CN116324351A - 光检测装置、结构体的制造方法及光检测装置的制造方法 - Google Patents

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石川笃
细川誓
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Abstract

光检测装置(300)具备：滤波器阵列(10)，包括分别具有光入射面及光射出面、并且二维地排列的多个滤波器，上述多个滤波器包括具有相互不同的透射光谱的多个种类的滤波器；以及图像传感器(60)，具有与上述光射出面对置的光检测面，具备沿着上述光检测面二维地排列的多个光检测元件；上述光射出面与上述光检测面的距离按每个上述滤波器而不同。

Description

光检测装置、结构体的制造方法及光检测装置的制造方法
技术领域
本公开涉及光检测装置、结构体的制造方法及光检测装置的制造方法。
背景技术
通过利用分别为窄带的许多个波段、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为“高光谱相机”。高光谱相机利用于食品检查、生物体检查、医药品开发及矿物的成分分析等各种领域。
专利文献1公开了利用压缩感测的高光谱摄像装置的例子。该摄像装置具备：编码元件，其为光透射率的波长依赖性互不相同的多个光学滤波器的阵列；图像传感器，检测透射了编码元件的光；以及信号处理电路。在将被摄体与图像传感器连结的光路上配置编码元件。图像传感器通过按每个像素同时检测叠加有多个波长域的成分的光，取得1个波长复用图像。信号处理电路利用编码元件的分光透射率(spectral transmittance)的空间分布的信息对所取得的波长复用图像应用压缩感测，从而生成关于多个波长域各自的图像数据。在专利文献1所公开的摄像装置中，使用在对象波长域内具有两个以上的透射率的峰值(即极大值)的光学滤波器阵列作为编码元件。
专利文献2公开了在反射层中使用电介质多层膜的法布里－珀罗共振器的滤波器阵列的例子。专利文献3至5公开了滤波器阵列和图像传感器的配置的例子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第9599511号说明书
专利文献2：美国专利第9466628号说明书
专利文献3：日本特表2013－512445号公报
专利文献4：日本特开昭63－151076号公报
专利文献5：日本特开昭59－218770号公报
发明内容
本公开提供一种能够提高摄像特性的光检测装置。
有关本公开的一技术方案的光检测装置具备：滤波器阵列，包括分别具有光入射面及光射出面、并且二维地排列的多个滤波器，上述多个滤波器包括具有相互不同的透射光谱的多个种类的滤波器；以及图像传感器，具有与上述光射出面对置的光检测面，具备沿着上述光检测面二维地排列的多个光检测元件；上述光射出面与上述光检测面的距离按每个上述滤波器而不同。
本公开的包含性或具体的形态也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的记录介质实现，也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序及计算机可读取的记录介质的任意的组合实现。计算机可读取的记录介质例如包括CD－ROM(Compact Disc—Read Only Memory)等的非易失性的记录介质。装置也可以由1个以上的装置构成。在装置由两个以上的装置构成的情况下，该两个以上的装置既可以配置在1个设备内，也可以分开配置在分离的两个以上的设备内。在本说明书及权利要求书中，“装置”不仅可以指1个装置，还可以指由多个装置构成的系统。
根据本公开的技术，能够提高例如高光谱相机等的光检测装置的摄像特性。
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是示意地表示例示性的实施方式的滤波器阵列的例子的图。
图2B是表示对象波长域中包含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所示的滤波器阵列中包含的某滤波器的透射光谱的例子的图。
图2D是表示图2A所示的滤波器阵列中包含的另一滤波器的透射光谱的例子的图。
图3A是用来说明对象波长域与其中包含的多个波长域的关系的一例的图。
图3B是用来说明对象波长域与其中包含的多个波长域的关系的另一例的图。
图4A是用来说明滤波器阵列中的某滤波器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平均化的结果的图。
图5A是示意地表示本公开的实施方式的滤波器阵列的第1例的剖视图。
图5B是示意地表示本公开的实施方式的滤波器阵列的第2例的剖视图。
图5C是示意地表示本公开的实施方式的滤波器阵列的第3例的剖视图。
图6是表示光垂直地入射的情况下的两侧DBR结构及单侧DBR结构的光的透射光谱的例子的图。
图7是表示本公开的实施方式的光检测装置的第1例的剖视图。
图8是表示具备折射率相同的两个介质及位于其之间的空气的间隙层的构成的透射光谱的曲线图。
图9A是示意地表示图7所示的光检测装置的变形例的图。
图9B是示意地表示图7所示的光检测装置的另一变形例的图。
图10是示意地表示光检测装置的第2例的剖视图。
图11是示意地表示光检测装置的第3例的剖视图。
图12是示意地表示光检测装置的第4例的剖视图。
图13是示意地表示光检测装置的第5例的平面图。
图14是示意地表示在XY平面中使滤波器阵列相对于图像传感器从0°到45°以每5°的角度旋转的构成的平面图。
图15A是示意地表示光检测装置的第6例的剖视图。
图15B是表示从图15A所示的光检测装置将滤波器阵列及基板去除后的状态的剖视图。
图15C是示意地表示图15B所示的双面胶带30的配置的另一例的平面图。
图16A是示意地表示光检测装置的第7例的剖视图。
图16B是表示从图16A所示的光检测装置将滤波器阵列及基板去除后的状态的平面图。
图16C是示意地表示图16B所示的多个间隔件的配置的另一例的平面图。
图16D是示意地表示图16B所示的多个间隔件的配置的再另一例的平面图。
图16E是示意地表示图16B所示的多个间隔件的配置的再另一例的平面图。
图17A是用来说明间隔件的形成方法的工序的例子的图。
图17B是用来说明间隔件的形成方法的工序的例子的图。
图17C是用来说明间隔件的形成方法的工序的例子的图。
图17D是用来说明间隔件的形成方法的工序的例子的图。
图18A是用来说明将滤波器阵列与图像传感器贴合的方法的工序的例子的图。
图18B是用来说明将滤波器阵列与图像传感器贴合的方法的工序的例子的图。
图18C是用来说明将滤波器阵列与图像传感器贴合的方法的工序的例子的图。
图19是示意地表示光检测装置的第8例的剖视图。
图20是示意地表示光检测装置的第9例的剖视图。
图21是示意地表示红色滤波器、绿色滤波器及蓝色滤波器的透射光谱的图。
图22是示意地表示光检测装置的第10例的剖视图。
图23A是示意地表示图22所示的光检测装置的变形例的剖视图。
图23B是示意地表示图22所示的光检测装置的另一变形例的剖视图。
图24A是示意地表示光检测装置的第11例的剖视图。
图24B是示意地表示光检测装置的第12例的剖视图。
图24C是示意地表示光检测装置的第13例的剖视图。
图25是示意地表示光检测装置的第14例的剖视图。
图26是示意地表示光检测装置的第15例的剖视图。
图27是示意地表示光检测装置的第16例的剖视图。
图28是示意地表示光检测装置的第17例的剖视图。
图29是示意地表示光检测装置的第18例的剖视图。
图30是示意地表示光检测装置的第19例的剖视图。
图31是示意地表示光检测装置的第20例的剖视图。
具体实施方式
以下，说明本公开的例示性的实施方式。另外，以下说明的实施方式都表示包含性或具体的例子。因而，在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，不是限定本公开的意思。并且，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。此外，各图是示意图，并不一定是严密地图示的。进而，在各图中有对于实质上相同的构成赋予相同的标号而将重复的说明省略或简化的情况。
在说明本公开的实施方式之前，说明作为本公开的基础的认识。
专利文献1公开了能够生成高析像度的多波长图像即关于多个波长域各自的图像的摄像装置。在该摄像装置中，由被称为“编码元件”的光学元件将来自对象物的光的像进行编码而拍摄。编码元件例如具有二维地排列的多个区域。该多个区域中的至少两个区域各自的透射光谱在摄像对象的波长域内的多个波长域中分别具有透射率的极大值。多个区域例如可以与图像传感器的多个像素分别对应而配置。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，通过拍摄取得的图像数据是波长信息被压缩的压缩图像数据。因而，持有二维数据就足够，能够抑制数据量。例如，即使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。多波长图像通过根据拍摄取得的图像重构与多个波长域分别对应的多个图像而生成。
编码元件例如可以由包括二维地排列的多个滤波器的滤波器阵列实现。多个滤波器分别例如可以具备包括干涉层的所谓法布里－珀罗共振器的结构。作为法布里－珀罗共振器，例如可以采用专利文献2中公开的结构。多个滤波器可以设计为，使各滤波器的透射光谱在摄像对象的波长域中具有多个峰值。干涉层的厚度不同的多个滤波器具有相互不同的透射光谱。
透射了滤波器阵列的光被图像传感器检测到。专利文献3至5公开了滤波器阵列及图像传感器的配置的例子。在专利文献3所公开的配置中，在图像传感器上集成有滤波器阵列。在这样的构成中，如果变更滤波器阵列的构成，则制造工序也变更，所以结果成本会变高。在专利文献4所公开的配置中，滤波器阵列及图像传感器以在它们之间有间隙的状态被粘接。在这样的构成中，通过在滤波器阵列与图像传感器之间发生的光的干涉，在摄像图像中出现牛顿环等的干涉条纹。结果，摄像特性下降。在专利文献5所公开的配置中，滤波器阵列及图像传感器以在它们之间没有间隙的状态被粘接。但是，在滤波器阵列及/或图像传感器具有翘曲的情况下，即使要在没有间隙的状态下粘接，也有可能出现间隙。
根据以上的研究，本公开的发明人想到了能够以低成本抑制因光的干涉带来的摄像特性的下降的滤波器阵列及图像传感器的配置。本公开的实施方式的光检测装置具备：滤波器阵列，具有光入射面及其相反侧的光射出面；以及图像传感器，具有与该光射出面对置的光检测面。滤波器阵列具备在特定的波长域内透射光谱相互不同的多个种类的滤波器。光射出面与光检测面的距离根据滤波器的透射光谱而不同。通过光射出面与光检测面的距离不均匀，能够抑制在摄像图像中出现干涉条纹的影响。结果，能够提高摄像特性。进而，由于不需要在图像传感器上集成滤波器阵列，所以能够以低成本制造光检测装置。本公开的实施方式的光检测装置不仅能够应用于高光谱相机，还能够应用于例如取得3原色的图像的通常的彩色相机。以下，简单地说明本公开的实施方式的光检测装置。
有关第1项目的光检测装置具备：滤波器阵列，包括分别具有光入射面及光射出面、并且二维地排列的多个滤波器的滤波器阵列，上述多个滤波器包括具有相互不同的透射光谱的多个种类的滤波器；以及图像传感器，具有与上述光射出面对置的光检测面，具备沿着上述光检测面二维地排列的多个光检测元件。上述光射出面与上述光检测面的距离按每个上述滤波器而不同。
在该光检测装置中，能够抑制在摄像图像中出现干涉条纹。
有关第2项目的光检测装置在有关第1项目的光检测装置中，上述多个种类的滤波器分别具备共振结构，该共振结构包括具有相互位于相反侧的第1表面及第2表面的干涉层、以及设置于上述第1表面的反射层。上述干涉层的厚度根据上述滤波器的透射光谱而不同。上述多个种类的滤波器各自的透射光谱在特定的波长域所包含的两个以上波长的各个波长下具有透射率的极大值。上述图像传感器在上述特定的波长域中具有灵敏度。
在该光检测装置中，能够取得多波长图像。
有关第3项目的光检测装置在有关第1项目的光检测装置中，上述多个种类的滤波器包括两种以上的滤色器。
在该光检测装置中，能够取得多波长图像。
有关第4项目的光检测装置在有关第3项目的光检测装置中，上述多个种类的滤色器的至少1个在上述光射出面具备防反射膜。
在该光检测装置中，能够进一步抑制在摄像图像中出现干涉条纹。
有关第5项目的光检测装置在有关第1至第4项目的任一项的光检测装置中，上述多个种类的滤波器被不规则地配置。
在该光检测装置中，能够进一步抑制在摄像图像中出现干涉条纹。进而，在取得多波长图像的情况下，能够减小多波长图像的复原误差。
有关第6项目的光检测装置在有关第1至第5项目的任一项的光检测装置中，上述光射出面与上述光检测面的最小距离是0.1μm以上且200μm以下。
在该光检测装置中，能够使穿过了各滤波器的光的大部分入射到位于光检测面内的各滤波器的紧下方的区域中。
有关第7项目的光检测装置在有关第1至第6项目的任一项的光检测装置中，上述多个滤波器与上述多个光检测元件分别对置。
在该光检测装置中，能够使穿过了各滤波器的光入射到1个光检测元件中。
有关第8项目的光检测装置在有关第1至第6项目的任一项的光检测装置中，上述多个滤波器的至少1个具有与上述多个光检测元件中的两个相邻的光检测元件各自的一部分对置的部分。
在该光检测装置中，能够提高多个光检测元件检测的光的光谱的随机性。
有关第9项目的光检测装置在有关第1至第8项目的任一项的光检测装置中，上述多个滤波器的上述光入射面及上述光检测面相互平行。
在该光检测装置中，能够使滤波器阵列与图像传感器的间隔相互不接触地变小。
有关第10项目的光检测装置在有关第1至第8项目的任一项的光检测装置中，上述多个滤波器的上述光入射面及上述光检测面不相互平行。
在该光检测装置中，能够进一步抑制在摄像图像中出现干涉条纹。
有关第11项目的光检测装置在有关第1至第10项目的任一项的光检测装置中，从上述光入射面侧观察时，上述多个滤波器沿着第1方向及从上述第1方向逆时针旋转了规定角度的第2方向二维地排列，上述多个光检测元件沿着第3方向及从上述第3方向逆时针旋转了上述规定角度的第4方向二维地排列。上述第1方向与上述第3方向所成的角度是上述规定角度的1/4以上且1/2以下。
在该光检测装置中，能够抑制波纹而提高摄像特性。
有关第12项目的光检测装置在有关第11项目的光检测装置中，上述规定角度是90度。
在该光检测装置中，能够抑制波纹的角度的范围变大。
有关第13项目的光检测装置在有关第1至第12项目的任一项的光检测装置中，上述滤波器阵列及上述图像传感器具有相同倾向的翘曲。
在该光检测装置中，能够使滤波器阵列与图像传感器的间隔不相互接触地变小。
有关第14项目的光检测装置在有关第1至第12项目的任一项的光检测装置中，上述滤波器阵列及上述图像传感器具有相反倾向的翘曲。
在该光检测装置中，能够进一步抑制在摄像图像中出现干涉条纹。
有关第15项目的光检测装置在有关第1至第14项目的任一项的光检测装置中，在上述多个滤波器的上述光入射面具备基板。
在该光检测装置中，通过将设有滤波器阵列的基板作为构成要素，能够省略将基板除去的工序。
有关第16项目的光检测装置在有关第15项目的光检测装置中，上述基板在与上述滤波器阵列一侧的面相反侧的面具备防反射膜。
在该光检测装置中，能够提高光检测效率。
有关第17项目的光检测装置在有关第1至第16项目的任一项的光检测装置中，具备双面胶带，该双面胶带将上述多个滤波器的位于上述光射出面的周围的周缘区域的至少一部分、与上述图像传感器的位于上述光检测面的周围的周缘区域的至少一部分贴合。
在该光检测装置中，能够固定滤波器阵列及图像传感器的配置。
有关第18项目的光检测装置在有关第1至第16项目的任一项的光检测装置中，具备多个间隔件，该多个间隔件被上述滤波器阵列和上述图像传感器夹着，并且规定各滤波器的上述光射出面与上述光检测面的上述距离。上述多个滤波器的上述光射出面的至少一部分与上述光检测面的至少一部分由透明粘接剂粘接。
在该光检测装置中，能够固定滤波器阵列及图像传感器的配置。
有关第19项目的光检测装置在有关第18项目的光检测装置中，在平面图中，上述多个间隔件的至少1个配置在与上述多个光检测元件的至少1个重叠的位置。
在该光检测装置中，能够提高多个光检测元件检测的光的光谱的随机性。
有关第20项目的光检测装置在有关第1至第19项目的任一项的光检测装置中，上述图像传感器具备分别配置于上述多个光检测元件的多个第1微透镜。
在该光检测装置中，能够使透射了滤波器的光通过第1微透镜高效地入射到光检测元件。
有关第21项目的光检测装置在有关第1至第20项目的任一项的光检测装置中，上述滤波器阵列具备分别配置于上述多个滤波器的上述光射出面的多个第2微透镜。
在该光检测装置中，能够使透射了滤波器的光通过第2微透镜高效地入射到光检测元件。
有关第22项目的光检测装置在有关第1至第21项目的任一项的光检测装置中，上述光射出面与上述光检测面的最小距离大于0.1μm。
在该光检测装置中，能够在对象波长域中降低波长400nm附近的干涉的影响。
有关第23项目的光检测装置在有关第1至第21项目的任一项的光检测装置中，在对象波长域为λ1以上且λ2以下时，上述光射出面与上述光检测面的最小距离大于λ1/4。
在该光检测装置中，能够提高对象波长域中的摄像特性。
有关第24项目的光检测装置在有关第1至第21项目的任一项的光检测装置中，在对象波长域为λ1以上且λ2以下时，上述光射出面与上述光检测面的最小距离大于λ2/4。
在该光检测装置中，能够进一步提高对象波长域中的摄像特性。
有关第25项目的光检测装置在有关第1至第24项目的任一项的光检测装置中，具备：透明罩，支承上述滤波器阵列；以及封装，具备底部以及侧壁，上述底部具有设置上述图像传感器的第1区域，上述侧壁从上述底部中的位于上述第1区域的周围的第2区域延伸，包围上述图像传感器。上述透明罩及上述封装将上述滤波器阵列及上述图像传感器封固。
在该光检测装置中，能够抑制灰尘、尘埃或水分混入到光检测装置的内部。
有关第26项目的光检测装置在有关第1至第25项目的任一项的光检测装置中，还具备信号处理电路。上述信号处理电路从由上述滤波器阵列编码的压缩图像，复原4个以上的波长域各自的多个分光图像。
在该光检测装置中，能够得到包含比RGB的彩色图像多的波长信息的图像。
有关第27项目的结构体的制造方法包括：准备滤波器阵列的工序，上述滤波器阵列包括二维地排列的多个滤波器，并且具有凹凸面，上述多个滤波器具有相互不同的透射光谱；在上述滤波器阵列的上述凹凸面通过旋涂而形成光致抗蚀剂的工序；以及通过对上述光致抗蚀剂进行构图而在上述滤波器阵列的上述凹凸面形成多个间隔件的工序。
在该滤波器阵列的制造方法中，能够在滤波器阵列的凹凸面形成高度对齐的多个间隔件。
有关第28项目的光检测装置的制造方法包括：准备通过有关第27项目的结构体的制造方法制造的结构体、以及具有光检测面的图像传感器的工序；以及在使上述滤波器阵列的上述凹凸面和上述图像传感器的上述光检测面相互对置的状态下，经由上述多个间隔件使上述滤波器阵列和上述图像传感器贴合的工序。
在该光检测装置的制造方法中，能够将滤波器阵列和图像传感器以相互大致平行的状态贴合。
有关第29项目的光检测装置的制造方法在有关第28项目的光检测装置的制造方法中，在上述图像传感器的上述光检测面及/或位于上述光检测面的周围的周缘区域，配置有多个粘接剂；使上述滤波器阵列和上述图像传感器贴合的工序包括：将上述滤波器阵列经由上述多个间隔件及上述多个粘接剂推抵在上述图像传感器上。
在该光检测装置的制造方法中，能够使多个粘接剂硬化而将滤波器阵列和图像传感器贴合。
在本公开中，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。这里称为LSI或IC，但根据集成的程度而叫法变化，也可以称为系统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内部的接合关系的重构或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。
(实施方式)
<光检测系统>
图1是示意地表示本公开的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10、图像传感器60和信号处理电路200。滤波器阵列10具有与专利文献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10称为“编码元件”。光学系统40及滤波器阵列10配置在从对象物70入射的光的光路上。在图1所示的例子中，滤波器阵列10配置在光学系统40与图像传感器160之间。
在图1中，作为对象物70的一例而例示了苹果。对象物70并不限于苹果，可以是任意的物体。信号处理电路200基于图像传感器60所生成的图像数据，关于特定的波长域(以下，也称为“对象波长域”)中包含的多个波长域分别生成图像数据。在本说明书中将该图像数据称为“分光图像数据”。这里，将对象波长域中包含的波长域的数量设为N(N是4以上的整数)。在以下的说明中，将生成的多个波长域的分光图像数据称为分离图像220W1、220W2、…、220WN，将它们统称为分离图像220。在本说明书中，将表示图像的信号即表示构成图像的多个像素的像素值的信号的集合也简单称为“图像”。
滤波器阵列10具备被排列为行及列状的透光性的多个滤波器。滤波器阵列10是光的透射光谱即光透射率的波长依赖性根据滤波器而不同的光学元件。滤波器阵列10将入射的光的强度按每个波长域调制并使其通过。
在图1所示的例子中，滤波器阵列10配置在图像传感器60的附近。这里“附近”是指以来自光学系统40的光的像在某种程度鲜明的状态下形成于滤波器阵列10的面上的程度接近。在本说明书中，将具备滤波器阵列10及图像传感器60的装置称为“光检测装置300”。
光学系统40至少包括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10在图像传感器60的摄像面上形成像。
图像传感器60具备二维地排列的多个光检测元件。图像传感器60可以是例如CCD(Charge－Coupled Device：电荷耦合器件)传感器、CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)传感器或红外线阵列传感器。光检测元件例如可以包括光电二极管。图像传感器60例如可以是单色型的传感器或彩色型的传感器。对象波长域可以任意地决定。对象波长域并不限于可视的波长域，也可以是紫外、近红外、中红外、远红外或微波的波长范围。
在图1所示的例子中，多个光检测元件分别与多个滤波器中的1个对置而配置。多个光检测元件分别对于摄像对象的波长域的光具有灵敏度。具体而言，多个光检测元件分别具有对摄像对象的波长域的光进行检测所需要的实质性的灵敏度。例如，该波长域中的光检测元件的外部量子效率可以是1％以上。光检测元件的外部量子效率也可以是10％以上。光检测元件的外部量子效率也可以是20％以上。在以下的说明中，将光检测元件也称为“像素”。
信号处理电路200可以是例如具备处理器和存储器等存储介质的集成电路。信号处理电路200基于由图像传感器60取得的图像120，生成分别包含多个波长域的信息的多个分离图像220的数据。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也可以组装在光检测装置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10。滤波器阵列10配置在从对象物入射的光的光路上，将入射光的强度按每个波长调制并输出。在本说明书中将由滤波器阵列即编码元件进行的该过程称为“编码”。
图2A是示意地表示滤波器阵列10的例子的图。滤波器阵列10包括二维地排列的多个滤波器。各滤波器具有单独设定的透射光谱。设入射光的波长为λ时，透射光谱由函数T(λ)表示。透射光谱T(λ)可以取0以上且1以下的值。
在图2A所示的例子中，滤波器阵列10具有排列为6行8列的48个矩形状的滤波器。这只不过是例示，在实际用途中，可以设计比其多的滤波器。其数量例如也可以是与图像传感器60的像素数相同的程度。滤波器阵列10中包含的滤波器的数量可在例如几十到几千万的范围中根据用途而决定。
图2B是表示对象波长域中包含的多个波长域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，各滤波器的浓淡的差异表示透射率的差异。越淡的滤波器则透射率越高，越浓的滤波器则透射率越低。如图2B所示，根据波长域而光透射率的空间分布不同。
图2C及图2D分别是表示图2A的滤波器阵列10的多个滤波器中包含的滤波器A1及滤波器A2的透射光谱的例子的图。滤波器A1的透射光谱和滤波器A2的透射光谱互不相同。这样，滤波器阵列10的透射光谱根据滤波器而不同。但是，并不一定需要全部滤波器的透射光谱不同。在滤波器阵列10中，多个滤波器中的至少两个以上的滤波器的透射光谱互不相同。即，滤波器阵列10包括透射光谱互不相同的两个以上的滤波器。在一例中，滤波器阵列10中包含的多个滤波器的透射光谱的样式的数量可以与对象波长域中包含的波长域的数量i相同或为其以上。滤波器阵列10也可以被设计为，使半数以上的滤波器的透射光谱不同。
图3A及图3B是用来说明对象波长域W与其中包含的多个波长域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各样的范围。对象波长域W例如可以是约400nm到约700nm的可视光的波长域、约700nm到约2500nm的近红外线的波长域、或约10nm到约400nm的近紫外线的波长域。或者，对象波长域W也可以是中红外、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，将近紫外线、近红外线及电波等非可视光也为了方便而称为“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等分而得到的各个域设为波长域W1、波长域W2、…、波长域Wi。但是，并不限定于这样的例子。对象波长域W中包含的多个波长域也可以任意地设定。例如，也可以根据波长域而使带宽不均匀。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，并且在相邻的两个波长域之间有间隙。这样，多个波长域只要互不相同即可，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10中的某滤波器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到极大值P5、以及多个极小值。在图4A所示的例子中，进行了正规化以使对象波长域W内的光透射率的最大值为1、最小值为0。在图4A所示的例子中，在波长域W2及波长域Wi-1等波长域中，透射光谱具有极大值。这样，在本实施方式中，各滤波器的透射光谱在多个波长域W1到波长域Wi中的至少两个的多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，各滤波器的光透射率根据波长而不同。因而，滤波器阵列10使入射的光中的某波长域的成分较多地透射，而不怎么使其他波长域的成分透射。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10将入射光按每个滤波器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平均化的结果的图。平均化的透射率通过将透射光谱T(λ)按每个波长域积分并除以该波长域的带宽而得到。在本说明书中，将这样按每个波长域平均化的透射率的值称为该波长域的透射率。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的两个波长域中，透射率超过了0.8。
各滤波器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，在包含透射光谱曲线中的1个极大值的波长范围中，取与该极大值最接近的极小值和该极大值的平均值以上的值的范围的宽度可以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地变大。
典型地，如图2A所示，滤波器阵列10具有被区划为栅格状的多个滤波器。这些滤波器的一部分或全部具有互不相同的透射光谱。滤波器阵列10中包含的多个滤波器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思想如下。首先，滤波器阵列10的各滤波器可以考虑为根据光透射率而具有例如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滤波器的集合考虑为具有0到1的值的多维的向量。因而，可以说滤波器阵列10在列方向或行方向上具备多个多维向量。此时，随机分布是指任意的两个多维向量是独立的，即不平行。此外，准随机分布是指包含在一部分多维向量之间不独立的结构。因而，在随机分布及准随机分布中，以多个滤波器中包含的属于排列在1个行或列中的滤波器的集合的各滤波器的第1波长域的光的透射率的值为要素的向量、与以属于排列在其他的行或列中的滤波器的集合的各滤波器的第1波长域的光的透射率的值为要素的向量是相互独立的。关于与第1波长域不同的第2波长域也同样，以多个滤波器中包含的属于排列在1个行或列中的滤波器的集合的各滤波器的第2波长域的光的透射率的值为要素的向量、与以属于排列在其他的行或列中的滤波器的集合的各滤波器的第2波长域的光的透射率的值为要素的向量是相互独立的。
在将滤波器阵列10配置在图像传感器60的附近的情况下，也可以使滤波器阵列10中包含的多个滤波器的彼此的间隔与图像传感器60的像素间距大致一致。如果这样，则从滤波器阵列10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。通过使透射了各单体(cell)的光入射到对应的1个像素中，能够使后述的运算变得容易。在将滤波器阵列10从图像传感器60分离而配置的情况下，也可以根据其距离使单体间距变窄。
在图2A至图2D所示的例子中，滤波器阵列10具有各滤波器的透射率能够取0以上且1以下的任意的值的灰阶的透射率分布。但是，并不一定需要设为灰阶的透射率分布。例如，也可以采用各滤波器的透射率能够取大约0或大约1的某个值的二进尺度的透射率分布。在二进尺度的透射率分布中，各滤波器使对象波长域中包含的多个波长域中的至少两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。
也可以将全部滤波器中的一部分例如一半的滤波器替换为透明滤波器。这样的透明滤波器使对象波长域中包含的全部的波长域W1到波长域Wi的光以高透射率透射。该高透射率例如是0.8以上。在这样的结构中，多个透明滤波器例如可以以棋盘格(checkerboard)状配置。即，可以是，在滤波器阵列10中的多个滤波器的两个排列方向上，光透射率根据波长而不同的滤波器和透明滤波器交替地排列。在图2A所示的例子中，两个排列方向是横向及纵向。
表示这样的滤波器阵列10的分光透射率的空间分布的数据基于设计数据或实测定标而事前取得，被保存到信号处理电路200具备的存储介质中。该数据在后述的运算处理中被使用。
滤波器阵列10例如可以使用多层膜、有机材料、衍射光栅结构或包含金属的微细结构而构成。在使用多层膜构成的情况下，例如可以使用电介质多层膜或包含金属层的多层膜。在此情况下可以形成为，按每个单体，各多层膜的厚度、材料及层叠顺序中的至少1个不同。由此，能够实现根据单体而不同的分光特性。通过使用多层膜，能够实现分光透射率的尖锐的上升及下降。使用有机材料的构成可以通过根据单体而使含有的颜料或染料不同、或使不同种类的材料层叠来实现。使用衍射光栅结构的构成可以通过设置按每个单体而不同的衍射间距或深度的衍射结构来实现。在使用包含金属的微细结构的情况下，可以利用基于等离激元效应的分光来制作。
<信号处理电路>
接着，说明通过信号处理电路200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RGB的3色的波长域多的波长域、即4个以上的波长域。该波长域的数量例如可以是4至100左右的数量。将该波长域的数量也称为“分光频带数”。根据用途，分光频带数也可以超过100。
想要求出的数据是分离图像220，将该数据表示为f。如果设分光频带数为w，则f是将各频带的图像数据f1、f2、…、fw整合后的数据。这里，如图1所示，设图像的横向为x方向，设图像的纵向为y方向。如果设应求出的图像数据的x方向的像素数为n，设y方向的像素数为m，则图像数据f1、f2、…、fw分别是n×m像素的二维数据。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10编码及复用而取得的图像120的数据g的要素数是n×m。数据g可以由以下的式(1)表示。
[数式1]
Figure BDA0004168415860000181
这里，f1、f2、…、fw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。将向量g变换为n×m行1列的一维向量来表示并进行计算。矩阵H表示将向量f的各成分f1、f2、…、fw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。
如果给出了向量g和矩阵H，则通过求解式(1)的逆问题，应该能够计算f。但是，由于要求出的数据f的要素数n×m×w比取得数据g的要素数n×m多，所以该问题是不良设定问题，在这个状态下不能求解。所以，信号处理电路200利用数据f中包含的图像的冗长性，使用压缩感测的方法来求解。具体而言，通过解出以下的式(2)，来估计要求出的数据f。
[数式2]
Figure BDA0004168415860000182
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和取得数据g的偏差量，所谓的残差项。这里将平方和作为残差项，但也可以将绝对值或平方和平方根等作为残差项。括号内的第2项是后述的正则化项或稳定化项。式(2)意味着求出使第1项与第2项之和最小化的f。信号处理电路200可以通过递归性的反复运算使解收敛，来计算最终的解f’。
式(2)的括号内的第1项是指求出取得数据g与用矩阵H对估计过程的f进行系统变换而得到的Hf的差分的平方和的运算。第2项的Φ(f)是f的正则化的制约条件，是反映了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。正则化项例如可以通过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。各个正则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的纹理在正则化项的空间中更稀疏的正则化项。或者，也可以在运算中包含多个正则化项。τ是权重系数。权重系数τ越大，则冗长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以某种程度收敛并且不会成为过压缩的适当的值。
另外，这里表示了使用式(2)所示的压缩感测的运算例，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。在本说明书中援用专利文献1的全部公开内容。
<包括法布里—珀罗滤波器的滤波器阵列>
接着，参照图5A至图5C，说明本公开的实施方式的滤波器阵列10的具体的结构的例子。图5A至图5C是分别示意地表示本公开的实施方式的滤波器阵列10的第1至第3例的剖视图。在这些剖视图中，为了简单而表示了在1行中包含的5个滤波器100。在图5A至图5C所示的例子中，滤波器阵列10被基板20支承。如图2A所示，滤波器阵列10包括以正方栅格状二维地排列的多个滤波器100。在图5A所示的第1例到图5C所示的第3例中，滤波器阵列10中包含的全部的滤波器100具备共振结构。共振结构是指某波长的光在内部形成驻波并稳定地存在的结构。
在图5A所示的第1例中，在基板20上依次层叠有第1反射层14a、干涉层12及第2反射层14b。图5A所示的各共振结构包括具有相互位于相反侧的第1表面12s1及第2表面12s2的干涉层12、设置于第1表面12s1的第1反射层14a和设置于第2表面12s2的第2反射层14b。第1表面12s1及第2表面12s2各自的对于对象波长域W的光的反射率例如可以是80％以上。该反射率也可以比80％低，但可以设计为40％以上。第1反射层14a的厚度及第2反射层14b的厚度可以设计为相等。干涉层12的厚度相互不同的多个滤波器100具有在对象波长域W内相互不同的透射光谱。图5A所示的各共振结构的透射光谱如后述那样在对象波长域W内具有两个以上的尖锐的峰值。
在图5A所示的第1例中，第1反射层14a及第2反射层14b分别由交替地层叠了多个高折射率层及多个低折射率层的分布布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector：DBR)形成。第1反射层14a及第2反射层14b分别也可以由金属薄膜形成。
DBR包含1组以上的折射率不同的高折射率层及低折射率层的成对层。高折射率层的折射率比低折射率层的折射率高。DBR通过由周期性的层叠结构引起的布拉格反射而具有反射率高的波长域。该波长域被称为阻带。如果增加上述的成对层的数量，则阻带的反射率接近于100％。
设对象波长域W内的波长为λ，高折射率层的折射率为nH，低折射率层的折射率为nL。包含1组以上的厚度为λ/(4nH)的高折射率层及厚度为λ/(4nL)的低折射率层的成对层的DBR使波长λ的光高效地反射。在对象波长域W是波长λi以上且波长λf以下的范围的情况下，通过使多个高折射率层及多个低折射率层的厚度阶段性地变化，DBR可以包含从与波长λi对应的成对层到与波长λf对应的成对层。结果，该DBR能够使对象波长域W内的全部的光高效地反射。
第1反射层14a及第2反射层14b各自中包含的高折射率层及低折射率层、以及干涉层12例如可以由对于对象波长域W内的光的吸收率低的材料形成。在对象波长域W处于可视光区域内的情况下，这样的材料例如可以是从由SiO2、Al2O3、SiOxNy、Si3N4、Ta2O5及TiO2构成的组中选择的至少一种。在对象波长域W处于红外区域内的情况下，这样的材料例如可以是由从除了上述的SiO2、Al2O3、SiOxNy、Si3N4、Ta2O5及TiO2以外还有单晶Si、多晶Si及非晶Si构成的组中选择的至少一种。同样，基板20例如可以由对于对象波长域W内的光的吸收率低的材料形成。在对象波长域W处于可视光区域内的情况下，这样的材料例如可以是从由SiO2、ITO、Al2O3、GaN、Nb2O5、Ta2O5、及SiC构成的组中选择的至少一种。在对象波长域W处于红外区域内的情况下，这样的材料例如可以是由从除了上述的SiO2、ITO、Al2O3、GaN、Nb2O5、Ta2O5及SiC以外还有单晶Si、多晶Si、非晶Si及InP构成的组中选择的至少一种。第1反射层14a及第2反射层14b各自的厚度例如可以是100nm以上且900nm以下。干涉层12的厚度例如可以是10nm以上且500nm以下。基板20的厚度例如可以是0.1mm以上且1mm以下。
在图5B所示的第2例中，在基板20上依次层叠有第1反射层14a及干涉层12。图5B所示的各共振结构包括干涉层12和设置于第1表面12s1的第1反射层14a。图5B所示的第2例与图5A所示的第1例不同的点是在第2表面12s2没有设置第2反射层14b。图5B所示的各共振结构的透射光谱如后述那样在对象波长域W内具有两个以上的宽度宽的峰值。
在图5B所示的例子中，第2表面12s2露出于外部，与空气接触。也可以在干涉层12的第2表面12s2上再层叠透明层。第1表面12s1的对于对象波长域W的光的反射率(以下称作“第1反射率”)例如可以是80％以上。第1反射率也可以比80％低，但可以设计为40％以上。第2表面12s2的对于对象波长域W的光的反射率(称作“第2反射率”)比第1反射率低，例如可以是1％以上且小于30％。在第1反射率与第2反射率之间有10％以上的一定的差异。
在本说明书中，将图5A所示的共振结构称作“两侧DBR结构”，将图5B所示的共振结构称作“单侧DBR结构”。在本说明书中，假设在两侧DBR结构及单侧DBR结构中，只要将光进行反射的面的正确的位置不成为问题，则干涉层12内的光就被第1表面12s1及第2表面12s2反射。在本实施方式中，从干涉层12向第1反射层14a或第2反射层14b入射的光的一部分实际上侵入到第1反射层14a或第2反射层14b内，在多个高折射率层及多个低折射率层的界面处被反射。光被反射的界面根据波长而不同。但是，为了说明的方便，当作这些光被第1表面12s1及第2表面12s2反射。
在图5C所示的第3例中，一部分滤波器100具有两侧DBR结构，另一部分滤波器100具有单侧DBR结构。单侧DBR结构相对于滤波器阵列10中包含的全部的DBR结构的比例例如可以是10％以上且90％以下。单侧DBR结构的比例既可以比两侧DBR结构的比例小，也可以等于两侧DBR结构的比例，也可以比两侧DBR结构的比例大。两侧DBR结构及单侧DBR结构的配置既可以是规则性的，也可以是不规则的。通过混合存在两侧DBR结构及单侧DBR结构，能够提高滤波器阵列10中包含的多个滤波器100的透射光谱的随机性。结果，能够得到更正确的多个分离图像220。
接着，参照图6，说明滤波器100的透射光谱的例子。图6是表示光垂直地入射的情况下的两侧DBR结构及单侧DBR结构的光的透射光谱的例子的图。在图6所示的例子中，对象波长域W是450nm以上且850nm以下。图6所示的实线表示两侧DBR结构的透射光谱，图6所示的虚线表示单侧DBR结构的透射光谱。如图6所示，两侧DBR结构及单侧DBR结构的透射光谱在对象波长域W内在两个以上的波长各自下具有透射率的极大值。在本说明书中，将具有这样的透射光谱的滤波器称作“多模滤波器”。，如果使干涉层12变薄，则透射率呈现极大值的波长向短波长侧移位，如果使干涉层12变厚，则透射率呈现极大值的波长向长波长侧移位。
两侧DBR结构及单侧DBR结构的特性在以下方面不同。在两侧DBR结构的透射光谱中，各峰值尖锐，并且最大的透射率是1.0左右，最小的透射率是0.02左右。相对于此，在单侧DBR结构的透射光谱中，各峰值宽度宽，并且最大的透射率是0.5左右，最小的透射率是0.1左右。在单侧DBR结构中，与两侧DBR结构相比，透射率的基线上升。在图6所示的例子中，单侧DBR结构的对象波长域W内的平均透射率是约26％，两侧DBR结构的对象波长域W内的平均透射率是约14％。在单侧DBR结构中，与两侧DBR结构相比，平均透射率是约2倍。这样，单侧DBR结构能够抑制摄像时的光量损失。
在本实施方式的滤波器阵列10中，可以不规则地配置在对象波长域W内透射光谱相互不同的多个种类的多模滤波器。不规则的配置是指不呈现明确的规则性或周期性的配置，也是非周期性的配置。不规则的配置例如可以是遵循上述的随机分布或准随机分布的思想的配置。在一例中，滤波器阵列10包括二维地排列的几百万个滤波器100，该几百万个滤波器100包括不规则地配置的9种多模滤波器。9种多模滤波器可以以较高的随机性排列。通过这样的具有随机性较高的滤波器排列的滤波器阵列10，能够减小分离图像220的复原误差。由于是不规则的配置，所以也有相邻的滤波器是相同种类的滤波器的情况。但是，可以想到这样的情况是很少的，所以不成为大的问题。
另外，本实施方式的滤波器阵列10也可以包括不具有上述的共振结构的滤波器。本实施方式的滤波器阵列10例如也可以包括透明滤波器或ND滤波器(Neutral DensityFilter：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。
在本说明书中，将具备两侧DBR结构及/或单侧DBR结构的滤波器100也称作“法布里—珀罗滤波器”。法布里—珀罗滤波器是干涉滤波器的一种。可以代替法布里—珀罗滤波器而使用例如由衍射光栅等构成的颜色分离滤波器等其他种类的干涉滤波器。
<滤波器阵列及图像传感器的配置关系>
接着，参照图7至图14，说明滤波器阵列10及图像传感器60的配置关系的例子。在图7及以后的图中表示的例子中，为了简单，假设滤波器阵列10及图像传感器60分别包括二维地排列的5×5的单元单体而进行说明。但是，实际上滤波器阵列10及图像传感器60分别可以包括例如二维地排列的几百万个单元单体。图示的结构不过是例示，单元单体的数量及配置可以任意地决定。
图7是示意地表示本公开的实施方式的光检测装置300的第1例的剖视图。该剖视图是关于某一行的滤波器阵列10及图像传感器60的剖视图。图7所示的结构是光检测装置300的部分结构。为了方便说明，在图7中表示了相互正交的X轴、Y轴及Z轴。将X轴的箭头方向称作+X方向，将其相反的方向称作－X方向。关于Y轴及Z轴的箭头方向及其相反的方向也是同样的。将+Z方向侧也称作“上”，将－Z方向侧也称作“下”。这些轴并不限定光检测装置300的配置及姿势，实际的光检测装置300的配置及姿势是任意的。本实施方式的光检测装置300具备滤波器阵列10、支承滤波器阵列10的基板20和图像传感器60。
图7所示的滤波器阵列10及基板20的构成除了使上下反转这一点以外，与图5C所示的滤波器阵列10及基板20的构成相同。也可以代替图5C所示的构成而采用图5A或图5B所示的构成。基板20在制造光检测装置300的工序中被使用。基板20并不一定需要，但在光检测装置300的制造中不除去基板20的情况下，基板20包含在光检测装置300中。
滤波器阵列10包括沿着XY平面以正方栅格状二维地排列的多个滤波器100。多个滤波器100包括在对象波长域W内透射光谱相互不同的多个种类的多模滤波器。干涉层12的厚度根据多模滤波器的透射光谱而不同。多个滤波器100的X方向及Y方向上的排列间距全部相等。多个种类的多模滤波器例如按照上述的随机分布或准随机分布的思想而不规则地配置。
滤波器阵列10具有光入射面10s1及其相反侧的光射出面10s2。光入射面10s1由多个滤波器100的光入射面的集合形成。光射出面10s2由多个滤波器100的光射出面的集合形成。在图7所示的例子中，光入射面10s1是平坦的。换言之，多个滤波器100的光入射面形成没有阶差的平坦面。相对于此，光射出面10s2具有凹凸即阶差。换言之，多个滤波器100的光射出面形成凹凸面。该凹凸因厚度根据滤波器100不同而产生。每个滤波器100的厚度的差异因干涉层的厚度不同、或者第2反射层14b的有无而产生。基板20设置于滤波器阵列10的光入射面10s1。
图像传感器60具有与光射出面10s2对置的光检测面60s，包括沿着光检测面60s以正方栅格状二维地排列的多个光检测元件60a。光检测面60s是平坦的。多个光检测元件60a在对象波长域W中具有灵敏度。多个光检测元件60a与多个滤波器100分别对置。在图7所示的第1例中，多个光检测元件60a的X方向及Y方向上的排列间距全部相等。光检测元件60a的X方向及Y方向上的排列间距也可以不同。光检测元件60a的排列间距例如可以是1μm以上且10μm以下。在图7所示的第1例中，滤波器100的排列间距被设计为与光检测元件60a的排列间距相等。多个光检测元件60a分别在紧上方具备多个微透镜40a。微透镜40a使透射了滤波器100的光高效地向光检测元件60a入射。光入射面10s1及光检测面60s相互平行。“光入射面10s1及光检测面60s相互平行”不是指严格地平行，而是指光入射面10s1的法线方向与光检测面60s的法线方向所成的角度是10°以下。光入射面10s1的法线方向是与光入射面10s1垂直并且远离滤波器阵列10的方向。光检测面60s的法线方向是与光检测面60s垂直并且远离图像传感器60的方向。
由对象物70反射后的光主要沿着－Z方向经由基板20向滤波器阵列10的光入射面10s1入射，经过滤波器阵列10从滤波器阵列10的光射出面10s2射出。从滤波器阵列10的光射出面10s2射出的光向图像传感器60的光检测面60s入射。
光射出面10s2与光检测面60s的距离按每个多模滤波器而不同。本实施方式的光检测装置300通过将图5C所示的结构物及图像传感器60以滤波器阵列10的凹凸面与光检测面60s对置的方式固定来制造。由于光射出面10s2与光检测面60s的距离变得不均匀，所以即使在光射出面10s2与光检测面60s之间发生光的多重反射，也能够抑制在摄像图像中出现因光的干涉带来的干涉条纹。因而，能够提高光检测装置300的摄像特性。通过多个种类的多模滤波器的不规则的配置，不仅能够减小多个分离图像220的复原误差，还能够进一步抑制在摄像图像中出现干涉条纹。
进而，在本实施方式中，通过以不是基板20、而是第2反射层14b与图像传感器60的光检测面60s对置的方式配置，能够使滤波器阵列10和图像传感器60接近。光射出面10s2中的距光检测面60s最近的部分与光检测面60s的距离(以下，有时称作“最小距离dm”)例如可以是0.1μm以上且200μm以下。在本实施方式中，图1所示的光学系统40的F值是16以下，光检测元件60a的排列间距可以是6μm左右。在此情况下，由于焦点深度为约200μm左右，所以只要光射出面10s2与光检测面60s的最小距离在上述的范围内，就能够使穿过各滤波器100后的光的大部分入射到光检测面60s内的位于各滤波器100的紧下方的区域中。在图7所示的第1例中，1个光检测元件60a位于该区域中。
根据光射出面10s2与光检测面60s的距离，在两者之间可能发生光的干涉。通过该干涉的影响，由光检测元件60a检测的光的光谱和多模滤波器的透射光谱有可能错开。这里可能发生的干涉取决于光射出面10s2与光检测面60s之间的距离d。在光射出面10s2和光检测面60s的往复距离2d为波长λ的整数倍的情况下，即距离d＝m1λ/2的情况下，光通过干涉而相互加强，结果，在波长λ＝2d/m1时透射率成为极大。m1是1以上的整数。相对于此，在光射出面10s2和光检测面60s的往复距离2d是波长λ的半整数倍的情况下，即距离d＝(m2+1/2)λ/2的情况下，光通过干涉而相互减弱，结果，在波长λ＝2d/(m2+1/2)时透射率成为极小。m2是0以上的整数。通过干涉而透射率成为极小的最大波长是m2＝0的情况，即λ＝4d。在本说明书中，将在距离d＝λ/4下发生的干涉称作“基本模式的干涉”。
图8是表示具备折射率相同的两个介质及位于其之间的空气的间隙层的构成的透射光谱的曲线图。图8所示的实线、点线及虚线分别表示间隙层的厚度d为100nm、125nm及150nm的情况。两个介质是SiO2，各自的折射率是n＝1.5。如图8所示，在距离d＝100nm下，关于波长λ＝400nm的光发生基本模式的干涉，在波长λ＝400nm附近透射率成为极小。同样，在距离d＝125nm下，在波长λ＝500nm附近透射率成为极小，在距离d＝150nm下，在波长λ＝600nm附近透射率成为极小。如图8所示，如果波长变比发生基本模式的干涉的波长长，则透射率平缓地增加，如果波长变得比发生基本模式的干涉的波长短，则透射率朝向极大值急剧地增加。
各像素的光检测元件检测对多模滤波器的透射光谱添加了上述的干涉的影响的光。即，在各像素中检测的光的光谱和多模滤波器的透射光谱有可能大为不同。结果，有可能导致分离图像220的复原误差增加这样的摄像特性的下降。
假设对象波长域是可视光的波长域、即约400nm以上且约700m以下。在最小距离dm为0.1μm以下的情况下，遍及对象波长域的整体，透射率有可能受到干涉的影响而变低。在最小距离dm大于0.1μm的情况下，即如果是不存在距离dm为0.1μm以下的像素的情况，则在对象波长域中能够减少波长400nm附近处的干涉的影响。因而，与最小距离dm为0.1μm以下的情况相比，能够提高摄像特性。
同样，在最小距离dm大于0.125μm的情况下，能够减小对象波长域中的400nm以上且500nm以下的波长域中的干涉的影响，能够进一步提高摄像特性。同样，在最小距离dm大于0.150μm的情况下，能够减小对象波长域中的400nm以上且600nm以下的波长域中的干涉的影响，能够进一步提高摄像特性。
如果一般化，则在对象波长域是λ1≤λ≤λ2的情况下，通过使最小距离dm大于λ1/4，能够提高摄像特性。通过使最小距离dm大于λ2/4，能够进一步提高摄像特性。
使最小距离dm越大，通过干涉的影响，图8所示的透射率在对象波长域中随着波长的变化而以越短的周期振动。在该振动幅度比例如图3A所示的对象波长域中包含的各波长域Wi充分小的情况下，短周期的振动在各波长域Wi中被平均化而被抵消，所以多个分离图像220几乎不受到干涉的影响，能够进一步提高摄像特性。
对象波长域的下限波长λ1及上限波长λ2分别也可以设为分离图像220中包含的波长成分的下限波长及上限波长。或者，对象波长域的下限波长λ1及上限波长λ2分别也可以设为光检测装置300的图像传感器60能够检测到的光的下限波长及上限波长。或者，对象波长域的下限波长λ1及上限波长λ2分别也可以设为向光检测装置300的图像传感器60入射的光的下限波长及上限波长。
滤波器阵列10及图像传感器60有时具有翘曲。支承滤波器阵列10的基板20也有时在与滤波器阵列10相同的方向上具有翘曲。例如，在滤波器阵列10或图像传感器60的一边是10mm的情况下，由于翘曲，可能在其中央部和端部在Z方向上发生1μm左右的差异。滤波器阵列10及图像传感器60可以具有相互相同的倾向的翘曲。即，滤波器阵列10及图像传感器60可以都具有向上凸或向下凸的翘曲。或者，也有滤波器阵列10及图像传感器60具有相互相反的倾向的翘曲的情况。即，有滤波器阵列10及图像传感器60中的一方具有向上凸的翘曲、另一方具有向下凸的翘曲的情况。特别是，在滤波器阵列10及图像传感器60具有相互相反的倾向的翘曲的情况下，由于光射出面10s2与光检测面60s的距离变得更不均匀，所以能够进一步抑制在摄像图像中出现干涉条纹。另外，在本说明书中称作“光入射面10s1及光检测面60s是平坦的”时，忽视滤波器阵列10及图像传感器60的翘曲。
作为图7所示的光检测装置300的变形例，也可以在滤波器阵列10的多个滤波器100的光射出面分别配置多个微透镜。图9A是示意地表示图7所示的光检测装置300的变形例的图。图9A所示的光检测装置300与图7所示的光检测装置300不同的点是，滤波器阵列10具备分别配置于多个滤波器100的光射出面的多个微透镜40b。配置于光射出面10s2的多个微透镜40b与配置于光检测面60s的多个微透镜40a分别对置。通过这样的构成，能够使穿过了各滤波器100的光的大部分通过微透镜40b聚光或对准，并经由处于其下方的微透镜40a向光检测元件60a入射。通过将微透镜40a及40b并用，能够使穿过各滤波器100a的光通过对应的光检测元件60a更高效地入射。
图9B是示意地表示图7所示的光检测装置300的另一变形例的图。图9B所示的光检测装置300与图9A所示的光检测装置300不同的点，是在光检测面60s没有配置多个微透镜40a。通过如本变形例那样不配置多个微透镜40a而使用配置于光射出面10s2的多个微透镜40b，也能够使光高效地入射到光检测元件60a。
在本说明书中，将配置于光检测面60s的多个微透镜40a也称作“多个第1微透镜”，将设置于光射出面10s2的多个微透镜40b也称作“多个第2微透镜”。
也可以对图7所示的结构追加其他的构成要素。图10是示意地表示光检测装置300的第2例的剖视图。图10所示的结构与图7所示的结构不同的点是，基板20在与支承滤波器阵列10的面相反侧的面具备防反射膜22。防反射膜22能够抑制图7所示的第1例中的在基板20与空气的界面处发生的光的反射。因而，能够提高光检测装置300的光检测效率。进而，通过防反射膜22，能够使滤波器阵列10及基板20的翘曲变得平缓，或使其翘曲的方向反转。通过用防反射膜22调整滤波器阵列10及基板20的翘曲，能够进一步抑制在摄像图像中出现干涉条纹。
也可以变更图7所示的构成的配置。图11是示意地表示光检测装置300的第3例的剖视图。图11所示的结构与图7所示的结构不同的点是，滤波器阵列10与图像传感器60的配置关系沿着与光检测面60s平行的一方向错开。在图11所示的第3例中，该方向是X方向。错开的大小比滤波器100的排列间距或光检测元件60a的排列间距小。在图11所示的第3例中，多个滤波器100及多个光检测元件60a不一对一地对置。除了位于端部的滤波器100以外，多个滤波器100分别在从Z方向观察的情况下与两个相邻的光检测元件60a重叠。换言之，这些滤波器100分别具有与两个相邻的光检测元件60a各自的一部分对置的部分。在此情况下，透射了各滤波器100的光中的一部分向某光检测元件60a入射，其他的一部分向其相邻的其他的光检测元件60a入射。因而，能够提高多个光检测元件60a检测的光的光谱的随机性。结果，能够更正确地复原多个分离图像220。
在图11所示的例子中，滤波器100的排列间距与光检测元件60a的排列间距相等，但它们的排列间距也可以不同。或者，多个滤波器100的排列间距及/或多个光检测元件60a的排列间距也可以不均匀。通过这样的排列，如果使滤波器阵列10的光射出面0s2与图像传感器60的光检测面60s对置，则能够得到多个滤波器100及多个光检测元件60a不一对一地对置的构成。在这样的构成中，也可以是一部分滤波器100及一部分光检测元件60a一对一地对置。在本实施方式中，可以是多个滤波器100中的至少1个具有与两个相邻的光检测元件60a各自的一部分对置的部分。
图12是示意地表示光检测装置300的第4例的剖视图。图12所示的第4例与图7所示的第1例不同的点是，滤波器阵列10的光入射面10s1与图像传感器60的光检测面60s不相互平行。光入射面10s1的法线方向及光检测面60s的法线方向交叉。这些法线方向交叉的角度例如可以是30°以上且45°以下。在如本实施方式那样光入射面10s1与光检测面60s不平行的构成中，光射出面10s2与光检测面60s的距离变得更不均匀。结果，能够进一步抑制在摄像图像中出现干涉条纹。
图13是示意地表示光检测装置300的第5例的平面图。该平面图是从滤波器阵列10的光入射面10s1一侧观察光检测装置300的图。在该平面图中省略了基板20的图示。在图13所示的第5例中，粗线表示包括5×5个滤波器100的滤波器阵列10，细线表示包括5×5个光检测元件60a的图像传感器60。图13所示的第5例与图7所示的第1例不同的点是，在XY平面内，滤波器阵列10相对于图像传感器60旋转了某个角度。滤波器阵列10中包含的多个滤波器100以第1矢量D1和使第1矢量D1逆时针旋转了90°的第2矢量D2为基本矢量，沿着这些基本矢量的方向而二维地排列。图像传感器60中的多个光检测元件60a以第3矢量D3和使第3矢量D3逆时针旋转了90°的第4矢量D4为基本矢量，沿着这些基本矢量的方向而二维地排列。第1及第2矢量D1、D2的大小分别与第1及第2矢量D1、D2的方向上的滤波器100的排列间距相等。第3及第4矢量D3、D4的大小分别与第3及第4矢量D3、D4的方向上的光检测元件60a的排列间距相等。第1矢量D1至第4矢量D4的大小全部相等。在图7所示的第1例中，第1矢量D1及第3矢量D3相互平行，第2矢量D2及第4矢量D4相互平行。相对于此，在图13所示的第5例中，第3矢量D3与第1矢量D1交叉，第4矢量D4与第2矢量D2交叉。
图14是示意地表示在XY平面中使滤波器阵列10相对于图像传感器60从0°到45°以每5°的角度旋转的构成的平面图。从45°到90°的旋转角的构成与图14所示的从45°到0°的旋转角的构成相等。例如，55°的旋转角的构成等于35°的旋转角的构成，80°的旋转角的构成等于10°的旋转角的构成。如图14所示，在0°以外的旋转角下，在滤波器阵列10及图像传感器60重叠的部分处出现波纹即规则性的明暗。旋转角越增加，波纹的图案越细。在旋转角为25°以上且45°以下的范围中难以辨识到波纹。
为了得到更高品质的高光谱图像，也可以尽可能抑制波纹。即使要使滤波器阵列10及图像传感器60不旋转地配置，实际上也可能发生几度的旋转角的误差。如图14所示，连5°的旋转角时都出现显著的波纹。相对于此，在以25°以上且45°以下的旋转角配置滤波器阵列10及图像传感器60的情况下，即使发生几度的旋转角的误差，如图14所示，波纹也几乎没有变化并且难以辨识到。因而，能够抑制由配置误差引起的波纹的增加。
进而，在图13所示的第5例中，与图11所示的第3例同样，多个滤波器100及多个光检测元件60a没有一对一地对置。因而，能够提高多个光检测元件60a检测的光的光谱的随机性。结果，能够更正确地复原多个分离图像220。
在图13所示的例子中，第1矢量D1与第2矢量D2所成的角度、以及第3矢量D3与第4矢量所成的角度是90°。该角度对应于正方栅格的排列。第1矢量D1与第2矢量D2所成的角度、以及第3矢量D3与第4矢量所成的角度也可以是90°以外的规定角度。例如，60°的角度对应于三角栅格的排列。难以辨识波纹的旋转角是该规定角度的1/4以上且1/2以下。
<滤波器阵列及图像传感器的配置的固定>
接着，参照图15A至图16E，说明将滤波器阵列10和图像传感器60相互固定的结构的例子。
图15A是示意地表示光检测装置300的第6例的剖视图。图15B是表示从图15A所示的光检测装置300去除了滤波器阵列10及基板20的状态的平面图。在图15A所示的第6例中，滤波器阵列10具有位于光射出面10s2的周围的周缘区域10p，图像传感器60具有位于光检测面60s的周围的周缘区域60p。滤波器阵列10的周缘区域10p及图像传感器60的周缘区域60p是平坦的。在图15A所示的第6例中，光检测装置300具备将滤波器阵列10的周缘区域10p与图像传感器60的周缘区域60p贴合的双面胶带30。双面胶带30如图15A所示具有沿着相对于光检测面60s垂直的方向延伸的形状，并且如图15B所示具有将光射出面10s2与光检测面60s之间的空间包围的形状。双面胶带30规定各滤波器100的光射出面与光检测面60s的距离。双面胶带30的高度可以设计为，使光射出面10s2与光检测面60s的距离满足上述的最小距离。通过用双面胶带30来固定滤波器阵列10及图像传感器60的配置，能够通过低成本且简单的工序来制造光检测装置300。
图15C是示意地表示图15B所示的双面胶带30的配置的另一例的平面图。在图15C所示的例子中，滤波器阵列10的周缘区域10p的四个角和图像传感器60的周缘区域60p的四个角通过双面胶带30被贴合。在本实施方式中，滤波器阵列10的周缘区域10p的至少一部分和图像传感器60的周缘区域60p的至少一部分通过双面胶带30被贴合。结果，能够固定滤波器阵列10及图像传感器60的配置。
图16A是示意地表示光检测装置300的第7例的剖视图。图16B是表示从图16A所示的光检测装置300去除了滤波器阵列10及基板20的状态的平面图。在图16A所示的第7例中，光检测装置300具备被滤波器阵列10和图像传感器60夹着的多个间隔件32。光射出面10s2与光检测面60s通过透明粘接剂34被粘接。透明粘接剂34使对象波长域中包含的全部的从波长域W1到波长域Wi的光以高透射率透射。该高透射率例如是0.8以上。多个间隔件32具有刚性，更正确地规定各滤波器100的光射出面与光检测面60s的距离。间隔件32例如可以是液晶显示器中的规定被注入液晶材料的空间的高度的间隔柱(Photo spacer)。间隔柱例如可以由负性光致抗蚀剂SU8(日本化药公司制)形成。透明粘接剂34例如可以由光路耦合用粘接剂GA700L(NTT尖端技术公司(NTT Advanced Technology Corporation)制)形成。关于间隔件32的形成方法在后面叙述。
在各间隔件32的XY平面中的截面的尺寸比光检测元件60a的尺寸大的情况下，各间隔件32被滤波器100的光射出面和微透镜40a的顶部支承。在各间隔件32的截面的尺寸是与光检测元件60a的尺寸相同程度的情况下，一部分间隔件32也被滤波器100的光射出面和微透镜40a的顶部支承。不管在哪种情况下，都能够由间隔件32更正确地规定各滤波器100的光射出面与光检测面60s的距离。
在图16B所示的例子中，多个间隔件32被不规则地配置。间隔件32的分布密度可以设计为，按每个规定大小的区域(例如相当于3×3的单元单体的区域等)而均匀。多个间隔件32的截面的尺寸既可以是均匀的，也可以是不均匀的。间隔件32的截面的尺寸既可以例如比光检测元件60a的尺寸大，也可以是相同程度。也可以是一部分间隔件32的截面的尺寸比光检测元件60a的尺寸小。间隔件32既可以具有透光性，也可以不具有透光性。在平面图中，多个间隔件32的至少1个可以配置在与微透镜40a重叠的位置。
多个间隔件32与它们设置于图像传感器60的周缘区域60p附近及光检测面60s的哪个上无关地起到更正确地规定各滤波器100的光射出面与光检测面60s的距离的作用。设置于光检测面60s且与微透镜40a重叠的间隔件32还起到提高光检测元件60a检测的光的光谱的随机性的作用。这是因为，如果间隔件32的折射率与透明粘接剂34的折射率不同，则向光检测元件60a入射的光的一部分被间隔件32调制。
在图16A及图16B所示的例子中，光射出面10s2与光检测面60s之间的空间被用透明粘接剂34填充。因而，能够提高光检测装置300的机械强度。结果，能够提高光检测装置300的可靠性。进而，由于从图像传感器60发出的热经由透明粘接剂34传递至滤波器阵列10及基板20，所以能够将该热高效地向外部释放。在本实施方式中，光射出面10s2的至少一部分与光检测面60s的至少一部分通过透明粘接剂34被粘接。或者，如图15A至图15C所示，也可以将滤波器阵列10的周缘区域10p的至少一部分和图像传感器60的周缘区域60p的至少一部分用粘接剂贴合。在此情况下，该粘接剂不需要是透明的。
图16C是示意地表示图16B所示的多个间隔件32的配置的另一例的平面图。在图16C所示的例子中，多个间隔件32不是设置于图像传感器60的周缘区域60p，而是设置于图像传感器60的光检测面60s。在需要进一步提高光检测元件60a检测的光的光谱的随机性的情况下，图16C所示的多个间隔件32的配置是有效的。
图16D是示意地表示图16B所示的多个间隔件32的配置的再另一例的平面图。在图16D所示的例子中，多个间隔件32与其设置于图像传感器60的光检测面60s，不如设置于图像传感器60的周缘区域60p附近。在不需要提高光检测元件60a检测的光的光谱的随机性，而需要更正确地规定各滤波器100的光射出面与光检测面60s的距离的情况下，图16D所示的多个间隔件32的配置是有效的。
图16E是示意地表示图16B所示的多个间隔件32的配置的再另一例的平面图。在图16E所示的例子中，多个间隔件32及多个粘接剂35配置在图像传感器60的周缘区域60p中。粘接剂35与间隔件32同样具有柱状形状。配置在周缘区域60p中的粘接剂35也可以不是透明的。这是因为周缘区域60p不贡献于光检测。当从光入射面10s1的法线方向观察时，粘接剂35及间隔件32不相互重叠。因而，能够正确地规定滤波器阵列10的光射出面10s2与图像传感器60的光检测面60s的距离，能够将滤波器阵列10与图像传感器60以更接近于平行的状态贴合。进而，由于在光检测面60s没有配置间隔件32及透明粘接剂34，所以没有由间隔件32及透明粘接剂34带来的光的衰减。在不需要提高光检测元件60a检测的光的光谱的随机性、不需要由透明粘接剂34提高机械强度，而需要更正确地规定光射出面10s2与光检测面60s的距离的情况下，图16E所示的多个间隔件32的配置是有效的。
在图16E所示的例子中，多个间隔件32及多个粘接剂35交替地配置在图像传感器60的周缘区域60p。多个间隔件32及多个粘接剂35不需要交替地配置，也可以是两个以上的间隔件32连续地配置，也可以是两个以上的粘接剂35连续地配置。或者，也可以在图像传感器60的周缘区域60p中的四个角处分别配置4个间隔件32，在其以外的部分配置多个粘接剂35。在图16E所示的例子中，间隔件32具有矩形的截面形状，但也可以具有圆形的截面形状。粘接剂35具有圆形，但也可以是椭圆形。在不需要正确地规定光射出面10s2与光检测面60s的距离的情况下，当从光入射面10s1的法线方向观察时，粘接剂35及间隔件32也可以相互重叠。
<间隔件的形成方法>
作为间隔件32的形成方法，例如可以考虑在图像传感器60的光检测面60s形成多个间隔件32的方法。但是，在该方法中可能发生以下的问题。设想将在光检测面60s形成有多个间隔件32的图像传感器60与具有作为凹凸面的光射出面10s2的滤波器阵列10贴合的情况。在此情况下，由于图像传感器60的光检测面60s与滤波器阵列10的光射出面10s2的距离按每个像素而不同，或者滤波器阵列10的周缘区域10p与图像传感器60的周缘区域60p的距离按每个部位而不同，所以一部分间隔件32有可能不与滤波器阵列10的光射出面10s2接触。在这样的构成中，可能发生被贴合的滤波器阵列10及图像传感器60的机械强度下降、或规定光射出面10s2与光检测面60s之间的距离的精度下降的问题。为了解决该问题，本公开的发明人想到了在滤波器阵列10的光射出面10s2形成多个间隔件32的方法。
以下，参照图17A到图17D，说明在滤波器阵列10的光射出面10s2形成多个间隔件32的方法。图17A至图17D是用来说明间隔件的形成方法中的工序的例子的图。
在最初的工序中，如图17A所示，准备具有凹凸面的滤波器阵列10。在图17A所示的例子中，滤波器阵列10被基板20支承，但也可以没有基板20。
在接下来的工序中，如图17B所示，在滤波器阵列10的光射出面10s2，例如通过旋涂来涂布液体状的光致抗蚀剂32A。由于被旋涂的光致抗蚀剂32A将光射出面10s2的不规则的凹凸吸收或填埋，所以光致抗蚀剂32A的最表面是平坦的。通过参照图17B说明的工序，能够在滤波器阵列10的凹凸面形成光致抗蚀剂。
在接下来的工序中，如图17C或图17D所示，通过将光致抗蚀剂进行构图，在滤波器阵列10的光射出面10s2形成高度对齐的多个间隔件32。这里，高度对齐是指多个间隔件32的端部在铅直方向上位于大致相同的高度。如图17C所示，在各间隔件32的截面的尺寸是1个像素的尺寸以下的情况下，按每个像素，间隔件的铅直方向的长度不同，而在滤波器阵列10内多个间隔件32的高度对齐。如图17D所示，即使在各间隔件32的截面的尺寸比1个像素的尺寸大的情况下，在滤波器阵列10内多个间隔件32的高度也对齐。通过参照图17C或图17D说明的工序，能够在滤波器阵列10的凹凸面形成多个间隔件。
在图17A至图17D所示的例子中，在滤波器阵列10的光射出面10s2形成有多个间隔件32。并不限于该例，也可以在滤波器阵列10的光射出面10s2及/或周缘区域10p形成多个间隔件32。在本说明书中，将形成有多个间隔件32的滤波器阵列10也称作“结构体”。
<滤波器阵列10与图像传感器60的贴合>
接着，参照图18A至图18C，说明将滤波器阵列10与图像传感器60贴合的方法。图18A至图18C是用来说明将滤波器阵列10与图像传感器60贴合的方法中的工序的例子的图。
在最初的工序中，如图18A所示，准备在光射出面10s2形成有多个间隔件32的滤波器阵列10、以及在光检测面60s以点状配置有多个粘接剂35的图像传感器60。粘接剂35例如可以由光硬化树脂或热硬化性树脂形成。光硬化树脂可以是紫外线硬化树脂或可视光硬化性树脂。在图18A所示的例子中，粘接剂35大致具有半椭圆球状的形状。粘接剂35的形状是任意的。
在接下来的工序中，如图18B所示，在使滤波器阵列10的光射出面10s与图像传感器60的光检测面60s相互对置的状态下，滤波器阵列10经由多个间隔件32及多个粘接剂35推抵在图像传感器60上。如图18B所示，也可以配置为，当从相对于光入射面10s1垂直的方向观察时，间隔件32与粘接剂35不相互重叠。在该工序中，粘接剂35被滤波器阵列10推压而大致具有圆柱形状。通过推压，图18B所示的粘接剂35的直径变得比图18A所示的粘接剂35的直径大。
在接下来的工序中，在粘接剂35由光硬化树脂形成的情况下，如图18C所示，多个粘接剂35经由滤波器阵列10及基板20被光照射。图18C所示的箭头表示光照射的状况。在光硬化树脂是紫外线硬化树脂的情况下，照射光是紫外线，在光硬化树脂是可视光硬化性树脂的情况下，照射光是可视光。多个粘接剂35通过光照射而被硬化，滤波器阵列10与图像传感器60以相互大致平行的状态贴合。通过该贴合，能够正确地规定各滤波器100的光射出面与对应的光检测元件60a的光检测面的距离。在粘接剂35由热硬化性树脂形成的情况下，多个粘接剂35通过加热而被硬化，滤波器阵列10与图像传感器60以相互大致平行的状态贴合。
在图18A至图18C所示的例子中，在光射出面10s2形成有多个间隔件32的滤波器阵列10与在光检测面60s配置有多个粘接剂35的图像传感器60贴合。并不限定于该例，也可以是在光射出面10s2及/或周缘区域10p形成有多个间隔件32的滤波器阵列10与在光检测面60s及/或周缘区域60p配置有多个粘接剂35的图像传感器60贴合。虽然在图18A至图18C中没有表示，但滤波器阵列10的周缘区域10p与图像传感器60的周缘区域60p相互对置。
<滤波器阵列及图像传感器的封固>
接着，参照图19及图20，说明将滤波器阵列10及图像传感器60封固到封装内的例子。
图19是示意地表示光检测装置300的第8例的剖视图。图19所示的第8例与图16A所示的第7例不同的点是，光检测装置300具备透明罩50和封装80，不具备光射出面10s2与光检测面60s之间的透明粘接剂34。透明罩50使对象波长域中包含的全部的从波长域W1到波长域Wi的光以高透射率透射。该高透射率例如是0.8以上。透明罩50具有凸部50p。透明罩50的凸部50p经由透明粘接剂36支承滤波器阵列10及基板20。透明罩50例如可以由玻璃或塑料形成。如果透明粘接剂36的折射率与透明罩50的折射率接近，则能够抑制透明罩50与透明粘接剂36的界面处的光的反射。封装80具备底部82、侧壁84和将底部82贯通的多对引线电极80a。底部82具有设置图像传感器60的第1区域82a。侧壁84具有从底部82中的位于第1区域82a的周围的第2区域82b在垂直于底部82的方向上延伸并将图像传感器60包围的形状。多对引线电极80a分别与图像传感器60中包含的多个光检测元件60a电连接。能够从一对引线电极80a取出由各光检测元件60a产生的光电流。
封装80的侧壁84的上表面与透明罩50中的对置于该上表面的周缘区域被接合。在该接合中，例如可以使用软钎焊(soldering)材料或硬钎焊(brazing)材料、或者光硬化性树脂或热硬化性树脂。如图19所示，透明罩50及封装80将滤波器阵列10及图像传感器60封固。通过该封固，能够抑制灰尘、尘埃或水分混入到光检测装置300的内部。结果，能够提高光检测装置300的可靠性。
图19所示的光检测装置300可以通过将包括图像传感器60及多对引线电极80a的封装80用经由透明粘接剂36支承滤波器阵列10及基板20的透明罩50覆盖来制造。由于将封装80用透明罩50覆盖，所以能够通过低成本且简单的工序来制造光检测装置300。在将封装80用透明罩50覆盖之前，多个间隔件32被设置于光射出面10s2。透明罩50的凸部50p的厚度及透明粘接剂36的厚度被设计为，以使得在将封装80用透明罩50覆盖时，多个间隔件32与光检测面60s接触。如果将封装80用透明罩50覆盖，则硬化前的透明粘接剂36被压缩，透明粘接剂36的厚度减小。结果，各滤波器100的光射出面与光检测面60s的距离被多个间隔件32更正确地规定。在封装80的侧壁84的高度上有制造误差的情况下，基板20与透明罩50的间隙的大小可以按每个封装80而不同。该制造误差也有例如为100μm到300μm的情况。在透明粘接剂36由光硬化性树脂形成的情况下，即使基板20与透明罩50的间隙的大小按每个封装80而不同，也能够将该间隙用硬化前的伸缩的透明粘接剂36填埋。之后，透明粘接剂36被照射光或被加热而硬化。与图19所示的形态不同，也可以不将位于滤波器阵列10之上的基板20与透明罩50用透明粘接剂36相互接合。在此情况下，在基板20与透明罩50之间有间隙，所以两者不相互接触。滤波器阵列10通过粘接剂35被固定到图像传感器60。
图20是示意地表示光检测装置300的第9例的剖视图。图20所示的第9例与图19所示的第8例不同的点是以下3点。透明罩50的凸部50p不经由基板20而直接支承滤波器阵列10。封装80的侧壁84相应于没有基板20而变得更低。封装80的侧壁84的上表面与透明罩50中的对置于该上表面的周缘区域通过由光硬化性树脂或热硬化性树脂形成的粘接剂38被接合。
如图20所示，也可以将滤波器阵列10直接层叠在透明罩50的凸部50p上。与图19所示的第8例相比，相应于没有基板20，能够减少零件的数量。即使在封装80的侧壁84的高度上有制造误差，也能够将封装80的侧壁84的上表面与透明罩50的周缘区域之间的间隙用硬化前的伸缩的粘接剂38填埋。之后，粘接剂38被照射光或被加热而硬化。结果，透明罩50被接合到封装80。粘接剂38不需要是透明的。
<包括滤色器的滤波器阵列及图像传感器的配置关系>
在上述的例子中，滤波器阵列10包括法布里—珀罗滤波器。这样的滤波器阵列10可以利用于高光谱相机。本公开的滤波器阵列并不限于利用于高光谱相机，也能够用于例如取得3原色(红、绿、蓝)的彩色图像的通常的相机(即摄像装置)。在此情况下，滤波器阵列10可以不包括法布里—珀罗滤波器而包括滤色器。上述的降低干涉条纹的影响的效果并不限于法布里—珀罗滤波器，在由滤色器形成的滤波器阵列中也能够得到。包括滤色器的滤波器阵列也能够利用于高光谱相机。以下，说明使用这样的滤波器阵列取得高光谱图像即上述的分离图像220的构成的例子。
图21是示意地表示红色滤波器、绿色滤波器及蓝色滤波器的透射光谱的图。图21所示的“R”、“G”及“B”分别表示红色、绿色及蓝色。在本说明书中，将红色、绿色及蓝色的滤色器分别称作“R滤波器”、“G滤波器”及“B滤波器”。R滤波器的透射光谱在600nm以上且700nm以下的范围的波长下具有极大值，具有与该范围相同程度的峰值宽度。G滤波器的透射光谱在500nm以上且600nm以下的范围的波长下具有极大值，具有与该范围相同程度的峰值宽度。B滤波器的透射光谱在400nm以上且500nm以下的范围的波长下具有极大值，具有与该范围相同程度的峰值宽度。各滤色器的透射光谱在对象波长域W内具有单一的宽度宽的峰值。该峰值宽度宽到包含对象波长域W所包含的多个波长域W1、W2、…、Wi中的两个以上的波长域。如果各滤色器的透射光谱具有这样的宽度宽的峰值，则可能某一个滤色器在对象波长域W内的相邻的波长域Wi与波长域Wi+1之间具有透射率的差。在此情况下，即使各滤色器的透射光谱在对象波长域W内不具有两个以上的峰值，也能够得到多个分离图像220。
因而，也可以将图7所示的第1例至图20所示的第9例中的包括法布里—珀罗滤波器的滤波器阵列10替换为包括滤色器的滤波器阵列10。通过使用滤色器，能够以低成本制造滤波器阵列10。
接着，参照图22至图31，说明包括滤色器的滤波器阵列10及图像传感器60的配置关系的例子。关于与上述的说明重复的说明进行省略。
图22是示意地表示本公开的实施方式的光检测装置300的第10例的剖视图。图22所示的第10例与图7所示的第1例不同的点是，滤波器阵列10包括作为滤色器的滤波器100。滤色器例如可以由彩色抗蚀剂形成。滤波器阵列10包括在基板20上以随机分布或准随机分布的方式不规则地排列的多个R滤波器、多个G滤波器及多个B滤波器。R滤波器、G滤波器及B滤波器的厚度相互不同。各滤波器的厚度例如可以是100nm以上且5μm以下。光射出面10s2与光检测面60s的距离按照R滤波器、G滤波器及B滤波器而不同。由于光射出面10s2与光检测面60s的距离变得不均匀，所以即使在光射出面10s2与光检测面60s之间发生光的多重反射，也能够抑制在摄像图像中出现干涉条纹。如果光射出面10s2与光检测面60s的距离不均匀，则即使滤波器阵列10包含通常的拜耳排列的滤色器，也能够抑制在摄像图像中出现干涉条纹。与包括法布里—珀罗滤波器的滤波器阵列10不同，包括滤色器的滤波器阵列10不具有实质上的翘曲。因而，滤波器阵列10对基板20的翘曲带来的影响充分小。
本实施方式的滤波器阵列10具备在对象波长域W内透射光谱相互不同的两种以上的滤色器。光射出面10s2与光检测面60s的距离按这两种以上的滤色器的每一种滤色器而不同。滤色器也可以是R滤波器、G滤波器及B滤波器那样的原色系滤波器。或者，滤色器也可以是青色的滤波器、洋红色的滤波器及黄色的滤波器那样的互补色系滤波器。或者，滤色器也可以是原色系滤波器及互补色系滤波器混合的滤波器。另外，本实施方式的滤波器阵列10也可以包括透明滤波器或ND滤波器等的不具有光透射率的波长依赖性的滤波器。
图23A及图23B是示意地表示图22所示的光检测装置的变形例的剖视图。图23A及图23B所示的变形例分别相当于图9A及图9B所示的变形例。
图24A至图24C分别是示意地表示本公开的实施方式的光检测装置300的第11至第13例的剖视图。图24A所示的第11例相当于图10所示的第2例。图24B所示的第12例及图24C所示的第13例是包括滤色器的滤波器阵列10所特有的构成。
图24B所示的第12例与图22所示的第10例不同的点是，多个滤波器100分别在光射出面具备防反射膜22。也可以不是全部的滤波器100，而是至少1个滤波器100具备防反射膜22。如果在法布里—珀罗滤波器上直接设置防反射膜22，则法布里—珀罗滤波器的透射光谱有可能变化。相对于此，即使在滤色器上直接设置防反射膜22，滤色器的透射光谱也不变化。因而，在包括滤色器的滤波器阵列10中，可以在光射出面10s2设置防反射膜22。防反射膜22能够抑制图22所示的第10例的在滤波器阵列10与空气的界面处发生的光的反射。因而，能够抑制在光射出面10s2与光检测面60s之间发生的光的多重反射。结果，能够进一步抑制在摄像图像中出现干涉条纹。图24C所示的第13例与图24B所示的第12例不同的点是，基板20在与支承滤波器阵列10的面相反侧的面还具备防反射膜22。通过两个防反射膜22，能够进一步提高光检测装置300的光检测效率。
图25及图26分别是示意地表示本公开的实施方式的光检测装置300的第14及第15例的剖视图。图25所示的第14例相当于图11所示的第3例。图26所示的第15例相当于图12所示的第4例。
图27是示意地表示本公开的实施方式的光检测装置300的第16例的平面图。图27所示的第16例相当于图13所示的第5例。
图28是示意地表示本公开的实施方式的光检测装置300的第17例的剖视图。图28所示的第17例相当于图15A所示的第6例。图28所示的滤波器阵列10的周缘区域10p例如可以是R滤波器、G滤波器及B滤波器中的任一个滤波器的表面。
图29至图31分别是示意地表示本公开的实施方式的光检测装置300的第18至第20例的剖视图。图29所示的第18例相当于图16A所示的第7例。图30所示的第19例相当于图19所示的第8例。图31所示的第20例相当于图20所示的第9例。
另外，也可以将上述的光检测装置300的多个例子的一部分或全部根据目的或用途而任意地组合。例如，也可以将图10所示的第2例中的防反射膜22应用于图11所示的第3例至图20所示的第9例中的任一个。或者，也可以将图13所示的第5例中的滤波器阵列10及图像传感器60通过图19所示的第8例或图20所示的第9例中的透明罩50及封装80封固。
产业上的可利用性
本公开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设备是有用的。本公开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。
标号说明
10滤波器阵列
10s1光入射面
10s2光射出面
10p滤波器阵列的周缘区域
12干涉层
14a第1反射层
14b第2反射层
20基板
22防反射膜
30双面胶带
32间隔件
32A 光致抗蚀剂
34、36透明粘接剂
35粘接剂
38粘接剂
40光学系统
40a微透镜
50透明罩
50p透明罩的凸部
60图像传感器
60s光检测面
60a光检测元件
60p图像传感器的周缘区域
70对象物
80封装
82底部
82a底部的第1区域
82b底部的第2区域
84侧壁
100滤波器
120图像
200信号处理电路
220分离图像
300光检测装置
400光检测系统

Claims (29)

1.一种光检测装置，其中，具备：
滤波器阵列，包括分别具有光入射面及光射出面、并且二维地排列的多个滤波器，上述多个滤波器包括具有相互不同的透射光谱的多个种类的滤波器；以及
图像传感器，具有与上述光射出面对置的光检测面，具备沿着上述光检测面二维地排列的多个光检测元件；
上述光射出面与上述光检测面的距离按每个上述滤波器而不同。
2.如权利要求1所述的光检测装置，其中，
上述多个种类的滤波器分别具备共振结构，该共振结构包括具有相互位于相反侧的第1表面及第2表面的干涉层、以及设置于上述第1表面的反射层；
上述干涉层的厚度根据上述滤波器的透射光谱而不同；
上述多个种类的滤波器各自的透射光谱在特定的波长域所包含的两个以上波长的各个波长下具有透射率的极大值；
上述图像传感器在上述特定的波长域中具有灵敏度。
3.如权利要求1所述的光检测装置，其中，
上述多个种类的滤波器包括两种以上的滤色器。
4.如权利要求3所述的光检测装置，其中，
上述多个种类的滤色器的至少1个在上述光射出面具备防反射膜。
5.如权利要求1～4中任一项所述的光检测装置，其中，
上述多个种类的滤波器被不规则地配置。
6.如权利要求1～5中任一项所述的光检测装置，其中，
上述光射出面与上述光检测面的最小距离是0.1μm以上且200μm以下。
7.如权利要求1～6中任一项所述的光检测装置，其中，
上述多个滤波器与上述多个光检测元件分别对置。
8.如权利要求1～6中任一项所述的光检测装置，其中，
上述多个滤波器的至少1个具有与上述多个光检测元件中的两个相邻的光检测元件各自的一部分对置的部分。
9.如权利要求1～8中任一项所述的光检测装置，其中，
上述多个滤波器的上述光入射面及上述光检测面相互平行。
10.如权利要求1～8中任一项所述的光检测装置，其中，
上述多个滤波器的上述光入射面及上述光检测面不相互平行。
11.如权利要求1～10中任一项所述的光检测装置，其中，
从上述光入射面一侧观察时，上述多个滤波器沿着第1方向及从上述第1方向逆时针旋转了规定角度的第2方向二维地排列，上述多个光检测元件沿着第3方向及从上述第3方向逆时针旋转了上述规定角度的第4方向二维地排列；
上述第1方向与上述第3方向所成的角度是上述规定角度的1/4以上且1/2以下。
12.如权利要求11所述的光检测装置，其中，
上述规定角度是90度。
13.如权利要求1～12中任一项所述的光检测装置，其中，
上述滤波器阵列及上述图像传感器具有相同倾向的翘曲。
14.如权利要求1～12中任一项所述的光检测装置，其中，
上述滤波器阵列及上述图像传感器具有相反倾向的翘曲。
15.如权利要求1～14中任一项所述的光检测装置，其中，
在上述多个滤波器的上述光入射面具备基板。
16.如权利要求15所述的光检测装置，其中，
上述基板在与上述滤波器阵列一侧的面相反侧的面具备防反射膜。
17.如权利要求1～16中任一项所述的光检测装置，其中，
具备双面胶带，该双面胶带将上述多个滤波器的位于上述光射出面的周围的周缘区域的至少一部分、与上述图像传感器的位于上述光检测面的周围的周缘区域的至少一部分贴合。
18.如权利要求1～16中任一项所述的光检测装置，其中，
具备多个间隔件，该多个间隔件被上述滤波器阵列和上述图像传感器夹着，规定各滤波器的上述光射出面与上述光检测面的上述距离；
上述多个滤波器的上述光射出面的至少一部分与上述光检测面的至少一部分通过透明粘接剂粘接。
19.如权利要求18所述的光检测装置，其中，
在平面图中，上述多个间隔件的至少1个配置在与上述多个光检测元件的至少1个重叠的位置。
20.如权利要求1～19中任一项所述的光检测装置，其中，
上述图像传感器具备分别配置于上述多个光检测元件的多个第1微透镜。
21.如权利要求1～20中任一项所述的光检测装置，其中，
上述滤波器阵列具备分别配置于上述多个滤波器的上述光射出面的多个第2微透镜。
22.如权利要求1～21中任一项所述的光检测装置，其中，
上述光射出面与上述光检测面的最小距离大于0.1μm。
23.如权利要求1～21中任一项所述的光检测装置，其中，
在对象波长域为λ1以上且λ2以下时，
上述光射出面与上述光检测面的最小距离大于λ1/4。
24.如权利要求1～21中任一项所述的光检测装置，其中，
在对象波长域为λ1以上且λ2以下时，
上述光射出面与上述光检测面的最小距离大于λ2/4。
25.如权利要求1～24中任一项所述的光检测装置，其中，
具备：
透明罩，支承上述滤波器阵列；以及
封装，具备底部以及侧壁，上述底部具有设置上述图像传感器的第1区域，上述侧壁从上述底部中的位于上述第1区域的周围的第2区域延伸，包围上述图像传感器；
上述透明罩及上述封装将上述滤波器阵列及上述图像传感器封固。
26.如权利要求1～25中任一项所述的光检测装置，其中，
还具备信号处理电路；
上述信号处理电路从由上述滤波器阵列编码的压缩图像，复原4个以上的波长域各自的多个分光图像。
27.一种结构体的制造方法，其中，包括：
准备滤波器阵列的工序，上述滤波器阵列包括二维地排列的多个滤波器，并且具有凹凸面，上述多个滤波器具有相互不同的透射光谱；
在上述滤波器阵列的上述凹凸面通过旋涂而形成光致抗蚀剂的工序；以及
通过对上述光致抗蚀剂进行构图而在上述滤波器阵列的上述凹凸面形成多个间隔件的工序。
28.一种光检测装置的制造方法，其中，包括：
准备通过权利要求27所述的结构体的制造方法制造的结构体、以及具有光检测面的图像传感器的工序；以及
在使上述滤波器阵列的上述凹凸面与上述图像传感器的上述光检测面相互对置的状态下，经由上述多个间隔件使上述滤波器阵列与上述图像传感器贴合的工序。
29.如权利要求28所述的光检测装置的制造方法，其中，
在上述图像传感器的上述光检测面及/或位于上述光检测面的周围的周缘区域，配置有多个粘接剂；
使上述滤波器阵列与上述图像传感器贴合的工序包括：将上述滤波器阵列经由上述多个间隔件及上述多个粘接剂推抵在上述图像传感器上。
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