示图9A所示的滤波器100的透射光谱的图。在图9B所示的例子中，与图8B所示的例子不同，距最长波长λ_e较近的峰值的线宽变窄。这样，通过多个成对层的厚度被非线性地调制的电介质多层膜，对象波长域W中的多个峰值的线宽变得更均匀。

在图9B所示的例子中，在电介质多层膜中，对厚度被线性地调制后的多个成对层新追加了1个成对层，但并不限定于这样的结构。例如，也可以是，在第1反射层28a及第2反射层28b各自中，随着接近于中间层26，多个成对层的厚度的光学长度从λ_i/4渐进地增加到λ_e/4。换言之，也可以随着接近于中间层26，多个成对层的厚度的光学长度的增加率变得平缓。

另外，也可以不是第1反射层28a的全部，而是在至少一部分中，多个低折射率层27l各自的厚度及多个高折射率层27h各自的厚度沿着远离中间层26而朝向入射面的方向逐渐减小。同样，也可以不是第2反射层28b的全部，而是在至少一部分中，多个低折射率层27l各自的厚度及多个高折射率层27h各自的厚度沿着远离中间层26而朝向基板80的方向逐渐减小。

接着，说明电介质多层膜的多个成对层的厚度变化的方向与对象波长域W中的峰值的数量的关系。

图10A至图10D是示意地表示作为包括多个成对层的厚度在不同的方向上被非线性地调制后的电介质多层膜的法布里－珀罗滤波器的滤波器100的例子的图。图10B与图9A相同。

在图10A所示的例子中，从入射面朝向中间层26，第1反射层28a的多个成对层的厚度非线性地增加，从中间层26朝向基板80，第2反射层28b的多个成对层的厚度非线性地增加。如由第1环29a表示那样，波长λ_s的光被第1反射层28a中的入射面侧的成对层和第2反射层28b中的中间层26侧的成对层限制。如由第2环29b表示那样，波长λ_l的光被第1反射层28a中的中间层26侧的成对层和第2反射层28b中的基板80侧的成对层限制。

在图10B所示的例子中，从入射面朝向中间层26，第1反射层28a的多个成对层的厚度非线性地增加，从中间层26朝向基板80，第2反射层28b的多个成对层的厚度非线性地减小。如由第1环29a表示那样，波长λ_s的光被第1反射层28a中的入射面侧的成对层和第2反射层28b中的基板80侧的成对层限制。如由第2环29b表示那样，波长λ_l的光被第1反射层28a中的中间层26侧的成对层和第2反射层28b中的中间层26侧的成对层限制。

在图10C所示的例子中，从入射面朝向中间层26，第1反射层28a的多个成对层的厚度非线性地减小，从中间层26朝向基板80，第2反射层28b的多个成对层的厚度非线性地减小。如由第1环29a表示那样，波长λ_s的光被第1反射层28a中的中间层26侧的成对层和第2反射层28b中的基板80侧的成对层限制。如由第2环29b表示那样，波长λ_l的光被第1反射层28a中的入射面侧的成对层和第2反射层28b中的中间层26侧的成对层限制。

在图10D所示的例子中，从光的入射面朝向中间层26，第1反射层28a的多个成对层的厚度非线性地减小，从中间层26朝向基板80，第2反射层28b的多个成对层的厚度非线性地增加。如由第1环29a表示那样，波长λ_s的光被第1反射层28a中的中间层26侧的成对层和第2反射层28b中的中间层26侧的成对层限制。如由第2环29b表示那样，波长λ_l的光被第1反射层28a中的入射面侧的成对层和第2反射层28b中的基板80侧的成对层限制。此时，在波长λ_s的光和波长λ_l的光中，中间层的光学长度不同。即，对于波长λs的光，仅中间层26为法布里－珀罗滤波器的中间层，相对于此，对于波长λl的光，被第1反射层28a中的入射面侧的成对层和第2反射层28b中的基板80侧的成对层夹着的区域为法布里－珀罗滤波器的实质性的中间层。即，越是长波长的光则法布里－珀罗滤波器的中间层的光学长度越长，由此与波长的平方成比例的峰值间隔的扩大和由中间层的光学长度的倒数变小带来的峰值间隔的缩小相互抵消，对象波长域W的多个峰值的间隔变得更均匀。

如图10A至图10D所示，入射光被第1反射层28a及第2反射层28b的与该波长对应的成对层反射。由此，入射光被限制在滤波器100内的区域根据入射光的波长而变化。即，通过调制多个成对层的厚度，能够根据入射光的波长使中间层26的实质上的厚度变化。

图11A至图11D分别是表示图10A至图10D所示的滤波器100的透射光谱的图。图11B与图9B相同。在图11A至图11D所示的例子中，对象波长域W中的峰值的数量分别是8个、9个、8个及7个。由此，在第1反射层28a及第2反射层28b各自中，当多个成对层的厚度在从中间层26朝向外侧的方向上非线性地减小时，在对象波长域W中能够得到最多的峰值。

表1表示第1反射层28a及第2反射层28b中的多个成对层的厚度的变化与对象波长域W中的峰值数的关系。

[表1]

如果包含于滤波器阵列100C中的各滤波器100在对象波长域W中具有较多的峰值，则能够更高精度地重构分离图像220。确实如上述那样，根据式(3)，使中间层26的厚度L越增加，对象波长域W中的峰值的数量越多。但是，如果使中间层26变厚，则光检测装置300的滤波器100的纵横比增加。这样的光检测装置300的制作有可能不容易。对于这一点，通过在电介质多层膜中调整多个成对层的厚度变化的方向而使对象波长域W中的峰值的数量增加时，光检测装置300的制作变得容易。

如以上这样，通过将电介质多层膜的多个成对层的厚度线性或非线性地调制，能够提高对象波长域W中的多个峰值的线宽的均匀性。由此，能够提高超光谱相机的空间分辨率及波长分辨率。

接着，说明图5所示的光检测装置300的变形例。

图12A至图12F是示意地表示图5所示的光检测装置300的变形例的图。

如图12A所示，在滤波器阵列100C中，也可以将多个滤波器100分割。不需要将全部的滤波器100分割。也可以将一部分的滤波器100分割。

如图12B所示，也可以在一部分像素上不配置滤波器100。换言之，在滤波器阵列100C中，多个滤波器100中的至少1个也可以是透明的。

如图12C所示，也可以在滤波器阵列100C与图像传感器60之间设置空间。换言之，滤波器阵列100C和图像传感器60也可以隔着空间而分离。

如图12D所示，也可以将1个滤波器100跨多个像素上而配置。换言之，中间层26也可以跨2个以上的像素而连续地设置。第1反射层28a及/或第2反射层28b也可以跨2个以上的滤波器100而连续地设置。

如图12E及图12F所示，也可以配置透明层27，使滤波器阵列100C的阶差平坦化。换言之，滤波器阵列100C也可以还具备使具备上述的共振结构的2个以上的滤波器100的阶差平坦化的透明层27。在图12E所示的例子中，在滤波器阵列100C的第2反射层28b的上表面存在阶差。在图12F所示的例子中，在滤波器阵列100C的第1反射层28a的下表面存在阶差。通过由透明层27使2个以上的滤波器100的阶差平坦化，容易在透明层27上配置其他部件。

如图12E及图12F所示，也可以在滤波器阵列100C上配置多个微透镜40a。多个微透镜40a分别配置在多个滤波器100中的1个滤波器100上。换言之，滤波器阵列100C还具备2个以上的微透镜40a。2个以上的微透镜40a分别配置在具备上述的共振结构的2个以上的滤波器100中的1个滤波器上。通过由2个以上的微透镜40a将入射光聚光，能够高效地检测光。

产业上的可利用性

本发明的光检测装置及滤波器阵列例如对于取得多波长的二维图像的相机及测量机器是有用的。本发明的光检测装置及滤波器阵列也能够应用于面向生物体/医疗/美容的感测、食品的异物/残留农药检查系统、遥感系统及车载感测系统等中。

标号说明

26 中间层

27h 高折射率层

27l 低折射率层

28a 第1反射层

28b 第2反射层

40 光学系统

40a 微透镜

60a 光检测元件

70 对象物

80 基板

100 滤波器

100C 滤波器阵列

120 图像

200 信号处理电路

220 分离图像

300 光检测装置

Claims

1.一种光检测装置，其中，具备：

滤波器阵列，包括以二维排列的多个滤波器；以及

图像传感器；

上述滤波器阵列中，

上述多个滤波器包括第1滤波器及第2滤波器，

上述第1滤波器及上述第2滤波器分别具有共振结构，该共振结构包括第1反射层、第2反射层以及上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有模数互不相同的多个共振模，

从由上述第1滤波器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的至少1个与从由上述第2滤波器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的上述至少1个不同；

上述图像传感器包括：第1光检测元件，配置在接受透射了上述第1滤波器的光的位置；以及第2光检测元件，配置在接受透射了上述第2滤波器的光的位置；

上述第1反射层包括：

多个第1电介质层，分别具有第1折射率；以及

多个第2电介质层，分别具有比上述第1折射率高的第2折射率；

在上述第1反射层中，上述多个第1电介质层和上述多个第2电介质层交替地配置；

上述多个第1电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度；

上述多个第2电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度；

上述第2反射层包括：

多个第3电介质层，分别具有第3折射率；以及

多个第4电介质层，分别具有比上述第3折射率高的第4折射率；

在上述第2反射层中，上述多个第3电介质层和上述多个第4电介质层交替地配置；

上述多个第3电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度；

上述多个第4电介质层中的至少2个具有互不相同的厚度。

2.如权利要求1所述的光检测装置，其中，

上述第1滤波器及上述第2滤波器各自的透射光谱在包含于某波长域中的多个波长的每一个波长下具有透射率的极大值；

上述多个波长分别对应于上述多个共振模；

上述第1光检测元件及上述第2光检测元件分别对上述波长域的光具有灵敏度。

3.如权利要求1或2所述的光检测装置，其中，

上述多个第1电介质层各自的光学长度等于上述多个第2电介质层中的与上述多个第1电介质层各自相邻的第2电介质层的光学长度；

上述多个第3电介质层各自的光学长度等于上述多个第4电介质层中的与上述多个第3电介质层各自相邻的第4电介质层的光学长度。

4.如权利要求1～3中任一项所述的光检测装置，其中，

在上述第1反射层的至少一部分中，上述多个第1电介质层各自的厚度及上述多个第2电介质层各自的厚度沿着远离上述中间层的第1方向渐减或渐增；

在上述第2反射层的至少一部分中，上述多个第3电介质层各自的厚度及上述多个第4电介质层各自的厚度沿着与上述第1方向相反的第2方向渐减或渐增。

5.如权利要求4所述的光检测装置，其中，

上述多个第1电介质层包括具有第1膜厚的第1电介质层、以及分别具有比上述第1膜厚大或小的第2膜厚的2个第1电介质层；

上述2个第1电介质层夹着上述多个第2电介质层中的1个第2电介质层而连续地配置；

上述多个第3电介质层包括具有第3膜厚的第3电介质层、以及分别具有比上述第3膜厚大或小的第4膜厚的2个第3电介质层；

上述2个第3电介质层夹着上述多个第4电介质层中的1个第4电介质层而连续地配置。

6.如权利要求1～5中任一项所述的光检测装置，其中，

上述第1折射率等于上述第3折射率；

上述第2折射率等于上述第4折射率。

7.如权利要求1～6中任一项所述的光检测装置，其中，

上述中间层包含从由硅、硅氮化物、钛氧化物、铌氧化物及钽氧化物构成的组中选择的至少1种。

8.一种光检测系统，其中，具备：

权利要求2所述的光检测装置；以及

信号处理电路；

上述信号处理电路基于来自上述第1光检测元件的信号以及来自上述第2光检测元件的信号，生成包含上述多个波长的信息的图像数据。

9.一种滤波器阵列，其中，

具备以二维排列的多个滤波器；

上述多个滤波器包括第1滤波器及第2滤波器；

上述第1滤波器及上述第2滤波器分别具有共振结构，该共振结构包括第1反射层、第2反射层以及上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有模数互不相同的多个共振模；

上述滤波器阵列用于权利要求1～7中任一项所述的光检测装置。