特許ウォッチ

公開番号2024154532
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-31
出願番号2023068381
出願日2023-04-19
発明の名称分光イメージングセンサ
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類G01J 3/12 20060101AFI20241024BHJP(測定;試験)
要約【課題】複雑な広帯域スペクトルを有する入射光を精度よく再構成することができる分光イメージングセンサを提供する。
【解決手段】本発明に係る分光イメージングセンサは、複素誘電率の虚部が互いに異なる第1および第2層によって構成された光フィルタユニットを備え、各層を貫通する第1および第2孔の平面形状プロファイルは互いに異なる。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
分光法を用いて入射光を検出する分光イメージングセンサであって、
前記入射光をフィルタリングする光フィルタユニット、
前記光フィルタユニットによってフィルタリングされた前記入射光を検出するイメージセンサ、
を備え、
前記光フィルタユニットは、第１層と第２層とを備え、
前記第１層は、第１虚部を有する第１複素誘電率を有し、
前記第２層は、前記第１虚部とは異なる第２虚部を有する第２複素誘電率を有し、
前記光フィルタユニットはさらに、それぞれ前記光フィルタユニットを貫通する第１孔と第２孔とを備え、
前記第１孔は、第１平面形状プロファイルを有し、
前記第２孔は、前記第１平面形状プロファイルとは異なる第２平面形状プロファイルを有する
ことを特徴とする分光イメージングセンサ。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記第１層は、前記第１虚部が０．０１未満の誘電材料で形成されており、
前記第２層は、前記第２虚部が０．０１より大きい半導体材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の分光イメージングセンサ。
【請求項３】
前記光フィルタユニットはさらに、前記第１層と前記第２層を支持する支持層を備え、
前記第１層は前記第２層上に配置され、
前記第１層または前記第２層のうちいずれか一方は前記支持層と直接接触している
ことを特徴とする請求項１記載の分光イメージングセンサ。
【請求項４】
前記光フィルタユニットは、前記イメージセンサの第１画素に対応する第１フィルタと、前記イメージセンサの第２画素に対応する第２フィルタとを備え、
前記第１フィルタは、前記入射光を第１スペクトル特性で通過させ、
前記第２フィルタは、前記入射光を第２スペクトル特性で通過させ、
前記第１フィルタと前記第２フィルタは、前記第１虚部、前記第２虚部、前記第１平面形状プロファイル、および前記第２平面形状プロファイルによって、前記第１スペクトル特性と前記第２スペクトル特性との間の相関が０．１未満となるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の分光イメージングセンサ。
【請求項５】
前記第１層は第１厚さを有し、
前記第２層は第２厚さを有し、
前記光フィルタユニットは、前記イメージセンサの第１画素に対応する第１フィルタと、前記イメージセンサの第２画素に対応する第２フィルタとを備え、
前記第１フィルタは、前記入射光を第１スペクトル特性で通過させ、
前記第２フィルタは、前記入射光を第２スペクトル特性で通過させ、
前記第１厚さと前記第２厚さは、前記第１スペクトル特性と前記第２スペクトル特性との間の相関が０．１未満となるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の分光イメージングセンサ。
【請求項６】
前記第１平面形状プロファイルは、第１開口形状を有し、
前記第２平面形状プロファイルは、前記第１開口形状とは異なる第２開口形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の分光イメージングセンサ。
【請求項７】
前記分光イメージングセンサは、複数の前記第１孔と複数の前記第２孔とを備え、
前記第１平面形状プロファイルは、前記第１孔間の間隔が第１間隔となるように構成されており、
前記第２平面形状プロファイルは、前記第２孔間の間隔が第２間隔となるように構成されており、
前記第２間隔は前記第１間隔とは異なる
ことを特徴とする請求項１記載の分光イメージングセンサ。
【請求項８】
前記分光イメージングセンサはさらに、前記イメージセンサからの出力にしたがって前記入射光のスペクトルプロファイルを再構成するように構成されたプロセッサを備える
ことを特徴とする請求項１記載の分光イメージングセンサ。
【請求項９】
前記光フィルタユニットはさらに第３層を備え、
前記第３層は、
前記第３層の厚さが、前記第１層の厚さまたは前記第２層の厚さのうち少なくともいずれかとは異なる、
前記第３層の複素誘電率の第３虚部が、前記第１虚部または前記第２虚部のうち少なくともいずれかとは異なる、
前記第３層の材料が、前記第１層の材料または前記第２層の材料のうち少なくともいずれかとは異なる、
のうち少なくともいずれかとなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の分光イメージングセンサ。
【請求項１０】
前記分光イメージングセンサはさらに、
非透明層、
前記光フィルタユニットと前記非透明層との間に配置された薄膜、
を備え、
前記非透明層の一部は、前記薄膜に向かって凹んだ部分を有することにより、前記入射光が前記第１孔と前記第２孔を通過するとともに前記薄膜を透過して前記非透明層の外側に向かうように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の分光イメージングセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光イメージングセンサに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の回折格子を用いた分光計は、良好なスペクトル分解能を提供するために長い光路を必要とする。このような長い光路は、分光計を小型化するに際して制約となり、例えば携帯型分光計を製造する際の妨げとなる。
【０００３】
近年、いくつかのオンチップ光学フィルタユニットを使用するとともに圧縮センシング技術を利用して、入射スペクトル信号を再構成することができる、光学フィルタベースの小型分光計が開発されている。しかしながら、そのような小型分光計は、いくつかの要件を満たす必要がある。例えば以下のような要件が考えられる。各光学フィルタユニットのスペクトル特性間の相関が可能な限り低くあるべきである。フィルタにおける入射スペクトル信号の反射および吸収は、より良好な信号対雑音比を保証するために、より少なくあるべきである。光学フィルタ構造の設計は、既存のウエハレベルの大規模製造プロセスと互換性があるべきである。
【０００４】
特許文献１は、この分野に関連する先行技術であり、入射スペクトル信号を再構成するために、単層からなる光学フィルタ構造を使用してコンパクトな分光計を実現する。このデバイスは、スペクトルのピーク値がごく少数であるような狭帯域スペクトル信号を感知することができるが、多数のスペクトルピーク値を有する複雑な広帯域スペクトル信号を感知することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
ＵＳ２０２２／０１７８７４８Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、光学フィルタベースのコンパクト分光計は、広帯域スペクトルおよび他の複雑なスペクトルを再構成する能力が限られている。さらに、構成材料の光学特性の制約のために、スペクトル範囲に依存して、複雑なスペクトルを再構成するときの光学分解能には制限がある。上述のように、小型分光計が備える光学フィルタは、固有かつ多様な光透過特性を有するべきである。しかし、単層（誘電体または半導体材料）ベースの従来の光学フィルタは、多様なスペクトルを生成することが困難であり、したがって従来の小型分光計は信号再構成能力に限界がある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、複雑な広帯域スペクトルを有する入射光を精度よく再構成することができる分光イメージングセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る分光イメージングセンサは、複素誘電率の虚部が互いに異なる第１および第２層によって構成された光フィルタユニットを備え、各層を貫通する第１および第２孔の平面形状プロファイルは互いに異なる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る分光イメージングセンサによれば、複雑な広帯域スペクトルを有する入射光を精度よく再構成することができる。本発明のその他の課題、構成、利点などについては、以下の実施形態の説明によって明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態１に係る分光イメージングセンサが備える光学フィルタユニット１の構造を示す側面図である。
実施形態１に係る分光イメージングセンサが備える光学フィルタユニット１の構造を示す側面図である。
光学フィルタユニット１を画像センサユニット２に対して取り付ける方法を示す。
光学フィルタユニット１を画像センサユニット２に対して取り付ける方法を示す。
光学フィルタユニット１が提供するスペクトル特性を説明する図である。
バックグラウンド信号がゼロではないマルチバンド信号を再構成した例を示す。
広帯域信号のスペクトルを再構成した例を示す。
光学フィルタユニット１の光学材料層の別構成例を示す。
実施形態２に係る光学フィルタユニット１が備えるナノホール１３のパターンアレイの例を示す平面図である。
光学フィルタユニット１と画像センサユニット２のピクセルとの間の関係を示す模式図である。
実施形態３に係る光学フィルタユニット１の構成例を示す側面図である。
実施形態３に係る光学フィルタユニット１の構成例を示す側面図である。
実施形態３に係る光学フィルタユニット１の構成例を示す側面図である。
実施形態４に係る光学フィルタユニット１のアプリケーション例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許