JP7334498B2

JP7334498B2 - 光学デバイス

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Publication number: JP7334498B2
Application number: JP2019120104A
Authority: JP
Inventors: 雅史川下
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2023-08-29
Anticipated expiration: 2039-06-27
Also published as: JP2021005843A

Description

本発明は、光の検出に用いられる光学デバイスに関する。

イメージセンサ等の撮像素子は、赤、緑、青の三色の成分に入射光を分解し、各色の光の強度を受光素子によって検出する。そして、撮像素子は、受光面に沿って配列された多数の受光素子からの出力に基づき、カラーの画像データを生成する。こうした入射光の分解には、赤色光を透過する領域と、緑色光を透過する領域と、青色光を透過する領域とを有するカラーフィルタが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－６８０４９号公報

近年、精細な色再現が可能なセンサの需要が高まるなかで、透過光における他の色の波長域の光の混入が少ない、すなわち、波長選択性の高いフィルタが望まれている。しかしながら、従来のカラーフィルタが有する各色の領域は、顔料等の色素での吸収によって特定の波長域の光を相対的に多く透過するように構成されており、こうしたフィルタでの波長選択性の向上には限界がある。したがって、色素を用いたフィルタとは異なる原理を利用して、高い精度で光を選別できるフィルタの開発が望まれている。
なお、こうした課題は、カラーの画像データを生成する撮像素子に限らず、入射光から取り出した光を検出する装置に備えられるフィルタにおいて共通する。

本発明は、光の選別の精度を高めることのできる光学デバイスを提供することを目的とする。

上記課題を解決する光学デバイスは、選択的に光を反射する複数のフィルタ領域を有するフィルタ層と、各フィルタ領域に対して１つずつ配置された光電変換素子であって、前記フィルタ領域の透過光を受ける複数の前記光電変換素子を有する受光層と、を備え、前記フィルタ領域は、高屈折率材料からなるサブ波長周期の格子構造が低屈折率材料に囲まれた構造を有し、前記複数のフィルタ領域は、互いに異なる波長域の光を反射する複数の前記フィルタ領域、および、前記格子構造の配列方向が互いに異なる複数の前記フィルタ領域の少なくとも一方を含む。

上記構成によれば、フィルタ領域は、導波モード共鳴現象によって強められた特定の波長域の反射光を射出し、入射光のなかで当該反射光の波長域を除く波長域の光を透過光として射出する。互いに異なる特性を有するフィルタ領域の透過光の強度を、光電変換素子の出力に基づき比較することで、入射光の特性、すなわち、波長域や偏光方向の検出が可能である。導波モード共鳴現象を利用したフィルタは、材料の屈折率や格子構造の周期等によって定まる狭帯域の波長選択性を有し、その波長選択性は、分子間の相互作用によって幅広い吸収帯を有する色素を利用したフィルタよりも高い。したがって、上記フィルタ領域を有するフィルタ層の利用により、光学デバイスにおける光の選別の精度を高めることが可能である。

上記構成において、前記フィルタ領域は、凸部または凹部である凹凸要素であって、サブ波長周期で並ぶ複数の前記凹凸要素が構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層と、前記凹凸構造上に位置して当該凹凸構造に追従した表面形状を有する高屈折率層であって、前記凹凸構造の底部に位置して前記格子構造を形成する第１格子高屈折率部、および、前記凹凸構造の頂部に位置して前記格子構造を形成する第２格子高屈折率部を含む前記高屈折率層と、を備えてもよい。

上記構成によれば、フィルタ領域が薄膜の積層構造を有することから、フィルタ領域の形成が容易であり、また、サブ波長周期の格子構造が低屈折率材料に囲まれた構造が好適に実現される。

上記構成において、前記フィルタ領域は、前記高屈折率層上に位置して当該高屈折率層の表面の凹凸に追従した表面形状を有する低屈折率層を備えてもよい。
上記構成のように、フィルタ領域が最表面に低屈折率層を備える形態であれば、表面反射を低減することが可能であるとともに、低屈折率層の屈折率や厚さの調整によって、導波モード共鳴現象により強められた反射光とは異なる波長域の光が、フィルタ領域の内部での反射や干渉に起因して当該反射光とともに射出されることを抑えることもできる。

上記構成において、前記格子構造は、一次元格子状の配列を有してもよい。
上記構成によれば、格子構造の配列方向に依存した特定の方向へ偏光した光を反射光として射出するフィルタ領域が実現される。したがって、フィルタ領域の有する格子構造の配列方向が揃っている形態であれば、偏光方向の揃った入射光を対象とする場合に好適に用いられ、フィルタ領域が配列方向の互いに異なるサブ波長格子を含む形態であれば、様々な方向への偏光成分を含む入射光を対象とする場合に好適に用いられる。

上記構成において、前記格子構造は、二次元格子状の配列を有してもよい。
上記構成によれば、格子構造の配列方向ごとに異なる方向へ偏光した光を反射光として射出するフィルタ領域が実現される。したがって、様々な方向への偏光成分を含む入射光を対象とする場合に好適に用いられる。

上記構成において、互いに同一の周期および配列方向を有する二層の前記格子構造が格子対であり、前記フィルタ領域は、前記フィルタ層の厚さ方向に沿って並ぶ複数の前記格子対を備えてもよい。

上記構成によれば、格子対ごとの配列周期や配列方向の調整によって、波長選択性の向上、偏光応答性の調整、反射光および透過光の波長域の調整等が可能である。
上記構成において、前記格子構造は、一次元格子状の配列を有し、前記複数の格子対には、前記格子構造の配列方向が互いに異なる複数の前記格子対が含まれてもよい。

上記構成によれば、格子対ごとに異なる方向へ偏光した光を反射光として射出するフィルタ領域が実現される。したがって、様々な方向への偏光成分を含む入射光を対象とする場合に好適に用いられる。

上記構成において、前記複数のフィルタ領域は、赤色光を反射する前記フィルタ領域と、緑色光を反射する前記フィルタ領域と、青色光を反射する前記フィルタ領域とを含んでもよい。

上記構成によれば、可視領域の入射光を対象とするイメージセンサ等の光検出装置に適した光学デバイスが実現される。

本発明によれば、光学デバイスにおいて、光の選別の精度を高めることができる。

光学デバイスの一実施形態について、光学デバイスの断面構造を示す図。一実施形態の光学デバイスの作用を示す図。一実施形態の光学デバイスの断面構造の他の例を示す図。第１形態のフィルタ領域について、（ａ）は、フィルタ領域の断面構造を示す図、（ｂ）は、第１格子領域の断面構造を示す図、（ｃ）は、中間領域の断面構造を示す図、（ｄ）は、第２格子領域の断面構造を示す図。（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、フィルタ領域の波長選択性についてのシミュレーション結果を示す図であって、厳密結合波解析を用いた反射シミュレーションスペクトルを示す図。第１形態のフィルタ領域の製造方法について、凹凸構造層の形成工程を示す図。第１形態のフィルタ領域の製造方法について、高屈折率層の形成工程を示す図。第１形態のフィルタ領域の製造方法について、埋込層の形成工程を示す図。第１形態のフィルタ領域における変形例の断面構造を示す図。第１形態のフィルタ領域における変形例の断面構造を示す図。第１形態のフィルタ領域における変形例の断面構造を示す図。第２形態のフィルタ領域について、（ａ）は、フィルタ領域の断面構造を示す図、（ｂ）は、第１格子領域の断面構造を示す図、（ｃ）は、中間領域の断面構造を示す図、（ｄ）は、第２格子領域の断面構造を示す図。第３形態のフィルタ領域について、フィルタ領域の斜視構造の一部を示す図。第３形態のフィルタ領域について、フィルタ領域の断面構造の一例を示す図。

図面を参照して、光学デバイスの一実施形態を説明する。光学デバイスは、入射光から取り出した光を検出する光検出装置に用いられる。入射光の波長域は特に限定されないが、例えば、入射光は可視領域の光である。以下において、可視領域の光の波長は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下とする。

［光学デバイスの構成］
図１が示すように、光学デバイス１００は、フィルタ層１１０と、受光層１２０とを備えている。フィルタ層１１０は、互いに異なる波長域の光を透過する複数のフィルタ領域１１１を備えている。フィルタ領域１１１は、導波モード共鳴現象を生じさせる構造を有している。フィルタ領域１１１は、導波モード共鳴現象によって、入射光のうちの特定の波長域の光を選択的に反射し、当該反射光の波長域を除く波長域の光を透過する。

図１は、一例として、光学デバイス１００が、カラーの画像データを出力するイメージセンサである光検出装置に用いられる場合のフィルタ層１１０の構成を示している。図１においては、フィルタ層１１０は、赤色光を反射する赤反射フィルタ領域１１１Ｒと、緑色光を反射する緑反射フィルタ領域１１１Ｇと、青色光を反射する青反射フィルタ領域１１１Ｂとを有している。本実施形態においては、赤色光は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長域に強度ピークを有する光であり、緑色光は、５２０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長域に強度ピークを有する光であり、青色光は、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長域に強度ピークを有する光である。

図１においては、各フィルタ領域１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂを１つずつ示しているが、赤反射フィルタ領域１１１Ｒと、緑反射フィルタ領域１１１Ｇと、青反射フィルタ領域１１１Ｂとは、所定の並びで繰り返し配列されている。なお、互いに隣接するフィルタ領域１１１は接していてもよいし、互いに隣接するフィルタ領域１１１の間にこれらを区画する領域が設けられていてもよい。

受光層１２０は、複数の受光素子１２１を備えている。受光素子１２１は、光電変換素子であり、受光素子１２１に入射した光の強度に応じた電気的な出力を発する。受光素子１２１は、例えば、フォトダイオードに具体化される。複数の受光素子１２１は、互いに同一の構造を有し、すなわち、互いに同一の感度および特性を有する。受光素子１２１は、検出対象とする入射光の波長域に感度を有していればよい。複数の受光素子１２１は、各フィルタ領域１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂに対して１つずつ、すなわち、１つのフィルタ領域１１１の下方に１つの受光素子１２１が配置されるように配列されている。

光検出装置は、フィルタ層１１０および受光層１２０に加えて、例えば、受光素子１２１の電荷の転送あるいは増幅のための素子や、信号処理回路、配線部等を備えている。こうした素子等は、受光素子１２１と同一の基板に形成されていてもよいし、受光素子１２１とは異なる基板に形成されて受光層１２０に積層されていてもよい。また、フィルタ層１１０と受光層１２０との間には、配線部や、平坦化、遮蔽、絶縁等のため膜等が配置されていてもよい。

図２が示すように、光学デバイス１００に対する入射光Ｉｏは、フィルタ層１１０に向けて入射する。赤反射フィルタ領域１１１Ｒでは、赤色の波長域の光Ｉｒが反射され、入射光Ｉｏのなかで赤色の波長域を除く波長域の光Ｉ１が赤反射フィルタ領域１１１Ｒを透過して、赤反射フィルタ領域１１１Ｒの下方の受光素子１２１に入る。緑反射フィルタ領域１１１Ｇでは、緑色の波長域の光Ｉｇが反射され、入射光Ｉｏのなかで緑色の波長域を除く波長域の光Ｉ２が緑反射フィルタ領域１１１Ｇを透過して、緑反射フィルタ領域１１１Ｇの下方の受光素子１２１に入る。青反射フィルタ領域１１１Ｂでは、青色の波長域の光Ｉｂが反射され、入射光Ｉｏのなかで青色の波長域を除く波長域の光Ｉ３が青反射フィルタ領域１１１Ｂを透過して、青反射フィルタ領域１１１Ｂの下方の受光素子１２１に入る。

赤反射フィルタ領域１１１Ｒの下方の受光素子１２１の出力と、緑反射フィルタ領域１１１Ｇの下方の受光素子１２１の出力と、青反射フィルタ領域１１１Ｂの下方の受光素子１２１の出力とを総合することによって、入射光Ｉｏの波長域および強度が算出される。例えば、入射光Ｉｏが青色光である場合、赤反射フィルタ領域１１１Ｒの下方の受光素子１２１の出力と、緑反射フィルタ領域１１１Ｇの下方の受光素子１２１の出力とは同程度であり、青反射フィルタ領域１１１Ｂの下方の受光素子１２１の出力が最も低くなる。このように、入射光Ｉｏは、相対的に出力が低い受光素子１２１に対応するフィルタ領域１１１で反射される波長域の光を相対的に多く含むため、各受光素子１２１の出力の比較によって、入射光Ｉｏの波長域の算出が可能である。これにより、赤反射フィルタ領域１１１Ｒと緑反射フィルタ領域１１１Ｇと青反射フィルタ領域１１１Ｂとに対向する１つの単位領域からの入射光の波長域の検出が可能であり、これに基づき、例えば、単位領域の色が規定できる。光検出装置は、各受光素子１２１からの出力に基づく演算を行って入射光の波長域を算出する演算部を備えている。

図３が示すように、光学デバイス１００は、マイクロレンズアレイ１３０を備えていてもよい。マイクロレンズアレイ１３０は、フィルタ層１１０の上方に位置する。マイクロレンズアレイ１３０は、複数のマイクロレンズ１３１を備えている。複数のマイクロレンズ１３１は、各フィルタ領域１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂに対して１つずつ、すなわち、１つのフィルタ領域１１１の上方に１つのマイクロレンズ１３１が位置するように配置されている。マイクロレンズ１３１は、入射光をフィルタ領域１１１および受光素子１２１に向けて集光させる。マイクロレンズ１３１が設けられていることにより、より多くの光が受光素子１２１に入るため、光の検出の感度が高められる。

光検出装置は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等のイメージセンサであってもよいし、こうしたイメージセンサに限らず、入射光の分光スペクトルを得るための装置であってもよい。要は、光検出装置は、入射光を分解して検出することにより、入射光の波長域および強度を算出する装置であればよく、その算出結果の利用態様は限定されない。フィルタ領域１１１が反射する波長域は、光検出装置の用途や検出対象とする入射光の波長域に応じて設定されていればよく、単位領域に対応するフィルタ領域１１１の数も限定されない。フィルタ層１１０は、反射特性の異なる２以上のフィルタ領域１１１、すなわち、互いに異なる波長域の光を反射する複数のフィルタ領域１１１を備えていればよい。

［フィルタ領域の構成］
以下、フィルタ領域１１１の詳細な構成を説明する。
＜第１形態＞
（フィルタ領域の構造）
図４（ａ）が示すように、フィルタ領域１１１は、基材１１、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、中間領域１４、第２格子領域１５、および、第２低屈折率領域１６を備えている。これらの各領域は、層状に広がっており、基材１１に近い位置から、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、中間領域１４、第２格子領域１５、および、第２低屈折率領域１６がこの順に並んでいる。各領域の並ぶ方向が第１方向であり、第１方向は、すなわち、フィルタ領域１１１の厚さ方向である。また、基材１１に対して第２低屈折率領域１６の位置する側がフィルタ領域１１１の表面側、すなわち、光の入射側であり、第２低屈折率領域１６に対して基材１１の位置する側が、フィルタ領域１１１の裏面側である。図４（ｂ）は、第１格子領域１３における第１方向と直交する断面を示し、図４（ｃ）は、中間領域１４における第１方向と直交する断面を示し、図４（ｄ）は、第２格子領域１５における第１方向と直交する断面を示す。

基材１１は板状を有し、基材１１が有する面のうち、フィルタ領域１１１の表面側に位置する面が基材１１の表面である。基材１１は、検出対象とする入射光の波長域に対して吸収の無い材料から構成される。検出対象の入射光が可視領域の光である場合には、基材１１としては、例えば、合成石英基板や、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等の樹脂からなる透明なフィルムが用いられる。

第１低屈折率領域１２は、基材１１の表面に接し、基材１１の表面に沿って一様に広がっている。第１格子領域１３は、第１格子高屈折率部１３ａと第１格子低屈折率部１３ｂとを有する。基材１１の表面と対向する位置から見て、すなわち、第１方向に沿った方向から見て、第１格子高屈折率部１３ａと第１格子低屈折率部１３ｂとは、共通の方向である第２方向に沿って帯状に延び、第２方向と直交する第３方向に沿って交互に並んでいる。第２方向と第３方向との各々は、第１方向に直交する。

中間領域１４は、中間高屈折率部１４ａと第１中間低屈折率部１４ｂと第２中間低屈折率部１４ｃとを有する。これらの各部は、第１方向に沿った方向から見て、第２方向に沿って延び、第１中間低屈折率部１４ｂと第２中間低屈折率部１４ｃとは、その間に中間高屈折率部１４ａを挟みつつ、第３方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、第３方向に沿って、第１中間低屈折率部１４ｂ、中間高屈折率部１４ａ、第２中間低屈折率部１４ｃ、中間高屈折率部１４ａが、この順に繰り返し並んでいる。第１中間低屈折率部１４ｂは、第１格子低屈折率部１３ｂ上に位置する。中間高屈折率部１４ａは、第１格子高屈折率部１３ａの幅方向における端部上に位置し、第２中間低屈折率部１４ｃは、第１格子高屈折率部１３ａの幅方向における中央部上に位置する。

第２格子領域１５は、第２格子高屈折率部１５ａと第２格子低屈折率部１５ｂとを有する。第１方向に沿った方向から見て、第２格子高屈折率部１５ａと第２格子低屈折率部１５ｂとは、第２方向に沿って帯状に延び、第３方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、２つの格子領域１３，１５において、高屈折率部および低屈折率部の配列方向は一致している。第２格子高屈折率部１５ａは、第１中間低屈折率部１４ｂ上および中間高屈折率部１４ａ上に位置し、第２格子低屈折率部１５ｂは、第２中間低屈折率部１４ｃ上に位置する。

第２低屈折率領域１６は、第２格子領域１５に対して中間領域１４とは反対側で第２格子領域１５に沿って一様に広がっている。
フィルタ領域１１１を構成する上記の各領域において、第１方向に沿って互いに隣接する領域は、その一部において互いに連続している。具体的には、第１低屈折率領域１２と第１格子低屈折率部１３ｂとは互いに連続し、さらに、第１格子低屈折率部１３ｂと第１中間低屈折率部１４ｂとは互いに連続しており、これらは互いに同一の材料から構成される。また、第１格子高屈折率部１３ａと中間高屈折率部１４ａとは互いに連続し、さらに、中間高屈折率部１４ａと第２格子高屈折率部１５ａとは互いに連続しており、これらは互いに同一の材料から構成される。また、第２中間低屈折率部１４ｃと第２格子低屈折率部１５ｂとは互いに連続し、さらに、第２格子低屈折率部１５ｂと第２低屈折率領域１６とは互いに連続し、これらは互いに同一の材料から構成される。

すなわち、フィルタ領域１１１は、基材１１と、基材１１上に位置し、複数の凸部２１ａが構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層２１と、凹凸構造層２１の表面に沿って配置された高屈折率層２２と、高屈折率層２２の表面の凹凸を埋める埋込層２３とを備える構造体であるとも捉えられる。複数の凸部２１ａは、第２方向に沿って延び、第３方向に沿って並ぶ。高屈折率層２２は、凹凸構造層２１の凹凸に追従した表面形状を有する。埋込層２３の表面は平坦である。

凹凸構造層２１は、第１低屈折率領域１２と第１格子低屈折率部１３ｂと第１中間低屈折率部１４ｂとから構成され、凸部２１ａは、第１格子低屈折率部１３ｂと第１中間低屈折率部１４ｂとから構成される。

高屈折率層２２は、第１格子高屈折率部１３ａと中間高屈折率部１４ａと第２格子高屈折率部１５ａとから構成される。第１格子高屈折率部１３ａは、複数の凸部２１ａの間、すなわち、凹凸構造層２１が有する凹凸構造の底部に位置する。中間高屈折率部１４ａは、凸部２１ａの側面に接し、第１方向に沿った方向から見て互いに隣り合う第１格子高屈折率部１３ａと第２格子高屈折率部１５ａとの端部間を繋ぐように、中間領域１４の厚さ方向に延びている。第２格子高屈折率部１５ａは、凸部２１ａの頂面を覆い、すなわち、凹凸構造層２１が有する凹凸構造の頂部に位置する。

埋込層２３は、第２中間低屈折率部１４ｃと第２格子低屈折率部１５ｂと第２低屈折率領域１６とから構成される。埋込層２３は、第２低屈折率領域１６から基材１１に向けて第２中間低屈折率部１４ｃおよび第２格子低屈折率部１５ｂが突出した形状を有する。

高屈折率層２２の材料の屈折率は、空気の屈折率よりも大きく、かつ、凹凸構造層２１および埋込層２３の各々の材料の屈折率よりも大きい。すなわち、第１格子高屈折率部１３ａ、中間高屈折率部１４ａ、第２格子高屈折率部１５ａの各々の屈折率は、第１低屈折率領域１２、第１格子低屈折率部１３ｂ、第１中間低屈折率部１４ｂ、第２中間低屈折率部１４ｃ、第２格子低屈折率部１５ｂ、第２低屈折率領域１６の各々の屈折率よりも大きい。

凹凸構造層２１を構成する材料、および、埋込層２３を構成する材料の屈折率は、空気の屈折率よりも大きい。凹凸構造層２１と埋込層２３とは、例えば、同一の材料から構成される。

凹凸構造層２１、高屈折率層２２、および、埋込層２３の各々は、検出対象とする入射光の波長域に対して吸収の無い材料から構成される。例えば、検出対象の入射光が可視領域の光である場合には、凹凸構造層２１および埋込層２３を構成する低屈折率材料としては、合成石英等の無機物や、紫外線硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂材料を用いることが好ましい。この場合、高屈折率層２２を構成する高屈折率材料としては、ＴｉＯ_２（酸化チタン）、Ｎｂ_２Ｏ_５（酸化ニオブ）、Ｔａ_２Ｏ_５（酸化タンタル）、ＺｒＯ（酸化ジルコニウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の無機化合物材料を用いることができる。

（フィルタ領域の作用）
第１格子領域１３における格子構造の周期、すなわち、第１格子高屈折率部１３ａの配列の周期が、第１周期Ｐ１であり、第１周期Ｐ１は、検出対象の入射光の波長よりも小さい。同様に、第２格子領域１５における格子構造の周期、すなわち、第２格子高屈折率部１５ａの配列の周期が、第２周期Ｐ２であり、第２周期Ｐ２は、検出対象の入射光の波長よりも小さい。すなわち、第１周期Ｐ１および第２周期Ｐ２はサブ波長周期であり、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々は、高屈折率材料からなるサブ波長周期の格子構造であるサブ波長格子を含む。

フィルタ領域１１１において、領域ごとの平均屈折率は、各領域における高屈折率部と低屈折率部との体積比率に応じて、高屈折率部の屈折率と低屈折率部の屈折率とを均した値に近似される。第１格子領域１３における第１格子高屈折率部１３ａの割合、および、第２格子領域１５における第２格子高屈折率部１５ａの割合の各々よりも、中間領域１４における中間高屈折率部１４ａの割合は小さい。したがって、中間領域１４の平均屈折率は、第１格子領域１３の平均屈折率、および、第２格子領域１５の平均屈折率の各々よりも小さい。すなわち、フィルタ領域１１１は、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々に位置するサブ波長格子が、低屈折率の領域に埋め込まれた構造を有している。

上記フィルタ領域１１１の表面側からフィルタ領域１１１に光が入射すると、第２格子領域１５のサブ波長格子が低屈折率の領域に囲まれていることから、第２格子領域１５では、表面側への回折光の射出が抑えられ、導波モード共鳴現象が発生する。すなわち、特定の波長域の光が第２格子領域１５を多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、この特定の波長域の光が、フィルタ領域１１１の表面側に反射光として射出される。

第２格子領域１５を透過し、さらに中間領域１４を透過した光は、第１格子領域１３に入る。第１格子領域１３に光が入射すると、第１格子領域１３のサブ波長格子が低屈折率の領域に囲まれていることから、第１格子領域１３でも、導波モード共鳴現象が発生する。すなわち、特定の波長域の光が第１格子領域１３を多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、この特定の波長域の光が、フィルタ領域１１１の表面側に反射光として射出される。

第１格子領域１３を透過した光は、第１低屈折率領域１２および基材１１を透過して、フィルタ領域１１１の裏面側に出る。
結果として、フィルタ領域１１１の表面側には、第２格子領域１５で強められた波長域の光と、第１格子領域１３で強められた波長域の光とが反射光として射出される。そして、入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された波長域を除く波長域の光が、透過光としてフィルタ領域１１１の裏面側に射出される。

色素を利用したフィルタが、分子間の相互作用によって幅広い吸収帯を有することに対し、導波モード共鳴現象を利用したフィルタは、材料の屈折率や格子構造の周期等によって定まる狭帯域の波長選択性を有する。したがって、導波モード共鳴現象を利用したフィルタの波長選択性は、色素を利用したフィルタよりも高い。すなわち、透過光に選択対象以外の波長域の光が混ざることが抑えられる。例えば、色素を利用して赤色を透過するフィルタの透過光には、赤色以外の色の波長域の光が少なからず混ざってしまう。これに対し、導波モード共鳴現象を利用したフィルタであれば、赤色光を反射するフィルタ領域１１１Ｒの透過光に、赤色の波長域の光が混ざることが好適に抑えられている。

したがって、導波モード共鳴現象を利用したフィルタ領域１１１を用いることによって、光学デバイス１００における光の選別の精度を高めることが可能であり、その結果、光検出装置による波長検出の精密さが高められる。

また、構造色を利用した他のフィルタとして、プラズモン共鳴を利用したフィルタが挙げられるが、導波モード共鳴現象を利用したフィルタは、プラズモン共鳴を利用したフィルタよりも透過率が高いため、光学デバイス１００の感度が高められる。

また、導波モード共鳴現象には、フィルタ領域１１１に対して直交する方向からの光が作用する。そのため、隣接するフィルタ領域１１１に対向する位置からの斜めの光の作用が抑えられる結果、光検出装置による波長検出の精確さが高められる。

フィルタ領域１１１の反射光および透過光の波長域は、サブ波長格子の周期、格子領域１３，１５の厚さＴ１，Ｔ２、凹凸構造層２１、高屈折率層２２、および、埋込層２３の各層の材料によって調整可能である。このうち、サブ波長格子の周期のみを変えることによって、複数のフィルタ領域１１１における反射光および透過光の波長域を変える形態であれば、凸部２１ａの形成時にその周期を変えることによって、複数のフィルタ領域１１１を同一の製造工程で一括して形成することができる。

なお、基材１１の位置する側からフィルタ領域１１１に光が入射した場合も、第１格子領域１３および第２格子領域１５にて共鳴を起こした波長域の光が、反射光として射出され、入射光に含まれる波長域のなかで上記反射光として射出された波長域を除く波長域の光が、透過光として射出される。したがって、フィルタ領域１１１は、第２低屈折率領域１６に対して基材１１の位置する側を光の入射側として、すなわち、第２低屈折率領域１６を受光素子１２１に向けて、配置されてもよい。

（フィルタ領域の詳細構成）
上述のフィルタ領域１１１において、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と、第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域とは、所望の反射光および透過光の波長域に応じて設定されればよい。波長選択性をより高めるためには、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と、第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域とが近いほど好ましい。

例えば、第２格子領域１５で特定の波長域の光が共鳴を起こしたとき、第２格子領域１５と中間領域１４との屈折率の差が小さい場合等には、上記特定の波長域の光の一部が、第２格子領域１５内での反射ごとに、中間領域１４に漏れ出る。こうした場合にも、第１格子領域１３と第２格子領域１５とで共鳴を起こす光の波長域が一致していれば、中間領域１４に漏れ出た上記特定の波長域の光が第１格子領域１３に入って共鳴を起こし、反射光として射出される。したがって、透過光に、上記特定の波長域の光が混ざることがより的確に抑えられる。

第１格子領域１３と第２格子領域１５とで共鳴を起こす光の波長域を一致させるためには、第１格子領域１３と第２格子領域１５とにおいて、平均屈折率と膜厚とを乗じた値として表されるパラメータである光学膜厚を一致させればよい。つまり、第１格子領域１３と第２格子領域１５とにおいて、光学膜厚が近いほど、共鳴を起こす光の波長域が近くなり、波長選択性が高められる。本願の発明者は、シミュレーションによって、反射光についての良好な波長選択性を得られる第１格子領域１３と第２格子領域１５との光学膜厚の比の範囲を見出した。以下、この内容について詳細に説明する。

第１格子領域１３の全体に対する第１格子高屈折率部１３ａの体積比率は、第１方向に沿った方向から見た平面視での第１格子領域１３の全体に対する第１格子高屈折率部１３ａの面積比率に等しい。当該面積比率は、言い換えれば、第１格子高屈折率部１３ａを含みその厚さ方向と直交する断面にて第１格子高屈折率部１３ａが占める面積比率である。断面の位置によって第１格子高屈折率部１３ａの面積が変化する場合には、第１格子高屈折率部１３ａの面積が最大となる断面での第１格子高屈折率部１３ａの面積比率が採用される。

第１格子高屈折率部１３ａの上記面積比率をＲ１とするとき、上記断面における第１格子低屈折率部１３ｂの面積比率は１－Ｒ１で表される。
高屈折率層２２の材料の屈折率をｎ１、凹凸構造層２１の材料の屈折率をｎ２とするとき（ｎ１＞ｎ２）、第１格子領域１３の平均屈折率ＮＡ１は、下記式（１）によって表される。
ＮＡ１＝ｎ１×Ｒ１＋ｎ２×（１－Ｒ１）・・・（１）

そして、第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１は、第１格子領域１３の平均屈折率ＮＡ１および厚さＴ１を用いて、下記式（２）によって表される。
ＯＴ１＝Ｔ１×ＮＡ１
＝Ｔ１×｛ｎ１×Ｒ１＋ｎ２×（１－Ｒ１）｝・・・（２）

第２格子領域１５において、格子構造の周期である第２周期Ｐ２は、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致している。

ただし、第１方向に沿った方向から見て、第２格子領域１５における第２格子高屈折率部１５ａの幅は、第１格子領域１３における第１格子低屈折率部１３ｂの幅よりも大きい。そして、第２格子低屈折率部１５ｂの幅は、第１格子高屈折率部１３ａの幅よりも小さい。

第２格子領域１５の全体に対する第２格子高屈折率部１５ａの体積比率は、第１方向に沿った方向から見た平面視での第２格子領域１５の全体に対する第２格子高屈折率部１５ａの面積比率に等しい。当該面積比率は、言い換えれば、第２格子高屈折率部１５ａを含みその厚さ方向と直交する断面にて第２格子高屈折率部１５ａが占める面積比率である。断面の位置によって第２格子高屈折率部１５ａの面積が変化する場合には、第２格子高屈折率部１５ａの面積が最大となる断面での第２格子高屈折率部１５ａの面積比率が採用される。

第２格子高屈折率部１５ａの上記面積比率をＲ２とするとき、上記断面における第２格子低屈折率部１５ｂの面積比率は１－Ｒ２で表される。
高屈折率層２２の材料の屈折率をｎ１、埋込層２３の材料の屈折率をｎ３とするとき（ｎ１＞ｎ３）、第２格子領域１５の平均屈折率ＮＡ２は、下記式（３）によって表される。
ＮＡ２＝ｎ１×Ｒ２＋ｎ３×（１－Ｒ２）・・・（３）

そして、第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２は、第２格子領域１５の平均屈折率ＮＡ２および厚さＴ２を用いて、下記式（４）によって表される。
ＯＴ２＝Ｔ２×ＮＡ２
＝Ｔ２×｛ｎ１×Ｒ２＋ｎ３×（１－Ｒ２）｝・・・（４）

第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１に対する第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２の比（ＯＴ２／ＯＴ１）が１に近いほど、第１格子領域１３と第２格子領域１５とのそれぞれにおいて共鳴を起こす光の波長域が近くなる。一方で、上記比が１から離れるにつれ、第１格子領域１３と第２格子領域１５とで共鳴を起こす光の波長域が異なるようになる。第１格子領域１３と第２格子領域１５とで意図的に共鳴する光の波長域を変える場合は、上記比は例えば２．０より大きい、あるいは０．５より小さくてもよい。しかしながら、第１格子領域１３と第２格子領域１５とで共鳴する光の波長域が異なっていると、第１格子領域１３および第２格子領域１５の一方において所望の波長域の光を共鳴させた場合に、他方において共鳴する波長域の光の影響により、フィルタ領域１１１の波長選択性が低下することが懸念される。

したがって、高い波長選択性を得るためには、ＯＴ２／ＯＴ１の値は０．５以上２．０以下であることが好ましく、より高い波長選択性を得るためには、ＯＴ２／ＯＴ１の値は０．６２５以上１．６以下であることが好ましい。

上記のＯＴ２／ＯＴ１の値の好ましい範囲は、本願の発明者がシミュレーションにより検討した結果、得られた範囲である。このシミュレーション結果について、図５を参照して説明する。

図５（ａ）～（ｄ）は、厳密結合波解析（ＲｉｇｏｒｏｕｓＣｏｕｐｌｅｄ－ＷａｖｅＡｎａｌｙｓｉｓ：ＲＣＷＡ）を用いて計算した、反射シミュレーションスペクトルを示す。なお、以下に記載する各パラメータの値は、小数第４位を四捨五入している。

シミュレーションにおいて、光の入射方向は、第２低屈折率領域１６の位置する側からフィルタ領域１１１に入る方向であり、入射角度は０°である。また、サブ波長格子の格子次数は１次、Ｐ１＝Ｐ２＝３００ｎｍ、Ｒ１＝０．５３７、Ｒ２＝０．６である。Ｔ２＝７０ｎｍであり、凹凸構造層２１の凸部２１ａの側面に成膜される高屈折率材料の膜厚、すなわち、中間高屈折率部１４ａの第３方向に沿った幅は、１４ｎｍとした。

図５（ａ）は、Ｔ１＝Ｔ２（ＯＴ２／ＯＴ１＝０．８９５）の場合、図５（ｂ）は、Ｔ１＝０．８×Ｔ２（ＯＴ２／ＯＴ１＝１．１１９）の場合、図５（ｃ）は、Ｔ１＝０．６×Ｔ２（ＯＴ２／ＯＴ１＝１．４９１）の場合、図５（ｄ）は、Ｔ１＝０．４×Ｔ２（ＯＴ２／ＯＴ１＝２．２３７）の場合のスペクトルである。

なお、計算に用いた各層の波長４２０ｎｍにおける屈折率は、基材１１が１．６８３、凹凸構造層２１および埋込層２３が１．５０４、高屈折率層２２が２．６２０である。消衰係数は各層のすべての材料で０であるため、１００－反射率＝透過率となる。

図５（ａ）～（ｄ）から、ＯＴ２／ＯＴ１の値が１から離れるにつれ、反射ピークが分裂することが確認され、ピーク反射率も減少する傾向を有することが判明した。これにより、ＯＴ２／ＯＴ１の値が１から離れることによって、波長選択性が低下する傾向があることが確認された。

図５（ａ）～（ｃ）のスペクトルでは、いずれもピーク反射率は９０％以上を示したが、ＯＴ２／ＯＴ１＝２．２３７である図５（ｄ）のスペクトルでは、ピーク反射率は６０％より小さい。すなわち、ＯＴ２／ＯＴ１が２を超えると、波長選択性が顕著に低下することが確認された。

ＯＴ２／ＯＴ１の値が１．０、すなわち、光学膜厚ＯＴ１と光学膜厚ＯＴ２とが一致すると、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と、第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域とが一致し、波長選択性が特に高められる。例えば、第１格子領域１３の厚さＴ１と第２格子領域１５の厚さＴ２とが等しく、凹凸構造層２１の材料の屈折率ｎ２と埋込層２３の材料の屈折率ｎ３とが等しい場合には、第１格子高屈折率部１３ａの面積比率Ｒ１と第２格子高屈折率部１５ａの面積比率Ｒ２とが等しいと、光学膜厚ＯＴ１と光学膜厚ＯＴ２とが一致するため好ましい。

上述のように、第１方向に沿った方向から見て、第２格子高屈折率部１５ａは第１格子低屈折率部１３ｂよりも大きくなる。そのため、第１格子高屈折率部１３ａの面積比率Ｒ１と第２格子高屈折率部１５ａの面積比率Ｒ２とを近づけるためには、第１格子領域１３にて第１格子低屈折率部１３ｂの面積比率が第１格子高屈折率部１３ａの面積比率よりも小さくなり、第２格子領域１５にて第２格子高屈折率部１５ａの面積比率が第２格子低屈折率部１５ｂの面積比率よりも大きくなるように、凸部２１ａの幅を設定することが好ましい。この場合、第１格子高屈折率部１３ａの面積比率Ｒ１と第２格子高屈折率部１５ａの面積比率Ｒ２との各々は、０．５よりも大きく、Ｒ１＋Ｒ２は１よりも大きくなる。

面積比率Ｒ１，Ｒ２が０．５よりも大きいことにより、面積比率Ｒ１，Ｒ２が０．５以下である形態と比較して、格子領域１３，１５の平均屈折率が高くなるため、各格子領域１３，１５と、隣接する領域１２，１４，１６との平均屈折率の差が大きくなる、その結果、各格子領域１３，１５にて生じる多重反射での損失が小さくなり、波長選択性が高められる。

中間領域１４における第１中間低屈折率部１４ｂの配列の周期である第３周期Ｐ３は、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致している。第１方向に沿った方向から見て、第１中間低屈折率部１４ｂの幅は、第１格子低屈折率部１３ｂの幅と一致する。

第１方向に沿った方向から見た平面視での中間領域１４の全体に対する中間高屈折率部１４ａの面積比率は、第２格子高屈折率部１５ａの上記面積比率と第１格子低屈折率部１３ｂの上記面積比率との差以下であることが好ましい。すなわち、上記中間高屈折率部１４ａの面積比率をＲ３とするとき、Ｒ３は、下記式（５）を満たすことが好ましい。なお、当該面積比率は、言い換えれば、中間高屈折率部１４ａを含みその厚さ方向と直交する断面にて中間高屈折率部１４ａが占める面積比率である。断面の位置によって中間高屈折率部１４ａの面積が変化する場合には、中間高屈折率部１４ａの面積が最大となる断面での中間高屈折率部１４ａの面積比率が採用される。
Ｒ３≦Ｒ２－（１－Ｒ１）＝Ｒ１＋Ｒ２－１・・・（５）

第１方向に沿った方向から見て、第２格子高屈折率部１５ａが位置する領域が、第１中間低屈折率部１４ｂおよび中間高屈折率部１４ａが位置する領域と一致するとき、中間高屈折率部１４ａの上記面積比率Ｒ３は、右辺と一致し、Ｒ１＋Ｒ２－１となる。そして、第１方向に沿った方向から見て、第２格子高屈折率部１５ａが位置する領域が、第１中間低屈折率部１４ｂおよび中間高屈折率部１４ａが位置する領域よりも大きいとき、言い換えれば、中間高屈折率部１４ａが第２格子高屈折率部１５ａの外縁よりも内側の領域に位置するとき、上記面積比率Ｒ３は、Ｒ１＋Ｒ２－１よりも小さくなる。

上述のように、導波モード共鳴現象による波長選択性の向上ためには、各格子領域１３，１５について、格子領域１３，１５の平均屈折率と、格子領域１３，１５を挟む領域１２，１４，１６の平均屈折率との差が大きいことが望ましい。したがって、中間領域１４の平均屈折率は小さいほど好ましく、すなわち、中間高屈折率部１４ａの面積比率が小さいほど好ましい。上記式（５）が満たされている構成であれば、中間高屈折率部１４ａの幅が、第２格子高屈折率部１５ａよりも外側まで広がらない程度に抑えられるため、中間高屈折率部１４ａの面積比率が大きくなりすぎない。したがって、波長選択性が高められる。

導波モード共鳴現象による波長選択性の向上ためには、第１格子領域１３の平均屈折率と、第１低屈折率領域１２および中間領域１４の各々の平均屈折率との差は、いずれも０．１よりも大きいことが好ましい。同様に、第２格子領域１５の平均屈折率と、中間領域１４および第２低屈折率領域１６の各々の平均屈折率との差は、いずれも０．１よりも大きいことが好ましい。

（フィルタ領域の製造方法）
図６～図８を参照して、フィルタ領域１１１の製造方法について説明する。
図６が示すように、まず、基材１１の表面に、低屈折率材料からなる層を形成し、この層の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層２１を形成する。凹凸構造層２１は、基材１１に沿って広がる平坦部２１ｃと、平坦部２１ｃから突き出た複数の凸部２１ａとを有するとともに、凸部２１ａ間に位置する部分である複数の凹部２１ｂを有する。凸部２１ａおよび凹部２１ｂは、第２方向に沿って帯状に延びる。

凹凸構造の形成には、ナノインプリント法やドライエッチング法等の公知の微細加工技術が用いられる。なかでも、ナノインプリント法は、微細な凸部２１ａおよび凹部２１ｂを簡便に形成できるため好ましい。

例えば、低屈折率材料として紫外線硬化性樹脂を用い、光ナノインプリント法によって凹凸構造層２１を形成する場合、まず、基材１１の表面に、紫外線硬化性樹脂を塗工する。次いで、紫外線硬化性樹脂からなる塗工層の表面に、形成対象の凸部２１ａおよび凹部２１ｂからなる凹凸の反転された凹凸を有する凹版である合成石英モールドを押し当て、塗工層および凹版に紫外線を照射する。続いて、硬化した紫外線硬化性樹脂から凹版を離型する。これによって、凹版の有する凹凸が紫外線硬化性樹脂に転写されて凸部２１ａおよび凹部２１ｂが形成されるとともに、凸部２１ａおよび凹部２１ｂと基材１１との間には、紫外線硬化性樹脂からなる残膜として、平坦部２１ｃが形成される。

次に、図７が示すように、凹凸構造層２１の表面に、高屈折率材料からなる高屈折率層２２を形成する。高屈折率層２２の形成方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法等の公知の成膜技術が用いられる。高屈折率層２２の厚さは、凸部２１ａの高さよりも小さく、所望の厚さＴ１および厚さＴ２に応じて設定される。

真空蒸着法やスパッタリング法を含む物理気相成長法を用いて高屈折率層２２を形成する場合、凹凸構造層２１の凸部２１ａ上には、凸部２１ａよりも広がるように膜が形成される。すなわち、第２格子高屈折率部１５ａの幅が、凸部２１ａである第１格子低屈折率部１３ｂおよび第１中間低屈折率部１４ｂの幅よりも大きく形成される。したがって、物理気相成長法が採用される場合に、凹凸構造層２１の表面における凸部２１ａと凹部２１ｂとの面積比率を１対１に設定したとしても、第１格子高屈折率部１３ａと第２格子高屈折率部１５ａとの面積比率にはずれが生じてしまう。

また、成膜中に第２格子高屈折率部１５ａの幅が拡大していくと、凹部２１ｂ上に蒸着材料の粒子が付着し難くなるため、第１格子高屈折率部１３ａの厚さＴ１と第２格子高屈折率部１５ａの厚さＴ２とにずれが生じる場合がある。

フィルタ領域１１１の波長選択性を高めるためには、こうした第２格子高屈折率部１５ａの幅の拡大に起因した面積比率や厚さのずれを補填しつつ、上記光学膜厚ＯＴ１に対する光学膜厚ＯＴ２の比が、０．５以上２．０以下、より好ましくは０．６２５以上１．６以下となるように、凸部２１ａの幅、すなわち、凸部２１ａと凹部２１ｂとの面積比率を設定することが望ましい。

また、物理気相成長法を用いて高屈折率層２２を形成する場合、凹凸構造層２１の凸部２１ａの側面にも高屈折率材料が付着する場合が多く、中間高屈折率部１４ａの形成は避け難い。そこで、上述のように、上記式（５）が満たされるように、中間高屈折率部１４ａの幅を制御することで、中間高屈折率部１４ａが形成される製造方法を採用しながらも、各格子領域１３，１５からの反射光の強度を良好に得ることができる。

中間高屈折率部１４ａの幅は、成膜方法や成膜の条件によって制御することが可能である。例えば、真空蒸着法とスパッタリング法とでは、粒子の飛来方向についての角度依存性が異なるため、いずれの方法を用いるかによって、中間高屈折率部１４ａの幅を変えることができる。また、高屈折率層２２の形成後にエッチングを行うことによって、中間高屈折率部１４ａの幅を縮小させてもよい。

次に、図８が示すように、凹凸構造層２１と高屈折率層２２とからなる構造体の表面を覆うように、低屈折率材料からなる埋込層２３を形成して、高屈折率層２２の表面の凹凸を第２格子高屈折率部１５ａ上まで埋める。

埋込層２３の形成方法としては、各種の塗布法等の公知の成膜技術が用いられる。例えば、低屈折率材料として紫外線硬化性樹脂を用いる場合、まず、高屈折率層２２の表面に紫外線硬化性樹脂を塗工する。次いで、紫外線硬化性樹脂からなる塗工層の表面に、紫外線を透過する材料で構成された平板を押し当て、塗工層に紫外線を照射する。続いて、硬化した紫外線硬化性樹脂から平板を離型する。

本実施形態のフィルタ領域１１１の構造であれば、格子領域に接する層を導波層として用いる構造と比較して、格子領域に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、波長選択性の高められたフィルタ領域１１１を製造することができる。具体的には、ナノインプリント法を用いてフィルタ領域１１１を形成する場合には、残膜の膜厚の精密な制御を要さずに、波長選択性の高められたフィルタ領域１１１を製造することができる。したがって、フィルタ領域１１１の製造が容易である。

また、フィルタ領域１１１は、光ナノインプリント法と真空蒸着法等とを組み合わせた製造方法によって形成可能であるため、ロール・トゥ・ロール法による製造に適している。したがって、フィルタ領域１１１の構成は、大量生産にも適している。

なお、上述の製造方法において、紫外線硬化性樹脂に代えて熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いて、ナノインプリント法により凹凸構造層２１を形成してもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合、紫外線の照射を加熱に変更すればよく、熱可塑性樹脂を用いる場合、紫外線の照射を、加熱および冷却に変更すればよい。

ただし、熱可塑性樹脂を用いて凹凸構造層２１を形成した場合、埋込層２３の形成に際して、凹凸構造層２１が加熱されて変形することを抑えるために、熱可塑性樹脂とは異なる材料を用いて埋込層２３を形成することが好ましい。例えば、凹凸構造層２１を熱可塑性樹脂から形成し、埋込層２３を紫外線硬化性樹脂から形成してもよい。

フィルタ層１１０の互いに隣り合うフィルタ領域１１１において、基材１１、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、中間領域１４、第２格子領域１５、第２低屈折率領域１６の各々は連続している。すなわち、互いに隣り合うフィルタ領域１１１は、共通した１つの基材１１と、これらの領域間で相互に連続した凹凸構造層２１と、これらの領域間で相互に連続した高屈折率層２２と、これらの領域間で相互に連続した埋込層２３とを有している。

互いに異なる波長域の光を反射するフィルタ領域１１１における凹凸構造層２１は、例えば、ナノインプリント法を利用して、各フィルタ領域１１１に対応する部分で凹凸の周期を変えた合成石英モールドを用いることによって、同時に形成することができる。また、高屈折率層２２および埋込層２３も、各フィルタ領域１１１に対応する部分を同時に形成することができる。したがって、複数のフィルタ領域１１１を備えるフィルタ層１１０を容易に形成することができる。

（変形例）
第１形態のフィルタ領域１１１は以下のように変更してもよい。
図９が示すように、フィルタ領域１１１は、基材１１を備えていなくてもよい。この場合、低屈折率材料からなる板状体の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層２１を形成する。例えば、熱可塑性樹脂からなるシートを用いて、当該シートの表面に凹凸構造を形成してもよいし、合成石英からなる基板を用いて、当該基板の表面に凹凸構造を形成してもよい。合成石英基板に対する凹凸構造の形成には、ドライエッチング法等の公知の技術が用いられればよい。

図１０が示すように、基材１１の表面に凸部２１ａが直接に形成されていてもよい。すなわち、凹凸構造層２１は、凸部２１ａに連続する平坦部２１ｃを有さなくてもよい。この場合、凸部２１ａと基材１１とが凹凸構造層２１を構成し、基材１１のなかで凸部２１ａに接する領域が、第１低屈折率領域１２として機能する。こうした凹凸構造層２１は、例えば、フォトリソグラフィの利用によって形成できる。

図１１が示すように、フィルタ領域１１１は、埋込層２３に代えて、高屈折率層２２の凹凸に追従した表面形状を有する低屈折率層２４を備えていてもよい。この場合、フィルタ領域１１１は、第２低屈折率領域１６上に頂部領域１７を備える。

頂部領域１７は、第１頂部低屈折率部１７ａと第２頂部低屈折率部１７ｂとを有する。第１方向に沿った方向から見て、第１頂部低屈折率部１７ａと第２頂部低屈折率部１７ｂとは、第２方向に沿って帯状に延び、第３方向に沿って交互に並んでいる。頂部領域１７における第１頂部低屈折率部１７ａの配列の周期は、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致する。第１頂部低屈折率部１７ａは、第２低屈折率領域１６を挟んで第２格子高屈折率部１５ａ上に位置し、第２頂部低屈折率部１７ｂは、第２低屈折率領域１６を挟んで第２格子低屈折率部１５ｂ上に位置する。

第２低屈折率領域１６と第１頂部低屈折率部１７ａとは互いに連続しており、これらは互い同一の材料から構成される。すなわち、低屈折率層２４は、第２中間低屈折率部１４ｃと第２格子低屈折率部１５ｂと第２低屈折率領域１６と第１頂部低屈折率部１７ａとから構成される。低屈折率層２４は、第２低屈折率領域１６から基材１１に向けて第２中間低屈折率部１４ｃおよび第２格子低屈折率部１５ｂが突出し、第２低屈折率領域１６から基材１１とは反対側に向けて第１頂部低屈折率部１７ａが突出した形状を有する。低屈折率層２４の表面は凹凸を有し、その凹部に第２頂部低屈折率部１７ｂが対応する。第２頂部低屈折率部１７ｂは空気で充填されている。

低屈折率層２４は、検出対象とする入射光の波長域に対して吸収の無い材料から構成される。低屈折率層２４は、低屈折率材料としてＳｉＯ_２（酸化ケイ素）等の無機化合物材料を用い、真空蒸着法やスパッタリング法等の物理気相成長法によって形成されることが好ましい。低屈折率層２４は、各種の塗布法を用いて樹脂材料から形成されてもよいが、低屈折率層２４を高屈折率層２２に追従した形状に形成するため、言い換えれば、低屈折率層２４の表面に好適に凹凸を形成するためには、低屈折率層２４は、無機化合物材料を用いて物理気相成長法によって形成されることが好ましい。

導波モード共鳴現象を好適に生じさせるためには、凹凸構造層２１を構成する材料、および、低屈折率層２４を構成する材料の各々と、高屈折率層２２を構成する材料との屈折率差が大きいことが好ましく、凹凸構造層２１を構成する材料と低屈折率層２４を構成する材料との屈折率差よりも、これらの各材料と高屈折率層２２を構成する材料との屈折率差の方が大きいことが好ましい。また、空気層と隣接する低屈折率層２４を構成する材料の屈折率は、空気の屈折率よりも大きく、凹凸構造層２１を構成する材料の屈折率以下であることが好ましい。

低屈折率層２４が設けられていることにより、フィルタ領域１１１の最表面である低屈折率層２４の表面が凹凸を有しているため、フィルタ領域１１１の最表面が平坦である形態と比較して、フィルタ領域１１１の表面反射を抑えることができる。したがって、低屈折率層２４の位置する側を光の入射側とすることにより、フィルタ領域１１１に入る光の強度が大きくなり、ひいては、受光素子１２１に入る光の強度が大きくなる。したがって、光検出装置による検出の精度が高められる。

また、頂部領域１７は、フィルタ領域１１１を構成する各領域での反射や干渉に起因した光であって、各格子領域１３，１５で強められて表面側に射出される波長域とは異なる波長域の光が、表面側に射出されることを抑える機能を有する。言い換えれば、頂部領域１７は、上記異なる波長域の光を打ち消すように構成されている。具体的には、頂部領域１７は、上記異なる波長域の光を干渉によって弱めることや、裏面側に反射することによって、表面側に射出される上記異なる波長域の光の強度を低くする。その結果、各格子領域１３，１５で強められた波長域以外の波長域の光の透過率を高めることもできる。

頂部領域１７によって打ち消される光の波長域は、頂部領域１７の厚さおよび平均屈折率によって調整可能であり、言い換えれば、低屈折率層２４の厚さおよび材料によって調整できる。なお、埋込層２３の厚さは、１００ｎｍ以上２０μｍ以下であることが好ましいことに対し、低屈折率層２４の厚さは、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。また、高屈折率層２２の厚さは、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。

なお、フィルタ領域１１１が低屈折率層２４を備える形態において、フィルタ領域１１１は、第２低屈折率領域１６を有さず、第２格子領域１５の直上に頂部領域１７が位置してもよい。言い換えれば、低屈折率層２４の表面の凹部の底部が、第２方向において、高屈折率層２２の頂部、すなわち、第２格子高屈折率部１５ａの頂部と一致する位置に配置されていてもよい。さらには、第２格子低屈折率部１５ｂの一部もしくは全部は、第２頂部低屈折率部１７ｂから連続し、空気が充填されていてもよい。この場合、低屈折率層２４の表面の凹部の底部は、第２格子領域１５に位置する。さらには、第２中間低屈折率部１４ｃの一部は、第２頂部低屈折率部１７ｂから連続し、空気が充填されていてもよい。この場合、低屈折率層２４の表面の凹部の底部は、中間領域１４に位置する。

また、フィルタ領域１１１が低屈折率層２４を備える形態において、頂部領域１７を覆う保護層が設けられてもよい。この場合、保護層は樹脂等の低屈折率材料から構成され、低屈折率層２４の凹部は保護層によって埋められる。すなわち、第２頂部低屈折率部１７ｂは、低屈折率材料によって充填される。

上記各形態において、中間領域１４は、中間高屈折率部１４ａを有していなくてもよい。すなわち、中間領域１４は、第１中間低屈折率部１４ｂと第２中間低屈折率部１４ｃとから構成されていてもよい。高屈折率層２２の製造条件によっては、中間高屈折率部１４ａを有さないフィルタ領域１１１、すなわち、凸部２１ａの側面への高屈折率層２２の成膜がないフィルタ領域１１１の製造が可能である。

第１形態のフィルタ領域１１１においては、サブ波長格子が、１つの方向に帯状に延び、その延びる方向と直交する方向に沿って並んでいる。すなわち、サブ波長格子が、一次元格子状の配列を有する。そのため、各格子領域１３，１５では、サブ波長格子の配列方向に依存する特定の方向へ偏光した光、すなわち、ＴＥ波もしくはＴＭ波が多重反射して共鳴を起こし、反射光として射出される。したがって、第１形態のフィルタ領域１１１を備える光学デバイス１００は、偏光方向の揃っている入射光を対象とする場合に好適に用いられる。

＜第２形態＞
第２形態のフィルタ領域１１１は、第１形態と比較して、サブ波長格子の配列が異なる。図１２（ａ）～（ｄ）が示すように、第２形態のフィルタ領域１１１において、サブ波長格子は、二次元格子状の配列を有する。

詳細には、図１２（ｂ）が示すように、第１格子領域１３において、複数の第１格子低屈折率部１３ｂは、二次元格子状に配置されている。二次元格子の種類は特に限定されず、互いに異なる方向に延びる２つの平行線群が交差することによって構成される格子の格子点に第１格子低屈折率部１３ｂが位置していればよい。例えば、第１格子低屈折率部１３ｂが構成する二次元格子は、正方格子であってもよいし、六方格子であってもよい。第１格子領域１３における格子構造の周期である第１周期Ｐ１は、二次元格子が延びる各方向において一致している。第１格子高屈折率部１３ａは、複数の第１格子低屈折率部１３ｂの間を埋めており、連続する１つの高屈折率部を構成している。

第１方向に沿った方向から見て、第１格子低屈折率部１３ｂの形状は特に限定されないが、例えば第１格子低屈折率部１３ｂが正方形であると、第１格子領域１３の平均屈折率を規定する面積比率の設定が容易である。

図１２（ｃ）が示すように、中間領域１４において、複数の第１中間低屈折率部１４ｂは、第１格子低屈折率部１３ｂと一致した二次元格子状に配置されている。中間領域１４における第１中間低屈折率部１４ｂの配列の周期である第３周期Ｐ３は、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致している。第１方向に沿った方向から見て、第１中間低屈折率部１４ｂの大きさは、第１格子低屈折率部１３ｂと一致する。

第１方向に沿った方向から見て、中間高屈折率部１４ａは枠形状を有し、第１中間低屈折率部１４ｂを１つずつ取り囲んでいる。第２中間低屈折率部１４ｃは、互いに隣接する中間高屈折率部１４ａの間を埋めており、連続する１つの低屈折率部を構成している。

図１２（ｄ）が示すように、第２格子領域１５において、複数の第２格子高屈折率部１５ａは、第１格子低屈折率部１３ｂと一致した二次元格子状に配置されている。第２格子低屈折率部１５ｂは、複数の第２格子高屈折率部１５ａの間を埋めており、連続する１つの低屈折率部を構成している。第２格子領域１５における格子構造の周期である第２周期Ｐ２は、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致している。

ただし、第１方向に沿った方向から見て、第２格子領域１５において点在する第２格子高屈折率部１５ａは、第１格子領域１３において点在する第１格子低屈折率部１３ｂよりも大きい。言い換えれば、第２方向および第３方向の各々において、第２格子高屈折率部１５ａの幅は、第１格子低屈折率部１３ｂの幅よりも大きい。したがって、第２格子低屈折率部１５ｂの幅は、第１格子高屈折率部１３ａの幅よりも小さい。第１方向に沿った方向から見て、第２格子高屈折率部１５ａは、第１格子低屈折率部１３ｂの形状に準じた形状を有する。

第２形態のフィルタ領域１１１においても、第１形態と同様の原理によって導波モード共鳴現象が起こる。すなわち、第１格子領域１３で強められた波長域の光と、第２格子領域１５で強められた波長域の光とが、反射光として射出され、入射光のなかで、この強められた反射光の波長域を除く波長域の光が、透過光として射出されて受光素子１２１に入る。第２形態においても、第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１は、第１形態で示した式（２）によって求められ、第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２は、第１形態で示した式（４）によって求められる。そして、第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１に対する第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２の比が、０．５以上２．０以下、より好ましくは０．６２５以上１．６以下であれば、フィルタ領域１１１において良好な波長選択性が得られる。

また、第２形態においても、中間高屈折率部１４ａの面積比率Ｒ３について、第１形態で示した式（５）が満たされることが好ましい。式（５）が満たされていれば、中間高屈折率部１４ａの幅が、第２格子高屈折率部１５ａよりも外側まで広がらない程度に抑えられるため、中間高屈折率部１４ａの面積比率が大きくなりすぎない。したがって、波長選択性が高められる。

第２形態のように、サブ波長格子を構成する格子要素が二次元格子状に並ぶ形態であれば、互いに異なる方向へ偏光している光を格子要素が並ぶ方向ごとにそれぞれ共鳴させることができる。したがって、第１形態のように、格子要素が１つの方向のみに沿って並ぶ形態と比較して、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、効率的に反射光が出射される。そのため、第２形態のフィルタ領域１１１を備える光学デバイス１００は、偏光方向の揃っていない入射光を対象とする場合に好適に用いられる。

特に、格子要素が六方格子状に並ぶ形態であれば、格子要素が正方格子状に並ぶ形態と比較して、格子領域にて共鳴可能な偏光の方向が多くなるため、様々な方向への偏光成分を含む入射光への適応性が高くなる。

第２形態のフィルタ領域１１１は、第１形態のフィルタ領域の製造方法において、凸部２１ａの配列態様を変更することによって製造できる。具体的には、複数の凸部２１ａが二次元格子状に配置された凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層２１を形成する。複数の凸部２１ａは互いに離間しており、凸部２１ａ間に位置する凹部２１ｂは連続する１つの凹部を構成している。第２形態のように、凸部２１ａが二次元格子状に並ぶ形態であれば、凸部２１ａの大きさや配置についての自由度が高いため、凸部２１ａと凹部２１ｂとの面積比率の設定に際しての細かな調整が容易である。

なお、複数の凸部２１ａは、互いに離間していなくてもよく、例えば、平面視での正方形の角部等において、凸部２１ａ同士が接していてもよい。この場合、凹部２１ｂは、複数の部分に分割され得る。

また、凹凸構造層２１の凹凸構造は、互いに離間した複数の凹部２１ｂと、これらの凹部の間で連続している単一の凸部２１ａとから構成されてもよい。すなわち、凹凸構造層２１の凹凸構造は、凸部もしくは凹部である複数の凹凸要素が二次元格子状に並ぶことにより形成されていればよい。

また、各格子領域１３，１５において、格子構造の周期は、二次元格子が延びる方向によって異なっていてもよい。こうした構成によれば、二次元格子が延びる方向によって共鳴を起こす波長域を異ならせて、反射光に含まれる波長域や偏光に対する応答性を調整することが可能である。
また、第２形態のフィルタ領域１１１には、第１形態のフィルタ領域１１１の各変形例の構成が適用できる。

＜第３形態＞
図１３が示すように、第３形態のフィルタ領域１１１において、サブ波長格子は、一次元格子状の配列を有する。そして、フィルタ領域１１１は、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、中間領域１４、第２格子領域１５、および、第２低屈折率領域１６からなる構造体である共鳴構造部３１を、２つ備えている。

２つの共鳴構造部３１である第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとは、第１方向に隣り合っており、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂは、２つの基材１１で挟まれている。換言すれば、第３形態のフィルタ領域１１１は、第１形態の構成を有する２つのフィルタ領域が、第２低屈折率領域１６同士が向かい合うように接合された構造を有する。すなわち、第３形態のフィルタ領域１１１は、第１方向に間をあけて並ぶ４つのサブ波長格子を有し、これらのサブ波長格子が低屈折率材料に囲まれた構造を有している。なお、一方の基材１１に対する他方の基材１１の側がフィルタ領域１１１の表面側、すなわち、光の入射側であり、他方の基材１１に対する一方の基材１１の側がフィルタ領域１１１の裏面側である。

第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとは、これらの境界部分で、低屈折率領域を共有していてもよい。例えば、図１３が示す例では、第１共鳴構造部３１Ａの備える第２低屈折率領域１６と、第２共鳴構造部３１Ｂの備える第２低屈折率領域１６とは連続しており、これらの領域の境界は存在しない。

第１共鳴構造部３１Ａの格子高屈折率部１３ａ，１５ａおよび格子低屈折率部１３ｂ，１５ｂは、第２方向に沿って延び、第３方向に沿って並ぶ。一方、第２共鳴構造部３１Ｂの格子高屈折率部１３ａ，１５ａおよび格子低屈折率部１３ｂ，１５ｂは、第３方向に沿って延び、第２方向に沿って並ぶ。すなわち、第１共鳴構造部３１Ａが有するサブ波長格子の配列方向と、第２共鳴構造部３１Ｂが有するサブ波長格子の配列方向とは直交している。

第１共鳴構造部３１Ａにおける凸部２１ａの配列の周期と、第２共鳴構造部３１Ｂにおける凸部２１ａの配列の周期とは、同一である。波長選択性を高めるためには、第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとの各々において、第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１に対する第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２の比は、０．５以上２．０以下であることが好ましく、０．６２５以上１．６以下であることがより好ましい。さらに、第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとで、上記比が一致していることが好ましい。

第３形態のフィルタ領域１１１では、４つの格子領域１３，１５の各々で強められた波長域の反射光がフィルタ領域１１１の表面側に射出されるため、波長選択性がより高められる。このとき、上述のように、第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとで、光学膜厚ＯＴ１に対する光学膜厚ＯＴ２の比が一致していれば、４つの格子領域１３，１５における光学膜厚のばらつきが小さくなり、各格子領域１３，１５で共鳴を起こす光の波長域がより近くなるため好ましい。

上述のように、サブ波長格子が一次元格子状の配列を有する場合、各格子領域１３，１５では、特定の方向へ偏光した光が多重反射して共鳴を起こし、反射光として射出される。上記特定の方向は、サブ波長格子の配列方向に依存する。第３形態では、第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとでサブ波長格子の配列方向が直交することにより、第１共鳴構造部３１Ａの格子領域１３，１５と第２共鳴構造部３１Ｂの格子領域１３，１５とで、多重反射する光の偏光方向は互いに異なる。したがって、様々な方向への偏光成分を含む入射光に適応可能である。

第３形態のフィルタ領域１１１は、先の図７に示した基材１１と凹凸構造層２１と高屈折率層２２とからなる構造体を、高屈折率層２２同士が向かい合うように対向させ、２つの構造体の間の領域を低屈折率材料で埋めることによってこれらの構造体を接合することにより形成される。低屈折率材料による埋め込みによって、２つの構造体の間に形成される部分が埋込層２３である。埋込層２３の形成方法としては、各種の塗布法等が用いられればよい。

一方の構造体における凸部２１ａの延びる方向と、他方の構造体における凸部２１ａの延びる方向とが直交するように、これらの構造体を向かい合わせて低屈折率材料により接合することで、第３形態のフィルタ領域１１１が形成できる。

なお、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂは、第２低屈折率領域１６同士が向かい合うように配置されることに代えて、第２低屈折率領域１６を外側に向けて配置されてもよい。すなわち、２つの上記構造体は、基材１１同士が向かい合うように低屈折率材料によって接合されていてもよい。

また、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂは、各共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂの第２低屈折率領域１６が、いずれも表面側を向くように配置されてもよい。すなわち、２つの上記構造体は、一方の構造体の高屈折率層２２と、他方の構造体の基材１１とが向かい合うように低屈折率材料によって接合されていてもよい。

また、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂにおけるサブ波長格子の配列方向は、直交していることに限らず、互いに異なっていればよい。サブ波長格子の配列方向の設定によって、フィルタ領域１１１の偏光応答性を調整することもできる。

また、偏光方向の揃っている入射光を対象とする場合には、図１４が示すように、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂにおいて、サブ波長格子の配列方向は同一であってもよい。
第１共鳴構造部３１Ａにおける凸部２１ａの配列の周期である構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部３１Ｂにおける凸部２１ａの配列の周期である構造周期Ｐｋとは、図１４が示すように同一であってもよいし、あるいは、互いに異なっていてもよい。

２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する構成では、４つの格子領域１３，１５において、共鳴を起こす光の波長域のばらつきが小さくなり、４つの格子領域１３，１５の各々で強められた波長域の反射光がフィルタ領域１１１の表面側に射出されることにより、波長選択性がより高められる。

一方、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有する構成では、第１共鳴構造部３１Ａの格子領域１３，１５にて共鳴を起こす光の波長域と、第２共鳴構造部３１Ｂの格子領域１３，１５にて共鳴を起こす光の波長域とは、互いに異なる。その結果、フィルタ領域１１１の表面側には、第１共鳴構造部３１Ａの格子領域１３，１５にて強められた波長域の光と、第２共鳴構造部３１Ｂの格子領域１３，１５にて強められた波長域の光とを含む反射光が射出される。そして、フィルタ領域１１１の裏面側には、フィルタ領域１１１への入射光のうち、各共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂの格子領域１３，１５にて強められた波長域を除く波長域の光が射出される。各共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂの構造周期Ｐｋの設定により、透過光の波長域を調整することも可能である。

また、フィルタ領域１１１は、第１方向に並ぶ３以上の共鳴構造部３１を備えていてもよい。様々な方向への偏光成分を含む入射光を対象とする場合には、複数の共鳴構造部３１に、サブ波長格子の配列方向が互いに異なる共鳴構造部３１が含まれていればよい。こうしたフィルタ領域１１１は、偶数、すなわち２ｎ（ｎは３以上の整数）個のサブ波長格子を備え、表面側もしくは裏面側から２ｍ－１番目（ｍは１以上ｎ以下の整数）のサブ波長格子と２ｍ番目のサブ波長格子とにおいて、配列方向は互いに同一であり、配列周期も互いに同一である。換言すれば、フィルタ領域１１１は、配列方向および配列周期が同一である二層のサブ波長格子の対が、第１方向に並び、これらのサブ波長格子が低屈折率材料に囲まれた構造を有している。

こうした構成によれば、共鳴構造部３１ごとのサブ波長格子の配列方向の設定や、サブ波長格子の配列方向が同一である共鳴構造部３１の数の設定等によって、フィルタ領域１１１の偏光応答性を調整することもできる。なお、複数の共鳴構造部３１には、サブ波長格子の配列周期が互いに異なる共鳴構造部３１が含まれていてもよい。

３以上の共鳴構造部３１を備えるフィルタ領域１１１の製造に際しては、基材１１と凹凸構造層２１とが、凹凸構造層２１から基材１１を剥離可能な材料から形成され、上記構造体の積層に際して基材１１が剥離されてもよい。例えば、基材１１と凹凸構造層２１と高屈折率層２２とからなる２つの構造体が、高屈折率層２２同士が向かい合うように低屈折率材料によって接合されたのち、一方の構造体の基材１１が剥離され、露出された凹凸構造層２１と別の上記構造体とがさらに低屈折率材料を挟んで接合されることが繰り返されることによって、６以上のサブ波長格子を有するフィルタ領域１１１が形成される。

また、第３形態のフィルタ領域１１１には、第１形態のフィルタ領域１１１の各変形例の構成、および、第２形態とその変形例のフィルタ領域１１１の構成が適用できる。例えば、フィルタ領域１１１は、二次元格子状のサブ波長格子を有する共鳴構造部３１を複数備えていてもよい。

以上、上記実施形態の光学デバイスによれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）光学デバイス１００が、導波モード共鳴現象を利用したフィルタ領域１１１を有するフィルタ層１１０を備えるため、光学デバイス１００における光の選別の精度を高めることができる。

（２）フィルタ領域１１１が、基材１１と、凹凸構造層２１と、高屈折率層２２と、埋込層２３または低屈折率層２４とを備える。このように、フィルタ領域１１１が薄膜の積層構造を有することから、サブ波長格子が低屈折率材料に囲まれた構造が好適に実現され、また、フィルタ領域１１１の形成が容易である。

（３）フィルタ領域１１１が、最表面に低屈折率層２４を備える形態であれば、表面反射を低減することが可能であるとともに、各格子領域１３，１５で強められた反射光とは異なる波長域の光が、フィルタ領域１１１の内部での反射や干渉に起因して当該反射光とともに射出されることを抑えることができる。

（４）サブ波長格子が一次元格子状の配列を有する形態では、その配列方向に依存した特定の方向へ偏光した光が格子領域１３，１５から反射される。したがって、フィルタ領域１１１の有するサブ波長格子の配列方向が揃っている形態であれば、偏光方向の揃った入射光を対象とする場合に好適に用いられ、フィルタ領域１１１が配列方向の互いに異なるサブ波長格子を含む形態であれば、様々な方向への偏光成分を含む入射光を対象とする場合に好適に用いられる。

（５）サブ波長格子が二次元格子状の配列を有する形態では、配列方向ごとに異なる方向へ偏光している光が格子領域１３，１５から反射される。したがって、様々な方向への偏光成分を含む入射光を対象とする場合に好適に用いられる。

（６）フィルタ領域１１１が、互いに同一の周期および配列方向を有する二層のサブ波長格子からなる格子対を複数備える形態であれば、波長選択性の向上、偏光応答性の調整、反射光および透過光の波長域の調整等が可能である。

（７）フィルタ層１１０が、赤反射フィルタ領域１１１Ｒと、緑反射フィルタ領域１１１Ｇと、青反射フィルタ領域１１１Ｂとを含む構成であれば、可視領域の入射光を対象とするイメージセンサ等の光検出装置に適した光学デバイス１００が実現される。

なお、サブ波長格子が一次元格子状の配列を有する形態では、その配列方向に依存した特定の方向へ偏光した光が格子領域１３，１５から反射されることを利用すれば、光検出装置によって、入射光の偏光方向を算出することも可能である。すなわち、サブ波長格子の配列方向が異なるフィルタ領域１１１に対応する受光素子１２１の出力を比較することで、入射光に含まれる偏光成分を求めることができる。光学デバイス１００のフィルタ層１１０は、互いに異なる波長域の光を反射する複数のフィルタ領域１１１、および、サブ波長格子の配列方向が互いに異なる複数のフィルタ領域１１１の少なくとも一方を含んでいればよく、光検出装置は、入射光の波長域と偏光方向との少なくとも一方を検出する装置であればよい。

１１…基材、１２…第１低屈折率領域、１３…第１格子領域、１３ａ…第１格子高屈折率部、１３ｂ…第１格子低屈折率部、１４…中間領域、１４ａ…中間高屈折率部、１４ｂ…第１中間低屈折率部、１４ｃ…第２中間低屈折率部、１５…第２格子領域、１５ａ…第２格子高屈折率部、１５ｂ…第２格子低屈折率部、１６…第２低屈折率領域、１７…頂部領域、１７ａ…第１頂部低屈折率部、１７ｂ…第２頂部低屈折率部、２１…凹凸構造層、２１ａ…凸部、２１ｂ…凹部、２２…高屈折率層、２３…埋込層、２４…低屈折率層、３１，３１Ａ，３１Ｂ…共鳴構造部、１００…光学デバイス、１１０…フィルタ層、１１１，１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ…フィルタ領域、１２０…受光層、１２１…受光素子。

Claims

選択的に光を反射する複数のフィルタ領域を有するフィルタ層と、
各フィルタ領域に対して１つずつ配置された光電変換素子であって、前記フィルタ領域の透過光を受ける複数の前記光電変換素子を有する受光層と、を備え、
前記フィルタ領域は、
高屈折率材料からなるサブ波長周期の格子構造が低屈折率材料に囲まれた構造を有する領域であって、
凸部または凹部である凹凸要素であって、サブ波長周期で並ぶ複数の前記凹凸要素が構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層と、
前記凹凸構造上に位置して当該凹凸構造に追従した表面形状を有する高屈折率層であって、前記凹凸構造の底部に位置して前記格子構造を形成する第１格子高屈折率部、および、前記凹凸構造の頂部に位置して前記格子構造を形成する第２格子高屈折率部を含む前記高屈折率層と、
前記高屈折率層上に位置して前記高屈折率層の表面の凹凸を埋める層と、を備え、
前記第１格子高屈折率部の厚さをＴ１、前記第２格子高屈折率部の厚さをＴ２、前記高屈折率層の材料の屈折率をｎ１、前記凹凸構造層の材料の屈折率をｎ２、前記高屈折率層の表面の凹凸を埋める層の材料の屈折率をｎ３、前記第１格子高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第１格子高屈折率部が占める面積比率をＲ１、前記第２格子高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第２格子高屈折率部が占める面積比率をＲ２、とするとき、
ｎ１＞ｎ２、ｎ１＞ｎ３、Ｒ１＞０．５、かつ、Ｒ１＋Ｒ２＞１であって、
Ｔ１×｛ｎ１×Ｒ１＋ｎ２×（１－Ｒ１）｝で表される第１光学膜厚に対する、Ｔ２×｛ｎ１×Ｒ２＋ｎ３×（１－Ｒ２）｝で表される第２光学膜厚の比が、０．６２５以上１．６以下であり、
前記複数のフィルタ領域は、互いに異なる波長域の光を反射する複数の前記フィルタ領域、および、前記格子構造の配列方向が互いに異なる複数の前記フィルタ領域の少なくとも一方を含む
光学デバイス。
前記高屈折率層の表面の凹凸を埋める層は、前記高屈折率層上に位置して当該高屈折率層の表面の凹凸に追従した表面形状を有する
請求項１に記載の光学デバイス。
前記格子構造は、一次元格子状の配列を有する
請求項１または２に記載の光学デバイス。
前記格子構造は、二次元格子状の配列を有する
請求項１または２に記載の光学デバイス。
互いに同一の周期および配列方向を有する二層の前記格子構造が格子対であり、
前記フィルタ領域は、前記フィルタ層の厚さ方向に沿って並ぶ複数の前記格子対を備える
請求項１または２に記載の光学デバイス。
前記格子構造は、一次元格子状の配列を有し、
前記複数の格子対には、前記格子構造の配列方向が互いに異なる複数の前記格子対が含まれる
請求項５に記載の光学デバイス。
前記複数のフィルタ領域は、赤色光を反射する前記フィルタ領域と、緑色光を反射する前記フィルタ領域と、青色光を反射する前記フィルタ領域とを含む
請求項１～６のいずれか一項に記載の光学デバイス。