JP7704856B2 - 拡大されたスペクトル領域を有するマルチスペクトルイメージャ - Google Patents

Description

本発明は、スペクトルが各点で分解された２次元画像を瞬時に得ることができるマルチスペクトルイメージャに関する。

天文学、鉱物学、化学、及び農業における多くの用途は、対象又はシーンのスペクトル画像、すなわち、可視、赤外線、又は紫外線における電磁スペクトルの特定の帯域にスペクトル的に限定された画像の取得を必要とする。

マルチスペクトル又はハイパースペクトルイメージャは、スペクトルが各点で抽出される２次元画像からなるそのような画像を得ることを可能にする。ハイパースペクトル撮像という用語は、抽出されたスペクトルが非常に分解されている場合、すなわち、多数の（典型的には１００を超える）比較的狭いスペクトル帯域（典型的には５～１５ｎｍ）で形成されている場合に従来使用されており、スペクトルが比較的広くなる（典型的には１５～４０ｎｍ）、より少ないスペクトル帯域（典型的には４～２０）で形成されている場合には、マルチスペクトル撮像となる。

マルチスペクトル画像を得るための第１の方法は、「プッシュブルームスキャナ（push broom scanner）」と呼ばれる、分析されるべきシーンを走査する１次元センサを備えるスキャナを使用することである。

第２の方法は、センサアレイの単一積分期間において画像を捕捉するための方法である、瞬時マルチスペクトル撮像、すなわち「スナップショット撮像」を行うために、基本感光センサの２次元アレイ、いわゆる焦点面アレイ（Focal Plane Array）の「ＦＰＡ」を採用することである。

本発明は、この第２の方法に従ってマルチスペクトル画像を取得する状況にあり、米国特許出願公開第２０１９／０１４５８２３号明細書は、感光画素のアレイと、感光画素のうちの１つに各々関連付けられた基本フィルタのセットとで形成された２次元アレイを備えるイメージセンサに基づくマルチスペクトルイメージャを開示している。

感光画素は、所与のスペクトル帯域にそれぞれ専用化されており、すなわち、この帯域に含まれる波長の放射を受光して測定することを意図しており、単一のスペクトル帯域に専用の感光画素のセットは、サブ画像を形成し、サブ画像の各点は、画素のグループ及び関連するフィルタでそれぞれ形成される複数のマクロ画素のうちの１つに属している。

構造的には、各基本フィルタは、それが関連付けられる感光画素の基本フィルタ上に重ね合わされ、入射電磁放射をフィルタリングすることによってそのスペクトル帯域を画定する。

ここで、基本フィルタは、ファブリペロー干渉フィルタ（Fabry-Perot interference filter）でそれぞれ構成されている。

米国特許出願公開第２０１９／０１４５８２３号明細書のデバイスのようなデバイスは、１つのスペクトル帯域が別のスペクトル帯域を汚染しないようにするために、約３００ｎｍ幅の比較的小さい範囲のスペクトル領域のみを分析するように設計されている。

実際には、例えば、４００～１０００ｎｍのスペクトル領域（可視及び近赤外領域）を研究するために、例えば、４００～７００ｎｍ及び７００～１０００ｎｍのスペクトル領域にそれぞれ専用となる２つの異なるマルチスペクトルイメージャが存在する。

単一のデバイスが、拡大されたスペクトル領域に対するマルチスペクトル撮像を実施することができることが望ましい。

特許出願公開第２０１７／０１６３９０１（Ａ１）号公報は、分析されるシーンの画像の複製をそれぞれ形成する複数の小サイズの画像を形成することを可能にする光学系であって、各サムネイル画像は、カラー画像キャプチャ要素の別々の部分によって検出される光学系、並びに画像キャプチャ要素に組み込まれた狭帯域フィルタ及びカラーフィルタの間の組み合わせに載置するマルチスペクトル撮像システムに関する。

米国特許出願公開第２０１５／０１３８５６０（Ａ１）号公報及び独国特許出願公開第１１２０１３－００２－５６０（Ｔ５）号公報は、レーザ空洞を形成する２つの対向ミラーを備える分光センサに関する。

本発明の目的は、単一のマルチスペクトルイメージャによって分析可能なスペクトル領域の範囲を増大させることである。

本発明は、より詳細には、第１のスペクトル帯域と、第１のスペクトル帯域とは異なる第２のスペクトル帯域とを含む関心スペクトル領域を分析するように設計されたマルチスペクトルイメージャであって、第１のスペクトル帯域と、第１のスペクトル帯域とは異なる第２のスペクトル帯域とに対して、それぞれ専用となる第１の感光画素及び第２の感光画素をそれぞれ含むマクロ画素のアレイ（１１０）で形成されたイメージセンサと、第１の感光画素及び第２の感光画素上にそれぞれ重ね合わされ、第１のスペクトル帯域に属する第１の電磁放射と、第２のスペクトル帯域に属する第２の電磁放射とをそれぞれ透過させるように配置された第１の干渉フィルタ及び第２の干渉フィルタを含むフィルタリング構造とを備え、第２の電磁放射の波長の半分の波長が関心スペクトル領域に位置することとと、第２の感光画素上に重ね合わされ、第２の電磁放射の波長の半分の波長を有する第３の電磁放射の通過を遮断するように構成されたフィルタリング層を更に備えることとを特徴とする、マルチスペクトルイメージャに関する。

本発明によるマルチスペクトルイメージャの本質的な利点は、干渉フィルタの二次共振による汚染を受けることなく、拡大されたスペクトル領域を分析する能力である。

更に、そのようなマルチスペクトルイメージャは、特定のイメージセンサを必要とせず、したがって、標準的な市販のイメージセンサに基づくことができ、開発を容易にし、このイメージャのコストを大幅に低減させる。

マクロ画素及び画素構造のフィルタリング層の使用に基づく動作を伴う、そのような構造を有するマルチスペクトルイメージャは、他の有利な特徴を有する。

それは、センサの感光面全体を使用するために、優れた空間分解能をもたらすことを可能にする。更に、そのような構造は、イメージセンサと、干渉フィルタリング構造と、フィルタリング層との間で近接しているため、捕捉されるシーンの各画素のそれぞれの視野角に関連する問題がほとんどないことを保証する。

本発明によるマルチスペクトルイメージャは、以下の特徴を有し得る。
－第２の電磁放射の波長の半分の波長は、第１のスペクトル帯域内に位置し得ること、
－フィルタリング層は、第１の電磁放射を遮断し、第２の電磁放射を透過させるように構成されたハイパスフィルタを形成し得ること、
－フィルタリング層は、第１の感光画素に重ならないように構造化され得ること、
－フィルタリング層は、赤色有機材料（red organic material）の層で構成され得ること、
－フィルタリング層は、基本フィルタのモザイクで形成され得て、第１の感光画素上に更に重ね合わせられ、第１の電磁放射を第１の感光画素に透過させるように構成され得ること、
－フィルタリング層は、可視スペクトル領域のスペクトル帯域をそれぞれ透過させるように構成された有機フィルタ（organic filters）のアレイを含み得ること、
－有機フィルタは、青色、緑色、及び赤色の放射帯域をそれぞれ透過させるように構成され得ること、および
－有機フィルタのアレイは、ベイヤアレイ（Bayer array）であり得ること。

本発明は、非限定的な例として添付の図面によって示される実施形態の詳細な説明を読むことによって、より良く理解され、他の利点が明らかになるであろう。
本発明の第１の実施形態によるマルチスペクトルイメージャを示す断面図である。 図１Ａにおけるスペクトルイメージャのマクロ画素のアレイを示す平面図である。 図１Ｂにおけるマクロ画素を示す図である。 本発明の一般原理における第１の変形例を示す図である。 図１Ａにおけるマルチスペクトルイメージャの特徴を示す図である。 本発明の第２の実施形態によるマルチスペクトルイメージャの特徴を示す図である。 図３におけるマルチスペクトルイメージャの構造を示す図である。 本発明によるスペクトルイメージャの構造の変形例を示す図である。

図２（Ａ、Ｃ及びＤ）並びに図３（Ａ、Ｂ及びＣ）は、光学フィルタのスペクトル応答を示しており、Ｙ軸上に透過率を、Ｘ軸上に波長を、ナノメートルで表している。

［本発明による第１の特定の実施形態の説明］
図１Ａは、本発明による１６個のチャネルを有するマルチスペクトルイメージャの構造の断面図を示しており、センサ基板１０５、並びにこの基板上及び／又は基板内に形成され、波長λ_１ないしλ_１６をそれぞれ中心とする１６個の関心スペクトル帯域のうちの１つにそれぞれ専用となる感光画素１１５のアレイを含むイメージセンサ１００と、基板、フィルタ１５５、この基板上に形成された干渉フィルタ１６０のアレイ、並びに干渉フィルタ１６０上に形成されたフィルタリング層１７０を含むフィルタリング構造１５０とを備える。

入射放射線に対する感光画素の感度を特殊化するため、各画素を所与のスペクトル帯域に専用化するのは、干渉フィルタのアレイとフィルタリング層との組合せである。

図１Ｂによって示されるマクロ画素のアレイを形成する複数のマクロ画素１１０は、関心のあるスペクトル帯域のうちの１つにそれぞれ専用である画素のグループと、関連するフィルタとでそれぞれ形成されている。

図１Ｃは、これらのマクロ画素１１０のうちの１つの平面図において、各々が感光画素１１５の４×４アレイから形成されていることを示しており、感光画素は、それぞれ専用である１６個のスペクトル帯域の中心波長λ_１ないしλ_１６、すなわち４３０、４６８、５０６、５４４、５８２、６２０、６５８、６９６、７３４、７７２、８１０、８４８、８８６、９２４、９６２及び１０００ｎｍによって指定されている。

フィルタリング層１７０は、連続的な形態をとることも、又は基本フィルタのモザイクのような離散的な要素で構成されることもあり、その範囲全体にわたって均質な組成及び特性を有することも、有さないこともあり得る。ここでは、マクロ画素１１０の規模でフィルタリング層１７０を表す図２のＢ）に示されるように、高波長λ_１ないしλ_１６を中心とするスペクトル帯域専用の感光画素上に重ね合わされ、低波長λ_１ないしλ_５を中心とするスペクトル帯域専用の画素には存在しないように構造化された赤色有機樹脂から均質に形成されている。

ここで、フィルタリング層１７０は、図２のＣ）に示されるように、約５９０ｎｍに位置するカットオフ波長を有するハイパス有機フィルタを形成するが、適切なスペクトル応答（ここではハイパス）を有し、それらが感光画素の規模で構造化することができることを条件に、例えば、吸収、反射、干渉又はプラズモンフィルタ（plasmonic filters）などの任意のタイプのフィルタを使用することができる。

フィルタが感光画素上に重ね合わされると言われるとき、ここでは、このフィルタは、画素からその形成面に垂直な方向にシフトされ、その画素上の入射放射線を遮断又は透過するために入射放射線を遮るように配置されることをここで理解されるべきである。

本明細書では、「遮断（block）」及び「透過（transmit）」という用語は、全遮断及び全透過という意味で理解されるべきではなく、例えば、電磁放射の少なくとも８０％を遮断し、少なくとも３０％を透過することによるような、光学フィルタの分野の使用に従って理解されなければならず、これは本明細書において考慮される例に対応する。

したがって、感光画素上に重ね合わされたフィルタリング層が、その感光画素に放射線を透過させるように構成されていると言われる場合、そのようなフィルタリング層は、その放射線に対して透明であり（その放射線の少なくとも３０％を透過させ）、その放射線がフィルタリング層を通過してその感光画素を照射することを可能にすることが理解されるであろう。

これは、フィルタリング層の第１の部分を形成する第１の要素が、所与の波長の第１の放射を透過することができることを妨げず、フィルタリング層の第２の部分を形成する第２の要素が、その所与の波長の第２の放射を遮断することができることを妨げない。

イメージャは、各画素においてレンズのうちの１つ、および一つのみに対応するように感光画素の配置を再現し、感光画素の感光面上に入射放射線を集中させるために、イメージャの感度を高めるように構成されたマイクロレンズアレイ１２０を更に含み得る。

クロストークの現象（所与の画素によって受け取られることが意図された放射線が、隣接する画素によって受け取られることが意図された放射線によって汚染される場合）を制限しながら、かなり大きな入射角（例えば、３０°より大きい）であっても、入射放射線の経路が、感光画素と、その上に重ね合わされた干渉フィルタとをそれぞれ通過するように、このイメージャの要素は、イメージセンサと、干渉フィルタリング構造と、フィルタリング層との間の近接性を必要とする。

そのような近接性は、センサ基板１０５上に形成された要素（１６０、１７０）と、フィルタ基板１５５上に形成された要素（１１５、１２０）との間の直接接触によって、又は任意選択で薄い保護層を介して、次いでこれらの基板（１０５、１５５）の周囲に配置された接着剤のストリップ１５７によって基板（１０５、１５５）を互いに取り付けることによって取得され得る。

要素１６０、１７０、１１５及び１２０は、これらの基板の１つ又は２つの厚さによって分離されず、必要な近接性を維持するために、２つの基板１０５及び１５５の間に介在される。

実際には、図１Ａに示されるイメージャは、感光画素１１５と、干渉フィルタ１６０と、それらの基板１５５とからある距離に位置する１つ又は幾つかのレンズを含む、光学集束システム（図示せず）に関連付けられる。

干渉フィルタは、例えば、２つのミラーの間に構成される共振空洞で形成されるファブリペローフィルタ（Fabry-Perot filters）であり得る。

そのようなフィルタは、電磁放射が空洞内で共振状態に入る場合、すなわち、その波長が以下の式［１］：

によって定義される所与の波長を中心とするスペクトル帯域に属するという条件を満たす場合、電磁放射を透過させる。ここで、式中、ｋは、考慮される共振次数を定義する１以上の整数であり、

は波長λ_ｋに対する空洞の屈折率であり、ｅは空洞の物理的厚さである。

そのようなフィルタによって透過されるスペクトル帯域の幅は、共振ピークの中間高さにおける高さによって特徴付けられ、それは、数ナノメートルから数十ナノメートルまで及んで、フィルタに使用される構造及び材料に依存し得る。

ｋ＝１の場合、それは一次共振であり、フィルタの公称透過帯域はλ_１を中心とする帯域である。しかしながら、式［１］の透過条件を満たす他の共振次数は、ｋが２に等しい２次、ｋが３に等しい３次など、１より大きい整数ｋに関連付けられる。

対応する波長の放射の透過を可能にすることによって、二次共振次数は、実際には、所与のマルチスペクトルイメージャが分析することができることになるスペクトル範囲を制限する。

実際、一次共振によって第１の放射を有用な信号として透過させるように設計された干渉フィルタは、二次共振によって第１の放射の波長の約半分（散乱屈折率（scattering index of refraction）内）の波長の第２の放射も透過させ、有用な信号の測定を使用不能にする点まで、有用な信号の測定を汚染することになる。

したがって、マルチスペクトルイメージャによって分析されるスペクトル領域において、同じ領域の他の波長よりも約半分短い波長の存在によって信号が汚染されないようにするために、感光画素のすべてを覆う全体的なハイパスフィルタ（high-pass filter）の使用、又はＣＭＯＳ検出技術の場合にはシリコンなどの、放射線を検出するために使用される材料の特性によって、分析可能なスペクトル領域の範囲を制限して、同じ領域の他の波長よりも約半分短い波長を除外する。

このようにして、分析されるスペクトル領域の（波長に関して）高スペクトル帯域に位置する電磁放射の波長の２分の１の波長が、同じスペクトル領域の（波長に関して）低スペクトル帯域に位置することが防止される。

実際、高スペクトル帯域専用のフィルタの二次共振によって透過される放射を、マルチスペクトルイメージャ全体の規模で全体として遮断することは、その同じマルチスペクトルイメージャで分析することができる低スペクトル帯域を遮断することに相当する。

図２は、４００～１１００ｎｍに及ぶスペクトル領域において、１６個の感光画素に関連付けられた１６個の干渉フィルタのスペクトル応答を示すグラフを示しており、透過ピークは、２０～５０ｎｍの間で構成される中間高さにおける幅の、一次及び二次共振による透過ピークを有する。

この例では、フィルタリング層１７０が存在しない場合、約５５０ｎｍ未満の波長の放射は、低波長（すなわち、比較的短い波長）の一次共振ピークと、高波長に対応する公称透過（nominal transmissions）を有する干渉フィルタの二次共振ピークとが重ね合わされる、ボックス（Box）の共振ピークによって示されるように、関連する干渉フィルタの二次共振により、高波長（すなわち、比較的長い波長）専用の感光画素に透過されることになる。

本発明では、フィルタリング層１７０は、（波長に関して）低スペクトル帯域の放射がこれらの低スペクトル帯域専用の感光画素を通過することを可能にする一方で、全ての感光画素に対して全体ではなく、特にこれらの高スペクトル帯域専用の感光画素において、より短い波長の放射を遮断することによって、（波長に関して）高スペクトル帯域の有用な信号を汚染する問題を解決する。

具体的には、フィルタリング層１７０は、この実施形態では、高スペクトル帯域専用の画素にのみ重ね合わされ、低スペクトル帯域専用の画素のレベルでは存在しないように、感光画素において個別に構造化されている。

実際、フィルタリング層１７０はアレイ構造を有し、その各要素は、その幾何学的形状及び寸法において、マクロ画素１１０の構造を再現し、この例において形成された構造は、４×４感光画素１１５のアレイである。

そのため、フィルタリング層１７０は、ここでは、それぞれ波長λ_６からλ_１６専用の感光画素１１５上にそれぞれ重ね合わされた要素で形成されており、各要素は感光画素に対応し、その逆もまた同様である。

この特定の実施形態では、これらの要素は、図２のＢ）に示されるように、同じマクロ画素の第２の部分を通過する入射放射線を遮らないように、１つのマクロ画素１１０のみの第１の部分に重ね合わされた、マクロ画素１１０の規模で連続フィルタリング層１７０を形成する。

そのため、本発明によるマルチスペクトルイメージャは、上述された汚染現象を被ることなく、従来のマルチスペクトルイメージャのものよりも広い範囲で、例えば４００～１０００ｎｍに及ぶ拡大されたスペクトル領域を分析することができる。

図２は、干渉フィルタ１６０と、波長がフィルタリング層のカットオフ波長よりも短い、１１個の干渉フィルタλ_１からλ_１６の二次共振に対応する放射を遮断するように設計された、Ｂ）に示されるハイパスフィルタからなるフィルタリング層１７０との間の本発明による組み合わせのスペクトル応答をＤ）に示している。

フィルタリング層は、図１Ｄに示される原理に従って、広いスペクトル領域をカバーし、これらの二次共振ピークによって引き起こされる如何なる又は多くの汚染も受けない１６個の帯域を有するスペクトル画像を得るように、二次共振ピークによる放射の透過を排除又は非常に大幅に低減することを可能にすることが分かる。

実線の矢印は、波長λ_６からλ_１６専用の１１個の感光画素、すなわちフィルタリング層１７０が重ね合わされている画素の透過ピークを示している。

図１Ｄは、本発明の一般原理を要約したものである。すなわち、第１の感光画素ＰＰ１上に重ね合わされた第１の干渉フィルタＩＦ１は、波長λ_Ｉを中心とする第１のスペクトル帯域に属する波長を有する放射Ｉλ_Ｉを透過させ、第２の感光画素ＰＰ２上に重ね合わされた第２の干渉フィルタＩＦ２は、波長λ_ＩＩを中心とする第２のスペクトル帯域に属する第２の波長の放射Ｉλ_ＩＩと、第２の干渉フィルタＩＦ２の二次共振によるλ_ＩＩの約半分の第３の波長を有する汚染放射Ｉλ_ＩＩ－Ｐとを透過させ、フィルタリング層ＦＬは、Ｉλ_ＩをＰＰ１に、Ｉλ_ＩＩをＰＰ２に透過し、汚染放射Ｉλ_ＩＩ－ＰをＰＰ２で遮断するように構成されている。

実際には、フィルタリング層ＦＬは、ＰＰ２においてλ_ＩＩの波長の半分の波長を有する放射も遮断すると考えることができる。

放射の第３の汚染波長Ｉλ_ＩＩ－Ｐは、λ_１に非常に近いか等しい可能性があり、特に、ＩＦ１の一次共振ピークに対応するλ_１を中心とする関心のあるスペクトル帯域内にあるため、第１の干渉フィルタＩＦ１によって透過する可能性がある。

関心のある２つのスペクトル帯域は別個の、すなわち異なる波長を中心としており、好ましくは重なり合わない。

図１Ｄに示されるこの原理の第１の変形例は、フィルタリング層ＦＬを第２の感光画素ＰＰ２上にのみ重ね合わせるようにフィルタリング層ＦＬを構造化することからなる。

本明細書において、「約（approximately）」という表現は、考慮される大きさの値の間に１０％の差が許容されることを意味し、特に、共振ピークを位置決めするときに屈折率分散（index despersion）を考慮に入れるために使用される。

この原理を本発明における第１の特定の実施形態に適用すると、λ_Ｉ及びλ_ＩＩはそれぞれ、例えば、λ_１及びλ_１２に対応し、ＰＰ１及びＰＰ２はこれらの波長を中心とするスペクトル帯域専用の感光画素１１５に対応し、ＩＦ１及びＩＦ２はＰＰ１及びＰＰ２にそれぞれ重ね合わされた干渉フィルタ１６０に対応し、Ｉλ_Ｉ及びＩλ_ＩＩは一次共振によってＩＦ１及びＩＦ２によって透過された放射に対応し、Ｉλ_ＩＩ－Ｐは二次共振によってＩＦ２によって透過される放射に対応し、フィルタリング層ＦＬはフィルタリング層１７０に対応する。

本発明の一般原理をこの第１の実施形態に適用し、干渉フィルタのアレイと構造化されたハイパスフィルタとを感光画素の規模で組み合わせる多スペクトルイメージャは、第１のスペクトル帯域と、第１のスペクトル帯域の波長の約２分の１の波長の第２のスペクトル帯域とを含むのに十分に拡大されたスペクトル領域を、二次共振による汚染を受けることなく分析することを可能にする。

本発明の用途は、ここで例として挙げたファブリペローフィルタに限定されるものではなく、むしろ幾つかの次数の干渉を生成する任意のタイプのフィルタに及ぶ。

この第１の実施形態は、関連する干渉フィルタの二次共振及び高次共振によって透過される放射を遮断するために、高スペクトル帯域専用の感光画素上にのみ重ね合わされるように局所的に構造化されたハイパスフィルタを形成するフィルタリング層１７０の使用に依存するが、本発明はこの構成に限定されず、以下の実施形態が示すように、マクロ画素を画定する感光画素のセット上に重ね合わされるか否かに関わらず、バンドパスフィルタ（band-pass filters）などの他のタイプのフィルタを使用することができる。

［本発明による第２の特定の実施形態の説明］
本発明の第２の実施形態は、干渉フィルタ及びフィルタリング層を除いて第１の実施形態のものと同一の構造を有し、波長λ１ないしλ５、４５０、５５０、６５０、８６５、及び９４５ｎｍをそれぞれ中心とする５つのスペクトル帯域専用の感光画素を備える５チャネルスペクトルイメージャからなり、マクロ画素１１０内に配置された画素は、図４のＣ）に示されるように、１６個の感光画素でそれぞれ構成されている。

最初の３つの波長は、可視領域の青色、緑色及び赤色放射をそれぞれ透過する３つの干渉フィルタＢ、Ｇ及びＲにそれぞれ対応し、最後の２つの波長は、近赤外領域の２つの干渉フィルタＮＩＲ１及びＮＩＲ２にそれぞれ対応する。

図３は、Ａ）において、５つのフィルタの各々の一次共振の波長λ_１からλ_５にそれぞれ対応する５つの透過ピークと、フィルタＮＩＲ１及びＮＩＲ２の二次共振にそれぞれ対応する４４４ｎｍ及び４８３ｎｍにおける２つの透過ピークとを有する、５つの干渉フィルタのスペクトル応答を示している。

これらの最後の２つの透過ピークは、第１の実施形態で説明されるように汚染源であり、基本フィルタのモザイク、ここでは、図３のＢ）に示されるように、可視領域の青色、緑色、及び赤色の放射帯域をそれぞれ透過する有機フィルタＧｒｇ、Ｂ、Ｇｒｇ．Ｇ、及びＯｒｇ．Ｒで構成される従来のベイヤアレイで形成されているフィルタリング層１７０を使用することによって除去又は大幅に低減されている。

図４は、Ａ）において、マクロ画素１１０の幾何学的形状に従って、干渉フィルタの配置を示しており、各フィルタは、これらのフィルタの一次及び二次共振ピークを有する、所与のマクロ画素の感光画素のうちの一つ、ただ１つに重ね合わされる。

有機フィルタは、図４のＢ）に示されるように、マクロ画素１１０の幾何学的形状に従って配置されており、各フィルタは、感光画素のうちの一つ、１つのみに重ね合わされ、これにより、フィルタＮＩＲ１及びＮＮ２が、二次共振に対応する４４４ｎｍ及び４８３ｎｍにおけるピークのピークをそれぞれ遮断するように、Ｏｒｇ．Ｇ及びＯｒｇ．Ｒフィルタにそれぞれ重ね合わされる。

より具体的には、マクロ画素１１０は、アレイ２×２要素と、Ｏｒｇ．Ｒ赤色フィルタと、Ｏｒｇ．Ｂ青色フィルタと、ベイヤアレイの対角線に沿って配置されている２つのＯｒｇ．Ｇ緑色フィルタとからそれぞれ形成される、４つの従来のベイヤアレイの２×２アレイから形成されている。

フィルタＮＩＲ１及びＮＮ２は、マクロ画素１１０の対角線に沿って配置された２つのベイヤアレイの各々におけるＯｒｇ．Ｇフィルタ及びＯｒｇ．Ｒフィルタに重ね合わされる。

上記で詳述され、図４のＡ）及びＢ）に示されるフィルタの配置は、一方では、各々が到達する可能性がある波長の検出にそれぞれ専用である全ての感光画素１１５を使用することを可能にし、他方では、ベイヤアレイを既に含み、大量生産されるために、手頃な価格である市販の感光センサの使用を可能にして組み合わされた高い空間分解能及び高い感度を可能にするという意味で有利である。

図３のＣ）は、干渉フィルタと有機フィルタとの組み合わせの結果を示しており、４４４ｎｍ及び４８３ｎｍにおける２つのピークは非常に減少しているが、一次共振の５つのピークは透過したままである。

本発明におけるこの第２の特定の実施形態に適用される、本発明の一般原理に関する第２の変形形態が、図４のＤ）に要約されている。すなわち、λ_Ｉ及びλ_ＩＩは、例えば、λ_２及びλ_４にそれぞれ対応し、ＰＰ１及びＰＰ２は、これらの波長を中心とする関心のあるスペクトル帯域にそれぞれ専用の感光画素１１５に対応し、ＩＦ１及びＩＦ２は、ＰＰ１及びＰＰ２にそれぞれ重ね合わされた干渉フィルタＧ及びＮＩＲ１に対応し、Ｉλ_Ｉ及びＩλ_ＩＩは、一次共振によってＩＦ１及びＩＦ２によって透過される放射に対応し、Ｉλ_ＩＩ－Ｐは、４４４ｎｍでの二次共振によってＩＦ２によって透過される放射に対応し、フィルタリング層ＦＬ’の２つの部分は、ＰＰ１及びＰＰ２にそれぞれ重ね合わされたフィルタリング層１７０の２つのＯｒｇ．Ｇ基本フィルタに対応する。

関心のある２つのスペクトル帯域は、別個の、すなわち異なる波長を中心としており、好ましくは重ならない。

この変形例では、フィルタリング層は、２つの感光画素上に重ね合わされるが、画素によって異なるそのスペクトル応答のために、ＰＰ１においてＩλ_Ｉを透過する一方で、ＰＰ２においてＩλ_ＩＩ－Ｐを遮断する。

実際には、フィルタリング層ＦＬ’は、ＰＰ２においてλ_ＩＩの波長の半分の波長を有する放射も遮断すると考えることができる。

ここで、有機フィルタは、可視スペクトル領域の青色、緑色及び赤色で透過するベイヤアレイ（いわゆるＲＧＢフィルタの特定のタイプ）を形成するが、他のタイプのフィルタリングアレイ、並びに一般にフィルタおよび他の透過帯域のアレイの形態をとる任意のタイプのフィルタが、例えば、ＲＧＢＥ、ＲＹＹＢ、ＣＹＹＭ、又はＲＧＢＷタイプのフィルタなどの、本発明によるスペクトルイメージャを設計するために想定することができる。

マルチスペクトルイメージャにおいてベイヤアレイを装備するイメージセンサを使用することは、そのようなセンサが妥当なコストで広く入手可能である限り、極めて有利である。

更に、上記の２つの実施形態において例として取り上げられた図１Ａのスペクトルイメージャ構造は、ハイブリッド技術によって得られる構造、すなわち、２つの異なる基板上にイメージセンサ及びフィルタリング構造を並行して製造し、次いでレンズのアレイを含むそれらの関連付けに依存するものに相当する。しかしながら、図１Ａのものと同一であるが図５のＡ）に示されるようにレンズを有しないハイブリッド構造、又はフィルタリング層１７０がセンサ基板上に形成され、図５のＢ）及びＣ）にそれぞれ示されるように平坦化層１７５の上にレンズのアレイを有しないで、又は有して、平坦化層に任意選択で覆われているハイブリッド構造などの、他の構造も適している。

モノリシック技術（monolithic technology）によって得られる構造、すなわち、図５のＤ）及びＥ）に示されるように、感光画素１１５、干渉フィルタ１６０、及びフィルタ層１７０をこの順序にそれぞれ重ね合わせ、感光画素１１５、フィルタリング層１７０、任意選択で平坦化層１７６、及び干渉フィルタ１６０をこの順序にそれぞれ重ね合わせて、単一の基板上にイメージャの全ての要素を連続して形成することによって得られる構造を使用することも可能である。

本発明は、上記に開示された実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく変更を受け、組み合わせることが可能であることは言うまでもない。

Claims (8)

1. 第１のスペクトル帯域と、前記第１のスペクトル帯域とは異なる第２のスペクトル帯域とを含む関心スペクトル領域を分析するように設計されたマルチスペクトルイメージャであって、
   前記第１のスペクトル帯域と、前記第１のスペクトル帯域とは異なる前記第２のスペクトル帯域とに対して、それぞれ専用となる第１の感光画素（１１５、ＰＰ１）及び第２の感光画素（１１５、ＰＰ２）を各々含むマクロ画素（１１０）のアレイから形成されたイメージセンサ（１００）と、
   前記第１の感光画素（１１５、ＰＰ１）及び前記第２の感光画素（１１５、ＰＰ２）上にそれぞれ重ね合わされ、前記第１のスペクトル帯域に属する第１の電磁放射（ＩλＩ）と、前記第２のスペクトル帯域に属する第２の電磁放射（ＩλＩＩ）とをそれぞれ透過させるように配置された第１の干渉フィルタ（１６０、ＩＦ１）及び第２の干渉フィルタ（１６０、ＩＦ２）を含むフィルタリング構造（１５０）と
   を備え、
   前記第２の電磁放射の波長の半分の波長が、前記関心スペクトル領域に位置することと、
   前記第２の感光画素（１６０，ＰＰ２）上に重ね合わされ、前記第２の電磁放射の波長の半分の波長を有する第３の電磁放射の通過を遮断するように構成されたフィルタリング層（１７０、ＦＬ；ＦＬ’）を更に備え、
   前記フィルタリング層（ＦＬ）は、前記第１のスペクトル帯域および前記第２のスペクトル帯域を含むスペクトル領域において、カットオフ波長を有するハイパス有機フィルタを形成するか、または前記フィルタリング層（ＦＬ’）は、前記第１のスペクトル帯域および前記第２のスペクトル帯域を含む可視スペクトル領域内のスペクトル帯域をそれぞれ透過させるように構成される、有機フィルタ（Ｏｒｇ．Ｒ，Ｏｒｇ．Ｇ，Ｏｒｇ．Ｂ）のアレイを含む、
   ことを特徴とする、マルチスペクトルイメージャ。
2. 前記第２の電磁放射の波長の半分の前記波長は前記第１のスペクトル帯域内にあることを特徴とする、請求項１に記載のマルチスペクトルイメージャ。
3. 前記フィルタリング層（１７０、ＦＬ）は、前記第１の電磁放射を遮断し、前記第２の電磁放射を透過させるように構成されたハイパスフィルタを形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載のマルチスペクトルイメージャ。
4. 前記フィルタリング層（１７０、ＦＬ）は、前記第１の感光画素（１６０、ＰＰ１）と重ならないように構造化されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のマルチスペクトルイメージャ。
5. 前記フィルタリング層（ＦＬ）は、赤色有機材料の層で構成されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のマルチスペクトルイメージャ。
6. 前記フィルタリング層（ＦＬ’）は、基本フィルタのモザイクで形成され、前記第１の感光画素（ＰＰ１）上に更に重ね合わされ、前記第１の電磁放射（ＩλＩ）を前記第１の感光画素（ＰＰ１）に透過させるように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマルチスペクトルイメージャ。
7. 前記有機フィルタは、青色、緑色、及び赤色の放射帯域をそれぞれ透過させるように構成されていることを特徴とする、請求項１または６に記載のマルチスペクトルイメージャ。
8. 前記有機フィルタのアレイはベイヤアレイであることを特徴とする、請求項７に記載のマルチスペクトルイメージャ。

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