JP6953552B2 - 導波路型フィルタ付き光学部品 - Google Patents
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Description
本明細書で使用される入射放射線、すなわち本発明の態様および実施形態のいずれかまたは全ては電磁放射線であり、可視光、または赤外光および/または紫外(UV)光を伴う可視光を含み得る。
または異なる表記で
ここで、f(x,y,z,t)は、電界および磁界を表す(下線は、ベクトルを表す)。
n・B=0(すなわち、B磁界は法線方向に壁面で消失する)
n×E=0(すなわち、E電界は接線方向に壁面上で消失する)。
正方形の断面(すなわち、a=b)を有する導波路については、次のようになる。
を有する一方、TMモードはより高い遮断周波数を有する。
ここで、λ=2πc/wは電磁(em)波の波長であり、λ_c=2aは遮断波長である。式(*)は、em波の波長が遮断波長を上回ると、導波路方向の伝搬がk_zで示されるように指数関数的に減衰していくことを示す基本式である。
ここで、εは導波路内の誘電透明材料の誘電率であり、μは誘電透明材料の透磁率である。ε_0およびμ_0は真空の対応する定数である。
または
であり、ここでa_1は一辺の長さ値ai(i=1..n)の最大の一辺の長さ値であり、λ_D,1=λD,1は、遮断波長λ1,cut−off=2a1よりも大きく、かつ強度が少なくともe−2倍だけ減衰される放射線の波長である。言い換えれば、フィルタ層が、上記の式に従う深さdを有する場合、波長λ_D,1を有する放射線の強度は少なくとも1つの開口部内で少なくともe−2倍だけ減衰される。λ_D,1とλ1,cut−offとの間の波長を有する放射線はより少なく減衰され、λ_D,1を下回る放射線はさらに減衰されることとなるが、上記の式を用いて、ある程度の減衰を与える深さを決定することが可能である。一例では、λ_D,1は、比較的低いレベルの減衰またはそれほど急峻でないフィルタリング特性に対して、λ1,cut−offよりも100nm大きくなるように選択されてもよい(上記の例を参照)。さらなる例では、λ_D,1は、比較的高いレベルの減衰またはより急峻なフィルタリング特性に対して、λ1,cut−offよりも25nm大きいように選択されてもよい。
または
ここで、εは開口部内の物質の誘電率、μは開口部内の物質の透磁率、ε_0は真空の誘電率、μ_0は真空の透磁率である。
であってもよく、ここで、a1は、ai(i=1..n)の最大の一辺の長さ値であり、λ_(D,1)は、遮断波長λ1,cut−off=2a1よりも大きく、かつ、第2の感光層に到達したときに少なくとも1つの開口部の内側で少なくともe**(−2)倍だけ強度が減衰される放射線の波長である波長であり、εは、少なくとも1つの開口部内の物質の誘電率であり、μは、開口部内の物質の透磁率であり、ε_0およびμ_0は、真空の対応する定数である。開口部内の物質は、例えば空気、誘電透明物質、あるいはまた真空でもよい(この場合、因子sqrt((μ_0ε_0)/(με))は1になる)。
点は、それぞれの行および列について示された一連の画素の繰り返しの連続を表す。一例では、rgb gb rgb gb…はrgbおよびgbの画素を繰り返すパターンを表す。
と書いてもよく、ここで、インデックスiは、値が測定値ではなく、画素に対する補間値であることを示し、P_m,nは、図5の3×3パターンの行mおよび列nの画素である。
1.ここでP_2,2について行われたように、4つの近傍のgb画素からの全てのrgb画素およびb画素について、全てのgb_i値が以下の方法で計算される。
2.全てのrgb_i値は、異なる画素に対して次のように計算される。
3.全てのb_i値は、異なる画素に対して次のように計算される。
であってもよく、ここで、a1は、一辺の長さ値ai(i=1...n)の最大の一辺の長さ値であり、λ_D,1は、遮断波長λ1,cut−off=2a1よりも大きく、かつ、第2の感光層に到達したときに少なくとも1つの開口部の内側で少なくともe−2倍だけ強度が減衰される放射線の波長である波長であり、εは、開口部内の物質の誘電率であり、μは、開口部内の物質の透磁率であり、ε_0およびμ_0は、真空の対応する定数である。開口部内の物質は、例えば空気、誘電透明物質、または真空であってもよい(この場合、因子sqrt((μ_0ε_0)/(με))は1になる)。
ここで、ciは、i=1、2、および3に対する3つの色成分R、G、およびBをそれぞれ表し、vjは、j=1、2、および3に対する光範囲rgb、gb、およびbについての3つの測定または補間された放射値を表し、aijは、画素の測定または補間された放射線強度値を、その画素に対するタプルの1つ以上の値に関連付ける較正行列の要素である。タプルは、画素の位置における色または光の値の表現であってもよい。
なお、好ましい実施態様として、本発明を次のように構成することもできる。
1.入射放射線を記録するための画像センサ(10、30、100)であって、
遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線を減衰させることによって前記入射放射線をフィルタリングするための第1の層(11)と、
前記第1の層(11)を通過する放射線を吸収するための第2の感光層(12)と
を備え、
前記第1の層(11)が、前記入射放射線の伝搬方向において前記第2の感光層(12)の前にあり、かつ前記第1の層(11)が、放射線を少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬させるために、前記第1の層(11)を通って前記第2の感光層(12)まで貫通する前記少なくとも1つの開口部(13)を備え、
前記遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線が前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で減衰され、かつ前記遮断周波数を上回る周波数を有する入射放射線が前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬するように、前記遮断周波数を提供するように、前記少なくとも1つの開口部(13)の断面サイズが構成されている、
画像センサ(10、30、100)。
2.前記遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線が、前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で指数関数的に減衰する、上記1に記載の画像センサ(10、30、100)。
3.前記遮断周波数を上回る周波数を有する入射放射線が、前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で1つ以上の伝搬モードに結合することによって、前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬する、上記1〜2のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
4.前記少なくとも1つの開口部(13)が、前記第1の層(11)の平面に垂直であり、前記少なくとも1つの開口部(13)が、前記少なくとも1つの開口部(13)の軸に沿って一定の断面を有し、前記断面が、対称であり、かつ任意選択的に正方形、長方形、円形、または六角形の断面である、上記1〜3のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
5.前記第1の層(11)が金属であるか、または前記第1の層(11)が金属層でコーティングされた非金属層を備え、これにより、両方の場合において、前記少なくとも1つの開口部が1つ以上の金属壁(20)を有する、上記1〜4のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
6.前記第1の層(11)が、異なる断面サイズcsi(i=1..n)、cs1>cs2>cs3…>csnの2つ、3つ、またはそれよりも多い開口部(13)を備え、
それぞれの遮断周波数w1、w2、w3、…、wnを下回る周波数を有する光を減衰させるように、かつそれぞれの遮断周波数を上回る周波数を有する光を伝搬させるように、各断面サイズが構成されており、ここで、w1<w2<w3…<wnである、
上記1〜5のいずれか一項に記載の画像センサ(100)。
7.前記少なくとも1つの開口部(13)が、透明材料(18)で充填されている、上記1〜6のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
8.前記透明材料(18)が、前記第1の層(11)上に追加の層(19)を提供する、上記7に記載の画像センサ(10、30、100)。
9.前記少なくとも1つの開口部(13)が、n個の異なるサイズの一辺の長さ値ai(i=1...n)を有する一定の正方形の断面を有し、前記少なくとも1つの開口部(13)が金属壁(20)を有し、かつ前記遮断周波数が対応する遮断波長λ i,cut-off (i=1...n)を有し、これを上回ると、前記入射放射線が、前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で指数関数的に減衰し、これを下回ると、前記入射放射線が、前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬し、ここで、aiは、λ i,cut-off /2(i=1...n)に等しい、上記1〜8のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
10.前記第1の層(11)の厚さl z または前記少なくとも1つの開口部の深さdが、
であり、
ここで、a 1 は、前記一辺の長さ値ai(i=1...n)の最大の一辺の長さ値であり、
λ D,1 は、遮断波長λ 1,cut-off =2a 1 よりも大きくかつ前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で少なくともe -2 倍だけ強度が減衰される放射線の波長である、波長であり、
εは、前記少なくとも1つの開口部内の物質の誘電率であり、μは、前記少なくとも1つの開口部内の前記物質の透磁率であり、ε_0は、真空の誘電率であり、μ_0は、真空の透磁率である、
上記9に記載の画像センサ(10、30、100)。
11.前記感光層(12)が、画素のアレイを備え、同じ断面サイズを有する各開口部(13)または各複数の隣接する開口部(13)が、前記アレイの個々の画素に重なりかつ前記個々の画素に結合されている、上記1〜10のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
12.各画素が感光性領域を備え、前記画素に結合された前記開口部または前記複数の隣接する開口部が、前記個々の画素の前記感光性領域以上の大きさでありかつ前記画素の前記領域よりも小さい領域を被覆する、上記11に記載の画像センサ(10、30、100)。
13.前記第1の層(11)と前記第2の感光層(12)との間に透明層(16)が位置している、上記11〜12のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
14.前記透明層(16)が、個々の画素の境界の上方に位置する壁(17)を備え、前記壁(17)が、前記入射放射線に対して不透過性であり、かつ任意選択的に金属である、上記13に記載の画像センサ(10、30、100)。
15.前記第1の層(11)が、1つ以上の異なる断面サイズを有する開口部(13rgb、13gb、13b)のアレイを備え、
前記開口部がグループ化されており、これにより各開口部グループが、1つの開口部、または隣接しておりかつ同じ断面サイズを有する複数の開口部を有し、各開口部グループが、前記感光層の1つおよび1つのみの画素に重なっており、かつ前記画素に結合されており、前記開口部グループが、前記第1の層に繰り返しパターンで配置されている、
上記11〜14のいずれか一項に記載の画像センサ(100)。
16.前記開口部(13rgb、13gb、13b)が、3つ以上の異なる断面サイズを有し、第1のサイズが、赤外光を除去し、かつ赤色光、緑色光、および青色光の伝搬を可能にし、第2のサイズが、赤色光を除去し、かつ緑色光および青色光の伝搬を可能にし、第3のサイズが、赤色光および緑色光を除去し、かつ青色光の伝搬を可能にし、前記第1の層の前記繰り返しパターンが、画素の前記アレイの各画素に対する赤色光、緑色光、および青色光の測定値または補間値を提供するように構成されている、上記15に記載の画像センサ(100)。
17.前記アレイの各開口部が、n個の異なるサイズの一辺の長さ値ai(i=1..n)を有する一定の正方形の断面を有し、各開口部が金属壁(20)を有し、前記第1の断面サイズの前記遮断周波数に対応する前記遮断波長λ 1 が、600nm〜750nmの範囲内、任意選択的に650nmから730nmの範囲内にあり、前記第1の断面サイズの前記一辺の長さ値a1が、300nm〜375nmの範囲内、任意選択的に325nm〜365nmの範囲内にあり、前記第2の断面サイズの前記遮断周波数に対応する前記遮断波長λ 2 が、495nm〜590nmの範囲内、任意選択的に515nm〜570nmの範囲内にあり、前記第2の断面サイズの前記一辺の長さ値a2が、247nm〜295nmの範囲内、任意選択的に257nm〜285nmの範囲内にあり、前記第3の断面サイズの前記遮断周波数に対応する前記遮断波長λ 3 が、450nm〜510nmの範囲内、任意選択的に465nm〜495nmの範囲内にあり、前記第3の断面サイズの前記一辺の長さ値a3が、225nm〜255nmの範囲内、任意選択的に232nm〜247nmの範囲内にある、上記16に記載の画像センサ(100)。
18.前記第1の層(11)が、3つ以上の異なる断面サイズを有する開口部のアレイを備え、第1のサイズが赤外光、赤色光、緑色光、および青色光の伝搬を可能にし、第2のサイズが赤色光を除去し、かつ緑色光および青色光の伝搬を可能にし、第3のサイズが赤色光および緑色光を除去し、かつ青色光の伝搬を可能にし、
前記第1のサイズの各開口部が、前記画素以下の大きさである画素領域に重なり、
赤外光を除去しかつ赤外光よりも短い波長の光を透過するフィルタ材料で、前記第1のサイズの各開口部が充填され、任意選択的に、全ての開口部が前記フィルタ材料で充填され、および/または前記フィルタ材料が前記第1の層上に追加の層を提供する、
上記15に記載の画像センサ(100)。
19.開口部(13rgb、13gb、13b)の前記アレイが3つの異なる断面サイズを有し、開口部の前記グループが2つの交互の画素行に配置されており、画素の第1の行が、1つの画素内の赤色光、緑色光、および青色光と次の画素内の緑色光および青色光とを交互に測定し、画素の第2の行が、1つの画素内の緑色光および青色光と次の画素内の青色光とを交互に測定し、赤色光、緑色光、および青色光を測定している前記第1の行の画素が、緑色光および青色光を測定する前記第2の行内の隣接する画素を有する、上記16〜18のいずれか一項に記載の画像センサ(100)。
20.前記開口部が、以下のさらなるサイズ:
赤外光遮断周波数を下回る赤外光の一部を除去し、かつ前記赤外光遮断周波数を上回る赤外光のさらなる一部の伝搬ならびに赤色光、緑色光、および青色光の伝搬を可能にする第4のサイズ;赤色光および黄色光を除去し、かつ緑色光および青色光の伝搬を可能にする第5のサイズ;赤色光および緑色光遮断周波数を下回る緑色光の一部を除去し、かつ緑色光遮断周波数を上回る緑色光のさらなる一部の伝搬および青色光の伝搬を可能にする第6のサイズ;赤色光、緑色光、および青色光を除去し、かつ紫外光の伝搬を可能にする第7のサイズ
のうちのいずれか1つ、または前記サイズの任意の組み合わせを有する、上記15〜18のいずれか一項に記載の画像センサ(100)。
21.前記開口部が2つ以上の異なる断面サイズを有し、前記断面サイズが、低域遮断周波数を下回る光を除去しかつ前記低域遮断周波数を上回る光の伝搬を可能にする1つのサイズと、高域遮断周波数を下回る光を除去しかつ前記高域遮断周波数を上回る光の伝搬を可能にする別のサイズとを備え、これにより前記低域遮断周波数と前記高域遮断周波数との間の範囲内の光量が測定可能である、上記15に記載の画像センサ(100)。
22.前記低域遮断周波数と前記高域遮断周波数との間の前記範囲は1つ以上のスペクトル線を含む、上記19に記載の画像センサ(100)。
23.前記少なくとも1つの開口部(13a1、13a2;13b1、13b2)が、長尺であり、任意選択的に断面が矩形であり、これにより、前記長尺の方向における前記少なくとも1つの開口部の長さが、前記長尺の方向に垂直に偏光される入射放射線に対する遮断周波数を規定し、かつ前記長尺の方向に垂直な方向の前記少なくとも1つの開口部の長さが、前記画像センサによって分析される入射放射線の範囲の上限よりも大きいさらなる遮断周波数を規定する、上記1〜8のいずれか一項に記載の画像センサ(30)。
24.前記第1の層が、
前記第2の感光層の画素のアレイの第1の画素に重なる複数の第1の長尺の開口部(13a1)と、
前記アレイの隣接する第2の画素に重なりかつ前記第1の長尺の開口部(13a1)に対して90°だけ回転した断面形状を有する、複数の第2の長尺の開口部(13b1)とを備える、上記23に記載の画像センサ(30)。
25.前記少なくとも1つの開口部が、前記第2の層に向かってまたは前記第2の層から離れる方に先細になっている、上記4、9、または10を参照しない場合の、上記1〜3、5〜8、または11〜14のいずれか一項に記載の画像センサ(10、100)。
26.前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬せずかつ前記少なくとも1つの開口部(13)の内側では減衰されない入射放射線に対して、前記第1の層(11)が不透過性であり、および/または
前記第2の感光層(12)が、前記少なくとも1つの開口部(13)を通過した放射線のみを吸収する、
上記1〜25のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
27.前記入射放射線が、紫外光を含んで紫外光から始まりかつ赤外光を含んで赤外光で終わる範囲の光を含む、上記1〜26のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
28.画素の前記アレイの各画素が、前記画素に結合された前記開口グループの前記1つ以上の開口部を通って伝搬する放射線の強度の量を、前記画素に結合された前記開口グループの前記1つ以上の開口部の内側で減衰された放射線の強度の量と共に記録する、上記15〜27のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
29.上記15〜28のいずれか一項に記載の画像センサ(100)と、
前記画像センサ(100)に通信可能に結合されたデータ記憶ユニット(410)と
を備え、
前記データ記憶ユニット(410)内に、画素の前記アレイの画素によって測定された放射線値を記憶するように構成されている、
撮像装置(400)。
30.前記画像センサ(100)および/または前記記憶ユニット(410)に通信可能に結合されており、かつ前記画像センサ(100)によって取り込まれた画像の表現を計算するように構成されている、処理ユニット(420)
をさらに備え、
前記表現が、画素の前記アレイの各画素に対する1つ以上の値のタプルを含み、前記タプルが前記表現の色値を表す、
上記29に記載の撮像装置(400)。
31.前記画像センサ(100)の前記第1の層(11)が、2つ以上の異なる断面サイズを有する開口部(13rgb、13gb、13b)のアレイを備え、前記処理ユニット(420)が、波長範囲について前記画素によって測定された放射線値に基づいて、および1つ以上のさらなる波長範囲について前記画素について補間された1つ以上の放射線値に基づいて、画素の前記アレイの画素に対するタプルを計算するように構成されている、上記30に記載の撮像装置(400)。
32.前記処理ユニット(420)が、前記画素についての測定または補間された各放射線値を前記画素に対する前記タプルの各値に関連付ける較正行列を使用して前記画素に対する前記タプルを計算するように構成されている、上記31に記載の撮像装置(400)。
33.前記開口部(13rgb、13gb、13b)が3つ以上の異なる断面サイズを有し、前記画素に対する前記タプルが、赤色成分を表す値、緑色成分を表すさらなる値、および青色成分を表すさらにさらなる値を含む、上記29〜32のいずれか一項に記載の撮像装置(400)。
34.遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線を減衰させることによって入射放射線をフィルタリングするための第1の層(11)と、前記第1の層(11)を通過する放射線を吸収するための第2の感光層(12)とを備える、画像センサ(10、30、100)によって取り込まれた画像の表現を計算するためのコンピュータ実装方法(500)であって、
前記入射放射線の伝搬方向において前記第1の層(11)が前記第2の感光層(12)の前にあり、前記第2の感光層(12)が画素のアレイを備え、
前記方法(500)は、
画素の前記アレイの画素を識別すること(560)と、
前記画素によって測定された放射線値にアクセスすること(570)と、
前記画素によって測定された前記放射線値を使用して、前記画素に対する1つ以上の値のタプルの1つ以上の値を計算すること(590)であって、前記タプルが色値を表す、計算すること(590)と、
前記画素によって測定された放射線値にアクセスし(570)、画素の前記アレイの全ての画素に対するタプルの1つ以上の値を計算し(590)て、前記画像センサ(10、30、100)によって取り込まれた画像の表現を取得すること、を繰り返すこと(600)と
を含む、コンピュータ実装方法(500)。
35.前記画像センサ(10、30、100)が2つ以上の異なる種類の画素を有し、
前記第1の層(11)が、前記第1の層(11)によって提供される第2の画素に対する遮断周波数とは異なる第1の画素に対する遮断周波数を提供する場合に限り、前記第1の画素が前記第2の画素とは異なる種類であり、
前記方法(500)は、
画素を識別すること(560)の前に、画素の前記アレイのさらなる画素を識別すること(510)と、
前記さらなる画素によって放射値が測定された前記遮断周波数とは異なるさらなる遮断周波数についてさらにさらなる画素によって測定された1つ以上の放射線値にアクセスすること(520)と、
前記さらなる画素について、前記さらなる遮断周波数に対する放射線値を補間すること(530)と、
1つ以上の放射線値にアクセスし(520)、前記さらなる画素について、前記さらなる画素の前記種類とは異なる前記アレイの全ての種類の画素に対する放射線値を補間すること(530)、を繰り返すこと(540)と、
前記アレイの全ての画素について以前の補間演算を繰り返すこと(550)と、
画素の前記アレイの前記画素を識別すること(560)に続いて、前記画素について補間された1つ以上の放射線値にアクセスすること(580)と、
前記画素によって測定された前記放射線値と、前記画素について補間された1つ以上の放射線値とを使用して、前記画素に対する前記タプルを計算すること(590)と、
前記画素について補間された1つ以上の放射線値にアクセスし(580)、画素の前記アレイの全ての画素に対する前記タプルを計算すること(590)、を繰り返すこと(600)と
をさらに含む、上記34に記載のコンピュータ実装方法(500)。
36.前記画素に対する前記タプルを計算すること(590)が、前記画素についての測定または補間された各放射線値を前記画素に対する前記タプルの各値に関連付ける較正行列を使用することを含む、上記35に記載のコンピュータ実装方法(500)。
37.前記画像センサ(10、30、100)が、3つ以上の種類の画素を有し、前記画素に対する前記タプルが、赤色成分を表す値、緑色成分を表すさらなる値、および青色成分を表すさらにさらなる値を含む、上記35〜36のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法(500)。
38.前記第1の層(11)が、放射線を少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬させるために、前記第1の層(11)を通って前記第2の感光層(12)まで貫通する前記少なくとも1つの開口部(13)を備え、
前記遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線が前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で減衰されかつ前記遮断周波数を上回る周波数を有する入射放射線が前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬するように前記遮断周波数を提供するように、前記少なくとも1つの開口部(13)の前記断面サイズが構成されており、
前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬せずかつ前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で減衰されない入射放射線に対して、前記第1の層(11)が不透過性であり、および/または
前記第2の感光層(12)が、前記少なくとも1つの開口部(13)を通過した放射線のみを吸収する、
上記34〜37のいずれか一項に記載のコンピュータ実装方法(500)。
39.遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線を減衰させることによって放射線をフィルタリングするための第1の層(211)と、
透明素子(212)と
を備え、
前記第1の層(211)が、放射線を少なくとも1つの開口部(213)を通って伝搬させるために、前記第1の層(211)を通って前記透明素子(212)まで貫通する前記少なくとも1つの開口部(213)を備え、
前記遮断周波数を下回る周波数を有する放射線が前記少なくとも1つの開口部(231)の内側で減衰されかつ前記遮断周波数を上回る周波数を有する放射線が前記少なくとも1つの開口部(213)を通って伝搬するように前記遮断周波数を提供するように、前記少なくとも1つの開口部(213)の前記断面サイズが構成されている、
光学素子(200)。
40.前記遮断周波数を下回る周波数を有する前記放射線が、前記少なくとも1つの開口部(213)の内側で指数関数的に減衰する、上記39に記載の光学素子(200)。
41.前記遮断周波数を上回る周波数を有する放射線が、前記少なくとも1つの開口部(213)の内側の1つ以上の伝搬モードに結合することによって、前記少なくとも1つの開口部(213)を通って伝搬する、上記39〜40のいずれか一項に記載の光学素子(200)。
42.前記少なくとも1つの開口部(213)が前記第1の層(211)の平面に垂直であり、前記少なくとも1つの開口部(213)が前記少なくとも1つの開口部(213)の軸に沿って一定の断面を有し、前記断面が、対称であり、かつ任意選択的に正方形、長方形、円形、または六角形の断面である、上記39〜41のいずれか一項に記載の光学素子(200)。
43.前記第1の層(211)が金属であるか、または前記第1の層(211)が、金属層でコーティングされた非金属層を備え、これにより、両方の場合において、前記少なくとも1つの開口部が、1つ以上の金属壁(220)を有する、上記39〜42のいずれか一項に記載の光学素子(200)。
44.前記第1の層(211)が、異なる断面サイズcsi(i=1..n)、cs1>cs2>cs3…のうちの2つ、3つ、またはそれよりも多い開口部を備え、
それぞれの遮断周波数w1、w2、w3、…を下回る周波数を有する光を減衰させるように、かつそれぞれの遮断周波数を上回る周波数を有する光を伝搬させるように、各開口部が構成されており、ここで、w1<w2<w3…である、
上記39〜43のいずれか一項に記載の光学素子(200)。
45.前記少なくとも1つの開口部が、透明材料で充填されている、上記39〜44のいずれか一項に記載の光学素子(200)。
46.前記透明材料が、前記第1の層上に追加の層を提供する、上記45に記載の光学素子(200)。
47.前記少なくとも1つの開口部(213)が、n個の異なるサイズに対して一辺の長さ値ai(i=1...n)を有する一定の正方形の断面を有し、前記少なくとも1つの開口部が金属壁(220)を有し、前記遮断周波数が、対応する遮断波長λ i,cut-off (i=1...n)を有し、これを上回ると、前記放射線が、前記少なくとも1つの開口部(213)の内側で指数関数的に減衰し、これを下回ると、前記放射線が、前記少なくとも1つの開口部を通って伝搬し、ここでaiはλ i,cut-off /2(i=1...n)に等しい、上記39〜46のいずれか一項に記載の光学素子(200)。
48.前記第1の層(211)の厚さl z または前記少なくとも1つの開口部(213)の深さdが、
であり、
ここで、a 1 は前記一辺の長さ値a i (i=1...n)の最大の一辺の長さ値であり、
λ D,1 は、遮断波長λ 1,cut-off =2a 1 よりも大きくかつ少なくとも1つの開口部(213)の内側で少なくともe -2 倍だけ強度が減衰される放射線の波長である、波長であり、
εは、前記少なくとも1つの開口部(213)内の物質の誘電率であり、μは、前記少なくとも1つの開口部(213)内の前記物質の透磁率であり、ε_0は、真空の誘電率であり、μ_0は、真空の透磁率である、
上記47に記載の光学素子(200)。
49.前記少なくとも1つの開口部が長尺であり、好ましくは断面が矩形であり、これにより、前記長尺の方向における前記少なくとも1つの開口部の長さが、前記長尺の方向に垂直に偏光される放射線に対する遮断周波数を規定し、かつ前記長尺の方向に垂直な方向の前記少なくとも1つの開口部の長さが、前記長尺の方向に垂直に偏光する放射線に対する遮断周波数よりも大きいさらなる遮断周波数を規定する、上記39〜46のいずれか一項に記載の光学素子(200)。
50.前記少なくとも1つの開口部が、前記透明素子に向かってまたは前記透明素子から離れる方に先細になっている、上記42または47〜48を参照しない場合の、上記39〜41、43〜46、または49のいずれか一項に記載の光学素子(200)。
51.前記少なくとも1つの開口部(213)を通って伝搬せずかつ前記少なくとも1つの開口部(213)の内側で減衰されない入射放射線に対して、前記第1の層(211)が不透過性であり、および/または
前記少なくとも1つの開口部(213)を通過する放射線のみが前記第1の層(211)を通過する、
上記39〜50のいずれか一項に記載の光学素子(200)。
52.第1の遮断周波数と第2の遮断周波数との間の周波数を有する放射線を測定するための光学装置(300、305)であって、
上記39〜43および45〜51のいずれか一項に記載の第1の光学素子(310)と、
上記39〜43および45〜51のいずれか一項に記載の第2の光学素子(320)と、
放射線を検出するための第1の検出器(330)と、
放射線を検出するための第2の検出器(340)と、
放射線の一部を反射しかつ放射線のさらなる一部を透過する、ビームスプリッタ(350)と、
前記第1の検出器(330)および前記第2の検出器(340)によって検出された前記放射線に基づいて、第1の遮断周波数と第2の遮断周波数との間の周波数を有する前記放射線を計算するように構成された、処理ユニット(370)と
を備え、
前記第1の光学素子が、前記第1の遮断周波数を提供する第1の断面サイズの開口部を有し、前記第2の光学素子が、前記第2の遮断周波数を提供する第2の断面サイズの開口部を有し、前記第2の遮断周波数が前記第1の遮断周波数よりも大きく、
前記第1の光学素子および前記第2の光学素子ならびに前記ビームスプリッタが、
(i)放射線の入射ビーム(360)が最初に前記ビームスプリッタ(350)に衝突し、前記ビームスプリッタ(350)から到来する透過部分(362)および反射部分(364)が前記第1の光学素子(310)および前記第2の光学素子(320)に衝突するように、配置されており、前記第1の検出器(330)が、前記第1の光学素子(310)を通過する放射線を検出するように配置されており、前記第2の検出器(340)が、前記第2の光学素子(320)を通過する放射線を検出するように配置されており、または
(ii)放射線の入射ビーム(360)が最初に前記第1の光学素子(310)に衝突、前記第1の光学素子(310)を通過するフィルタリングされた放射線(366)が前記ビームスプリッタ(350)に衝突し、前記ビームスプリッタ(350)から到来する透過部分(362)および反射部分(364)が前記第1の検出器(330)および前記第2の光学素子(320)に衝突するように、配置されており、前記第2の検出器(340)が、前記第2の光学素子(320)を通過する放射線を検出するように配置されている、
光学装置(300、305)。
Claims (19)
- 入射放射線を記録するための画像センサ(10、30、100)であって、
遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線を減衰させることによって前記入射放射線をフィルタリングするための第1の層(11)と、
前記第1の層(11)を通過する放射線を吸収するための第2の感光層(12)と
を備え、
前記第1の層(11)が、前記入射放射線の伝搬方向において前記第2の感光層(12)の前にあり、かつ前記第1の層(11)が、放射線を少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬させるために、前記第1の層(11)を通って前記第2の感光層(12)まで貫通する前記少なくとも1つの開口部(13)を備え、
前記遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線が前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で減衰され、かつ前記遮断周波数を上回る周波数を有する入射放射線が前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬するように、前記遮断周波数を提供するように、前記少なくとも1つの開口部(13)の断面サイズが構成され、
前記第1の層(11)は、前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬せずかつ前記少なくとも1つの開口部(13)の内側では減衰されない入射放射線に対して不透過性であり、前記第2の感光層(12)は、前記少なくとも1つの開口部(13)を通過した放射線のみを吸収し、
前記遮断周波数を下回る周波数を有し、前記第2の感光層(12)に到達する入射放射線の強度は、前記第1の層(11)の厚さによって制御される、
画像センサ(10、30、100)。 - 前記少なくとも1つの開口部(13)が、n個の異なるサイズの一辺の長さ値ai(i=1...n)を有する一定の正方形の断面を有し、前記少なくとも1つの開口部(13)が金属壁(20)を有し、かつ前記遮断周波数が対応する遮断波長λi,cut-off(i=1...n)を有し、これを上回ると、前記入射放射線が、前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で指数関数的に減衰し、これを下回ると、前記入射放射線が、前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬し、ここで、aiは、λi,cut-off/2(i=1...n)に等しく、
前記第1の層(11)の厚さlzまたは前記少なくとも1つの開口部の深さdが、
であり、
ここで、a1は、前記一辺の長さ値ai(i=1...n)の最大の一辺の長さ値であり、
λD,1は、遮断波長λ1,cut-off=2a1よりも大きくかつ前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で少なくともe-2倍だけ強度が減衰される放射線の波長である、波長であり、
εは、前記少なくとも1つの開口部内の物質の誘電率であり、μは、前記少なくとも1つの開口部内の前記物質の透磁率であり、ε_0は、真空の誘電率であり、μ_0は、真空の透磁率である、請求項1に記載の画像センサ(10、30、100)。 - 前記遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線が、前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で指数関数的に減衰する、及び/又は前記遮断周波数を上回る周波数を有する入射放射線が、前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で1つ以上の伝搬モードに結合することによって、前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬する、請求項1又は2に記載の画像センサ(10、30、100)。
- 前記少なくとも1つの開口部(13)が、前記第1の層(11)の平面に垂直であり、前記少なくとも1つの開口部(13)が、前記少なくとも1つの開口部(13)の軸に沿って一定の断面を有し、前記断面が、対称であり、かつ任意選択的に正方形、長方形、円形、または六角形の断面である、請求項1に記載の画像センサ(10、30、100)。
- 前記第1の層(11)が金属であるか、または前記第1の層(11)が金属層でコーティングされた非金属層を備え、これにより、両方の場合において、前記少なくとも1つの開口部が1つ以上の金属壁(20)を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
- 前記少なくとも1つの開口部(13)が、透明材料(18)で充填されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
- 前記透明材料(18)が、前記第1の層(11)上に追加の層(19)を提供する、請求項6に記載の画像センサ(10、30、100)。
- 前記感光層(12)が、画素のアレイを備え、同じ断面サイズを有する各開口部(13)または各複数の隣接する開口部(13)が、前記アレイの個々の画素に重なりかつ前記個々の画素に結合され、
前記第1の層(11)が、1つ以上の異なる断面サイズを有する開口部(13rgb、13gb、13b)のアレイを備え、
前記開口部がグループ化されており、これにより各開口部グループが、1つの開口部、または隣接しておりかつ同じ断面サイズを有する複数の開口部を有し、各開口部グループが、前記感光層の、1つのみの画素に重なっており、かつ前記画素に結合されており、前記開口部グループが、前記第1の層に繰り返しパターンで配置されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。 - 前記開口部(13rgb、13gb、13b)が、3つ以上の異なる断面サイズを有し、第1の断面サイズが、赤外光を除去し、かつ赤色光、緑色光、および青色光の伝搬を可能にし、第2の断面サイズが、赤色光を除去し、かつ緑色光および青色光の伝搬を可能にし、第3の断面サイズが、赤色光および緑色光を除去し、かつ青色光の伝搬を可能にし、前記第1の層の前記繰り返しパターンが、画素の前記アレイの各画素に対する赤色光、緑色光、および青色光の測定値または補間値を提供するように構成されている、請求項8に記載の画像センサ(100)。
- 前記アレイの各開口部が、n個の異なるサイズの一辺の長さ値ai(i=1..n)を有する一定の正方形の断面を有し、各開口部が金属壁(20)を有し、前記第1の断面サイズの前記遮断周波数に対応する遮断波長λ1が、600nm〜750nmの範囲内、任意選択的に650nmから730nmの範囲内にあり、前記第1の断面サイズの前記一辺の長さ値a1が、300nm〜375nmの範囲内、任意選択的に325nm〜365nmの範囲内にあり、前記第2の断面サイズの前記遮断周波数に対応する遮断波長λ2が、495nm〜590nmの範囲内、任意選択的に515nm〜570nmの範囲内にあり、前記第2の断面サイズの前記一辺の長さ値a2が、247nm〜295nmの範囲内、任意選択的に257nm〜285nmの範囲内にあり、前記第3の断面サイズの前記遮断周波数に対応する遮断波長λ3が、450nm〜510nmの範囲内、任意選択的に465nm〜495nmの範囲内にあり、前記第3の断面サイズの前記一辺の長さ値a3が、225nm〜255nmの範囲内、任意選択的に232nm〜247nmの範囲内にある、請求項9に記載の画像センサ(100)。
- 前記第1の層(11)が、3つ以上の異なる断面サイズを有する開口部のアレイを備え、第1の断面サイズが赤外光、赤色光、緑色光、および青色光の伝搬を可能にし、第2の断面サイズが赤色光を除去し、かつ緑色光および青色光の伝搬を可能にし、第3の断面サイズが赤色光および緑色光を除去し、かつ青色光の伝搬を可能にし、
前記第1の断面サイズの各開口部が、前記画素以下の大きさである画素領域に重なり、
赤外光を除去しかつ赤外光よりも短い波長の光を透過するフィルタ材料で、前記第1の断面サイズの各開口部が充填され、任意選択的に、全ての開口部が前記フィルタ材料で充填され、および/または前記フィルタ材料が前記第1の層上に追加の層を提供する、
請求項8に記載の画像センサ(100)。 - 前記開口部が、以下のさらなるサイズ:
赤外光遮断周波数を下回る赤外光の一部を除去し、かつ前記赤外光遮断周波数を上回る赤外光のさらなる一部の伝搬ならびに赤色光、緑色光、および青色光の伝搬を可能にする第4の断面サイズ;赤色光および黄色光を除去し、かつ緑色光および青色光の伝搬を可能にする第5の断面サイズ;赤色光および緑色光遮断周波数を下回る緑色光の一部を除去し、かつ緑色光遮断周波数を上回る緑色光のさらなる一部の伝搬および青色光の伝搬を可能にする第6の断面サイズ;赤色光、緑色光、および青色光を除去し、かつ紫外光の伝搬を可能にする第7の断面サイズのうちのいずれか1つ、または前記断面サイズの任意の組み合わせを有する、請求項8〜11のいずれか一項に記載の画像センサ(100)。 - 画素の前記アレイの各画素が、前記画素に結合された前記開口部グループの前記1つ以上の開口部を通って伝搬する放射線の強度の量を、前記画素に結合された前記開口部グループの前記1つ以上の開口部の内側で減衰された放射線の強度の量と共に記録する、請求項8〜12のいずれか一項に記載の画像センサ(10、30、100)。
- 請求項8〜13のいずれか一項に記載の画像センサ(100)と、
前記画像センサ(100)に通信可能に結合されたデータ記憶ユニット(410)と
を備え、
前記データ記憶ユニット(410)内に、画素の前記アレイの画素によって測定された放射線値を記憶するように構成されている、
撮像装置(400)。 - 遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線を減衰させることによって入射放射線をフィルタリングするための第1の層(11)と、前記第1の層(11)を通過する放射線を吸収するための第2の感光層(12)とを備える、画像センサ(10、30、100)によって取り込まれた画像の情報を計算するためのコンピュータ実装方法(500)であって、
前記入射放射線の伝搬方向において前記第1の層(11)が前記第2の感光層(12)の前にあり、前記第2の感光層(12)が画素のアレイを備え、
前記第1の層(11)が、伝搬する放射線を少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬させるために、前記第1の層(11)を通って前記第2の感光層(12)まで貫通する前記少なくとも1つの開口部(13)を備え、
前記遮断周波数を下回る周波数を有する入射放射線が前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で減衰され、かつ前記遮断周波数を上回る周波数を有する入射放射線が前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬するように、前記遮断周波数を提供するように、前記少なくとも1つの開口部(13)の断面サイズが構成されており、
同じ断面サイズを有する各開口部(13)または各複数の隣接する開口部(13)が、前記アレイの個々の画素に重なりかつ前記個々の画素に結合され、前記第1の層(11)は、前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬せずかつ前記少なくとも1つの開口部(13)の内側では減衰されない入射放射線に対して不透過性であり、前記第2の感光層(12)は、前記少なくとも1つの開口部(13)を通過した放射線のみを吸収し、前記遮断周波数を下回る周波数を有し、前記第2の感光層(12)に到達する入射放射線の強度は、前記第1の層(11)の厚さによって制御される、
前記方法(500)は、
画素の前記アレイの画素を識別すること(560)と、
前記画素によって測定された放射線値にアクセスすること(570)と、
前記画素によって測定された前記放射線値を使用して、前記画素に対する1つ以上の値のタプルの1つ以上の値を計算すること(590)であって、前記タプルが色値を表す、計算すること(590)と、
前記画素によって測定された放射線値にアクセスし(570)、画素の前記アレイの全ての画素に対するタプルの1つ以上の値を計算し(590)て、前記画像センサ(10、30、100)によって取り込まれた画像の情報を取得すること、を繰り返すこと(600)と
を含む、コンピュータ実装方法(500)。 - 前記少なくとも1つの開口部(13)が、n個の異なるサイズの一辺の長さ値ai(i=1...n)を有する一定の正方形の断面を有し、前記少なくとも1つの開口部(13)が金属壁(20)を有し、かつ前記遮断周波数が対応する遮断波長λi,cut-off(i=1...n)を有し、これを上回ると、前記入射放射線が、前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で指数関数的に減衰し、これを下回ると、前記入射放射線が、前記少なくとも1つの開口部(13)を通って伝搬し、ここで、aiは、λi,cut-off/2(i=1...n)に等しく、
前記第1の層(11)の厚さlzまたは前記少なくとも1つの開口部の深さdが、
であり、
ここで、a1は、前記一辺の長さ値ai(i=1...n)の最大の一辺の長さ値であり、
λD,1は、遮断波長λ1,cut-off=2a1よりも大きくかつ前記少なくとも1つの開口部(13)の内側で少なくともe-2倍だけ強度が減衰される放射線の波長である、波長であり、
εは、前記少なくとも1つの開口部内の物質の誘電率であり、μは、前記少なくとも1つの開口部内の前記物質の透磁率であり、ε_0は、真空の誘電率であり、μ_0は、真空の透磁率である、請求項15に記載のコンピュータ実装方法(500)。 - 前記画像センサ(10、30、100)が2つ以上の異なる種類の画素を有し、
前記第1の層(11)が、前記第1の層(11)によって提供される第2の画素に対する遮断周波数とは異なる第1の画素に対する遮断周波数を提供する場合に限り、前記第1の画素が前記第2の画素とは異なる種類であり、
前記方法(500)は、
画素を識別すること(560)の前に、画素の前記アレイのさらなる画素を識別すること(510)と、
前記さらなる画素によって放射値が測定された前記遮断周波数とは異なるさらなる遮断周波数についてさらにさらなる画素によって測定された1つ以上の放射線値にアクセスすること(520)と、
前記さらなる画素について、前記さらなる遮断周波数に対する放射線値を補間すること(530)と、
1つ以上の放射線値にアクセスし(520)、前記さらなる画素について、前記さらなる画素の前記種類とは異なる前記アレイの全ての種類の画素に対する放射線値を補間すること(530)、を繰り返すこと(540)と、
前記アレイの全ての画素について以前の補間演算を繰り返すこと(550)と、
画素の前記アレイの前記画素を識別すること(560)に続いて、前記画素について補間された1つ以上の放射線値にアクセスすること(580)と、
前記画素によって測定された前記放射線値と、前記画素について補間された1つ以上の放射線値とを使用して、前記画素に対する前記タプルを計算すること(590)と、
前記画素について補間された1つ以上の放射線値にアクセスし(580)、画素の前記アレイの全ての画素に対する前記タプルを計算すること(590)、を繰り返すこと(600)と
をさらに含む、請求項15又は16に記載のコンピュータ実装方法(500)。 - 前記画素に対する前記タプルを計算すること(590)が、前記画素についての測定または補間された各放射線値を前記画素に対する前記タプルの各値に関連付ける較正行列を使用することを含む、請求項17に記載のコンピュータ実装方法(500)。
- 前記画像センサ(10、30、100)が、3つ以上の種類の画素を有し、前記画素に対する前記タプルが、赤色成分を表す値、緑色成分を表すさらなる値、および青色成分を表すさらにさらなる値を含む、請求項17又は18に記載のコンピュータ実装方法(500)。
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