JP2019090771A - Light detector light detection system, and light detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光検出装置、光検出システム、および光検出方法に関する。 The present invention relates to a light detection device, a light detection system, and a light detection method.
光は電磁波であり、波長および強度以外に、偏光および干渉性などの特性によって特徴づけられる。例えば、特許文献1は、上記の特性のうち光の干渉性を用いて対象物を測定する光検出装置を開示している。
Light is an electromagnetic wave and is characterized by properties such as polarization and coherence besides wavelength and intensity. For example,
本開示は、対象物からの透過光、反射光および/または散乱光のコヒーレンスの度合い、または位相を、複雑な光学系を利用することなく測定することができる光検出装置を提供する。 The present disclosure provides a light detection device capable of measuring the degree or phase of coherence of transmitted light, reflected light and / or scattered light from an object without using a complicated optical system.
本開示の一態様に係る光検出装置は、少なくとも第1の方向に交互に配置された複数の第1透光領域および複数の第1遮光領域を含む第1遮光膜と、前記少なくとも第1の方向に交互に配置された複数の第2透光領域および複数の第2遮光領域を含む第2遮光膜であって、前記複数の第2透光領域は、前記複数の第1遮光領域にそれぞれ対向し、前記複数の第2遮光領域は、前記複数の第1透光領域にそれぞれ対向する第2遮光膜と、複数の光検出セルを含む光検出器であって、前記複数の光検出セルは、前記複数の第2透光領域を介して前記複数の第1遮光領域にそれぞれ対応する光検出器と、前記第1遮光膜と前記第2遮光膜の間の光結合層であって、前記複数の第1透光領域に光が入射したときに、前記光の一部を前記第1の方向に伝搬させ、前記複数の第2の透光領域を介して前記複数の光検出セルに入射させるグレーティングを含む光結合層と、を備える。 A light detection device according to one aspect of the present disclosure includes: a first light shielding film including a plurality of first light transmitting regions and a plurality of first light shielding regions alternately arranged in at least a first direction; A second light shielding film including a plurality of second light transmitting regions and a plurality of second light shielding regions alternately arranged in a direction, wherein the plurality of second light transmitting regions are respectively formed on the plurality of first light shielding regions The plurality of second light shielding regions are light detectors including a second light shielding film respectively facing the plurality of first light transmitting regions and a plurality of light detection cells, and the plurality of light detection cells The photodetectors respectively correspond to the plurality of first light shielding regions through the plurality of second light transmitting regions, and a light coupling layer between the first light shielding film and the second light shielding film, When light is incident on the plurality of first light transmitting regions, a portion of the light is transmitted in the first direction. It is, and a light coupling layer comprising a grating to be incident on the plurality of photodetecting cells via the plurality of second light transmitting regions.
本開示の他の態様に係る光検出装置は、対象物からの光を検出する光検出装置であって、少なくとも第1の方向に交互に配置された複数の透光領域および複数の遮光領域を含む遮光膜と、複数の光検出セルを含む光検出器であって、前記複数の光検出セルは前記複数の遮光領域にそれぞれ対応する光検出器と、前記遮光膜と前記光検出器の間の光結合層であって、前記複数の透光領域に光が入射したときに、前記光の一部を前記第1の方向に伝搬させ、前記複数の光検出セルに入射させるグレーティングを含む、光結合層と、を備え、前記対象物からの光は、テレセントリックレンズを透過することなく、前記遮光膜に入射する。 A light detection device according to another aspect of the present disclosure is a light detection device that detects light from an object, and includes a plurality of light transmission regions and a plurality of light shielding regions alternately arranged in at least a first direction. A light-shielding film including the light-shielding film, and a plurality of light-detecting cells, wherein the plurality of light-detecting cells are respectively corresponding to the plurality of light-shielding regions, and between the light-shielding film and the light-detecting device. An optical coupling layer, comprising: a grating for causing a part of the light to propagate in the first direction and causing the light to be incident on the plurality of light detection cells, when the light is incident on the plurality of light transmission regions; A light coupling layer, and light from the object is incident on the light shielding film without being transmitted through a telecentric lens.
上記の包括的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体によって実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意の組み合わせによって実現されてもよい。 The above general aspects may be realized by a system, a method, an integrated circuit, a computer program, or a recording medium. Alternatively, the present invention may be realized by any combination of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program, and a recording medium.
本開示の一態様によれば、対象物からの透過光、反射光および/または散乱光のコヒーレンスの度合い、または位相を、複雑な光学系なしに測定することができる。 According to one aspect of the present disclosure, the degree or phase of coherence of transmitted light, reflected light and / or scattered light from an object can be measured without a complicated optical system.
(本開示の基礎となった知見)
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
(Findings that formed the basis of this disclosure)
Before describing the embodiments of the present disclosure, the findings underlying the present disclosure will be described.
図6Aは、本発明者らが特許文献1に開示した光検出システム200を模式的に示す図である。光検出システム200は、光源2と、集光レンズ7と、光検出装置13と、制御回路1と、演算回路14とを備える。
FIG. 6A is a view schematically showing the
光源2は、一定のコヒーレンス長の光3で対象物4を照射する。光源2は、例えば、コヒーレント光を出射するレーザ装置である。光源2は、一定の強度の光を連続的に出射してもよいし、パルス光を出射してもよい。光源2が出射する光の波長は任意である。対象物4が生体の場合、光源2の波長は、例えば略650nm以上略950nm以下に設定され得る。この波長範囲は、赤色〜近赤外線の波長範囲に含まれる。本明細書では、可視光のみならず赤外線についても「光」の用語を用いる。
The
光源2から出射された光で対象物4を照射した場合、集光レンズ7は、対象物4の表面または内部において発生した散乱光5a、5Aを集光する。散乱光5aの散乱経路は短く、散乱光5Aの散乱経路は長い。集光された光は、集光レンズ7の像面位置に像8bとして結像される。像8bに対応して、集光レンズ7の対象物4側には、物点の集まりである実質的な物体8aが存在する。
When the
光検出装置13は、集光レンズ7の像面位置に配置される。光検出装置13は、集光レンズ7が集光した散乱光5a、5Aを検出する。光検出装置13の詳細な構造は後述する。
The
演算回路14は、光検出装置13が検出した信号の演算処理を行う。演算回路14は、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)などの画像処理回路であり得る。
The
制御回路1は、例えばメモリに記録されたプログラムを実行することにより、光検出装置13による光の検出、演算回路14による演算処理、ならびに、光源2の発光光量、点灯タイミング、連続点灯時間、発光波長およびコヒーレンス長の少なくとも1つを制御する。制御回路1は、中央演算処理装置(CPU)またはマイクロコンピュータ(マイコン)などの集積回路であり得る。制御回路1および演算回路14は、統合された1つの回路によって実現されてもよい。
The
なお、光検出システム200は、演算回路14が演算処理した結果を表示する不図示のディスプレイを備えていてもよい。
The
図6Bは、対象物4内において散乱された光の一部である光が、集光レンズ7によって集光され、光検出装置13における1つの透光領域9aから入射し、光検出装置13内を伝搬する様子を模式的に示す図である。図6Bに示す例では、後述する光3、5、5s、6a、6b、6d、6Dが伝搬する様子の一例が、矢印で表されている。実際には、光3の分布は、伝搬方向に対して垂直な方向に広がっている。図6Bに示す例では、光3で対象物4を照射した場合に、対象物4内において散乱され位置Lおよび位置Rから出た光のうち、絞り7cを通過して光検出装置13に入射する光の様子が、灰色領域によって示されている。実際には、対象物4における位置Lおよび位置R以外の位置から出て、絞り7cを通過して光検出装置13に入射する光も存在するが、省略している。また、上記以外の透光領域9aから光検出装置13に入射する光も存在するが、省略している。以下の図においても、光伝搬の一例を矢印で表している。
In FIG. 6B, light which is a part of the light scattered in the
対象物4は散乱体である。対象物4の内部を伝搬する光は、内部で散乱を繰り返す。集光レンズ7は、前レンズ7aと絞り7cと後レンズ7bとから形成され、両テレセントリックレンズ、または像テレセントリックレンズを構成する。対象物4内において散乱された光のうち、レンズの光軸に沿った光のみが、絞り7cを通過して光検出装置13に入射する光5になる。光軸からずれた迷光5sは、絞り7cによって遮られる。光5は、透光領域9aに垂直に入射する。
The
図7Aは、光が入射する方向に沿った面における光検出装置13を模式的に示す断面図である。図7Bは、光検出装置13を光が入射する側から見た後述する遮光膜9を模式的に示す平面図である。以下の説明において、互いに直交するX、Y、およびZ軸によって規定される座標系を用いる。図7Aに示すXZ面における断面図は、図7Bにおける破線で囲まれた領域を含む。図7Aの断面構造を一つの単位として、当該単位構造がXY面内において周期的に並んでいる。以下において、面内方向とは、XY平面に平行な方向を意味し、面直方向とは、Z方向に平行な方向を意味する。
FIG. 7A is a cross-sectional view schematically showing the
光検出装置13は、光検出器10と、光結合層12と、遮光膜9と、をこの順に備える。図7Aに示す例では、これらの構成がZ方向に積層されている。また、図7Aに示す例では、光検出装置13は、遮光膜9上に、透明基板9bとバンドパスフィルタ9pと、をこの順に備えている。
The
光検出器10は、光検出器10の面内方向に複数の光検出セル10a,10Aを備える。光検出器10は、光が入射する側から、マイクロレンズ11a、11Aと、透明膜10cと、配線などの金属膜10dと、シリコンまたは有機膜などから形成される感光部とを備えている。面内方向における金属膜10dの隙間にある感光部が、光検出セル10a,10Aに相当する。複数のマイクロレンズ11a、11Aは、1つのマイクロレンズが1つの光検出セル10a,10Aに対向するように配置される。マイクロレンズ11a、11Aによって集光され、面内方向における金属膜10dの隙間に入射する光が、光検出セル10a、10Aによって検出される。
The
光結合層12は、光検出器10上に配置され、光検出器10の面直方向において、第1の透明層12c、第1の透明層12c上の第2の透明層12b、および第2の透明層12b上の第3の透明層12aを含む。第1の透明層12cおよび第3の透明層12aは、SiO2などから形成される。第2の透明層12bは、Ta2O5などから形成される。第2の透明層12bの屈折率は、第1の透明層12cの屈折率および第3の透明層12aの屈折率よりも高い。光結合層12は、高屈折率透明層12bと低屈折率透明層12cとをこの順にさらに繰り返した構造を備えてもよい。図7Aに示す例では、合計6回繰り返した構造が示されている。
The
高屈折率透明層12bは、低屈折率透明層12c、12aによって挟まれ、導波層として機能する。高屈折率透明層12bと低屈折率透明層12cとの間、および/または高屈折率透明層12bと低屈折率透明層12aと間の界面に、全面に渡ってピッチΛの直線グレーティング12dが形成されている。グレーティングの格子ベクトルは、光結合層12の面内方向におけるX方向に平行である。XZ面におけるグレーティング12dの断面の形状は、積層される高屈折率透明層12bおよび低屈折率透明層12cにも順次転写される。透明層12b、12cの成膜が積層方向に高い指向性を有する場合には、XZ面におけるグレーティングの断面をS字またはV字状にすれば、形状の転写性を維持しやすい。なお、グレーティング12dは、少なくとも高屈折率透明層12bの一部に備えられていればよい。高屈折率透明層12bがグレーティング12dを備えることにより、入射光を、高屈折率透明層12bを伝搬する導波光に結合させることができる。
The high refractive index
光結合層12と光検出器10との間の隙間は、狭くてもよく、密着していてもよい。2つのマイクロレンズ11a、11Aの間、および、光結合層12と光検出器10との間の隙間に、接着剤などの透明媒質を充填してもよい。透明媒質を充填する場合、マイクロレンズ11a、11Aの構成材料の屈折率が、充填される透明媒質の屈折率よりも充分大きければ、マイクロレンズ11a、11Aにおいてレンズ効果が得られる。
The gap between the
遮光膜9は、複数の遮光領域9Aおよび複数の透光領域9aを有する。遮光領域9Aでは、反射膜が形成され、透光領域9aでは、反射膜が除去されている。図7Aに示す例では、透明基板9b上に成膜されたAlなどから形成される金属反射膜をパターニングすることにより、遮光領域9Aおよび透光領域9aが形成される。図7Aにおける透光領域9aは、図7Bにおける透光領域9a1,9a2,9a3,9a4などに対応する。図7Aにおける遮光領域9Aは、図7Bにおける遮光領域9A1,9A2,9A3,9A4などに対応する。つまり、遮光領域9Aおよび複数の透光領域9aは、X方向およびY方向に交互に配置されている。複数の遮光領域9Aは、複数の光検出セル10Aにそれぞれ対向する。複数の透光領域9aは、複数の光検出セル10aにそれぞれ対向する。図7Bに示すように、複数の遮光領域9A(9A1〜9A4)は、チェッカーパターンを形成する。遮光領域9A(9A1〜9A4)はチェッカーパターン以外を形成してもよく、例えばストライプパターンでもよい。
The light shielding film 9 has a plurality of
透明基板9bは、遮光膜9の光入射側に配置され、SiO2などの材料から形成される。バンドパスフィルタ9pは、透明基板9bの光入射側に配置され、入射射する光5のうち、波長λ0近傍の光のみを選択的に透過させる。
The
光検出装置13に入射する光5は、バンドパスフィルタ9pおよび透明基板9bを経て、光6A、6aとして、遮光領域9Aと透光領域9aとに至る。光6Aは、遮光領域9Aによって遮光される。光6aは、透光領域9aを透過し、光結合層12に入射し、低屈折率透明層12aを経て、高屈折率透明層12bに入射する。以下の式(1)を満たせば、導波光6bが発生する。
ここで、Nは、導波光6bの実効屈折率である。θは、XY面に平行な入射面の法線に対する入射角度である。λは波長である。Λはグレーティングピッチである。図7Aに示す例では、光が入射面に垂直に入射している。すなわち、θ=0である。この場合、導波光6bはXY面内をX方向に伝搬する。
Here, N is the effective refractive index of the guided
高屈折率透明層12bを透過して下層に入射する光は、下層側にある全ての高屈折率透明層12bに入射する。これにより、式(1)と同じ条件で導波光6cが発生する。実際は、全ての高屈折率透明層12bにおいて導波光が発生する。図7Aに示す例では、2つの層において発生する導波光6b、6cが代表して示されている。導波光6cも、導波光6bと同様に、XY面内をX方向に伝搬する。
Light transmitted through the high refractive index
導波光6b、6cは、XY面に平行な導波面の法線に対して角度θで上下方向に光を放射しながら伝搬する。図7Aに示す例では、θ=0である。その放射光6B1、6C1は、遮光領域9Aの直下では上方に向かう成分が遮光領域9Aによって反射され、下方に向かう光6B2になる。光6B1、6C1,6B2は、高屈折率透明層12bに対し式(1)を満たしている。したがって、光6B1、6C1,6B2の一部が、再び導波光6b、6cになる。導波光6b、6cも、新たな放射光6B1、6C1を生成する。上記の過程が繰り返される。
The guided
全体として、透光領域9aの直下では、導波光にならなかった成分が、光結合層12を透過し、透過光6dとしてマイクロレンズ11aに入射し、光検出セル10aによって検出される。実際には、導波の後、最終的に放射され、光検出セル10aによって検出される成分も存在する。そのような成分も、導波光にならなかった成分とする。遮光領域9Aの直下では、導波光になった成分が放射され、放射光6Dとしてマイクロレンズ11Aに入射し、光検出セル10Aによって検出される。
As a whole, immediately below the
図6Bに示すP0およびP1のように、光は、透光領域9aを通じて、直下の光検出セル10aと左右の光検出セル10Aとに分岐する。分岐した光は、それぞれ光検出セル10a、10Aによって検出される。図7Bに示す透光領域9a1,9a2,9a3,9a4にそれぞれ対向する4つの光検出セルにおける検出光量を、それぞれq1,q2,q3,q4とする。図7Bに示す遮光領域9A1,9A2,9A3,9A4にそれぞれ対向する4つの光検出セルにおける検出光量を、それぞれQ1,Q2,Q3,Q4とする。前者4つは導波光にならなかった光の検出光量であり、後者4つは導波光になった光の検出光量である。
As shown in P0 and P1 shown in FIG. 6B, light branches into the
透光領域9a1の直下の光検出セルでは、導波光になった光の光量は検出されず、遮光領域9A2の直下の光検出セルでは、導波光にならなかった光の光量は検出されない。ここで、透光領域9a1の直下の検出位置において、導波光になった光の検出光量として、Q0=(Q1+Q2+Q3+Q4)/4またはQ0=(Q1+Q2)/2を定義する。遮光領域9A2の直下の検出位置において、導波光にならなかった光の検出光量として、q0=(q1+q2+q3+q4)/4またはq0=(q1+q2)/2を定義する。すなわち、遮光領域9Aまたは透光領域9aのある領域において、当該領域を中心としてX方向および/またはY方向に隣接する領域の直下の検出位置における検出光量の平均値を定義する。この定義を全ての領域に適用することにより、光検出器10を構成する全ての検出領域において、導波光にならなかった光の検出光量と、導波光になった光の検出光量とを定義することができる。
The light detection cell immediately below the light transmitting area 9a1 does not detect the light quantity of the light that has become guided light, and the light detection cell immediately below the light shielding area 9A2 does not detect the light quantity of the light that does not turn into the guided light. Here, Q0 = (Q1 + Q2 + Q3 + Q4) / 4 or Q0 = (Q1 + Q2) / 2 is defined as the detected light quantity of the light which has become guided light at the detection position immediately below the light transmitting region 9a1. At the detection position immediately below the light shielding area 9A2, q0 = (q1 + q2 + q3 + q4) / 4 or q0 = (q1 + q2) / 2 is defined as the detected light amount of the light which did not become guided light. That is, in a region where the
演算回路14は、例えば、以下の(1)から(3)の演算処理を行う。(1)光検出器10を構成する全ての光検出セルにおいて、導波光にならなかった光の検出光量と、導波光になった光の検出光量とを上記のように定義する。(2)これらの比の値、またはこれらの光量和に対する各光量の比の値を光検出セルごとに算出する。(3)光検出セルごとに算出した値を各光検出セルに相当する画素に割り当てて画像を生成するなどの演算処理を行う。
The
ある領域内の検出値の平均値、標準偏差値、またはそれらを組み合わせた演算値は、対象物内部における吸収係数、散乱係数などの光学定数の分布状況を反映している。そのため、光源のコヒーレンス長などをパラメータとして用いることにより、対象物の内部の状態を示す情報を検知することができる。 The average value of the detection values in a certain area, the standard deviation value, or the operation value obtained by combining them reflects the distribution of optical constants such as the absorption coefficient and the scattering coefficient inside the object. Therefore, information indicating the internal state of the object can be detected by using the coherence length of the light source or the like as a parameter.
光検出装置13についての詳細な説明は、米国特許出願公開第2016/360967号明細書および米国特許出願公開第2017/023410号明細書に開示されている。米国特許出願公開第2016/360967号明細書および米国特許出願公開第2017/023410号明細書の開示内容の全体を本願明細書に援用する。
A detailed description of the
上記の光検出装置では、光を垂直に入射させるために、集光レンズ7としてテレセントリックレンズなどの高価な光学系が用いられている。
In the above-described light detection device, an expensive optical system such as a telecentric lens is used as the condensing
しかし、本発明者らは、上記の光検出装置をさらに改良することにより、複雑な光学系を用いることなく対象物を測定できること光検出装置および光検出システムに想到した。 However, the present inventors have conceived of a light detection device and a light detection system that the object can be measured without using a complicated optical system by further improving the light detection device described above.
本開示は、以下の項目に記載の光検出装置および光検出システムを含む。 The present disclosure includes the light detection device and the light detection system described in the following items.
[項目1]
少なくとも第1の方向に交互に配置された複数の第1透光領域および複数の第1遮光領域を含む第1遮光膜と、
前記少なくとも第1の方向に交互に配置された複数の第2透光領域および複数の第2遮光領域を含む第2遮光膜であって、前記複数の第2透光領域は、前記複数の第1遮光領域にそれぞれ対向し、前記複数の第2遮光領域は、前記複数の第1透光領域にそれぞれ対向する第2遮光膜と、
複数の光検出セルを含む光検出器であって、前記複数の光検出セルは、前記複数の第2透光領域を介して前記複数の第1遮光領域にそれぞれ対応する光検出器と、
前記第1遮光膜と前記第2遮光膜の間の光結合層であって、前記複数の第1透光領域に光が入射したときに、前記光の一部を前記第1の方向に伝搬させ、前記複数の第2の透光領域を介して前記複数の光検出セルに入射させるグレーティングを含む光結合層と、
を備える光検出装置。
[Item 1]
A first light shielding film including a plurality of first light transmitting regions and a plurality of first light shielding regions alternately arranged in at least a first direction;
The second light-shielding film includes a plurality of second light-transmitting regions and a plurality of second light-shielding regions alternately arranged in the at least first direction, the plurality of second light-transmitting regions being the plurality of And a second light shielding film respectively facing the first light shielding region, and the plurality of second light shielding regions respectively facing the plurality of first light transmitting regions;
A photodetector including a plurality of light detection cells, wherein the plurality of light detection cells respectively correspond to the plurality of first light shield regions via the plurality of second light transmission regions;
A light coupling layer between the first light shielding film and the second light shielding film, which propagates part of the light in the first direction when light is incident on the plurality of first light transmitting regions. An optical coupling layer including a grating that is incident on the plurality of light detection cells via the plurality of second light transmission regions;
Light detection device comprising:
[項目2]
前記光結合層は、第1の誘電体層、前記第1の誘電体層上の第2の誘電体層、および前記第2の誘電体層上の第3の誘電体層を含み、
前記第2の誘電体層の屈折率は、前記第1の誘電体層の屈折率および前記第3の誘電体層の屈折率よりも高く、
前記第2の誘電体層と前記第1の誘電体層との間、および/または前記第2の誘電体層と前記第3の誘電体層との間に、前記グレーティングがある、
項目1に記載の光検出装置。
[Item 2]
The light coupling layer includes a first dielectric layer, a second dielectric layer on the first dielectric layer, and a third dielectric layer on the second dielectric layer,
The refractive index of the second dielectric layer is higher than the refractive index of the first dielectric layer and the refractive index of the third dielectric layer,
The grating is between the second dielectric layer and the first dielectric layer and / or between the second dielectric layer and the third dielectric layer.
The light detection device according to
[項目3]
前記第1遮光膜において、前記複数の第1透光領域および前記複数の第1遮光領域は、前記第1の方向および前記第1の方向と直交する第2の方向に交互に配置されており、
前記第2遮光膜において、前記複数の第2透光領域および前記複数の第2遮光領域は、前記第1および第2の方向に交互に配置されている、
項目1または2に記載の光検出装置。
[Item 3]
In the first light shielding film, the plurality of first light transmitting regions and the plurality of first light shielding regions are alternately arranged in the first direction and a second direction orthogonal to the first direction. ,
In the second light shielding film, the plurality of second light transmitting regions and the plurality of second light shielding regions are alternately arranged in the first and second directions.
The light detection device according to
[項目4]
対象物からの光を検出する光検出装置であって、
少なくとも第1の方向に交互に配置された複数の透光領域および複数の遮光領域を含む遮光膜と、
複数の光検出セルを含む光検出器であって、前記複数の光検出セルは前記複数の遮光領域にそれぞれ対応する光検出器と、
前記遮光膜と前記光検出器の間の光結合層であって、前記複数の透光領域に光が入射したときに、前記光の一部を前記第1の方向に伝搬させ、前記複数の光検出セルに入射させるグレーティングを含む、光結合層と、
を備え、
前記対象物からの光は、テレセントリックレンズを透過することなく、前記遮光膜に入射する、
光検出装置。
[Item 4]
A light detection device for detecting light from an object, comprising:
A light shielding film including a plurality of light transmitting regions and a plurality of light shielding regions alternately arranged in at least a first direction;
A light detector including a plurality of light detection cells, wherein the plurality of light detection cells respectively correspond to the plurality of light shielding regions;
A light coupling layer between the light shielding film and the light detector, which causes part of the light to propagate in the first direction when light is incident on the plurality of light transmitting regions, An optical coupling layer including a grating to be incident on the light detection cell;
Equipped with
Light from the object is incident on the light shielding film without being transmitted through a telecentric lens.
Light detection device.
[項目5]
前記遮光膜において、前記複数の透光領域および前記複数の遮光領域は、前記第1の方向および前記第1の方向と直交する第2の方向に交互に配置されている、
項目4に記載の光検出装置。
[Item 5]
In the light shielding film, the plurality of light transmitting regions and the plurality of light shielding regions are alternately arranged in the first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
The light detection device according to
[項目6]
項目3または5に記載の光検出装置と、
演算回路と、
を備え、
前記演算回路は、
前記複数の光検出セルのうち、前記第1の方向に隣り合う2つの光検出セルから出力された信号から、前記第1の方向に隣り合う前記2つの光検出セルの間に位置する領域における補間信号を算出することによって得られる、前記複数の光検出セルを含む平面のうち前記複数の光検出セル以外の複数の補間領域における複数の第1補間信号、
前記複数の光検出セルのうち、前記第2の方向に隣り合う2つの光検出セルから出力された信号から、前記第2の方向に隣り合う前記2つの光検出セルの間に位置する領域における補間信号を算出することによって得られる、前記複数の補間領域における複数の第2の補間信号、および
前記複数の補間領域のうち、前記第2の方向に隣り合う2つの補間領域について算出された2つの第1の補間信号から、前記第2の方向に隣り合う前記2つの補間領域の間に位置する光検出セルにおける補間信号を算出することによって得られる、前記複数の光検出セルにおける複数の第3補間信号
のうちの少なくとも1種類の補間信号を算出し、
前記複数の光検出セルからそれぞれ出力された複数の信号と、前記少なくとも1種類の補間信号とを用いた演算を行う
光検出システム。
[Item 6]
A light detection device according to
An arithmetic circuit,
Equipped with
The arithmetic circuit is
Of the plurality of light detection cells, in the region located between the two light detection cells adjacent in the first direction, from the signals output from the two light detection cells adjacent in the first direction. A plurality of first interpolation signals in a plurality of interpolation areas other than the plurality of light detection cells among planes including the plurality of light detection cells, obtained by calculating the interpolation signal;
Of the plurality of light detection cells, in a region located between the two light detection cells adjacent in the second direction, from the signals output from the two light detection cells adjacent in the second direction. Among the plurality of second interpolation signals in the plurality of interpolation regions obtained by calculating the interpolation signal, and 2 of the plurality of interpolation regions, 2 calculated for two interpolation regions adjacent in the second direction A plurality of the plurality of light detection cells obtained by calculating an interpolation signal of a light detection cell located between the two interpolation areas adjacent in the second direction from one first interpolation signal; Calculate at least one kind of interpolation signal among the three interpolation signals,
A light detection system that performs calculation using a plurality of signals respectively output from the plurality of light detection cells and the at least one type of interpolation signal.
[項目7]
光検出装置によって対象物からの光を検出する光検出方法であって、
前記光検出装置は、
少なくとも第1の方向に交互に配置された複数の透光領域および複数の遮光領域を含む遮光膜と、
複数の光検出セルを含む光検出器であって、前記複数の光検出セルは前記複数の遮光領域にそれぞれ対応する光検出器と、
前記遮光膜と前記光検出器の間の光結合層であって、前記複数の透光領域に光が入射したときに、前記光の一部を前記第1の方向に伝搬させ、前記複数の光検出セルに入射させるグレーティングを含む、光結合層と、
を備え、
前記対象物からの光を、テレセントリックレンズを透過させることなく、前記遮光膜に入射させる、
光検出方法。
[Item 7]
A light detection method for detecting light from an object by a light detection device, comprising:
The light detection device
A light shielding film including a plurality of light transmitting regions and a plurality of light shielding regions alternately arranged in at least a first direction;
A light detector including a plurality of light detection cells, wherein the plurality of light detection cells respectively correspond to the plurality of light shielding regions;
A light coupling layer between the light shielding film and the light detector, which causes part of the light to propagate in the first direction when light is incident on the plurality of light transmitting regions, An optical coupling layer including a grating to be incident on the light detection cell;
Equipped with
Causing light from the object to be incident on the light shielding film without transmitting light from a telecentric lens;
Light detection method.
以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。 Hereinafter, more specific embodiments of the present disclosure will be described. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of well-known matters and redundant descriptions of substantially the same configurations may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy in the following description and to facilitate understanding by those skilled in the art. It is noted that the inventors provide the attached drawings and the following description so that those skilled in the art can fully understand the present disclosure, and intend to limit the claimed subject matter by these. Absent. In the following description, components having the same or similar functions are given the same reference numerals.
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Embodiments will be specifically described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
本開示の実施形態における構成は、集光レンズ7がないこと、および信号演算方法が異なること以外は全て特許文献1における構成と同じである。そのため、図6A、6B、7Aおよび7Bに示す例を兼用し、共通する要素には同じ番号を振り、重複する説明は省略することがある。
First Embodiment
The configuration in the embodiment of the present disclosure is the same as the configuration in
図1は、第1実施形態における光検出システム100を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a view schematically showing a
光検出システム100は、光源2と、光検出装置13と、制御回路1と、演算回路14とを備える。光検出システム100の構成は、集光レンズ7がないこと以外は図6Bに示す構成と同じである。
The
光源2は、一定のコヒーレンス長の光3で対象物4を照射する。その際、対象物4の表面または内部において散乱光5a、5Aが発生する。散乱光5a、5Aのうち、光検出装置13の入射面に対し垂直な成分が、光検出装置13に入射する。この入射光が形成する像8bに対応して、対象物4側には、物点の集まりである実質的な物体8aが存在する。
The
図2は、対象物4からの散乱光5が、光検出装置13における1つの透光領域9aから入射し、光検出装置13内を伝搬する様子を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a view schematically showing a state in which the scattered light 5 from the
特許文献1に示す例と同様に、光検出装置13は、光検出器10と、光結合層12と、遮光膜9と、をこの順に備える。
Similar to the example shown in
遮光膜9は、少なくともX方向に交互に配置された複数の透光領域9aおよび複数の遮光領域9Aを含む。遮光領域9Aでは、反射膜が形成され、透光領域9aでは、反射膜が除去されている。図7Bに示すように、遮光領域9Aおよび複数の透光領域9aは、X方向およびY方向に交互に配置されていてもよい。
The light shielding film 9 includes a plurality of
光検出器10は、複数の光検出セル10Aを含む。複数の光検出セル10Aは、複数の遮光領域9Aにそれぞれ対応する。「光検出セル10Aが遮光領域9Aに対応する」とは、遮光膜9に垂直な方向からみたときに、光結合層12のうち、遮光領域9Aに重なる部分から出射された光を、光検出セル10Aが直接的または間接的に検出する関係にあることを意味する。例えば、出射された当該光は、集光レンズを介して間接的に検出され得る。図7Aに示す例と異なり、光検出器10は、複数の透光領域9aにそれぞれ対応する複数の光検出セル10aを含まなくてもよい。
The
光結合層12は、遮光膜9と光検出器10との間に位置し、直線グレーティング12dを含む。直線グレーティング12dは、複数の透光領域9aに式(1)を満たす波長の光が入射したときに、当該光の一部をX方向に伝搬させ、複数の光検出セルに入射させる。また、光結合層12は、複数の透光領域9aに入射した当該光の他の一部を透過させる。光結合層12の構成は、図7Aにおける光結合層12の構成と同じである。
The
次に、対象物4からの光が、テレセントリックレンズを透過することなく遮光膜9に入射する場合、当該光が光検出装置13内をどのように伝搬するかを説明する。
Next, when light from the
光検出装置13に入射する光は、垂直入射する光5の成分と、それ以外の迷光5sの成分とを含む。光5、5sは、それぞれ遮光領域9Aでは6A、6Asとして入射し、透光領域9aでは光6a、6asとして入射する。
The light incident on the
光6A、6Asは、遮光領域9Aによって遮光される。光6a、6asは、透光領域9aを透過し、光結合層12に入射する。光結合層12に入射した光6aは、低屈折率透明層12aを経て、高屈折率透明層12bに入射する。式(1)を満たせば、入射した光6aのうち、一部は導波光6bになり、残りは透過光6dになる。一方、入射光6asは式(1)を満たさず、そのまま透過光6dsになる。
The light 6A, 6As is blocked by the
実施例では、光が入射面に垂直に入射している。すなわち、θ=0である。導波光6bは、XY面内をX方向に伝搬する。領域9Aの直下では、導波光6bの一部が放射され、遮光領域9Aにおける反射と重なって放射光6Dになる。その他の動作は、全て図7における動作と同じである。
In the example, the light is vertically incident on the incident surface. That is, θ = 0. The guided
図2に示す例において、光結合層12は、位相および波長の選択性を有する。式(1)を満たさない角度θおよび波長λを有する光6asは、導波光6bに結合せずに、光結合層12を透過する透過光6dsになる。したがって、導波光6bおよび放射光6Dは、光結合層12に入射する光のうち、垂直入射する光5の成分のみに起因する。迷光5sは、透光領域9aの直下に落ちる。したがって、放射光6Dだけを検出し分析することができれば、迷光5sの成分の除去が可能である。従来のように集光レンズ7としてテレセントリックレンズを用いる必要はない。光検出装置13によって対象物からの光を検出する光検出方法では、対象物からの光を、テレセントリックレンズを透過させることなく、遮光膜9に入射させることができる。
In the example shown in FIG. 2, the
図3Aは、第1実施形態における面直方向から見たときの検出信号の配置を模式的に示す図である。
XY面に平行な平面上おいて、白色領域は、透光領域9a直下の領域であり、灰色領域は遮光領域9A直下の領域である。P0は、透光領域9a直下の光検出セル10aによって検出された光量に相当する。P1は、遮光領域9A直下の光検出セル10Aによって検出された光量に相当する。XY面に平行な平面上において、P0およびP1は、添数i,jの順に並んでいる。図3Aに示すP0およびP1は、検出されたままの信号であり、「生信号」と称する。また、複数の光検出セル10Aを含むXY面に平行な平面のうち、複数の光検出セル10A以外の複数の領域を「複数の補間領域」と称する。図3Aに示す例では、白色領域が補間領域である。複数の光検出セル10aは、複数の補間領域にそれぞれ配置されていなくてもよい。
FIG. 3A is a view schematically showing the arrangement of detection signals when viewed from the direction perpendicular to the surface according to the first embodiment.
On a plane parallel to the XY plane, the white area is an area immediately below the
図1に示す光検出システム100において、演算回路14は、複数の光検出セル10Aによって検出された生信号から、以下の複数の第1補間信号、複数の第2補間信号、および複数の第3補間信号のうち少なくとも1種類の補間信号を算出する。
In the
図3Bは、複数の補間領域における複数の第1補間信号の配置を模式的に示す図である。演算回路14は、以下のようにして複数の補間領域における複数の第1補間信号を得る。すなわち、演算回路14は、複数の光検出セル10Aのうち、X方向に隣り合う2つの光検出セル10Aから出力された生信号から、X方向に隣り合う当該2つの光検出セル10Aの間に位置する領域における補間信号を算出する。具体的には、演算回路14は、以下の式(2)を用いて、図3AにおいてX方向に隣り合う2つのP1信号から、透光領域9a直下のP1信号を生成する。
図3Cは、複数の補間領域における複数の第2補間信号の配置を模式的に示す図である。演算回路14は、以下のようにして複数の補間領域における複数の第2補間信号を得る。すなわち、演算回路14は、複数の光検出セル10Aのうち、Y方向に隣り合う2つの光検出セル10Aから出力された生信号から、Y方向に隣り合う当該2つの光検出セル10Aの間に位置する領域における補間信号を算出する。具体的には、演算回路14は、以下の式(3)を用いて、図3AにおいてY方向に隣り合う2つのP1信号から、透光領域9a直下のP1’信号を生成する。
図3Dは、複数の光検出セル10Aにおける複数の第3補間信号の配置を模式的に示す図である。演算回路14は、以下のようにして複数の光検出セル10Aにおける複数の第3補間信号を得る。すなわち、演算回路14は、複数の補間領域のうち、Y方向に隣り合う2つの補間領域について算出された2つの第1の補間信号から、Y方向に隣り合う当該2つの補間領域の間に位置する光検出セル10Aにおける補間信号を算出する。具体的には、演算回路14は、式(3)を用いて、図3BにおけるY方向に隣り合う2つのP1信号から、遮光領域9A直下のP1’信号を生成する。
FIG. 3D is a view schematically showing the arrangement of the plurality of third interpolation signals in the plurality of
演算回路14は、以上の補間操作により、透光領域9a直下では、第1補間信号のP1信号および第2補間信号のP1’信号を、遮光領域9A直下では、生信号のP1信号および第3補間信号のP1’信号を得る。
演算回路14は、複数の光検出セル10Aからそれぞれ出力された複数の生信号と、上記の少なくとも1種類の補間信号とを用いた演算を行う。これにより、対象物の内部の状態を示す情報が生成される。当該演算により、例えば、各検出領域における、P1信号およびP1’信号の和に対するP1信号の値であるP1自己変調度が算出される。P1信号は、生信号または第1補間信号であり、P1’信号は、第2または第3補間信号である。
The
図3Eは、P1自己変調信号を生成するまでの流れを説明する図である。1段目は、図3Aに示す例における太線で囲まれた生信号の検出値を表している。2段目は、式(2)から得られた第1補間信号P1を表している。3段目は、式(3)から得られた第2および第3補間信号P1’を表している。4段目は、P1自己変調度を表している。 FIG. 3E is a diagram for explaining the flow until generation of a P1 self modulation signal. The first row shows detected values of the raw signal surrounded by thick lines in the example shown in FIG. 3A. 2 column represents the first interpolated signal P 1 obtained from Equation (2). The third row shows the second and third interpolated signals P 1 ′ obtained from the equation (3). The fourth row shows the degree of P1 self modulation.
P1自己変調度は、遮光領域9A直下の検出信号だけから生成される。P1自己変調度は、図2における光6asに相当する迷光の成分を含まない。したがって、本実施例の演算法を用いることにより、集光レンズ7としてテレセントリックレンズを用いずに、散乱光のうち垂直入射する光の成分だけを分析することができる。さらに、特許文献1に示す例と同様に、変調信号などの検出値の平均値、標準偏差値、またはそれらの間の演算値は、対象物内部における吸収係数および散乱係数などの光学定数の分布状況を反映している。そのため、光源のコヒーレンス長などをパラメータとして用いることにより、対象物の内部の状態を示す情報を検知することができる。
The degree of self-modulation P1 is generated only from the detection signal immediately below the
(第2実施形態)
本開示の実施形態における構成は、光結合層12および後述する遮光膜90の構成が異なる以外は、全て第1実施形態と同じ構成である。そのため、図1、3、6A、6B、7A、および7Bを兼用し、共通する要素には同じ番号を振り、詳しい説明は省略する。
Second Embodiment
The configuration in the embodiment of the present disclosure is the same as that in the first embodiment except that the configurations of the
図4は、第2実施形態において、対象物4からの散乱光5が、光検出装置13における1つの透光領域9aから入射し、光検出装置13内を伝搬する様子を模式的に示す図である。
FIG. 4 is a view schematically showing a state in which the scattered light 5 from the
光検出装置13は、光検出器10と、遮光膜90と、光結合層12と、遮光膜9と、をこの順に備える。光検出装置13の構成は、光結合層12および遮光膜90以外は第1実施形態における構成と同じである。
The
遮光膜9は、少なくともX方向に交互に配置された複数の透光領域9aおよび複数の遮光領域9Aを含む。遮光領域9Aでは、反射膜が形成され、透光領域9aでは、反射膜が除去されている。図7Bに示すように、遮光領域9Aおよび複数の透光領域9aは、X方向およびY方向に交互に配置されていてもよい。
The light shielding film 9 includes a plurality of
遮光膜90は、遮光膜9と同様に、少なくともX方向に交互に配置された複数の透光領域90aおよび複数の遮光領域90Aを含む。遮光領域90Aでは、反射膜が形成され、透光領域90aでは、反射膜が除去されている。複数の透光領域90aは、複数の遮光領域9Aにそれぞれ対向する。複数の遮光領域90Aは、複数の透光領域9aにそれぞれ対向する。遮光領域90Aおよび複数の透光領域90aは、X方向およびY方向に交互に配置されていてもよい。
Similar to the light shielding film 9, the light shielding film 90 includes a plurality of
具体的には、2つの遮光膜9、90は、それぞれ光結合層12の上下面に形成される。上面とは、光の入射する面であり、下面とは、その反対側の面である。上面側に位置する遮光膜9では、透光領域9aおよび遮光領域9Aは、第1実施形態と同じパターンを示す。下面側に位置する遮光膜90では、透光領域90aおよび遮光領域90Aは、上面側の透光領域9aおよび遮光領域9Aが入れ替わった反転パターンを示す。いずれの遮光膜9、90においても、Alなどからなる金属反射膜をパターニングすることにより、遮光領域9A、90Aおよび透光領域9a、90aが形成されている。
Specifically, the two light shielding films 9 and 90 are respectively formed on the upper and lower surfaces of the
光検出器10は、複数の光検出セル10Aを含む。複数の光検出セル10Aは、複数の透光領域90aを介して複数の遮光領域9Aにそれぞれ対応する。「光検出セル10Aが透光領域90aを介して遮光領域9Aに対応する」とは、遮光領域9Aに対向する透光領域90aから出射された光を、光検出セル10Aが直接的または間接的に検出する関係にあることを意味する。例えば、出射された当該光は、集光レンズを介して間接的に検出され得る。光検出器10は、複数の遮光領域90Aを介して複数の透光領域9aにそれぞれ対応する複数の光検出セル10aを含まなくてもよい。
The
光結合層12は、2つの遮光膜9、90の間に位置し、直線グレーティング12dを含む。直線グレーティング12dは、複数の透光領域9aに式(1)を満たす波長の光が入射したときに、当該光の一部をX方向に伝搬させ、複数の透光領域9aを介して複数の光検出セルに入射させる。
The
具体的には、光結合層12は、光検出器10上に配置され、光検出器10の面直方向において、第1の透明層12c、第1の透明層12c上の第2の透明層12b、および第2の透明層12b上の第3の透明層12aを含む。第1の透明層12cおよび第3の透明層12aはSiO2などから形成される。第2の透明層12bはTa2O5などから形成される。第2の透明層12bの屈折率は、第1の透明層12cの屈折率および第3の透明層12aの屈折率よりも高い。高屈折率透明層12bと低屈折率透明層12cとの間、および/または高屈折率透明層12bと低屈折率透明層12aと間の界面に、全面に渡ってピッチΛの直線グレーティング12dが形成されている。グレーティングの格子ベクトルは、光結合層12の面内方向におけるX方向に平行である。図2および7Aに示す例と異なり、光結合層12は、高屈折率透明層12bと低屈折率透明層12cとをこの順にさらに繰り返した構造を備えていなくてもよい。
Specifically, the
次に、対象物4からの光が、テレセントリックレンズを透過することなく遮光膜9に入射する場合、当該光が光検出装置13内をどのように伝搬するかを説明する。
Next, when light from the
対象物4内において散乱され光検出装置13に入射する光は、垂直入射する光5の成分とそれ以外の迷光5sの成分を含む。光5、5sは、それぞれ遮光領域9Aでは6A、6Asとして入射し、透光領域9aでは光6a、6asとして入射する。
The light scattered in the
光6A、6Asは、遮光領域9Aによって遮光される。光6a、6asは、透光領域9aを透過し、光結合層12に入射する。光結合層12に入射した光6aは、低屈折率透明層12aを経て、高屈折率透明層12bに入射する。式(1)を満たせば、入射した光6aのうち、一部は導波光6bになり、残りは透過光6dになる。透過光6dは、遮光領域90Aによって反射され、導波光6bの励起を強める。遮光領域9Aの直下では、導波光6bの一部が放射され、遮光領域9Aにおける反射と重なって放射光6Dになる。一方、入射光6asは式(1)を満たさず、そのまま透過光6dsになる。透過光6dsは、遮光領域90Aによって反射され、導波光6bの励起に関わらずにそのまま外部に出射する。
The light 6A, 6As is blocked by the
図5は、第2実施形態における、入力効率の波長依存性を説明する図である。入力効率は、入射光6aに対する導波光6bの光量比に相当する。入射光は、偏光方向が紙面に垂直であるS波である。グレーティングのピッチは0.44μmであり、深さは0.2μmである。Ta2O5膜から形成された透明層12bの膜厚は0.34μmであり、SiO2膜から形成された透明層12a、12cの膜厚は1.24μmである。この条件下で、入力効率を計算した。図5に示すように、遮光領域90Aが存在しない場合、入力効率は最大18%程度であるのに対し、遮光領域90Aが存在する場合、入力効率は3倍の55%まで増幅することが分かる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the wavelength dependency of input efficiency in the second embodiment. The input efficiency corresponds to the light quantity ratio of the guided light 6b to the
本実施例は、遮光領域90Aの存在により、特許文献1および第1実施形態における透光領域9a直下の信号P0を検出することができない。しかし、第1実施形態と同じ演算方法を用いれば、遮光領域9A直下の信号のみを用いたP1自己変調度などの信号を算出することができる。したがって、第1実施の形態と同様に、集光レンズ7としてテレセントリックレンズを用いずに、迷光を除去し散乱光のうち垂直入射する光の成分だけを抽出して分析することができる。
This embodiment, by the presence of the light-blocking
第1実施形態と比較して、第2実施形態では、遮光膜90が増える。その代わりに、高屈折率透明層12bおよび低屈折率透明層12cの積層を繰り返した構造でなくても、高い入力効率が得られる。これにより、全体の構造として、光検出装置13を簡素化することができる。
In the second embodiment, the light shielding film 90 is increased as compared with the first embodiment. Instead, high input efficiency can be obtained even if the high refractive index
したがって、本開示の実施形態も、集光レンズ7としてテレセントリックレンズを用いずに、散乱光のうち垂直入射する光の成分だけを分析することができる。さらに、特許文献1に示す例と同様に、変調度などの検出値の平均値、標準偏差値、またはそれらの演算値は、対象物内部における吸収係数、散乱係数などの光学定数の分布状況を反映している。そのため、光源のコヒーレンス長などをパラメータとして用いることにより、対象物の内部の状態を示す情報を検知することができる。
Therefore, the embodiment of the present disclosure can also analyze only the component of the vertically incident light of the scattered light without using a telecentric lens as the
本開示は、対象物からの透過光、反射光および/または散乱光のコヒーレンスまたは位相の状態を面内の分布情報として検出することができる。例えば、本開示は、脳血流量などの生体情報の測定に利用することができる。また、光強度分布の情報、時間分割検出法、またはコヒーレンス長が可変の光源などと組み合わせることにより、対象物の内部の状態を示す情報を高精度かつ高解像に分析し得る。特に、これまで光強度分布の分析しかなかった撮像技術に、コヒーレンスの状態または位相という新しい評価軸が加わり、イメージング技術に多機能性を提供し得る。 The present disclosure can detect the state of coherence or phase of transmitted light, reflected light and / or scattered light from an object as in-plane distribution information. For example, the present disclosure can be used to measure biological information such as cerebral blood flow. Further, information indicating the internal state of the object can be analyzed with high accuracy and high resolution by combining with information of light intensity distribution, time division detection method, or a light source with variable coherence length. In particular, imaging techniques that previously had only been an analysis of the light intensity distribution may add a new evaluation axis, the state or phase of the coherence, to provide multifunctionality to the imaging techniques.
100 光検出システム
1 制御回路
2 光源
3 光
4 対象物
5、5a、5A 散乱光
5s、5as、5As 迷光
7 集光レンズ
8a 物体
8b 検出面位置の像
9a、90a 透光領域
9A、90A 遮光領域
10 光検出器
11a,11A マイクロレンズ
12 光結合層
13 光検出装置
14 演算回路
100
2 light source
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記少なくとも第1の方向に交互に配置された複数の第2透光領域および複数の第2遮光領域を含む第2遮光膜であって、前記複数の第2透光領域は、前記複数の第1遮光領域にそれぞれ対向し、前記複数の第2遮光領域は、前記複数の第1透光領域にそれぞれ対向する第2遮光膜と、
複数の光検出セルを含む光検出器であって、前記複数の光検出セルは、前記複数の第2透光領域を介して前記複数の第1遮光領域にそれぞれ対応する光検出器と、
前記第1遮光膜と前記第2遮光膜の間の光結合層であって、前記複数の第1透光領域に光が入射したときに、前記光の一部を前記第1の方向に伝搬させ、前記複数の第2の透光領域を介して前記複数の光検出セルに入射させるグレーティングを含む光結合層と、
を備える光検出装置。 A first light shielding film including a plurality of first light transmitting regions and a plurality of first light shielding regions alternately arranged in at least a first direction;
The second light-shielding film includes a plurality of second light-transmitting regions and a plurality of second light-shielding regions alternately arranged in the at least first direction, the plurality of second light-transmitting regions being the plurality of And a second light shielding film respectively facing the first light shielding region, and the plurality of second light shielding regions respectively facing the plurality of first light transmitting regions;
A photodetector including a plurality of light detection cells, wherein the plurality of light detection cells respectively correspond to the plurality of first light shield regions via the plurality of second light transmission regions;
A light coupling layer between the first light shielding film and the second light shielding film, which propagates part of the light in the first direction when light is incident on the plurality of first light transmitting regions. An optical coupling layer including a grating that is incident on the plurality of light detection cells via the plurality of second light transmission regions;
Light detection device comprising:
前記第2の誘電体層の屈折率は、前記第1の誘電体層の屈折率および前記第3の誘電体層の屈折率よりも高く、
前記第2の誘電体層と前記第1の誘電体層との間、および/または前記第2の誘電体層と前記第3の誘電体層との間に、前記グレーティングがある、
請求項1に記載の光検出装置。 The light coupling layer includes a first dielectric layer, a second dielectric layer on the first dielectric layer, and a third dielectric layer on the second dielectric layer,
The refractive index of the second dielectric layer is higher than the refractive index of the first dielectric layer and the refractive index of the third dielectric layer,
The grating is between the second dielectric layer and the first dielectric layer and / or between the second dielectric layer and the third dielectric layer.
The light detection device according to claim 1.
前記第2遮光膜において、前記複数の第2透光領域および前記複数の第2遮光領域は、前記第1および第2の方向に交互に配置されている、
請求項1または2に記載の光検出装置。 In the first light shielding film, the plurality of first light transmitting regions and the plurality of first light shielding regions are alternately arranged in the first direction and a second direction orthogonal to the first direction. ,
In the second light shielding film, the plurality of second light transmitting regions and the plurality of second light shielding regions are alternately arranged in the first and second directions.
The light detection device according to claim 1.
少なくとも第1の方向に交互に配置された複数の透光領域および複数の遮光領域を含む遮光膜と、
複数の光検出セルを含む光検出器であって、前記複数の光検出セルは前記複数の遮光領域にそれぞれ対応する光検出器と、
前記遮光膜と前記光検出器の間の光結合層であって、前記複数の透光領域に光が入射したときに、前記光の一部を前記第1の方向に伝搬させ、前記複数の光検出セルに入射させるグレーティングを含む、光結合層と、
を備え、
前記対象物からの光は、テレセントリックレンズを透過することなく、前記遮光膜に入射する、
光検出装置。 A light detection device for detecting light from an object, comprising:
A light shielding film including a plurality of light transmitting regions and a plurality of light shielding regions alternately arranged in at least a first direction;
A light detector including a plurality of light detection cells, wherein the plurality of light detection cells respectively correspond to the plurality of light shielding regions;
A light coupling layer between the light shielding film and the light detector, which causes part of the light to propagate in the first direction when light is incident on the plurality of light transmitting regions, An optical coupling layer including a grating to be incident on the light detection cell;
Equipped with
Light from the object is incident on the light shielding film without being transmitted through a telecentric lens.
Light detection device.
請求項4に記載の光検出装置。 In the light shielding film, the plurality of light transmitting regions and the plurality of light shielding regions are alternately arranged in the first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
The light detection device according to claim 4.
演算回路と、
を備え、
前記演算回路は、
前記複数の光検出セルのうち、前記第1の方向に隣り合う2つの光検出セルから出力された信号から、前記第1の方向に隣り合う前記2つの光検出セルの間に位置する領域における補間信号を算出することによって得られる、前記複数の光検出セルを含む平面のうち前記複数の光検出セル以外の複数の補間領域における複数の第1補間信号、
前記複数の光検出セルのうち、前記第2の方向に隣り合う2つの光検出セルから出力された信号から、前記第2の方向に隣り合う前記2つの光検出セルの間に位置する領域における補間信号を算出することによって得られる、前記複数の補間領域における複数の第2の補間信号、および
前記複数の補間領域のうち、前記第2の方向に隣り合う2つの補間領域について算出された2つの第1の補間信号から、前記第2の方向に隣り合う前記2つの補間領域の間に位置する光検出セルにおける補間信号を算出することによって得られる、前記複数の光検出セルにおける複数の第3補間信号
のうちの少なくとも1種類の補間信号を算出し、
前記複数の光検出セルからそれぞれ出力された複数の信号と、前記少なくとも1種類の補間信号とを用いた演算を行う
光検出システム。 A light detection device according to claim 3 or 5;
An arithmetic circuit,
Equipped with
The arithmetic circuit is
Of the plurality of light detection cells, in the region located between the two light detection cells adjacent in the first direction, from the signals output from the two light detection cells adjacent in the first direction. A plurality of first interpolation signals in a plurality of interpolation areas other than the plurality of light detection cells among planes including the plurality of light detection cells, obtained by calculating the interpolation signal;
Of the plurality of light detection cells, in a region located between the two light detection cells adjacent in the second direction, from the signals output from the two light detection cells adjacent in the second direction. Among the plurality of second interpolation signals in the plurality of interpolation regions obtained by calculating the interpolation signal, and 2 of the plurality of interpolation regions, 2 calculated for two interpolation regions adjacent in the second direction A plurality of the plurality of light detection cells obtained by calculating an interpolation signal of a light detection cell located between the two interpolation areas adjacent in the second direction from one first interpolation signal; Calculate at least one kind of interpolation signal among the three interpolation signals,
A light detection system that performs calculation using a plurality of signals respectively output from the plurality of light detection cells and the at least one type of interpolation signal.
前記光検出装置は、
少なくとも第1の方向に交互に配置された複数の透光領域および複数の遮光領域を含む遮光膜と、
複数の光検出セルを含む光検出器であって、前記複数の光検出セルは前記複数の遮光領域にそれぞれ対応する光検出器と、
前記遮光膜と前記光検出器の間の光結合層であって、前記複数の透光領域に光が入射したときに、前記光の一部を前記第1の方向に伝搬させ、前記複数の光検出セルに入射させるグレーティングを含む、光結合層と、
を備え、
前記対象物からの光を、テレセントリックレンズを透過させることなく、前記遮光膜に入射させる、
光検出方法。 A light detection method for detecting light from an object by a light detection device, comprising:
The light detection device
A light shielding film including a plurality of light transmitting regions and a plurality of light shielding regions alternately arranged in at least a first direction;
A light detector including a plurality of light detection cells, wherein the plurality of light detection cells respectively correspond to the plurality of light shielding regions;
A light coupling layer between the light shielding film and the light detector, which causes part of the light to propagate in the first direction when light is incident on the plurality of light transmitting regions, An optical coupling layer including a grating to be incident on the light detection cell;
Equipped with
Causing light from the object to be incident on the light shielding film without transmitting light from a telecentric lens;
Light detection method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017221521A JP2019090771A (en) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Light detector light detection system, and light detection method |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2017221521A JP2019090771A (en) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Light detector light detection system, and light detection method |
Publications (1)
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017221521A Pending JP2019090771A (en) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Light detector light detection system, and light detection method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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-
2017
- 2017-11-17 JP JP2017221521A patent/JP2019090771A/en active Pending
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