CN113167649A - 光检测装置、光检测系统及滤光器阵列 - Google Patents

Abstract

有关本发明的一形态的光检测装置具备滤光器阵列和图像传感器；所述滤光器阵列是包括二维排列的多个滤光器的滤光器阵列，包含在上述多个滤光器中的第1及第2滤光器各自包括第1反射层、第2反射层及在它们之间的中间层，并且具有共振构造，该共振构造具有等级相互不同的多个共振模式，上述第1及第2滤光器的上述中间层的折射率及/或厚度根据滤光器而不同，上述第1及第2滤光器各自的透射光谱在包含于某个波段中的多个波长处具有透射率的极大值，上述多个波长与上述多个共振模式分别对应；所述图像传感器包括各自被配置在接受透射过上述多个滤光器中的1个滤光器的光的位置、对于上述波段的光具有感度的多个光检测元件。

Description

光检测装置、光检测系统及滤光器阵列

技术领域

本发明涉及光检测装置、光检测系统及滤光器阵列。

背景技术

通过利用分别为窄带宽的许多个带、例如几十个带的光谱信息，能够掌握通过以往的RGB图像不能掌握的对象物的详细的物性。取得这样的多波长的信息的照相机被称作“高光谱照相机”。例如，如在专利文献1至5中公开那样，高光谱照相机在食品检查、生物体检查、医药品开发及矿物的成分分析等的各种各样的领域中被利用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2016/138975号说明书

专利文献2：美国专利第7907340号说明书

专利文献3：美国专利第9929206号说明书

专利文献4：日本特表2013－512445号公报

专利文献5：日本特表2015－501432号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的是提供一种能够使高光谱照相机的波长分辨率提高的新的光检测装置。

用来解决课题的手段

有关本发明的一技术方案的光检测装置具备滤光器阵列和图像传感器；所述滤光器阵列是包括二维排列的多个滤光器的滤光器阵列，上述多个滤光器包括第1滤光器及第2滤光器，上述第1滤光器及上述第2滤光器各自包括第1反射层、第2反射层以及在上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有共振构造，该共振构造具有等级相互不同的多个共振模式，从由上述第1滤光器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的至少1方，与从由上述第2滤光器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的上述至少1方不同，上述第1滤光器及上述第2滤光器各自的透射光谱在包含于某个波段中的多个波长处分别具有透射率的极大值，上述多个波长与上述多个共振模式分别对应；所述图像传感器是包括多个光检测元件的图像传感器，上述多个光检测元件各自被配置在接受透射过上述多个滤光器中的1个滤光器的光的位置，并且对于上述波段的光具有感度。

发明效果

根据本发明，能够使高光谱照相机的波长分辨率提高。

附图说明

图1是示意地表示例示的实施方式的光检测系统的图。

图2A是示意地表示滤光器阵列的例子的图。

图2B是表示包含在对象波段中的多个波段各自的光的透射率的空间分布的一例的图。

图2C是表示在图2A所示的滤光器阵列的多个区域中包含的2个区域的一方的透射光谱的例子的图。

图2D是表示在图2A所示的滤光器阵列的多个区域中包含的2个区域的另一方的透射光谱的例子的图。

图3A是用来说明对象波段与包含在其中的多个波段的关系的图。

图3B是用来说明对象波段与包含在其中的多个波段的关系的图。

图4A是用来说明滤光器阵列所处的区域中的透射光谱的特性的图。

图4B是表示将图4A所示的透射光谱按照波段平均化的结果的图。

图5是示意地表示例示的实施方式的光检测装置的剖视图。

图6是示意地表示各像素中的透射光谱的例子的图。

图7是表示法布里—珀罗滤光器的透射光谱的计算结果的一例的图。

图8A是表示9种多模式滤光器各自的透射光谱的图。

图8B是表示9种单一模式滤光器各自的透射光谱的图。

图8C是表示源图像和再构成的各分离图像的2个例子的图。

图8D是表示源图像和再构成的各分离图像的均方误差的计算结果的图。

图8E是将图8A所示的9种多模式滤光器的透射光谱中的两个重叠表示的图。

图8F是在图8E的透射光谱中提取了550nm至650nm的波段的图。

图9是示意地表示滤光器阵列的中间层的厚度最接近的两个法布里—珀罗滤光器的例子的图。

图10是说明光垂直或斜着入射于法布里—珀罗滤光器的情况下、由像素A及像素B检测的光的波长的图。

图11A是表示具备折射率n＝1.5的中间层的法布里—珀罗滤光器的透射光谱的入射角度依存关系的图。

图11B是表示具备折射率n＝2.35的中间层的法布里—珀罗滤光器的透射光谱的入射角度依存关系的图。

图12A是示意地表示图5所示的光检测装置的第1变形例的图。

图12B是示意地表示图5所示的光检测装置的第2变形例的图。

图12C是示意地表示图5所示的光检测装置的第3变形例的图。

图12D是示意地表示图5所示的光检测装置的第4变形例的图。

图12E是示意地表示图5所示的光检测装置的第5变形例的图。

图12F是示意地表示图5所示的光检测装置的第6变形例的图。

具体实施方式

在说明本发明的实施方式之前，说明作为本发明的基础的认识。

专利文献1公开了能够取得较高的分辨率的多波长图像的摄像装置。在该摄像装置中，由被称作“编码元件”的光学元件将来自对象物的光的像编码而摄像。编码元件具有二维排列的多个区域。该多个区域中的至少2个区域各自的透射光谱对于多个波段分别具有透射率的极大值。多个区域例如与图像传感器的多个像素分别对应而配置。在使用该编码元件的摄像中，各像素的数据包含多个波段的信息。即，生成的图像数据是波长信息被压缩的数据。因而，仅保有二维数据就足够，能够抑制数据量。例如，即使是在记录介质的容量方面有制约的情况，也能够取得长时间的运动图像的数据。

编码元件可以使用各种各样的方法来制造。例如，可以考虑使用颜料或染料等的有机材料的方法。在此情况下，编码元件的多个区域由具有不同的光透射特性的光吸收材料形成。在这样的构造中，根据配置的光吸收材料的种类的数量而制造工序数增加。因此，使用有机材料的编码元件的制作并不容易。

另一方面，专利文献2至专利文献5公开了具备具有相互不同的透射光谱的多个法布里—珀罗滤光器的装置。法布里—珀罗滤光器与由有机材料形成的滤光器相比能够容易地制作。但是，在专利文献2至专利文献5所公开的例子的哪个中，各像素的数据都仅包含单一的波段的信息。因此，牺牲了空间分辨率。

本发明者们基于以上的研究，想到了在以下的项目中记载的光检测装置及滤光器阵列。

(第1项目)

有关第1项目的光检测装置具备包括二维排列的多个滤光器的滤光器阵列和包括多个光检测元件的图像传感器。上述多个滤光器包括第1滤光器及第2滤光器。上述第1滤光器及上述第2滤光器各自包括第1反射层、第2反射层以及在上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有共振构造，该共振构造具有等级相互不同的多个共振模式。从由上述第1滤光器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的至少1方，与从由上述第2滤光器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的上述至少1方不同。上述第1滤光器及上述第2滤光器各自的透射光谱在包含于某个波段中的多个波长处分别具有透射率的极大值，上述多个波长与上述多个共振模式分别对应。上述多个光检测元件各自被配置在接受透射过上述多个滤光器中的1个滤光器的光的位置，被对于上述波段的光具有感度。

通过该光检测装置，能够取得较高的分辨率的多波长图像。

(第2项目)

在有关第1项目的光检测装置中，也可以是，上述波段是400nm以上且700nm以下。

通过该光检测装置，能够取得在可视光域有较高的分辨率的多波长图像。

(第3项目)

在有关第2项目的光检测装置中，也可以是，上述透射光谱在包含于上述波段中的4个以上的波长处分别具有透射率的极大值。

通过该光检测装置，在可视光域能够得到超过RGB的3个波长的数量的分光信息。

(第4项目)

在有关第2项目的光检测装置中，也可以是，上述透射光谱在包含于上述波段中的6个以上的波长处分别具有透射率的极大值。

通过该光检测装置，在可视光域能够得到更多的波长数的分光信息。

(第5项目)

在有关第1项目的光检测装置中，也可以是，当设上述第1滤光器或上述第2滤光器的上述中间层的厚度为L，设上述中间层对于波长700nm的光的折射率为n₁，设上述中间层对于波长400nm的光的折射率为n₂，设m为1以上的整数时，存在至少1个满足

[数式1]

n₁L≤350m

及

[数式2]

n₂L≥200(m+1)的两者的m。

通过该光检测装置，在可视光域存在2个以上的波长峰值。

(第6项目)

在有关第1项目的光检测装置中，也可以是，当设上述第1滤光器或上述第2滤光器的上述中间层的厚度为L，设上述中间层对于波长700nm的光的折射率为n₁，设上述中间层对于波长400nm的光的折射率为n₂，设m为1以上的整数时，存在至少1个满足

[数式3]

n₁L≤350m及

[数式4]

n₂L≥200(m+3)的两者的m。

通过该光检测装置，在可视光域存在4个以上的波长峰值。

(第7项目)

在有关第1项目的光检测装置中，也可以是，当设上述第1滤光器或上述第2滤光器的上述中间层的厚度为L，设上述中间层对于波长700nm的光的折射率为n₁，设上述中间层对于波长400nm的光的折射率为n₂，设m为1以上的整数时，存在至少1个满足

[数式5]

n₁L≤350m

及

[数式6]

n₂L≥200(m+5)的两者的m。

通过该光检测装置，在可视光域存在6个以上的波长峰值。

(第8项目)

在有关第1～第7项目的任一项的光检测装置中，也可以是，当设上述第1滤光器的上述中间层的厚度为L，设上述第2滤光器的上述中间层的厚度为L+ΔL，设上述第1滤光器的上述中间层的折射率及上述第2滤光器的上述中间层的折射率为n，设向上述滤光器阵列入射的光的最大入射角为θ_i时，满足

[数式7]

通过该光检测装置，能够抑制应由某个光检测元件检测的光被其他的光检测元件检测到的误检测。

(第9项目)

在有关第8项目的光检测装置中，也可以还满足

[数式8]

通过该光检测装置，能够进一步抑制应由某个光检测元件检测的光被其他的光检测元件检测到的误检测。

(第10项目)

在有关第1～第9项目的任一项的光检测装置中，也可以是，从由上述第1反射层及上述第2反射层构成的组中选择的至少1方，包括从由电介质多层膜及金属膜构成的组中选择的至少1方。

(第11项目)

在有关第1～第10项目的任一项的光检测装置中，也可以是，上述中间层包含从由硅、硅氮化物、钛氧化物、铌氧化物及钽氧化物构成的组中选择的至少1种。

通过该光检测装置，能够得到高折射率的中间层。

(第12项目)

在有关第1～第11项目的任一项的光检测装置中，也可以是，上述中间层跨上述第1滤光器及上述第2滤光器连续地设置。

通过该光检测装置，能够使制造工序简略化。

(第13项目)

在有关第1～第12项目的任一项的光检测装置中，也可以是，从由上述第1反射层及上述第2反射层构成的组中选择的至少1个跨上述第1滤光器及上述第2滤光器连续地设置。

通过该光检测装置，能够使制造工序简略化。

(第14项目)

在有关第1～第13项目的任一项的光检测装置中，也可以是，上述多个滤光器的至少1个是透明的。

通过该光检测装置，还能够同时得到不经过多模式滤光器的单色图像。

(第15项目)

在有关第1～第14项目的任一项的光检测装置中，也可以是，上述滤光器阵列与上述图像传感器接触。

通过该光检测装置，能够将光检测装置构成为单片。

(第16项目)

在有关第1～第14项目的任一项的光检测装置中，也可以是，上述滤光器阵列与上述图像传感器分离。

通过该光检测装置，能够提高设计的自由度。

(第17项目)

在有关第1～第16项目的任一项的光检测装置中，也可以是，上述滤光器阵列还包括用来使上述第1滤光器的表面与上述第2滤光器的表面之间的阶差平坦化的透明层。

通过该光检测装置，通过由透明层使第1滤光器的表面与第2滤光器的表面之间的阶差平坦化，容易将其他部件配置到该透明层上。

(第18项目)

在有关第1～第17项目的任一项的光检测装置中，也可以是，上述多个滤光器各自具有上述共振构造。

(第19项目)

在有关第1～第18项目的任一项的光检测装置中，也可以是，还具备配置在上述第1滤光器上的第1微透镜以及配置在上述第2滤光器上的第2微透镜。

通过该光检测装置，通过由第1微透镜及第2微透镜将入射光聚光，能够效率良好地检测光。

(第20项目)

在有关第1～第19项目的任一项的光检测装置中，也可以是，上述第1滤光器及上述第2滤光器各自的上述透射光谱具有峰值，该峰值包括上述透射率的上述极大值和从上述极大值向波长变短的方向及波长变长的方向分别延伸的部分；上述第1滤光器的上述透射光谱中的上述峰值与上述第2滤光器的上述透射光谱中的上述峰值至少在一部分上重叠。

通过该光检测装置，由于除了接受透射过第1滤光器的光的光检测元件和接受透射过第2滤光器的光的光检测元件的波长信息以外，能够将共用波长信息的这2个光检测元件间的相关信息也用于多波长图像，所以能够取得精度较高的多波长图像。

(第21项目)

有关第21项目的光检测系统具备第1～第20项目的任一项的光检测装置和信号处理电路。上述信号处理电路基于来自上述多个光检测元件的信号，生成包含上述多个波长的信息的图像数据。

通过该光检测系统，能够生成包含多个波长的信息的图像数据。

(第22项目)

在有关第21项目的光检测系统中，也可以是，上述图像数据包含表示被按照上述多个波长分光的多个图像的数据。

通过该光检测系统，能得到包含表示按照多个波长被分光的多个图像的数据的图像数据。

(第23项目)

在有关第22项目的光检测系统中，也可以是，当设上述多个图像的数量为N，设上述多个光检测元件的数量为M时，上述多个图像的各自中包含的像素的数量比M/N大。

通过该光检测系统，能够抑制多个图像各自的分辨率的下降。

(第24项目)

在有关第23项目的光检测系统中，也可以是，上述像素的数量与上述多个光检测元件的数量相等。

通过该光检测系统，能够取得较高的分辨率的多波长图像。

(第25项目)

有关第25项目的滤光器阵列具备二维排列的多个滤光器。上述多个滤光器包括第1滤光器及第2滤光器。上述第1滤光器及上述第2滤光器各自包括第1反射层、第2反射层以及在上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有共振构造，共振构造具有等级相互不同的多个共振模式的。从由上述第1滤光器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的至少1方，与从由上述第2滤光器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的上述至少1方不同。上述第1滤光器及上述第2滤光器各自的透射光谱在包含于某个波段中的多个波长处分别具有透射率的极大值，上述多个波长与上述多个共振模式分别对应。

通过该滤光器阵列，能够取得较高分辨率的多波长图像。

在本发明中，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分、或框图中的功能块的全部或一部分例如也可以由包括半导体装置、半导体集成电路(IC)或LSI(大规模集成电路，large scale integration)的1个或多个电子电路执行。LSI或IC既可以集成到1个芯片上，也可以将多个芯片组合而构成。例如，也可以将存储元件以外的功能块集成到1个芯片上。这里称作LSI或IC，但根据集成的程度而叫法变化，也可以称作系统LSI、VLSI(超大规模集成电路，very large scale integration)或ULSI(极大规模集成电路，ultralarge scaleintegration)。也可以以相同的目的使用可在LSI的制造后编程的现场可编程门阵列(FPGA)、或能够进行LSI内部的接合关系的再构成或LSI内部的电路划分的设置的可重构逻辑器件(reconfigurable logic device)。

进而，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分的功能或操作可以通过软件处理来执行。在此情况下，将软件记录到1个或多个ROM、光盘、硬盘驱动器等的非易失性记录介质中，在软件被处理装置(processor)执行时，由该软件确定的功能被处理装置(processor)及周边装置执行。系统或装置也可以具备记录有软件的1个或多个非易失性记录介质、处理装置(processor)及需要的硬件设备、例如接口。

以下，一边参照附图一边说明本发明的更具体的实施方式。但是，有将所需以上详细的说明省略的情况。例如，有将已经周知的事项的详细说明及对实质上相同结构的重复的说明省略的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，使本领域技术人员的理解变得容易。另外，发明者们为了本领域技术人员充分地理解本发明而提供附图及以下的说明，并不是要由它们限定权利要求书所记载的主题。在以下的说明中，对于相同或类似的构成元素赋予相同的标号。

(实施方式)

<光检测系统>

首先，说明本实施方式的光检测系统。

图1是示意地表示例示的实施方式的光检测系统400的图。光检测系统400具备光学系统40、滤光器阵列100C、图像传感器60和信号处理电路200。滤光器阵列100C具有与在专利文献1中公开的“编码元件”同样的功能。因此，也能够将滤光器阵列100C称作“编码元件”。光学系统40及滤光器阵列100C被配置在从对象物70入射的光的光路中。

滤光器阵列100C具备以行及列状排列的透光性的多个区域。滤光器阵列100C是光的透射光谱即光透射率的波长依存关系根据区域而不同的光学元件。滤光器阵列100C将入射的光的强度调制而使其通过。滤光器阵列100C能够配置到图像传感器60的附近或紧接着之上。这里所述的“附近”，是指以来自光学系统40的光的像以某种程度鲜明的状态形成在滤光器阵列100C的面上的程度接近。所述的“紧接着之上”，是指两者以几乎不发生间隙的程度接近。滤光器阵列100C及图像传感器60也可以被一体化。将具备滤光器阵列100C及图像传感器60的装置称作“光检测装置300”。

光学系统40包括至少1个透镜。在图1中表示为1个透镜，但光学系统40也可以由多个透镜的组合构成。光学系统40将像经由滤光器阵列100C形成在图像传感器60的摄像面上。

信号处理电路200基于由图像传感器60取得的图像120，再构成包含多波长的信息的多个分离图像220。关于多个分离图像220及信号处理电路200的图像信号的处理方法的详细情况在后面叙述。另外，信号处理电路200也可以被装入到光检测装置300中，也可以是通过有线或无线与光检测装置300电连接的信号处理装置的构成元素。

<滤光器阵列>

以下，说明本实施方式的滤光器阵列100C。滤光器阵列100C被用在生成按包含在摄像对象的波段的多个波段中的每个波段的图像的分光系统中。在本说明书中，有将摄像对象的波段称作“对象波段”的情况。滤光器阵列100C被配置在从对象物入射的光的光路中，将入射光的强度按照波长调制并输出。将由滤光器阵列即编码元件进行的该过程在本说明书中称作“编码”。

图2A是示意地表示滤光器阵列100C的例子的图。滤光器阵列100C具有二维排列的多个区域。在本说明书中，有将该区域称作“单元格”的情况。在各区域中，配置有具有被单独设定的透射光谱的滤光器。透射光谱设入射光的波长为λ而被用函数T(λ)表示。透射光谱T(λ)可以取0以上1以下的值。关于滤光器的结构的详细情况在后面叙述。

在图2A所示的例子中，滤光器阵列100C具有以6行8列排列的48个矩形区域。这只不过是例示，在实际的用途中，可以设置比这多的区域。其数量可以是与例如图像传感器等的通常的光检测器的像素数相同程度。该像素数例如是几十万到几千万。在一例中，滤光器阵列100C被配置在光检测器的紧接着之上，各区域可以以与光检测器的1个像素对应的方式配置。各区域例如与光检测器的1个像素对置。

图2B是表示包含在对象波段中的多个波段W1、W2、…、Wi各自的光的透射率的空间分布的一例的图。在图2B所示的例子中，各区域的浓淡的差异表示透射率的差异。越淡的区域透射率越高，越浓的区域透射率越低。如图2B所示，根据波段而光透射率的空间分布不同。

图2C及图2D分别是表示在图2A所示的滤光器阵列100C的多个区域中包含的区域A1及区域A2的透射光谱的例子的图。区域A1的透射光谱和区域A2的透射光谱相互不同。这样，滤光器阵列100C的透射光谱根据区域而不同。但是，并不需要一定全部区域的透射光谱不同。在滤光器阵列100C中，多个区域的至少一部分的区域的透射光谱相互不同。该至少一部分的区域是2个以上的区域。即，滤光器阵列100C包括透射光谱相互不同的2个以上的滤光器。在一例中，包含在滤光器阵列100C中的多个区域的透射光谱的样式的数量可以与包含在对象波段中的波段的数量i相同或是其以上。也可以将滤光器阵列100C设计为，使半数以上的区域的透射光谱不同。

图3A及图3B是用来说明对象波段W与包含在其中的多个波段W1、W2、…、Wi的关系的图。对象波段W可以根据用途而设定为各种各样的范围。对象波段W例如可以是从约400nm至约700nm的可视光的波段、从约700nm至约2500nm的近红外线的波段、从约10nm至约400nm的近紫外线的波段、其他中红外、远红外、兆赫波或毫米波等的电波域。这样，使用的波段并不限于可视光域。在本说明书中，并不限于可视光，为了方便将近紫外线、近红外线及电波等的非可视光也称作“光”。

在图3A所示的例子中，设i为4以上的任意的整数，设将对象波段W进行i等分后的各个波段分别为波段W1、波段W2、…、波段Wi。但是，并不限定于这样的例子。包含在对象波段W中的多个波段也可以任意地设定。例如，也可以根据波段而使带宽度不均匀。也可以在相邻的波段之间有间隙。在图3B所示的例子中，根据波段而带宽度不同，并且，在相邻的2个波段之间有间隙。这样，多个波段只要相互不同就可以，其决定方式是任意的。波长的分割数i也可以是3以下。

图4A是用来说明滤光器阵列100C所处的某区域中的透射光谱的特性的图。在图4A所示的例子中，透射光谱关于对象波段W内的波长具有多个极大值P1至极大值P5、以及多个极小值。在图4A所示的例子中，进行标准化，以使对象波段W内的光透射率的最大值为1、最小值为0。在图4A所示的例子中，在波段W2及波段Wi－1等的波段中，透射光谱具有极大值。这样，在本实施方式中，各区域的透射光谱在多个波段W1至波段Wi中的至少2个多个波段中具有极大值。根据图4A可知，极大值P1、极大值P3、极大值P4及极大值P5是0.5以上。

如以上这样，各区域的光透射率根据波长而不同。因而，滤光器阵列100C在入射的光中使某个波段的成分较多地透射，不怎么使其他波段的成分透射。例如可以是，关于i个波段中的k个波段的光，透射率比0.5大，关于其余的i－k个波段的光，透射率小于0.5。k是满足2≦k<i的整数。假如入射光是均等地包含全部可视光的波长成分的白色光的情况下，滤光器阵列100C将入射光按照每个区域调制为关于波长具有离散性的多个强度的峰值的光，将这些多波长的光叠加而输出。

图4B是表示作为一例而将图4A所示的透射光谱按照波段W1、波段W2、…、波段Wi平均化的结果的图。平均化的透射率通过将透射光谱T(λ)按照每个波段积分并除以该波段的带宽度而得到。在本说明书中，将这样按照波段平均化的透射率的值称作该波段的透射率。在该例中，在取极大值P1、极大值P3及极大值P5的3个波段中，透射率突出而变高。特别是，在取极大值P3及极大值P5的2个波段中，透射率超过了0.8。

各区域的透射光谱的波长方向的分辨率可以设定为希望得到的波段的带宽度左右。换言之，在透射光谱曲线的包含1个极大值的波长范围中，取最接近于该极大值的极小值与该极大值的平均值以上的值的范围的宽度可以设定为希望得到的波段的带宽度左右。在此情况下，如果将透射光谱例如通过傅里叶变换分解为频率成分，则与该波段对应的频率成分的值相对地较大。

滤光器阵列100C典型的是如图2A所示那样被分割为以格状划分的多个单元格。这些单元格具有相互不同的透射光谱。滤光器阵列100C中的各区域的光透射率的波长分布及空间分布例如可以是随机分布或准随机分布。

随机分布及准随机分布的考虑方式是以下这样的。首先，滤光器阵列100C的各区域可以考虑为根据光透射率而具有例如0至1的值的向量元素。这里，在透射率为0的情况下，向量元素的值是0，在透射率为1的情况下，向量元素的值是1。换言之，可以将在行方向或列方向上排列为一列的区域的集合考虑为具有0至1的值的多维的向量。因而，滤光器阵列100C可以说在列方向或行方向上具备多个多维向量。此时，随机分布是指任意的2个多维向量独立、即不平行。此外，准随机分布是指包含了在一部分的多维向量间不独立的结构。因而，在随机分布及准随机分布中，以属于包含在多个区域中且排列为1个行或列的区域的集合中的各区域的第1波段的光的透射率的值为元素的向量，和以属于其他的排列为行或列的区域的集合中的各区域的第1波段的光的透射率的值为元素的向量是相互独立的。关于与第1波段不同的第2波段也同样，以属于包含在多个区域中且排列为1个行或列的区域的集合中的各区域的第2波段的光的透射率的值为元素的向量，和以属于其他的排列为行或列的区域的集合中的各区域的第2波段的光的透射率的值为元素的向量是相互独立的。

在将滤光器阵列100C配置在图像传感器60的附近或紧接着之上的情况下，作为滤光器阵列100C中的多个区域的相互的间隔的单元格间距也可以与图像传感器60的像素间距大致一致。如果这样，则从滤光器阵列100C射出的被编码的光的像的分辨率与像素的分辨率大致一致。通过使得透射过各单元格的光仅向对应的1个像素入射，能够使后述的运算变得容易。在将滤光器阵列100C远离图像传感器60而配置的情况下，也可以根据其距离而使单元格间距变细。

在图2A至图2D所示的例子中，设想了各区域的透射率能够取0以上1以下的任意的值的灰阶的透射率分布。但是，并不需要一定设为灰阶的透射率分布。例如，也可以采用各区域的透射率可以取大致0或大致1的某个值的二阶的透射率分布。在二阶的透射率分布中，各区域使包含在对象波段中的多个波段中的至少2个波段的光的大部分透射，使其余的波段的光的大部分不透射。这里所述的“大部分”，是指大约80％以上。

也可以将全单元格中的一部分、例如一半的单元格替换为透明区域。这样的透明区域使包含在对象波段中的全部的波段W1至波段Wi的光以相同程度的较高的透射率透射。该较高的透射率例如是0.8以上。在这样的结构中，可以将多个透明区域例如配置为棋盘格状。即，在滤光器阵列100C的多个区域的2个排列方向上，可以交替地排列光透射率根据波长而不同的区域和透明区域。在图2A所示的例子中，2个排列方向是横向及纵向。

<信号处理电路>

接着，说明通过图1所示的信号处理电路200基于图像120及滤光器阵列100C的按每个波长的透射率的空间分布特性而再构成多波长的分离图像220的方法。这里所述的多波长，例如是指比由通常的彩色照相机取得的RGB的3色的波段多的波段。该波段的数量例如可以是4至100左右的数量。有将该波段的数量称作“分光带数”的情况。根据用途，分光带数也可以超过100。

想要求出的数据是分离图像220，将其数据表示为f。如果将分光带数表示为w，则f用将各带的图像数据f₁、f₂、…、f_w合并的数据。如果将应求出的图像数据的x方向的像素数表示为n，将y方向的像素数表示为m，则图像数据f₁、f₂、…、f_w各自是n×m像素的二维数据的集合。因而，数据f是元素数n×m×w的三维数据。另一方面，由滤光器阵列100C编码及多路复用而取得的图像120的数据g的元素数是n×m。本实施方式的数据g可以由以下的式(1)表示。

[数式9]

这里、f₁、f₂、…、f_w是具有n×m个元素的数据。因而，右边的向量严密地讲是n×m×w行1列的1维向量。将向量g变换为n×m行1列的1维向量而表示、计算。矩阵H表示将向量f的各成分f₁、f₂、…、f_w用按照波段而不同的编码信息编码并强度调制、将它们相加的变换。因而，H是n×m行n×m×w列的矩阵。

顺便说一下，如果给出向量g和矩阵H，则通过解式(1)的逆问题就应该能够计算出f。但是，由于求出的数据f的元素数n×m×w比取得数据g的元素数n×m多，所以该问题成为不适定问题，不能原样解出。所以，本实施方式的信号处理电路200利用包含在数据f中的图像的冗余性，使用压缩感知的方法来求出解。具体而言，通过解以下的式(2)，来估计求出的数据f。

[数式10]

这里，f’表示估计出的f的数据。上式的括号内的第1项表示估计结果Hf与取得数据g的偏差量即所谓的残差项。这里将平方和作为残差项，但也可以将绝对值或平方和的平方根等作为残差项。括号内的第2项是后述的正则化项或稳定化项。式(2)是指求出使第1项与第2项的和最小化的f。信号处理电路200可以通过递归性的反复运算使解收敛、计算最终的解f’。

式(2)的括号内的第1项是指求出取得数据g与将估计过程的f用矩阵H系统变换后的Hf的差的平方和的运算。第2项的Φ(f)是f的正则化的制约条件，是反映了估计数据的稀疏信息的函数。作为作用，有使估计数据变得平滑或稳定的效果。正则化项例如可以通过f的离散余弦变换(DCT)、小波变换、傅里叶变换或总变分(TV)等表示。例如，在使用总变分的情况下，能够取得抑制了观测数据g的噪声的影响的稳定的推测数据。各个正则化项的空间中的对象物70的稀疏性根据对象物70的纹理而不同。也可以选择对象物70的纹理在正则化项的空间中变得更稀疏的正则化项。或者，也可以在运算中包含多个正则化项。τ是权重系数。权重系数τ越大，冗余的数据的削减量越多，压缩的比例越高。权重系数τ越小，向解的收敛性越弱。将权重系数τ设定为f某种程度收敛并且不成为过压缩的适度的值。

另外，这里表示了式(2)所示的使用压缩感知的运算例，但也可以使用其他的方法来求解。例如，可以使用最大似然估计法或贝叶斯估计法等的其他的统计性方法。此外，分离图像220的数量是任意的，各波段也可以任意地设定。在专利文献1中公开了再构成的方法的详细情况。在本说明书中引用专利文献1的公开内容整体。

<具备法布里—珀罗滤光器的滤光器阵列>

接着，说明滤光器阵列100C的更具体的构造的例子。

图5是示意地表示例示的实施方式的光检测装置300的剖视图。光检测装置300具备滤光器阵列100C和图像传感器60。

滤光器阵列100C具备二维排列的多个滤光器100。多个滤光器100例如如图2A所示那样被排列为行及列状。图5示意地表示了图2A所示的1个行的截面构造。多个滤光器100分别具备共振构造。共振构造是指某个波长的光在内部形成驻波而稳定地存在的构造。有将该光的状态称作“共振模式”的情况。图5所示的共振构造包括第1反射层28a、第2反射层28b以及第1反射层28a与第2反射层28b之间的中间层26。第1反射层28a及/或第2反射层28b可以由电介质多层膜或金属薄膜形成。中间层26可以由在特定的波段中为透明的电介质或半导体形成。中间层26例如可以由从Si、Si₃N₄、TiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅构成的组中选择的至少1种形成。多个滤光器100的中间层26的折射率及/或厚度根据滤光器而不同。多个滤光器100各自的透射光谱对于多个波长具有透射率的极大值。该多个波长与上述的共振构造中的等级不同的多个共振模式分别对应。在本实施方式中，滤光器阵列100C中的全部的滤光器100具备上述的共振构造。滤光器阵列100C也可以包括不具有上述的共振构造的滤光器。例如，在滤光器阵列100C中也可以包括透明滤光器或ND滤光器(中性密度滤光器，Neutral DensityFilter)等的不具有光透射率的波长依存关系的滤光器。在本发明中，多个滤光器100中的2个以上的滤光器100分别具备上述的共振构造。

图像传感器60具备多个光检测元件60a。多个光检测元件60a各自与多个滤光器中的1个对置而配置。多个光检测元件60a各自对于特定的波段的光有感度。该特定的波段相当于上述的对象波段W。另外，在本发明中“对某个波段的光有感度”，是指具有检索该波段的光所需要的实质性的感度。例如，是指该波段中的外量子效率是1％以上。光检测元件60a的外量子效率也可以是10％以上。光检测元件60a的外量子效率也可以是20％以上。各滤光器100的光透射率取极大值的多个波长都包含在对象波段W中。在以下的说明中，有将光检测元件60a称作“像素”的情况。

并不限于图5所示的例子，滤光器阵列100C和图像传感器60也可以分离。在该情况下，也将多个光检测元件60a各自配置在接受透射过多个滤光器的1个的光的位置。也可以将各构成元素配置为，使透射过多个滤光器的光经由反射镜向多个光检测元件60a分别入射。在此情况下，不将多个光检测元件60a各自配置在多个滤光器的1个的紧接着之下。

在本说明书中，有将具备上述的共振构造的滤光器100称作“法布里—珀罗滤光器”的情况。在本说明书中，有将具有极大值的透射光谱的部分称作“峰值”，将透射光谱具有极大值的波长称作“峰值波长”的情况。

接着，说明作为法布里—珀罗滤光器的滤光器100的透射光谱。

在滤光器100中，设中间层26的厚度为L，设折射率为n，设向滤光器100入射的光的入射角度为θ_i，设共振模式的模式等级为m。m是1以上的整数。此时，滤光器100的透射光谱的峰值波长λ_m由以下的式(3)表示。

[数式11]

设对象波段W中的最短波长为λ_i，设最长波长为λ_e。在本说明书中，将存在1个满足λ_i≦λ_m≦λ_e的m的滤光器100称作“单一模式滤光器”。将存在2个以上满足λ_i≦λ_m≦λ_e的m的滤光器100称作“多模式滤光器”。以下，说明对象波段W的最短波长是λ_i＝400nm、最长波长是λ_e＝700nm的情况下的例子。

例如，在厚度L＝300nm、折射率n＝1.0、垂直入射θ_i＝0°的滤光器100中，m＝1时的峰值波长是λ₁＝600nm，m≧2时的峰值波长是λ_m≧2≦300nm。因而，该滤光器100是在对象波段W中包含1个峰值波长的单一模式滤光器。

另一方面，如果使厚度L比300nm大，则在对象波段W中包含多个峰值波长。例如，在厚度L＝3000nm、n＝1.0、垂直入射θ_i＝0°的滤光器100中，1≦m≦8时的峰值波长是λ_1≦m≦8≦750nm，9≦m≦15时的峰值波长是400nm≦λ_9≦m≦15≦700nm，m≧16时的峰值波长是λ_m≧16≦375nm。因而，该滤光器100是在对象波段W中包含7个峰值波长的多模式滤光器。

在上述的滤光器100中，在对象波段W中包含7个峰值波长，但只要峰值波长的数量在对象波段W中是2个以上，就能够得到多个波长的分光信息。特别是，当对象波段W为400nm以上且700nm以下时，如果该对象波段W中的峰值波长的数量是4个以上，则在可视光域中能够得到超过RGB的3个波长的数量的分光信息。

包含在对象波段W中的峰值波长的数量可以通过中间层26的厚度来控制。在垂直入射θ_i＝0°的情况下，滤光器100的透射光谱的峰值波长λ_m由以下的式(4)表示。

[数式12]

这里，为了更严密地计算中间层26的厚度而考虑折射率的波长分散，设中间层26对于波长700nm的光的折射率为n₁，设中间层26对于波长400nm的光的折射率为n₂。在400nm以上且700nm以下的对象波段W中存在2个波长峰值的条件是，长波长侧的最低次的峰值波长λ_m满足以下的式(5)，并且短波长侧的最高次的峰值波长λ_m+1满足以下的式(6)。这里的m是1以上的整数。

[数式13]

[数式14]

如果将式(5)及式(6)变形，则分别可得到以下的式(7)及式(8)。

[数式15]

n₁L≤350m (7)

[数式16]

n₂L≤200(m+1) (8)

存在满足式(7)及式(8)的两者的m，是为了在400nm以上且700nm以下的对象波段W中包含2个波长峰值的条件。

同样，在对象波段W中存在4个波长峰值的条件是，长波长侧的最低次的峰值波长λ_m满足以下的式(9)，并且短波长侧的最高次的峰值波长λ_m+3满足以下的式(10)。这里的m是1以上的整数。

[数式17]

[数式18]

如果将式(9)及式(10)变形，则分别可得到以下的式(11)及式(12)。

[数式19]

n₁L≤350m (11)

[数式20]

n₂L≥200(m+3) (12)

存在满足式(11)及式(12)的两者的m，是用来在400nm以上且700nm以下的对象波段W中包含4个波长峰值的条件。

同样，在对象波段W中存在6个波长峰值的条件是，长波长侧的最低次的峰值波长λ_m满足以下的式(13)，并且短波长侧的最高次的峰值波长λ_m+5满足以下的式(14)。这里的m是1以上的整数。

[数式21]

[数式22]

如果将式(13)及式(14)变形，则分别可得到以下的式(15)及式(16)。

[数式23]

n₁L≤350m (15)

[数式24]

n₂L≥200(m+5) (16)

存在满足式(15)及式(16)的两者的m，是用来在400nm以上且700nm以下的对象波段W中包含6个波长峰值的条件。

如以上这样，通过适当地设计滤光器100的中间层26的厚度，能够实现多模式滤光器。也可以代替中间层26的厚度而适当地设计滤光器100的中间层26的折射率。或者，也可以适当地设计滤光器100的中间层26的厚度及折射率的两者。

图6是示意地表示透射光谱相互不同的多个多模式滤光器分别被配置在作为多个光检测元件60a的多个像素上的情况下的各像素中的透射光谱的例子的图。在图6中例示了像素A、像素B及像素C中的透射光谱。多个多模式滤光器被设计为，按照每个像素而峰值波长稍稍不同。这样的设计可以通过使式(3)中的厚度L及/或折射率n稍稍变化来实现。在此情况下，在各像素中，在对象波段W中出现多个峰值。该多个峰值各自的模式等级在各像素中相同。图6所示的多个峰值的模式等级是m、m+1及m+2。本实施方式的光检测装置300能够同时检测按照每个像素而不同的多个峰值波长的光。

图7是表示滤光器100的透射光谱的计算结果的一例的图。在该例中，滤光器100的第1反射层28a及第2反射层28b各自由交替地层叠有TiO₂层及SiO₂层的电介质多层膜形成。滤光器100的中间层26由TiO₂层形成。在图7所示的例子中，与由实线表示的透射光谱对应的中间层26的厚度和与由虚线表示的透射光谱对应的中间层26的厚度不同。在透射光谱的计算中，使用基于RSoft公司的严格耦合波理论(RCWA：Rigorous Coupled－WaveAnalysis)的DiffractMOD。如图7所示，对象波段W中的多个峰值波长根据像素而不同。这样，在本实施方式的光检测装置300中，通过使多模式的滤光器100的中间层26的厚度按照每个像素而变化，能够同时检测按照每个像素而不同的多个峰值波长的光。

此外，在图7所示的透射光谱的例子中，第1滤光器及第2滤光器的透射光谱各自具有从多个透射率的极大值中的各个极大值向波长变短的方向及波长变长的方向分别延伸的下摆部，第1滤光器的下摆部的波段与第2滤光器的下摆部的波段至少一部分重叠。

接着，将由多个多模式滤光器再构成的多个分离图像220与由多个单一模式滤光器再构成的多个分离图像220比较而进行说明。

图8A是表示9种多模式滤光器各自的透射光谱的图。图8B是表示9种单一模式滤光器各自的透射光谱的图。在图8A所示的例子中，各多模式滤光器的透射光谱在对象波段W中表示出8个或9个峰值。在图8B所示的例子中，各单一模式滤光器的透射光谱在对象波段W中表示出1个峰值。滤光器阵列100C例如具备二维排列的100万个滤光器100。该100万个滤光器100随机地包括图8A所示的9种多模式滤光器。或者，该100万个滤光器100随机地包括图8B所示的9种单一模式滤光器。由于是随机的配置，所以也有相邻的滤光器是同种滤光器的情况。但是，可以考虑这样的情况较少。因而，不成为较大的问题。

图8C是表示源图像和再构成的多个分离图像220的2个的例子的图。图8C的上段表示源图像。图8C的中段表示由图8A所示的9种多模式滤光器再构成的多个分离图像220的例子。图8C的下段表示由图8B所示的9种单一模式滤光器再构成的多个分离图像220的例子。上段、中段及下段的各自的30张图像通过分别检测30个波段的光而取得。该30个波段将从400nm到700nm的对象波段W按照每10nm进行30等分而得到。例如，上段、中段及下段各自的最上方的左起第1个、第2个、第3个图像分别通过检测从400nm到410nm的波段、从410nm到420nm的波段、从420nm到430nm的波段的光而取得。另外，在图8C所示的例子中，下段的图像比中段的图像暗。考虑这是因为，透射过单一模式滤光器的光的光量比透射过多模式滤光器的光的光量少。

图8D是表示源图像和再构成的各分离图像220的均方误差(Mean Squared Error：MSE)的计算结果的图。均方误差使用以下的式(17)计算。

[数式25]

这里，N及M分别是纵向及横向的像素数。I_i，j是位置(i，j)的像素的源图像的像素值。I’_i，j是位置(i，j)的像素的再构成的各分离图像220的像素值。

如图8D所示，源图像和由多模式滤光器再构成的各分离图像220的MSE与源图像和由单一模式滤光器再构成的各分离图像220的MSE相比充分小。因而，在本实施方式的光检测装置300中，由多模式滤光器再构成的多个分离图像220能够将源图像精度良好地再现。由单一模式滤光器再构成的多个分离图像220不能将源图像精度良好地再现。

如以上这样，在本实施方式的光检测系统400中，图1所示的信号处理电路200基于从多个像素输出的信号，生成包含多个波长的信息的图像数据。该图像数据包含表示按照该多个波长被分光的多个分离图像220的数据。

当设多个分离图像220的数量为N，设多个像素的数量为M时，多个分离图像220各自的像素数比M/N大。在图8C的中段所示的例子中，该像素数等于M。这样，在本实施方式的光检测系统400中，即使按照多个波长进行分光，也能够抑制多个分离图像220各自的分辨率的下降。

如上述那样，本实施方式的滤光器阵列100C中包含的多个多模式滤光器中，第1滤光器及第2滤光器的透射光谱各自具有从多个透射率的极大值中的各极大值中向波长变短的方向及波长变长的方向分别延伸的下摆部，第1滤光器的下摆部的波段和第2滤光器的下摆部的波段也可以重合。图8E是为了容易理解而将图8A的左上2个滤光器的透射光谱重叠表示的图，图8F是在图8E中提取了从550nm到650nm的波段的图。各峰值由极大值和延伸到极大值的两侧的下摆部构成，在1个滤光器的下摆部和其他滤光器的下摆部，波段相互重叠。在图8F中用箭头表示的对应于2个下摆部的交点的波长处，2个滤光器的透射率相同。

通过这样的结构，配置在滤光器阵列100C的紧接着之下的图像传感器的多个像素中的至少一部分像素在受光的波段中发生相互重叠，成为由这些像素共用来自对象物的波长信息。另一方面，在滤光器阵列100C中包含的多个多模式滤光器的峰值中没有重叠、由全部的像素将相互不同波长的光受光的情况下，成为由全部的像素取得相互不同的波长信息。即，在前者的情况下，除了各像素的波长信息以外，还能够将共用波长信息的像素间的相关信息也用于分离图像的再构成，所以有能够将源图像精度良好地再现的优点。

例如，假定排列为一列的3个像素，假设在两端的2个像素中共用来自对象物的波长信息。通常，由于3个像素在物理上距离较近，所以可以期待被2个像素夹着的中间的像素受光的光的波长与由两端2个像素受光的光的波长相同。即，根据共用波长信息的像素间的相关信息，能够推测其他像素的波长信息，能够将源图像精度良好地再现。

接着，说明滤光器100的中间层26的折射率给光检测装置300的波长分辨率带来的影响。

如上述那样，滤光器阵列100C中的多个滤光器100分别如图5所示，具备厚度相互不同的中间层26。图9是示意地表示滤光器阵列100C中的中间层26的厚度最接近的2个滤光器100的例子的图。在图9所示的例子中，中间层26的厚度L的滤光器100及中间层26的厚度L+ΔL的滤光器100相邻而配置。将配置有中间层26的厚度L及厚度L+ΔL的滤光器100的像素分别称作“像素A”及“像素B”。在滤光器阵列100C中，即使图9所示的2个滤光器100被相互远离配置，以下的讨论也成立。

在图9所示的例子中，光检测装置300具备光学系统40。在来自对象物的光的像经过构成光学系统40的透镜的中心的情况下，该光的像向滤光器100垂直地入射。另一方面，在来自对象物的光的像经过构成光学系统40的透镜的中心以外的情况下，该光的像以有限的入射角度斜着向滤光器100入射。该有限的入射角度由光学系统40的数值孔径NA决定。即，从光学系统40向滤光器阵列100C入射的光的入射角度的最小值是0°，入射角度的最大值是sin^－1(NA)°。因而，在滤光器100的透射光谱中，按照式(3)，峰值波长随着入射角度θ_i的增加而向短波长侧变动。

图10是说明在光向滤光器100垂直或斜着入射的情况下、由像素A及像素B检测的光的波长的图。图10的上段表示在垂直入射时由像素A及像素B检测到的光的峰值。图10的中段表示在斜入射时由像素A及像素B检测到的光的峰值。图10的下段表示在斜入射时由像素B检测到的光的峰值。在以下的说明中，将由像素A检测的光的模式等级m的峰值波长称作“像素A的峰值波长”，将由像素B检测的光的模式等级m的峰值波长称作“像素B的峰值波长”。在垂直入射中，像素A的峰值波长是λ_A＝2nL/m，像素B的峰值波长是λ_B＝2n(L+ΔL)/m。图9所示的2个滤光器100的中间层26的厚度的差ΔL在滤光器阵列100C内的任意的2个滤光器100的组合中最小。因而，像素A和像素B中的峰值波长的间隔Δλ_ΔL＝2nΔL/m在图像传感器60内的任意的2个像素的组合中最小。像素A和像素B的峰值波长的该间隔相当于光检测装置300的波长分辨率。

另一方面，在斜入射中，峰值波长向短波长侧变动。斜入射中的峰值波长的变动量Δλ_θi由以下的式(18)表示。

[数式26]

因此，Δλ_θi≧Δλ_ΔL的情况下，斜入射的像素B的峰值波长有可能与垂直入射的像素A的峰值波长一致。在图9所示的例子中，由像素B同时检测垂直入射及斜入射的两者的光。因而，在Δλ_θi≧Δλ_ΔL的情况下，本来应由像素A检测的光被像素B误检测到。

根据以上的讨论，不发生误检测的条件是Δλ_θi<Δλ_ΔL。如果将Δλ_θi<Δλ_ΔL变形，则可得到以下的式(19)。

[数式27]

进而，也可以将不发生误检测的条件设为Δλ_θi<Δλ_ΔL/2。在以下的说明中，将由像素A检测模式等级m的峰值波长的光的波段称作“波段A”，将由像素B检测模式等级m的峰值波长的光的波段称作“波段B”。如果将波段A的上限及波段B的下限一同设定为(λ_A+λ_B)/2＝λ_A+Δλ_ΔL/2＝λ_B－Δλ_ΔL/2，则通过Δλ_θi<Δλ_ΔL/2，即使斜入射，图像B的峰值波长也不进入波段A。由此，信号处理电路200不论入射角度θ_i如何，都能够将波段A内的峰值波长作为像素A的峰值波长处理，将波段B内的峰值波长作为像素B的峰值波长处理。结果，与式(19)时相比更能够抑制误检测的发生。如果将Δλ_θi<Δλ_ΔL/2变形，则可得到以下的式(20)。

[数式28]

根据式(19)及式(20)，通过增大中间层26的折射率n，能够减小入射角度θ_i的影响。结果，能够使光检测装置300的波长分辨率提高。

图11A及图11B是表示分别具备折射率n＝1.5及折射率n＝2.35的中间层26的滤光器100的透射光谱的入射角度依存关系的图。在图11A所示的例子中，如果入射角度θ_i从0°变化为30°，则峰值波长变动26.1nm。在图11B所示的例子中，如果入射角度从0°变化为30°，则峰值波长仅变动17.1nm。即，通过增大中间层26的折射率，能够使起因于入射角度θ_i的变化的峰值波长的变动量减小。因而，通过按照式(19)及式(20)适当地设计中间层26的折射率，能够使光检测装置300的波长分辨率提高。

接着，说明本实施方式的光检测装置300与专利文献3中公开的装置的差异。

专利文献3公开了将多个单一模式滤光器二维地排列的装置。该多个单一模式滤光器的峰值波长根据滤光器而不同。在将二维地排列有多个单一模式滤光器的滤光器阵列的透射光谱中的多个峰值的数量表示为N的情况下，即使使用该滤光器阵列将多个分离图像再构成，各分离图像的空间分辨率也下降到1/N。因而，各分离图像与图8C的中段所示的例子不同，不能将源图像精度良好地再现。这样，在专利文献3所公开的装置中，不能得到与本实施方式的光检测装置300同样的效果。

此外，在专利文献5所公开的装置中，传感器阵列中的多个传感器的各自不将与多模式滤光器的多个峰值波长对应的多个波长的光受光，此外，不使用该多个波长的信息再构成多个分离图像220。因而，通过专利文献5所公开的装置，不能得到与本实施方式的光检测装置300同样的效果。

接着，说明图5所示的光检测装置300的变形例。

图12A至图12F是示意地表示图5所示的光检测装置300的变形例的图。

如图12A所示，在滤光器阵列100C中，也可以将多个滤光器100分割。不需要将全部的滤光器100分割。也可以将一部分的滤光器100分割。

如图12B所示，也可以不在一部分的像素上配置滤光器100。换言之，在滤光器阵列100C中，也可以多个滤光器100的至少1个是透明的。

如图12C所示，也可以在滤光器阵列100C与图像传感器60之间设置空间。换言之，滤光器阵列100C和图像传感器60也可以隔着空间而分离。

如图12D所示，也可以将1个滤光器100跨多个像素上而配置。换言之，也可以将中间层26跨2个以上的滤光器100连续地设置。也可以将第1反射层28a及/或第2反射层28b跨2个以上的滤光器100连续地设置。

如图12E及图12F所示，也可以配置透明层27，使滤光器阵列100C的阶差平坦化。换言之，滤光器阵列100C也可以还具备使具备上述共振构造的2个以上的滤光器100的阶差平坦化的透明层27。在图12E所示的例子中，在滤光器阵列100C的第2反射层28b的上表面上存在阶差。在图12F所示的例子中，在滤光器阵列100C的第1反射层28a的下表面上存在阶差。通过由透明层27使2个以上的滤光器100的阶差平坦化，容易在透明层27上配置其他部件。

如图12E及图12F所示，也可以在滤光器阵列100C上配置多个微透镜40a。多个微透镜40a分别被配置在多个滤光器100中的1个滤光器100上。换言之，滤光器阵列100C还具备2个以上的微透镜40a。2个以上的微透镜40a各自被配置在具备上述共振构造的2个以上的滤光器100中的1个滤光器100上。通过由2个以上的微透镜40a将入射光聚光，能够效率良好地检测光。

产业上的可利用性

本发明的光检测装置及滤光器阵列例如对于取得多波长的二维图像的照相机及测量设备是有用的。本发明的光检测装置及滤光器阵列还能够应用在面向生物体、医疗、美容的传感，食品的异物、残留农药检查系统，遥感系统及车载传感系统等中。

标号说明

26 中间层

27 透明层

28a 第1反射层

28b 第2反射层

40 光学系统

60 图像传感器

60a 光检测元件

70 对象物

100 滤光器

100C 滤光器阵列

120 图像

200 信号处理电路

220 分离图像

300 光检测装置

400 光检测系统

Claims (25)

1.一种光检测装置，

具备滤光器阵列和图像传感器；

所述滤光器阵列是包括二维排列的多个滤光器的滤光器阵列，

上述多个滤光器包括第1滤光器及第2滤光器，

上述第1滤光器及上述第2滤光器各自包括第1反射层、第2反射层以及在上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有共振构造，该共振构造具有等级相互不同的多个共振模式，

从由上述第1滤光器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的至少1方，与从由上述第2滤光器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的上述至少1方不同，

上述第1滤光器及上述第2滤光器各自的透射光谱在包含于某个波段中的多个波长处分别具有透射率的极大值，

上述多个波长与上述多个共振模式分别对应；

所述图像传感器是包括多个光检测元件的图像传感器，

上述多个光检测元件各自被配置在接受透射过上述多个滤光器中的1个滤光器的光的位置，并且对于上述波段的光具有感度。

2.如权利要求1所述的光检测装置，

上述波段是400nm以上且700nm以下。

3.如权利要求2所述的光检测装置，

上述透射光谱在包含于上述波段中的4个以上的波长处分别具有透射率的极大值。

4.如权利要求2所述的光检测装置，

上述透射光谱在包含于上述波段中的6个以上的波长处分别具有透射率的极大值。

5.如权利要求1所述的光检测装置，

当设上述第1滤光器或上述第2滤光器的上述中间层的厚度为L，

设上述中间层对于波长700nm的光的折射率为n₁，

设上述中间层对于波长400nm的光的折射率为n₂，

设m为1以上的整数时，存在至少1个满足

[数式1]

n₁L≤350m

及

[数式2]

n₂L≥200(m+1)的两者的m。

6.如权利要求1所述的光检测装置，

当设上述第1滤光器或上述第2滤光器的上述中间层的厚度为L，

设上述中间层对于波长700nm的光的折射率为n₁，

设上述中间层对于波长400nm的光的折射率为n₂，

设m为1以上的整数时，存在至少1个满足

[数式3]

n₁L≤350m

及

[数式4]

n₂L≥200(m+3)

的两者的m。

7.如权利要求1所述的光检测装置，

当设上述第1滤光器或上述第2滤光器的上述中间层的厚度为L，

设上述中间层对于波长700nm的光的折射率为n₁，

设上述中间层对于波长400nm的光的折射率为n₂，

设m为1以上的整数时，存在至少1个满足

[数式5]

n₁L≤350m

及

[数式6]

n₂L≥200(m+5)

的两者的m。

8.如权利要求1～7中任一项所述的光检测装置，

当设上述第1滤光器的上述中间层的厚度为L，

设上述第2滤光器的上述中间层的厚度为L+ΔL，

设上述第1滤光器的上述中间层的折射率及上述第2滤光器的上述中间层的折射率为n，

设向上述滤光器阵列入射的光的最大入射角为θ_i时，满足

[数式7]

9.如权利要求8所述的光检测装置，

还满足

[数式8]

10.如权利要求1～9中任一项所述的光检测装置，

从由上述第1反射层及上述第2反射层构成的组中选择的至少1方，包括从由电介质多层膜及金属膜构成的组中选择的至少1方。

11.如权利要求1～10中任一项所述的光检测装置，

上述中间层包含从由硅、硅氮化物、钛氧化物、铌氧化物及钽氧化物构成的组中选择的至少1种。

12.如权利要求1～11中任一项所述的光检测装置，

上述中间层跨上述第1滤光器及上述第2滤光器连续地设置。

13.如权利要求1～12中任一项所述的光检测装置，

从由上述第1反射层及上述第2反射层构成的组中选择的至少1方跨上述第1滤光器及上述第2滤光器连续地设置。

14.如权利要求1～13中任一项所述的光检测装置，

上述多个滤光器的至少1个是透明的。

15.如权利要求1～14中任一项所述的光检测装置，

上述滤光器阵列与上述图像传感器接触。

16.如权利要求1～14中任一项所述的光检测装置，

上述滤光器阵列与上述图像传感器分离。

17.如权利要求1～16中任一项所述的光检测装置，

上述滤光器阵列还包括用来使上述第1滤光器的表面与上述第2滤光器的表面之间的阶差平坦化的透明层。

18.如权利要求1～17中任一项所述的光检测装置，

上述多个滤光器各自具有上述共振构造。

19.如权利要求1～18中任一项所述的光检测装置，

还具备配置在上述第1滤光器上的第1微透镜以及配置在上述第2滤光器上的第2微透镜。

20.如权利要求1～19中任一项所述的光检测装置，

上述第1滤光器及上述第2滤光器各自的上述透射光谱具有峰值，该峰值包括上述透射率的上述极大值和从上述极大值向波长变短的方向及波长变长的方向分别延伸的部分；

上述第1滤光器的上述透射光谱中的上述峰值与上述第2滤光器的上述透射光谱中的上述峰值至少在一部分上重叠。

21.一种光检测系统，

具备：

权利要求1～20中任一项所述的光检测装置；以及

信号处理电路；

上述信号处理电路基于来自上述多个光检测元件的信号，生成包含上述多个波长的信息的图像数据。

22.如权利要求21所述的光检测系统，

上述图像数据包含表示被按照上述多个波长分光的多个图像的数据。

23.如权利要求22所述的光检测系统，

当设上述多个图像的数量为N，设上述多个光检测元件的数量为M时，上述多个图像的各自中包含的像素的数量比M/N大。

24.如权利要求23所述的光检测系统，

上述像素的数量与上述多个光检测元件的数量相等。

25.一种滤光器阵列，

具备二维排列的多个滤光器；

上述多个滤光器包括第1滤光器及第2滤光器；

上述第1滤光器及上述第2滤光器各自包括第1反射层、第2反射层以及在上述第1反射层与上述第2反射层之间的中间层，并且具有共振构造，该共振构造具有等级相互不同的多个共振模式；

从由上述第1滤光器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的至少1方，与从由上述第2滤光器的上述中间层的折射率及厚度构成的组中选择的上述至少1方不同；

上述第1滤光器及上述第2滤光器各自的透射光谱在包含于某个波段中的多个波长处分别具有透射率的极大值；

上述多个波长与上述多个共振模式分别对应。

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